JP4192436B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子（以下、「有機ＥＬ素子」という）に関し、詳しくは、特定の電荷輸送性ポリマーを用いた有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
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（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．９４，１７１（１９８２））。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・ホール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。
【０００３】
ところが近年、ホール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（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５１，９１３（１９８７））、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ホール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ホール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。
【０００４】
しかしながら、このタイプのＥＬ素子では、複数の蒸着工程において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難しいという問題がある。また、このＥＬ素子は数ｍＡ／ｃｍ2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製膜されたホール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も有していた。
【０００５】
そこで、ＥＬ素子の熱安定性に関する問題の解決のために、ホール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（第４０回応用物理学関係連合講演会予稿集３０ａ−ＳＺＫ−１４（１９９３）等）、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（第４２回高分子討論会予稿集２０Ｊ２１（１９９３））したＥＬ素子が報告されている。しかし、これら単独ではホール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、陽極からのホール注入性或いは発光層へのホール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。
【０００６】
一方、積層型有機ＥＬ素子における生産性と大面積化に関する問題の解決を目指し、単層構造の有機ＥＬ素子についても研究・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り（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５７，４７７（１９９２）等）、ホール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を混入した（第３８回応用物理学関係連合講演会予稿集３１ｐ−Ｇ−１２（１９９１））素子が提案されているが、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ＥＬ素子には及ばない。さらに、作製法においては、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望ましく、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（第５０回応用物理学会学術講演予稿集，２９ｐ−ＺＰ−５（１９８９）、第５１回応用物理学会学術講演予稿集，２８ａ−ＰＢ−７（１９９０））。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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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。即ち、本発明の目的は、十分な輝度を有し、安定性および耐久性に優れ、且つ大面積化可能であり製造容易な有機ＥＬ素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためホール輸送材料に関し鋭意検討した結果、下記一般式（Ｉ−１）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ウレタンが、有機ＥＬ素子として好適なホール注入特性、ホール移動度、薄膜形成能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極間に挾持された一つ又は複数の有機化合物層より構成される電界発光素子において、該有機化合物層の少なくとも一層が、下記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを、少なくとも１種含有することを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【０００９】
【化４】
【００１０】
（一般式（Ｉ−１）中、Ａｒは下記構造群１から選択される有機基を表し、Ｘは下記構造群２から選択される有機基を表し、ｋは０または１を表す。）
【００１１】
【化５】
【００１２】
そして、この電荷輸送性ポリウレタンとしては、下記一般式（ＩＩ−１）で示されるポリウレタンである。
【００１３】
【化６】
（一般式（ＩＩ−１）中、Ａは上記一般式（Ｉ−１）で示される構造から選択される少なくとも１種を表し、Ｒは水素原子、またはイソシアネート基を表し、Ｔは炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素基または炭素数２〜１０の２価の分枝鎖状炭化水素基を表し、Ｙは−（ＣＨ ２ ） ｄ −（但しｄは１〜１０の整数を表す）を表し、ｍは０または１を表し、ｐは５〜５，０００の整数を表す。）
【００１５】
本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物層は、機能分離型のもの、例えば、少なくとも発光層及び電子輸送層から構成、少なくともホール輸送層、発光層及び電子輸送層から構成、或いは、少なくともホール輸送層及び発光層から構成され、ホール輸送層、発光層及び電子輸送層の少なくとも一層が前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを含有してなるものや、キャリア輸送能と発光能を兼ね備えたもの、すなわち、有機化合物層が発光層のみから構成されてなり、該発光層が前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを含有してなるもののいずれでもよい。なお、機能分離型における発光層はキャリア輸送能と発光能を兼ね備えたものであってもよいし、発光能のみ備えたものでもよい。
【００１６】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層には、電荷輸送性材料（前記電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送材料、電子輸送材料）を含んでもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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一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一層が、下記一般式（Ｉ−１）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ウレタン（以下、単に「電荷輸送性ポリウレタン」ということがある）を、少なくとも１種含有する。本発明の有機ＥＬ素子は、前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる層を有することで、十分な輝度を有し、安定性および耐久性に優れる。さらに、前記電荷輸送性ポリウレタンを用いることで、大面積化可能であり、容易に製造可能である。また、前記電荷輸送性ポリウレタンは、後述する構造を適宜選択することで、ホール輸送能、電子輸送能のいずれの機能をも付与することができる。このため、目的に応じてホール輸送層、発光層、電荷輸送層等のいずれの層にも用いることができる。
【００１８】
【化７】
【００１９】
一般式（Ｉ−１）中、Ａｒは下記構造群１から選択される有機基を表し、Ｘは下記構造群２から選択される有機基を表し、ｋは０または１を表す。
【００２０】
【化８】
【００２１】
以下、一般式（Ｉ−１）で示される構造の具体例を示す。本発明は、これら具体例に限定されるわけではない。但し、構造番号２〜３、８〜１０、１８が、一般式（Ｉ−１）で示される構造の具体例に該当する。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
【表６】
【００２８】
【表７】
【００２９】
一般式（Ｉ−１）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ウレタンとしては、下記一般式（ＩＩ−１）で示されるものが使用される。
【００３０】
【化９】
【００３１】
一般式（ＩＩ−１）式中、Ａは上記一般式（Ｉ−１）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Ａが含まれてもよい。
【００３２】
一般式（ＩＩ−１）中、Ｒは水素原子、またはイソシアネート基を表す。
【００３３】
一般式（ＩＩ−１）中、Ｔは、炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素基または炭素数２〜１０の２価の分枝鎖状炭化水素基を示し、好ましくは炭素数が２〜６の２価の直鎖状炭化水素基および炭素数３〜７の２価の分枝鎖状炭化水素基より選択される。具体的な構造を以下に示す。
【００３４】
【化１０】
【００３５】
一般式（ＩＩ−１）中、Ｙは−（ＣＨ ２ ） ｄ −（但しｄは１〜１０の整数を表す）を表す。ｍは０または１を表し、ｐは５〜５，０００の整数を表すが、好ましくは１０〜１，０００の範囲である。
【００３６】
以下、一般式（ＩＩ−１）で示される電荷輸送性ポリウレタンの具体例を示す。本発明は、これら具体例に限定されるわけではない。なお、表において、モノマーの列のＡの欄の番号は、前記一般式（Ｉ−１）で示される構造の具体例である構造番号に対応している。また、Ｚの欄が「−」であるものは一般式（ＩＩ−１）で示される電荷輸送性ポリウレタンの具体例を示す。以下、各番号を付した具体例、例えば、１５の番号を付した具体例は例示化合物（１５）という。但し、例示化合物（４）〜（５）、（１５）〜（１７）、（２７）が、一般式（ＩＩ−１）で示される電荷輸送性ポリウレタンの具体例に該当する。
