フルオレン誘導体、有機化合物、および該化合物を用いた発光素子、発光装置並びに電子機器
【課題】バイポーラ性を有する新規な有機化合物を提供することを目的とする。また、発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減する。
【解決手段】フルオレン骨格を有しており、当該フルオレン骨格における９位の炭素を介して電子受容ユニットとホール受容ユニットが結合している構造を有している有機化合物を提供する。当該有機化合物はバイポーラ性を有する有機化合物である。また、バンドギャップの広い有機化合物である。当該有機化合物を用いることで発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することができる。
【解決手段】フルオレン骨格を有しており、当該フルオレン骨格における９位の炭素を介して電子受容ユニットとホール受容ユニットが結合している構造を有している有機化合物を提供する。当該有機化合物はバイポーラ性を有する有機化合物である。また、バンドギャップの広い有機化合物である。当該有機化合物を用いることで発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フルオレン誘導体、有機化合物（有機半導体材料）および該材料を用いた発光素子、発光装置、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物は無機化合物に比べて、多様な構造をとることができ、適切な分子設計により様々な機能を有する材料を合成できる可能性がある。これらの利点から、近年、機能性有機材料を用いたエレクトロニクスに注目が集まっている。
【０００３】
例えば、有機化合物を機能性材料として用いたエレクトロニクスデバイスの例として、太陽電池や発光素子、有機トランジスタ等が挙げられる。これらは有機化合物の電気物性および光物性を利用したデバイスであり、特に発光素子はめざましい発展を見せている。
【０００４】
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホールが発光層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に緩和する際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起状態（Ｓ＊）と三重項励起状態（Ｔ＊）が知られており、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。また、当該発光素子における励起状態の統計的な生成比率は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であると考えられている。
【０００５】
一重項励起状態を発光に変換する化合物（以下、蛍光性化合物と称す）は、室温において三重項励起状態からの発光（りん光）は観測されず、一重項励起状態からの発光（蛍光）のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の理論的限界は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であることを根拠に２５％とされている。
【０００６】
一方、三重項励起状態を発光に変換する化合物（以下、りん光性化合物と称す）を用いれば、内部量子効率は７５〜１００％まで理論上は可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて３〜４倍の発光効率が可能となる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、りん光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている。
【０００７】
上述したりん光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、りん光性化合物の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制するために、他の物質からなるマトリクス中に該りん光性化合物が分散するように形成することが多い。この時、マトリクスとなる物質はホスト材料、りん光性化合物のようにマトリクス中に分散される物質はゲスト材料と呼ばれる。
【０００８】
りん光性化合物をゲスト材料とする場合、ホスト材料に必要とされる性質は、広いエネルギーギャップ（最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差）を有する、もしくは、該りん光性化合物よりも大きな三重項励起エネルギー（基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差）を有することである。そのため、このような性質を有する物質の開発が進められている。
【０００９】
例えば、特許文献１では、発光素子のホスト材料に好適な材料として、フルオレン骨格を有する、下記構造式のような物質が開示されている。
【００１０】
【化１】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開番号 Ｗ２００５／０９２８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載されている物質は、その実施例からもわかるように、ホール輸送性を示す。そのため、特許文献１に記載されている材料を発光層のホスト材料として用いた場合、発光層をホールが突き抜けていることが予想される。特許文献１では、発光層をホールが突き抜けていくことを防止するため、発光層の陰極側にホールブロック材料でもあるＢＡｌｑを用いて正孔阻止層兼電子輸送層を形成している。このように、特許文献１に記載の上記構造を有する物資を発光層のホスト材料として用いると、当該ホスト材料がホール輸送性であるため、発光領域が発光層と電子輸送層（ホールブロック層）との界面に偏る可能性がある。発光領域が局所的に偏ると、三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光が生じてしまい、発光効率が低下してしまう。
【００１３】
これを抑制するためには、ホスト材料は酸化及び還元のいずれも可能なバイポーラ性を有し、かつ酸化、還元の双方に安定であることが要求される。しかしながら、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格を直接結合させると、バンドギャップの低下を招くために、高い三重項励起エネルギーを有する材料を得ることは困難である。また、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格との間に置換基を導入して共役系を拡張してしまうと、バンドギャップの低下及び三重項励起エネルギーの低下を引き起こすという問題がある。
【００１４】
よって、本発明は、バイポーラ性を有し且つ広いバンドギャップ又は高い三重項励起エネルギーを有する新規な有機半導体材料を提供することを目的とする。
【００１５】
また、発光素子の駆動電圧を低減することを目的とする。また、発光素子の発光効率を向上させることを目的とする。
【００１６】
また、発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格とを、フルオレンの９位の炭素を介して結合することで、広いエネルギーギャップを保ったまま電子輸送性とホール輸送性の両方を有する（つまり、バイポーラ性を有する）材料を得ることができることを見いだした。
【００１８】
より具体的には、一般式（Ｇ１）で表される材料が、広いエネルギーギャップと、バイポーラ性とを同時に備えることを見いだした。
【００１９】
よって、本発明の一は、一般式（Ｇ１）で表される有機化合物（有機半導体材料）である。
【００２０】
【化２】
【００２１】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。なお、電子受容ユニットとは、ホール受容ユニットよりも電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きいものである。また、電子受容ユニットは電子輸送性を有する骨格であり、ホール受容ユニットはホール輸送性を有する骨格である。））
【００２２】
上記構成においては、電子受容ユニットＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＥＡＨ、ホール受容ユニットＨＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＨＡＨ及びフルオレンの三つの物質は、最も電子親和力が大きいものが化合物ＥＡＨであり、最もイオン化ポテンシャルが小さいものが化合物ＨＡＨであるという関係を有する。なお、上記構成においてフルオレンの１位乃至８位は置換基を有していても良く、当該置換基としては、それぞれ独立に炭素数１乃至６のアルキル基または炭素数６乃至１３のアリール基のいずれかを選択することができる。
【００２３】
また、上記構成において、電子受容ユニットＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であり、ホール受容ユニットＨＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが好ましい。特に、発光素子に用いる場合には、ＥＡの結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であり、ＨＡの結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることがより好ましい。
【００２４】
上記構成において、ＥＡで表される置換基としては、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基及びこれらうちのいずれかの基を有するフェニル基などが挙げられる。
【００２５】
また、上記構成において、ＨＡで表される置換基としては、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基を有するフェニル基、またはジアリールアミノ基を有するフェニル基などが挙げられる。
【００２６】
上述した一般式（Ｇ１）で表されるフルオレン誘導体は、バイポーラ性を有しているため、有機半導体材料として、発光素子や有機トランジスタなどの有機デバイスに好適に用いることができる。
【００２７】
よって、本発明の一は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を用いた発光素子である。つまり、一対の電極間に一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含む発光素子である。
【００２８】
特に、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、大きな三重項励起エネルギーを有するため、りん光性化合物とともに発光素子に用いた場合、より顕著な効果を有する。
【００２９】
よって、本発明の一は、一対の電極間に、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含み、発光層にりん光性化合物を含む発光素子である。
【００３０】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料はバイポーラ性を有するため、発光層に用いることが好ましい。
【００３１】
また、本発明は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含む発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。
【００３２】
よって、本発明の一は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含む発光素子と、発光素子の発光を制御する制御回路とを有する発光装置である。
【００３３】
なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置を含む）を含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【００３４】
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の有機半導体材料は、バイポーラ性且つ広いエネルギーギャップ又は大きい三重項励起エネルギーを有する新規な材料である。
【００３６】
また、本発明を適用することにより、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明を適用することにより、発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光素子を説明する図。
【図４】本発明の発光装置を説明する図。
【図５】本発明の発光装置を説明する図。
【図６】本発明の電子機器を説明する図。
【図７】本発明の電子機器を説明する図。
【図８】本発明の電子機器を説明する図。
【図９】本発明の電子機器を説明する図。
【図１０】本発明の照明装置を説明する図。
【図１１】本発明の照明装置を説明する図。
【図１２】本発明の電子機器を説明する図。
【図１３】Ｆ−ＢＰＡ−ＰｂｉｍのＮＭＲチャート。
【図１４】Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍの吸収スペクトル及び発光スペクトル。
【図１５】Ｆ−ＢＰＡ−ＰｂｉｍにおけるＨＯＭＯ及びＬＵＭＯを示す図。
【図１６】ＢＰＡＢＩｍにおけるＨＯＭＯ及びＬＵＭＯを示す図。
【図１７】ＢＰＡＢＩｍの吸収スペクトル及び発光スペクトル。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００４０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明に係る有機化合物として、例えば下記有機半導体材料について説明する。
【００４１】
本発明に係る有機半導体材料は、フルオレン骨格を有しており、当該フルオレン骨格における９位の炭素を介して電子受容ユニットとホール受容ユニットが結合している構造を有している。
【００４２】
より具体的には、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料である。
【００４３】
【化３】
【００４４】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。但し、ＨＡに結合したフルオレン基を水素で置換した物質をＨＡＨ、ＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した物質をＥＡＨとした際、ＨＡＨ、ＥＡＨ、フルオレンの中で最も電子親和力が大きい物質がＥＡＨ、イオン化ポテンシャルが小さい物質がＨＡＨである関係を有する。また、式中、フルオレンの１位乃至８位は置換基を有していても良く、当該置換基としては、炭素数１乃至６のアルキル基または炭素数６乃至１３のアリール基を選択することができる。）
【００４５】
このような構造を有する有機半導体材料は、分子内に電子受容ユニットおよびホール受容ユニットを有するため、電子もホールも輸送することができるバイポーラ性の材料である。
【００４６】
分子内に電子受容ユニットとホール受容ユニットを有する化合物であっても、ユニット同士が相互作用してしまうことによってバイポーラ性を有さない場合もあるが、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、フルオレンの９位の炭素を介して電子受容ユニットＥＡとホール受容ユニットＨＡが結合していることから、分子内での相互作用が抑制され、バイポーラ性を実現する。また、同様に共役の広がりをフルオレンの９位の炭素が抑制することで、広いエネルギーギャップ又は大きい三重項励起エネルギーを有する有機半導体材料となる。
【００４７】
なお、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料の電子親和力は、２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であることが好ましい。特に、当該有機半導体材料を発光素子に用いる場合、発光素子に用いられる一般的な有機材料の電子親和力の値を考慮すると、当該有機半導体材料の電子親和力は２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であることがより好ましい。ここで、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、上述したように分子内における電子受容ユニットＥＡとホール受容ユニットＨＡの相互作用が抑制されているため、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料の電子親和力は、最も電子親和力の大きい、ＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した物質ＥＡＨの電子親和力の値とほぼ同じ値になる。よって、電子受容ユニットＥＡを選択する際は、ＥＡＨで表される化合物の電子親和力が２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下となるユニットを選択することが好ましい。また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光素子に用いる場合、電子受容ユニットＥＡを選択する際は、ＥＡＨで表される化合物の電子親和力が２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下のユニットを選択することが好ましい。
