JP4352736B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents

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」ということがある。）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」ということがある。）は、自発光性の全固体素子であり、視認性が高く衝撃にも強いため、広く応用が期待されている。現在は無機螢光体を用いたものが主流であるが、２００Ｖ以上の交流電圧が駆動に必要なため製造コストが高く、また輝度が不十分等の問題点を有している。
【０００３】
一方、有機化合物を用いたＥＬ素子研究は、最初アントラセン等の単結晶を用いて始まったが、単結晶の場合、膜厚が１ｍｍ程度と厚く１００Ｖ以上の駆動電圧が必要であった。そのため蒸着法による薄膜化が試みられている（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、この方法で得られた薄膜は、駆動電圧が３０Ｖと未だ高く、また、膜中における電子・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。
【０００４】
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いる（例えば、非特許文献２参照。）。以来、積層型のＥＬ素子の研究・開発が活発に行われている。これら積層型の素子は、電極から電荷輸送性の有機化合物からなる電荷輸送層を介して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。
【０００５】
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。
【０００６】
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ＥＬ素子が報告されている（例えば、非特許文献３参照。）。さらには、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ＥＬ素子が報告されている（例えば、非特許文献４参照。）。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。
【０００７】
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素子が提案されている（例えば、非特許文献５参照。）。その他にも、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素子が提案されている（例えば、非特許文献６参照。）。しかし、これらは未だ輝度、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、キャスティ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。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、製造上に問題があった。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．１９４，１７１（１９８２）
【非特許文献２】
Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．５１， ９１３（１９８７）
【非特許文献３】
第４０回応用物理学関係連合講演会予稿集３０ａ−ＳＺＫ−１４（１９９３）
【非特許文献４】
第４２回高分子討論会予稿集２０Ｊ２１（１９９３）
【非特許文献５】
Ｎａｔｕｒｅ， Ｖｏｌ．３５７， ４７７（１９９２）
【非特許文献６】
第３８回応用物理学関係連合講演会予稿集３１ｐ−Ｇ−１２（１９９１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術の上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は十分な輝度を有し、安定性、耐久性及び応答性に優れ、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため電荷輸送材料に関し鋭意検討した結果、下記一般式（Ｉ‐１）で示される構造を部分構造として含む電荷輸送性ポリエステルが、有機ＥＬ素子として好適な電荷注入特性、電荷移動度、薄膜形成能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、少なくとも一方が透明又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又は複数の有機化合物層より構成される有機ＥＬ素子であって、前記有機化合物層の少なくとも一層が、下記一般式（Ｉ‐１）で示される構造を部分構造として含む繰り返し単位を有する電荷輸送性ポリエステルを、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。
【００１１】
【化５】

【００１２】
（一般式（Ｉ‐１）中、Ａｒは、置換若しくは未置換の１価の芳香族複素環、置換若しくは未置換の１価の芳香族基、または少なくとも１種の芳香族複素環を含む置換若しくは未置換の１価の芳香族基を表し、Ｘは、下記式（２）〜（３）で表わされる基を表し、ｋ、ｎ、ｌは０または１を表し、Ｔは炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素又は炭素数２〜１０の２価の分枝鎖状炭化水素を表す。）
【００１３】
【化６】

【００１４】
（式（２）〜（３）中、Ｒ₃は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、置換若しくは未置換のフェニル基、又は置換若しくは未置換のアラルキル基を表し、ａ、ａ'は０又は１を表し、ｂは０〜１０の整数を表し、Ｖは下記式（８）を表す。）
【００１５】
【化７】