【００３７】
【表８】
【００３８】
【表９】
【００３９】
電荷輸送性ポリウレタンの重量平均分子量Ｍwは、１０，０００〜３００，０００の範囲にあるのが好ましい。
【００４０】
電荷輸送性ポリウレタンは、下記一般式（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−４）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、１９９２）、新高分子実験学第２巻（共立出版、１９９５）、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、一般式（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−４）中、Ａ、Ｔ、ｍは、前記一般式（ＩＩ−１）におけるＡ、Ｔ、ｍと同様である。
【００４１】
【化１１】
【００４２】
具体的には、例えば、一般式（ＩＩＩ−１）および（ＩＩＩ−２）で示される電荷輸送性モノマーの場合、電荷輸送性ポリウレタンは、次のようにして合成することができる。電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−１）で示される２価アルコールの場合には、ＯＣＮ−Ｙ−ＮＣＯで示されるジイソシアネート類と当量混合し、また電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−２）で示されるジイソシアネート類の場合には、ＨＯ−Ｙ−ＯＨで示される２価アルコール類と当量混合し、重付加する。触媒としては、ジラウリル酸ジブチルスズ（ＩＩ）、二酢酸ジブチルスズ（ＩＩ）、ナフテン酸鉛等の有機金属化合物といった通常の重付加によるポリウレタン合成反応に用いるものが使用できる。また、芳香族系のジイソシアネートを電荷輸送性ポリウレタンの合成に用いる場合には、トリエチレンジアミン等の第三アミンを触媒として用いる事ができる。これら有機金属化合物と第３アミンは触媒として混合して用いても良い。触媒の量は、電荷輸送性モノマー１重量部に対して、１／１０，０００〜１／１０重量部、好ましくは１／１，０００〜１／５０重量部の範囲で用いられる。溶剤は、電荷輸送性モノマーとジイソシアネート、もしくは２価アルコール類を溶解するものであれば、任意の溶剤を用いることができるが、反応性の点から極性の低い溶媒やアルコールとの水素結合を生じない溶媒を用いることが好ましく、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、１−クロロナフタレン等が有効である。溶剤の量は、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。
反応終了後は、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、電荷輸送性ポリウレタンを析出させて分離した後、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、電荷輸送性ポリウレタン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。再沈殿処理の際に電荷輸送性ポリウレタンを溶解させる溶剤は、電荷輸送性ポリウレタン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。また、貧溶剤は電荷輸送性ポリウレタン１重量部に対して、１〜１，０００重量部、好ましくは１０〜５００重量部の範囲で用いられる。
【００４３】
一般式（ＩＩＩ−３）および（ＩＩＩ−４）で示される電荷輸送性モノマーの場合、電荷輸送性ポリウレタンは、次のようにして合成することができる。電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−３）で示されるビスクロロホルメートの場合には、2ＨＮ−Ｙ−ＮＨ2で示されるジアミン類と当量混合し、また電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−４）で示されるジアミン類の場合には、ＣｌＯＣＯ−Ｙ−ＯＣＯＣｌで示されるビスクロロホルメート類と当量混合し、重縮合する。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、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、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。重合後は、前述のように再沈殿処理により精製する。
また、2ＨＮ−Ｙ−ＮＨ2で示されるジアミン類が塩基性度の高い場合には、界面重合法も用いることができる。すなわち、ジアミン類を水に加え、当量の酸を加えて溶解させた後、激しく撹拌しながらジアミン類と前述の一般式（ＩＩＩ−３）で示される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、水はジアミン類１重量部に対して、１〜１，０００重量部、好ましくは１０〜５００重量部の範囲で用いられる。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。相間移動触媒は、電荷輸送性モノマー１重量部に対して、０．１〜１０重量部、好ましくは０．２〜５重量部の範囲で用いられる。
【００４４】
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一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１層に前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる。
【００４５】
本発明の有機ＥＬ素子においては、有機化合物層が１つの場合は、有機化合物層はキャリア輸送能を持つ発光層を意味し、該発光層が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる。また、有機化合物層が複数の場合（機能分離型の場合）は、その少なくとも一つは発光層（この発光層はキャリア輸送能を持っていてもよいし、なくてもよい）であり、他の有機化合物層は、キャリア輸送層、すなわち、ホール輸送層、電子輸送層、又は、ホール輸送層及び電子輸送層よりなるものを意味し、これらの少なくとも一層が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる。具体的には、例えば、少なくとも発光層及び電子輸送層から構成、少なくともホール輸送層、発光層及び電子輸送層から構成、或いは、少なくともホール輸送層及び発光層から構成され、これらの少なくとも一層（ホール輸送層、電荷輸送層）が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなるものが挙げられる。さらに、例えば、有機化合物層が発光層のみから構成されてなり、該発光層が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなるものも挙げられる。
【００４６】
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層が、電荷輸送性材料（前記電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送性材料、電子輸送性材料）を含有してもよい。詳しくは、後述する。
【００４７】
以下、図面を参照しつつ、より詳細に説明するが、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４の場合は、有機化合物層が複数の場合の一例であり、図３の場合は、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。
【００４８】
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、キャリア輸送能を持つ発光層６、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、ホール輸送層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、キャリア輸送能を持つ発光層６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、ホール輸送層３、キャリア輸送能を持つ発光層６及び背面電極７を順次積層してなる。以下、各々を詳しく説明する。
なお、図１、図２に示す有機ＥＬ素子は、発光材料（発光層）が、明確な電子輸送性を示さないものを用いる場合に、有機ＥＬ素子の耐久性向上或いは発光効率の向上を図る目的で、発光層４或いはキャリア輸送能を持つ発光層６と背面電極７との間に電子輸送層を設けた層構成である。
【００４９】
本発明における前記電荷輸送性ポリウレタンが含有してなる有機化合物層は、その構造によっては、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、キャリア輸送能を持つ発光層６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、ホール輸送層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、キャリア輸送能を持つ発光層６として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、ホール輸送層３、キャリア輸送能を持つ発光層６としていずれも作用することができる。
【００５０】
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、かつホール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、および蒸着或いはスパッタされた金、白金、パラジウム等が用いられる。
【００５１】
図２及び図４に示される有機ＥＬ素子の層構成の場合、ホール輸送層３は、目的に応じて機能（ホール輸送能）が付与された電荷輸送性ポリウレタン単独で形成されていてもよいが、ホール移動度を調節するために電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送材料を１重量％ないし５０重量％の範囲で混合分散して形成されていてもよい。このようなホール輸送材料としては、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、特に好適な具体例として下記例示化合物（ＩＶ−１）〜（ＩＶ−８）が挙げられるが、電荷輸送性ポリウレタン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もよい。なお、前記電荷輸送性ポリウレタンを用いない場合、これらホール輸送性材料単独で形成されることとなる。
【００５２】
【化１２】
【００５３】
【化１３】
【００５４】
