JP4269613B2 - 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、電気エネルギーを光に変換して発光する素子に関し、表示素子、液晶等のバックライト、照明光源、電子写真用露光装置、標識、看板等の分野に好適に使用できる有機電界発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
電界発光素子は、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。現在は無機蛍光体を用いたものが主流であり広く使用されているが、駆動に200V以上、50〜1000Hzの交流電圧を必要とするためランニングコストが高く、また輝度が不十分であるなどの問題点を有している。一方、有機化合物を用いた電界発光素子研究は、最初アントラセン等の単結晶を用いて始まったが、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(非特許文献1参照)。これら素子の発光は、電極の一方から電子が注入され、もう一方の電極から正孔が注入されることにより、素子中の発光材料が高いエネルギー準位に励起され、励起された発光体が基底状態に戻る際の余分なエネルギーを光として放出する現象である。しかしながら、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ず、実用化には至らなかった。
【0003】
ところが、1997年にTangらにより透明基板上に正孔輸送性有機低分子化合物と電子輸送能を持つ蛍光性有機低分子化合物とを真空蒸着法により極めて薄い薄膜として順次積層した機能分離型の有機電界発光素子で、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(非特許文献2、特許文献1参照)されて以来、有機電界発光素子の研究・開発が活発に行われている。
【0004】
これら積層構造の電界発光素子は、有機発光体と電荷輸送性の有機物(電荷輸送材料)とを電極に積層した構造であり、それぞれの正孔と電子とが電荷輸送材料中を移動して、再結合することにより発光する。有機発光体としては8−キノリノールアルミニウム錯体やクマリン化合物など蛍光を発する有機色素などが用いられる。また、電荷輸送材料としては、N,N−ジ(m−トリル)N,N‘−ジフェニルベンジジンや1,1−ビス[N,N−ジ(p−トリル)アミノフェニル]シクロヘキサンといったジアミノ化合物や、4−(N,N−ジフェニル)アミノベンズアルデヒドーN,N−ジフェニルヒドラゾン化合物等が挙げられる。
【0005】
これら有機化合物を用いた有機電界発光素子は高い発光特性を有しているが、発光時の熱安定性や保存安定性に問題がある。電界発光素子の有機物で形成される層の厚みは、数十から数百ナノメーターと非常に薄い。従って、単位厚さ当たりに加わる電圧は非常に高くなり、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成膜された正孔輸送性低分子化合物や蛍光性有機低分子化合物が温度上昇で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た。この熱安定性の低さは材料のガラス転移温度の低さに由来すると考えられている。即ち、低分子量の化合物は融点が低く対称性が高いものが多いためである。
【0006】
そこで、熱安定性に関する問題の解決のために、ガラス転移温度を向上し、安定なアモルファスガラス状態が得られるα‐ナフチル基を導入したN,N−ジ(1−ナフチル)N,N‘−ジフェニルベンジジン(非特許文献3参照)、スターバーストアミン(非特許文献4参照)を用いたりした有機電界発光素子が報告されている。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。さらに、正孔輸送層と発光層の2層型素子構造において、相互拡散現象を起こしたりする。また、素子作製時において、蒸着、ベーキング、アニーリング、配線、封止等の作製工程での加熱処理や、さらには、長時間の使用による経時変化等に耐えられるだけの熱安定を確保するためには、より一層のガラス転移温度の向上が望まれる。
【0007】
一方、低分子化合物の代わりに高分子材料を用いる電界発光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(例えば、非特許文献5、特許文献2参照)、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(非特許文献6参照)、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蛍光色素を混入した素子(非特許文献7参照)が提案されている。
【0008】
これらの高分子材料は、低分子化合物より比較的ガラス転移点が高いものの、ポリ(p−フェニレンビニレン)においては、可溶前駆体をスピンコート後、熱処理するため、主鎖共役系高分子中に欠陥が入りやすく発光特性を著しく低下させる。フォスファゼンはイオン化ポテンシャルが高く電荷注入特性か低下してしまう。ポリビニルカルバゾールは高いガラス転移点を有するがトラップ等の問題や低分子化合物を高分子に混入させる場合は低分子が可塑剤として作用してしまい、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電界発素子には及ばない。
【0009】
また、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(非特許文献8、非特許文献9参照)。しかし、電荷輸送材料の溶剤や樹脂に対する溶解性、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欠陥があった。
【0010】
【特許文献1】
特開昭59−194393号公報
【特許文献2】
特開平10−92576号公報
【非特許文献1】
Thin SolId FIlms,94,171(1982)
【非特許文献2】
Appl.Phys.Lett.,51,913(1987)
【非特許文献3】
電子情報通信学会技術研究報告、OME95−54(1995)
【非特許文献4】
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5】
Nature,357,477(1992)
【非特許文献6】
第42回高分子討論会予稿集20J21(1993)
【非特許文献7】
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8】
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9】
第51回応用物理学会学術講演予稿集,28a−PB−7(1990)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術における諸問題を解決することを課題とする。
すなわち、本発明は、発光時の熱安定性、保存安定性、溶剤や樹脂に対する溶解性及び相溶性に優れた発光機能を有する非共役系高分子を用い、発光強度が大きく、発光効率が高く、素子寿命が長く、且つ、製造が容易な有機電界発光素子を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため発光を有する非共役系高分子に関し鋭意検討した結果、固体状態で蛍光を発する蛍光体を少なくとも一方の末端基に有する非共役系高分子が、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、発光特性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0013】
すなわち、本発明の有機電界発光素子は、
<1> 少なくとも一方が透明または半透明である陽極および陰極よりな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る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(II−1)、(III−1)または(IV−1)で表される少なくとも1種以上の非共役系高分子を含有し、前記非共役系高分子の少なくとも一方の末端基が、以下の5つの化合物から選ばれ、固体状態で蛍光を発する蛍光体を有することを特徴とする有機電界発光素子である。
【化5】
前記一般式(II−1)、(III−1)および(IV−1)においてAは下記一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を表す。
【化6】