【００４８】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のイオン化ポテンシャルは、４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが好ましい。特に当該有機半導体材料を発光素子に用いる場合、発光素子に用いられる一般的な有機材料のイオン化ポテンシャルの値を考慮すると、当該有機半導体材料のイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることがより好ましい。ここで、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のイオン化ポテンシャルは、分子内における電子受容ユニットとホール受容ユニットの相互作用が抑制されていることから、最もイオン化ポテンシャルの小さいＨＡの結合手を水素で置換した物質ＨＡＨのイオン化ポテンシャルとほぼ同じ値になる。よって、ホール受容ユニットＨＡを選択する際は、ＨＡＨで表される化合物のイオン化ポテンシャルが４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるユニットを選択することが好ましい。また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光素子に用いる場合、ホール受容ユニットＨＡを選択する際は、ＨＡＨで表される化合物のイオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であるユニットを選択することがより好ましい。
【００４９】
このように、本実施の形態の有機半導体材料は、フルオレンの９位の炭素を介して電子受容ユニット及びホール受容ユニットを結合していることから、共役の広がりが抑制され、物質全体として、電子受容ユニットＥＡの大きい電子親和力と、ホール受容ユニットＨＡの小さいイオン化ポテンシャルを併せ持ちながらも、バンドギャップの広い有機半導体材料、または、三重項励起エネルギーの大きな有機半導体材料を得ることができるようになる。また、同様に、電子受容ユニットとホール受容ユニットの相互作用が抑制されていることから、バイポーラ性の有機半導体材料を得ることができるようになる。
【００５０】
電子受容ユニットＥＡとしては、大きい電子親和力を有するπ電子不足系ヘテロ芳香族置換基が好ましい。π電子不足系ヘテロ芳香族置換基としては、含窒素６員芳香環基（ただし、該含窒素６員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、１，２−アゾール基（ただし、該１，２−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、１，３−アゾール基（ただし、該１，３−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、ポリアゾール基（ただし、該ポリアゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、などが挙げられる。また、これらの基のいずれかの基を有するフェニル基も同様に電子受容ユニットＥＡとして有効である。特に、含窒素６員芳香環基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基及びこれらの基を有するフェニル基は、比較的大きな電子親和力を有すると共に、還元に対して安定で、高い電子輸送性を示すため、電子受容ユニットＥＡとして好ましい選択である。
【００５１】
含窒素６員芳香環基としては、例えば、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピラジニル基、置換または無置換のピリミジニル基、置換または無置換のピリダジニル基、置換または無置換の１，２，４−トリアジニル基、置換または無置換の１，３，５−トリアジニル基、置換または無置換のキノリル基、置換または無置換のイソキノリル基、置換または無置換の１，５−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，６−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，７−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，８−ナフチリジニル基、置換または無置換の２，６−ナフチリジニル基、置換または無置換の２，７−ナフチリジニル基、置換または無置換のキノキサリニル基、置換または無置換のジベンゾキノキサリニル基、置換または無置換のキナゾリニル基、置換または無置換のフタラジニル基、置換または無置換のシンノリニル基、置換または無置換のフェナントリジニル基、置換または無置換の１，１０−フェナントロリニル基、などが挙げられる。
【００５２】
また１，２−アゾール基としては、例えば、置換または無置換のピラゾリル基、置換または無置換のイソオキサゾリル基、置換または無置換のイソチアゾリル基、置換または無置換のインダゾリル基、置換または無置換の１，２−ベンゾイソオキサゾリル基、置換または無置換の１，２−ベンゾイソチアゾリル基、置換または無置換の２，１−ベンゾイソオキサゾリル基、置換または無置換の２，１−ベンゾイソチアゾリル基、などが挙げられる。
【００５３】
また１，３−アゾール基としては、例えば、置換または無置換のイミダゾリル基、置換または無置換のオキサゾリル基、置換または無置換のチアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−ベンゾイミダゾリル基、置換または無置換のベンゾオキサゾリル基、置換または無置換のベンゾチアゾリル基、イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基などが挙げられる。
【００５４】
またポリアゾール基としては、例えば、置換または無置換の１Ｈ−１，２，３−トリアゾリル基、置換または無置換の１，２，５−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，２，５−チアジアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−１，２，４−トリアゾリル基、置換または無置換の４Ｈ−１，２，４−トリアゾリル基、置換または無置換の１，２，４−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，２，４−チアジアゾリル基、置換または無置換の１，３，４−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，３，４−チアジアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−ベンゾトリアゾリル基、置換または無置換の２Ｈ−ベンゾトリアゾリル基、置換または無置換の２，１，３−ベンゾオキサジアゾリル基、置換または無置換の２，１，３−ベンゾチアジアゾリル基、などが挙げられる。
【００５５】
なお、上述した含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基がさらに置換基を有する場合、その置換基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基のようなアリール基や、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基のようなヘテロアリール基や、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基のようなアルキル基などが挙げられる。
【００５６】
含窒素６員芳香環基（ただし、該含窒素６員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（２−ピリジル）フェニル基、（５−メチル−２−ピリジル）フェニル基、（６−メチル−２−ピリジル）フェニル基、（３−フェニル−２−ピリジル）フェニル基、（６−フェニル−２−ピリジル）フェニル基、（３−ピリジル）フェニル基、（６−メチル−３−ピリジル）フェニル基、（２，２’：６’，２’’−テルピリジン−４’−イル）フェニル基、（３−フェニルピラジン−２−イル）フェニル基、（３，５，６−トリフェニルピラジン−２−イル）フェニル基、（ピリミジン−４−イル）フェニル基、（６−メチルピリミジン−４−イル）フェニル基、（６−フェニルピリミジン−４−イル）フェニル基、（ピリミジン−５−イル）フェニル基、（２，４，６−トリフェニルピリミジン−５−イル）フェニル基、（６−フェニルピリダジン−３−イル）フェニル基、（３−メチル−１，２，４−トリアジン−６−イル）フェニル基、（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）フェニル基、（３−キノリル）フェニル基、（８−キノリル）フェニル基、（２，４−ジメチル−８−キノリル）フェニル基、（４−イソキノリル）フェニル基、（１，５−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（１，６−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、（５，７−ジメチル−１，６−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、（５−メチル−１，６−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、（１，７−ナフチリジン−８−イル）フェニル基、（１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、（３−メチル−１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、（１，８−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（２−メチル−１，８−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（１，８−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、（２，６−ナフチリジン−１−イル）フェニル基、（２，７−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（キノキサリン−２−イル）フェニル基、（３−メチルキノキサリン−２−イル）フェニル基、（３−イソプロピルキノキサリン−２−イル）フェニル基、（３−フェニルキノキサリン−２−イル）フェニル基、（キナゾリン−４−イル）フェニル基、（フタラジン−１−イル）フェニル基、（３−フェニルシンノリン−４−イル）フェニル基、（フェナントリジン−６−イル）フェニル基、（１，１０−フェナントロリン−２−イル）フェニル基、（１，１０−フェナントロリン−３−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００５７】
また、１，２−アゾール基（ただし、該１，２−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（３，５−ジフェニル−１Ｈ−ピラゾール−１−イル）フェニル基、（１，５−ジフェニル−１Ｈ−ピラゾール−３−イル）フェニル基、（５−フェニルイソオキサゾール−３−イル）フェニル基、（５−フェニルイソチアゾール−３−イル）フェニル基、（３−メチル−１，２−ベンゾイソオキサゾール−５−イル）フェニル基、（３−メチル−１，２−ベンゾイソチアゾール−５−イル）フェニル基、（２，１−ベンゾイソオキサゾール−３−イル）フェニル基、（２，１−ベンゾイソチアゾール−３−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００５８】
また、１，３−アゾール基（ただし、該１，３−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（２，４−ジフェニル−１Ｈ−イミダゾール−１−イル）フェニル基、（２−フェニルオキサゾール−４−イル）フェニル基、（２−フェニルチアゾール−４−イル）フェニル基、（１−メチル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、（１−エチル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、（２−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−１−イル）フェニル基、（ベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル基、（５−フェニルベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル基、［５−（ｐ−トリル）ベンゾオキサゾール−２−イル］フェニル基、（ベンゾチアゾール−２−イル）フェニル基、（５−フェニルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル基、［５−（ｐ−トリル）ベンゾチアゾール−２−イル］フェニル基、（イミダゾ［１，２−ａ］ピリジン−２−イル）フェニル基、（５−フェニルイミダゾ［１，２−ａ］ピリジン−２−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００５９】
また、ポリアゾール基（ただし、該ポリアゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（１−フェニル−１Ｈ−１，２，３−トリアゾール−４−イル）フェニル基、（４−フェニル−１，２，５−オキサジアゾール−３−イル）フェニル基、（４−フェニル−１，２，５−チアジアゾール−３−イル）フェニル基、（５−メチル−１−フェニル−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）フェニル基、（４，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）フェニル基、［４−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）−５−フェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、（３，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−４−イル）フェニル基、［４−フェニル−５−（２−ピリジル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、［５−（２−ピリジル）−４−（４−ピリジル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、［５−フェニル−４−（８−キノリル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、（３−フェニル−１，２，４−オキサジアゾール−５−イル）フェニル基、（３−フェニル−１，２，４−チアジアゾール−５−イル）フェニル基、（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル基、［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］フェニル基、［５−（２−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］フェニル基、｛５−［４−（１−ナフチル）フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル｝フェニル基、｛５−［４−（２−ナフチル）フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル｝フェニル基、（５−フェニル−１，３，４−チアジアゾール−２−イル）フェニル基、［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−チアジアゾール−２−イル］フェニル基、［５−（２−ナフチル）−１，３，４−チアジアゾール−２−イル］フェニル基、｛５−［４−（１−ナフチル）フェニル］−１，３，４−チアジアゾール−２−イル｝フェニル基、｛５−［４−（２−ナフチル）フェニル］−１，３，４−チアジアゾール−２−イル｝フェニル基、などが挙げられる。
【００６０】
ホール受容ユニットＨＡとしては、小さいイオン化ポテンシャルを有する、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基を有するフェニル基、またはジアリールアミノ基を有するフェニル基が好ましい。なお、ジアリールアミノ基は、アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成してもよい。特に、ジアリールアミノ基（アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成する場合を含む）は、比較的小さいイオン化ポテンシャルを示すと共に、酸化に対して安定で、高いホール輸送性を示すため好ましい。
【００６１】
フェニル基に結合するπ電子過剰系ヘテロ芳香族置換基としては、モノヘテロ５員芳香環基（ただし、該モノヘテロ５員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）が挙げられ、具体的には、置換または無置換のピロリル基、置換または無置換のフリル基、置換または無置換のチエニル基、置換または無置換のインドリル基、置換または無置換のベンゾフリル基、置換または無置換のジベンゾフラニル基、置換または無置換のベンゾチエニル基、置換または無置換のジベンゾチオフェニル基、置換または無置換のイソインドリル基、置換または無置換のイソベンゾフリル基、置換または無置換のイソベンゾチエニル基、置換または無置換のカルバゾリル基などが挙げられる。
【００６２】
また、フェニル基に結合するジアリールアミノ基としては、置換または無置換のジフェニルアミノ基、置換または無置換のＮ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ基、置換または無置換のＮ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ基、などが挙げられる。さらにジアリールアミノ基は、アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成してもよく、その場合のホール受容ユニットは、置換または無置換の９Ｈ−カルバゾール−９−イル基、置換または無置換の１０Ｈ−フェノキサジン−１０−イル基、置換または無置換の１０Ｈ−フェノチアジン−１０−イル基、置換または無置換の５，１０−ジヒドロフェナジン−５−イル基となる。
【００６３】
なお、上述したモノヘテロ５員芳香環基やジアリールアミノ基がさらに置換基を有する場合、その置換基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基のようなアリール基や、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基のようなヘテロアリール基や、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基のようなアルキル基などが挙げられる。