図２に示される有機ＥＬ素子の層構成の場合、発光層４には、固体状態で高い蛍光量子収率を示す化合物が発光材料として用いられる。発光材料が有機低分子の場合、真空蒸着法もしくは低分子と結着樹脂を含む溶液または分散液を塗布・乾燥することにより良好な薄膜形成が可能であることが条件である。また、高分子の場合、それ自身を含む溶液または分散液を塗布・乾燥することにより良好な薄膜形成が可能であることが条件である。好適には、有機低分子の場合、キレート型有機金属錯体、多核または縮合芳香環化合物、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサチアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体等が、高分子の場合、ポリパラフェニレン誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリアセチレン誘導体等が挙げられる。好適な具体例として、下記例示化合物（Ｖ−１）〜（Ｖ−１５）が用いられるが、これらに限定されたものではない。なお、例示化合物（Ｖ−１３）〜（Ｖ−１５）中、ｎおよびｘは１以上の整数を示す。
【００５５】
【化１４】
【００５６】
【化１５】
【００５７】
また、発光層４には、有機ＥＬ素子の耐久性向上或いは発光効率の向上を目的として、上記発光材料中にゲスト材料として発光材料と異なる色素化合物をドーピングしてもよい。真空蒸着によって発光層を形成する場合、共蒸着によってドーピングを行い、溶液または分散液を塗布・乾燥することで発光層を形成する場合、溶液または分散液中に混合することでドーピングを行う。発光層中における色素化合物のドーピングの割合としては０．００１重量％〜４０重量％程度、好ましくは０．０１重量％〜１０重量％程度である。このようなドーピングに用いられる色素化合物としては、発光材料との相容性が良く、かつ発光層の良好な薄膜形成を妨げない有機化合物が用いられ、好適にはＤＣＭ誘導体、キナクリドン誘導体、ルブレン誘導体、ポルフィリン系化合物等が挙げられる。好適な具体例として、下記の化合物（ＶＩ−１）〜（ＶＩ−４）が用いられるが、これらに限定されたものではない。
【００５８】
【化１６】
【００５９】
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ウレタン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、電荷輸送性ポリウレタン以外の電子輸送材料を１重量％ないし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。好適な具体例として、下記例示化合物（ＶＩＩ−１）〜（ＶＩＩ−３）が挙げられるが、これらに限定されたものではない。なお、前記電荷輸送性ポリウレタンを用いない場合、これら電子輸送性材料単独で形成されることとなる。
【００６０】
【化１７】
【００６１】
図１、図３又は図４に示される有機ＥＬ素子の層構成の場合、キャリア輸送能を持つ発光層６は、目的に応じて機能（ホール輸送能、或いは電子輸送能）が付与された前記電荷輸送性ポリウレタン中に発光材料を５０重量％以下分散させた有機化合物層であり、発光材料としては前記例示化合物（Ｖ−１）〜（Ｖ−１５）が好適に用いられるが、有機ＥＬ素子に注入されるホールと電子のバランスを調節するために前記電荷輸送性ポリウレタン以外の電子輸送材料を１０重量％〜５０重量％分散させてもよい。このような電子輸送材料としては、前記電荷輸送性ポリウレタン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。同様にホール移動度を調節するために、電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送材料、好ましくはテトラフェニレンジアミン誘導体を適量同時に分散させて用いてもよい。また、図２で示される有機ＥＬ素子の発光層４と同様、発光材料と異なる色素化合物をドーピングしてもよい。
【００６２】
【化１８】
【００６３】
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、インジウムおよ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等の金属、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、コーテング法が適用できる。
【００６４】
これら図１〜図４に示される有機ＥＬ素子は、まず透明電極２の上に各有機ＥＬ素子の層構成に応じて、ホール輸送層３或いはキャリア輸送能を持つ発光層６を形成する。ホール輸送層３及びキャリア輸送能を持つ発光層６は、上記各材料を真空蒸着法、もしくは有機溶媒中に溶解或いは分散し、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。
【００６５】
次に、各有機ＥＬ素子の層構成に応じて、ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５或いはキャリア輸送能を持つ発光層６は、上記各材料を、真空蒸着法、もしくは有機溶媒中に溶解或いは分散し、得られた塗布液を用いて前記透明電極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って形成される。
【００６６】
形成されるホール輸送層３、発光層４及び電子輸送層５の膜厚は、各々０．１μｍ以下、特に０．０３〜０．０８μｍの範囲であることが好ましい。また、キャリア輸送能を持つ発光層６の膜厚は、０．０３〜０．２μｍ程度が好ましい。上記各材料（前記電荷輸送性ポリウレタン、発光材料等）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、分散溶媒は上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分散溶媒は上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。
【００６７】
そして、最後に、電子輸送層５或いはキャリア輸送能を持つ発光層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。
【００６８】
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１〜２００ｍＡ／ｃｍ2の直流電圧を印加することによって発光させることができる。
【００６９】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を説明する。
まず、実施例に用いた電荷輸送性ポリウレタンは、例えば以下のようにして得た。
−合成例１〔例示化合物（４）〕−
下記化合物（ＩＸ−１）２．０ｇとクロロベンゼン３０ｍｌを５０ｍｌのフラスコに入れて攪拌し溶解させ、フラスコ中にヘキサメチレンジイソシアネート０．５４ｇをクロロベンゼン１０ｍｌに溶解した溶液を３０分かけて滴下した後、窒素気流下、１５０℃で２時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール３００ｍｌを撹拌している中に滴下して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た後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）３０ｍｌに溶解し、この溶液をメタノール３００ｍｌに滴下する再沈殿を３回繰り返すことによって、１．８ｇの電荷輸送性ポリウレタンを得た。分子量は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、Ｍｗ＝４．８５×１０4（スチレン換算）であり、モノマーの分子量から求めたｐは約１０５であった。
【００７０】
【化１９】
【００７１】
−合成例２〔例示化合物（１６）〕−
下記化合物（ＩＸ−２）２．０ｇとクロロベンゼン３０ｍｌを５０ｍｌのフラスコに入れて攪拌し溶解させ、フラスコ中にヘキサメチレンジイソシアネート０．５２ｇをクロロベンゼン１０ｍｌに溶解した溶液を３０分かけて滴下した後、窒素気流下、１５０℃で２時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール３００ｍｌを撹拌している中に滴下して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た後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）３０ｍｌに溶解し、この溶液をメタノール３００ｍｌに滴下する再沈殿を３回繰り返すことによって、２．１ｇの電荷輸送性ポリウレタンを得た。分子量はＧＰＣにて測定し、Ｍｗ＝７．７９×１０4（スチレン換算）であり、モノマーの分子量から求めたｐは約９５であった。
【００７２】
【化２０】
【００７３】
−合成例３〔例示化合物（２７）〕−
下記化合物（ＩＸ−３）２．０ｇとクロロベンゼン３０ｍｌを５０ｍｌのフラスコに入れて攪拌し溶解させ、フラスコ中にヘキサメチレンジイソシアネート０．５２ｇをクロロベンゼン１０ｍｌに溶解した溶液を３０分かけて滴下した後、窒素気流下、１５０℃で３時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール３００ｍｌを撹拌している中に滴下して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た後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）３０ｍｌに溶解し、この溶液をメタノール３００ｍｌに滴下する再沈殿を３回繰り返すことによって、１．９ｇの電荷輸送性ポリウレタンを得た。分子量はＧＰＣにて測定し、Ｍｗ＝７．８０×１０4（スチレン換算）であり、モノマーの分子量から求めたｐは約７０であった。
【００７４】
【化２１】
【００７５】
（実施例１）
電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（４）〕（Ｍｗ＝４．８５×１０4）の５重量％ジクロロエタン溶液を調製し、０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターで濾過した。この溶液を用いて、２−プロパノール（電子工業用、関東化学社製）で超音波洗浄後乾燥させた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、ディップ法により塗布し、膜厚約０．１μｍのホール輸送層を形成した。十分乾燥させた後、発光材料として昇華精製した前記例示化合物（Ｖ−１）をタングステンボートに入れ、真空蒸着法により蒸着して、ホール輸送層上に膜厚０．０５μｍの発光層を形成した。この時の真空度は１３３．３×１０-5Ｐａ（１０-5Ｔｏｒｒ）、ボート温度は３００℃であった。続いて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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００７６】
（実施例２）
