JP4160355B2 - 有機ｅｌ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機物からなる多層膜を用いたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子が注目されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４参照）。
【０００３】
有機ＥＬ素子は大きく分けて、低分子を真空蒸着する方法とポリマー溶液を塗布する方法との２種類の方法により作製される。ポリマー溶液を塗布する方法では大面積化が容易であるため、特にインクジェットプロセスにより高精細、大画面のフルカラーディスプレイを作製するのに適している。
【０００４】
有機ＥＬ素子におけるホール輸送層材料としては、低分子系ではトリアリールアミン系化合物が主として用いられ、高分子系ではＰＥＤＯＴ・ＰＳＳが主流である。しかしながら、トリアリールアミン化合物は必要とされる特性をすべて満たすことは困難である。一方、ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳは水分散系であるために水を完全に除去することができず、素子の寿命が限られてしまう。以下、これらの現象を詳しく説明する。
【０００５】
ホール輸送層材料には、１）キャリア移動度が大きい、２）電極からのホール注入障壁が小さい、３）ガラス転移点が大きい、４）高アモルファス性である、および５）光酸化劣化反応が起こる部位が存在しないといった特性が要求される。
【０００６】
こうした特性のうち、１）、２）は有機ＥＬ素子の性能に関する特性であり、３）、４）および５）は寿命や信頼性に関する特性である。現在、有機ＥＬ素子において最も問題となっているのは、素子の寿命および信頼性である。
【０００７】
有機ＥＬ素子は、駆動中に発生するジュール熱により素子内部が高温となる。これが冷却される過程において部分的に結晶化が起こると、薄膜の特性が不均一となり、また結晶化した部分を中心として表面の平坦性が損なわれる。その結果、素子の発光の減衰が生じ、最悪の場合には発光しない状態となる。これを防ぐ手段の一つとしては、薄膜のガラス転移温度を高めることが挙げられる。ガラス転移温度以下では分子の運動性が小さく、結晶化は起こりにくい。したがって、素子の最大温度より大きいガラス転移点を実現することによって、結晶化を防ぐことができる。
【０００８】
もう一つの手段は、化合物のアモルファス性を高めることである。高アモルファス性の材料は、ガラス転移点以上に加熱されたところで結晶化が容易に生じることはない。
【０００９】
しかしながら、高ガラス転移点あるいは高アモルファス性のいずれか一方のみで、所望の素子特性を実現することはできない。したがって、高ガラス転移点と高アモルファス性との両方の特性を兼ね備えた化合物の探索が鋭意行なわれてきた。
【００１０】
主にトリアリールアミン系化合物に対して、上述したような検討が行なわれてきているものの、すべての特性を満たす化合物は未だ得られていないのが現状である。
【００１１】
一方、高分子系有機ＥＬ素子に用いられるＰＥＤＯＴ・ＰＳＳは、下記化学式（７）で表わされる構造の化合物である。
【００１２】
【化５】
【００１３】
キャリア輸送能はＰＥＤＯＴが担い、ＰＳＳの働きにより水中に安定に分散される。ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳは水のみに分散し、得られる薄膜は有機溶媒には溶解しない。このため、ホール輸送層として形成されたＰＥＤＯＴ・ＰＳＳ薄膜の上に、有機溶剤に溶解した有機ＥＬポリマーをインクジェット等により成膜して発光層を形成した場合であっても、ホール輸送層と発光層との間に混合層が生じることはない。
【００１４】
しかしながら、ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳの水分散液を塗布後、乾燥工程を経ても薄膜から水を完全に除去することは極めて困難であり、残存した水は陰極等と反応して、素子の寿命を低下させるおそれがある。
【００１５】
以上述べたように、低分子型および高分子型のいずれの有機ＥＬ素子においても、有効なホール輸送層材料が実現されていないのが現状である。
【００１６】
また最近、有機ＥＬ素子の発光層として燐光性化合物を用いることが注目を集めている。有機ＥＬ素子内部でホールとエレクトロンとが衝突した場合、原理的には１重項励起子と３重項励起子とは１：３の割合で生成する。発光部位が１重項から基底状態に戻る時に発光する現象を蛍光と呼び、一方、３重項状態から基底状態に戻る時に発光する現象を燐光と呼ぶ。励起子の発生割合から判断すると、１重項励起子を活用する蛍光化合物も用いるより、３重項励起子を活用する燐光化合物を用いる方が素子の光取り出し効率は大きい。
【００１７】
しかしながら、燐光は酸素によってクエンチされてしまうため、素子中に残留している水や空気（酸素）の影響により生じる特性の劣化は、通常の蛍光化合物を用いる有機ＥＬ素子よりも著しくなる。ホール輸送層材料として従来用いられているＰＥＤＯＴ・ＰＳＳでは、上述した条件を満たすことができない。
【００１８】
【特許文献１】
特開昭６３−２６４６９２号公報
【００１９】
【特許文献２】
特開昭６３−２９５６９５号公報
【００２０】
【特許文献３】
特開平１−２４３３９３号公報
【００２１】
【特許文献４】
特開平１−２４５０８７号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、長寿命で信頼性が高く、しかも十分に高い発光効率を有する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子は、
透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（３）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする。
【００２６】
【化７】
【００２７】
（上記一般式（３）中、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4は、同一でも異なっていてもよく、置換または未置換のアリール基または芳香族複素環基である。ただし、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合を除く。Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17およびＲ18は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖または分岐した置換または非置換のアルキル基、アルコキシ基、またはアリール基である。また、ｎは１以上の整数である。）
本発明の他の実施形態に係る有機ＥＬ素子は、
透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（５）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする。
【００２８】
【化８】
【００２９】
（上記一般式（５）中、Ａｒ11は、置換または非置換のフェニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基、または環の数が一つであるヘテロ環であり、Ａｒ12およびＡｒ13は、置換または非置換のフェニル基、または環の数が一つであるヘテロ環である。Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖または分岐した置換または非置換のアルキル基、アルコキシ基、またはアリール基であり、隣接した炭素原子に結合しているアルキル基またはアルコキシ基は互いに結合して環を形成してもよい。）
本発明のさらに他の実施形態に係る有機ＥＬ素子は、