一般式(I−1)および(I−2)において、Arは置換もしくは未置換の1価のベンゼン環、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の1価の多核芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の1価の縮合芳香族炭化水素、または、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環を表し、Xは置換もしくは未置換の2価のベンゼン環、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の多核芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の縮合芳香族炭化水素、または、置換もしくは未置換の2価の芳香族複素環を表し、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、kは0または1の整数を表し、iは0を、jは1の整数を表す。
一般式(II−1)において、Y1は2価のアルコール残基を表し、mは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。
一般式(III−1)において、pは5〜5,000の整数を表す。
一般式(IV−1)において、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、 2 2価のジイソシアネート、アルコール、または、アミン残基を表し、mは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。
【化7】
【0015】
> 前記非共役系高分子が、正孔輸送性高分子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。
【0017】
> 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、前記発光層が、前記非共役系高分子を少なくとも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】
> 前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および/または正孔注入層と、から構成され、前記発光層が、前記非共役系高分子を少なくとも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。
【0019】
> 前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および/または正孔注入層と、電子輸送層および/または電子注入層と、から構成され、前記発光層が、前記非共役系高分子を少なくとも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】
> 前記有機化合物層が、電荷輸送機能を持つ発光層のみから構成され、前記電荷輸送機能を持つ発光層が、前記非共役系高分子を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。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の有機電界発光素子は、少なくとも一方が透明または半透明である陽極および陰極よりな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る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、前記一般式(II−1)、(III−1)または(IV−1)で表される少なくとも1種以上の非共役系高分子(以下において単に「非共役系高分子という。)を含有し、前記非共役系高分子の少なくとも一方の末端基が、前記5つの化合物から選ばれ、固体状態で蛍光を発する蛍光体を有する。
【0028】
但し、本発明において「非共役系高分子」とは、高分子の主鎖骨格中にσ結合を少なくとも一つ以上含む繰り返し構造を有する重合体であり、前記主鎖骨格の少なくとも一方の末端が、固体状態で蛍光を発する前記蛍光体(以下、「蛍光体」と略す場合がある)を有するものであ
蛍光体等の発光化合物を複数繋げたような非共役系の分子では、この分子に含まれる発光化合物の発光強度が、発光化合物単体の場合と比べて、著しく低下してしまうことがあり、この点から、分子内に分散させて発光化合物を設けることが好ましい。本発明に用いられる非共役系高分子は、分子鎖の末端に単体の蛍光体を有するために、上記したような発光効率の低下を防ぐことができ、結果として十分な発光強度を得ることができる。
【0029】
また、蛍光体は、高分子の分子鎖の末端以外のいずれか箇所に付加させることも可能であるが、末端に蛍光体を有さない場合には、末端の官能基が、末端以外の部分に付加された蛍光体の発光に悪影響を及ぼす場合がある。加えて、分子鎖を電荷が移動するような場合には、電荷の移動性を阻害したりする場合がある。しかしながら、本発明に用いられる非共役系高分子は、分子鎖の末端を、官能基の代わりに蛍光体に置き換えているために、蛍光体単体での発光特性を十分に発揮することができる。加えて、分子鎖を電荷が移動するような場合には、電荷の移動性をより向上させることも可能である。さらに、末端の官能基を蛍光体で置換することは、非共役系高分子を合成する上でも容易である。
【0030】
さらに、本発明に用いられる非共役系高分子は、両方の末端に蛍光体を有していてもよい。この場合には、各々の蛍光体の発光色を異なるものとすることにより、所望の発光色の非共役系高分子を容易に得ることができる。このような非共役系高分子は、共重合を利用して容易に合成することが可能である。
上記したような非共役系高分子は、蛍光体以外の部分の構造を選択し、分子量を調整して合成することができるため、所望の物性(例えば、熱安定性、溶媒や樹脂に対する溶解性および相溶性等)を得ることが容易であり、結果として優れた熱安定性や薄膜形成能を持つ非共役系高分子を容易に得ることができる。
【0031】
以上に説明したように、本発明に用いられる非共役系高分子は、発光強度が大きく、発光効率が高く、優れた電荷移動特性を有し、熱安定性が優れ、また、薄膜形成が容易である。従って、本発明の有機電界発光素子は、有機化合物層が、前述の非共役系高分子を含んでいるために、発光強度が大きく、発光効率が高く、素子寿命が長く、且つ、製造が容易である。
【0032】
本発明に用いられる非共役系高分子は、合成の容易さや、熱安定性、溶媒や樹脂に対する溶解性および相溶性等の観点から好ましい。
また、分子鎖を電荷が移動可能なものであってもよいが、この場合、非共役系高分子が、正孔輸送性高分子であることが好ましい。
【0033】
本発明における非共役系高分子は、発光時の熱安定性、溶剤や樹脂に対する溶解性及び相溶解性に優れているために、有機電界発光素子の製造がより容易であり、さらに、有機電界発光素子としての発光特性や素子寿命等の信頼性を向上させることができる。
【0034】
【化9】
【0035】
但し、一般式(I−1)および(I−2)において、Arは、置換もしくは未置換の1価のベンゼン環、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の1価の多核芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の1価の縮合芳香族炭化水素、または、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環を表し、Xは置換もしくは未置換の2価のベンゼン環、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の多核芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の縮合芳香族炭化水素、または、置換もしくは未置換の2価の芳香族複素環を表し、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、kは0または1の整数を表し、iは0を、jは1の整数を表す。
【0036】
なお、当該多核芳香族炭化水素及び縮合芳香族炭化水素とは、本発明においては、具体的には以下に定義されることを意味する。
すなわち、「多核芳香族炭化水素」とは、炭素と水素とから構成される芳香環が2個以上存在し、芳香環同士が炭素―炭素結合によって結合している炭化水素を表す。具体的には、ビフェニル、ターフェニル等が挙げられる。また、「縮合芳香族炭化水素」とは、炭素と水素とから構成される芳香環が2個以上存在し、芳香環同士が1対の炭素原子を共有している炭化水素を表す。具体的には、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン等が挙げられる。
【0037】