電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（４）〕（Ｍｗ＝４．８５×１０4）１重量部、発光材料として、前記例示化合物（Ｖ−１）１重量部を混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのキャリア輸送能を持つ発光層を形成した。充分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００７７】
（実施例３）
電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（４）〕（Ｍｗ＝４．８５×１０4）を２重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１０）を０．１重量部、電子輸送材料として前記例示化合物（ＶＩＩＩ）を１重量部を混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのキャリア輸送能を持つ発光層を形成した。十分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００７８】
（実施例４）
電荷輸送性ポリウレタンとして〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００７９】
（実施例５）
電荷輸送性ポリウレタンとして〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を用いた以外は、実施例２と同にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８０】
（実施例６）
電荷輸送性ポリウレタンとして〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を用いた以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８１】
（実施例７）
ホール輸送材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）を１重量部を混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのキャリア輸送能を持つ発光層を形成した。十分乾燥させた後、予め調整し０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターで濾過した電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）の５重量％ジクロロエタン溶液を用いて、発光層上にスピンコート法により塗布し、厚さ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ＩＴＯ電極と交差するように形成した。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８２】
（実施例８）
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、電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を１重量部より構成される厚さ０．１μｍのホール輸送層をディップ法により、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）より構成される厚さ０．０６５μｍの発光層を真空蒸着法により、順次形成した。十分乾燥させた後、予め調整し０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターで濾過した電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）の５重量％ジクロロエタン溶液を用いて、発光層上にスピンコート法により塗布し、厚さ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ＩＴＯ電極と交差するように形成した。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８３】
（実施例９）
ホール輸送製材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）１重量部、電子輸送材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）１重量部を用いて、キャリア輸送能を持つ発光層を形成した以外は、実施例２と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８４】
（実施例１０）
ホール輸送製材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１０）０．１重量部を混合し、電子輸送材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）１重量部を用いてキャリア輸送能を持つ発光層を形成した以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８５】
（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、ホール輸送材料として前記例示化合物（ＩＶ−１）より構成される厚さ０．０５０μｍのホール輸送層、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）より構成される厚さ０．０６５μｍの発光層を、順次真空蒸着法により形成した。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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８６】
（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、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）より構成される厚さ０．０６５μｍの発光層、電子輸送材料として前記例示化合物（ＶＩＩ−１）より構成される厚さ０．０５０μｍの電子輸送層を、順次真空蒸着法により形成した。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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８７】
（比較例３）
ホール輸送材料として前記例示化合物（ＩＶ−１）を１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）を１重量部、結着樹脂としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を１重量部混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、０．１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過した。この溶液を用いて、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのホール輸送層を形成した。十分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８８】
（比較例４）
ホール輸送材料として前記例示化合物（ＩＶ−６）を２重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１０）を０．１重量部、電子輸送材料として前記例示化合物（ＶＩＩ−１）を１重量部混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、０．１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過した。この溶液を用いて、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのホール輸送層を形成した。十分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８９】
（評価）
以上のように作製した有機ＥＬ素子を、真空中（１３３．３×１０-3Ｐａ（１０-3Ｔｏｒｒ））でＩＴＯ電極側をプラス、Ｍｇ−Ａｇ背面電極をマイナスとして直流電圧を印加し、発光について測定を行い、このときの最高輝度、および発光色を評価した。それらの結果を表１０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１０に示す。
【００９０】
【表１０】
【００９１】
実施例、比較例から、上記一般式（Ｉ−１）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ウレタンは、有機ＥＬ素子に好適なイオン化ポテンシャルおよびホール移動度を持ち、また、スピンコーティング法、ディップ法等を用いて良好な薄膜を形成することが可能であるので、これを用いて形成された本発明の有機ＥＬ素子は、十分に高い輝度を示し、また、膜厚を比較的厚く設定できるため、ピンホール等の不良も少なく、大面積化も容易であり、しかも向上した耐久性を有する。
【００９２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、十分な輝度を有し、安定性および耐久性に優れ、且つ大面積化可能であり製造容易な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【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他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他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他の一例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１ 透明絶縁体基板
２ 透明電極
３ ホール輸送層
４ 発光層
５ 電子輸送層
６ キャリア輸送能を持つ発光層
７ 背面電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子（以下、「有機ＥＬ素子」という）に関し、詳しくは、特定の電荷輸送性ポリマーを用いた有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
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（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．９４，１７１（１９８２））。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・ホール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。
【０００３】