透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（６）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする。
【００３０】
【化９】
【００３１】
（上記一般式（１）中、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4は、置換または未置換のアリール基または芳香族複素環基である。ただし、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合を除く。）
本発明者らは、非対称な２つのトリアリールアミンをヘテロ環にて結接してなる化合物が、高アモルファス性と高ガラス転移点とを兼ね備えること、さらに、こうした化合物をホール輸送層材料として用いることにより有機ＥＬ素子の寿命、信頼性が向上することを見出して、本発明を成すに至ったものである。
【００３２】
上記一般式（１）において、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4として導入されるアリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フルオレン骨格、およびフルオレノン骨格等が挙げられ、また芳香族複素環基としては、例えば、チオフェン環、セレノフェン環、およびピロール環等が挙げられる。こうしたアリール基および芳香族複素環基における任意の水素原子は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、隣接するこれらの置換基が環構造を形成してなる縮合環、およびハロゲン元素などで置換されていてもよい。
【００３３】
なお、前記一般式（１）で表わされる化合物においては、左右の２つのトリアリールアミンが異なる構造である時、分子構造の非対称性による高アモルファス化の効果が顕著に現れる。したがって、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合は除かれる。Ａｒ1，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4が全て異なる場合には、さらなる高アモルファス化がさらに高められるので、より好ましい。
【００３４】
化合物のガラス転移点を高めるためには、ナフチル基などのアリール基、あるいはオリゴチオフェン環などの芳香族複素環基といった剛直な置換基を、（Ａｒ1、Ａｒ2 ）の少なくとも一方、または（Ａｒ3 、Ａｒ4 ）の少なくとも一方に導入することが望ましい。高アモルファス性を保持するためには、こうした剛直な置換基は、左と右のトリアリールアミンの中で、どちらか一方のトリアリールアミンにのみ導入することが望ましい。
【００３５】
上述したアリール基および芳香族複素環基は、ＡおよびＢとして前記一般式（１）に導入することができる。ｋおよびｍは整数であり、ｋおよびｍがいずれも０の場合には、ＥＬ素子を作成する時の蒸着能が向上する。一方、いずれかが存在する場合には、分子のアモルファス性が向上する点で有利である。
【００３６】
トリアリールアミンの結接部は、アロマティック環同士のねじれ角が大きいものが望ましい。左右のトリアリールアミン同士のねじれ角が大きいと、分子全体の平面性がより小さくなって、非対称構造効果によりアモルファス性が増大するからである。２つのトリアリールアミンの構造が同一である場合は、このねじれ角の効果を引き出すことができず、高アモルファス性が確保できないため特性は著しく低下する。
【００３７】
また、環のねじれに起因した高アモルファス化を実現するためには、前記一般式（１）に示されるように、結接部におけるヘテロ環は少なくとも２つ必要である。
【００３８】
一般式（１）におけるヘテロ環にＲ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4として導入され得るアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などの直鎖状、およびこれらの枝分かれ構造が挙げられる。隣接するこれらのアルキル基は互いに接続して、環を形成してもよい。また、アルコキシ基としては、例えば、前述のアルキル基の結合部に酸素原子を導入したもの等が挙げられ、アリール基としては、例えばフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、および芳香族ヘテロ環が挙げられる。こうしたアルキル基、アルコキシ基、アリール基における任意の水素原子は、例えば、重水素原子、フッ素原子、および塩素原子等により置換されていてもよい。
【００３９】
また、ヘテロ原子Ｘとしては、例えば、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＯおよびＮなどが挙げられるが、エレクトロンリッチでありかつ安定性が大きいことから、Ｓが特に好ましい。
【００４０】
ｎは１以上の整数であり、その上限は特に限定されないが、低分子系有機ＥＬ素子に用いる場合の蒸着能を考慮すると、１０以下程度にとどめることが望まれる。
【００４１】
分子のアモルファス性をさらに大きくするためには、ある特定の位置への極性基の導入が効果的である。特にフッ素原子、またはフッ素原子を含有する置換基の特定位置への導入が効果的である。発明者らは鋭意検討した結果、前記一般式式（１）において、一方のアリールアミンのみにフッ素原子またはフッ素原子を含有する置換基を導入することによって、薄膜のアモルファス性が向上することを見出した。具体的には、（Ａｒ1，Ａｒ2）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ3，Ａｒ4）はいずれもフッ素原子を含まない化合物、あるいは、（Ａｒ3，Ａｒ4）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ1，Ａｒ2）はいずれもフッ素原子を含まない化合物である。フッ素原子は、Ａｒ1，Ａｒ2，Ａｒ3，またはＡｒ4の任意の水素原子を直接置換して導入されていてもよい。あるいはフッ素原子を含む置換基によって、Ａｒ1，Ａｒ2，Ａｒ3，またはＡｒ4の任意の水素原子が置換されてもよい。フッ素を含む置換基としては、例えば、トリフルオロメチル基（ＣＦ3）、Ｃ2Ｆ5、Ｃ3Ｆ7、およびＣ4Ｆ9などのパーフルオロアルキル基（ＣnＦ2n+1）；ＯＣＦ3、ＯＣ2Ｆ5、およびＯＣ3Ｆ7などのパーフルオロアルコキシ基；−（ＣＨ2）n（ＣＦ2）mＣＦ3、および−Ｏ（ＣＨ2）n（ＣＦ2）mＣＦ3（ここで、ｎ，ｍは１以上の整数である）のように一部にフッ素原子を含むアルキル基およびアルコキシ基が挙げられる。
【００４２】
前記一般式（１）で表わされるトリアリールアミン化合物は、下記一般式（２）で表わされる構造を有することがより好ましい。
【００４３】
【化１０】
【００４４】
（上記一般式（２）において、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4は、置換または未置換のアリール基または芳香族複素環基である。ただし、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合を除く。Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖または分岐した置換または非置換のアルキル基、アルコキシ基、またはアリール基であり、隣接した炭素原子に結合しているアルキル基またはアルコキシ基は互いに結合して環を形成してもよい。また、ｎは１以上の整数である。）
前記一般式（２）においては、左右の２つのトリアリールアミンは、オリゴチオフェンにより結接されている。オリゴチオフェンは直線的であるが、環同士のねじれ角は大きく、両端に大きな置換基が結合した場合の分子全体の非対称性は大きくなる。
【００４５】
ここで、より具体的な化合物を参照して、分子の非対称性について説明する。下記一般式（４）は、前記一般式（２）において、Ａｒ1、Ａｒ3およびＡｒ4としてフェニル基を導入し、Ａｒ2としてナフチル基を導入し、ｎ＝１とした化合物を表わす。