【００１７】
この電荷輸送性ポリエステルとしては、下記一般式（ＩＩ‐１）で示されるポリエステルを挙げることができる。
【００１８】
【化８】

【００１９】
（一般式（ＩＩ−１）中、Ａは一般式（Ｉ‐１）で示される構造を表し、Ｒは水素原子、アルキル基、置換若しくは未置換のアリール基、又は置換若しくは未置換のアラルキル基を表し、Ｙは２価のアルコール残基を表し、ｍは１〜５の整数を表し、ｐは５〜５０００の整数を表す。）
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物層は、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、該発光層が一般式（Ｉ‐１）で示される構造を部分構造として含む繰り返し単位を有する電荷輸送性ポリエステルを含有してなるものでもよい。
【００２１】
本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物層が発光層のみから構成される場合、該発光層には、電荷輸送性材料（前記電荷輸送性ポリエステル以外のホール輸送材料、電子輸送材料）を含んでもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の有機電界発光素子について詳細に説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、少なくとも一方が透明又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又は複数の有機化合物層より構成され、前記有機化合物層の少なくとも一層が、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る少なくとも１種を部分構造として含む繰り返し単位を有する電荷輸送性ポリエステル（以下、単に「電荷輸送性ポリエステル」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エステル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、耐久性及び応答性に優れる。さらに、前記電荷輸送性ポリエステルを用いることで、有機ＥＬ素子を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エステルは、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。
【００２３】
【化９】

【００２４】
（一般式（Ｉ‐１）及び（Ｉ‐２）中、Ａｒは、置換若しくは未置換の１価の芳香族複素環、置換若しくは未置換の１価の芳香族基、または少なくとも１種の芳香族複素環を含む置換若しくは未置換の１価の芳香族基を表し、Ｘは、下記式（１）〜（３）で表わされる基を表し、ｋ、ｎ、ｌは０または１を表し、Ｔは炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素又は炭素数２〜１０の２価の分枝鎖状炭化水素を表す。）
【００２５】
【化１０】

【００２６】
（式（１）〜（３）中、Ｒ₃は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、置換若しくは未置換のフェニル基、又は置換若しくは未置換のアラルキル基を表し、Ｒ₁₀は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のアルコキシル基、置換若しくは未置換のフェニル基、置換若しくは未置換のアラルキル基、又はハロゲン原子を表し、ａ、ａ'は０又は１を意味し、ｂは０〜１０の整数を意味し、Ｖは下記式（４）〜（１８）から選択された基を表す。）
【００２７】
【化１１】

【００２８】
（式（４）〜（１８）中、ｃは１〜１０の整数を表し、ｄは０〜１０の整数を表し、Ｒ₁₁はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、置換若しくは未置換のフェニル基、又は置換若しくは未置換のアラルキル基を表す。）
【００２９】
一般式（Ｉ‐１）及び（Ｉ‐２）中、Ａｒは、置換もしくは未置換の１価の芳香族複素環、置換若しくは未置換の１価の芳香族基、又は少なくとも１種の芳香族複素環を含む置換もしくは未置換の１価の芳香族基を表す。ここで言う芳香族複素環とは、炭素と水素以外の元素をも含む芳香環を表す。具体的には、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、キノリン環等が挙げられる。またここで言う芳香族複素環を含む芳香族基とは、その構造中に少なくとも１種の芳香族複素環が置換、縮合或いは連結された形で含まれる置換基を示す。なお、芳香族複素環を含む芳香族基は、全てが、共役系で構成されたもの、或いは一部が非共役系で構成されたもののいずれでもよいが、電荷輸送性や発光効率の点で、全てが共役系で構成されたものが好ましい。
【００３０】
ここで、芳香族複素環、及び芳香族複素環を含む芳香族基の置換基としては、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、フェノキシ基、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。
【００３１】
一般式（Ｉ‐１）および（Ｉ‐２）中、Ｘは、上記式（１）〜（３）で表わされる基を表す。この中でも、Ｘとして式（１）を用いると、安定性が高く、良好な成膜性を有することから好ましい。
【００３２】
一般式（Ｉ‐１）および（Ｉ‐２）中、Ｔは、炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素基又は炭素数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Ｔの構造を以下に示す。
【００３３】
【化１２】

【００３４】
以下、一般式（Ｉ−１）および（Ｉ−２）で示される構造の具体例を示すが、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１、２において、構造番号１〜１２は一般式（Ｉ−１）で示される構造の具体例を示し、構造番号２１〜３２は一般式（Ｉ−２）で示される構造の具体例を示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【表２】

【００３７】
本発明の有機ＥＬ素子において、一般式（Ｉ−１）および（Ｉ−２）で示される構造から選択される少なくとも１種を部分構造として含む繰り返し単位を有する電荷輸送性ポリエステルとしては、下記一般式（ＩＩ−１）または（ＩＩ−２）で示されるものが好適に使用される。
【００３８】
【化１３】