また、複素環は、その環骨格を構成する原子数(Nr)が、Nr=5及び/又は6が好ましく用いられる。また、環骨格を構成する炭素原子以外の原子(異種原子)の種類及び数は特に限定されないが、例えば、硫黄原子、窒素原子、酸素原子等が好ましく用いられ、前記環骨格中には2種類以上及び/又は2個以上の異種原子が含まれてもよい。特に5員環構造をもつ複素環として、チオフェン、ピロール及びフラン、または、前記化合物の3位および4位の炭素を窒素で置き換えた複素環が好ましく用いられ、6員環構造を持つ複素環として、ピリジンが好ましく用いられる。
【0038】
ベンゼン環、多核芳香族炭化水素または縮合芳香族炭化水素の置換基としては、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、置換アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。アルキル基としては、炭素数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、イソプロピル基等が挙げられる。アルコキシル基としては、炭素数1〜10のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基等が挙げられる。アリール基としては、炭素数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、アラルキル基としては、炭素数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。置換アミノ基の置換基としては、アルキル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられ、具体例は前述の通りである。
【0039】
Xは置換もしくは未置換の2価のベンゼン環、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の多核芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の縮合芳香族炭化水素、または、置換もしくは未置換の2価の芳香族複素環を表し、具体的には下記の式(1)〜(13)から選択された基が挙げられる。
【0040】
【化10】
【0041】
但し、式(1)〜(13)中、R1〜R14は、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシル基、置換もしくは未置換のフェニル基、または、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は0または1を意味し、bは0〜10の整数を意味する。また、Vは下記の式(14)〜(34)から選択された基を表す。
【0042】
【化11】
【0043】
但し、式(14)〜(34)中、R15は水素原子、アルキル基、シアノ基を表し、R16〜R17は、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10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、cは0〜10の整数を意味する。
【0044】
また、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、または、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。
【0045】
【化12】
【0046】
1〜表49の表において「i=0でj=1」のものが一般式(I−1)で示される構造の具体例を示し、表50〜88の表において「i=0でj=1」のものが一般式(I−2)で示される構造の具体例を示す。この他のものは参考例である。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【表3】
【0050】
【表4】
【0051】
【表5】
【0052】
【表6】
【0053】
【表7】
【0054】
【表8】
【0055】
【表9】
【0056】
【表10】
【0057】
【表11】
【0058】
【表12】
【0059】
【表13】
【0060】
【表14】
【0061】
【表15】
【0062】
【表16】
【0063】
【表17】
【0064】
【表18】
【0065】
【表19】
【0066】
【表20】
【0067】
【表21】
【0068】
【表22】
【0069】
【表23】
【0070】
【表24】
【0071】
【表25】
【0072】
【表26】
【0073】
【表27】
【0074】
【表28】
【0075】
【表29】
【0076】
【表30】
【0077】
【表31】
【0078】
【表32】
【0079】
【表33】
【0080】
【表34】
【0081】
【表35】
【0082】
【表36】
【0083】
【表37】
【0084】
【表38】
【0085】
【表39】
【0086】
【表40】
【0087】
【表41】
【0088】
【表42】
【0089】
【表43】
【0090】
【表44】
【0091】
【表45】
【0092】
【表46】
【0093】
【表47】
【0094】
【表48】
【0095】
【表49】
【0096】
【表50】
【0097】
【表51】
【0098】
【表52】
【0099】
【表53】
【0100】
【表54】
【0101】
【表55】
【0102】
【表56】
【0103】
【表57】
【0104】
【表58】
【0105】
【表59】
【0106】
【表60】
【0107】
【表61】
【0108】
【表62】
【0109】
【表63】
【0110】
【表64】
【0111】
【表65】
【0112】
【表66】
【0113】
【表67】
【0114】
【表68】
【0115】
【表69】
【0116】
【表70】
【0117】
【表71】
【0118】
【表72】
【0119】
【表73】
【0120】
【表74】
【0121】
【表75】
【0122】
【表76】
【0123】
【表77】
【0124】
【表78】
【0125】
【表79】
【0126】
【表80】
【0127】
【表81】
【0128】
【表82】
【0129】
【表83】
【0130】
【表84】
【0131】
【表85】
【0132】
【表86】
【0133】
【表87】
【0134】
【表88】
【0135】
一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも一種を部分構造として繰り返し単位よりなる非共役系高分子としては、下記一般式(II−1)で示されるポリエステル、下記一般式(III−1)で示されるポリエーテル、下記一般式(IV−1)で示されるポリウレタンである。
【0136】
【化13】
【0137】
【化14】
【0138】
【化15】
【0139】
但し、一般式(II−1)において、A1は前記一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種以上を表し、Y1は2価のアルコール残基を表し、mは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。
一般式(III−1)において、A1は前記一般式(I−1)および(I−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、pは5〜5,000の整数を表す。
また、一般式(IV−1)において、A1は前記一般式(I−1)および(I−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、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、 2 2価のジイソシアネート、アルコール、または、アミン残基を表し、mは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。
【0140】
なお、一般式(II−1)、(III−1)および(IV−1)中のA1で示される構造は、一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を表すものであるが、必要に応じて2種類以上としてもよい。
【0141】
また、上記に説明したような本発明に用いられる非共役系高分子は、少なくとも一方の末端基が固体状態で蛍光を発する蛍光体を有するものである。本発明において用いる蛍光体は、特に蛍光量子効率が高く、化学的に安定であり、耐熱性があり好ましい。
【0142】
本発明において用いる有機蛍光体は、以下の表89で示されるトリフェニルアミン構造を含む化合物である。
【0143】
