説明

有機電界発光素子

【課題】輝度、安定性、耐久性に優れ、大面積化可能であり製造容易な有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に挾持された1つまたは複数の有機化合物層より構成され、前記有機化合物層の少なくとも1層が、2種類の一般式で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有する有機電界発光素子。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機電界発光素子(以下、有機EL素子と称す場合がある)に関し、詳しくは、特定の電荷輸送性高分子を用いた有機電界発光素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電界発光素子(以下、「EL素子」と記述する)は、自発光性の全固体素子であり、視認性が高く衝撃にも強いため、広く応用が期待されている。現在は無機螢光体を用いたものが主流であるが、200V以上の交流電圧が駆動に必要なため製造コストが高く、また輝度が不十分等の問題点を有している。
【0003】
一方、有機化合物を用いたEL素子研究は、最初アントラセン等の単結晶を用いて始まったが、単結晶の場合、膜厚が1mm程度と厚く100V以上の駆動電圧が必要であった。そのため蒸着法による薄膜化が試みられている(例えば、非特許文献1参照)。しかしながら、この方法で得られた薄膜は、駆動電圧が30Vと未だ高く、また、膜中における電子・正孔キャリアの密度が低く、キャリアの再結合によるフォトンの生成確率が低いため十分な輝度が得られなかった。
【0004】
ところが、近年、正孔輸送性有機低分子化合物と電子輸送能を持つ螢光性有機低分子化合物の薄膜を真空蒸着法により順次積層した機能分離型のEL素子において、10V程度の低電圧で1000cd/m2以上の高輝度が得られるものが報告されており(例えば、非特許文献2参照)、以来、積層型のEL素子の研究・開発が活発に行われている。これら積層型の素子は、電極から電荷輸送性の有機化合物からなる電荷輸送層を介して正孔と電子のキャリアバランスを保ちながら螢光性有機化合物からなる発光層に注入され、発光層中に閉じ込められた正孔と電子が再結合することにより高輝度の発光を実現している。
【0005】
しかしながら、このタイプのEL素子では実用化に向けて以下のような大きく3つの課題が示されている。
【0006】
(1)素子が数mA/cmという高い電流密度で駆動されるため、大量のジュール熱を発生する。このため、蒸着によってアモルファスガラス状態で成膜された正孔輸送性低分子化合物や螢光性有機低分子化合物が次第に結晶化して最後には融解し、輝度の低下や絶縁破壊が生じるという現象が多く見られ、その結果素子の寿命が低下するという問題を有している。
【0007】
(2)素子の作製時に低分子有機化合物を蒸着する複数の蒸着工程において、膜厚が0.1μm以下の薄膜を形成していくため、ピンホールを生じ易く、十分な性能を得るためには厳しく管理された条件下で膜厚の制御を行うことが必要である。従って、生産性が低くかつ大面積化が困難である。
【0008】
(3)発光材料で利用されているのは励起一重項状態からの発光、すなわち蛍光である。ところが、発光層中で正孔と電子とが再結合して生成する励起一重項状態と励起三重項状態の励起子の生成比が量子力学に基づくスピン統計則から1:3であることから、有機ELにおける発光の内部量子効率は理論的には25%が上限とされている。
【0009】
上記(1)に示す課題の解決のためには、正孔輸送材料として安定なアモルファスガラス状態が得られるスターバーストアミンを用いたり、ポリフォスファゼンの側鎖にトリフェニルアミンを導入したポリマーを用いたりしたEL素子が報告されている(例えば、非特許文献3、4参照)。しかし、これら単独では正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルに起因するエネルギー障壁が存在するため、陽極からの正孔注入性或いは発光層への正孔注入性を満足するものではない。また、前者のスターバーストアミンの場合、溶解性が小さいために精製が難しく純度を上げることが困難であることや、後者のポリマーの場合、高い電流密度が得られず十分な輝度が得られてない等の問題も存在する。
【0010】
次に、上記(2)に示す課題の解決のためには、工程を短縮できる単層構造の有機電界発光素子について研究・開発が進められ、ポリ(p−フェニレンビニレン)等の導電性高分子を用いた素子や、正孔輸送性ポリビニルカルバゾール中に電子輸送材料と螢光色素とを混入した素子が提案されているが(例えば、非特許文献5,6参照)、未だ輝度、発光効率等が有機低分子化合物を用いた積層型有機電界発光素子には及ばない。さらに、作製法という観点から、製造の簡略化、加工性、大面積化、コスト等の観点から湿式による塗布方式が検討されており、キャステイング法によっても素子が得られることが報告されている(例えば、非特許文献7、8参照)。しかし、電荷輸送材料の溶剤や樹脂に対する溶解性や相溶性が悪いため結晶化しやすく、製造上あるいは特性上に問題があった。
【0011】
次に、上記(3)に示す課題の解決のためには、励起子生成確率の高い励起三重項状態、すなわち燐光による発光材料を用いることが有効である。燐光による発光材料としては白金錯体を用いた素子(例えば、非特許文献9参照)が最初に提案され、さらに燐光発光するイリジウム錯体を用いることにより外部量子効率7.5%(外部取り出し効率を20%と仮定すると内部量子効率は37.5%)が得られ、従来上限値とされてきた外部量子効率5%という値を上回ることが可能なことが示されている(例えば、非特許文献10、特許文献1を参照)。
しかし、燐光による発光材料を用いる場合には、高い外部量子効率を得るために特定のホスト材料と組み合わせて用いる必要があり、上述したようなケースではホスト材料として特定の低分子有機化合物にドープして使用することとなるため、蛍光による発光材料と同様の上記(1)や(2)に示す課題を有している。
【非特許文献1】Thin Solid Films, Vol.94, 171 (1982)
【非特許文献2】Applied Physics Letter, Vol.51, 913 (1987)
【非特許文献3】第40回応用物理学関係連合講演会予稿集30a−SZK−14(1993)
【非特許文献4】第42回高分子討論会予稿集20J21(1993)
【非特許文献5】Nature, Vol.357, 477(1992)
【非特許文献6】第38回応用物理学関係連合講演会予稿集31p−g−12(1991)
【非特許文献7】第50回応用物理学会学術講演予稿集,29p−ZP−5(1989)
【非特許文献8】第51回応用物理学会学術講演予稿集,28a−PB−7(1990)
【非特許文献9】Nature, Vol.395, 151(1998)
【非特許文献10】Applied Physics Letter, Vol.75, 4 (1999)
【特許文献1】国際公開第00/70655号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、本発明の目的は、十分な輝度を有し、安定性及び耐久性に優れ、かつ大面積化可能であり製造容易な有機電界発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的を達成するため電荷輸送材料及び発光材料に関し鋭意検討した結果、下記一般式(AI−1)および(AI−2)、または下記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造より選択された少なくとも1種を部分構造として含む電荷輸送性ポリエステルが、有機電界発光素子として好適な電荷注入特性、電荷移動度、薄膜形成能を有し、かつ、前記電荷輸送性ポリエステルと、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを組み合わせることで、有機電界発光素子の耐久性と発光効率に優れるだけでなく、生産性の高い素子となることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の有機電界発光素子は、
【0014】
<1>
少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に挾持された、1つまたは複数の有機化合物層より構成される有機電界発光素子において、
前記有機化合物層の少なくとも1層が、下記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有することを特徴とする有機電界発光素子である。
【化1】

〔一般式(AI−1)および(AI−2)中、R1は水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、または、置換もしくは未置換の芳香族基を表し、Tは炭素数1〜6の2価の直鎖状炭化水素、または、炭素数2〜10の分枝状炭化水素を表し、l、mは0または1を表す。〕
【0015】
<2>
前記有機化合物層が、少なくとも発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする<1>に記載の有機電界発光素子である。
【0016】
<3>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<2>に記載の有機電界発光素子である。
【0017】
<4>
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移により、あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする<1>に記載の有機電界発光素子である。
【0018】
<5>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<4>に記載の有機電界発光素子である。
【0019】
<6>
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移により、あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする<1>に記載の有機電界発光素子である。
【0020】
<7>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<6>に記載の有機電界発光素子である。
【0021】
<8>
前記有機化合物層が、少なくとも電荷輸送能を有する発光層から構成され、
前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有することを特徴とする<1>に記載の有機電界発光素子である。
【0022】
<9>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<8>に記載の有機電界発光素子である。
【0023】
<10>
前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルが、下記一般式(AII−1)または(AII−2)で示される電荷輸送性ポリエステルであることを特徴とする<1>に記載の有機電界発光素子である。
【化2】

