JP4688424B2 - 有機電界発光素子およびその製造方法 - Google Patents

有機電界発光素子およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、有機電界発光素子およびその製造方法に関する。
従来、低分子系の有機電界発光素子では、乾式法を用いて形成された多層積層構造により発光層へのキャリアの円滑な注入がなされている。一方、高分子材料を用いた有機電界発光素子では、湿式法を用いて高分子層が形成される。しかしながら、一般的に用いられる湿式法によれば、上層の高分子層を形成する際に下層の高分子層が溶解する。
そこで、水溶性の導電性高分子と有機溶媒に可溶な発光高分子とを積層した２層型有機電界発光素子が提案されている。また、極性溶媒および無極性溶媒の２種類を用いて積層構造を形成することも提案されている。
さらに、発光層の材料として、基板側の第１の有機層を構成する材料に対して溶解範囲外の溶解度パラメータを有する溶媒に可溶な有機物を用い、発光層上に積層される第２の有機層の材料として、発光層を構成する材料に対して溶解範囲外の溶解度パラメータを有する溶媒に可溶な有機物を用いることにより、多層積層構造を作製する有機発光素子の製造方法も提案されている。
特開２００２−２９９０６１号公報
しかしながら、上記の従来技術を用いても、いまだ十分な発光効率を有する有機発光素子は得られていない。
本発明の目的は、十分な発光効率を得ることができる有機電界発光素子およびその製造方法を提供することである。
本明細書において、高分子材料とは、繰り返し単位を含み、一定の分子量分布を有する有機化合物をいう。
本発明に係る有機電界発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、第１の高分子材料により形成される第１の有機層および第２の高分子材料により形成される第２の有機層を備え、第１の高分子材料の繰り返し単位と第２の高分子材料の繰り返し単位とは共通の骨格を含むものである。
本発明に係る有機電界発光素子においては、第１の電極と第２の電極との間に第１の高分子材料により形成される第１の有機層および第２の高分子材料により形成される第２の有機層が設けられる。
この場合、第１の高分子材料の繰り返し単位と第２の高分子材料の繰り返し単位とが共通の骨格を含むことにより、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料と第２の高分子材料との化学的親和性が増加し、パッキングが良好になる。
また、第１の高分子材料と第２の高分子材料との共通の骨格部分は類似した電子的構造を有すると考えられるので、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料および第２の高分子材料の共通の骨格同士が近接した部分ではキャリアの注入障壁が小さくなり、第１の有機層と第２の有機層との間でのキャリアの移動が円滑となる。それにより、発光効率および発光寿命が向上する。
第１の高分子材料が発光性を有し、第２の高分子材料がキャリア輸送性を有してもよい。
この場合、第１の有機層が発光するとともに、第２の有機層により第１の有機層へのキャリアの輸送が促進される。特に、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料および第２の高分子材料の共通の骨格同士が近接した部分ではキャリアの注入障壁が小さくなり、第２の有機層から第１の有機層へのキャリアの移動が円滑となる。それにより、発光効率および発光寿命が向上する。
第２の高分子材料は、第１の極性のキャリアの輸送性を有するとともに、第１の極性とは逆の第２の極性のキャリアに対する阻止性を有してもよい。
この場合、第２の有機層において第１の極性のキャリアが第１の有機層に効率よく輸送されるとともに、第１の有機層に注入された第２の極性のキャリアが第１の有機層を通り抜けることが阻止される。それにより、第１の有機層において第１の極性のキャリアと第２の極性のキャリアとが効率よく再結合することができる。その結果、発光効率がさらに向上する。
第１の高分子材料がキャリア輸送性を有し、第２の高分子材料が発光性を有してもよい。
この場合、第１の有機層により第２の有機層へのキャリアの輸送が促進されるとともに、第２の有機層が発光する。特に、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料および第２の高分子材料の共通の骨格同士が近接した部分ではキャリアの注入障壁が小さくなり、第１の有機層から第２の有機層へのキャリアの移動が円滑となる。それにより、発光効率および発光寿命が向上する。
第１の高分子材料は、第１の極性のキャリアの輸送性を有するとともに、第１の極性とは逆の第２の極性のキャリアに対する阻止性を有してもよい。
この場合、第１の有機層において第１の極性のキャリアが第２の有機層に効率よく輸送されるとともに、第２の有機層に注入された第２の極性のキャリアが第２の有機層を通り抜けることが阻止される。それにより、第２の有機層において第１の極性のキャリアと第２の極性のキャリアとが効率よく再結合することができる。その結果、発光効率がさらに向上する。
基板上に、第１の電極、第１の有機層、第２の有機層および第２の電極を順に備え、第２の高分子材料の分子量が第１の高分子材料の分子量よりも小さいことが好ましい。
この有機電界発光素子の作製に際には、第１の高分子材料の溶液を用いて第１の有機層が形成され、第１の有機層上に第２の高分子材料の溶液を用いて第２の有機層が形成される。
この場合、第２の高分子材料の分子量が第１の高分子材料の分子量よりも小さいので、第１の有機層中の第１の高分子材料が第２の高分子材料の溶液中に溶出することが防止される。それにより、第２の有機層の形成時における第１の有機層への影響が低減される。その結果、より高い発光効率を有する有機電界発光素子が実現される。
本発明に係る有機電界発光素子の製造方法は、第１の電極と第２の電極との間に第１の有機層と第２の有機層とを備えた有機電界発光素子の製造方法であって、第１の高分子材料を第１の有機溶媒に溶解させることにより第１の高分子材料の溶液を作製する工程と、第２の高分子材料を第２の有機溶媒に溶解させることにより第２の高分子材料の溶液を作製する工程と、第１の高分子材料の溶液を用いて第１の有機層を形成する工程と、第１の有機層上に第２の高分子材料の溶液を用いて第２の有機層を形成する工程とを備え、第１の高分子材料の繰り返し単位と第２の高分子材料の繰り返し単位とが共通の骨格を含むものである。
本発明に係る有機電界発光素子の製造方法によれば、第１の高分子材料を第１の有機溶媒に溶解させることにより第１の高分子材料の溶液が作製され、第２の高分子材料を第２の有機溶媒に溶解させることにより第２の高分子材料の溶液が作製される。第１の高分子材料の溶液を用いて第１の有機層が形成され、第１の有機層上に第２の高分子材料の溶液を用いて第２の有機層が形成される。
この場合、第１の高分子材料の繰り返し単位と第２の高分子材料の繰り返し単位とが共通の骨格を含むことにより、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料と第２の高分子材料との化学的親和性が増加し、パッキングが容易になる。
また、第１の高分子材料と第２の高分子材料との共通の骨格部分は類似した電子的構造を有すると考えられるので、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料および第２の高分子材料の共通の骨格同士が近接した部分ではキャリアの注入障壁が小さくなり、第１の有機層と第２の有機層との間でのキャリアの移動が円滑となる。それにより、発光効率および発光寿命が向上する。
第２の高分子材料は、第１の高分子材料の分子量よりも小さい分子量を有することが好ましい。
この場合、第２の高分子材料の分子量が第１の高分子材料の分子量よりも小さいので、第１の有機層中の第１の高分子材料が第２の高分子材料の溶液中に溶出することが防止される。それにより、第２の有機層の形成時における第１の有機層への影響が低減される。その結果、より高い発光効率を有する有機電界発光素子が実現される。
第１の有機溶媒の比誘電率は、第２の有機溶媒の比誘電率よりも大きいことが好ましい。
この場合、第２の有機層の形成時に第１の有機層が溶解することを抑制することができる。
第１の有機溶媒の比誘電率と第２の有機溶媒の比誘電率とが２以上の差を有することが好ましい。
この場合、第２の有機層の形成時に第１の有機層が溶解することをより抑制することができる。
第１の高分子材料は、複数種類の高分子材料を含んでもよい。この場合、複数種類の高分子材料を選択することにより、発光層における発光色を調整することができるとともに、発光効率および信頼性を向上させることができる。
第２の高分子材料は、複数種類の高分子材料を含んでもよい。この場合、複数種類の高分子材料を選択することにより、発光効率および信頼性を向上させることができる。
本発明によれば、第１の高分子材料の繰り返し単位と第２の高分子材料の繰り返し単位とが共通の骨格を含むことにより、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料と第２の高分子材料との化学的親和性が増加し、パッキングが良好になる。また、第１の高分子材料と第２の高分子材料との共通の骨格部分は類似した電子的構造を有すると考えられるので、第１の有機層と第２の有機層との界面における第１の高分子材料および第２の高分子材料の共通の骨格同士が近接した部分ではキャリアの注入障壁が小さくなり、第１の有機層と第２の有機層との間でのキャリアでの移動が円滑となる。それにより、発光効率および発光寿命が向上する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の模式的断面図である。なお、以下の説明において、分子量は、一般に用いられる重量平均で表される。