前記蛍光体の蛍光スペクトルの最大ピーク波長は、可視光域(380nm〜700nm)の範囲内にある。最大ピーク波長が可視光域の範囲外にある場合には十分な発光強度が得られない場合がある。
このような蛍光体の具体例を表89にす。
【0144】
【表89】
【0151】
本発明に用いられる非共役系高分子の重量平均分子量Mwは特に限定されないが、非共役系高分子が一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも一種を部分構造として含む繰り返し単位よりなる場合には、その重量平均分子量Mwは、5000〜300000の範囲内であることが好ましい。
【0152】
以下に、非共役系高分子として一般式(II−1)で示されるポリエステルの具体例を表96〜99、101に、一般式(III−1)で示されるポリエーテルの具体例を表102〜103に、一般式(IV−1)で示されるポリウレタンの具体例を表104〜106に示すが、本発明に用いられるポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンはこれらの具体例に限定されるものではない。
ここで、表96〜99、101〜106における「モノマー」の「A1」の欄の番号は、表1〜88の「構造」欄に記載された番号の化合物(前記一般式(I−1)および(I−2)の具体例)に対応している。また、mは一般式(I−1)および(I−2)におけるmを意味する。以下、表96〜99、101〜106において各番号を付した具体例(化合物)を例示化合物と記載し、例えば15の番号を付した具体例は例示化合物(15)と記載する。
【0153】
【表96】
【0154】
【表97】
【0155】
【表98】
【0156】
【表99】
【0158】
【表101】
【0159】
【表102】
【0160】
【表103】
【0161】
【表104】
【0162】
【表105】
【0163】
【表106】
【0165】
本発明に用いられる非共役系高分子の合成方法は、所望する構造に応じて公知の方法を組み合わせて利用することができ、特に限定されるものではないが、具体例として前記一般式(I−1)および(I−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非共役系高分子が前記一般式(II−1)または(II−2)で示されるようなポリエステル、前記一般式(III−1)で示されるようなポリエーテル、および、前記一般式(IV−1)または(IV−2)で示されるようなポリウレタンである場合について以下に詳細に説明する。
【0166】
I)ポリエステルの場合
本発明に用いられる非共役系高分子が、前記一般式(II−1)で示されるポリエステルである場合は、下記一般式(II−3)で示されるモノマーを、例えば、第4版実験化学講座第28巻(丸善,1992)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。
【0167】
【化16】
【0168】
但し、一般式(II−3)において、A1は前記一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種以上を表し、A′は水酸基、ハロゲン原子、または、基−O−R18を表し、R18はアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または、アラルキル基を表す。
【0169】
すなわち、前記一般式(II−1)で示されるポリエステルは、次のようにして合成することができる。
【0170】
1)A′が水酸基の場合には、モノマーにHO−(Y−O)m−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、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。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、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。
【0171】
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、ポリエステルを析出させ、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、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。再沈殿処理の際にポリエステルを溶解させる溶剤は、ポリエステル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、貧溶剤はポリエステル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。
【0172】
2)A′がハロゲンの場合には、モノマーにHO−(Y−O)m−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。有機塩基性触媒は、モノマー1当量に対して、1〜10当量、好ましくは2〜5当量の範囲で用いられる。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、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、前述のように再沈殿処理し、精製する。
【0173】
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2価アルコール類1重量部に対して、1〜1,000重量部、好ましくは2〜500重量部の範囲で用いられる。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、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。
【0174】
3)A′が−O−R18の場合には、モノマーに、HO−(Y−O)m−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、カルシウムおよびコバルト等の酢酸塩或いは炭酸塩、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。2価アルコール類はモノマー1当量に対して、2〜100当量、好ましくは3〜50当量の範囲で用いられる。触媒はモノマー1重量部に対して、1/10,000〜1重量部、好ましくは1/1,000〜1/2重量部の範囲で用いられる。反応は、反応温度200〜300℃で行い、基−O−R18から基−O−(Y−O)m−Hへのエステル交換終了後は、HO−(Y−O)m−H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)m−H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)m−Hを共沸で除きながら反応させることもできる。
【0175】
また、次のようにしてポリエステルを合成することができる。上記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一般式(II−4)で示される化合物を生成した後、この化合物を前記一般式(II−3)で示したモノマーの代わりとして用いて上記と同様の方法で、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、それによってポリエステルを得ることができる。
【0176】
【化17】
【0177】
但し、一般式(II−4)中、A1は前記一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種以上を表し、Y1は2価のアルコール残基を表し、mは1〜5の整数を表す。
【0178】
4)蛍光体の導入は特に限定されるものではないが、次のような方法が挙げられる。すなわち、A’が水酸基の場合、蛍光体のモノカルボン酸を共重合させるか、ポリマーの重合反応後の蛍光体にモノカルボン酸を仕込んで反応させ導入することができる。また、A’がハロゲンの場合、蛍光体のモノ酸塩化物を共重合させるか、ポリマーの重合反応後、蛍光体のモノ酸塩化物を仕込んで反応させ導入することができる。A′が−O−R18の場合には、蛍光体のモノエステルを共重合させるか、ポリマーの重合反応後、蛍光体のモノエステルを仕込んで反応させ導入することができる。
【0179】
II)ポリエーテルの場合
本発明に用いられる非共役系高分子が、前記一般式(III−1)で示されるようなポリエーテルである場合は、下記一般式(III−2)で示されるヒドロキシル基を有する化合物を分子間で縮合させることによって、容易に製造することができる。
【0180】
【化18】
【0181】