ところが近年、ホール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（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５１，９１３（１９８７））、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ホール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ホール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。
【０００４】
しかしながら、このタイプのＥＬ素子では、複数の蒸着工程において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難しいという問題がある。また、このＥＬ素子は数ｍＡ／ｃｍ2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製膜されたホール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も有していた。
【０００５】
そこで、ＥＬ素子の熱安定性に関する問題の解決のために、ホール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（第４０回応用物理学関係連合講演会予稿集３０ａ−ＳＺＫ−１４（１９９３）等）、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（第４２回高分子討論会予稿集２０Ｊ２１（１９９３））したＥＬ素子が報告されている。しかし、これら単独ではホール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、陽極からのホール注入性或いは発光層へのホール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。
【０００６】
一方、積層型有機ＥＬ素子における生産性と大面積化に関する問題の解決を目指し、単層構造の有機ＥＬ素子についても研究・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り（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５７，４７７（１９９２）等）、ホール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を混入した（第３８回応用物理学関係連合講演会予稿集３１ｐ−Ｇ−１２（１９９１））素子が提案されているが、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ＥＬ素子には及ばない。さらに、作製法においては、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望ましく、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（第５０回応用物理学会学術講演予稿集，２９ｐ−ＺＰ−５（１９８９）、第５１回応用物理学会学術講演予稿集，２８ａ−ＰＢ−７（１９９０））。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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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。即ち、本発明の目的は、十分な輝度を有し、安定性および耐久性に優れ、且つ大面積化可能であり製造容易な有機ＥＬ素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためホール輸送材料に関し鋭意検討した結果、下記一般式（Ｉ−１）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ウレタンが、有機ＥＬ素子として好適なホール注入特性、ホール移動度、薄膜形成能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極間に挾持された一つ又は複数の有機化合物層より構成される電界発光素子において、該有機化合物層の少なくとも一層が、下記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを、少なくとも１種含有することを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【０００９】
【化４】
【００１０】
（一般式（Ｉ−１）中、Ａｒは下記構造群１から選択される有機基を表し、Ｘは下記構造群２から選択される有機基を表し、ｋは０または１を表す。）
【００１１】
【化５】
【００１２】
そして、この電荷輸送性ポリウレタンとしては、下記一般式（ＩＩ−１）で示されるポリウレタンである。
【００１３】
【化６】
（一般式（ＩＩ−１）中、Ａは上記一般式（Ｉ−１）で示される構造から選択される少なくとも１種を表し、Ｒは水素原子、またはイソシアネート基を表し、Ｔは炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素基または炭素数２〜１０の２価の分枝鎖状炭化水素基を表し、Ｙは−（ＣＨ ２ ） ｄ −（但しｄは１〜１０の整数を表す）を表し、ｍは０または１を表し、ｐは５〜５，０００の整数を表す。）
【００１５】
本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物層は、機能分離型のもの、例えば、少なくとも発光層及び電子輸送層から構成、少なくともホール輸送層、発光層及び電子輸送層から構成、或いは、少なくともホール輸送層及び発光層から構成され、ホール輸送層、発光層及び電子輸送層の少なくとも一層が前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを含有してなるものや、キャリア輸送能と発光能を兼ね備えたもの、すなわち、有機化合物層が発光層のみから構成されてなり、該発光層が前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを含有してなるもののいずれでもよい。なお、機能分離型における発光層はキャリア輸送能と発光能を兼ね備えたものであってもよいし、発光能のみ備えたものでもよい。
【００１６】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層には、電荷輸送性材料（前記電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送材料、電子輸送材料）を含んでもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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一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一層が、下記一般式（Ｉ−１）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ウレタン（以下、単に「電荷輸送性ポリウレタン」ということがある）を、少なくとも１種含有する。本発明の有機ＥＬ素子は、前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる層を有することで、十分な輝度を有し、安定性および耐久性に優れる。さらに、前記電荷輸送性ポリウレタンを用いることで、大面積化可能であり、容易に製造可能である。また、前記電荷輸送性ポリウレタンは、後述する構造を適宜選択することで、ホール輸送能、電子輸送能のいずれの機能をも付与することができる。このため、目的に応じてホール輸送層、発光層、電荷輸送層等のいずれの層にも用いることができる。
【００１８】
【化７】
【００１９】
一般式（Ｉ−１）中、Ａｒは下記構造群１から選択される有機基を表し、Ｘは下記構造群２から選択される有機基を表し、ｋは０または１を表す。
【００２０】
【化８】
【００２１】
以下、一般式（Ｉ−１）で示される構造の具体例を示す。本発明は、これら具体例に限定されるわけではない。但し、構造番号２〜３、８〜１０、１８が、一般式（Ｉ−１）で示される構造の具体例に該当する。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
【表６】
【００２８】
【表７】
【００２９】
一般式（Ｉ−１）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ウレタンとしては、下記一般式（ＩＩ−１）で示されるものが使用される。
【００３０】
【化９】
【００３１】
一般式（ＩＩ−１）式中、Ａは上記一般式（Ｉ−１）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Ａが含まれてもよい。
【００３２】
一般式（ＩＩ−１）中、Ｒは水素原子、またはイソシアネート基を表す。
【００３３】
一般式（ＩＩ−１）中、Ｔは、炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素基または炭素数２〜１０の２価の分枝鎖状炭化水素基を示し、好ましくは炭素数が２〜６の２価の直鎖状炭化水素基および炭素数３〜７の２価の分枝鎖状炭化水素基より選択される。具体的な構造を以下に示す。
【００３４】
【化１０】
【００３５】
一般式（ＩＩ−１）中、Ｙは−（ＣＨ ２ ） ｄ −（但しｄは１〜１０の整数を表す）を表す。ｍは０または１を表し、ｐは５〜５，０００の整数を表すが、好ましくは１０〜１，０００の範囲である。
【００３６】
以下、一般式（ＩＩ−１）で示される電荷輸送性ポリウレタンの具体例を示す。本発明は、これら具体例に限定されるわけではない。なお、表において、モノマーの列のＡの欄の番号は、前記一般式（Ｉ−１）で示される構造の具体例である構造番号に対応している。また、Ｚの欄が「−」であるものは一般式（ＩＩ−１）で示される電荷輸送性ポリウレタンの具体例を示す。以下、各番号を付した具体例、例えば、１５の番号を付した具体例は例示化合物（１５）という。但し、例示化合物（４）〜（５）、（１５）〜（１７）、（２７）が、一般式（ＩＩ−１）で示される電荷輸送性ポリウレタンの具体例に該当する。
【００３７】
【表８】
【００３８】
【表９】
【００３９】
電荷輸送性ポリウレタンの重量平均分子量Ｍwは、１０，０００〜３００，０００の範囲にあるのが好ましい。
【００４０】
電荷輸送性ポリウレタンは、下記一般式（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−４）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、１９９２）、新高分子実験学第２巻（共立出版、１９９５）、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、一般式（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−４）中、Ａ、Ｔ、ｍは、前記一般式（ＩＩ−１）におけるＡ、Ｔ、ｍと同様である。
【００４１】
【化１１】
【００４２】