【００４６】
【化１１】
【００４７】
ナフチル基が一方のトリアリールアミンのみに導入されているので、高Ｔｇおよび高アモルファス性といった特性を確保することができる。しかも、２つのトリアリールアミンの結合部は、チオフェンにより構成されていることから、上述したように分子の非対称性はより大きくなる。
【００４８】
前記一般式（４）で表わされる化合物は、下記一般式（５）で表わすことができる。
【００４９】
【化１２】
【００５０】
前記一般式（５）中、Ａｒ11は、置換または非置換のフェニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基、または環の数が一つであるヘテロ環であり、Ａｒ12およびＡｒ13は、置換または非置換のフェニル基、または環の数が一つであるヘテロ環である。Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4としては、前記一般式（１）において説明したような基が導入される。
【００５１】
すでに説明したように、前記一般式（５）において、（Ａｒ1，Ａｒ2）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ3，Ａｒ4）はいずれもフッ素原子を含まない場合、あるいは（Ａｒ3，Ａｒ4）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ1，Ａｒ2）はいずれもフッ素原子を含まない場合には、分子のアモルファス性が高められるので好ましい。
【００５２】
本発明の他の態様にかかる有機ＥＬ素子のホール輸送層は、一般式（３）で表わされる化合物を含有する。
【００５３】
【化１３】
【００５４】
すでに一般式（１）において説明したような置換または未置換のアリール基、置換または未置換の芳香族複素環基を、前記一般式（３）においても、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4として導入することができる。
【００５５】
Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17およびＲ18として導入され得るアルキル基、アルコキシ基およびアリール基も、すでに説明したような基が挙げられる。分子の非対称性を高めて高アモルファス性を実現するために、これらの基は互いに異なっていることが好ましい。
【００５６】
さらに、前述と同様の理由から、ｎの上限は１０以下程度とすることが望まれる。
【００５７】
上記一般式（３）に示されるように、結接部を構成しているオリゴチオフェンの置換基を環化することによって、ホール輸送能をよりいっそう向上させることができる。
【００５８】
本発明のさらに他の態様にかかる有機ＥＬ素子のホール輸送層は、一般式（６）で表わされる化合物を含有する。
【００５９】
【化１４】
【００６０】
前記一般式（６）中、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4としては、前記一般式（１）において説明したような基が導入される。前記一般式（６）で表わされる化合物においては、二つのトリアリールアミンを結接しているヘテロ環には、硫黄原子と窒素原子との２種類のヘテロ原子が特定の位置に導入されている。このため、化合物のアモルファス性がよりいっそう高められる。
【００６１】
以上説明したような化合物は、低分子系の有機ＥＬ素子用のホール輸送層材料として好適に用いることができる。ここで、低分子系の有機ＥＬ素子の一例を図１に示す。
【００６２】
図１に示す有機ＥＬ素子においては、ＩＴＯ等からなる透明電極（アノード）１０が設けられたガラス基板９上に、ホール輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４および対向電極（金属電極）１５を含む積層構造が配置されている。対向電極はＡｌ等により構成することができ、この下にはＭｇＦ2バッファー層（図示せず）が設けられる。これらの積層構造は、封止キャップ１６により封止され、キャップの端部には封止部１１が設けられている。さらに、封止キャップ１６の上部には乾燥剤１７が配置されている。
【００６３】
こうした構造の有機ＥＬ素子のホール輸送層１２を作製するための材料として、すでに説明したような化合物は好適に用いることができる。
【００６４】
また、前述したような化合物を重合、架橋した場合には、高分子系の有機ＥＬ素子のホール輸送層を作製するためにも用いることも可能である。高分子系の有機ＥＬ素子の一例を図２に示す。
【００６５】
図２に示す高分子系の有機ＥＬ素子においては、トランジスタ１８が設けられたガラス基板９上に、ＩＴＯ等からなる透明電極（アノード）１０、ホール輸送層１２、ポリマー発光層２２、およびバッファー層２３を含む積層構造が配置されている。こうした積層構造は隔壁１９により隔離され、全面に対向電極（銀電極）２１が形成されて、さらに封止膜２０が上方に配置されている。
【００６６】
前述したようなトリアリールアミン化合物をポリマー化するには、例えばシンナムアルデヒドまたはこの誘導体化合物と反応させればよい。反応後に得られるポリマーは、一部の有機溶媒には可溶であるが、ポリマーには未だ不飽和結合が残存する。この不飽和結合をＵＶ照射等により重合させて架橋構造を構築することによって、有機溶媒に不溶なポリマー薄膜を形成することができる。
【００６７】
このように有機溶媒に不溶なポリマー薄膜をホール輸送層１２として成膜した後、有機ＥＬポリマーを溶解した溶剤をインクジェットで成膜してポリマー発光層２２を形成することができる。この場合、ホール輸送層１２を構成している架橋体は有機溶媒に不溶であるため、ホール輸送層とポリマー発光層との間に混合層が形成されることはない。しかも、従来のＰＥＤＯＴ・ＰＳＳのように水を使用しないため、防水の面でも素子寿命が格段に向上する。
【００６８】
非水系材料によりホール輸送層を形成し、発光層として燐光性化合物を用いた場合には、リン光がクエンチされることがない。このため、発光の外部取り出し効率が大きい有機ＥＬ素子を得ることができる。発光層を形成するための燐光性化合物としては、量子効率が大きく比較的安定性が大きいことからイリジウム錯体が好ましい。イリジウム錯体としては、具体的には、下記化学式（１３）で表わされる化合物等が挙げられる。
【００６９】
【化１５】
【００７０】
上記一般式中、ｍ，ｎ，およびｓは１以上の整数である。
【００７１】
【発明の実施の形態】
以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例によって何等制約を受けるものではない。
【００７２】
ホール輸送層材料として、下記化学式（９）で表わされる化合物を用意した。
【００７４】
【化１７】
【００７７】
これらの化合物は、以下のような手法により合成した。すなわち、まず、ジハロゲン化チオフェン多量体とハロゲン化トリアリールアミンとをＮｉ触媒存在下にクロスカップリングさせた。このとき、一種類のジハロゲン化チオフェン多量体に対して、２種類のトリアリールアミンを同時に作用させ、精製した４種類の化合物を液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で分離することによって各化合物を得た。
【００８２】
（実施例２）
ホール輸送層材料として前記化学式（９）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【００８３】
得られた素子を、実施例１と同様に連続して１万時間駆動した。その後の輝度は初期値の８０％であり、また発光しなくなる画素は観察されなかった。
【００８８】
（比較例１）
ホール輸送層材料として下記化学式（１２）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により、図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【００８９】