〔一般式(AII−1)および(AII−2)中、Aは前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造を表し、Rは水素原子、アルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または、置換もしくは未置換のアラルキル基を表し、Yは2価のアルコール残基を表し、Zは2価のカルボン酸残基を表し、BおよびB’は、それぞれ独立に基−O−(Y−O)n−R、または基−O−(Y−O)n−CO−Z−CO−O−R’(ここで、R、Y、Zは上記と同じ意味を有し、R’はアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。)を表し、nは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。〕
【0024】
<11>
少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に挾持された、1つまたは複数の有機化合物層より構成される有機電界発光素子において、前記有機化合物層の少なくとも1層が、下記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有することを特徴とする有機電界発光素子である。
【化3】

〔一般式(BI−1)および(BI−2)中、R1は水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、または、置換もしくは未置換の芳香族基を表し、Tは炭素数1〜6の2価の直鎖状炭化水素、または、炭素数2〜10の分枝状炭化水素を表し、l、mは0または1を表す。〕
【0025】
<12>
前記有機化合物層が、少なくとも発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする<11>に記載の有機電界発光素子である。
【0026】
<13>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<12>に記載の有機電界発光素子である。
【0027】
<14>
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする<11>に記載の有機電界発光素子である。
【0028】
<15>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<14>に記載の有機電界発光素子である。
【0029】
<16>
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移により、あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする<11>に記載の有機電界発光素子である。
【0030】
<17>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<16>に記載の有機電界発光素子である。
【0031】
<18>
前記有機化合物層が、少なくとも電荷輸送能を有する発光層から構成され、該発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、さらに、前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を含有することを特徴とする<11>に記載の有機電界発光素子である。
【0032】
<19>
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする<18>に記載の有機電界発光素子である。
【0033】
<20>
前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルが、下記一般式(BII−1)または(BII−2)で示される電荷輸送性ポリエステルであることを特徴とする<19>に記載の有機電界発光素子である。
【化4】

〔一般式(BII−1)および(BII−2)中、Aは前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造を表し、Rは水素原子、アルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表し、Yは2価のアルコール残基を表し、Zは2価のカルボン酸残基を表し、BおよびB’は、それぞれ独立に基−O−(Y−O)n−R、または基−O−(Y−O)n−CO−Z−CO−O−R’(ここで、R、Y、Zは上記と同じ意味を有し、R’はアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。)を表し、nは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。〕
【発明の効果】
【0034】
以上に説明したように本発明によれば、十分な輝度を有し、安定性及び耐久性に優れ、かつ大面積化可能であり製造容易な有機電界発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
本発明の有機EL素子は、少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に挾持された、1つまたは複数の有機化合物層より構成される有機電界発光素子において、
前記有機化合物層の少なくとも1層が、下記一般式(AI−1)および(AI−2)、または、下記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子(以下、「発光性低分子」と略す場合がある)とを含有することを特徴とする。
【0036】
本発明の有機EL素子は、発光性低分子と、この発光性低分子のホスト材料としても機能する前記電荷輸送性ポリエステルとを含有する層を有することで、十分な輝度を有し、安定性及び耐久性に優れる。さらに、前記電荷輸送性ポリエステルを用いることで、大面積化可能であり、容易に製造可能である。
特に本発明では、前記電荷輸送性ポリエステル及び前記発光性低分子を含有する層を湿式による塗布方式で形成することができるため、前述のような従来の素子に比べ、製造プロセスを大幅に簡易化することができる。
【0037】
なお、本発明では、下記一般式(AI−1)、一般式(AI−2)、一般式(BI−1)、あるいは、一般式(BI−2)で示されるようなカルバゾール構造を含む電荷輸送性ポリエステルを用いるが、このようなカルバゾール構造を含む電荷輸送性ポリエステルとしては、特開2005−259441号公報に記載のカルバゾール構造(いわゆる、4,4’−dicarbazoly−1,1’−biphenyl(CBP)類似の構造)を含む電荷輸送性ポリエステルも挙げられる。
しかしながら、本発明で用いるカルバゾール構造を含む電荷輸送性ポリエステルは、CBP構造を含む電荷輸送性ポリエステルと比較して、溶媒に対する溶解性が優れていることから製膜が容易で形成された膜の均一性も良好である。また、混合する発光性低分子との相分離が生じにくい利点も有する。
【0038】
次に、本発明の有機電界発光素子における、下記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルについて説明する。
【0039】
【化5】

【0040】
上記一般式(AI−1)および(AI−2)中、R1は炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、または、置換もしくは未置換の芳香族基を表す。
ここでいう芳香族基としては、フェニル基、トリル基、メトキシフェニル基のようなフェニル基誘導体、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−アントラニル基のような縮環系誘導体、チエニル基、メチルチエニル基、フラニル基、オキサジアゾール基のような複素環系誘導体が好適に用いられる。
また、Tは炭素数1〜6の2価の直鎖状炭化水素、または、炭素数2〜10の分枝状炭化水素を表し、l、mは0または1を表す。Tの具体的な構造としては、以下を挙げることができる。
【0041】
【化6】

【0042】
一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルとしては、下記一般式(AII−1)または(AII−2)で示されるものが好適に使用される。
【0043】
【化7】

【0044】
一般式(AII−1)および(AII−2)中、Aは前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を表し、一つのポリマー中に2種類以上の構造のAが含まれてもよい。
また、一般式(AII−1)および(AII−2)中、Rは水素原子、アルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または、置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。
上記アルキル基としては、炭素数が1〜10のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、オクチル基、2−エチル−ヘキシル基などが挙げられる。前記アリール基としては、炭素数が6〜20のものが好ましく、例えば、フェニル基、トルイル基等が挙げられる。前記アラルキル基としては、炭素数が7〜20のものが好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。また、前記置換アリール基、置換アラルキル基の置換基としては、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
一般式(AII−1)および(AII−2)中、Yは2価のアルコール残基を表し、Zは2価のカルボン酸残基を表す。YおよびZは、具体的には下記の式(1)〜(7)から選択された基が挙げられる。
【0045】
【化8】

【0046】
式(1)〜(7)中、R2およびR3は、それぞれ水素原子、炭素数が1〜4のアルキル基、炭素数が1〜4のアルコキシル基、置換もしくは未置換のフェニル基、置換もしくは未置換のアラルキル基、またはハロゲン原子を表し、a〜cはそれぞれ1〜10の整数を、dおよびeはそれぞれ0、1または2の整数を、fは0または1を各々表し、Vは下記の式(8)〜(18)から選択された基を表す。
【0047】
【化9】

【0048】
式(8)〜(18)中、gは1〜10の整数を表し、hは0〜10の整数を表す。
一般式(AII−1)または(AII−2)中、nは1〜5の整数を表し、重合度を表すpは5〜5000の範囲であるが、好ましくは10〜1000の範囲である。また、BおよびB’は、それぞれ独立に基−O−(Y−O)n−R、または基−O−(Y−O)n−CO−Z−CO−O−R’(ここで、R、Y、Zは上記と同じ意味を有し、R’はアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または、置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。)を表す。
また、前記電荷輸送性ポリエステルの重量平均分子量Mwは、5,000〜1,000,000の範囲であることが好ましいが、10,000〜300,000の範囲にあるのがより好ましい。
【0049】
前記電荷輸送性ポリエステルは、下記構造式(AIII−1)または(AIII−2)で示される電荷輸送性モノマーを、例えば、第4版実験化学講座第28巻(丸善、1993)等に記載された公知の方法で重合させることによって合成することができる。なお、構造式(AIII−1)または(AIII−2)中、R1、T、l、mは、前記一般式(AI−1)、(AI−2)におけるR1、T、l、mと各々同様である。
【0050】
【化10】