【００３９】
一般式（ＩＩ−１）または（ＩＩ−２）中、Ａは上記一般式（Ｉ−１）および（Ｉ−２）で示される構造から選択される少なくとも１種を表す。一つのポリマー中に２種類以上の構造Ａが含まれていてもよい。
【００４０】
一般式（ＩＩ−１）または（ＩＩ−２）中、Ｒは水素原子、アルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、または置換もしくは未置換のアラルキル基を表す。
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。
また、置換アリール基、置換アラルキル基の置換基としては、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【００４１】
一般式（ＩＩ−１）または（ＩＩ−２）式中、Ｙは２価のアルコール残基を表し、Ｚは２価のカルボン酸残基を表す。ＹおよびＺは、具体的には下記の式（１９）〜（２５）から選択される基が挙げられる。
【００４２】
【化１４】

【００４３】
式（１９）〜（２５）中、Ｒ₁₂およびＲ₁₃は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のアルコキシル基、置換もしくは未置換のフェニル基、置換もしくは未置換のアラルキル基、またはハロゲン原子を表し、ｅおよびｆはそれぞれ１〜１０の整数を意味し、ｇおよびｈは、それぞれ０、１または２の整数を意味し、ｉおよびｊはそれぞれ０または１を意味し、Ｖは前記したものと同意義を有する。
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。
【００４４】
以下、表３に、一般式（ＩＩ−１）または（ＩＩ−２）で示される電荷輸送性ポリエステルの具体例を示す。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３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）および（Ｉ−２）で示される具体例、すなわち表１、２で示した構造番号に対応している。
【００４５】
【表３】

【００４６】
本発明の電荷輸送性ポリエステルの重量平均分子量Ｍｗは５，０００〜１，０００，０００の範囲であるが、１０，０００〜３００，０００の範囲にあるのが好ましい。
【００４７】
本発明に係る電荷輸送性ポリエステルは、下記構造式（ＩＩＩ−１）及び（ＩＩＩ−２）で示される電荷輸送性モノマーの少なくとも１種を、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。なお、構造式（ＩＩＩ−１）及び（ＩＩＩ−２）中、Ａ’は水酸基、ハロゲン、アルコキシ基〔−Ｏ−Ｒ₁₄〕（ここでＲ₁₄はアルキル基（例えばメチル基、エチル基等）を表す）を表し、Ａｒ、Ｘ、Ｔ、ｋ、ｌ、ｎは、前記一般式（Ｉ−１）または（Ｉ−２）におけるそれらと同義である。
【００４８】
【化１５】