但し、一般式(III−2)において、A1は前記一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種以上を表す。
前記一般式(III−1)で示されるようなポリエーテルは、具体的には例えば、以下のように合成することができる。
【0182】
1)上記ポリエーテルは、上記一般式(III−2)のようにA1で示される構造の両端に2個のヒドロキシル基を有するモノマーを加熱脱水縮合する方法によって上記電荷輸送性ポリエーテルを合成することができる。この場合、無溶媒でモノマーを加熱溶融し、水の脱離による重合反応を促進させるために減圧下で反応させることが望ましい。また、溶媒を使用する場合は、水の除去のため、水と共沸する溶媒、例えば、トリクロロエタン、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、1−クロロナフタレン等を用いることが有効であり、モノマー1当量に対して、1〜100当量、好ましくは2〜50当量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、溶媒の沸点で反応させるのが好ましい。重合が進まない場合には、反応系から溶媒を除去し、粘ちょう状態で加熱撹拌してもよい。
【0183】
2)上記ポリエーテルは、酸触媒として、p−トルエンスルホン酸、塩酸、硫酸、トリフルオロ酢酸等のプロトン酸、あるいは塩化亜鉛等のルイス酸を用い脱水縮合する方法によって合成することもできる。この場合、モノマー1当量に対して、酸触媒を1〜1/10000〜1/10当量、好ましくは1/1000〜1/50当量の範囲で用いる。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のが好ましい。溶剤としては、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、1−クロロナフタレン等が有効であり、モノマー1当量に対して、1〜100当量、好ましくは2〜50当量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。
【0184】
3)上記モノマーは、イソシアン化シクロヘキシル等のイソシアン化アルキル、シアンン化シクロヘキシル等のイソシアン化アルキル、シアン酸p−トリルや2,2−ビス(4−シアナートフェニル)プロパン等のシアン酸エステル、ジクロロヘキシルカルボジイミド(DCC)、トリクロロアセトニトリル等の縮合剤を用いる方法によっても合成することができる。この場合、縮合剤は、モノマー1当量に対して、1/2〜10当量、好ましくは1〜3当量の範囲で用いられる。溶剤として、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り、モノマー1当量に対して、1〜100当量、好ましくは2〜50当量の範囲で用いられる。反応温度は任意に設定できるが、室温から溶剤の沸点で反応させることが好ましい。ポリエステルに関する1)、2)および3)項に説明する合成法のうち、異性化や副反応が起こりにくいことから、合成法1)または3)が好ましい。特に、合成法3)は反応条件がより穏和なことからより好ましい。
【0185】
反応終了後、溶剤を用いなかった場合は溶解可能な溶剤に溶解させる。溶剤を用いた場合には、そのまま、メタノール、エタノール等のアルコール類や、アセトン等の非共役系高分子が溶解しにくい貧溶剤中に滴下し、ポリエーテルを析出させ、ポリエーテルを分離した後、水や有機溶剤で十分に洗浄し、乾燥させる。さらに必要であれば、適当な有機溶剤に溶解させ、貧溶剤中に滴下し、モノマーを析出させる再沈澱処理を繰り返してもよい。再沈澱処理の際には、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。再沈澱処理の際にポリエーテルを溶解させる溶剤は、ポリエーテル1当量に対して、1〜100当量、好ましくは2〜50当量の範囲で用いられる。また、貧溶剤はポリエーテル1当量に対して、1〜1000当量、好ましくは10〜500当量の範囲で用いられる。さらに、上記反応において、モノマーを2種以上、好ましくは2〜5種、さらに好ましくは2〜3種用いることにより、共重合ポリマーの合成も可能である。異種のモノマーを共重合することによって、電気特性、成膜性、溶解性および蛍光特性を制御することができる。
【0186】
ポリエーテルの重合度は、低すぎると成膜性に劣り、強固な膜が得られにくく、また、高すぎると溶剤への溶解度が低くなり、加工性が悪くなる場合があるため、5〜5000の範囲内が好ましく、10〜3000の範囲内がより好ましく、15〜1000の範囲内がさらに好ましい。
【0187】
L1を導入するには、モノマーと同様にヒドロキシル基、すなわち末端基Rが水素原子であってよいが、溶解性、成膜性、モビリティー等のポリマー物性に影響を及ぼす場合には、末端基Rを修飾し物性を制御することができる。例えば、末端のヒドロキシル基を、硫酸アルキル、ヨウ化アルキル等でアルキルエーテル化することができる。具体的な試薬としては、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、ヨウ化メチル、ヨウ化エチル等から任意に選ぶことができ、末端のヒドロキシル基に対し1〜3当量、好ましくは1〜2当量の範囲で用いる。その際、塩基触媒を用いることができるが、塩基触媒として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水素化ナトリウム、ナトリウム金属等から任意に選ぶことができ、末端のヒドロキシル基に対し〜3当量、好ましくは1〜2当量の範囲で用いる。
反応温度は、0℃から使用する溶剤の沸点で行うことができる。また、その際用いる溶剤として、ベンゼン、トルエン、塩化メチレン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等の不活性溶剤から選んだ単独溶剤、あるいは2〜3種の混合溶剤が使用できる。また、反応によっては、相間移動触媒としてテトラ−n−ブチルアンモニウムアイオダイド等の第4級アンモニウム塩を使用することもできる。また、末端のヒドロキシル基を酸ハロゲン化物を用いアシル化して、末端基Rをアシル基にすることもできる。
【0188】
酸ハロゲン化物は特に限定するものではないが、例えばアクリロイルクロリド、クロトノイルクロリド、メタクリロイルクロリド、n−ブチルクロリド、2−フロイルクロリド、ベンゾイルクロリド、シクロヘキサンカルボニルクロリド、エナンチルクロリド、フェニルアセチルクロリド、o−トルオイルクロリド、m−トルオイルクロリド、p−トルオイルクロリド等があげられ、末端のヒドロキシル基に対し1〜3当量、好ましくは1〜2当量の範囲で用いる。その際、塩基触媒を用いることができるが、塩基触媒としては、ピリジン、ジメチルアミノピリジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン等から任意に選ぶことができ、酸クロリドに対し1〜3当量、好ましくは1〜2当量の範囲で用いる。その際用いる溶剤として、ベンゼン、トルエン、塩化メチルン、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン等があげられる。
【0189】
反応は、0℃から溶剤の沸点で行うことができる。好ましくは、0℃から30℃の範囲で行う。さらに、無水酢酸等の酸無水物を用いてもアシル化することができる。溶剤を用いる場合は、具体的には、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン等の不活性溶剤を使用することができる。反応は、0℃から溶剤の沸点で行うことができる。好ましくは、40℃から溶剤の沸点で行えばよい。
【0190】
そのほか、モノイソシアネートを用い、末端にウレタン残基(−CONH−R′)を導入することができる。具体的なモノイソシアネートとしては、イソシアン酸ベンジルエステル、イソシアン酸n−ブチルエステル、イソシアン酸t−ブチルエステル、イソシアン酸シクロヘキシルエステル、イソシアン酸2,6−ジメチルエステル、イソシアン酸エチルエステル、イソシアン酸イソプロピルエステル、イソシアン酸2−メトキシフェニルエステル、イソシアン酸4−メトキシフェニルエステル、イソシアン酸n−オクタデシルエステル、イソシアン酸フェニルエステル、イソシアン酸I−プロピルエステル、イソシアン酸m−トリルエステル、イソシアン酸p−トリルエステル、イソシアン酸1−ナフチルエステル等から任意に選ぶことができ、末端のヒドロキシル基に対し1〜3当量、好ましくは1〜2当量の範囲で用いる。
【0191】