【0051】
具体的には、一般式(AII−1)で示される電荷輸送性ポリエステルは、例えば次のようにして合成することができる。
【0052】
A’が水酸基の場合には、HO−(Y−O)n−Hで示される2価アルコール類をほぼ当量混合し、酸触媒を用いて重合する。酸触媒としては、硫酸、トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸等、通常のエステル化反応に用いるものが使用でき、触媒量としては、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1/10,000〜1/10重量部の範囲が好ましく、1/1,000〜1/50重量部の範囲がより好ましい。
重合中に生成する水を除去するために、水と共沸可能な溶剤を用いることが好ましく、トルエン、クロロベンゼン、1−クロロナフタレン等が有効であり、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1〜100重量部、好ましくは2〜50重量部の範囲で用いられる。反応温度は任意に設定できるが、重合中に生成する水を除去するために、溶剤の沸点で反応させることが好ましい。
【0053】
反応終了後、溶剤を用いなかった場合には溶解可能な溶剤に溶解させる。溶剤を用いた場合には、反応溶液をそのまま、メタノール、エタノール等のアルコール類や、アセトン等のポリマーが溶解しにくい貧溶剤中に滴下し、正孔輸送性ポリエステルを析出させ、電荷輸送性ポリエステルを分離した後、水や有機溶剤で十分洗浄し、乾燥させる。更に、必要であれば適当な有機溶剤に溶解させ、貧溶剤中に滴下し、電荷輸送性ポリエステルを析出させる再沈殿処理を繰り返してもよい。再沈殿処理の際には、メカニカルスターラー等で、効率よく撹拌しながら行うことが好ましい。
【0054】
再沈殿処理の際に電荷輸送性ポリエステルを溶解させる溶剤の量は、電荷輸送性ポリエステル1重量部に対して、1〜100重量部の範囲が好ましく、2〜50重量部の範囲がより好ましい。また、貧溶剤の量は、電荷輸送性ポリエステル1重量部に対して、1〜1,000重量部の範囲が好ましく、10〜500重量部の範囲がより好ましい。
前記A’がハロゲンの場合には、HO−(Y−O)n−Hで示される2価アルコール類をほぼ当量混合し、ピリジンやトリエチルアミン等の有機塩基性触媒を用いて重合する。該有機塩基性触媒の量は、正孔輸送性モノマー1当量に対して、1〜10当量の範囲が好ましく、2〜5当量の範囲がより好ましい。
【0055】
溶剤としては、塩化メチレン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、クロロベンゼン、1−クロロナフタレン等が有効であり、溶剤量は、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1〜100重量部の範囲が好ましく、2〜50重量部の範囲がより好ましい。反応温度は任意に設定できる。重合後、前述のように再沈殿処理し、精製する。
【0056】
また、ビスフェノール等の酸性度の高い2価アルコール類の場合には、界面重合法も用いることができる。すなわち、2価アルコール類を水に加え、当量の塩基を加えて溶解させた後、激しく撹拌しながら2価アルコール類と当量の電荷輸送性モノマー溶液を加えることによって重合できる。この際、水の量は、2価アルコール類1重量部に対して、1〜1,000重量部の範囲が好ましく2〜500重量部の範囲がより好ましい。
【0057】
電荷輸送性モノマーを溶解させる溶剤としては、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トルエン、クロロベンゼン、1−クロロナフタレン等が有効である。反応温度は任意に設定でき、反応を促進するために、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の相間移動触媒を用いることが効果的である。相間移動触媒の量は、正孔輸送性モノマー1重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲であることが好ましく、0.2〜5重量部の範囲がより好ましい。
【0058】
さらに、前記A’がアルコキシル基の場合には、前述の構造式(AIII−1)及び(AIII−2)で示される電荷輸送性ポリマーに、HO−(Y−O)n−Hで示される2価アルコール類を過剰に加え、硫酸、リン酸等の無機酸、チタンアルコキシド、カルシウム及びコバルト等の酢酸塩あるいは炭酸塩、亜鉛や鉛の酸化物を触媒に用いて加熱し、エステル交換により合成できる。
前記2価アルコール類の量は、電荷輸送性モノマー1当量に対して、2〜100当量の範囲が好ましく、3〜50当量の範囲がより好ましい。また、触媒の量は、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1/10,000〜1重量部の範囲が好ましく、1/1,000〜1/2重量部の範囲がより好ましい。
反応は、反応温度を200〜300℃の範囲として行い、アルコキシル基から基−O−(Y−O)n−Hへのエステル交換終了後は、の脱離による重合を促進するため、減圧下で反応させることが好ましい。また、HO−(Y−O)n−Hでと共沸可能な1−クロロナフタレン等の高沸点溶剤を用いて、常圧下でHO−(Y−O)n−Hでを共沸で除きながら反応させることもできる。
【0059】
また、一般式(AII−2)で示される電荷輸送性ポリエステルは、次のようにして合成することができる。
すなわち、前述の一般式(AII−1)で示される電荷輸送性ポリエステルの合成におけるそれぞれの場合において、2価アルコール類を過剰に加えて反応させることによって下記構造式(AIV−1)および(AIV−2)で示される化合物を生成した後、これを電荷輸送性モノマーとして用いて前記と同様の方法で、2価カルボン酸または2価カルボン酸ハロゲン化物等と反応させればよく、それによって電荷輸送性ポリエステルを得ることができる。なお、下記式中、R1、T、l、m及びnは前述の通りである。
【0060】
【化11】

【0061】
次に、本発明の有機電界発光素子における、下記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルについて説明する。
【0062】
【化12】

【0063】
上記一般式(BI−1)および(BI−2)中、R1は炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、または、置換もしくは未置換の芳香族基を表す。
ここでいう芳香族基としては、フェニル基、トリル基、メトキシフェニル基のようなフェニル基誘導体、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−アントラニル基のような縮環系誘導体、チエニル基、メチルチエニル基、フラニル基、オキサジアゾール基のような複素環系誘導体が好適に用いられる。
また、Tは炭素数1〜6の2価の直鎖状炭化水素、または、炭素数2〜10の分枝状炭化水素を表し、l、mは0または1を表す。Tの具体的な構造としては、以下を挙げることができる。
【0064】
【化13】

【0065】
一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルとしては、下記一般式(BII−1)または(BII−2)で示されるものが好適に使用される。
【0066】
【化14】

【0067】
一般式(BII−1)および(BII−2)中、Aは前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を表し、一つのポリマー中に2種類以上の構造のAが含まれてもよい。
また、一般式(BII−1)および(BII−2)中、Rは水素原子、アルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。
上記アルキル基としては、炭素数が1〜10のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、オクチル基、2−エチル−ヘキシル基などが挙げられる。前記アリール基としては、炭素数が6〜20のものが好ましく、例えば、フェニル基、トルイル基等が挙げられる。前記アラルキル基としては、炭素数が7〜20のものが好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。また、前記置換アリール基、置換アラルキル基の置換基としては、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
一般式(BII−1)および(BII−2)中、Yは2価のアルコール残基を表し、Zは2価のカルボン酸残基を表す。YおよびZは、具体的には下記の式(1)〜(7)から選択された基が挙げられる。
【0068】
【化15】

【0069】
式(1)〜(7)中、R2およびR3は、それぞれ水素原子、炭素数が1〜4のアルキル基、炭素数が1〜4のアルコキシル基、置換もしくは未置換のフェニル基、置換もしくは未置換のアラルキル基、またはハロゲン原子を表し、a〜cはそれぞれ1〜10の整数を、dおよびeはそれぞれ0、1または2の整数を、fは0または1を各々表し、Vは下記の式(8)〜(18)から選択された基を表す。
【0070】
【化16】

【0071】
式(8)〜(18)中、gは1〜10の整数を表し、hは0〜10の整数を表す。
一般式(BII−1)または(BII−2)中、nは1〜5の整数を表し、重合度を表すpは5〜5000の範囲であるが、好ましくは10〜1000の範囲である。また、BおよびB’は、それぞれ独立に基−O−(Y−O)n−R、または基−O−(Y−O)n−CO−Z−CO−O−R’(ここで、R、Y、Zは上記と同じ意味を有し、R’はアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。)を表す。
また、前期電荷輸送性ポリエステルの重量平均分子量Mwは、5,000〜1,000,000の範囲であることが好ましいが、10,000〜300,000の範囲にあるのがより好ましい。
【0072】
前期電荷輸送性ポリエステルは、下記構造式(BIII−1)または(BIII−2)で示される電荷輸送性モノマーを、例えば、第4版実験化学講座第28巻(丸善、1993)等に記載された公知の方法で重合させることによって合成することができる。なお、構造式(BIII−1)または(BIII−2)中、R1、T、l、mは、前記一般式(BI−1)、(BI−2)、(BII−1)、(BII−2)におけるR1、T、l、mと各々同様である。
【0073】
【化17】