【００４９】
すなわち、一般式（ＩＩ‐１）で示される電荷輸送性ポリエステルは、次のようにして合成することができる。
構造式（ＩＩＩ−１）及び（ＩＩＩ−２）におけるＡ’が水酸基の場合には、前記電荷輸送性モノマーにＨＯ−（Ｙ−Ｏ）ｍ−Ｈで示される２価アルコール類（ここで、Ｙ，ｍは一般式（ＩＩ−１）または（ＩＩ−２）におけるＹ，ｍと同義である。）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、電荷輸送性モノマー１質量部に対して、１／１０，０００〜１／１０質量部、好ましくは１／１，０００〜１／５０質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、電荷輸送性モノマー１質量部に対して、１〜１００質量部、好ましくは２〜５０質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。
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、電荷輸送性ポリエステルを析出させ、電荷輸送性ポリエステルを分離した後、水や有機溶剤で十分洗浄し、乾燥させる。更に、必要であれば適当な有機溶剤に溶解させ、貧溶剤中に滴下し、電荷輸送性ポリエステルを析出させる再沈殿処理を繰り返してもよい。
再沈殿処理の際には、メカニカルスターラー等で、効率よく撹拌しながら行うことが好ましい。再沈殿処理の際に電荷輸送性ポリエステルを溶解させる溶剤は、電荷輸送性ポリエステル１質量部に対して、１〜１００質量部、好ましくは２〜５０質量部の範囲で用いられる。また、貧溶剤は電荷輸送性ポリエステル１質量部に対して、１〜１，０００質量部、好ましくは１０〜５００質量部の範囲で用いられる。
【００５０】
構造式（ＩＩＩ−１）及び（ＩＩＩ−２）におけるＡ’がハロゲンの場合には、前記電荷輸送性モノマーに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、電荷輸送性モノマー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、電荷輸送性モノマー１質量部に対して、１〜１００質量部、好ましくは２〜５０質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。
また、ビスフェノール等の酸性度の高い２価アルコール類を用いる場合には、界面重合法も用いることができる。すなわち、２価アルコール類を水に加え、当量の塩基を加えて溶解させた後、激しく撹拌しながら２価アルコール類と当量の電荷輸送性モノマー溶液を加えることによって重合できる。
この際、水は２価アルコール類１質量部に対して、１〜１，０００質量部、好ましくは２〜５００質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質量部に対して、０．１〜１０質量部、好ましくは０．２〜５質量部の範囲で用いられる。
【００５１】
構造式（ＩＩＩ−１）及び（ＩＩＩ−２）におけるＡ’がアルコキシ基（−Ｏ−Ｒ₁₄）の場合には、前記電荷輸送性モノマーに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価アルコール類は電荷輸送性モノマー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。触媒は電荷輸送性モノマー１質量部に対して、１／１０，０００〜１質量部、好ましくは１／１，０００〜１／２質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−Ｒ₁₄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、０．０１〜１００ｍｍＨｇ程度、好ましくは０．０５〜２０ｍｍＨｇに減圧して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。
【００５２】
また、本発明に係る電荷輸送性ポリエステルは、次のようにしても合成することができる。上述の本発明に係る電荷輸送性ポリエステルの合成におけるそれぞれの場合において、２価アルコール類を過剰に加えて反応させることによって下記構造式（ＩＶ‐１）および（ＩＶ‐２）で示される化合物を生成した後、これを電荷輸送性モノマーとして用いて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、それによって電荷輸送性ポリエステルを得ることができる。
【００５３】
【化１６】

【００５４】
構造式（ＩＶ‐１）および（ＩＶ‐２）中、Ａｒ、Ｘ、Ｙ、Ｔ、ｌ、ｍ、ｎおよびｋは前述の通りである。
【００５５】
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陽極及び陰極よりなる一対の電極と、前記電極間に挾持された発光層を含む一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前記電荷輸送性ポリエステルを含有してなる。
本発明の有機ＥＬ素子においては、有機化合物層が一層の場合は、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エステルを含有してなる。また、有機化合物層が複数の場合（機能分離型の場合）は、その少なくとも一層が発光層（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、またはホール輸送層と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エステルを含有してなる。
【００５６】
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（発光層、ホール輸送層、電子輸送層）が電荷輸送性ポリエステル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エステルを含有してなるものも挙げられる。
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層が、電荷輸送材料（前記電荷輸送性ポリエステル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。
【００５７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の有機ＥＬ素子をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
図１〜図４は、本発明の有機ＥＬ素子の層構成を説明するための模式的断面図であって、図１、図２、図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、有機化合物層が一層の場合の例を示す。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。
【００５８】
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、キャリア輸送能を有する発光層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および背面電極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、キャリア輸送能を有する発光層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、キャリア輸送能を有する発光層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５を設けた層構成である。
【００５９】
本発明における前記電荷輸送性ポリエステル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。
【００６０】
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。
透明電極２は、透明絶縁体基板１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。
【００６１】
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エステル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エステル以外のホール輸送材料を１質量％ないし５０質量％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、ポルフィリン誘導体等が挙げられ、特に好適な具体例としては下記例示化合物（Ｖ‐１）〜（Ｖ‐８）が挙げられるが、電荷輸送性ポリエステルとの相溶性がよいことから、テトラフェニレンジアミン誘導体が好ましい。また、他の汎用の樹脂などとの混合でもよい。なお、前記電荷輸送性ポリエステルを用いない場合、ホール輸送層３はこれらホール輸送性材料単独で形成されることとなる。なお、例示化合物（Ｖ−６）〜（Ｖ−８）中、ｎは５〜５０００の整数を表し、良好な成膜性を有することから、１０〜１０００が好ましい。
【００６２】
【化１７】