図１の有機電界発光素子は、基板１上に、陽極（ホール注入電極）２、正孔注入層３、発光層４、電子輸送層５、電子注入層６および陰極（電子注入電極）７が順に形成された積層構造を有する。
基板１は、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板である。陽極２は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の金属化合物、銀等の金属または合金からなる透明電極または半透明電極である。
正孔注入層３は、例えば、水溶性の導電性高分子材料からなる。発光層４は、有機溶媒に可溶な発光性の高分子材料からなる。電子輸送層５は、有機溶媒に可溶な電子輸送性の高分子材料からなる。
電子注入層６は、例えばカルシウム等からなる。陰極７は、例えばアルミニウム等の金属または合金からなる。
発光層４を構成する高分子材料としては、電子輸送層５を構成する高分子材料の分子量よりも大きい分子量を有する高分子材料を選択する。また、電子輸送層５を構成する高分子材料としては、発光層４を構成する高分子材料の分子量よりも小さい分子量を有する高分子材料を選択する。
この場合、電子輸送層５を構成する高分子材料の分子量に対する発光層４を構成する高分子材料の分子量の比が３．５以上であることが好ましい。それにより、電子輸送層５の形成時に生じる下地の発光層４の溶解が低減される。その結果、発光効率が向上する。
また、電子輸送層５を構成する高分子材料の分子量に対する発光層４を構成する高分子材料の分子量の比が６．２以上であることがより好ましい。それにより、電子輸送層５の形成時に生じる下地の発光層４の溶解がさらに低減される。その結果、発光効率がさらに向上する。
また、発光層４を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒としては、電子輸送層５を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒よりも比誘電率が大きい有機溶媒を選択する。また、電子輸送層５を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒としては、発光層４を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒よりも比誘電率が小さい有機溶媒を選択する。それにより、電子輸送層５の形成時に下地の発光層４が溶解することが抑制される。
発光層４を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒の比誘電率と電子輸送層５を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒の比誘電率との差が０．２以上であることが好ましい。さらには２以上の差があることが好ましい。それにより、電子輸送層５の形成時に下地の発光層４が溶解することが十分に防止される。
発光層４は、２種類以上の高分子材料を含むことが好ましい。この場合、発光色を調整することができるとともに、発光効率および信頼性を向上させることができる。また、電子輸送層５は、２種類以上の高分子材料を含むことが好ましい。それにより、発光効率および信頼性を向上させることができる。
さらに、電子輸送層５は、正孔阻止性を有する高分子材料を含むことが好ましい。それにより、陽極２側から発光層４に注入された正孔が発光層４を通り抜けることが阻止される。その結果、発光層４において電子および正孔が効率よく再結合することができ、発光効率がさらに向上する。
また、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位と電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれることが好ましい。それにより、発光効率がさらに向上する。
発光層４を構成する発光性の高分子材料および電子輸送層５を構成する高分子材料の例については後述する。
電子輸送層５を構成する高分子材料に低分子材料を添加してもよい。電子輸送層５を構成する高分子材料に添加する低分子材料の例については後述する。また、電子輸送層５を構成する材料として低分子材料を用いてもよい。
図２は本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子の模式的断面図である。なお、以下の説明において、分子量は、一般に用いられる重量平均で表される。
図２の有機電界発光素子が図１の有機電界発光素子と異なるのは、電子輸送層５が設けられず、正孔注入層３と発光層４との間に正孔輸送層８が設けられている点である。
正孔輸送層８は、有機溶媒に可溶な電子輸送性の高分子材料からなる。発光層４は、有機溶媒に可溶な発光性の高分子材料からなる。
正孔輸送層８を構成する高分子材料としては、発光層４を構成する高分子材料の分子量よりも大きい分子量を有する高分子材料を選択する。また、発光層４を構成する高分子材料としては、正孔輸送層８を構成する高分子材料の分子量よりも小さい分子量を有する高分子材料を選択する。
それにより、発光層４の形成時に生じる下地の正孔輸送層８の溶解が低減される。その結果、発光効率が向上する。
また、正孔輸送層８を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒としては、発光層４を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒よりも比誘電率が大きい有機溶媒を選択する。また、発光層４を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒としては、正孔輸送層８を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒よりも比誘電率が小さい有機溶媒を選択する。それにより、発光層４の形成時に下地の正孔輸送層８が溶解することが抑制される。
正孔輸送層８を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒の比誘電率と発光層４を構成する高分子材料を溶解させる有機溶媒の比誘電率との差が０．２以上であることが好ましい。さらには２以上の差があることが好ましい。それにより、発光層４の形成時に下地の正孔輸送層８が溶解することが十分に防止される。
発光層４は、２種類以上の高分子材料を含むことが好ましい。この場合、発光色を調整することができるとともに、発光効率および信頼性を向上させることができる。また、正孔輸送層８は、２種類以上の高分子材料を含むことが好ましい。それにより、発光効率および信頼性を向上させることができる。
さらに、正孔輸送層８は、電子阻止性を有する高分子材料を含むことが好ましい。それにより、陰極７側から発光層４に注入された電子が発光層４を通り抜けることが阻止される。その結果、発光層４において電子および正孔が効率よく再結合することができ、発光効率がさらに向上する。
また、正孔輸送層８を構成する高分子材料の繰り返し単位と発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれることが好ましい。それにより、発光効率がさらに向上する。
正孔輸送層８を構成する高分子材料の例については後述する。正孔輸送層８を構成する高分子材料に低分子材料を添加してもよい。正孔輸送層８を構成する高分子材料に添加する低分子材料の例については後述する。また、正孔輸送層８を構成する材料として低分子材料を用いてもよい。
図３は本発明の第３の実施の形態に係る有機電界発光素子の模式的断面図である。
図３の有機電界発光素子が図２の有機電界発光素子と異なるのは、電子注入層６および陰極（電子注入電極）７の代わり電子注入層６ａおよび陰極（電子注入電極）７ａが設けられ、陰極７ａ上に保護層９がさらに設けられている点である。
電子注入層６ａは、フッ化リチウム等のアルカリ金属を含有する化合物からなる。また、陰極７ａは、例えばカルシウム等からなる。保護層９は、例えばアルミニウム等の金属または合金からなる。
本実施の形態に係る有機電界発光素子においては、電子注入層６ａがアルカリ金属を含有するので、電子注入性が向上する。それにより、高い発光効率が得られる。
なお、本発明に係る有機電界発光素子の構成は、図１〜図３に示される構成に限定されず、種々の構成を用いることができる。例えば、キャリア輸送層として電子輸送層５および正孔輸送層８の両方を設けてもよい。
（発光層４の材料）
＜ＭＥＨ−ＰＰＶ＞
発光層４を構成する高分子材料としては、下記式（Ａ１）で示される分子構造を有するポリ［2-メトキシ-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-1,4-フェニレン-ビニレン］（Poly［2-methoxy-5-（2-ethylhexyloxy）-1,4-phenylene-vinylene］）（以下、ＭＥＨ−ＰＰＶと呼ぶ）を用いることができる。ＭＥＨ−ＰＰＶの分子量は７５０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＰＡＶ＞