【0074】
具体的には、一般式(BII−1)で示される電荷輸送性ポリエステルは、例えば次のようにして合成することができる。
【0075】
A’が水酸基の場合には、HO−(Y−O)n−Hで示される2価アルコール類をほぼ当量混合し、酸触媒を用いて重合する。酸触媒としては、硫酸、トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸等、通常のエステル化反応に用いるものが使用でき、触媒量としては、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1/10,000〜1/10重量部の範囲が好ましく、1/1,000〜1/50重量部の範囲がより好ましい。
重合中に生成する水を除去するために、水と共沸可能な溶剤を用いることが好ましく、トルエン、クロロベンゼン、1−クロロナフタレン等が有効であり、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1〜100重量部、好ましくは2〜50重量部の範囲で用いられる。反応温度は任意に設定できるが、重合中に生成する水を除去するために、溶剤の沸点で反応させることが好ましい。
【0076】
反応終了後、溶剤を用いなかった場合には溶解可能な溶剤に溶解させる。溶剤を用いた場合には、反応溶液をそのまま、メタノール、エタノール等のアルコール類や、アセトン等のポリマーが溶解しにくい貧溶剤中に滴下し、正孔輸送性ポリエステルを析出させ、電荷輸送性ポリエステルを分離した後、水や有機溶剤で十分洗浄し、乾燥させる。更に、必要であれば適当な有機溶剤に溶解させ、貧溶剤中に滴下し、電荷輸送性ポリエステルを析出させる再沈殿処理を繰り返してもよい。再沈殿処理の際には、メカニカルスターラー等で、効率よく撹拌しながら行うことが好ましい。
【0077】
再沈殿処理の際に電荷輸送性ポリエステルを溶解させる溶剤の量は、電荷輸送性ポリエステル1重量部に対して、1〜100重量部の範囲が好ましく、2〜50重量部の範囲がより好ましい。また、貧溶剤の量は、電荷輸送性ポリエステル1重量部に対して、1〜1,000重量部の範囲が好ましく、10〜500重量部の範囲がより好ましい。
前記A’がハロゲンの場合には、HO−(Y−O)n−Hで示される2価アルコール類をほぼ当量混合し、ピリジンやトリエチルアミン等の有機塩基性触媒を用いて重合する。該有機塩基性触媒の量は、正孔輸送性モノマー1当量に対して、1〜10当量の範囲が好ましく、2〜5当量の範囲がより好ましい。
【0078】
溶剤としては、塩化メチレン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、クロロベンゼン、1−クロロナフタレン等が有効であり、溶剤量は、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1〜100重量部の範囲が好ましく、2〜50重量部の範囲がより好ましい。反応温度は任意に設定できる。重合後、前述のように再沈殿処理し、精製する。
【0079】
また、ビスフェノール等の酸性度の高い2価アルコール類の場合には、界面重合法も用いることができる。すなわち、2価アルコール類を水に加え、当量の塩基を加えて溶解させた後、激しく撹拌しながら2価アルコール類と当量の電荷輸送性モノマー溶液を加えることによって重合できる。この際、水の量は、2価アルコール類1重量部に対して、1〜1,000重量部の範囲が好ましく2〜500重量部の範囲がより好ましい。
【0080】
電荷輸送性モノマーを溶解させる溶剤としては、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トルエン、クロロベンゼン、1−クロロナフタレン等が有効である。反応温度は任意に設定でき、反応を促進するために、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の相間移動触媒を用いることが効果的である。相間移動触媒の量は、正孔輸送性モノマー1重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲であることが好ましく、0.2〜5重量部の範囲がより好ましい。
【0081】
さらに、前記A’がアルコキシル基の場合には、前述の構造式(BIII−1)及び(BIII−2)で示される電荷輸送性ポリマーに、HO−(Y−O)n−Hで示される2価アルコール類を過剰に加え、硫酸、リン酸等の無機酸、チタンアルコキシド、カルシウム及びコバルト等の酢酸塩あるいは炭酸塩、亜鉛や鉛の酸化物を触媒に用いて加熱し、エステル交換により合成できる。
前記2価アルコール類の量は、電荷輸送性モノマー1当量に対して、2〜100当量の範囲が好ましく、3〜50当量の範囲がより好ましい。また、触媒の量は、電荷輸送性モノマー1重量部に対して、1/10,000〜1重量部の範囲が好ましく、1/1,000〜1/2重量部の範囲がより好ましい。
反応は、反応温度を200〜300℃の範囲として行い、アルコキシル基から基−O−(Y−O)n−Hへのエステル交換終了後は、の脱離による重合を促進するため、減圧下で反応させることが好ましい。また、HO−(Y−O)n−Hでと共沸可能な1−クロロナフタレン等の高沸点溶剤を用いて、常圧下でHO−(Y−O)n−Hでを共沸で除きながら反応させることもできる。
【0082】
また、一般式(BII−2)で示される電荷輸送性ポリエステルは、次のようにして合成することができる。
すなわち、前述の一般式(BII−1)で示される電荷輸送性ポリエステルの合成におけるそれぞれの場合において、2価アルコール類を過剰に加えて反応させることによって下記構造式(BIV−1)および(BIV−2)で示される化合物を生成した後、これを電荷輸送性モノマーとして用いて前記と同様の方法で、2価カルボン酸または2価カルボン酸ハロゲン化物等と反応させればよく、それによって電荷輸送性ポリエステルを得ることができる。なお、下記式中、R1、T、l、m及びnは前述の通りである。
【0083】
【化18】

【0084】
次に、発光性低分子について説明する。
本発明に用いられる発光性低分子には、固体状態で電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光を示す化合物が用いられる。なお、本発明において「発光性低分子」とは、高分子のような重合により連結された繰り返し構造を持たない発光性の分子を意味する。
【0085】
ここでいう励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光を示す化合物とは、特開2002−050483に開示されている燐光発光性の第1の有機化合物に当たる部分の励起三重項状態から蛍光発光性の第2の有機化合物に当たる部分の励起三重項状態へのエネルギー移動が起こり、第2の有機化合物の部分から蛍光発光が起こるような2種類の成分から成るものを指す。
【0086】
上記燐光発光性の部分における励起三重項状態の量子効率の値としては0.1以上が好ましく、更に好ましくは0.3以上であり、より一層好ましくは0.5以上である。これらの燐光発光性の部分に適用できる励起三重項状態の量子効率が高い化合物としては金属錯体を挙げられるが、何らこれに限定されるものではない。上記金属錯体の具体的な例としては、(1)イリジウム錯体や白金錯体等の遷移金属錯体及びこれらの誘導体等の遷移金属錯体、(2)希土類金属錯体を挙げることができる。これらは高温でも比較的安定な励起三重項状態を有する点で好ましい。
【0087】
上記の遷移金属錯体に使用される遷移金属としては、周期表において第1遷移元素系列は原子番号21のScから原子番号30のZnまでを、第2遷移元素系列は原子番号39のYから原子番号48のCdまでを、第3遷移元素系列は原子番号72のHfから原子番号80のHgまでを含める。また、上記の希土類金属錯体に使用される希土類金属としては、周期表において原子番号57のLaから原子番号71のLuまでを含める。
本発明に用いられる発光性低分子の発光性部分は非イオン性である。これは、発光性低分子がイオン性である場合には、発光性低分子を含む発光層に電圧を印加した場合には電気化学発光が起こり、この発光は応答速度が例えば分オーダーと極めて遅く、ディスプレイ用途には好ましくないためである。
【0088】
また、上記の遷移金属錯体および希土類金属錯体に配位される配位子としては、アセチルアセトナト、2,2’−ビピリジン、4,4’−ジメチル−2,2’−ビピリジン、1,10−フェナントロリン、2−フェニルピリジン、ポルフィリン、フタロシアニン、ピリミジン、キノリン及び/またはこれらの誘導体などを例示することができるが、何らこれらに限定されるものではない。これらの配位子は、1つの錯体について1種類または複数種類が配位される。また、上記の錯体化合物として二核錯体あるいは多核錯体や、2種類以上の錯体の複錯体を使用することもできる。
発光性低分子の発光性部分において、金属錯体の中心金属となる金属原子は配位子の1つ以上の部位で拘束される。これを達成する方法は特に限定はされないが、上述したような配位結合による錯体化を始め、電荷移動による錯体化、イオン結合、共有結合等が挙げられる。中心金属となる金属原子がイオンの場合には、前述の理由により発光性部分を中性とする方法が採られ、例えば、配位結合と共にイオンの価数を中和するに足りる共有結合を有する有機金属化合物とする方法などが挙げられるが、何らこれに限定されるものではない。
【0089】
本発明に用いられる発光性低分子は、高分子材料中に分散して用いるが、この高分子材料としては、少なくとも前記電荷輸送性ポリエステルが用いられる。なお、必要に応じてその他の高分子材料を併用してもよく、例えば、絶縁性高分子材料や、前記電荷輸送性ポリエステル以外の電荷輸送性高分子材料を用いることもできる。
前記電荷輸送性ポリエステル以外の電荷輸送性高分子の場合、ポリビニルカルバゾール、芳香族アミンを側鎖に有するポリメチルメタアクリレート、芳香族アミンを主鎖に有するポリエステル、ポリエーテルあるいはポリシランなどがあげられるが、これらに限るものではない。また、絶縁性高分子材料に分散する場合は、テトラフェニレンジアミン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、スチルベン誘導体、アリールヒドラゾン誘導体、ポルフィリン系化合物などの正孔輸送性ホスト材料あるいはオキサジアゾール誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体等などの電子輸送性ホスト材料を併せて含有することが望ましい。ここで、絶縁性高分子材料としては、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリエーテル、ポリメチルメタアクリレートなどがあげられるが、これらに限るものではない。
【0090】
次に、本発明の有機EL素子の層構成について詳記する。
本発明の有機EL素子は、少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極と、それら電極間に挾持された発光層を含む1つまたは複数の有機化合物層より構成され、該有機化合物層の少なくとも該有機化合物層の少なくとも1層が、少なくとも1種の前記電荷輸送性ポリエステルと、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有する。
【0091】
本発明の有機電界発光素子において、有機化合物層が複数層構成の場合(即ち、各層が異なる機能を有する機能分離型の場合)は、少なくともいずれか一層が発光層からなり、この発光層は電荷輸送機能を持つ発光層であってもよい。この場合、前記発光層あるいは前記電荷輸送機能を持つ発光層と、その他の層からなる層構成の具体例としては、発光層と電子輸送層および/または電子注入層とから構成される層構成(1)、正孔輸送層および/または正孔注入層と発光層と電子輸送層および/または電子注入層とから構成される層構成(2)、正孔輸送層および/または正孔注入層と発光層とから形成される層構成(3)が挙げられ、これら層構成(1)〜(3)の発光層及び電荷輸送機能を持つ発光層以外の層は電荷輸送層や電荷注入層としての機能を有する。
【0092】
一方、有機化合物層が単層の場合は、有機化合物層が電荷輸送機能を持つ発光層を意味し、この電荷輸送機能を持つ発光層が前記電荷輸送性ポリエステルと発光性低分子とを含有する。
なお、層構成(1)〜(3)のいずれの層構成においても、発光性低分子を含む発光層にホスト材料としての機能も有する前記電荷輸送性ポリエステルが含まれていればよく、必要に応じて、他の層に前記電荷輸送性ポリエステルが含まれていてもよい。また、本発明の有機EL素子においては、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層は、電荷輸送性材料(前記電荷輸送性ポリエステル以外の正孔輸送性材料、電子輸送性材料)を含有してもよい。詳しくは後述する。以下、図面を参照しつつ、より詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
図1〜図4は、本発明の有機EL素子の層構成を説明するための模式的断面図であって、図1、図2、図3は、有機化合物層が複数の場合の一例であり、図4は、有機化合物層が1つの場合の例を示す。なお、図1〜図4において、同様の機能を有するものは同じ符号を付して説明する。
【0093】
図1に示す有機EL素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、発光層4、電子輸送層5及び背面電極7を順次積層してなる。図2に示す有機EL素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層5及び背面電極7を順次積層してなる。図3に示す有機EL素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、正孔輸送層3、発光層4及び背面電極7を順次積層してなる。図4に示す有機EL素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、電荷輸送能を有する発光層6及び背面電極7を順次積層してなる。なお、これらの層以外にも必要に応じて正孔注入層、電子注入層などが設けられる。以下、各々を詳しく説明する。
【0094】
本発明における前記電荷輸送性ポリエステルを含有する有機化合物層は、その構造によっては、例えば、図1に示される有機EL素子の層構成の場合、電子輸送層5、発光層4(この場合には、電荷輸送能を有する発光層となる)としていずれも作用することができるし、また、図2に示される有機EL素子の層構成の場合、正孔輸送層3、電子輸送層5としていずれも作用することができ、図3に示される有機EL素子の層構成の場合、正孔輸送層3、発光層4(この場合には、電荷輸送能を有する発光層となる)としていずれも作用することができ、図4に示される有機EL素子の層構成の場合、電荷輸送能を有する発光層6として作用することができる。
【0095】
以下、電極や各層の材料、製造方法について説明する。
図1〜図4に示される有機EL素子の層構成の場合、透明絶縁体基板1は、発光を取り出すため透明なものが好ましく、ガラス、プラスチックフィルム等が用いられる。また、透明電極2は、透明絶縁体基板と同様に発光を取り出すため透明であって、かつ正孔の注入を行うため仕事関数の大きなものが好ましく、酸化スズインジウム(ITO)、酸化スズ(NESA)、酸化インジウム、酸化亜鉛等の酸化膜、及び蒸着あるいはスパッタされた金、白金、パラジウム等が好ましく用いられる。
図1及び図2に示される有機EL素子の層構成の場合、電子輸送層5は、目的に応じて機能(電子輸送能)が付与された前記電荷輸送性ポリエステル単独で形成されていてもよいが、電気的特性をさらに改善する等の目的で、電子移動度を調節するために、電荷輸送性ポリエステル以外の電子輸送材料を、電子輸送層5を構成する材料全体の重量に対して1〜50重量%の範囲で混合分散して形成されていてもよい。このような電子輸送材料としては、好適にはオキサジアゾール誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体等が挙げられる。
【0096】
前記電子輸送材料の好適な具体例として、下記例示化合物(V−1)〜(V−4)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、前記電荷輸送性ポリエステルを用いない場合、電子輸送層5はこれら電子輸送性材料を単独で用いて形成されることとなる。なお、例示化合物(V−4)中、nは1以上の整数である。
【0097】
【化19】