【００６４】
モノヘテロ５員芳香環基（ただし、該モノヘテロ５員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するホール受容ユニットＨＡの具体例としては、（１−メチル−５−フェニル−１Ｈ−ピロール−２−イル）フェニル基、（１，５−ジフェニル−１Ｈ−ピロール−２−イル）フェニル基、（２，５−ジフェニル−１Ｈ−ピロール−１−イル）フェニル基、（５−フェニル−２−フリル）フェニル基、（５−フェニル−２−チエニル）フェニル基、（１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、（２−メチル−１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、（２−フェニル−１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、（１−フェニル−１Ｈ−インドール−２−イル）フェニル基、（２−ベンゾフリル）フェニル基、（２−ベンゾチエニル）フェニル基、（２，３−ジフェニルイソインドール−１−イル）フェニル基、（３−フェニルイソフリル）フェニル基、（３−フェニルイソチエニル）フェニル基、などが挙げられる。
【００６５】
ジアリールアミノ基（アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成する場合を含む）を有するホール受容ユニットＨＡの具体例としては、（ジフェニルアミノ）フェニル基、［Ｎ−（ビフェニル−４−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル基、｛Ｎ−［４−（１−ナフチル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル基、｛Ｎ−［４−（２−ナフチル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル基、｛Ｎ，Ｎ−ビス［４−（１−ナフチル）フェニル］アミノ｝フェニル基、［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル基、（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル基、（３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル基、［３−（１−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル基、［３−（２−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル基、（１０−フェニル−５，１０−ジヒドロフェナジン−５−イル）フェニル基、（１０Ｈ−フェノキサジン−１０−イル）フェニル基、（１０Ｈ−フェノチアジン−１０−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００６６】
一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は電子輸送性もホール輸送性も有するバイポーラ性である。そのため、発光素子に適用した場合、駆動電圧を低減することができる。特に発光層に適用した場合に顕著な効果が得られる。
【００６７】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光層のホスト材料として用いた場合、発光領域が局所的に偏ることを抑制でき、発光性の高い物質の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制することができる。よって、高い発光効率を実現できる。
【００６８】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、中心に、フルオレン骨格を有することにより、立体的に嵩高い構造となっている。このため、膜にした場合に結晶化しにくい。よって、アモルファス状態を維持しやすく、発光素子に好適である。また、モルフォロジーに優れ、膜質が安定であることも、発光素子に適用好適である理由となる。
【００６９】
また、電子輸送ユニットＥＡとホール輸送ユニットＨＡをつなぐ骨格が、フルオレンであり、あまり分子量の大きくない骨格であるため、溶解性にも優れ、精製がしやすく不純物による素子寿命の低下も抑制することができる。また、同様の理由により適度な昇華性を有し、蒸着がしやすいという特徴も有する。さらに、フルオレン骨格は、光照射時にも環化などの分子内反応が起こりにくく、安定に存在することができる構造である。
【００７０】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、三重項励起エネルギーが大きい材料である。よって、蛍光性化合物はもちろん、りん光性化合物が発光中心材料である発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示すりん光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
【００７１】
また、本発明に係る有機半導体材料は、エネルギーギャップ（最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差）が大きい材料である。よって、蛍光性化合物とともに発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示す蛍光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
【００７２】
上記一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のより具体的な例は、下記一般式（Ｇ２−１）で表されるフルオレン誘導体である。
【００７３】
【化４】
【００７４】
但し、一般式（Ｇ２−１）中、Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍ及びｎはそれぞれ独立に０又は１の値を示し、α１及びα２はそれぞれ独立にフェニレン基又はビフェニルジイル基等のアリ−レン基を表す。また、Ａｒ１又はＡｒ２はそれぞれ独立にフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基及びトリフェニレニル基のいずれか一を表す。
【００７５】
なお、一般式（Ｇ２−１）において、α１及びα２はフェニレン基であることが好ましい。また、Ａｒ１又はＡｒ２はフェニル基であることが好ましい。すなわち、下記一般式（Ｇ２−２）で表されるフルオレン誘導体が好ましい。
【００７６】
【化５】
【００７７】
但し、一般式（Ｇ２−２）中、Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍは０又は１の値を示す。
【００７８】
一般式（Ｇ２−２）で表されるフルオレン誘導体において、Ｅ１はフェニル基の結合した窒素原子であることが好ましく、当該フルオレン誘導体は下記一般式（Ｇ２−３）で表される。
【００７９】
【化６】
【００８０】
なお、式中ｍは０又は１の値を示す。
【００８１】
一般式（Ｇ２−３）で表されるフルオレン誘導体において、ベンゾイミダゾール基が置換するフェニレン基はパラ置換のフェニレン基であることが好ましく、また、ｍは０であることが好ましい。すなわち、より好ましいフルオレン誘導体は下記構造式（１）で表されるフルオレン誘導体である。
【００８２】
【化７】
【００８３】
上述のフルオレン誘導体は電子輸送性もホール輸送性も有するバイポーラ性である。そのため、発光素子に適用した場合、駆動電圧を低減することができる。特に発光層に適用した場合に顕著な効果が得られる。
【００８４】
また、上述のフルオレン誘導体を発光層のホスト材料として用いた場合、発光領域が局所的に偏ることを抑制でき、発光性の高い物質の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制することができる。よって、高い発光効率を実現できる。
【００８５】
また、上述のフルオレン誘導体は、中心に、フルオレン骨格を有することにより、立体的に嵩高い構造となっている。このため、膜にした場合に結晶化しにくい。よって、アモルファス状態を維持しやすく、発光素子に好適である。また、モルフォロジーに優れ、膜質が安定であることも、発光素子に適用好適である理由となる。
【００８６】
また、電子輸送ユニットＥＡとホール輸送ユニットＨＡをつなぐ骨格が、フルオレンであり、あまり分子量の大きくない骨格であるため、溶解性にも優れ、精製がしやすく不純物による素子寿命の低下も抑制することができる。また、同様の理由により適度な昇華性を有し、蒸着がしやすいという特徴も有する。さらに、フルオレン骨格は、光照射時にも環化などの分子内反応が起こりにくく、安定に存在することができる構造である。
【００８７】
また、上述のフルオレン誘導体は、三重項励起エネルギーが大きい材料である。よって、蛍光化合物はもちろん、りん光性化合物が発光中心材料である発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示すりん光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
【００８８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した下記一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料の合成方法を説明する。実施の形態１で示した有機半導体材料は、フルオレンの９位の炭素に電子輸送性ユニットと、ホール輸送性ユニットを同時に結合する材料である。つまり、非対称の物質である。ところが、無置換フルオレンの９位の炭素に結合する二つの水素はエネルギー的に完全に同一であって、識別ができないため、無置換フルオレンと電子輸送性ユニット及びホール輸送性ユニットのカップリング反応では合成が非常に困難である。そこで、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下のような合成方法によって実施の形態１で示した有機半導体材料を得ることができることを見出した。
【００８９】
【化８】
【００９０】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットを表す。但し、ＨＡの結合手をＨで置換した物質をＨＡＨ、ＥＡの結合手をＨで置換した物質をＥＡＨとした際、ＨＡＨ、ＥＡＨ、フルオレンの中で最も電子親和力が大きい物質がＥＡＨ、イオン化ポテンシャルが小さい物質がＨＡＨである関係を有する。また、式中、フルオレンの１位乃至８位は置換基を有していても良く、当該置換基としては、それぞれ独立に炭素数１乃至６のアルキル基または炭素数６乃至１３のアリール基のいずれかを選択することができる。）
【００９１】
＜合成法１＞
まず、電子受容ユニットＥＡのハロゲン化物（化合物１）と、ホール受容ユニットＨＡのアシル化合物（化合物２）とを反応させることで、ケトン構造を有する化合物３を得る（反応式（Ａ−１−１））。
【００９２】
【化９】
【００９３】
なお、反応式（Ａ−１−１）において、Ｘ１は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ２はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素などを表す。
【００９４】
また、化合物３は、下記反応式（Ａ−１−２）で表される反応によっても得ることができる。下記反応式（Ａ−１−２）で表される反応ではホール受容ユニットＨＡのハロゲン化物（化合物４）と、電子受容ユニットＥＡのアシル化合物（化合物５）とを反応させることで、ケトン構造を有する化合物３を得る。
【００９５】
【化１０】
【００９６】
なお、反応式（Ａ−１−２）において、Ｘ３は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ４はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素等を表す。
【００９７】
続いて、ビフェニル誘導体（化合物６）と、化合物３とを反応させることで、アルコール体（化合物７）を得ることができる（反応式（Ａ−２））。
【００９８】
【化１１】
【００９９】
反応式（Ａ−２）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度に）する置換基を表す。
【０１００】
最後に、化合物７の脱水環化反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ａ−３））。
【０１０１】
【化１２】
【０１０２】
反応式（Ａ−３）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。
【０１０３】
次に、別の方法による化合物（Ｇ１）の合成法をしめす。
【０１０４】
＜合成法２＞
合成法２では、実施の形態１で示した一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のフルオレン９位に結合しているホール受容ユニットＨＡを、ホール輸送骨格ＨＡ１とアリーレン基Ｒ１を用いてＨＡ１−Ｒ１−基として表す。これにより、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、下記一般式（Ｇ１−１）の様に表すことができる。
【０１０５】
【化１３】
【０１０６】
なお合成法２において、ホール受容骨格ＨＡ１で表される置換基としては、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基、またはジアリールアミノ基などが挙げられる。またＲ１はアリーレン基を示す。
【０１０７】
まず、電子受容ユニットＥＡのハロゲン化物（化合物１）と、アシル化合物（化合物８）とを反応させることで、ケトン構造を有する化合物９を得ることができる（反応式（Ｂ−１））。
【０１０８】
【化１４】
【０１０９】
反応式（Ｂ−１）において、Ｘ１は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ６はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素等を表し、Ｘ７はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１１０】
次に、ビフェニル誘導体（化合物６）と、化合物９とを反応させることで、アルコール（化合物７）を得ることができる（反応式（Ｂ−２））。
【０１１１】
【化１５】
【０１１２】
反応式（Ｂ−２）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ７はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１１３】
次いで、化合物１０の脱水環化反応を行うことにより、フルオレン化合物（化合物１１）を得ることができる（反応式（Ｂ−３））。
【０１１４】
【化１６】
【０１１５】
反応式（Ｂ−３）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。
【０１１６】
最後に、化合物１１と、ホール受容骨格ＨＡ１を有する化合物１２とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−１）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｂ−４））。
【０１１７】
【化１７】
【０１１８】
反応式（Ｂ−４）において、Ｘ７はハロゲン、トリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）、Ｘ８はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｂ−４）におけるカップリング反応は、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１１９】
次に、別の方法による化合物（Ｇ１）の合成法を示す。
【０１２０】
＜合成法３＞
合成法３では、実施の形態１に示した一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のフルオレン９位に結合している電子受容ユニットＥＡを、電子輸送骨格ＥＡ１とアリーレン基Ｒ２を用いてＥＡ１−Ｒ２−基として表す。これにより一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は下記一般式（Ｇ１−２）の様に表すことができる。
【０１２１】
【化１８】
【０１２２】
合成法３において、ＥＡ１で表される置換基としては、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基などが挙げられる。またＲ２はアリーレン基を示す。
【０１２３】
まず、ホール受容ユニットＨＡのハロゲン化物（化合物４）と、Ｒ２を有するアシル化合物（化合物１３）とを反応させることで、ホール受容ユニットＨＡ、Ｒ２を含み、ケトン構造を有する化合物１４を得ることができる（反応式（Ｃ−１））。
【０１２４】
【化１９】
【０１２５】
反応式（Ｃ−１）において、Ｘ３は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ９はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素等を表し、Ｘ１０はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１２６】
次に、ビフェニル誘導体（化合物６）と、化合物１４とを反応させることで、アルコール体（化合物１５）を得ることができる（反応式（Ｃ−２））。
【０１２７】
【化２０】
【０１２８】
反応式（Ｃ−２）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ１０はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１２９】
次いで、化合物１５の脱水環化反応を行うことにより、化合物１６を得ることができる（反応式（Ｃ−３））。