発光層４を構成する高分子材料としては、下記式（Ａ２）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-（9,10-ジビニレン−アントラセン）］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-（9,10-divinylene-anthracene）］）（以下、ＰＦ８−ＰＡＶと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＰＡＶの分子量は７５，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＭＥＨＰＰＶ＞
発光層４を構成する高分子材料としては、下記式（Ａ３）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛2-メトキシ-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-1,4-ジビニレン−フェニレン｝］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛2-methoxy-5-（2-ethylhexyloxy）-1,4-divinylene-phenylene｝］）（以下、ＰＦ８−ＭＥＨＰＰＶと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＭＥＨＰＰＶの分子量は８６，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＣＮＭＥＨＰＰＶ＞
発光層４を構成する高分子材料としては、下記式（Ａ４）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛2-メトキシ-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-1,4-ビス（1-シアノビニレン）フェニレン｝］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛2-methoxy-5-（2-ethylhexyloxy）-1,4-bis（1-cyanovinylene）phenylene｝］）（以下、ＰＦ８−ＣＮＭＥＨＰＰＶと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＣＮＭＥＨＰＰＶの分子量は５９，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ６−ＣＶＡＰ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ５）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛2,5-ビス（N,N'-ジフェニルアミノ）-1,4-ビス（1-シアノビニレン）フェニレン｝］（Poly［（9,9-dihexylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛2,5-bis（N,N'-diphenylamino）-1,4-bis（1-cyanovinylene）phenylene｝］）（以下、ＰＦ６−ＣＶＡＰと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ６−ＣＶＡＰの分子量は５７，０００である。
Figure 0004688424
＜Ｃｚ−ＣＮＭＥＨＰＰＶ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ６）で示される分子構造を有するポリ［（9-エチルカルバゾール-3,6-ジイル）-alt-｛2-メトキシ-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-1,4-ビス（1-シアノビニレン）フェニレン｝］（Poly［（9-ethylcarbazole-3,6-diyl）-alt-｛2-methoxy-5-（2-ethylhexyloxy）-1,4-bis（1-cyanovinylene）phenylene｝］）（以下、Ｃｚ−ＣＮＭＥＨＰＰＶと呼ぶ）を用いることができる。Ｃｚ−ＣＮＭＥＨＰＰＶの分子量は１１，０００である。
Figure 0004688424
＜ＢＤＰＡＰ−ＣＮＭＥＨＰＰＶ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ７）で示される分子構造を有するポリ［｛2,5-ビス（N,N’-ジフェニルアミノ）ベンゾ-1,4-ジイル｝-alt-｛2-メトキシ-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-1,4-ビス（1-シアノビニレン）フェニレン｝］（Poly［｛2,5-bis（N,N’-diphenylamino）benz-1,4-diyl｝-alt-｛2-methoxy-5-（2-ethylhexyloxy）-1,4-bis（1-cyanovinylene）phenylene｝］）（以下、ＢＤＰＡＰ−ＣＮＭＥＨＰＰＶと呼ぶ）を用いることができる。ＢＤＰＡＰ−ＣＮＭＥＨＰＰＶの分子量は３０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＣＮ−ＰＰＰ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ８）で示される分子構造を有するポリ［2-（6-シアノ-6-メチルヘプチルオキシ）-1,4-フェニレン］（Poly［2-（6-cyano-6-methylheptyloxy）-1,4-phenylene］）（以下、ＣＮ−ＰＰＰと呼ぶ）を用いることができる。ＣＮ−ＰＰＰの分子量は５，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＤＭＯＰ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ９）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛1,4-（2,5-ジメトキシ）フェニレン｝］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛1,4-（2,5-dimethoxy）phenylene｝］）（以下、ＰＦ８−ＤＭＯＰと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＤＭＯＰの分子量は１６０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＤＳＢ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１０）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛１，4-ジスチリル-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-2-メトキシベンゼン｝］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛1,4-distyryl-5-（2-ethylhexyloxy）-2-methoxybenzene｝］）（以下、ＰＦ８−ＤＳＢと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＤＳＢの分子量は５６，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ６−ＣＮＶｉｎｙｌ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１１）で示される分子構造を有するポリ（9,9-ジヘキシルフルオレニレン-シアノビニレン）（Poly（9,9-dihexylfluorenylene-cyanovinylene））（以下、ＰＦ６−ＣＮＶｉｎｙｌと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ６−ＣＮＶｉｎｙｌの分子量は４２０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＰＰＶ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１２）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-（1,4-ジビニレン-フェニレン）］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-（1,4-divinylene-phenylene）］）（以下、ＰＦ８−ＰＰＶと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＰＰＶの分子量は２０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１３）で示される分子構造を有するポリ（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）（Poly（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl））（以下、ＰＦ８と呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８の分子量は１４０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ６＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１４）で示される分子構造を有するポリ（9