【0098】
なお、陰極からの電子注入性を改善することを目的として、電子輸送層5と背面電極7との間に前記電子注入層を形成する場合の材料は、陰極から電子を注入する機能を有しているものであればよく、前記電子輸送材料と同様の材料を用いることができる。
図2及び図3に示される有機EL素子の層構成の場合、正孔輸送層3は、目的に応じて機能(正孔輸送能)が付与された電荷輸送性ポリエステル単独で形成されていてもよいが、正孔移動度を調節するために電荷輸送性ポリエステル以外の正孔輸送材料を、正孔輸送層3を構成する材料全体の重量に対して1〜50重量%の範囲で混合分散して形成されていてもよい。
【0099】
このような正孔輸送材料としては、テトラフェニレンジアミン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、カルバゾール誘導、スチルベン誘導体、アリールヒドラゾン誘導体、ポルフィリン系化合物等が好ましく用いられる。特に好適な具体例として下記例示化合物(VI−1)〜(VI−9)が挙げられるが、これらの中では、電荷輸送性ポリエステルとの相容性が良いことから、テトラフェニレンジアミン誘導体が好ましい。また、他の汎用の樹脂等との混合で用いてもよい。なお、前記電荷輸送性ポリエステルを用いない場合、正孔輸送層3はこれら正孔輸送性材料を単独で用いて形成されることとなる。なお、例示化合物(VI−7)〜(VI−9)中、nは1以上の整数である。
【0100】
【化20】

【0101】
【化21】

【0102】
なお、陽極からの正孔注入性を改善することを目的として、透明電極2と正孔輸送層3との間に前記正孔注入層を形成する場合の材料は、陽極から正孔を注入する機能を有しているものであればよく、前記正孔輸送材料と同様の材料を用いることができるが、特に好適な具体例としては下記例示化合物(VII−1)または(VII−2)が挙げられる。なお、例示化合物(VII−2)中、nは1以上の整数である。
【0103】
【化22】

【0104】
図1、図2及び図3に示される有機EL素子の層構成の場合、発光層4は、前述したように、少なくとも前記電荷輸送性ポリエステルを含む発光層4を構成する材料全体に対して前記発光性低分子を0.1〜50重量%の範囲で分散させて形成する。
なお、発光層4を構成する材料としては前記電荷輸送性ポリエステルおよび前記発光性低分子以外にも、必要に応じて前記電荷輸送性ポリエステル以外の電荷輸送性高分子材料や絶縁性高分子材料を併用することができる。
【0105】
図4に示される有機EL素子の層構成において、電荷輸送能を有する発光層6は、例えば目的に応じて機能(正孔輸送能、あるいは電子輸送能)が付与された前記電荷輸送性ポリエステル中に、発光材料として前記発光性低分子が電荷輸送能を有する発光層6を構成する材料全体の重量に対して0.1〜50重量%の範囲で分散された有機化合物層であるが、有機EL素子に注入される正孔と電子とのバランスを調節するために、前記電荷輸送性ポリエステル以外の電荷輸送材料を10〜50重量%の範囲で分散させてもよい。
【0106】
このような電荷輸送材料としては、電子移動度を調節する場合には、電子輸送材料として好適にはオキサジアゾール誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体等が挙げられ、好適な具体例としては、前記例示化合物(V−1)〜(V−3)が挙げられる。また、前記電荷輸送性ポリエステルと強い電子相互作用を示さない有機化合物が用いられることが好ましく、より好ましくは下記例示化合物(VIII)が用いられるが、これに限定されるものではない。
【0107】
【化23】