【化２０】
【００９０】
得られた素子を、実施例１と同様に１万時間、連続して駆動したところ、輝度は初期値の約４０％であった。また、発光しない画素が１００００画素あたり３００個以上発生した。本比較例で用いた化合物は、化学式（１２）に示されるように、２つのトリアリールアミンの構造は同一であり、しかもヘテロ環で結合されていない。このため、アモルファス性が小さく、ガラス転移点も低いものと推測される。
【００９１】
（実施例５）
前記化学式（８）で表わされるホール輸送層材料と、前記化学式（９）で表わされるホール輸送層材料との混合物（１：１モル比）に対し、シンナムアルデヒドを作用させてポリマーを合成した。得られたポリマーをトルエンに溶解し、このトルエン溶液を用いてホール輸送層１２を形成して、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【００９２】
具体的には、ガラス基板９上に常法によりＴＦＴ１８を形成した後、透明電極（アノード）１０として透明性導電材料であるＩＴＯ（インジウム−チン−オキサイド）を膜厚１００ｎｍで製膜した。また、フォトレジストプロセスにより隔壁１９を格子状に形成した。ホール輸送層１２の形成に当たっては、上述したトルエン溶液をインクジェット法により有機ＥＬの画素にパターン塗布した後、加熱乾燥させた。ここにキセノンランプを照射して薄膜を架橋重合し、膜厚約５０ｎｍのホール輸送層１２を成膜した。
【００９３】
ポリマー発光層２２の材料として下記化学式（Ｐ１）で表わされるポリマーを用い、インクジェット法によって膜厚約４０ｎｍのポリマー発光層２２を製膜した。
【００９４】
【化２１】
【００９５】
上記式中、ｎは重合度を表わす整数である。
【００９６】
ポリマー発光層２２の上にはバッファー層２３として厚さ約１０ｎｍのＭｇＦ2を蒸着により形成し、その上に、厚さ約２００ｎｍの対向電極（銀電極）２３を形成した。最表面に封止膜２０を形成して各画素を封止した。
【００９７】
得られた素子に１５Ｖの電圧を印加して１万時間、連続して駆動した。その後の輝度は初期値の約８０％であり、発光しない画素は１万画素あたり１０個未満であった。
【００９８】
（実施例６）
前記化学式（８）で表わされる化合物にシンナムアルデヒドを作用させ重合させて、ポリマーを合成した。得られたポリマーをトルエンに溶解し、このトルエン溶液を用いてホール輸送層１２を形成して、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【００９９】
有機ＥＬ素子の作製に当たっては、ホール輸送層１２の材料を上述のトルエン溶液に変更し、ポリマー発光層２２の形成に下記化学式（１３）で表わされる燐光性ポリマーを用いた以外は前述の実施例５と同様の手法を採用した。
【０１００】
【化２２】
【０１０１】
上記一般式中、ｍ，ｎ，およびｓは１以上の整数である。
【０１０２】
得られた素子を、実施例５と同様に１万時間、連続して駆動した。その後の輝度は初期値の約８０％であり、発光しない画素は１万画素あたり１０個未満であった。また、発光の外部取り出し効率は４．５％であった。
【０１０３】
本実施例の結果から、ホール輸送層材料として前記化学式（８）で表わされる化合物を重合させてなるポリマーを用い、ポリマー発光層材料として燐光ポリマーを用いて製造された有機ＥＬは、発光の外部取り出し効率が寿命とともに向上することが確認された。
【０１０４】
（実施例７）
ホール輸送層材料として下記化学式（１４）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【０１０５】
【化２３】
【０１０６】
前記化学式（１４）で表わされる化合物は、ＣＦ3基およびｔ−Ｂｕ基を有するトリアリールアミンを用いる以外は前述と同様の手法により合成したものである。
【０１０７】
得られた素子に１５Ｖの電圧を印加して１万時間、連続して駆動した。その結果、輝度の劣化は１０％以内に留まり、発光しなくなる画素も観察されなかった。実施例１と比較して輝度の劣化がより小さいのは、トリフルオロメチル基の導入によってホール輸送層のアモルファス性がより大きくなったことによると考えられる。
【０１０８】
（実施例８）
ホール輸送層材料として下記化学式（１５）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【０１０９】
【化２４】
【０１１０】
前記化学式（１５）で表わされる化合物は、ジハロゲン化チオフェン多量体をジハロゲン化１，３−チアゾール多量体に変更した以外は前述と同様の手法により合成したものである。
【０１１１】
得られた素子に１５Ｖの電圧を印加して１万時間、連続して駆動した。その結果、輝度の劣化は１５％以内に留まり、発光しなくなる画素も観察されなかった。
【０１１２】
（比較例２）
ホール輸送層材料として、前記化学式（７）に示すＰＥＤＯＴ・ＰＳＳの水分散液を用いた以外は、前述の実施例５と同様の手法により、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【０１１３】
得られた素子を実施例５と同様にして１万時間、連続して駆動したところ、その後の輝度は初期値の約３０％であった。また、１万画素あたりの非発光画素は３００個以上であった。
【０１１４】
（比較例３）
ホール輸送層材料として、前記化学式（７）に示すＰＥＤＯＴ・ＰＳＳの水分散液を用いた以外は、前述の実施例６と同様の手法により、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【０１１５】
得られた素子を実施例５と同様にして１万時間、連続して駆動したところ、その後の輝度は初期値の約３０％であった。また、１万画素あたりの非発光画素は３００個以上であり、発光の外部取り出し効率は１．５％であった。
【０１１６】
酸素による３重項励起状態のクエンチングが生じたのみならず、ホール輸送層の形成にＰＥＤＯＴ・ＰＳＳを用いているので、水による燐光発光層ポリマーの経時劣化が起こったものと考えられる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、長寿命で信頼性が高く、しかも十分に高い発光効率を有する有機ＥＬ素子が提供される。
【０１１８】
本発明は、低分子型の有機ＥＬ素子および高分子型の有機ＥＬ素子のいずれにも適用することができ、その工業的価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる低分子型有機ＥＬ素子の構造を表わす説明図。
【図２】本発明の一実施形態にかかる高分子型有機ＥＬ素子の構造を表わす説明図。
【符号の説明】
９…ガラス基板
１０…透明電極（アノード）
１１…封止部
１２…ホール輸送層
１３…発光層
１４…電子輸送層
１５…対向電極（カソード）
１６…封止キャップ
１７…乾燥剤
１８…トランジスタ
１９…隔壁
２０…封止膜
２１…対向電極
２２…ポリマー発光層
２３…バッファー層
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機物からなる多層膜を用いたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子が注目されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４参照）。
【０００３】
有機ＥＬ素子は大きく分けて、低分子を真空蒸着する方法とポリマー溶液を塗布する方法との２種類の方法により作製される。ポリマー溶液を塗布する方法では大面積化が容易であるため、特にインクジェットプロセスにより高精細、大画面のフルカラーディスプレイを作製するのに適している。
【０００４】