【００６３】
【化１８】

【００６４】
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、下記の化合物（ＶＩ−１）〜（ＶＩ−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（ＶＩ−１３）〜（ＶＩ−１５）中、ｎおよびｘは１又は２以上の整数を示す。
【００６５】
【化１９】

【００６６】
【化２０】

【００６７】
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、上記の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質量％〜４０質量％程度、好ましくは０．０１質量％〜１０質量％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（ＶＩＩ‐１）〜（ＶＩＩ‐４）が用いられるが、これらに限定されたものではない。
【００６８】
【化２１】

【００６９】
図１及び図２に示される有機ＥＬ素子に示される層構成の場合、電子輸送層５は、目的に応じて機能（電子輸送能）が付与された前記電荷輸送性ポリエステル単独で形成されていてもよいが、電気的特性をさらに改善する等の目的で、電子移動度を調整するために電荷輸送性ポリエステル以外の電子輸送材料を１質量％ないし５０質量％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、下記の化合物（ＶＩＩＩ‐１）〜（ＶＩＩＩ‐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エステルを用いない場合、これら電子輸送性材料単独で形成されることになる。
【００７０】
【化２２】

【００７１】
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エステル中に発光材料を５０質量％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（ＶＩ‐１）〜（ＶＩ‐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エステル以外の電子輸送材料を１０質量％〜５０質量％分散させてもよい。
このような電子材料としては、前記電荷輸送性ポリエステルと強い電子相互作用を示さない有機化合物が用いられることが好ましく、好適には下記の化合物（ＩＸ）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、電荷輸送性ポリエステル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。
【００７２】
【化２３】

【００７３】
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。
【００７４】
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、コーティング法が適用できる。
【００７５】
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。
次に、各有機ＥＬ素子の層構成に応じて、ホール輸送層３、電子輸送層５、発光層４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、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。
【００７６】
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０．０３〜０．２μｍの範囲であることが好ましい。上記各材料（前記電荷輸送性ポリエステル、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剤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発光材料の分散性と溶解性を考慮して選択する必要がある。微粒子状に分散するためには、ボールミル、サンドミル、ペイントシェイカー、アトライター、ボールミル、ホモジェナイザー、超音波法等が利用できる。
そして、最後に電子輸送層５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。
【００７７】
以上、説明した本発明の有機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。
【００７８】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例によって限定されるものではない。
まず、実施例に用いた電荷輸送性ポリエステルは、例えば以下のようにして得た。
電荷輸送性ポリエステル（例示化合物（１））の合成
表１の構造１で表されるモノマーを２．０ｇ、エチレングリコールを４．０ｇおよびテトラブトキシチタン０．１ｇを５０ｍｌのフラスコに入れ、窒素雰囲気下で３時間加熱還流した。モノマーが消費されたことを確認した後、０．５ｍｍＨｇの減圧してエチレングリコールを留去しながら２３０℃に加熱し、３時間反応を続けた。その後室温まで冷却し、トルエン５０ｍｌに溶解して、不溶物をろ過し、そのろ液をメタノール２５０ｍｌ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ろ過し、十分にメタノールで洗浄した後、乾燥させ、１．８ｇの電荷輸送性ポリエステル（１）を得た。分子量はＧＰＣにて１．０２×１０⁵（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１０１であった。
【００７９】
電荷輸送性ポリエステル（例示化合物（２））の合成
表１の構造３で表されるモノマーを２．０ｇ、エチレングリコールを４．０ｇおよびテトラブトキシチタン０．１ｇを５０ｍｌのフラスコに入れ、窒素雰囲気下で５時間加熱還流した。モノマーが消費されたことを確認した後、０．５ｍｍＨｇの減圧してエチレングリコールを留去しながら２３０℃に加熱し、３時間反応を続けた。その後室温まで冷却し、トルエン１００ｍｌに溶解して、不溶物をろ過し、そのろ液をメタノール３５０ｍｌ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ろ過し、十分にメタノールで洗浄した後、乾燥させ、１．９ｇの電荷輸送性ポリエステル（２）を得た。分子量はＧＰＣにて１．３７×１０⁵（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１３５であった。
【００８０】
［実施例１］
電荷輸送性ポリエステル（例示化合物（１））（Ｍｗ＝１．０２×１０⁵）１質量部、発光材料として、前記例示化合物（ＶＩ−１）１質量部を混合し、１０質量％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、ディップ法により膜厚約０．１５μｍのキャリア輸送能を有する発光層を形成した。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。
【００８１】
［実施例２］
電荷輸送性ポリエステル（例示化合物（２））（Ｍｗ＝１．３７×１０⁵）を用いた以外は、実施例１と同にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８２】
［実施例３］
電荷輸送性ポリエステル（例示化合物（３））（Ｍｗ＝１．３２×１０⁵）を用いた以外は、実施例１と同にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８３】
［実施例４］
電荷輸送性ポリエステル（例示化合物（４））（Ｍｗ＝１．２２×１０⁵）を用いた以外は、実施例１と同にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８４】
［比較例１］
２ｍｍ幅の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（Ｖ−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（ＶＩ−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。
【００８５】
［比較例２］
２ｍｍ幅の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（ＶＩ−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（ＶＩＩＩ−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。
【００８６】
［比較例３］
ホール輸送材料として前記例示化合物（Ｖ‐１）を１質量部、発光材料として前記例示化合物（ＶＩ−１）を１質量部、結着樹脂としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を１質量部混合し、１０質量％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。
【００８７】
［比較例４］
ホール輸送性材料として前記例示化合物（Ｖ‐６）を２質量部、発光材料として前記例示化合物（ＶＩ‐１）を０．１質量部、電子輸送材料として前記化合物（ＶＩＩＩ‐１）を１質量部混合し、１０質量％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。
【００８８】
（評価）
以上のように作製した有機ＥＬ素子を、真空中（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４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４に示す。
【００８９】
【表４】