【０１３０】
【化２１】
【０１３１】
反応式（Ｃ−３）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。反応式（Ｃ−３）において、Ｘ１０はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１３２】
最後に、化合物１６と、電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−２）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｃ−４））。
【０１３３】
【化２２】
【０１３４】
反応式（Ｃ−４）において、Ｘ１０はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）、Ｘ１１はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｃ−４）におけるカップリング反応は、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１３５】
また、別の方法による化合物（Ｇ１）の合成法を示す。
【０１３６】
＜合成法４＞
合成法４では、実施の形態１で示した一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のフルオレン９位に結合しているホール受容ユニットＨＡを、ホール輸送骨格ＨＡ１とアリーレン基Ｒ１を用いてＨＡ１−Ｒ１基として表し、電子受容ユニットＥＡを、電子輸送骨格ＥＡ１とアリーレン基Ｒ２を用いてＥＡ１−Ｒ２基として表す。これにより、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、下記一般式（Ｇ１−３）の様に表すことができる。
【０１３７】
【化２３】
【０１３８】
なお、合成法４において、電子輸送骨格ＥＡ１として表される置換基としては、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基などが挙げられる。また、正孔輸送骨格ＨＡ１として表される置換基としては、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基、またはジアリールアミノ基などが挙げられる。またＲ１とＲ２はアリーレン基を示す。
【０１３９】
まず、ビフェニル誘導体（化合物６）と、Ｒ１及びＲ２を含みケトン構造を有する化合物１８とを反応させることで、アルコール体（化合物１９）を得ることができる（反応式（Ｄ−１））。
【０１４０】
【化２４】
【０１４１】
反応式（Ｄ−１）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ１２及びＸ１３はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１４２】
次いで、化合物１９の脱水環化反応を行うことにより、フルオレン化合物２０を得ることができる（反応式（Ｄ−２））。
【０１４３】
【化２５】
【０１４４】
反応式（Ｄ−２）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。反応式（Ｄ−２）において、Ｘ１２、及びＸ１３はそれぞれ独立にハロゲン又はヒドロキシル基等を表す。
【０１４５】
続いて、化合物２０と、ホール受容骨格ＨＡ１を有する化合物１２とのカップリング反応を行うことにより、化合物２１を得ることができる（反応式（Ｄ−３−１））。
【０１４６】
【化２６】
【０１４７】
反応式（Ｄ−３−１）において、Ｘ１２、及びＸ１３はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）を表し、Ｘ８はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。Ｘ１２及びＸ１３は同じであっても異なっていても良い。反応式（Ｄ−３−１）におけるカップリング反応は、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１４８】
最後に、化合物２１と、電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−３）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｄ−３−２））。
【０１４９】
【化２７】
【０１５０】
反応式（Ｄ−３−２）において、Ｘ１３はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）を表し、Ｘ１１はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｄ−３−２）におけるカップリング反応としては、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１５１】
また、合成法４においては、化合物２０に対して先に電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７をカップリングしても良い。すなわち、まず、化合物２０と、電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７とのカップリング反応を行うことにより、化合物２２を得る（反応式（Ｄ−４−１））。
【０１５２】
【化２８】
【０１５３】
反応式（Ｄ−４−１）において、Ｘ１２、Ｘ１３はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）を表し、Ｘ１１はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。Ｘ１２及びＸ１３は同じであっても異なっていても良い。反応式（Ｄ−４−１）におけるカップリング反応としては、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１５４】
その後、化合物２２と、ホール受容骨格ＨＡ１を有する化合物１２とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−３）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｄ−４−２））。
【０１５５】
【化２９】
【０１５６】
反応式（Ｄ−４−２）において、Ｘ１２はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）、Ｘ８はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｄ−４−２）におけるカップリング反応としては、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１５７】
以上に示したような合成法により、実施の形態１で示した有機半導体材料である一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を合成することができる。
【０１５８】
なお、合成法１〜３では、電子受容ユニットＥＡのみやホール受容ユニットＨＡのみの２置換体が生成しないため、精製がしやすい合成法である。従って、合成法１〜３はフルオレンの９位に異なる２つのユニット（電子受容ユニット、及びホール受容ユニット）を導入する上で、非常に有効な合成法といえる。
【０１５９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示した有機半導体材料を用いた発光素子の一態様について、図１および図２を用いて説明する。
【０１６０】
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【０１６１】
本実施の形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第２の電極１０４と、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に設けられたＥＬ層１０３とから構成されている。なお、本実施の形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０４は陰極として機能するものとする。つまり、第１の電極１０２の方が第２の電極１０４よりも電位が高くなるように、第１の電極１０２と第２の電極１０４に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして、以下説明をする。
【０１６２】
基板１０１は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラス、またはプラスチック、金属などを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。なお、発光素子からの発光を、基板１０１を通して外部へ取り出す場合には、基板１０１は透光性を有する基板であることが好ましい。
【０１６３】
第１の電極１０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上であることが好ましい）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。また、グラフェンも用いることができる。
【０１６４】
また、第１の電極１０２と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第１の電極１０２として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【０１６５】
本実施の形態で示すＥＬ層１０３は、ホール注入層１１１、ホール輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５を有している。なお、ＥＬ層１０３は、少なくとも発光層を有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。すなわち、ＥＬ層１０３は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質またはホール輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、ホール注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及びホールの輸送性の高い物質）の物質、発光性の高い物質等を含む層と、実施の形態１で示した有機半導体材料とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
【０１６６】
ホール注入層１１１は、ホール注入性の高い物質を含む層である。ホール注入性の高い物質としては、酸化モリブデンや酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等が挙げられる。
【０１６７】
また、ホール注入層１１１として、ホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、ホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第１の電極１０２として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、ホール輸送性の高い物質とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
【０１６８】
なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
【０１６９】
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、ホール輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【０１７０】
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴＡ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ１、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体や、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【０１７１】
また、アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【０１７２】
また、ホール注入層１１１としては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることができる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【０１７３】
また、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、ホール注入層１１１として用いてもよい。
【０１７４】
ホール輸送層１１２は、ホール輸送性の高い物質を含む層である。ホール輸送性の高い物質としては、低分子の有機化合物としては、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニル−スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−アミン（略称：ＹＧＡＳＦ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−２’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｏ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−３’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｍ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｐ−ＹＧＡ１ＢＰ）、１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ＴＣｚＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール移動度を有する物質である。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、ホール輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１７５】
また、上述したホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料をホール輸送層１１２として用いても良い。
【０１７６】
また、ホール輸送層１１２として、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
【０１７７】
発光層１１３は、発光性の高い物質を含む層であり、種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物やりん光を発光するりん光性化合物を用いることができる。また、発光性の高い物質は、一種だけでなく複数種用いてもよい。
【０１７８】
発光層に用いることのできるりん光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス［２−（３’，５’ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、ビス（１，２−ジフェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｂｉ）２（ａｃａｃ））、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）等の有機金属錯体が挙げられる。また、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＴＴＡ）３（Ｐｈｅｎ））等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光（異なる多重度間の電子遷移）であるため、りん光性化合物として用いることができる。
【０１７９】
発光層に用いることのできる蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１４−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【０１８０】
なお、発光層としては、上述した発光性の高い物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。発光性の物質を分散させるための物質（ホスト材料）としては、各種のものを用いることができ、発光性の高い物質（ゲスト材料）よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。なお、本明細書中において、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が高いとは、そのエネルギーレベルが大きいことを意味し、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が低いとは、そのエネルギーレベルが小さいことを意味する。例えば、−５．５ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質Ａは、−５．２ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＢよりＨＯＭＯ準位が０．３ｅＶ低く、−５．７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＣよりＨＯＭＯ準位が０．２ｅＶ高いと言うことができる。
【０１８１】
実施の形態１で示した有機半導体材料は、広いバンドギャップを有し、バイポーラ性であるため、ホスト材料として好適である。実施の形態１で示した有機半導体材料は、広いバンドギャップを有するため、短波長の発光を示すゲスト材料を用いた場合であっても効率よくゲスト材料からの発光を得ることができる。また、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
【０１８２】