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル）（Poly（9,9-dihexylfluorene-2,7-diyl））（以下、ＰＦ６と呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ６の分子量は３００，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ６−ＴＰＤＡＢ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１５）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル）-alt−｛N,N’-ビス（4-ブチルフェニル）-N,N’-ジフェニル-1,4-ジアミノベンゼン｝］（Poly［（9,9-dihexylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛N,N’-bis（4-butylphenyl）-N,N’-diphenyl-1,4-diaminobenzene｝］）（以下、ＰＦ６−ＴＰＤＡＢと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ６−ＴＰＤＡＢの分子量は１０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ６−Ａｎｔ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１６）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-（9,10-アントラセン-9,10-ジイル）］（Poly［（9,9-dihexylfluoren-2,7-diyl）-alt-（9,10-anthracene-9,10-diyl）］）（以下、ＰＦ６−Ａｎｔと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ６−Ａｎｔの分子量は６５，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ６−Ｃｚ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１７）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-（9-エチルカルバゾール-3,6-ジイル）］（Poly［（9,9-dihexylfluorene-2,7-diyl）-alt-（9-ethylcarbazole-3,6-diyl）］）（以下、ＰＦ６−Ｃｚと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ６−Ｃｚの分子量は５０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ６−ＤＡＰ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１８）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛N,N’-ビス（4-ブチルフェニル）-1,4-ジアミノベンゼン｝］（Poly［（9,9-dihexylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛N,N’-bis（4-buthylphenyl）-1,4-diaminobenzene｝］）（以下、ＰＦ６−ＤＡＰと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ６−ＤＡＰの分子量は４０，０００である。
Figure 0004688424
＜Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ１９）で示される分子構造を有するポリ［N,N’-ビス（4-ブチルフェニル）-N,N’-ジフェニル-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン］（Poly［N,N’-bis（4-buthylphenyl）-N,N’-diphenyl-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine］）（以下、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤと呼ぶ）を用いることができる。Ｐｏｌｙ−ＴＰＤの分子量は２９，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−Ｂｐｙ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２０）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛（2,2’-ビピリジン）-6,6’-ジイル｝］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-[(2,2’-bipyridine）-6,6’-diyl｝］）（以下、ＰＦ８−Ｂｐｙと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−Ｂｐｙの分子量は１０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−Ｃｚ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２１）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-（9-ブチルカルバゾール-3,6-ジイル）］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-（9-butylcarbazole-3,6-diyl）］）（以下、ＰＦ８−Ｃｚと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−Ｃｚの分子量は３２，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＶＣｚ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２２）で示される分子構造を有するポリ（N-ビニルカルバゾール）（Poly（N-vinylcarbazole））（以下、ＰＶＣｚと呼ぶ）を用いることができる。ＰＶＣｚの分子量は１０００，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＳＢ（１０％）＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２３）で示される分子構造を有する［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）：（スチリルベンゼン-4,4’-ジイル）］（９０：１０）共重合体（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-co-（styrylbenzene）-4,4’-diyl］）（以下、ＰＦ８−ＳＢ（１０％）と呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＳＢ（１０％）の分子量は８６０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＴＰＡ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２４）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-（トリフェニルアミン-4,4’-ジイル）］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-（triphenylamine-4,4’-diyl）］）（以下、ＰＦ８−ＴＰＡと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＴＰＡの分子量は５０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＴＰＤ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２５）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチクフルオレン-2,7-ジイル）-alt-｛N,N’-ビス（4-tert-ブチルフェニル）-N,N’-ジフェニル-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン｝］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-｛N,N’-bis（4-tert-butylphenyl）-N,N’-diphenyl-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine｝］）（以下、ＰＦ８−ＴＰＤと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＴＰＤの分子量は２３０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−ＢＴ（１０％）＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２６）で示される分子構造を有する［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）：（ベンゾチオゾール-4,7-ジイル）］（９０：１０）共重合体（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-co-（benzothiazole-4,7-diyl）］）（以下、ＰＦ８−ＢＴ（１０％）と呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−ＢＴ（１０％）の分子量は４４０，０００である。