具体的には、例えば、一般式（ＩＩＩ−１）および（ＩＩＩ−２）で示される電荷輸送性モノマーの場合、電荷輸送性ポリウレタンは、次のようにして合成することができる。電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−１）で示される２価アルコールの場合には、ＯＣＮ−Ｙ−ＮＣＯで示されるジイソシアネート類と当量混合し、また電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−２）で示されるジイソシアネート類の場合には、ＨＯ−Ｙ−ＯＨで示される２価アルコール類と当量混合し、重付加する。触媒としては、ジラウリル酸ジブチルスズ（ＩＩ）、二酢酸ジブチルスズ（ＩＩ）、ナフテン酸鉛等の有機金属化合物といった通常の重付加によるポリウレタン合成反応に用いるものが使用できる。また、芳香族系のジイソシアネートを電荷輸送性ポリウレタンの合成に用いる場合には、トリエチレンジアミン等の第三アミンを触媒として用いる事ができる。これら有機金属化合物と第３アミンは触媒として混合して用いても良い。触媒の量は、電荷輸送性モノマー１重量部に対して、１／１０，０００〜１／１０重量部、好ましくは１／１，０００〜１／５０重量部の範囲で用いられる。溶剤は、電荷輸送性モノマーとジイソシアネート、もしくは２価アルコール類を溶解するものであれば、任意の溶剤を用いることができるが、反応性の点から極性の低い溶媒やアルコールとの水素結合を生じない溶媒を用いることが好ましく、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、１−クロロナフタレン等が有効である。溶剤の量は、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。
反応終了後は、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、電荷輸送性ポリウレタンを析出させて分離した後、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、電荷輸送性ポリウレタン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。再沈殿処理の際に電荷輸送性ポリウレタンを溶解させる溶剤は、電荷輸送性ポリウレタン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。また、貧溶剤は電荷輸送性ポリウレタン１重量部に対して、１〜１，０００重量部、好ましくは１０〜５００重量部の範囲で用いられる。
【００４３】
一般式（ＩＩＩ−３）および（ＩＩＩ−４）で示される電荷輸送性モノマーの場合、電荷輸送性ポリウレタンは、次のようにして合成することができる。電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−３）で示されるビスクロロホルメートの場合には、2ＨＮ−Ｙ−ＮＨ2で示されるジアミン類と当量混合し、また電荷輸送性モノマーが一般式（ＩＩＩ−４）で示されるジアミン類の場合には、ＣｌＯＣＯ−Ｙ−ＯＣＯＣｌで示されるビスクロロホルメート類と当量混合し、重縮合する。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、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、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。重合後は、前述のように再沈殿処理により精製する。
また、2ＨＮ−Ｙ−ＮＨ2で示されるジアミン類が塩基性度の高い場合には、界面重合法も用いることができる。すなわち、ジアミン類を水に加え、当量の酸を加えて溶解させた後、激しく撹拌しながらジアミン類と前述の一般式（ＩＩＩ−３）で示される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、水はジアミン類１重量部に対して、１〜１，０００重量部、好ましくは１０〜５００重量部の範囲で用いられる。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。相間移動触媒は、電荷輸送性モノマー１重量部に対して、０．１〜１０重量部、好ましくは０．２〜５重量部の範囲で用いられる。
【００４４】
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一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１層に前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる。
【００４５】
本発明の有機ＥＬ素子においては、有機化合物層が１つの場合は、有機化合物層はキャリア輸送能を持つ発光層を意味し、該発光層が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる。また、有機化合物層が複数の場合（機能分離型の場合）は、その少なくとも一つは発光層（この発光層はキャリア輸送能を持っていてもよいし、なくてもよい）であり、他の有機化合物層は、キャリア輸送層、すなわち、ホール輸送層、電子輸送層、又は、ホール輸送層及び電子輸送層よりなるものを意味し、これらの少なくとも一層が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなる。具体的には、例えば、少なくとも発光層及び電子輸送層から構成、少なくともホール輸送層、発光層及び電子輸送層から構成、或いは、少なくともホール輸送層及び発光層から構成され、これらの少なくとも一層（ホール輸送層、電荷輸送層）が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなるものが挙げられる。さらに、例えば、有機化合物層が発光層のみから構成されてなり、該発光層が前記電荷輸送性ポリウレタンを含有してなるものも挙げられる。
【００４６】
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層が、電荷輸送性材料（前記電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送性材料、電子輸送性材料）を含有してもよい。詳しくは、後述する。
【００４７】
以下、図面を参照しつつ、より詳細に説明するが、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４の場合は、有機化合物層が複数の場合の一例であり、図３の場合は、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。
【００４８】
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、キャリア輸送能を持つ発光層６、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、ホール輸送層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、キャリア輸送能を持つ発光層６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、ホール輸送層３、キャリア輸送能を持つ発光層６及び背面電極７を順次積層してなる。以下、各々を詳しく説明する。
なお、図１、図２に示す有機ＥＬ素子は、発光材料（発光層）が、明確な電子輸送性を示さないものを用いる場合に、有機ＥＬ素子の耐久性向上或いは発光効率の向上を図る目的で、発光層４或いはキャリア輸送能を持つ発光層６と背面電極７との間に電子輸送層を設けた層構成である。
【００４９】
本発明における前記電荷輸送性ポリウレタンが含有してなる有機化合物層は、その構造によっては、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、キャリア輸送能を持つ発光層６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、ホール輸送層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、キャリア輸送能を持つ発光層６として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、ホール輸送層３、キャリア輸送能を持つ発光層６としていずれも作用することができる。
【００５０】
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、かつホール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、および蒸着或いはスパッタされた金、白金、パラジウム等が用いられる。
【００５１】
図２及び図４に示される有機ＥＬ素子の層構成の場合、ホール輸送層３は、目的に応じて機能（ホール輸送能）が付与された電荷輸送性ポリウレタン単独で形成されていてもよいが、ホール移動度を調節するために電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送材料を１重量％ないし５０重量％の範囲で混合分散して形成されていてもよい。このようなホール輸送材料としては、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、特に好適な具体例として下記例示化合物（ＩＶ−１）〜（ＩＶ−８）が挙げられるが、電荷輸送性ポリウレタン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もよい。なお、前記電荷輸送性ポリウレタンを用いない場合、これらホール輸送性材料単独で形成されることとなる。
【００５２】
【化１２】
【００５３】
【化１３】
【００５４】
図２に示される有機ＥＬ素子の層構成の場合、発光層４には、固体状態で高い蛍光量子収率を示す化合物が発光材料として用いられる。発光材料が有機低分子の場合、真空蒸着法もしくは低分子と結着樹脂を含む溶液または分散液を塗布・乾燥することにより良好な薄膜形成が可能であることが条件である。また、高分子の場合、それ自身を含む溶液または分散液を塗布・乾燥することにより良好な薄膜形成が可能であることが条件である。好適には、有機低分子の場合、キレート型有機金属錯体、多核または縮合芳香環化合物、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサチアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体等が、高分子の場合、ポリパラフェニレン誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリアセチレン誘導体等が挙げられる。好適な具体例として、下記例示化合物（Ｖ−１）〜（Ｖ−１５）が用いられるが、これらに限定されたものではない。なお、例示化合物（Ｖ−１３）〜（Ｖ−１５）中、ｎおよびｘは１以上の整数を示す。
【００５５】
【化１４】
【００５６】
【化１５】
【００５７】