また、実施の形態１で示した有機半導体材料は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、ゲスト材料としてりん光性化合物を用いた場合であっても効率よくゲスト材料からの発光を得ることができる。特に、短波長の発光を示すりん光性化合物を用いた場合に顕著な効果が得られる。
【０１８３】
ホスト材料は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等をさらに添加してもよい。
【０１８４】
発光性の高い物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成とすることにより、発光層１１３の結晶化を抑制することができる。また、発光性の高い物質（ゲスト材料）の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【０１８５】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、低分子の有機化合物として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体を用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物も用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、ホールよりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１８６】
また、電子輸送層１１４として、高分子化合物を用いることができる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【０１８７】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第２の電極１０４からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
【０１８８】
第２の電極１０４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ましい）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【０１８９】
また、第２の電極１０４と電子輸送層１１４との間に、電子注入を促す機能を有する層である電子注入層１１５を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第２の電極１０４として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
【０１９０】
なお、実施の形態１で示した有機半導体材料は発光性を示す場合があるため、その際は、発光性の高い物質として、発光層に用いることもできる。また、実施の形態１で示した有機半導体材料はバイポーラ性であるため、発光層以外の層（例えば、ホール輸送層、電子輸送層など）に用いることもできる。また、実施の形態１で示した有機半導体材料は広いバンドギャップを有するため、電子ブロック層やホールブロック層として用いることもできる。また、実施の形態１で示した有機半導体材料は大きい三重項励起エネルギーを有するため、エキシトンブロック層として用いることもできる。
【０１９１】
ＥＬ層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。実施の形態１に記載の有機半導体材料は良好な昇華性を示すことから、蒸着法により良好な膜を成膜することができる。また、実施の形態１に記載の有機半導体材料は、溶媒への溶解性にも優れるため、湿式法での成膜も問題なく適用が可能である。
【０１９２】
例えば、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層を形成してもよい。
【０１９３】
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
【０１９４】
例えば、本発明の発光素子を表示装置に適用し、大型基板を用いて作製する場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層を、インクジェット法を用いて形成することにより、大型基板を用いても発光層の塗り分けが容易となる。
【０１９５】
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１０３においてホールと電子とが再結合し、発光するものである。
【０１９６】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極である。例えば、第１の電極１０２のみが透光性を有する電極である場合、発光は第１の電極１０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極１０４のみが透光性を有する電極である場合、発光は第２の電極１０４を通って基板と逆側から取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０４がいずれも透光性を有する電極である場合、発光は第１の電極１０２および第２の電極１０４を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
【０１９７】
なお、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極１０２および第２の電極１０４から離れた部位にホールと電子とが再結合する発光領域を設けた構成であり、実施の形態１で示した有機半導体材料を有する構成であれば、上記以外のものでもよい。
【０１９８】
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質またはホール輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、ホール注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及びホールの輸送性の高い物質）の物質等から成る層と、実施の形態１で示した有機半導体材料を適宜組み合わせて構成すればよい。
【０１９９】
例えば、図２に示すように、基板１０１上に、陰極として機能する第２の電極１０４、ＥＬ層１０３、陽極として機能する第１の電極１０２とが順に積層された構成としてもよい。図２では、第２の電極１０４上に、電子注入層１１５、電子輸送層１１４、発光層１１３、ホール輸送層１１２、ホール注入層１１１が順に積層された構成となっている。
【０２００】
なお、本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、トランジスタを形成し、トランジスタと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、トランジスタの構造は、特に限定されない。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の場合はスタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方からのみなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、単結晶半導体膜を用いてもよい。単結晶半導体膜は、スマートカット法などを用いて作製することができる。
【０２０１】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０２０２】
（実施の形態４）
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）の態様について、図３を参照して説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、実施の形態３で示したＥＬ層の構成と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態３で示した発光素子は、１つの発光ユニットを有する発光素子である。本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
【０２０３】
図３において、第１の電極５０１と第２の電極５０２との間には、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２が積層されている。第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２との間には、電荷発生層５１３が設けられている。第１の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態３と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態３で示したＥＬ層の構成と同様なものを適用することができる。
【０２０４】
電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットにホールを注入する層であり、単層でも複数の層を積層した構成であってもよい。単層で構成する場合は、実施の形態３で示した電極材料や複合材料を用いることができる。この場合、電荷発生層より陽極側に位置する発光ユニットには電子注入層が設けられていることが好ましい。複数の層を積層した構成としては、ホールを注入する層と電子を注入する層とを積層する構成であることが好ましい。
【０２０５】
ホールを注入する層としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、ホール輸送性の高い物質に、アクセプター物質が添加された構成であってもよい。ホール輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層は、実施の形態３で示した複合材料であり、アクセプター物質として、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）や、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。ホール輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー）など、種々の化合物を用いることができる。なお、ホール輸送性の高い物質としては、ホール移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。ホール輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０２０６】
電子を注入する層としては、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。あるいは、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質が添加された構成であってもよい。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第１３族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。電子輸送性の高い物質としては、実施の形態３で示した材料を用いることができる。なお、電子輸送性の高い物質としては、電子移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、ホールよりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。電子輸送性の高い物質とドナー性物質とを有する複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０２０７】
また、電荷発生層５１３として、ホール輸送性の高い物質と金属酸化物を含む層と透明導電膜とを組み合わせて形成しても良い。なお、光取り出し効率の点から、電荷発生層は透光性の高い層とすることが好ましい。
【０２０８】
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットにホールを注入するものであれば良い。例えば、第１の電極の電位の方が第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層５１３は、第１の発光ユニット５１１に電子を注入し、第２の発光ユニット５１２にホールを注入するものであればいかなる構成でもよい。
【０２０９】
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能であるため、長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低い発光装置を実現することができる。
【０２１０】
また、それぞれの発光ユニットの発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つの発光ユニットを有する発光素子において、第１の発光ユニットの発光色と第２の発光ユニットの発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、３つの発光ユニットを有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第１の発光ユニットの発光色が赤色であり、第２の発光ユニットの発光色が緑色であり、第３の発光ユニットの発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。
【０２１１】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０２１２】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
【０２１３】
本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図４を用いて説明する。なお、図４（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。この発光装置は、発光素子の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部（ソース側駆動回路）６０１、画素部６０２、駆動回路部（ゲート側駆動回路）６０３を含んでいる。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
【０２１４】
なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０２１５】
次に、断面構造について図４（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
【０２１６】
なお、ソース側駆動回路６０１はＮチャネル型ＴＦＴ６２３とＰチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路は、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、画素部が形成された基板と同一基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を、画素部が形成された基板と同一基板上ではなく、外部に形成することもできる。
【０２１７】
また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
【０２１８】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【０２１９】
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。ここで、第１の電極６１３に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（好ましくは仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ膜、酸化インジウム−酸化亜鉛膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等の積層膜を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
【０２２０】
また、ＥＬ層６１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。ＥＬ層６１６は、実施の形態１で示した有機半導体材料を有している。また、ＥＬ層６１６を構成する材料としては、低分子化合物、または高分子化合物、オリゴマー、デンドリマーのいずれを用いてもよい。また、ＥＬ層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いてもよい。
【０２２１】
また、第２の電極６１７に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第２の電極を陰極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の小さい（好ましくは仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）等が挙げられる。なお、ＥＬ層６１６で生じた光を第２の電極６１７を透過させる場合には、第２の電極６１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等）との積層膜を用いることも可能である。
【０２２２】
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５が充填される場合もある。
【０２２３】
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０２２４】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【０２２５】
本発明の発光装置は、実施の形態３又は実施の形態４で示した発光素子を有する。実施の形態３又は実施の形態４で示した発光素子は高い発光効率を有する。また、駆動電圧が低い。そのため、高輝度での発光が可能な発光装置を得ることができる。また、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
【０２２６】