その際用いる溶剤として、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、塩化メチレン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等をあげることができる。反応温度は、0℃から使用溶剤の沸点で行うことができる。反応が進みにくい場合は、ジラウリン酸ジブチルスズ(II)、オクチル酸スズ(II)、ナフテン酸鉛等の金属化合物、あるいはトリエチルアミン、トリメチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリジン等の3級アミンを触媒として添加することもできる。
【0192】
また、蛍光体の導入は、特に限定されるものではないが、次のような方法が挙げられる。すなわち、末端のヒドロキシル基を、蛍光体のモノ酸塩化合物によるアシル化、蛍光体のモノイソシアネートによるウレタン残基を導入方法が適用できる。
【0193】
III)ポリウレタンの場合
本発明に用いられる非共役系高分子が、前記一般式(IV−1)で示されるポリウレタンである場合は、下記一般式(IV−3)〜(IV−6)で表されるモノマーを、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。
【0194】
【化19】
【0195】
但し、一般式(IV−3)〜(IV−6)において、A1は前記一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を表す。
【0196】
具体的には、例えば、一般式(IV−3)および(IV−4)で示されるモノマーを用いる場合には、ポリウレタンは、次のようにして合成することができる。
モノマーが一般式(IV−3)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、またモノマーが一般式(IV−4)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。
【0197】
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、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、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、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。
【0198】
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、得られた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、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。再沈殿処理の際にポリウレタンを溶解させる溶剤は、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。
【0199】
一方、一般式(IV−5)および(IV−6)で示されるモノマーを用いる場合には、ポリウレタンは、次のようにして合成することができる。
モノマーが一般式(IV−5)で示されるビスクロロホルメートの場合には、2HN−Y2−NH2で示されるジアミン類と当量混合し、またモノマーが一般式(IV−6)で示されるジアミン類の場合には、ClOCO−Y2−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。
【0200】
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、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。
【0201】
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(IV−5)で示される当量の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。
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、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。
【0202】
また、蛍光体の導入は、特に限定されるものではないが、次のような方法が挙げられる。一般式(IV−3)で示されるモノマーを用いる場合、蛍光体の1価アルコールを共重合もしくは、ポリマーの重合反応後、蛍光体の1価アルコールを仕込んで反応させ導入することができる。
一般式(IV−4)で示されるモノマーを用いる場合、蛍光体のモノイソシアネートを共重合もしくは、ポリマーの重合反応後、蛍光体のモノイソシアネートを仕込んで反応させ導入することができる。
一般式(IV−5)で示されるモノマーを用いる場合、蛍光体の1価カルボン酸を共重合もしくは、ポリマーの重合反応後、蛍光体の1価カルボン酸を仕込んで反応させ導入することができる。
一般式(IV−6)で示されるモノマーを用いる場合、蛍光体のモノアミンを共重合もしくは、ポリマーの重合反応後、蛍光体のモノアミンを仕込んで反応させ導入することができる。
【0203】
次に、本発明の有機電界発光素子の層構成について詳記する。
本発明の有機電界発光素子は、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により構成されるものであり、前記有機化合物層に上記に説明したような非共役系高分子が含まれるものであればその層構成は特に限定されない。
本発明の有機電界発光素子において、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非共役系高分子を含有する。
【0204】
一方、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、電荷輸送機能を持つ発光層と、から形成される層構成(3)が挙げれられ、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。
【0205】
なお、層構成(1)〜(3)のいずれの層構成においても、いずれか一層に前記非共役系高分子が含まれていればよいが、層構成(1)および(2)においては発光層に非共役系高分子が含有されていることが好ましく、層構成(3)においては、電荷輸送機能を持つ発光層に非共役系高分子が含まれていることが好ましい。
また、電荷輸送機能を持つ発光層、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層は、前記非共役系高分子以外の電荷輸送性化合物(正孔輸送材料、電子輸送材料)を更に含んでもよい。このような電荷輸送性化合物の詳細については、後述する。
【0206】
以下、図面を参照しつつ、より詳細に説明するが、これに限定されるわけではない、
図1〜図4は、本発明の有機電界発光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層からなる場合の一例であり、図3の場合は,有機化合物層が1つ層からなる場合の例を示したものである。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。
【0207】
図1に示す有機電界発光素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、発光層4、電子輸送層および/または電子注入層5、背面電極7がこの順に積層されたものである。但し、符号5で示される層が、電子輸送層および電子注入層からなる場合には、発光層4の背面電極7側に、電子輸送層、電子注入層、背面電極7がこの順に積層される。
図2に示す有機電界発光素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、正孔輸送層および/または正孔注入層3、発光層4、電子輸送層および/または電子注入層5、背面電極7がこの順に積層されたものである。但し、符号3で示される層が、正孔輸送層および正孔注入層からなる場合には、透明電極2の背面電極7側に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層4がこの順に積層される。また、符号5で示される層が、電子輸送層および電子注入層からなる場合には、発光層4の背面電極7側に、電子輸送層、電子注入層、背面電極7がこの順に積層される。
【0208】
図3に示す有機電界発光素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、電荷輸送機能を持つ発光層6、背面電極7がこの順に積層されたものである。図4に示す有機電界発光素子は、透明絶縁体基板1上に、透明電極2、正孔輸送層および/または正孔注入層3、電荷輸送機能を持つ発光層6、背面電極7がこの順に積層されたものである。但し、符号3で示される層が、正孔輸送層および正孔注入層からなる場合には、透明電極2の背面電極7側に、正孔注入層、正孔輸送層、電荷輸送機能を持つ発光層6がこの順に積層される。以下、各々を詳しく説明する。