有機ＥＬ素子におけるホール輸送層材料としては、低分子系ではトリアリールアミン系化合物が主として用いられ、高分子系ではＰＥＤＯＴ・ＰＳＳが主流である。しかしながら、トリアリールアミン化合物は必要とされる特性をすべて満たすことは困難である。一方、ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳは水分散系であるために水を完全に除去することができず、素子の寿命が限られてしまう。以下、これらの現象を詳しく説明する。
【０００５】
ホール輸送層材料には、１）キャリア移動度が大きい、２）電極からのホール注入障壁が小さい、３）ガラス転移点が大きい、４）高アモルファス性である、および５）光酸化劣化反応が起こる部位が存在しないといった特性が要求される。
【０００６】
こうした特性のうち、１）、２）は有機ＥＬ素子の性能に関する特性であり、３）、４）および５）は寿命や信頼性に関する特性である。現在、有機ＥＬ素子において最も問題となっているのは、素子の寿命および信頼性である。
【０００７】
有機ＥＬ素子は、駆動中に発生するジュール熱により素子内部が高温となる。これが冷却される過程において部分的に結晶化が起こると、薄膜の特性が不均一となり、また結晶化した部分を中心として表面の平坦性が損なわれる。その結果、素子の発光の減衰が生じ、最悪の場合には発光しない状態となる。これを防ぐ手段の一つとしては、薄膜のガラス転移温度を高めることが挙げられる。ガラス転移温度以下では分子の運動性が小さく、結晶化は起こりにくい。したがって、素子の最大温度より大きいガラス転移点を実現することによって、結晶化を防ぐことができる。
【０００８】
もう一つの手段は、化合物のアモルファス性を高めることである。高アモルファス性の材料は、ガラス転移点以上に加熱されたところで結晶化が容易に生じることはない。
【０００９】
しかしながら、高ガラス転移点あるいは高アモルファス性のいずれか一方のみで、所望の素子特性を実現することはできない。したがって、高ガラス転移点と高アモルファス性との両方の特性を兼ね備えた化合物の探索が鋭意行なわれてきた。
【００１０】
主にトリアリールアミン系化合物に対して、上述したような検討が行なわれてきているものの、すべての特性を満たす化合物は未だ得られていないのが現状である。
【００１１】
一方、高分子系有機ＥＬ素子に用いられるＰＥＤＯＴ・ＰＳＳは、下記化学式（７）で表わされる構造の化合物である。
【００１２】
【化５】
キャリア輸送能はＰＥＤＯＴが担い、ＰＳＳの働きにより水中に安定に分散される。ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳは水のみに分散し、得られる薄膜は有機溶媒には溶解しない。このため、ホール輸送層として形成されたＰＥＤＯＴ・ＰＳＳ薄膜の上に、有機溶剤に溶解した有機ＥＬポリマーをインクジェット等により成膜して発光層を形成した場合であっても、ホール輸送層と発光層との間に混合層が生じることはない。
【００１４】
しかしながら、ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳの水分散液を塗布後、乾燥工程を経ても薄膜から水を完全に除去することは極めて困難であり、残存した水は陰極等と反応して、素子の寿命を低下させるおそれがある。
【００１５】
以上述べたように、低分子型および高分子型のいずれの有機ＥＬ素子においても、有効なホール輸送層材料が実現されていないのが現状である。
【００１６】
また最近、有機ＥＬ素子の発光層として燐光性化合物を用いることが注目を集めている。有機ＥＬ素子内部でホールとエレクトロンとが衝突した場合、原理的には１重項励起子と３重項励起子とは１：３の割合で生成する。発光部位が１重項から基底状態に戻る時に発光する現象を蛍光と呼び、一方、３重項状態から基底状態に戻る時に発光する現象を燐光と呼ぶ。励起子の発生割合から判断すると、１重項励起子を活用する蛍光化合物も用いるより、３重項励起子を活用する燐光化合物を用いる方が素子の光取り出し効率は大きい。
【００１７】
しかしながら、燐光は酸素によってクエンチされてしまうため、素子中に残留している水や空気（酸素）の影響により生じる特性の劣化は、通常の蛍光化合物を用いる有機ＥＬ素子よりも著しくなる。ホール輸送層材料として従来用いられているＰＥＤＯＴ・ＰＳＳでは、上述した条件を満たすことができない。
【００１８】
【特許文献１】
特開昭６３−２６４６９２号公報
【００１９】
【特許文献２】
特開昭６３−２９５６９５号公報
【００２０】
【特許文献３】
特開平１−２４３３９３号公報
【００２１】
【特許文献４】
特開平１−２４５０８７号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、長寿命で信頼性が高く、しかも十分に高い発光効率を有する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子は、
透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（３）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする。
【００２６】
【化７】
（上記一般式（３）中、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4は、同一でも異なっていてもよく、置換または未置換のアリール基または芳香族複素環基である。ただし、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合を除く。Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17およびＲ18は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖または分岐した置換または非置換のアルキル基、アルコキシ基、またはアリール基である。また、ｎは１以上の整数である。）
本発明の他の実施形態に係る有機ＥＬ素子は、
透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（５）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする。
【００２８】
【化８】
（上記一般式（５）中、Ａｒ11は、置換または非置換のフェニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基、または環の数が一つであるヘテロ環であり、Ａｒ12およびＡｒ13は、置換または非置換のフェニル基、または環の数が一つであるヘテロ環である。Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖または分岐した置換または非置換のアルキル基、アルコキシ基、またはアリール基であり、隣接した炭素原子に結合しているアルキル基またはアルコキシ基は互いに結合して環を形成してもよい。）
本発明のさらに他の実施形態に係る有機ＥＬ素子は、
透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（６）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする。
【００３０】
【化９】
（上記一般式（１）中、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4は、置換または未置換のアリール基または芳香族複素環基である。ただし、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合を除く。）
本発明者らは、非対称な２つのトリアリールアミンをヘテロ環にて結接してなる化合物が、高アモルファス性と高ガラス転移点とを兼ね備えること、さらに、こうした化合物をホール輸送層材料として用いることにより有機ＥＬ素子の寿命、信頼性が向上することを見出して、本発明を成すに至ったものである。
【００３２】