また、発光層４には、有機ＥＬ素子の耐久性向上或いは発光効率の向上を目的として、上記発光材料中にゲスト材料として発光材料と異なる色素化合物をドーピングしてもよい。真空蒸着によって発光層を形成する場合、共蒸着によってドーピングを行い、溶液または分散液を塗布・乾燥することで発光層を形成する場合、溶液または分散液中に混合することでドーピングを行う。発光層中における色素化合物のドーピングの割合としては０．００１重量％〜４０重量％程度、好ましくは０．０１重量％〜１０重量％程度である。このようなドーピングに用いられる色素化合物としては、発光材料との相容性が良く、かつ発光層の良好な薄膜形成を妨げない有機化合物が用いられ、好適にはＤＣＭ誘導体、キナクリドン誘導体、ルブレン誘導体、ポルフィリン系化合物等が挙げられる。好適な具体例として、下記の化合物（ＶＩ−１）〜（ＶＩ−４）が用いられるが、これらに限定されたものではない。
【００５８】
【化１６】
【００５９】
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ウレタン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、電荷輸送性ポリウレタン以外の電子輸送材料を１重量％ないし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。好適な具体例として、下記例示化合物（ＶＩＩ−１）〜（ＶＩＩ−３）が挙げられるが、これらに限定されたものではない。なお、前記電荷輸送性ポリウレタンを用いない場合、これら電子輸送性材料単独で形成されることとなる。
【００６０】
【化１７】
【００６１】
図１、図３又は図４に示される有機ＥＬ素子の層構成の場合、キャリア輸送能を持つ発光層６は、目的に応じて機能（ホール輸送能、或いは電子輸送能）が付与された前記電荷輸送性ポリウレタン中に発光材料を５０重量％以下分散させた有機化合物層であり、発光材料としては前記例示化合物（Ｖ−１）〜（Ｖ−１５）が好適に用いられるが、有機ＥＬ素子に注入されるホールと電子のバランスを調節するために前記電荷輸送性ポリウレタン以外の電子輸送材料を１０重量％〜５０重量％分散させてもよい。このような電子輸送材料としては、前記電荷輸送性ポリウレタン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。同様にホール移動度を調節するために、電荷輸送性ポリウレタン以外のホール輸送材料、好ましくはテトラフェニレンジアミン誘導体を適量同時に分散させて用いてもよい。また、図２で示される有機ＥＬ素子の発光層４と同様、発光材料と異なる色素化合物をドーピングしてもよい。
【００６２】
【化１８】
【００６３】
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、インジウムおよ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等の金属、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、コーテング法が適用できる。
【００６４】
これら図１〜図４に示される有機ＥＬ素子は、まず透明電極２の上に各有機ＥＬ素子の層構成に応じて、ホール輸送層３或いはキャリア輸送能を持つ発光層６を形成する。ホール輸送層３及びキャリア輸送能を持つ発光層６は、上記各材料を真空蒸着法、もしくは有機溶媒中に溶解或いは分散し、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。
【００６５】
次に、各有機ＥＬ素子の層構成に応じて、ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５或いはキャリア輸送能を持つ発光層６は、上記各材料を、真空蒸着法、もしくは有機溶媒中に溶解或いは分散し、得られた塗布液を用いて前記透明電極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って形成される。
【００６６】
形成されるホール輸送層３、発光層４及び電子輸送層５の膜厚は、各々０．１μｍ以下、特に０．０３〜０．０８μｍの範囲であることが好ましい。また、キャリア輸送能を持つ発光層６の膜厚は、０．０３〜０．２μｍ程度が好ましい。上記各材料（前記電荷輸送性ポリウレタン、発光材料等）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、分散溶媒は上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分散溶媒は上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。
【００６７】
そして、最後に、電子輸送層５或いはキャリア輸送能を持つ発光層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。
【００６８】
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１〜２００ｍＡ／ｃｍ2の直流電圧を印加することによって発光させることができる。
【００６９】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を説明する。
まず、実施例に用いた電荷輸送性ポリウレタンは、例えば以下のようにして得た。
−合成例１〔例示化合物（４）〕−
下記化合物（ＩＸ−１）２．０ｇとクロロベンゼン３０ｍｌを５０ｍｌのフラスコに入れて攪拌し溶解させ、フラスコ中にヘキサメチレンジイソシアネート０．５４ｇをクロロベンゼン１０ｍｌに溶解した溶液を３０分かけて滴下した後、窒素気流下、１５０℃で２時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール３００ｍｌを撹拌している中に滴下して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た後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）３０ｍｌに溶解し、この溶液をメタノール３００ｍｌに滴下する再沈殿を３回繰り返すことによって、１．８ｇの電荷輸送性ポリウレタンを得た。分子量は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、Ｍｗ＝４．８５×１０4（スチレン換算）であり、モノマーの分子量から求めたｐは約１０５であった。
【００７０】
【化１９】
【００７１】
−合成例２〔例示化合物（１６）〕−
下記化合物（ＩＸ−２）２．０ｇとクロロベンゼン３０ｍｌを５０ｍｌのフラスコに入れて攪拌し溶解させ、フラスコ中にヘキサメチレンジイソシアネート０．５２ｇをクロロベンゼン１０ｍｌに溶解した溶液を３０分かけて滴下した後、窒素気流下、１５０℃で２時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール３００ｍｌを撹拌している中に滴下して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た後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）３０ｍｌに溶解し、この溶液をメタノール３００ｍｌに滴下する再沈殿を３回繰り返すことによって、２．１ｇの電荷輸送性ポリウレタンを得た。分子量はＧＰＣにて測定し、Ｍｗ＝７．７９×１０4（スチレン換算）であり、モノマーの分子量から求めたｐは約９５であった。
【００７２】
【化２０】
【００７３】
−合成例３〔例示化合物（２７）〕−
下記化合物（ＩＸ−３）２．０ｇとクロロベンゼン３０ｍｌを５０ｍｌのフラスコに入れて攪拌し溶解させ、フラスコ中にヘキサメチレンジイソシアネート０．５２ｇをクロロベンゼン１０ｍｌに溶解した溶液を３０分かけて滴下した後、窒素気流下、１５０℃で３時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール３００ｍｌを撹拌している中に滴下して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た後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）３０ｍｌに溶解し、この溶液をメタノール３００ｍｌに滴下する再沈殿を３回繰り返すことによって、１．９ｇの電荷輸送性ポリウレタンを得た。分子量はＧＰＣにて測定し、Ｍｗ＝７．８０×１０4（スチレン換算）であり、モノマーの分子量から求めたｐは約７０であった。
【００７４】
【化２１】
【００７５】
（実施例１）
電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（４）〕（Ｍｗ＝４．８５×１０4）の５重量％ジクロロエタン溶液を調製し、０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターで濾過した。この溶液を用いて、２−プロパノール（電子工業用、関東化学社製）で超音波洗浄後乾燥させた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、ディップ法により塗布し、膜厚約０．１μｍのホール輸送層を形成した。十分乾燥させた後、発光材料として昇華精製した前記例示化合物（Ｖ−１）をタングステンボートに入れ、真空蒸着法により蒸着して、ホール輸送層上に膜厚０．０５μｍの発光層を形成した。この時の真空度は１３３．３×１０-5Ｐａ（１０-5Ｔｏｒｒ）、ボート温度は３００℃であった。続いて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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００７６】
（実施例２）
電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（４）〕（Ｍｗ＝４．８５×１０4）１重量部、発光材料として、前記例示化合物（Ｖ−１）１重量部を混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのキャリア輸送能を持つ発光層を形成した。充分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００７７】
（実施例３）
電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（４）〕（Ｍｗ＝４．８５×１０4）を２重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１０）を０．１重量部、電子輸送材料として前記例示化合物（ＶＩＩＩ）を１重量部を混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのキャリア輸送能を持つ発光層を形成した。十分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００７８】
（実施例４）
電荷輸送性ポリウレタンとして〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００７９】
（実施例５）
電荷輸送性ポリウレタンとして〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を用いた以外は、実施例２と同にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８０】