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図５には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図５（Ａ）は、発光装置を示す斜視図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）をＸ−Ｙで切断した断面図である。図５において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間にはＥＬ層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、陰極をパターニングすることができる。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、発光効率の高く、駆動電圧が低い本発明に係る発光素子を含むことによって、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
【０２２７】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０２２８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態３又は実施の形態４で示した発光素子を有し、低消費電力の表示部を有する。
【０２２９】
本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図６に示す。
【０２３０】
図６（Ａ）は本実施の形態に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るテレビ装置は、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【０２３１】
図６（Ｂ）は本実施の形態に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るコンピュータは、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。
【０２３２】
図６（Ｃ）は本実施の形態に係るカメラであり、本体９３０１、表示部９３０２、筐体９３０３、外部接続ポート９３０４、リモコン受信部９３０５、受像部９３０６、バッテリー９３０７、音声入力部９３０８、操作キー９３０９、接眼部９３１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９３０２は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９３０２も同様の特徴を有するため、このカメラは低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９３０１の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るカメラは、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２３３】
図６（Ｄ）は本実施の形態に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係る携帯電話は、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２３４】
図１２には、図６（Ｄ）とは異なる構成の携帯電話の一例を示す。図１２（Ａ）が正面図、図１２（Ｂ）が背面図、図１２（Ｃ）が展開図である。図１２に示す携帯電話は、電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。
【０２３５】
図１２に示す携帯電話は、筐体１００１及び１００２二つの筐体で構成されている。筐体１００１には、表示部１１０１、スピーカー１１０２、マイクロフォン１１０３、操作キー１１０４、ポインティングデバイス１１０５、カメラ用レンズ１１０６、外部接続端子１１０７、イヤホン端子１１０８等を備え、筐体１００２には、キーボード１２０１、外部メモリスロット１２０２、カメラ用レンズ１２０３、ライト１２０４等を備えている。また、アンテナは筐体１００１内部に内蔵されている。
【０２３６】
また、上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
【０２３７】
表示部１１０１には、実施の形態４で示した発光装置を組み込むことが可能であり、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。表示部１１０１と同一面上にカメラ用レンズ１１０６を備えているため、テレビ電話が可能である。また、表示部１１０１をファインダーとしカメラ用レンズ１２０３及びライト１２０４で静止画及び動画の撮影が可能である。スピーカー１１０２及びマイクロフォン１１０３は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生等が可能である。操作キー１１０４では、電話の発着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール、カーソル移動等が可能である。更に、重なり合った筐体１００１と筐体１００２（図１２（Ａ））は、スライドし図１２（Ｃ）のように展開し、携帯情報端末として使用できる。この場合、キーボード１２０１、ポインティングデバイス１１０５を用い円滑な操作が可能である。外部接続端子１１０７はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット１２０２に記録媒体を挿入しより大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０２３８】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能等を備えたものであってもよい。
【０２３９】
図７は音響再生装置、具体例としてカーオーディオであり、本体７０１、表示部７０２、操作スイッチ７０３、７０４を含む。表示部７０２は実施の形態４の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７０２はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、車両用電源（１２〜４２Ｖ）を使って、低消費電力化を図りつつ、明るい表示部を構成することができる。また、本実施の形態では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用のオーディオ装置に用いても良い。
【０２４０】
図８は、音響再生装置の一例としてデジタルプレーヤーを示している。図８に示すデジタルプレーヤーは、本体７１０、表示部７１１、メモリ部７１２、操作部７１３、イヤホン７１４等を含んでいる。なお、イヤホン７１４の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。表示部７１１として、実施の形態６の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７１１はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、二次電池（ニッケル−水素電池など）を使っても表示が可能であり、低消費電力化を図りつつ、明るい表示部を構成することができる。メモリ部７１２は、ハードディスクや不揮発性メモリを用いている。例えば、記録容量が２０〜２００ギガバイト（ＧＢ）のＮＡＮＤ型不揮発性メモリを用い、操作部７１３を操作することにより、映像や音声（音楽）を記録、再生することができる。なお、表示部７０２及び表示部７１１は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。
【０２４１】
以上の様に、本発明を適用して作製した発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明を適用することにより、低消費電力の表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
【０２４２】
また、本発明を適用した発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光装置は、高輝度の発光が可能であり照明装置として好適である。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図９を用いて説明する。
【０２４３】
図９には、本発明の係る発光装置を用いた照明装置として用いた電子機器の一例として、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置を示す。図９に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明を適用した発光装置が用いられおり、端子９０６により、電流が供給されている。
【０２４４】
本発明に係る発光装置は薄型で低消費電力であるため、本発明に係る発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。また、本発明に係る発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。
【０２４５】
図１０は、本発明に係る発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１０に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明に係る発光装置が用いられている。本発明の発光装置は低消費電力化されているため、電気スタンドも消費電力が低い。
【０２４６】
図１１は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明に係る発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明に係る発光装置は、低消費電力であるため、低消費電力の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図６（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００２を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、環境への負荷を低減することができる。
【０２４７】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【０２４８】
≪合成例１≫
本合成例では、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つである、４−フェニル−４’−｛９−［４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル］−フルオレン−９−イル｝−トリフェニルアミン （略称：Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の合成法について詳しく説明する。Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍの構造式を以下に示す。
【０２４９】
【化３０】
【０２５０】
＜ステップ１：４−ブロモフェニル−４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル−メタノンの合成＞
３００ｍＬ三口フラスコにて、活性マグネシウム４１０ｍｇ（１７ｍｍｏｌ）を脱水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）５ｍＬ中で撹拌し、ここに１，２−ジブロモエタンを約０．２ｍＬ加えて発泡、発熱するのを確認した。ここに、４−ブロモフェニル−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールの５．２ｇ（１５ｍｍｏｌ）を脱水ＴＨＦ溶液５０ｍＬに溶かした溶液を加えた。これを４時間加熱撹拌した後、室温まで冷まし、グリニャール試薬とした。
続いて、５００ｍＬ三口フラスコに、４−ブロモベンゾイルクロリドを３．７ｇ（１７ｍｍｏｌ）と、脱水ＴＨＦを１５０ｍＬ加え、−４０℃にて撹拌した。ここに、先程のグリニャール試薬を滴下し、１時間撹拌したのち、約１５時間室温にて撹拌した。
反応後、ここに１Ｎ−塩酸を酸性になるまで加えた。得られた混合液の有機相を水で洗浄した後、硫酸マグネシウムを加えて水分を吸着させた。この懸濁液をろ過し、得られたろ液を濃縮し、酢酸エチルとトルエンを加えて再結晶を行った。粉末２．５ｇを得た。上記反応スキームを（Ａ−１）に示す。
【０２５１】
【化３１】
【０２５２】
得られた化合物の分子量を、ＧＣ／ＭＳ検出器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ製、ＩＴＱ１１００イオントラップ型ＧＣＭＳシステム）により測定した。これにより、分子量４５３．２８（モードはＥＩ＋）をメインとするピークを検出し、本合成の目的物である４−ブロモフェニル−４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル−メタノンが得られたことを確認した。
【０２５３】
＜ステップ２：２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールの合成＞
２００ｍＬ三口フラスコにて、脱水ＴＨＦ２０ｍＬ中に溶かした２−ブロモビフェニルを１．４ｇ（６．０ｍｍｏｌ）を−８０℃にて撹拌した。ここに、４−ブロモフェニル−４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル−メタノン２．５ｇに脱水ＴＨＦ５０ｍＬを加えた懸濁液を滴下して、約１５時間撹拌し、アルコール体を形成させた。
反応後、ここに１Ｎ−塩酸を酸性になるまで加えた。得られた混合液の有機相を水で洗浄した後、濃縮した。
得られた濃縮物に、氷酢酸３０ｍＬと、濃塩酸１ｍＬを加え、１３５℃で８時間加熱撹拌した。反応後、水にこの反応液を加え、得られた固体を水で洗浄した。ヘキサンを加えて超音波洗浄し、白色粉末１００ｍｇを得た。上記反応スキームを（Ａ−２）に示す。
【０２５４】
【化３２】
【０２５５】
得られた化合物の分子量を、ＧＣ／ＭＳ検出器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ製、ＩＴＱ１１００イオントラップ型ＧＣＭＳシステム）により測定した。これにより、分子量５８９．１９（モードはＥＩ＋）をメインとするピークを検出し、本合成の目的物である２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールが得られたことを確認した。
【０２５６】
＜ステップ３：４−フェニル−４’−｛９−［４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル］−フルオレン−９−イル｝−トリフェニルアミン （略称：Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の合成＞
２００ｍＬ三口フラスコに、２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールを１００ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ）、４−ビフェニルフェニルアミンを５０ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ）、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシドを５００ｍｇ（０．５ｍｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）を５．０ｍｇ（１０μｍｏｌ）加え、フラスコ内の雰囲気を窒素置換した。この混合物へ、脱水キシレン１０ｍＬを加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気した後、トリ（ｔｅｒｔ−ブチル）ホスフィン（１０ｗｔ％ヘキサン溶液）６０μＬ（３０μｍｏｌ）を加えた。この混合物を、窒素雰囲気下、１３０℃で２．５時間加熱撹拌し、反応させた。
【０２５７】
反応後、この反応混合液にトルエン５０ｍＬを加え、この懸濁液をフロリジール（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５４０−００１３５）、を通してろ過した。得られたろ液を水で洗浄し、硫酸マグネシウムを加えて水分を吸着させた。この懸濁液をろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒 トルエン：酢酸エチル＝１０：１）による精製を行った。得られたフラクションを濃縮し、アセトンとメタノールを加えて超音波をかけたのち、再結晶したところ、粉末を収量２０ｇで得た。上記反応スキームを下記（Ａ−３）に示す。
【０２５８】
【化３３】
【０２５９】
シリカゲル薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）でのＲｆ値（展開溶媒 酢酸エチル：ヘキサン＝１：２）は、得られた粉末は０．４５、２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールは０．３９、４−ビフェニルフェニルアミンは０．６４だった。
【０２６０】
上記ステップ３で得られた化合物を核磁気共鳴法（ＮＭＲ）により測定した。以下に測定データを示す。これにより、本合成の目的物であるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ（略称）が得られたことを確認した。
【０２６１】
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ（ｐｐｍ）＝６．９２（ｄ， Ｊ＝８．７Ｈｚ， ２Ｈ）， ６．９９−７．５６ （ｍ， ２８Ｈ）， ７．７５（ｄ， Ｊ＝７．２Ｈｚ， ２Ｈ）， ７．８４（ｄ， Ｊ＝７．８Ｈｚ， １Ｈ）。
【０２６２】
また、１Ｈ ＮＭＲチャートを図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）を拡大して表したチャートである。測定結果から、本合成の目的物であるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ（略称）が得られたことを確認した。
【０２６３】