上記一般式（１）において、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4として導入されるアリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フルオレン骨格、およびフルオレノン骨格等が挙げられ、また芳香族複素環基としては、例えば、チオフェン環、セレノフェン環、およびピロール環等が挙げられる。こうしたアリール基および芳香族複素環基における任意の水素原子は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、隣接するこれらの置換基が環構造を形成してなる縮合環、およびハロゲン元素などで置換されていてもよい。
【００３３】
なお、前記一般式（１）で表わされる化合物においては、左右の２つのトリアリールアミンが異なる構造である時、分子構造の非対称性による高アモルファス化の効果が顕著に現れる。したがって、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合は除かれる。Ａｒ1，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4が全て異なる場合には、さらなる高アモルファス化がさらに高められるので、より好ましい。
【００３４】
化合物のガラス転移点を高めるためには、ナフチル基などのアリール基、あるいはオリゴチオフェン環などの芳香族複素環基といった剛直な置換基を、（Ａｒ1、Ａｒ2 ）の少なくとも一方、または（Ａｒ3 、Ａｒ4 ）の少なくとも一方に導入することが望ましい。高アモルファス性を保持するためには、こうした剛直な置換基は、左と右のトリアリールアミンの中で、どちらか一方のトリアリールアミンにのみ導入することが望ましい。
【００３５】
上述したアリール基および芳香族複素環基は、ＡおよびＢとして前記一般式（１）に導入することができる。ｋおよびｍは整数であり、ｋおよびｍがいずれも０の場合には、ＥＬ素子を作成する時の蒸着能が向上する。一方、いずれかが存在する場合には、分子のアモルファス性が向上する点で有利である。
【００３６】
トリアリールアミンの結接部は、アロマティック環同士のねじれ角が大きいものが望ましい。左右のトリアリールアミン同士のねじれ角が大きいと、分子全体の平面性がより小さくなって、非対称構造効果によりアモルファス性が増大するからである。２つのトリアリールアミンの構造が同一である場合は、このねじれ角の効果を引き出すことができず、高アモルファス性が確保できないため特性は著しく低下する。
【００３７】
また、環のねじれに起因した高アモルファス化を実現するためには、前記一般式（１）に示されるように、結接部におけるヘテロ環は少なくとも２つ必要である。
【００３８】
一般式（１）におけるヘテロ環にＲ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4として導入され得るアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などの直鎖状、およびこれらの枝分かれ構造が挙げられる。隣接するこれらのアルキル基は互いに接続して、環を形成してもよい。また、アルコキシ基としては、例えば、前述のアルキル基の結合部に酸素原子を導入したもの等が挙げられ、アリール基としては、例えばフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、および芳香族ヘテロ環が挙げられる。こうしたアルキル基、アルコキシ基、アリール基における任意の水素原子は、例えば、重水素原子、フッ素原子、および塩素原子等により置換されていてもよい。
【００３９】
また、ヘテロ原子Ｘとしては、例えば、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＯおよびＮなどが挙げられるが、エレクトロンリッチでありかつ安定性が大きいことから、Ｓが特に好ましい。
【００４０】
ｎは１以上の整数であり、その上限は特に限定されないが、低分子系有機ＥＬ素子に用いる場合の蒸着能を考慮すると、１０以下程度にとどめることが望まれる。
【００４１】
分子のアモルファス性をさらに大きくするためには、ある特定の位置への極性基の導入が効果的である。特にフッ素原子、またはフッ素原子を含有する置換基の特定位置への導入が効果的である。発明者らは鋭意検討した結果、前記一般式式（１）において、一方のアリールアミンのみにフッ素原子またはフッ素原子を含有する置換基を導入することによって、薄膜のアモルファス性が向上することを見出した。具体的には、（Ａｒ1，Ａｒ2）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ3，Ａｒ4）はいずれもフッ素原子を含まない化合物、あるいは、（Ａｒ3，Ａｒ4）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ1，Ａｒ2）はいずれもフッ素原子を含まない化合物である。フッ素原子は、Ａｒ1，Ａｒ2，Ａｒ3，またはＡｒ4の任意の水素原子を直接置換して導入されていてもよい。あるいはフッ素原子を含む置換基によって、Ａｒ1，Ａｒ2，Ａｒ3，またはＡｒ4の任意の水素原子が置換されてもよい。フッ素を含む置換基としては、例えば、トリフルオロメチル基（ＣＦ3）、Ｃ2Ｆ5、Ｃ3Ｆ7、およびＣ4Ｆ9などのパーフルオロアルキル基（ＣnＦ2n+1）；ＯＣＦ3、ＯＣ2Ｆ5、およびＯＣ3Ｆ7などのパーフルオロアルコキシ基；−（ＣＨ2）n（ＣＦ2）mＣＦ3、および−Ｏ（ＣＨ2）n（ＣＦ2）mＣＦ3（ここで、ｎ，ｍは１以上の整数である）のように一部にフッ素原子を含むアルキル基およびアルコキシ基が挙げられる。
【００４２】
前記一般式（１）で表わされるトリアリールアミン化合物は、下記一般式（２）で表わされる構造を有することがより好ましい。
【００４３】
【化１０】
（上記一般式（２）において、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4は、置換または未置換のアリール基または芳香族複素環基である。ただし、（Ａｒ1，Ａｒ2）と（Ａｒ3，Ａｒ4）との組み合わせが全く同一になる場合を除く。Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖または分岐した置換または非置換のアルキル基、アルコキシ基、またはアリール基であり、隣接した炭素原子に結合しているアルキル基またはアルコキシ基は互いに結合して環を形成してもよい。また、ｎは１以上の整数である。）
前記一般式（２）においては、左右の２つのトリアリールアミンは、オリゴチオフェンにより結接されている。オリゴチオフェンは直線的であるが、環同士のねじれ角は大きく、両端に大きな置換基が結合した場合の分子全体の非対称性は大きくなる。
【００４５】
ここで、より具体的な化合物を参照して、分子の非対称性について説明する。下記一般式（４）は、前記一般式（２）において、Ａｒ1、Ａｒ3およびＡｒ4としてフェニル基を導入し、Ａｒ2としてナフチル基を導入し、ｎ＝１とした化合物を表わす。
【００４６】
【化１１】
ナフチル基が一方のトリアリールアミンのみに導入されているので、高Ｔｇおよび高アモルファス性といった特性を確保することができる。しかも、２つのトリアリールアミンの結合部は、チオフェンにより構成されていることから、上述したように分子の非対称性はより大きくなる。
【００４８】
前記一般式（４）で表わされる化合物は、下記一般式（５）で表わすことができる。
【００４９】
【化１２】
前記一般式（５）中、Ａｒ11は、置換または非置換のフェニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基、または環の数が一つであるヘテロ環であり、Ａｒ12およびＡｒ13は、置換または非置換のフェニル基、または環の数が一つであるヘテロ環である。Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4としては、前記一般式（１）において説明したような基が導入される。
【００５１】