Figure 0004688424
＜ＰＦ８−Ｐｙ＞
発光層４を構成する高分子材料として、下記式（Ａ２７）で示される分子構造を有するポリ［（9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル）-alt-（ピリジン-2,6-ジイル）］（Poly［（9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl）-alt-（pyridine-2,6-diyl）］）（以下、ＰＦ８−Ｐｙと呼ぶ）を用いることができる。ＰＦ８−Ｐｙの分子量は９７，０００である。
Figure 0004688424
発光層４を構成する高分子材料は、上記の例に限定されず、他の発光性の高分子材料を用いることもできる。ここで、発光層４を構成する高分子材料は、２種類以上の高分子材料の混合物でもよい。また、１種類または２種類以上の高分子材料に１種類または２種類以上の低分子材料を添加してもよい。
３種類以上の高分子材料を混合することにより白色発光を得ることも可能となる。
また、発光層４を構成する高分子材料として、電子受容性および電子供与性の両方を有するバイポーラ性の高分子材料を用いることにより、信頼性の向上を図ることができる。バイポーラ性の高分子材料として、例えば、ＰＦ６−ＣＶＡＰを用いることができる。
また、発光層４にＭＥＨ−ＰＰＶ等の単一の繰り返し単位を有する高分子材料を用いた場合、正孔の注入に対しては安定であるが、電子の注入により不安定になる。この場合、バイポーラ性のＰＦ６−ＣＶＡＰをＭＥＨ−ＰＰＶに混合することにより、発光層４の電子受容性を高め、結果的に有機電界発光素子の長寿命化を図ることができる。
図４は有機電界発光素子における正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層における最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルを示す模式図である。
図４において、電子は、陰極から電子注入層および電子輸送層を通して発光層に輸送される。また、正孔は、陽極から正孔注入層および正孔輸送層を通して発光層に輸送される。この場合、正孔輸送層のＬＵＭＯレベルが高いと、電子がブロックされる。また、電子輸送層のＨＯＭＯレベルが低いと、正孔がブロックされる。それにより、電子および正孔が発光層で結合しやすくなる。
ＨＯＭＯとＬＵＭＯとのエネルギー差で示されるバンドギャップが異なる２つの発光性の高分子材料を混合して発光層に用いる場合、通常、バンドギャップが小さい発光性の高分子材料から発光が得られる。その際に、バンドギャップが小さい高分子材料が発光しない高分子材料からのエネルギー移動を受けることにより、より高い発光効率を得ることができる。
表１に上記の発光層４を構成する高分子材料の発光色、発光ピーク波長、吸収ピーク波長、ＨＯＭＯレベル、バンドギャップ、ＬＵＭＯレベルおよび分子量の一覧を示す。
Figure 0004688424
図５は発光層を構成する高分子材料のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルを示す図である。
第１の実施の形態では、電子輸送層５の高分子材料を考慮して発光色、分子量、ＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに基づいて高分子材料を選択する。
また、第２および第３の実施の形態では、正孔輸送層８の材料を考慮して発光色、分子量、ＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに基づいて高分子材料を選択する。
（電子輸送層５の材料）
電子輸送層５を構成する材料としては、発光層４の高分子材料を考慮して上記の表１の高分子材料から選択することができる。この場合、電子輸送層５としては、発光層４よりもＬＵＭＯレベルが低い（ＬＵＭＯレベルの絶対値が大きい）高分子材料を選択する。また、電子輸送層５のＨＯＭＯレベルが低い（ＨＯＭＯレベルの絶対値が大きい）ほど正孔阻止の効果が大きくなる。
電子輸送層５としては、例えばＰＦ８−ＤＳＢ、ＭＥＨ−ＰＰＶ、ＰＦ８−ＭＥＨＰＰＶ、ＰＦ８、ＰＦ８−Ｐｙ、ＰＦ６−Ａｎｔ、ＰＦ６、ＰＦ６−ＣＮＶｉｎｙｌ等を用いることができる。
電子輸送層５を構成する高分子材料は、上記の例に限定されず、他の電子輸送性の高分子材料を用いることもできる。ここで、電子輸送層５を構成する高分子材料は、２種類以上の高分子材料の混合物でもよい。また、１種類または２種類以上の高分子材料に１種類または２種類以上の低分子材料を添加してもよい。
電子輸送層５を構成する高分子材料に添加する低分子材料（低分子電子輸送性材料）としては、次のものが挙げられる。
＜ＺｎＰＢＯ＞
低分子電子輸送性添加剤として、下記式（Ｂ１）で示される分子構造を有するジンク・ビス｛2-（o-ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラート｝（Zinc bis[2-(o-hydroxyphenyl)benzoxazolate]）（以下、ＺｎＰＢＯと呼ぶ）を用いることができる。ＺｎＰＢＯの分子量は４８６である。
Figure 0004688424
＜アントラセン＞
低分子電子輸送性添加剤として、下記式（Ｂ２）で示される分子構造を有するアントラセン（Anthracene）を用いることができる。アントラセンの分子量は１７８である。
Figure 0004688424
＜Ａｌｑ３＞
低分子電子輸送性添加剤として、下記式（Ｂ３）で示される分子構造を有するアルミニウム・トリス-（8-キノリノレート)（Aluminum tris-（8-quinolinolate)））（以下、Ａｌｑ3 と呼ぶ）を用いることができる。Ａｌｑ3 の分子量は４５９である。
Figure 0004688424
＜ペリレン＞
低分子電子輸送性添加剤として、下記式（Ｂ４）で示される分子構造を有するペリレン（Perylene）を用いることができる。ペリレンの分子量は２５２である。
Figure 0004688424
＜ＯＸＤ−７＞
低分子電子輸送性添加剤として、下記式（Ｂ５）で示される分子構造を有する1,3-ビス［5-（4-tert-ブチルフェニル）-1,3,4-オキサジゾール-2-イル］ベンゼン（1,3-bis［5-（4-tert-butylphenyl）-1,3,4-oxadizol-2-yl］benzen）（以下、ＯＸＤ−７と呼ぶ）を用いることができる。ＯＸＤ−７の分子量は４７８である。
Figure 0004688424
（正孔輸送層８の材料）
正孔輸送層８を構成する材料としては、発光層４の高分子材料を考慮して上記の表１の高分子材料から選択することができる。この場合、正孔輸送層８としては、発光層４よりもＨＯＭＯレベルが高い（ＨＯＭＯレベルの絶対値が小さい）高分子材料を選択する。また、正孔輸送層８のＬＵＭＯレベルが高い（ＬＵＭＯレベルの絶対値が小さい）ほど電子阻止の効果が大きくなる。
正孔輸送層８としては、例えばＰＦ８−ＳＢ、ＰＦ８−ＢＴ、ＰＶＣｚ等を用いることができる。
正孔輸送層８を構成する高分子材料は、上記の例に限定されず、他の正孔輸送性の高分子材料を用いることもできる。ここで、正孔輸送層８を構成する高分子材料は、２種類以上の高分子材料の混合物でもよい。また、１種類または２種類以上の高分子材料に１種類または２種類以上の低分子材料を添加してもよい。
正孔輸送層８を構成する高分子材料に添加する低分子材料（低分子正孔輸送性材料）としては、次のものが挙げられる。
＜ＴＰＤ＞
低分子正孔輸送性添加剤として、下記式（Ｂ６）で示される分子構造を有するN,N'-ビス-(3-メチルフェニル)-N,N'-ビス-(フェニル)-ベンジジン（N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine）（以下、ＴＰＤと呼ぶ）を用いることができる。ＴＰＤの分子量は５７０である。
Figure 0004688424
＜ＮＰＢ＞
低分子正孔輸送性添加剤として、下記式（Ｂ７）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(ナフタレン-1-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine）（以下、ＮＰＢと呼ぶ）を用いることができる。ＮＰＢの分子量は６４４である。
Figure 0004688424
上記の低分子材料を用いて電子輸送層５または正孔輸送層８を形成してもよい。上記の低分子材料を用いた電子輸送層５または正孔輸送層８の形成方法としては、一般的な真空蒸着法の他に、この低分子材料を有機溶媒に溶解させ、スピンコート法等の湿式法で成膜する方法を用いてもよい。特に、本実施の形態では、湿式法を用いることが好ましい。
発光層およびキャリア輸送層に用いることができる高分子材料としては、単一のモノマーから合成された高分子材料の他に、複数のモノマーから合成された共重合体が挙げられる。