また、上記化合物の分子量を、ＧＣ／ＭＳ検出器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ製、ＩＴＱ１１００イオントラップ型ＧＣＭＳシステム）により測定した。これにより、分子量７５３．３（モードはＥＩ＋）をメインとするピークを検出し、本合成の目的物であるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ（略称）が得られたことを確認した。
【０２６４】
次に、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトルを図１４に示す。吸収スペクトルの測定には紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いた。吸収スペクトルは、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液を石英セルに入れて測定しこの吸収スペクトルから、石英セルを用いて測定したトルエンの吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図示した。発光スペクトルの測定には吸収スペクトルの測定と同様に紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いた。発光スペクトルは、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液を石英セルに入れて測定した。これにより、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液における吸収ピーク波長は３１０ｎｍ付近に存在し、発光ピーク発光波長は３８４ｎｍ付近（励起波長３２０ｎｍ）にあることがわかった。
【実施例２】
【０２６５】
本実施例では、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した本発明の一態様である有機半導体材料のフルオレン化合物４−フェニル−４’−｛９−［４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル］−フルオレン−９−イル｝−トリフェニルアミン （略称：Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の一重項における最安定構造を密度汎関数法で計算した。基底関数として、６−３１１（それぞれの原子価軌道に三つの短縮関数を用いたｔｒｉｐｌｅ ｓｐｌｉｔ ｖａｌｅｎｃｅ基底系の基底関数）を全ての原子に適用した。上述の基底関数により、例えば、水素原子であれば、１ｓ〜３ｓの軌道が考慮され、また、炭素原子であれば、１ｓ〜４ｓ、２ｐ〜４ｐの軌道が考慮されることになる。さらに、計算精度向上のため、分極基底系として、水素原子にはｐ関数を、水素原子以外にはｄ関数を加えた。汎関数はＢ３ＬＹＰを用いた。また、その構造の最低非占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＬＵＭＯ）と最高占有分子軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＨＯＭＯ）の計算をそれぞれ行った。
【０２６６】
なお、量子化学計算プログラムとしては、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９を使用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ（ＳＧＩ社製、Ａｌｔｉｘ４７００）を用いて行った。
【０２６７】
図１５（Ａ）にＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ のＬＵＭＯ、（Ｂ）にＨＯＭＯをそれぞれ示した。
【０２６８】
図１５（Ａ）では、ＬＵＭＯは電子受容ユニット（ＥＡ）であるベンゾイミダゾール骨格と、フルオレン骨格に広がっており、ホール受容ユニット（ＨＡ）まで広がっていないことが示された。図１５（Ｂ）では、ＨＯＭＯはホール受容ユニット（ＨＡ）であるアミン骨格と、フルオレン骨格の一部に広がっており、電子受容ユニット（ＥＡ）まで広がっていないことが示された。
【０２６９】
以上の計算により、ホール受容ユニットと電子受容ユニットがフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介して結合しているＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは、ＨＯＭＯの広がりとＬＵＭＯの広がりがほとんど重なっていないことが示された。このことで、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍはホール受容ユニットと電子受容ユニットとを同じ分子内に有しつつも広いバンドギャップ、高いＴ１準位（最低三重項励起エネルギー準位）を持つことが示唆された。
【０２７０】
続けて、三重項における最安定構造を計算した。一重項と三重項における最安定構造のエネルギー差から、Ｔ１準位のエネルギーを計算した。使用した量子化学計算プログラムはＧａｕｓｓｉａｎ０９である。基底関数は、６−３１１Ｇ（ｄ，ｐ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰである。
【０２７１】
計算した結果、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍの有するＴ１準位は、２．６４ｅＶと算出された。
【０２７２】
以上の結果からも、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは高いＴ１準位をもっていることが示唆された。また、それはホール受容ユニット（ＨＡ）と、電子受容ユニット（ＥＡ）がフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介して結合していることにより、π共役が伸びづらいためだと示唆された。
【０２７３】
続いて、下記化学式（ｉ）で表される化合物（ＢＰＡＢＩｍ）の一重項最安定構造を密度汎関数法で計算した。この化合物は本発明の一態様であるフルオレン化合物（Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の、電子受容ユニット（ＥＡ）とホール受容ユニット（ＨＡ）との結合がフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介していない（フルオレン骨格を有していない）構造を持つ物質である。
【０２７４】
【化３４】
【０２７５】
使用した量子化学計算プログラムはＧａｕｓｓｉａｎ０９である。基底関数は、６−３１１Ｇ（ｄ，ｐ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰである。また、その構造の最低非占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＬＵＭＯ）と最高占有分子軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＨＯＭＯ）の計算をそれぞれ行った。
【０２７６】
図１６（Ａ）にＢＰＡＢＩｍ のＬＵＭＯ、（Ｂ）にＨＯＭＯをそれぞれ示した。
【０２７７】
図１６（Ａ）では、ＬＵＭＯは電子受容ユニット（ＥＡ）であるベンゾイミダゾール骨格から、ホール受容ユニット（ＨＡ）のアミン骨格の一部にまで広がっていることが示された。図１６（Ｂ）では、ＨＯＭＯはホール受容ユニット（ＨＡ）であるアミン骨格から、電子受容ユニット（ＥＡ）であるベンゾイミダゾール骨格の一部にまで広がっていることが示された。
【０２７８】
続けて、この構造最適化した分子構造を用いてＴ１準位のエネルギーを計算した。使用した量子化学計算プログラムはＧａｕｓｓｉａｎ０９である。基底関数は、６−３１１Ｇ（ｄ，ｐ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰである。
【０２７９】
計算した結果、化学式（ｉ）で表される化合物（ＢＰＡＢＩｍ）は、Ｔ１準位は２．４７ｅＶと算出された。
【０２８０】
以上の計算により、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは、ＢＰＡＢＩｍと比較して、ＨＯＭＯの広がりとＬＵＭＯの広がりの重なりがほとんどないことが示された。つまり、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは分子量が大きくても、ホール受容ユニット（ＨＡ）と電子受容ユニット（ＥＡ）の結合がフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介しているために、Ｔ１準位が高くなることが示された。
【０２８１】
以上の結果より、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは高いＴ１準位をもち、それはホール受容ユニット（ＨＡ）と、電子受容ユニット（ＥＡ）とがフルオレン骨格の９位の炭素のシグマ結合を介して結合しているためだと示唆された。
【０２８２】
また、トルエン溶液でのＢＰＡＢＩｍのスペクトルを図１７に示す。
【０２８３】
実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは、ＢＰＡＢＩｍと比較して、吸収スペクトル、発光スペクトル共に短波長であることが分かった。
【０２８４】
以上の結果より、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは分子量が大きくても、フルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介してホール受容ユニット（ＨＡ）と電子受容ユニット（ＥＡ）が結合しているため、Ｓ１準位や、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位間のバンドギャップ（Ｂｇ）が高くなることが示された。
【０２８５】
そのため、本発明の一態様である有機半導体材料は、より短波長で発光する発光素子に好適に用いることができることが分かった。
【符号の説明】
【０２８６】
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ ＥＬ層
１０４ 第２の電極
１１１ ホール注入層
１１２ ホール輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ ＥＬ層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ Ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ Ｐチャネル型ＴＦＴ
７０１ 本体
７０２ 表示部
７０３ 操作スイッチ
７０４ 操作スイッチ
７１０ 本体
７１１ 表示部
７１２ メモリ部
７１３ 操作部
７１４ イヤホン
９０１ 筐体
９０２ 液晶層
９０３ バックライト
９０４ 筐体
９０５ ドライバＩＣ
９０６ 端子
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 電極
１００１ 筐体
１００２ 筐体
１１０１ 表示部
１１０２ スピーカー
１１０３ マイクロフォン
１１０４ 操作キー
１１０５ ポインティングデバイス
１１０６ カメラ用レンズ
１１０７ 外部接続端子
１１０８ イヤホン端子
１２０１ キーボード
１２０２ 外部メモリスロット
１２０３ カメラ用レンズ
１２０４ ライト
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９３０１ 本体
９３０２ 表示部
９３０３ 筐体
９３０４ 外部接続ポート
９３０５ リモコン受信部
９３０６ 受像部
９３０７ バッテリー
９３０８ 音声入力部
９３０９ 操作キー
９３１０ 接眼部
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フルオレン誘導体、有機化合物（有機半導体材料）および該材料を用いた発光素子、発光装置、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物は無機化合物に比べて、多様な構造をとることができ、適切な分子設計により様々な機能を有する材料を合成できる可能性がある。これらの利点から、近年、機能性有機材料を用いたエレクトロニクスに注目が集まっている。
【０００３】
例えば、有機化合物を機能性材料として用いたエレクトロニクスデバイスの例として、太陽電池や発光素子、有機トランジスタ等が挙げられる。これらは有機化合物の電気物性および光物性を利用したデバイスであり、特に発光素子はめざましい発展を見せている。
【０００４】
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホールが発光層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に緩和する際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起状態（Ｓ＊）と三重項励起状態（Ｔ＊）が知られており、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。また、当該発光素子における励起状態の統計的な生成比率は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であると考えられている。
【０００５】
一重項励起状態を発光に変換する化合物（以下、蛍光性化合物と称す）は、室温において三重項励起状態からの発光（りん光）は観測されず、一重項励起状態からの発光（蛍光）のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の理論的限界は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であることを根拠に２５％とされている。
【０００６】
一方、三重項励起状態を発光に変換する化合物（以下、りん光性化合物と称す）を用いれば、内部量子効率は７５〜１００％まで理論上は可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて３〜４倍の発光効率が可能となる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、りん光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている。
【０００７】
上述したりん光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、りん光性化合物の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制するために、他の物質からなるマトリクス中に該りん光性化合物が分散するように形成することが多い。この時、マトリクスとなる物質はホスト材料、りん光性化合物のようにマトリクス中に分散される物質はゲスト材料と呼ばれる。
【０００８】
りん光性化合物をゲスト材料とする場合、ホスト材料に必要とされる性質は、広いエネルギーギャップ（最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差）を有する、もしくは、該りん光性化合物よりも大きな三重項励起エネルギー（基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差）を有することである。そのため、このような性質を有する物質の開発が進められている。
【０００９】
例えば、特許文献１では、発光素子のホスト材料に好適な材料として、フルオレン骨格を有する、下記構造式のような物質が開示されている。
【００１０】
【化１】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開番号 Ｗ２００５／０９２８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載されている物質は、その実施例からもわかるように、ホール輸送性を示す。そのため、特許文献１に記載されている材料を発光層のホスト材料として用いた場合、発光層をホールが突き抜けていることが予想される。特許文献１では、発光層をホールが突き抜けていくことを防止するため、発光層の陰極側にホールブロック材料でもあるＢＡｌｑを用いて正孔阻止層兼電子輸送層を形成している。このように、特許文献１に記載の上記構造を有する物資を発光層のホスト材料として用いると、当該ホスト材料がホール輸送性であるため、発光領域が発光層と電子輸送層（ホールブロック層）との界面に偏る可能性がある。発光領域が局所的に偏ると、三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光が生じてしまい、発光効率が低下してしまう。
【００１３】
これを抑制するためには、ホスト材料は酸化及び還元のいずれも可能なバイポーラ性を有し、かつ酸化、還元の双方に安定であることが要求される。しかしながら、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格を直接結合させると、バンドギャップの低下を招くために、高い三重項励起エネルギーを有する材料を得ることは困難である。また、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格との間に置換基を導入して共役系を拡張してしまうと、バンドギャップの低下及び三重項励起エネルギーの低下を引き起こすという問題がある。
【００１４】
よって、本発明は、バイポーラ性を有し且つ広いバンドギャップ又は高い三重項励起エネルギーを有する新規な有機半導体材料を提供することを目的とする。
【００１５】
また、発光素子の駆動電圧を低減することを目的とする。また、発光素子の発光効率を向上させることを目的とする。
【００１６】
また、発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格とを、フルオレンの９位の炭素を介して結合することで、広いエネルギーギャップを保ったまま電子輸送性とホール輸送性の両方を有する（つまり、バイポーラ性を有する）材料を得ることができることを見いだした。
【００１８】
より具体的には、一般式（Ｇ１）で表される材料が、広いエネルギーギャップと、バイポーラ性とを同時に備えることを見いだした。
【００１９】
よって、本発明の一は、一般式（Ｇ１）で表される有機化合物（有機半導体材料）である。
【００２０】
【化２】