【００９０】
【発明の効果】
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及び応答性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の有機ＥＬ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ＥＬ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ＥＬ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ＥＬ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 (4)

1. 少なくとも一方が透明又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又は複数の有機化合物層より構成される有機電界発光素子であって、前記有機化合物層の少なくとも一層が、下記一般式（Ｉ‐１）で示される構造を部分構造として含む繰り返し単位を有する電荷輸送性ポリエステルを、少なくとも１種含有することを特徴とする有機電界発光素子。
   

   

   （一般式（Ｉ‐１）中、Ａｒは、置換若しくは未置換の１価の芳香族複素環、置換若しくは未置換の１価の芳香族基、または少なくとも１種の芳香族複素環を含む置換若しくは未置換の１価の芳香族基を表し、Ｘは、下記式（２）〜（３）で表わされる基を表し、ｋ、ｎ、ｌは０または１を表し、Ｔは炭素数１〜６の２価の直鎖状炭化水素又は炭素数２〜１０の２価の分枝鎖状炭化水素を表す。）
   

   

   （式（２）〜（３）中、Ｒ₃は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、置換若しくは未置換のフェニル基、又は置換若しくは未置換のアラルキル基を表し、ａ、ａ'は０又は１を表し、ｂは０〜１０の整数を表し、Ｖは下記式（８）を表す。）
   

   
2. 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、一般式（Ｉ‐１）で示される構造を部分構造として含む繰り返し単位を有する電荷輸送性ポリエステルを少なくとも１種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。
3. 前記発光層が、電荷輸送性材料を含むことを特徴とする請求項２に記載の有機電界発光素子。
4. 一般式（Ｉ‐１）で示される構造を部分構造として含む繰り返し単位を有する電荷輸送性ポリエステルが、下記一般式（ＩＩ‐１）で示される電荷輸送性ポリエステルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
   

   

   （一般式（ＩＩ−１）中、Ａは一般式（Ｉ‐１）で示される構造を表し、Ｒは水素原子、アルキル基、置換若しくは未置換のアリール基、又は置換若しくは未置換のアラルキル基を表し、Ｙは２価のアルコール残基を表し、ｍは１〜５の整数を表し、ｐは５〜５０００の整数を表す。）

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