すでに説明したように、前記一般式（５）において、（Ａｒ1，Ａｒ2）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ3，Ａｒ4）はいずれもフッ素原子を含まない場合、あるいは（Ａｒ3，Ａｒ4）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ1，Ａｒ2）はいずれもフッ素原子を含まない場合には、分子のアモルファス性が高められるので好ましい。
【００５２】
本発明の他の態様にかかる有機ＥＬ素子のホール輸送層は、一般式（３）で表わされる化合物を含有する。
【００５３】
【化１３】
すでに一般式（１）において説明したような置換または未置換のアリール基、置換または未置換の芳香族複素環基を、前記一般式（３）においても、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4として導入することができる。
【００５５】
Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17およびＲ18として導入され得るアルキル基、アルコキシ基およびアリール基も、すでに説明したような基が挙げられる。分子の非対称性を高めて高アモルファス性を実現するために、これらの基は互いに異なっていることが好ましい。
【００５６】
さらに、前述と同様の理由から、ｎの上限は１０以下程度とすることが望まれる。
【００５７】
上記一般式（３）に示されるように、結接部を構成しているオリゴチオフェンの置換基を環化することによって、ホール輸送能をよりいっそう向上させることができる。
【００５８】
本発明のさらに他の態様にかかる有機ＥＬ素子のホール輸送層は、一般式（６）で表わされる化合物を含有する。
【００５９】
【化１４】
前記一般式（６）中、Ａｒ１，Ａｒ2，Ａｒ3およびＡｒ4としては、前記一般式（１）において説明したような基が導入される。前記一般式（６）で表わされる化合物においては、二つのトリアリールアミンを結接しているヘテロ環には、硫黄原子と窒素原子との２種類のヘテロ原子が特定の位置に導入されている。このため、化合物のアモルファス性がよりいっそう高められる。
【００６１】
以上説明したような化合物は、低分子系の有機ＥＬ素子用のホール輸送層材料として好適に用いることができる。ここで、低分子系の有機ＥＬ素子の一例を図１に示す。
【００６２】
図１に示す有機ＥＬ素子においては、ＩＴＯ等からなる透明電極（アノード）１０が設けられたガラス基板９上に、ホール輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４および対向電極（金属電極）１５を含む積層構造が配置されている。対向電極はＡｌ等により構成することができ、この下にはＭｇＦ2バッファー層（図示せず）が設けられる。これらの積層構造は、封止キャップ１６により封止され、キャップの端部には封止部１１が設けられている。さらに、封止キャップ１６の上部には乾燥剤１７が配置されている。
【００６３】
こうした構造の有機ＥＬ素子のホール輸送層１２を作製するための材料として、すでに説明したような化合物は好適に用いることができる。
【００６４】
また、前述したような化合物を重合、架橋した場合には、高分子系の有機ＥＬ素子のホール輸送層を作製するためにも用いることも可能である。高分子系の有機ＥＬ素子の一例を図２に示す。
【００６５】
図２に示す高分子系の有機ＥＬ素子においては、トランジスタ１８が設けられたガラス基板９上に、ＩＴＯ等からなる透明電極（アノード）１０、ホール輸送層１２、ポリマー発光層２２、およびバッファー層２３を含む積層構造が配置されている。こうした積層構造は隔壁１９により隔離され、全面に対向電極（銀電極）２１が形成されて、さらに封止膜２０が上方に配置されている。
【００６６】
前述したようなトリアリールアミン化合物をポリマー化するには、例えばシンナムアルデヒドまたはこの誘導体化合物と反応させればよい。反応後に得られるポリマーは、一部の有機溶媒には可溶であるが、ポリマーには未だ不飽和結合が残存する。この不飽和結合をＵＶ照射等により重合させて架橋構造を構築することによって、有機溶媒に不溶なポリマー薄膜を形成することができる。
【００６７】
このように有機溶媒に不溶なポリマー薄膜をホール輸送層１２として成膜した後、有機ＥＬポリマーを溶解した溶剤をインクジェットで成膜してポリマー発光層２２を形成することができる。この場合、ホール輸送層１２を構成している架橋体は有機溶媒に不溶であるため、ホール輸送層とポリマー発光層との間に混合層が形成されることはない。しかも、従来のＰＥＤＯＴ・ＰＳＳのように水を使用しないため、防水の面でも素子寿命が格段に向上する。
【００６８】
非水系材料によりホール輸送層を形成し、発光層として燐光性化合物を用いた場合には、リン光がクエンチされることがない。このため、発光の外部取り出し効率が大きい有機ＥＬ素子を得ることができる。発光層を形成するための燐光性化合物としては、量子効率が大きく比較的安定性が大きいことからイリジウム錯体が好ましい。イリジウム錯体としては、具体的には、下記化学式（１３）で表わされる化合物等が挙げられる。
【００６９】
【化１５】
上記一般式中、ｍ，ｎ，およびｓは１以上の整数である。
【００７１】
【発明の実施の形態】
以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例によって何等制約を受けるものではない。
【００７２】
ホール輸送層材料として、下記化学式（９）で表わされる化合物を用意した。
【００７４】
【化１７】
これらの化合物は、以下のような手法により合成した。すなわち、まず、ジハロゲン化チオフェン多量体とハロゲン化トリアリールアミンとをＮｉ触媒存在下にクロスカップリングさせた。このとき、一種類のジハロゲン化チオフェン多量体に対して、２種類のトリアリールアミンを同時に作用させ、精製した４種類の化合物を液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で分離することによって各化合物を得た。
【００８２】
（実施例２）
ホール輸送層材料として前記化学式（９）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【００８３】
得られた素子を、実施例１と同様に連続して１万時間駆動した。その後の輝度は初期値の８０％であり、また発光しなくなる画素は観察されなかった。
【００８８】
（比較例１）
ホール輸送層材料として下記化学式（１２）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により、図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【００８９】
【化２０】
得られた素子を、実施例１と同様に１万時間、連続して駆動したところ、輝度は初期値の約４０％であった。また、発光しない画素が１００００画素あたり３００個以上発生した。本比較例で用いた化合物は、化学式（１２）に示されるように、２つのトリアリールアミンの構造は同一であり、しかもヘテロ環で結合されていない。このため、アモルファス性が小さく、ガラス転移点も低いものと推測される。
【００９１】
（実施例５）
前記化学式（８）で表わされるホール輸送層材料と、前記化学式（９）で表わされるホール輸送層材料との混合物（１：１モル比）に対し、シンナムアルデヒドを作用させてポリマーを合成した。得られたポリマーをトルエンに溶解し、このトルエン溶液を用いてホール輸送層１２を形成して、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【００９２】
具体的には、ガラス基板９上に常法によりＴＦＴ１８を形成した後、透明電極（アノード）１０として透明性導電材料であるＩＴＯ（インジウム−チン−オキサイド）を膜厚１００ｎｍで製膜した。また、フォトレジストプロセスにより隔壁１９を格子状に形成した。ホール輸送層１２の形成に当たっては、上述したトルエン溶液をインクジェット法により有機ＥＬの画素にパターン塗布した後、加熱乾燥させた。ここにキセノンランプを照射して薄膜を架橋重合し、膜厚約５０ｎｍのホール輸送層１２を成膜した。