（実施例６）
電荷輸送性ポリウレタンとして〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を用いた以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８１】
（実施例７）
ホール輸送材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）を１重量部を混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのキャリア輸送能を持つ発光層を形成した。十分乾燥させた後、予め調整し０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターで濾過した電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）の５重量％ジクロロエタン溶液を用いて、発光層上にスピンコート法により塗布し、厚さ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ＩＴＯ電極と交差するように形成した。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８２】
（実施例８）
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、電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）を１重量部より構成される厚さ０．１μｍのホール輸送層をディップ法により、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）より構成される厚さ０．０６５μｍの発光層を真空蒸着法により、順次形成した。十分乾燥させた後、予め調整し０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターで濾過した電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）の５重量％ジクロロエタン溶液を用いて、発光層上にスピンコート法により塗布し、厚さ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ＩＴＯ電極と交差するように形成した。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８３】
（実施例９）
ホール輸送製材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）１重量部、電子輸送材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）１重量部を用いて、キャリア輸送能を持つ発光層を形成した以外は、実施例２と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８４】
（実施例１０）
ホール輸送製材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（１６）〕（Ｍｗ＝７．７９×１０4）１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１０）０．１重量部を混合し、電子輸送材料として電荷輸送性ポリウレタン〔例示化合物（２７）〕（Ｍｗ＝７．８０×１０4）１重量部を用いてキャリア輸送能を持つ発光層を形成した以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８５】
（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、ホール輸送材料として前記例示化合物（ＩＶ−１）より構成される厚さ０．０５０μｍのホール輸送層、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）より構成される厚さ０．０６５μｍの発光層を、順次真空蒸着法により形成した。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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８６】
（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、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）より構成される厚さ０．０６５μｍの発光層、電子輸送材料として前記例示化合物（ＶＩＩ−１）より構成される厚さ０．０５０μｍの電子輸送層を、順次真空蒸着法により形成した。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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８７】
（比較例３）
ホール輸送材料として前記例示化合物（ＩＶ−１）を１重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１）を１重量部、結着樹脂としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を１重量部混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、０．１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過した。この溶液を用いて、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのホール輸送層を形成した。十分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８８】
（比較例４）
ホール輸送材料として前記例示化合物（ＩＶ−６）を２重量部、発光材料として前記例示化合物（Ｖ−１０）を０．１重量部、電子輸送材料として前記例示化合物（ＶＩＩ−１）を１重量部混合し、１０重量％ジクロロエタン溶液を調製し、０．１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過した。この溶液を用いて、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、ディップ法により塗布して膜厚０．１５μｍのホール輸送層を形成した。十分乾燥させた後、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。形成された有機ＥＬ素子の有効面積は０．０４ｃｍ2であった。
【００８９】
（評価）
以上のように作製した有機ＥＬ素子を、真空中（１３３．３×１０-3Ｐａ（１０-3Ｔｏｒｒ））でＩＴＯ電極側をプラス、Ｍｇ−Ａｇ背面電極をマイナスとして直流電圧を印加し、発光について測定を行い、このときの最高輝度、および発光色を評価した。それらの結果を表１０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１０に示す。
【００９０】
【表１０】
【００９１】
実施例、比較例から、上記一般式（Ｉ−１）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ウレタンは、有機ＥＬ素子に好適なイオン化ポテンシャルおよびホール移動度を持ち、また、スピンコーティング法、ディップ法等を用いて良好な薄膜を形成することが可能であるので、これを用いて形成された本発明の有機ＥＬ素子は、十分に高い輝度を示し、また、膜厚を比較的厚く設定できるため、ピンホール等の不良も少なく、大面積化も容易であり、しかも向上した耐久性を有する。
【００９２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、十分な輝度を有し、安定性および耐久性に優れ、且つ大面積化可能であり製造容易な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【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他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他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他の一例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１ 透明絶縁体基板
２ 透明電極
３ ホール輸送層
４ 発光層
５ 電子輸送層
６ キャリア輸送能を持つ発光層
７ 背面電極
Claims (6)
- 少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極間に挾持された一つ又は複数の有機化合物層より構成される電界発光素子において、該有機化合物層の少なくとも一層が、下記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを、少なくとも１種含有し、
且つ、前記電荷輸送性ポリウレタンが、下記一般式（ＩＩ−１）で示される電荷輸送性ポリウレタンであることを特徴とする有機電界発光素子。
- 前記有機化合物層が少なくとも発光層及び電子輸送層から構成され、前記発光層及び前記電子輸送層の少なくとも一方が、前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを、少なくとも１種含有してな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。
- 前記有機化合物層が少なくともホール輸送層、発光層及び電子輸送層から構成され、前記ホール輸送層及び前記電子輸送層の少なくとも一方が、前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを、少なくとも１種含有してな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。
- 前記有機化合物層が発光層のみから構成され、前記発光層が、前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを、少なくとも１種含有してな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。
- 前記有機化合物層が少なくともホール輸送層及び発光層から構成され、前記ホール輸送層及び前記発光層の少なくとも一方が、前記一般式（Ｉ−１）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ウレタンを、少なくとも１種含有してな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。
- 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、４又は５に記載の有機電界発光素子。
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