表１には主として２種類のモノマーからなる１対１の共重合体の例を示したが、これに限らず、異なるモノマーを用いた共重合体、１対１以外のモノマー構成比を有する共重合体、または３種類以上のモノマーからなる共重合体を使用することも可能である。
共重合体の設計指針としては、べ一スとなる高分子骨格に、類似の形状を有するモノマーを適当な配合比で結合させたり、キャリア輸送性（電子輸送性または正孔輸送性）を補助するモノマーを適当な配合比で結合させたり、発光性の高いモノマーを適当な配合比で結合させたり、またはキャリア輸送性および発光性の両方を有するモノマーを適当な配合比で結合させることにより、高分子材料の性能を向上させる方法が用いられる。
キャリア輸送性モノマーでは、配合比が１モル％から７０モル％の範囲、特に３モル％から５０モル％の範囲にある場合に高い性能向上の効果が得られる。
また、発光性モノマーでは、配合比が０．２モル％から５０モル％の範囲、特に０．５モル％から３０モル％の範囲にある場合に高い性能向上の効果が得られる。
発光性またはキャリア輸送性を発現するモノマーとしては、パイ電子を有するアリール基、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ピレン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フェナントレン、スチリルベンゼン、ジスチリルベンゼン、フルオレン、ビフェニル等の芳香族炭化水素化合物またはこれらに種々の置換基が付加された化合物、チオフェン、ベンゾチオフェン、ピロール、ポルフィリン、オキサゾール、ベンズオキサゾール、オキサジアゾール、チアゾール、ベンズチアゾール、ベンズチジアゾール、ピラゾリン、トリアゾール、シロキサン、カルバゾール、ピリジン、フェニルピリジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、オキサジン、キノリン、キナゾリン、キナクリドン、チアジン、ベンゾフラン、クマリン、クロメン、ベンゾフラン、キサンテン、チオキサンテン、アクリジン、チオニン、フェナジン、フェノキサジン、フェナントロリン等のヘテロ環化合物またはこれらに種々の置換基が付加された化合物、フェニルアミン、ナフチルアミン、トリフェニルアミン、アゾベンゼン等の窒素含有化合物またはこれらに種々の置換基が付加された化合物、フェニルシラン等のシリコン含有化合物等を用いることができる。
高分子材料の分子量は、材料合成の際の反応条件（反応温度、反応時間、モノマー配合比、触媒濃度、原料濃度、反応溶媒等）を調整することにより制御することが可能である。また、精製条件（分液、カラムクロマトグラフィー、再沈殿等）を調整することにより不純物、触媒、未反応モノマー、低分子量成分等の不要物を取り除くことができるので、一定の分子量を有する高分子材料を得ることができる。
ここで、発光層４の形成に使用される有機溶媒は二種類以上の有機溶媒からなる混合溶媒でもよい。
発光層４の形成に使用される有機溶媒としては、例えば、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、２，２−ジメチルブタン、２，４−ジメチルペンタン、２−メチルヘキサン、３−メチルヘキサン、２，２，４−トリメチルペンタン、２−メチルブタン、２，２、５−トリメチルヘキサン、１，１，２−トリクロロ−１，２，２−トリフルオロエタン、１−ペンテン、２，２，３−トリメチルペンタン、２−メチルペンタン、ｎ−ペンタン、ｔｒａｎｓ−２−ペンテン、１−ヘキセン、ｃｉｓ−２−ペンテン、２−クロロ−２−メチルプロパン、１，１，２，２−テトラクロロ−１，２−ジフルオロエタン、１−へプテン、ヘキサン、ｎ−オクタン、１−オクテン、ヘプタン、ｎ−ノナン、１−ノネン、ｎ−デカン、１−クロロペンタン、１−デセン、２−クロロブタン、ベンゾトリフルオリド、メチルシクロヘキサン、メチルシクロペンタン、２−クロロプロパン、メシチレン、１−クロロブタン、エチルシクロヘキサン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、２−ブロモプロパン、シクロヘキセン、シクロペンタン、１−クロロプロパン、シクロヘキサン、２，３−ジメチルブタン、ｏ−キシレン、テトラクロロメタン、ヘキサフルオロベンゼン、ペンタクロロエタン、１−クロロ−２−メチルプロパン、１，１−ジクロロエチレン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１−ブロモプロパン、クメン、ｐ−クロロトルエン、ジエチルスルファイド、ｏ−クロロトルエン、ｐ−ジクロロベンゼン、１，１−ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、ｍ−ジクロロベンゼン、ｐ−ジエチルベンゼン、ｍ−ジエチルベンゼン、エチルベンゼン、トリクロロエチレン、３−クロロプロペン、ｏ−ジエチルベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ブロモエタン、トルエン、クロロベンゼン、トリクロロメタン、フルオロベンゼン、１，２−ジクロロエチレン（ｔｒａｎｓ）、１，１，２，２−テトラクロロエタン、１．２−ジクロロプロパン、ベンゼン、１，２，３−トリクロロプロパン、スチレン、イソブチロニトリル、１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ）、１−ブロモ−２−クロロエタン、１，２−ジクロロエタン、ヘキサクロロエチレン、１，２−ジブロモエタン、１，１，２−トリクロロエタン、ジクロロメタン、バレロニトリル、チオフェン、カーボンジスルァイド、クロロブロモメタン、ブロモベンゼン、２−ニトロプロパン、１−ニトロプロパン、ベンゾニトリル、ニトロエタン等炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ニトロ化炭化水素、ニトリル類等から選択された１種または２種以上の混合溶媒を用いることができる。
キャリア輸送層の形成に使用される有機溶媒は二種類以上の有機溶媒からなる混合溶媒でもよい。
キャリア輸送層（電子輸送層５または正孔輸送層８）の形成に使用される有機溶媒としは、例えば、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、２，２−ジメチルブタン、２，４−ジメチルペンタン、２−メチルヘキサン、３−メチルヘキサン、２，２，４−トリメチルペンタン、２−メチルブタン、２，２、５−トリメチルヘキサン、１，１，２−トリクロロ−１，２，２−トリフルオロエタン、１−ペンテン、２，２，３−トリメチルペンタン、２−メチルペンタン、ｎ−ペンタン、ｔｒａｎｓ−２−ペンテン、１−ヘキセン、ｃｉｓ−２−ペンテン、２−クロロ−２−メチルプロパン、１，１，２，２−テトラクロロ−１，２−ジフルオロエタン、１−へプテン、ヘキサン、ｎ−オクタン、１−オクテン、ヘプタン、ｎ−ノナン、１−ノネン、ｎ−デカン、１−クロロペンタン、１−デセン、２−クロロブタン、ベンゾトリフルオリド、メチルシクロヘキサン、メチルシクロペンタン、２−クロロプロパン、メシチレン、１−クロロブタン、エチルシクロヘキサン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、２−ブロモプロパン、シクロヘキセン、シクロペンタン、１−クロロプロパン、シクロヘキサン、２，３−ジメチルブタン、ｏ−キシレン、テトラクロロメタン、ヘキサフルオロベンゼン、ペンタクロロエタン、１−クロロ−２−メチルプロパン、１，１−ジクロロエチレン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１−ブロモプロパン、クメン、ｐ−クロロトルエン、ジエチルスルファイド、ｏ−クロロトルエン、ｐ−ジクロロベンゼン、１，１−ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、ｍ−ジクロロベンゼン、ｐ−ジエチルベンゼン、ｍ−ジエチルベンゼン、エチルベンゼン、トリクロロエチレン、３−クロロプロペン、ｏ−ジエチルベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ブロモエタン、トルエン、クロロベンゼン、トリクロロメタン、フルオロベンゼン、１，２−ジクロロエチレン（ｔｒａｎｓ）、１，１，２，２−テトラクロロエタン、１．２−ジクロロプロパン、ベンゼン、１，２，３−トリクロロプロパン、スチレン、イソブチロニトリル、１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ）、１−ブロモ−２−クロロエタン、１，２−ジクロロエタン、ヘキサクロロエチレン、１，２−ジブロモエタン、１，１，２−トリクロロエタン、ジクロロメタン、バレロニトリル、チオフェン、カーボンジスルァイド、クロロブロモメタン、ブロモベンゼン、２−ニトロプロパン、１−ニトロプロパン、ベンゾニトリル、ニトロエタン等、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ニトロ化炭化水素、ニトリル類等から選択された１種または２種以上の混合溶媒を用いることができる。
また、発光層４を構成する高分子材料を選択することにより、発光層４からの発光色を調整することができる。
発光層４を異なる発光色を発生する２層の発光層により形成してもよい。例えば、２層の発光層のうち一方に橙色〜赤色発光を得ることが可能な高分子材料を用い、他方に青色発光を得ることが可能な高分子材料を用いることにより、白色発光を得ることができる。この場合、白色発光を得ることが可能な有機電界発光素子に赤色、緑色および青色のフィルタを組み合わせることにより光の３原色の表示（ＲＧＢ表示）が可能となり、フルカラー表示が実現する。