【0209】
図1から図4に示される有機電界発光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。当該透明とは、可視領域の光の透過率が10%以上であることを意味し、更に透過率が75%以上であることが好ましい。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良く、仕事関数が4eV以上のものが好ましい。
具体例として、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、酸化インジウム亜鉛等の酸化膜、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。電極のシート抵抗は、低いほどが望ましく、数百Ω/□以下が好ましく、さらには100Ω/□以下がより好ましい。また、透明絶縁体基板同様に、可視領域の光の透過率が10%以上で、更に透過率が75%以上であることが好ましい。
【0210】
また、有機電界発光素子の耐久性向上或いは発光効率の向上を目的として、本発明に用いられる非共役系高分子に対して正孔移動度を調節するための前記非共役系高分子以外の正孔輸送材料を0.1重量%ないし50重量%の範囲で混合分散して形成されてもよい。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が挙げられるが、非共役系高分子との相溶性が良いことから、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が好ましい。
【0211】
また、同様に、電子移動度を調整する場合は、非共役系高分子に対して電子輸送材料を0.1重量%から50重量%の範囲で混合分散して形成されてもよい。このような電子輸送材料として、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。
また、正孔移動度および電子移動度の両方の調整が必要な場合は、非共役系高分子に正孔輸送材料および電子輸送材料の両方を一緒に混在させてもよい。
【0212】
さらに、成膜性の向上、ピンホール防止等のため、適切な樹脂(ポリマー)、添加剤を加えても良い。具体的な樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、セルロース樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリススチレン樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、スチレンブタジエン共重合体、塩化ビニルデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、シリコン樹脂、ポリ−N−ビニルカルバゾール樹脂、ポリシラン樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂等を用いることができる。また、添加剤としては、公知の酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等を用いることができる。
また、発光強度の向上、色純度、発光スペクトルの調整にゲスト材料として異なる色素化合物をドーピングしてもよい。ドーピングされる色素化合物としては、有機低分子でもよいし、有機高分子でもよい。
【0213】
ドーピングされる色素化合物が有機低分子である場合の好適な例としては、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用いられる。好適な具体例として、下記の色素化合物(V−1)〜(V−15)が用いられるが、これらに限られるものではない。なお、色素化合物(V−13)から(V−15)中、nおよびxは1以上の整数を示す。
【0214】
【化20】
【0215】
【化21】
【0216】
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0.001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、ポルフィリン等が用いられる。好適な具体例として、下記の色素化合物(VI−1)〜(VI−4)があげられるが、これらに限られるものではない。
【0217】
【化22】
【0218】
図1から図4に示される有機電界発光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、金属酸化物、金属フッ化物等が使用される。金属としてはマグネシウム、アルミニウム、銀、インジウム、リチウム、カルシウムおよびこれらの合金が挙げられる。金属酸化物としては、酸化リチウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムが挙げられる。また、金属フッ化物としては、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウムが挙げられる。また、背面電極7上には、さらに水分や酸素による有機電界発光素子の劣化を防ぐために保護層を設けてもよい。
【0219】
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。
【0220】
これら図1から図4に示される有機電界発光素子は、まず透明電極2の上に各有機電界発光素子の層構成に応じた個々の層を順次形成することにより作製される。
なお、正孔輸送層及び/又は正孔注入層3、発光層4、電子輸送層及び/又は電子注入層5、或いは、電荷輸送機能を持つ発光層6は、上記各材料を真空蒸着法、もしくは、適切な有機溶媒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、キャスト法、ディップ法等により形成される。
【0221】
また、正孔輸送層および/または正孔注入層3、発光層4、電子輸送層および/または電子注入層5、並びに、電荷輸送機能を持つ発光層6の膜厚は、各々10μm以下、特に0.001から5μmの範囲であることが好ましい。上記各材料(前記非共役系高分子、発光材料等)の分散状態は分子分散状態でも微結晶などの微粒子状態でも構わない。塗布液を用いた成膜法の場合、分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、ペイントシャイカー、アトライター、ホモジナイザー、超音波法等が利用できる。
そして、最後に、図1および図2に示す有機電界発光素子の場合には、電子輸送層および/または電子注入層5の上に背面電極7を真空蒸着法、スパッタリング法等により形成することにより本発明の有機電界発光素子が完成される。また、図3および図4に示す有機電界発光素子の場合には、電荷輸送機能を持つ発光層6の上に背面電極7を真空蒸着法、スパッタリング法等により形成することにより本発明の有機電界発光素子が完成される。
【0222】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0223】
(実施例1)
ガラス基板上に形成されたITO膜付きガラス基板(三容真空社製)を短冊状のフォトマスクを用いて、ITO膜をフォトリソグラフィによりパターニングし、さらにエッチング処理することにより短冊状のITO電極(幅2mm)を形成した。次に、このITO電極付きガラス基板を中性洗剤、純水、アセトン(電子工業用、関東化学製)およびイソプロパノール(電子工業用、関東化学製)で超音波を各5分間加えて洗浄した後、スピンコーターで乾燥させた。その後、紫外線オゾン洗浄した。
次に、ITO電極付き基板のITO電極面上に、非共役系高分子〔例示化合物(11)〕を5重量%含むジクロロエタンを0.1μmのPTFEフィルターで濾過した溶液を、スピンコーター法により塗布し、厚さ0.100μmの電荷輸送層機能を持つ発光層を形成した。
最後に、電荷輸送層機能を持つ発光層表面に、短冊状の穴が設けられている金属性マスクを設置した後、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。形成された有機電界発光素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0224】
(実施例2)
実施例1に用いた非共役系高分子〔例示化合物(11)〕1重量部と、ポリ(N−ビニルカルバゾール)4重量部と、前記色素化合物(V−1)0.02重量部と、からなる混合物を10重量%含むジクロロエタンを0.1μmのPTFEフィルターで濾過した溶液を調整した。