【００９３】
ポリマー発光層２２の材料として下記化学式（Ｐ１）で表わされるポリマーを用い、インクジェット法によって膜厚約４０ｎｍのポリマー発光層２２を製膜した。
【００９４】
【化２１】
上記式中、ｎは重合度を表わす整数である。
【００９６】
ポリマー発光層２２の上にはバッファー層２３として厚さ約１０ｎｍのＭｇＦ2を蒸着により形成し、その上に、厚さ約２００ｎｍの対向電極（銀電極）２３を形成した。最表面に封止膜２０を形成して各画素を封止した。
【００９７】
得られた素子に１５Ｖの電圧を印加して１万時間、連続して駆動した。その後の輝度は初期値の約８０％であり、発光しない画素は１万画素あたり１０個未満であった。
【００９８】
（実施例６）
前記化学式（８）で表わされる化合物にシンナムアルデヒドを作用させ重合させて、ポリマーを合成した。得られたポリマーをトルエンに溶解し、このトルエン溶液を用いてホール輸送層１２を形成して、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【００９９】
有機ＥＬ素子の作製に当たっては、ホール輸送層１２の材料を上述のトルエン溶液に変更し、ポリマー発光層２２の形成に下記化学式（１３）で表わされる燐光性ポリマーを用いた以外は前述の実施例５と同様の手法を採用した。
【０１００】
【化２２】
上記一般式中、ｍ，ｎ，およびｓは１以上の整数である。
【０１０２】
得られた素子を、実施例５と同様に１万時間、連続して駆動した。その後の輝度は初期値の約８０％であり、発光しない画素は１万画素あたり１０個未満であった。また、発光の外部取り出し効率は４．５％であった。
【０１０３】
本実施例の結果から、ホール輸送層材料として前記化学式（８）で表わされる化合物を重合させてなるポリマーを用い、ポリマー発光層材料として燐光ポリマーを用いて製造された有機ＥＬは、発光の外部取り出し効率が寿命とともに向上することが確認された。
【０１０４】
（実施例７）
ホール輸送層材料として下記化学式（１４）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【０１０５】
【化２３】
前記化学式（１４）で表わされる化合物は、ＣＦ3基およびｔ−Ｂｕ基を有するトリアリールアミンを用いる以外は前述と同様の手法により合成したものである。
【０１０７】
得られた素子に１５Ｖの電圧を印加して１万時間、連続して駆動した。その結果、輝度の劣化は１０％以内に留まり、発光しなくなる画素も観察されなかった。実施例１と比較して輝度の劣化がより小さいのは、トリフルオロメチル基の導入によってホール輸送層のアモルファス性がより大きくなったことによると考えられる。
【０１０８】
（実施例８）
ホール輸送層材料として下記化学式（１５）で表わされる化合物を用いる以外は、前述の実施例１と同様の手法により図１に示す構造の低分子型有機ＥＬ素子を作製した。
【０１０９】
【化２４】
前記化学式（１５）で表わされる化合物は、ジハロゲン化チオフェン多量体をジハロゲン化１，３−チアゾール多量体に変更した以外は前述と同様の手法により合成したものである。
【０１１１】
得られた素子に１５Ｖの電圧を印加して１万時間、連続して駆動した。その結果、輝度の劣化は１５％以内に留まり、発光しなくなる画素も観察されなかった。
【０１１２】
（比較例２）
ホール輸送層材料として、前記化学式（７）に示すＰＥＤＯＴ・ＰＳＳの水分散液を用いた以外は、前述の実施例５と同様の手法により、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【０１１３】
得られた素子を実施例５と同様にして１万時間、連続して駆動したところ、その後の輝度は初期値の約３０％であった。また、１万画素あたりの非発光画素は３００個以上であった。
【０１１４】
（比較例３）
ホール輸送層材料として、前記化学式（７）に示すＰＥＤＯＴ・ＰＳＳの水分散液を用いた以外は、前述の実施例６と同様の手法により、図２に示す構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【０１１５】
得られた素子を実施例５と同様にして１万時間、連続して駆動したところ、その後の輝度は初期値の約３０％であった。また、１万画素あたりの非発光画素は３００個以上であり、発光の外部取り出し効率は１．５％であった。
【０１１６】
酸素による３重項励起状態のクエンチングが生じたのみならず、ホール輸送層の形成にＰＥＤＯＴ・ＰＳＳを用いているので、水による燐光発光層ポリマーの経時劣化が起こったものと考えられる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、長寿命で信頼性が高く、しかも十分に高い発光効率を有する有機ＥＬ素子が提供される。
【０１１８】
本発明は、低分子型の有機ＥＬ素子および高分子型の有機ＥＬ素子のいずれにも適用することができ、その工業的価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる低分子型有機ＥＬ素子の構造を表わす説明図。
【図２】本発明の一実施形態にかかる高分子型有機ＥＬ素子の構造を表わす説明図。
【符号の説明】
９…ガラス基板
１０…透明電極（アノード）
１１…封止部
１２…ホール輸送層
１３…発光層
１４…電子輸送層
１５…対向電極（カソード）
１６…封止キャップ
１７…乾燥剤
１８…トランジスタ
１９…隔壁
２０…封止膜
２１…対向電極
２２…ポリマー発光層
２３…バッファー層
Claims (7)
- 透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（３）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
- 透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（５）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
- 前記ホール輸送層に含有されるトリアリールアミン化合物は、前記一般式（５）において、（Ａｒ 1 ，Ａｒ 2 ）の少なくとも一方がフッ素原子を含むとともに（Ａｒ 3 ，Ａｒ 4 ）はいずれもフッ素原子を含まない化合物、または、（Ａｒ 3 ，Ａｒ 4 ）の少なくとも一方がフ ッ素原子を含むとともに（Ａｒ 1 ，Ａｒ 2 ）はいずれもフッ素原子を含まない化合物であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
- 透明電極、
前記透明電極に離間して配置された対向電極、
前記透明電極と前記対向電極との間に配置された発光層、および
前記透明電極と前記発光層との間に配置されたホール輸送層を具備し、
前記ホール輸送層は、下記一般式（６）で表わされるトリアリールアミン化合物を含有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
- 前記ホール輸送層に含有されるトリアリールアミン化合物は、前記一般式（１）で表わされる化合物、前記一般式（３）で表わされる化合物、前記一般式（５）で表わされる化合物、および前記一般式（６）で表わされる化合物の少なくとも一種を重合させてなる高分子化合物を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記発光層は、燐光性化合物を含有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記燐光性化合物は、イリジウム錯体を含むことを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
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