また、緑色発光する発光層を備えた有機電界発光素子、橙色または赤色発光する発光層を備えた有機電界発光素子および青色発光する発光層を備えた有機電界発光素子を組み合わせて用いてもよい。この場合、橙色または赤色発光する有機電界発光素子を赤色に発光する画素（Ｒ画素）として用い、緑色発光する有機電界発光素子を緑色に発光する画素（Ｇ画素）として用い、青色発光する有機電界発光素子を青色に発光する画素（Ｂ画素）として用いることにより、光の３原色の表示（ＲＧＢ表示）が可能となり、フルカラー表示が実現する。
以下の実施例では、上記実施の形態に係る有機電界発光素子を作製し、発光特性および発光寿命を評価した。
（実施例１）
実施例１では、図１に示した三層構造を有する有機電界発光素子を次の方法により作製した。発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位および電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位には同一の骨格（ポリフルオレン骨格）が含まれる。
実施例１の有機電界発光素子の製造方法について説明する。ＩＴＯからなる陽極２を備えた基板１を用いた。まず、陽極２上に、下記式（Ｃ１）で示される分子構造を有するポリ（エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホナート）（Poly（ethylenedioxythiophene）：Poly（styrenesulphonate））（以下、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと呼ぶ）をスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、１８０℃で１０分間大気中においてベークすることにより正孔注入層３を形成した。
Figure 0004688424
次に、正孔注入層３上に、ＰＦ６−ＣＶＡＰをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、窒素雰囲気中において８０℃で５分間ベークすることにより発光層４を形成した。この際、発光層４を構成する高分子材料はｏ−ジクロロベンゼン溶液（比誘電率６．８２８）として用いた。
続いて、発光層４上に、ＰＦ６−Ａｎｔをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成することにより、正孔阻止層を兼ねる電子輸送層５を形成した。この際、ＰＦ６−Ａｎｔはトルエン溶液として用いた。電子輸送層５は、発光層４の高分子膜を損傷することなく形成された。
電子輸送層５上に、膜厚６ｎｍのカルシウムからなる電子注入層６および膜厚２００ｎｍのアルミニウムからなる陰極７を真空蒸着法により形成した。
（比較例１）
比較例１では、図１に示した三層構造を有する有機電界発光素子を次の方法により作製した。発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位および電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位には同一の骨格が含まれない。
実施例１と同様に、ＩＴＯからなる陽極２を備えた基板１を用いた。まず、実施例１と同様に、陽極２上に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、１８０℃で１０分間大気中においてベークすることにより正孔注入層３を形成した。
次に、正孔注入層３上に、ＭＥＨ−ＣＶＡＰをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、窒素雰囲気中において８０℃で５分間ベークすることにより発光層４を形成した。この際、発光層４を構成する高分子材料はｏ−ジクロロベンゼン溶液として用いた。
続いて、発光層４上に、ＰＦ６−Ａｎｔをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成することにより、正孔阻止層を兼ねる電子輸送層５を形成した。この際、ＰＦ６−Ａｎｔは、トルエン溶液として用いた。電子輸送層５は、発光層４の高分子膜を損傷することなく形成された。
電子輸送層５上に、膜厚６ｎｍのカルシウムからなる電子注入層６および膜厚２００ｎｍのアルミニウムからなる陰極７を真空蒸着法により形成した。
（評価１）
実施例１および比較例１の有機電界発光素子の発光効率を測定した。実施例１および比較例１の有機電界発光素子における発光層４および電子注入層５の材料および発光効率の測定結果を表２に示す。
Figure 0004688424
表２に示すように、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位と電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれる実施例１の有機電界発光素子は、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位と電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれない比較例１の有機電界発光素子よりも高い発光効率を有することがわかった。
（実施例２）
実施例２では、図１に示した三層構造を有する有機電界発光素子を次の方法により作製した。発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位および電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位には同一の骨格（フェニレンビニレン骨格）が含まれる。
実施例１と同様に、ＩＴＯからなる陽極２を備えた基板１を用いた。まず、実施例１と同様に、陽極２上に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、１８０℃で１０分間大気中においてベークすることにより正孔注入層３を形成した。
次に、正孔注入層３上に、ＭＥＨ−ＰＰＶをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、窒素雰囲気中において８０℃で５分間ベークすることにより発光層４を形成した。この際、ＭＥＨ−ＰＰＶはｏ−ジクロロベンゼン（比誘電率６．８２８）溶液として用いた。
続いて、発光層４上に、ＰＦ８−ＤＳＢをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成することにより、正孔阻止層を兼ねる電子輸送層５を形成した。この際、ＰＦ８−ＤＳＢは、トルエン（比誘電率２．２８３）溶液として用いた。電子輸送層５は、発光層４の高分子膜を損傷することなく形成された。
電子輸送層５上に、膜厚６ｎｍのカルシウムからなる電子注入層６および膜厚２００ｎｍのアルミニウムからなる陰極７を真空蒸着法により形成した。
（実施例３）
実施例３では、図１に示した三層構造を有する有機電界発光素子を次の方法より作製した。発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位および電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位には同一の骨格（ポリフルオレン骨格およびフェニレンビニレン骨格）が含まれる。
実施例１と同様に、ＩＴＯからなる陽極２を備えたガラス基板１を用いた。まず、実施例１と同様に、陽極２上に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、１８０℃で１０分間大気中においてベークすることにより正孔注入層３を形成した。
次に、正孔注入層３上に、ＰＦ６−ＣＶＡＰをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、窒素雰囲気中において８０℃で５分間ベークすることにより発光層４を形成した。この際、ＰＦ６−ＣＶＡＰはｏ−ジクロロベンゼン溶液として用いた。
続いて、発光層４上に、ＰＦ８−ＤＳＢを４０ｎｍの膜厚を有するようにスピンコート法により形成することにより、正孔阻止層を兼ねる電子輸送層５を形成した。この際、ＰＦ８−ＤＳＢはトルエン溶液として用いた。電子輸送層５は、発光層４の高分子膜を損傷することなく形成された。
電子輸送層５上に、膜厚６ｎｍのカルシウムからなる電子注入層６および膜厚２００ｎｍのアルミニウムからなる陰極７を真空蒸着法により形成した。
（比較例２）
比較例２では、図１に示した三層構造を有する有機電界発光素子を次の方法により作製した。
実施例１と同様に、ＩＴＯからなる陽極２を備えた基板１を用いた。まず、実施例１と同様に、陽極２上に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、１８０℃で１０分間大気中においてベークすることにより正孔注入層３を形成した。
次に、正孔注入層３上に、ＢＤＰＡＰ−ＣＮＭＥＨＰＰＶをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、窒素雰囲気中において８０℃で５分間ベークすることにより発光層４を形成した。この際、発光層４を構成する高分子はｏ−ジクロロベンゼン溶液として用いた。
続いて、発光層４上に、ＰＦ８−ＤＳＢを４０ｎｍの膜厚を有するようにスピンコート法により形成することにより、正孔阻止層を兼ねる電子輸送層５を形成した。この際、ＰＦ８−ＤＳＢはトルエン溶液として用いた。電子輸送層５は、発光層４の高分子膜を損傷することなく形成された。