【0108】
同様に正孔移動度を調節する場合には、正孔輸送材料として好適にはテトラフェニレンジアミン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、カルバゾール誘導、スチルベン誘導体、アリールヒドラゾン誘導体、ポルフィリン系化合物等が挙げられ、特に好適な具体例としては、前記例示化合物(VI−1)〜(VI−9)が挙げられ、電荷輸送性ポリエステルとの相容性が良いことから、テトラフェニレンジアミン誘導体が好ましい。
図1〜図4に示される有機EL素子の層構成の場合、背面電極7には、真空蒸着可能で、電子注入を行うため仕事関数の小さな金属が使用されるが、特に好ましくはマグネシウム、アルミニウム、銀、インジウム及びこれらの合金である。また、背面電極7上には、さらに素子の水分や酸素による劣化を防ぐために保護層を設けてもよい。
具体的な保護層の材料としては、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Alなどの金属、MgO、SiO2、TiO2等の金属酸化物、ポリエチレン樹脂、ポリウレア樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂が挙げられる。保護層の形成には、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ重合法、CVD法、コーティング法が適用できる。
【0109】
これら図1〜図4に示される有機EL素子の各層形成は以下のように行われる。まず、透明電極2の上に各有機EL素子の層構成に応じて、正孔輸送層3や発光層4、あるいは電荷輸送能を有する発光層6を形成する。正孔輸送層3、発光層4及び電荷輸送能を有する発光層6は、前記各材料を真空蒸着法、もしくは有機溶媒中に溶解あるいは分散し、得られた塗布液を用いて前記透明電極2上にスピンコーティング法、ディップ法等を用いて製膜することにより形成する。
【0110】
次に、各有機EL素子の層構成に応じて、発光層4、電子輸送層5は、前記各材料を、真空蒸着法、もしくは有機溶媒中に溶解あるいは分散し、得られた塗布液を用いて前記正孔輸送層3や発光層4の表面にスピンコーティング法、ディップ法等を用いて製膜することによって形成される。
なお、本発明においては、電荷輸送材料として高分子を含むため、各層の形成は塗布液を用いた製膜法により行うことが好ましい。
【0111】
形成される正孔輸送層3、発光層4及び電子輸送層5の膜厚は、各々0.1μm以下であることが好ましく、特に、0.03〜0.08μmの範囲であることが好ましい。また、電荷輸送能を有する発光層6の膜厚は、0.03〜0.2μmの範囲程度が好ましい。なお、前記正孔注入層、電子注入層を形成する場合の膜厚は、各々前記正孔輸送層3、電子輸送層5と同程度もしくは薄い膜厚であることが好ましい。
【0112】
前記各材料(前記電荷輸送性ポリエステル、発光材料等)の層中での分散状態は分子分散状態でも微粒子分散状態でも構わない。塗布液を用いた製膜法の場合、分子分散状態とするためには、分散溶媒は前記各材料の共通溶媒を用いる必要があり、微粒子分散状態とするためには、分散溶媒は前記各材料の分散性及び溶解性を考慮して選択する必要がある。微粒子状に分散するためには、ボールミル、サンドミル、ペイントシェイカー、アトライター、ボールミル、ホモジェナイザー、超音波法等が利用できる。
そして、最後に、電子輸送層5や発光層4、あるいは電荷輸送能を有する発光層6の上に背面電極7を真空蒸着法により形成することにより素子が完成される。
本発明の有機EL素子は、一対の電極間に、例えば、4〜20Vで、電流密度が1〜200mA/cm2の範囲の直流電圧を印加することによって、充分発光させることができる。
【実施例】
【0113】
以下、実施例によって本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。まず、実施例に用いた電荷輸送性ポリエステルは、例えば以下のようにして得た。
【0114】
−合成例A1−
下記例示化合物(AIX−1)2.0g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(AIX−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら200℃に加熱し、6時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、テトラヒドロフラン(THF)50mlに溶解して不溶物を0.2μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥させ、1.9gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(AIX−2)を得た。分子量をGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)にて測定したところ、重量平均分子量Mwは9.32×104(スチレン換算)であり、Mw/Mn(Mnは数平均分子量)は1.87であった。
【0115】
【化24】

【0116】
−合成例A2−
下記例示化合物(AX−1)2.0g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(AX−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら210℃に加熱し、7時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、THF50mlに溶解して不溶物を0.2μmのPTFEフィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥させ、1.9gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(AX−2)を得た。分子量をGPCにて測定したところ、Mwは8.16×104(スチレン換算)であり、Mw/Mnは1.93であった。
【0117】
【化25】

【0118】
−合成例A3−
下記例示化合物(AXI−1)2.0g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(AXI−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら210℃に加熱し、7時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、THF50mlに溶解して不溶物を0.2μmのPTFEフィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥させ、1.9gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(AXI−2)を得た。分子量をGPCにて測定したところ、Mwは1.03×105(スチレン換算)であり、Mw/Mnは2.10であった。
【0119】
【化26】

【0120】
−合成例A4−(テレフタル酸ジメチルとの共重合体)
上記例示化合物(AIX−1)2g、テレフタル酸ジメチル0.6g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(AIX−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら210℃に加熱し、7時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、THF50mlに溶解して不溶物を0.2μmのPTFEフィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥せ、2.3gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(AXII)を得た。分子量をGPCにて測定したところ、Mwは1.10×105(スチレン換算)であり、Mw/Mnは2.80であった。
【0121】
【化27】

【0122】
−合成例B1−
下記例示化合物(BIX−1)2.0g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(BIX−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら200℃に加熱し、6時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、テトラヒドロフラン(THF)50mlに溶解して不溶物を0.2μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥させ、1.9gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(BIX−2)を得た。分子量をGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)にて測定したところ、重量平均分子量Mwは8.78×104(スチレン換算)であり、Mw/Mn(Mnは数平均分子量)は1.91であった。
【0123】
【化28】

【0124】
−合成例B2−
下記例示化合物(BX−1)2.0g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(BX−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら210℃に加熱し、7時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、THF50mlに溶解して不溶物を0.2μmのPTFEフィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥させ、1.9gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(BX−2)を得た。分子量をGPCにて測定したところ、Mwは9.16×104(スチレン換算)であり、Mw/Mnは1.85であった。
【0125】
【化29】

【0126】
−合成例B3−
下記例示化合物(BXI−1)2.0g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(BXI−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら210℃に加熱し、7時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、THF50mlに溶解して不溶物を0.2μmのPTFEフィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥させ、1.9gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(BXI−2)を得た。分子量をGPCにて測定したところ、Mwは1.07×105(スチレン換算)であり、Mw/Mnは2.10であった。
【0127】
【化30】

【0128】
−合成例B4−(テレフタル酸ジメチルとの共重合体)
上記例示化合物(BIX−1)2.0g、テレフタル酸ジメチル0.75g、エチレングリコール8.0g及びテトラブトキシチタン0.1gを50mlのフラスコに入れ、窒素気流下、190℃で6時間加熱攪拌した。化合物(BIX−1)が消費されたことを確認した後、33.3Paに減圧してエチレングリコールを留去しながら210℃に加熱し、7時間反応を続けた。その後、室温まで冷却し、THF50mlに溶解して不溶物を0.2μmのPTFEフィルターにて濾過し、その濾液を攪拌されたメタノール500ml中に滴下する再沈殿を行うことでポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾過し、十分にメタノールで洗浄した後乾燥させ、2.2gの下記に例示する電荷輸送性ポリエステル(BX−II)を得た。分子量をGPCにて測定したところ、Mwは8.9×104(スチレン換算)であり、Mw/Mnは2.9であった。
【0129】
【化31】