次に、実施例1と同様に作製し洗浄したITO電極付きガラス基板のITO電極が設けられた側の面に、上記の溶液を、スピンコーター法により塗布し、膜厚約0.110μmの電荷輸送機能を持つ発光層を形成し、充分乾燥させた。最後に、電荷輸送機能を持つ発光層表面に、実施例1と同様に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。形成された有機電界発光素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0225】
(実施例3)
実施例1と同様に作製し洗浄したITO電極付きガラス基板のITO電極が設けられた側の面に、実施例1同様に正孔輸送層兼発光層として、非共役系高分子〔例示化合物(15)〕を厚さが0.050μmとなるように形成した。
次に、前記色素化合物(V−1)および前記色素化合物(VI−1)を含む厚さ0.065μmの発光層を真空蒸着法により形成し、さらに、発光層の表面に電子輸送層として下記に示す化合物(VII−1)を厚さが0.030μmとなるように真空蒸着法により形成した。
最後に、電子輸送層の表面に、実施例1と同様に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。形成された有機電界発光素子の有効面積は0.04cm2であった。
【0226】
【化23】
【0228】
(実施例
実施例2で用いた例示化合物(11)の代わりに例示化合物(87)を用いた以外は、実施例2と同にして有機電界発光素子を作製した。
【0230】
(実施例
実施例1で用いた例示化合物(11)の代わりに例示化合物(110)を用いた以外は、実施例3と同様にして有機電界発光素子を作製した。
【0233】
(実施例
実施例1で用いた例示化合物(11)の代わりに例示化合物(190)を用いた以外は、実施例3と同様にして有機電界発光素子を作製した。
【0234】
(比較例1)
ポリビニルカルバゾール(PVK)を2重量%含むジクロロエタンを0.1μmのPTFEフィルターで濾過した溶液を調整した。次に、実施例1と同様に作製し洗浄したITO電極付きガラス基板のITO電極が設けられた側の面に、上記の溶液をディップ法により塗布して膜厚0.06μmの正孔輸送層を形成し、十分乾燥させた。次に、発光材料として前記色素化合物(V−1)より構成される膜厚0.05μmの発光層を真空蒸着法により形成した。
最後に、この発光層表面に、実施例1と同様に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。
【0235】
(比較例2)
ポリビニルカルバゾール(PVK)を2重量部、発光材料として前記色素化合物(VI−1)を0.1重量部、電子輸送材料として前記化合物(VII−1)を1重量部を混合し、この混合物を10重量%含むジクロロエタン溶液を0.1μmのPTFEフィルターで濾過した溶液を調整した。
次に、実施例1と同様に作製し洗浄したITO電極付きガラス基板のITO電極が設けられた側の面に、上記の溶液を、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、十分乾燥させた。最後に、このホール輸送層表面に、実施例1と同様に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。
【0236】
−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)でITO電極側をプラス、Mg−Ag背面電極側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108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100cd/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108に示す
【0237】
【表108】
【0238】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、熱耐久性、溶剤や樹脂に対する溶解性及び相溶性に優れた発光性の非共役系高分子を用い、高輝度、高効率で素子寿命の長く且つピンホール等の不良も少なく、大面積化も容易な有機電界発光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】
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 電荷輸送機能を持つ発光層
7 背面電極

Claims (6)

  1. 少なくとも一方が透明または半透明である陽極および陰極よりな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る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(II−1)、(III−1)または(IV−1)で表される少なくとも1種以上の非共役系高分子を含有し、前記非共役系高分子の少なくとも一方の末端基が、以下の5つ化合物から選ばれ、固体状態で蛍光を発する蛍光体を有することを特徴とする有機電界発光素子。
    前記一般式(II−1)、(III−1)および(IV−1)においてAは下記一般式(I−1)および(I−2)で示される構造から選択された少なくとも1種を表す。
    一般式(I−1)および(I−2)において、Arは置換もしくは未置換の1価のベンゼン環、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の1価の多核芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の1価の縮合芳香族炭化水素、または、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環を表し、Xは置換もしくは未置換の2価のベンゼン環、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の多核芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の芳香環数2〜10の2価の縮合芳香族炭化水素、または、置換もしくは未置換の2価の芳香族複素環を表し、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、kは0または1の整数を表し、iは0を、jは1の整数を表す。
    一般式(II−1)において、Y1は2価のアルコール残基を表し、mは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。
    一般式(III−1)において、pは5〜5,000の整数を表す。
    一般式(IV−1)において、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、 2 2価のジイソシアネート、アルコール、または、アミン残基を表し、mは1〜5の整数を表し、pは5〜5000の整数を表す。
  2. 前記非共役系高分子が、正孔輸送性高分子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。
  3. 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、前記発光層が、前記非共役系高分子を少なくとも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。
  4. 前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および/または正孔注入層と、から構成され、前記発光層が、前記非共役系高分子を少なくとも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。
  5. 前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および/または正孔注入層と、電子輸送層および/または電子注入層と、から構成され、前記発光層が、前記非共役系高分子を少なくとも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。
  6. 前記有機化合物層が、電荷輸送機能を持つ発光層のみから構成され、前記電荷輸送機能を持つ発光層が、前記非共役系高分子を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。
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