正孔阻止層を兼ねる電子輸送層５上に、膜厚６ｎｍのカルシウムからなる電子注入層６および膜厚２００ｎｍのアルミニウムからなる陰極７を真空蒸着法により形成した。
（評価２）
実施例２，３および比較例２の有機電界発光素子の発光効率を測定した。実施例２，３および比較例２の有機電界発光素子における発光層４および電子輸送層５の材料および発光効率の測定結果を表３に示す。
Figure 0004688424
表３に示すように、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位と電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれる実施例２，３の有機電界発光素子は、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位と電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれない比較例２の有機電界発光素子よりも高い発光効率を有することがわかった。
また、発光層４の材料の分子量が電子輸送層５の材料の分子量よりも大きい実施例２，３の有機電界発光素子は、発光層４の材料の分子量が電子輸送層５の材料の分子量よりも小さい比較例２の有機電界発光素子よりも高い発光効率が得られることがわかった。
さらに、電子輸送層５を構成する材料が電子輸送性に加えて発光層４に対する正孔阻止性を有する実施例２の有機電界発光素子は、電子輸送層５を構成する材料が発光層４に対する正孔阻止性を有さない実施例３および比較例２の有機電界発光素子よりも高い発光効率を有することがわかった。
（実施例４）
実施例４では、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位および電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位には同一の骨格（フルオレン骨格）が含まれる。
実施例１と同様に、ＩＴＯからなる陽極２を備えた基板１を用いた。まず、実施例１と同様に、陽極２上に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、１８０℃で１０分間大気中においてベークすることにより正孔注入層３を形成した。
次に、正孔注入層３上に、ＰＶＣｚにＰＦ８−ＴＰＡを５０ｗｔ％添加したものをスピンコート法により２５ｎｍの膜厚を有するように形成し、窒素雰囲気中において８０℃で５分間ベークすることにより電子阻止層を兼ねる正孔輸送層８を形成した。この際、ＰＶＣｚはｏ−ジクロロベンゼン（比誘電率６．８２８）溶液として用いた。
次に、正孔輸送層８上に、ＰＦ８−ＢＴ１０％をスピンコート法により７０ｎｍの膜厚を有するように形成することにより発光層４を形成した。この際、ＰＦ８−ＳＢ１０％はキシレン（比誘電率２．２７４〜２．５６２）溶液として用いた。発光層４は、正孔輸送層８の高分子膜を損傷することなく形成された。
続いて、発光層４上に、膜厚６ｎｍのカルシウムからなる電子注入層６および膜厚２００ｎｍのアルミニウムからなる陰極７を真空蒸着法により形成した。
（比較例３）
比較例３では、図２に示した三層構造を有する有機電界発光素子を次の方法により作製した。
実施例１と同様に、ＩＴＯからなる陽極２を備えた基板１を用いた。まず、実施例１と同様に、陽極２上に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコート法により４０ｎｍの膜厚を有するように形成し、１８０℃で１０分間大気中においてベークすることにより正孔注入層３を形成した。
次に、正孔注入層３上に、ＰＶＣｚをスピンコート法により２５ｎｍの膜厚を有するように形成し、窒素雰囲気中において８０℃で５分間ベークすることにより電子阻止層を兼ねる正孔輸送層８を形成した。この際、ＰＶＣｚはｏ−ジクロロベンゼン（比誘電率６．８２８）溶液として用いた。
次に、正孔輸送層８上に、ＰＦ８−ＳＢ１０％をスピンコート法により７０ｎｍの膜厚を有するように形成することにより発光層４を形成した。この際、ＰＦ８−ＳＢ１０％はキシレン（比誘電率２．２７４〜２．５６２）溶液として用いた。発光層４は、正孔輸送層８の高分子膜を損傷することなく形成された。
続いて、発光層４上に、膜厚６ｎｍのカルシウムからなる電子注入層６および膜厚２００ｎｍのアルミニウムからなる陰極７を真空蒸着法により形成した。
（評価３）
実施例４および比較例３の有機電界発光素子の発光効率を測定した。実施例４および比較例３の有機電界発光素子における正孔輸送層８および発光層４の材料および発光効率の測定結果を表４に示す。
Figure 0004688424
表４に示すように、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位と電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれる実施例４の有機電界発光素子は、発光層４を構成する高分子材料の繰り返し単位と電子輸送層５を構成する高分子材料の繰り返し単位とに同一の骨格が含まれない比較例３の有機電界発光素子よりも高い発光効率を有することがわかった。
また、下層である正孔輸送層８を構成する材料の分子量が上層である発光層４の材料の分子量よりも大きいことにより、高い発光効率が得られることがわかった。
また、正孔輸送層８が２種類の材料から構成される実施例４の有機電界発光素子は、正孔輸送層８が１種類の高分子材料から構成される実施例３の有機電界発光素子よりも高い発光効率を有することがわかった。
特に、正孔輸送層８の材料としてＰＶＣｚにＰＦ８−ＴＰＡを５０ｗｔ％添加したものを用いた有機電界発光素子にあっては、正孔輸送層８の材料としてＰＶＣｚを用いた有機電界発光素子よりも発光効率が大幅に向上することがわかった。
本発明に係る有機電界発光素子は、種々の表示装置、種々の光源等に利用することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の模式的断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子の模式的断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る有機電界発光素子の模式的断面図である。 有機電界発光素子における正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層における最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルを示す模式図である。 発光層を構成する高分子材料のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルを示す図である。
符号の説明
１ 基板
２ 陽極
３ 正孔注入層
４ 発光層
５ 電子輸送層
６，６ａ 電子注入層
７，７ａ 陰極
８ 正孔輸送層
９ 保護層

Claims (7)

  1. 第１の電極と第２の電極との間に、第１の高分子材料により形成される第１の有機層および第２の高分子材料により形成される第２の有機層を備え、
    前記第１および第２の高分子材料は、複数種類のモノマーから合成された共重合体からなり、前記第１の高分子材料の繰り返し単位と前記第２の高分子材料の繰り返し単位とは共通の骨格を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 前記第１の高分子材料が発光性を有し、前記第２の高分子材料がキャリア輸送性を有することを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
  3. 前記第１の高分子材料がキャリア輸送性を有し、前記第２の高分子材料が発光性を有することを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
  4. 基板上に、前記第１の電極、前記第１の有機層、前記第２の有機層および前記第２の電極を順に備え、
    前記第２の高分子材料の分子量が前記第１の高分子材料の分子量よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機電界発光素子。
  5. 第１の電極と第２の電極との間に第１の有機層と第２の有機層とを備えた有機電界発光素子の製造方法であって、
    第１の高分子材料を第１の有機溶媒に溶解させることにより第１の高分子材料の溶液を作製する工程と、
    第２の高分子材料を第２の有機溶媒に溶解させることにより第２の高分子材料の溶液を作製する工程と、
    前記第１の高分子材料の溶液を用いて第１の有機層を形成する工程と、
    前記第１の有機層上に前記第２の高分子材料の溶液を用いて第２の有機層を形成する工程とを備え、
    前記第１および第２の高分子材料は、複数種類のモノマーから合成された共重合体からなり、 前記第１の高分子材料の繰り返し単位と前記第２の高分子材料の繰り返し単位とが共通の骨格を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
  6. 前記第２の高分子材料は、前記第１の高分子材料の分子量よりも小さい分子量を有することを特徴とする請求項５記載の有機電界発光素子の製造方法。
  7. 前記第１の有機溶媒の比誘電率は、前記第２の有機溶媒の比誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項５または６記載の有機電界発光素子の製造方法。
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