【0130】
(実施例A1)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A1の電荷輸送性ポリエステル(AIX−2)を1重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、スピンコート法により塗布して、膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。
十分乾燥させた後、電子輸送性材料として前記電荷輸送性材料(V−4)を5重量%ジクロロエタン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記発光層上にスピンコート法により塗布し、膜厚が0.1μmの電子輸送層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極を前記ITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0131】
(実施例A2)
正孔輸送性材料として前記電荷輸送性材料(VI−9)(Mw=1.04×105(スチレン換算)、Mw/Mnは1.87)を5重量%クロロベンゼン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、スピンコート法により塗布して膜厚が0.1μmの正孔輸送層を形成した。
十分乾燥させた後、電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A1の電荷輸送性ポリエステル(AIX−2)を1重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記正孔輸送層上にスピンコート法により塗布して膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。
さらに十分乾燥させた後、電子輸送性材料として合成例A3の電荷輸送性ポリエステル(AXI−2)を5重量%ジクロロエタン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記発光層上にスピンコート法により塗布し、膜厚が0.1μmの電子輸送層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極を前記ITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0132】
(実施例A3)
正孔輸送性材料として前記電荷輸送性材料(VI−9)(Mw=1.04×105(スチレン換算)、Mw/Mnは1.87)を5重量%クロロベンゼン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、スピンコート法により塗布して膜厚が0.1μmの正孔輸送層を形成した。
十分乾燥させた後、電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A1の電荷輸送性ポリエステル(AIX−2)を1重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記正孔輸送層上にスピンコート法により塗布して膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極を前記ITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0133】
(実施例A4)
実施例A3において、正孔輸送層を形成する前に、短冊型ITO電極を形成したガラス基板上にバイトロン(Baytron)P(バイエル株式会社製、ポリエチレンジオキサイドチオフェン、前記例示化合物(VII−2))とポリスチレンスルホン酸とのポリマーの混合水分散液)をスピンコート法により塗布して、ITO電極と正孔輸送層との間に膜厚が0.05μmの正孔注入層を形成した以外は、実施例A3と同様にして素子を作製した。
【0134】
(実施例A5)
電荷輸送材料として電荷輸送性ポリエステル(VI−9)(Mw=1.04×105(スチレン換算)、Mw/Mnは1.87)を0.5重量部と、電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A1の電荷輸送性ポリエステル(AIX−2)を0.5重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上にスピンコート法により塗布して、膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極をITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0135】
(実施例A6)
発光性低分子として下記例示化合物(XIV)を使用したこと以外は、実施例A3と同様に素子を作製した。
【0136】
(実施例A7)
発光性低分子として下記例示化合物(XV)を使用したこと以外は、実施例A3と同様に素子を作製した。
【0137】
(実施例A8)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A2の電荷輸送性ポリエステル(AX−2)を使用したこと以外は、実施例A1と同様に素子を作製した。
【0138】
(実施例A9)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A2の電荷輸送性ポリエステル(AX−2)を使用したこと以外は、実施例A2と同様に素子を作製した。
【0139】
(実施例A10)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A2の電荷輸送性ポリエステル(AX−2)を使用したこと以外は、実施例A3と同様に素子を作製した。
【0140】
(実施例A11)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A2の電荷輸送性ポリエステル(AX−2)を使用したこと以外は、実施例A4と同様に素子を作製した。
【0141】
(実施例A12)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A2の電荷輸送性ポリエステル(AX−2)を使用したこと以外は、実施例A5と同様に素子を作製した。
【0142】
(実施例A13)
発光性低分子として下記例示化合物(XIV)を使用したこと以外は、実施例A10と同様に素子を作製した。
【0143】
(実施例A14)
発光性低分子として下記例示化合物(XV)を使用したこと以外は、実施例A10と同様に素子を作製した。
【0144】
(実施例A15)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A3の電荷輸送性ポリエステル(AXI−2)を使用したこと以外は、実施例A1と同様に素子を作製した。
【0145】
(実施例A16)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A3の電荷輸送性ポリエステル(AXI−2)を使用したこと以外は、実施例A2と同様に素子を作製した。
【0146】
(実施例A17)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A3の電荷輸送性ポリエステル(AXI−2)を使用したこと以外は、実施例A3と同様に素子を作製した。
【0147】
(実施例A18)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A3の電荷輸送性ポリエステル(AXI−2)を使用したこと以外は、実施例A4と同様に素子を作製した。
【0148】
(実施例A19)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A3の電荷輸送性ポリエステル(AXI−2)を使用したこと以外は、実施例A5と同様に素子を作製した。
【0149】
(実施例A20)
発光性低分子として下記例示化合物(XIV)を使用したこと以外は、実施例A17と同様に素子を作製した。
【0150】
(実施例A21)
発光性低分子として下記例示化合物(XV)を使用したこと以外は、実施例A17と同様に素子を作製した。
【0151】
(実施例A22)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例A4の電荷輸送性ポリエステル(AXII)を使用したこと以外は、実施例A5と同様に素子を作製した。
【0152】
(実施例B1)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B1の電荷輸送性ポリエステル(BIX−2)を1重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、スピンコート法により塗布して、膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。
十分乾燥させた後、電子輸送性材料として前記電荷輸送性材料(V−4)を5重量%ジクロロエタン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記発光層上にスピンコート法により塗布し、膜厚が0.1μmの電子輸送層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極を前記ITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0153】
(実施例B2)
正孔輸送性材料として前記電荷輸送性材料(VI−9)(Mw=1.04×105(スチレン換算)、Mw/Mnは1.87)を5重量%クロロベンゼン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、スピンコート法により塗布して膜厚が0.1μmの正孔輸送層を形成した。
十分乾燥させた後、電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B1の電荷輸送性ポリエステル(BIX−2)を1重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記正孔輸送層上にスピンコート法により塗布して膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。
さらに十分乾燥させた後、電子輸送性材料として合成例B3の電荷輸送性ポリエステル(BXI−2)を5重量%ジクロロエタン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記発光層上にスピンコート法により塗布し、膜厚が0.1μmの電子輸送層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極を前記ITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0154】
(実施例B3)
正孔輸送性材料として前記電荷輸送性材料(VI−9)(Mw=1.04×105(スチレン換算)、Mw/Mnは1.87)を5重量%クロロベンゼン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、スピンコート法により塗布して膜厚が0.1μmの正孔輸送層を形成した。
十分乾燥させた後、電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B1の電荷輸送性ポリエステル(BIX−2)を1重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmPTFEフィルターで濾過し、この溶液を前記正孔輸送層上にスピンコート法により塗布して膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極を前記ITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0155】
(実施例B4)
実施例B3において、正孔輸送層を形成する前に、短冊型ITO電極を形成したガラス基板上にバイトロン(Baytron)P(バイエル株式会社製、ポリエチレンジオキサイドチオフェン、前記例示化合物(VII−2))とポリスチレンスルホン酸とのポリマーの混合水分散液)をスピンコート法により塗布して、ITO電極と正孔輸送層との間に膜厚が0.05μmの正孔注入層を形成した以外は、実施例B3と同様にして素子を作製した。
【0156】
(実施例B5)
電荷輸送材料として電荷輸送性ポリエステル(VI−9)(Mw=1.04×105(スチレン換算)、Mw/Mnは1.87)を0.5重量部と、電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B1の電荷輸送性ポリエステル(BIX−2)を0.5重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)を0.1重量部とを混合し、10重量%ジクロロエタン溶液として調製し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上にスピンコート法により塗布して、膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極をITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0157】
(実施例B6)
発光性低分子として下記例示化合物(XIV)を使用したこと以外は、実施例B3と同様に素子を作製した。
【0158】
(実施例B7)
発光性低分子として下記例示化合物(XV)を使用したこと以外は、実施例B3と同様に素子を作製した。
【0159】
(実施例B8)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B2の電荷輸送性ポリエステル(BX−2)を使用したこと以外は、実施例B1と同様に素子を作製した。
【0160】
(実施例B9)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B2の電荷輸送性ポリエステル(BX−2)を使用したこと以外は、実施例B2と同様に素子を作製した。
【0161】
(実施例B10)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B2の電荷輸送性ポリエステル(BX−2)を使用したこと以外は、実施例B3と同様に素子を作製した。
【0162】
(実施例B11)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B2の電荷輸送性ポリエステル(BX−2)を使用したこと以外は、実施例B4と同様に素子を作製した。
【0163】
(実施例B12)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B2の電荷輸送性ポリエステル(BX−2)を使用したこと以外は、実施例B5と同様に素子を作製した。
【0164】
(実施例B13)
発光性低分子として下記例示化合物(XIV)を使用したこと以外は、実施例B10と同様に素子を作製した。
【0165】
(実施例B14)
発光性低分子として下記例示化合物(XV)を使用したこと以外は、実施例B10と同様に素子を作製した。
【0166】
(実施例B15)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B3の電荷輸送性ポリエステル(BXI−2)を使用したこと以外は、実施例B1と同様に素子を作製した。
【0167】
(実施例B16)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B3の電荷輸送性ポリエステル(BXI−2)を使用したこと以外は、実施例B2と同様に素子を作製した。
【0168】
(実施例B17)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B3の電荷輸送性ポリエステル(BXI−2)を使用したこと以外は、実施例B3と同様に素子を作製した。
【0169】
(実施例B18)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B3の電荷輸送性ポリエステル(BXI−2)を使用したこと以外は、実施例B4と同様に素子を作製した。
【0170】
(実施例B19)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B3の電荷輸送性ポリエステル(BXI−2)を使用したこと以外は、実施例B5と同様に素子を作製した。
【0171】
(実施例B20)
発光性低分子として下記例示化合物(XIV)を使用したこと以外は、実施例B17と同様に素子を作製した。
【0172】
(実施例B21)
発光性低分子として下記例示化合物(XV)を使用したこと以外は、実施例B17と同様に素子を作製した。
【0173】
(実施例B22)
電荷輸送材料兼ホスト材料として合成例B4の電荷輸送性ポリエステル(BXII)を使用したこと以外は、実施例B3と同様に素子を作製した。
【0174】
(比較例1)
洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、ホスト材料として下記例示化合物(XVI)と発光性低分子として下記例示化合物(XIII)とを用いて、共蒸着により膜中の化合物(XIII)の量が膜全体の化合物の重量に対して5重量%となるように蒸着して、膜厚が0.065μmの発光層を形成した。次いで、この発光層上に電子輸送材料として前記例示化合物(V−1)を用い、真空蒸着法により厚さが0.05μmの電子輸送層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極をITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0175】
(比較例2)
洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、正孔輸送材料として前記例示化合物(VI−2)を用いて真空蒸着法により厚さが0.05μmの正孔輸送層を形成した。さらに、この正孔輸送層上に、ホスト材料として下記例示化合物(XVI)と発光性低分子として下記例示化合物(XIII)とを用いて、共蒸着により膜中の化合物(XIII)の量が膜全体の化合物の重量に対して5重量%となるように蒸着して、膜厚が0.065μmの発光層を形成した。次いで、この発光層上に、電子輸送材料として前記例示化合物(V−1)を用い真空蒸着法により厚さが0.05μmの電子輸送層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極をITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0176】
(比較例3)
洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、正孔輸送材料として前記例示化合物(VII−2)を用いて真空蒸着法により厚さが0.05μmの正孔輸送層を形成した。さらに、この正孔輸送層上に、ホスト材料として下記例示化合物(XVI)と発光性低分子として下記例示化合物(XIII)とを用いて、共蒸着により膜中の化合物(XIII)の量が膜全体の化合物の重量に対して5重量%となるように蒸着して、膜厚が0.065μmの発光層を形成した。最後にMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極をITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0177】
(比較例4)
電荷輸送材料として前記例示化合物(VI−6)を1重量部と、ホスト材料として下記例示化合物(XVI)0.5重量部と、発光性低分子として下記例示化合物(XIII)0.05重量部とを混合し、5重量%ジクロロエタン溶液として調整し、0.1μmのPTFEフィルターで濾過した。この溶液を用いて、洗浄後乾燥させた2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板上に、スピンコート法により塗布して、膜厚が0.15μmの電荷輸送能を有する発光層を形成した。その後、Mg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極をITO電極と交差するように形成した。作製された有機EL素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0178】
(比較例5)
電荷輸送材料兼ホスト材料として下記例示化合物の電荷輸送性ポリエステル(XVII)(Mw=6.13×104(スチレン換算)、Mw/Mn=2.34)を使用したこと以外は、実施例A5およびB5と同様に素子を作製した。
【0179】
なお、以下に実施例/比較例で用いた例示化合物(XIII)、例示化合物(XIV)、例示化合物(XV)、例示化合物(XVI)、例示化合物(XVII)を示す。
【0180】
【化32】

【0181】
【化33】

【0182】
【化34】

【0183】
【化35】

【0184】
【化36】

【0185】
以上のように作製した有機EL素子を、真空中(1.33×10-1Pa)でITO電極側をプラス、Mg−Ag背面電極をマイナスとして10Vの直流電圧を印加し、発光について測定を行い、このときの最高輝度、及び発光色を評価した。それらの結果を表1〜表3に示す。また、乾燥窒素中で有機EL素子の発光寿命の測定を行った。発光寿命の評価は、初期輝度が50cd/m2となるように電流値を設定し、定電流駆動により輝度が初期値から半減するまでの時間を素子寿命(hour)とした。この時の駆動電流密度を素子寿命と共に表1〜表3に示す。
また、実施例および比較例で用いたホスト材料兼電荷輸送性ポリエステルの各種溶媒に対する溶解性を表4に示す。なお、表4中には、実施例/比較例で用いたジクロロエタン・クロロベンゼンに加えて、有機EL素子の作製に際して実用上好適なその他の溶媒の結果についても示した。溶解性試験については溶媒100ml中に化合物5gを溶解し、その状況を目視により観察することで行った。
【0186】
【表1】

【0187】
【表2】

【0188】
【表3】

【0189】
【表4】

【0190】
上記実施例に示すように、前記一般式(AI−1)及び(AI−2)、または前記一般式(BI−1)及び(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し構造単位からなる電荷輸送性ポリエステルは、有機EL素子に好適なイオン化ポテンシャル及び電荷移動度を持ち、スピンコーティング法、ディップ法等湿式プロセスを用いて良好な薄膜を形成することが可能であった。また、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を併せて用いることで十分に高い輝度を示した。さらに本発明においては、良好な製膜性を有する発光性低分子のホスト材料として発光層に用いているため、素子全体としての作製が容易であり、得られる有機EL素子はピンホール等の不良も少なく、大面積化も容易であり、しかも優れた耐久性と発光特性を有していた。
【0191】
また、本発明の電荷輸送性ポリエステルは、他の高分子系燐光発光用ホスト材料に比べ、溶媒に対する溶解性が優れていることから製膜が容易で形成された膜の均一性も良好であり、混合する発光性低分子との相分離が生じにくい利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【0192】
【図1】本発明の有機電界発光素子の層構成の一例を示した概略構成図である。
【図2】本発明の有機電界発光素子の層構成の一例を示した概略構成図である。
【図3】本発明の有機電界発光素子の層構成の一例を示した概略構成図である。
【図4】本発明の有機電界発光素子の層構成の一例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
【0193】
1 透明絶縁体基板
2 透明電極
3 正孔輸送層および/または正孔注入層
4 発光層
5 電子輸送層および/または電子注入層
6 電荷輸送機能を有する発光層
7 背面電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に挾持された、1つまたは複数の有機化合物層より構成される有機電界発光素子において、
前記有機化合物層の少なくとも1層が、下記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【化1】

〔一般式(AI−1)および(AI−2)中、R1は水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、または、置換もしくは未置換の芳香族基を表し、Tは炭素数1〜6の2価の直鎖状炭化水素、または、炭素数2〜10の分枝状炭化水素を表し、l、mは0または1を表す。〕
【請求項2】
前記有機化合物層が、少なくとも発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
【請求項3】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項2に記載の有機電界発光素子。
【請求項4】
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移により、あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
【請求項5】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項4に記載の有機電界発光素子。
【請求項6】
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移により、あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
【請求項7】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光素子。
【請求項8】
前記有機化合物層が、少なくとも電荷輸送能を有する発光層から構成され、
前記発光層が、前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
【請求項9】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項8に記載の有機電界発光素子。
【請求項10】
前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルが、下記一般式(AII−1)または(AII−2)で示される電荷輸送性ポリエステルであることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
【化2】

〔一般式(AII−1)および(AII−2)中、Aは前記一般式(AI−1)および(AI−2)で示される構造を表し、Rは水素原子、アルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または、置換もしくは未置換のアラルキル基を表し、Yは2価のアルコール残基を表し、Zは2価のカルボン酸残基を表し、BおよびB’は、それぞれ独立に基−O−(Y−O)n−R、または基−O−(Y−O)n−CO−Z−CO−O−R’(ここで、R、Y、Zは上記と同じ意味を有し、R’はアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。)を表し、nは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。〕
【請求項11】
少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に挾持された、1つまたは複数の有機化合物層より構成される有機電界発光素子において、前記有機化合物層の少なくとも1層が、下記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上と、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子とを含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【化3】

〔一般式(BI−1)および(BI−2)中、R1は水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、または、置換もしくは未置換の芳香族基を表し、Tは炭素数1〜6の2価の直鎖状炭化水素、または、炭素数2〜10の分枝状炭化水素を表し、l、mは0または1を表す。〕
【請求項12】
前記有機化合物層が、少なくとも発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする請求項11に記載の有機電界発光素子。
【請求項13】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項12に記載の有機電界発光素子。
【請求項14】
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層と、電子輸送層および/または電子注入層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする請求項11に記載の有機電界発光素子。
【請求項15】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項14に記載の有機電界発光素子。
【請求項16】
前記有機化合物層が、少なくとも正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層とから構成され、
少なくとも前記発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、且つ、
前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移により、あるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を1種以上含有することを特徴とする請求項11に記載の有機電界発光素子。
【請求項17】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項16に記載の有機電界発光素子。
【請求項18】
前記有機化合物層が、少なくとも電荷輸送能を有する発光層から構成され、該発光層が、前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルを1種以上含有し、さらに、前記発光層が、電子エネルギー準位の励起三重項状態から基底状態への遷移によりあるいは励起三重項状態を経由して基底状態への遷移により発光する発光性低分子を含有することを特徴とする請求項11に記載の有機電界発光素子。
【請求項19】
前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項18に記載の有機電界発光素子。
【請求項20】
前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる電荷輸送性ポリエステルが、下記一般式(BII−1)または(BII−2)で示される電荷輸送性ポリエステルであることを特徴とする請求項19に記載の有機電界発光素子。
【化4】

〔一般式(BII−1)および(BII−2)中、Aは前記一般式(BI−1)および(BI−2)で示される構造を表し、Rは水素原子、アルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表し、Yは2価のアルコール残基を表し、Zは2価のカルボン酸残基を表し、BおよびB’は、それぞれ独立に基−O−(Y−O)n−R、または基−O−(Y−O)n−CO−Z−CO−O−R’(ここで、R、Y、Zは上記と同じ意味を有し、R’はアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。)を表し、nは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。〕

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2007−201191(P2007−201191A)
【公開日】平成19年8月9日(2007.8.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−18153(P2006−18153)
【出願日】平成18年1月26日(2006.1.26)
【出願人】(000005496)富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Fターム(参考)】