【００２１】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。なお、電子受容ユニットとは、ホール受容ユニットよりも電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きいものである。また、電子受容ユニットは電子輸送性を有する骨格であり、ホール受容ユニットはホール輸送性を有する骨格である。））
【００２２】
上記構成においては、電子受容ユニットＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＥＡＨ、ホール受容ユニットＨＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＨＡＨ及びフルオレンの三つの物質は、最も電子親和力が大きいものが化合物ＥＡＨであり、最もイオン化ポテンシャルが小さいものが化合物ＨＡＨであるという関係を有する。なお、上記構成においてフルオレンの１位乃至８位は置換基を有していても良く、当該置換基としては、それぞれ独立に炭素数１乃至６のアルキル基または炭素数６乃至１３のアリール基のいずれかを選択することができる。
【００２３】
また、上記構成において、電子受容ユニットＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であり、ホール受容ユニットＨＡに結合したフルオレン基を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが好ましい。特に、発光素子に用いる場合には、ＥＡの結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であり、ＨＡの結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることがより好ましい。
【００２４】
上記構成において、ＥＡで表される置換基としては、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基及びこれらうちのいずれかの基を有するフェニル基などが挙げられる。
【００２５】
また、上記構成において、ＨＡで表される置換基としては、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基を有するフェニル基、またはジアリールアミノ基を有するフェニル基などが挙げられる。
【００２６】
上述した一般式（Ｇ１）で表されるフルオレン誘導体は、バイポーラ性を有しているため、有機半導体材料として、発光素子や有機トランジスタなどの有機デバイスに好適に用いることができる。
【００２７】
よって、本発明の一は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を用いた発光素子である。つまり、一対の電極間に一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含む発光素子である。
【００２８】
特に、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、大きな三重項励起エネルギーを有するため、りん光性化合物とともに発光素子に用いた場合、より顕著な効果を有する。
【００２９】
よって、本発明の一は、一対の電極間に、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含み、発光層にりん光性化合物を含む発光素子である。
【００３０】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料はバイポーラ性を有するため、発光層に用いることが好ましい。
【００３１】
また、本発明は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含む発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。
【００３２】
よって、本発明の一は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を含む発光素子と、発光素子の発光を制御する制御回路とを有する発光装置である。
【００３３】
なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置を含む）を含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【００３４】
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の有機半導体材料は、バイポーラ性且つ広いエネルギーギャップ又は大きい三重項励起エネルギーを有する新規な材料である。
【００３６】
また、本発明を適用することにより、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明を適用することにより、発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光素子を説明する図。
【図４】本発明の発光装置を説明する図。
【図５】本発明の発光装置を説明する図。
【図６】本発明の電子機器を説明する図。
【図７】本発明の電子機器を説明する図。
【図８】本発明の電子機器を説明する図。
【図９】本発明の電子機器を説明する図。
【図１０】本発明の照明装置を説明する図。
【図１１】本発明の照明装置を説明する図。
【図１２】本発明の電子機器を説明する図。
【図１３】Ｆ−ＢＰＡ−ＰｂｉｍのＮＭＲチャート。
【図１４】Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍの吸収スペクトル及び発光スペクトル。
【図１５】Ｆ−ＢＰＡ−ＰｂｉｍにおけるＨＯＭＯ及びＬＵＭＯを示す図。
【図１６】ＢＰＡＢＩｍにおけるＨＯＭＯ及びＬＵＭＯを示す図。
【図１７】ＢＰＡＢＩｍの吸収スペクトル及び発光スペクトル。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００４０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明に係る有機化合物として、例えば下記有機半導体材料について説明する。
【００４１】
本発明に係る有機半導体材料は、フルオレン骨格を有しており、当該フルオレン骨格における９位の炭素を介して電子受容ユニットとホール受容ユニットが結合している構造を有している。
【００４２】
より具体的には、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料である。
【００４３】
【化３】
【００４４】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。但し、ＨＡに結合したフルオレン基を水素で置換した物質をＨＡＨ、ＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した物質をＥＡＨとした際、ＨＡＨ、ＥＡＨ、フルオレンの中で最も電子親和力が大きい物質がＥＡＨ、イオン化ポテンシャルが小さい物質がＨＡＨである関係を有する。また、式中、フルオレンの１位乃至８位は置換基を有していても良く、当該置換基としては、炭素数１乃至６のアルキル基または炭素数６乃至１３のアリール基を選択することができる。）
【００４５】
このような構造を有する有機半導体材料は、分子内に電子受容ユニットおよびホール受容ユニットを有するため、電子もホールも輸送することができるバイポーラ性の材料である。
【００４６】
分子内に電子受容ユニットとホール受容ユニットを有する化合物であっても、ユニット同士が相互作用してしまうことによってバイポーラ性を有さない場合もあるが、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、フルオレンの９位の炭素を介して電子受容ユニットＥＡとホール受容ユニットＨＡが結合していることから、分子内での相互作用が抑制され、バイポーラ性を実現する。また、同様に共役の広がりをフルオレンの９位の炭素が抑制することで、広いエネルギーギャップ又は大きい三重項励起エネルギーを有する有機半導体材料となる。
【００４７】
なお、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料の電子親和力は、２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であることが好ましい。特に、当該有機半導体材料を発光素子に用いる場合、発光素子に用いられる一般的な有機材料の電子親和力の値を考慮すると、当該有機半導体材料の電子親和力は２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であることがより好ましい。ここで、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、上述したように分子内における電子受容ユニットＥＡとホール受容ユニットＨＡの相互作用が抑制されているため、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料の電子親和力は、最も電子親和力の大きい、ＥＡに結合したフルオレン基を水素で置換した物質ＥＡＨの電子親和力の値とほぼ同じ値になる。よって、電子受容ユニットＥＡを選択する際は、ＥＡＨで表される化合物の電子親和力が２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下となるユニットを選択することが好ましい。また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光素子に用いる場合、電子受容ユニットＥＡを選択する際は、ＥＡＨで表される化合物の電子親和力が２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下のユニットを選択することが好ましい。
【００４８】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のイオン化ポテンシャルは、４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが好ましい。特に当該有機半導体材料を発光素子に用いる場合、発光素子に用いられる一般的な有機材料のイオン化ポテンシャルの値を考慮すると、当該有機半導体材料のイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることがより好ましい。ここで、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のイオン化ポテンシャルは、分子内における電子受容ユニットとホール受容ユニットの相互作用が抑制されていることから、最もイオン化ポテンシャルの小さいＨＡの結合手を水素で置換した物質ＨＡＨのイオン化ポテンシャルとほぼ同じ値になる。よって、ホール受容ユニットＨＡを選択する際は、ＨＡＨで表される化合物のイオン化ポテンシャルが４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるユニットを選択することが好ましい。また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光素子に用いる場合、ホール受容ユニットＨＡを選択する際は、ＨＡＨで表される化合物のイオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であるユニットを選択することがより好ましい。
【００４９】
このように、本実施の形態の有機半導体材料は、フルオレンの９位の炭素を介して電子受容ユニット及びホール受容ユニットを結合していることから、共役の広がりが抑制され、物質全体として、電子受容ユニットＥＡの大きい電子親和力と、ホール受容ユニットＨＡの小さいイオン化ポテンシャルを併せ持ちながらも、バンドギャップの広い有機半導体材料、または、三重項励起エネルギーの大きな有機半導体材料を得ることができるようになる。また、同様に、電子受容ユニットとホール受容ユニットの相互作用が抑制されていることから、バイポーラ性の有機半導体材料を得ることができるようになる。
【００５０】
電子受容ユニットＥＡとしては、大きい電子親和力を有するπ電子不足系ヘテロ芳香族置換基が好ましい。π電子不足系ヘテロ芳香族置換基としては、含窒素６員芳香環基（ただし、該含窒素６員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、１，２−アゾール基（ただし、該１，２−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、１，３−アゾール基（ただし、該１，３−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、ポリアゾール基（ただし、該ポリアゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、などが挙げられる。また、これらの基のいずれかの基を有するフェニル基も同様に電子受容ユニットＥＡとして有効である。特に、含窒素６員芳香環基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基及びこれらの基を有するフェニル基は、比較的大きな電子親和力を有すると共に、還元に対して安定で、高い電子輸送性を示すため、電子受容ユニットＥＡとして好ましい選択である。
【００５１】
含窒素６員芳香環基としては、例えば、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピラジニル基、置換または無置換のピリミジニル基、置換または無置換のピリダジニル基、置換または無置換の１，２，４−トリアジニル基、置換または無置換の１，３，５−トリアジニル基、置換または無置換のキノリル基、置換または無置換のイソキノリル基、置換または無置換の１，５−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，６−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，７−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，８−ナフチリジニル基、置換または無置換の２，６−ナフチリジニル基、置換または無置換の２，７−ナフチリジニル基、置換または無置換のキノキサリニル基、置換または無置換のジベンゾキノキサリニル基、置換または無置換のキナゾリニル基、置換または無置換のフタラジニル基、置換または無置換のシンノリニル基、置換または無置換のフェナントリジニル基、置換または無置換の１，１０−フェナントロリニル基、などが挙げられる。
【００５２】
また１，２−アゾール基としては、例えば、置換または無置換のピラゾリル基、置換または無置換のイソオキサゾリル基、置換または無置換のイソチアゾリル基、置換または無置換のインダゾリル基、置換または無置換の１，２−ベンゾイソオキサゾリル基、置換または無置換の１，２−ベンゾイソチアゾリル基、置換または無置換の２，１−ベンゾイソオキサゾリル基、置換または無置換の２，１−ベンゾイソチアゾリル基、などが挙げられる。
【００５３】
また１，３−アゾール基としては、例えば、置換または無置換のイミダゾリル基、置換または無置換のオキサゾリル基、置換または無置換のチアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−ベンゾイミダゾリル基、置換または無置換のベンゾオキサゾリル基、置換または無置換のベンゾチアゾリル基、イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基などが挙げられる。
【００５４】
またポリアゾール基としては、例えば、置換または無置換の１Ｈ−１，２，３−トリアゾリル基、置換または無置換の１，２，５−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，２，５−チアジアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−１，２，４−トリアゾリル基、置換または無置換の４Ｈ−１，２，４−トリアゾリル基、置換または無置換の１，２，４−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，２，４−チアジアゾリル基、置換または無置換の１，３，４−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，３，４−チアジアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−ベンゾトリアゾリル基、置換または無置換の２Ｈ−ベンゾトリアゾリル基、置換または無置換の２，１，３−ベンゾオキサジアゾリル基、置換または無置換の２，１，３−ベンゾチアジアゾリル基、などが挙げられる。
【００５５】
なお、上述した含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基がさらに置換基を有する場合、その置換基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基のようなアリール基や、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基のようなヘテロアリール基や、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基のようなアルキル基などが挙げられる。
【００５６】
含窒素６員芳香環基（ただし、該含窒素６員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（２−ピリジル）フェニル基、（５−メチル−２−ピリジル）フェニル基、（６−メチル−２−ピリジル）フェニル基、（３−フェニル−２−ピリジル）フェニル基、（６−フェニル−２−ピリジル）フェニル基、（３−ピリジル）フェニル基、（６−メチル−３−ピリジル）フェニル基、（２，２’：６’，２’’−テルピリジン−４’−イル）フェニル基、（３−フェニルピラジン−２−イル）フェニル基、（３，５，６−トリフェニルピラジン−２−イル）フェニル基、（ピリミジン−４−イル）フェニル基、（６−メチルピリミジン−４−イル）フェニル基、（６−フェニルピリミジン−４−イル）フェニル基、（ピリミジン−５−イル）フェニル基、（２，４，６−トリフェニルピリミジン−５−イル）フェニル基、（６−フェニルピリダジン−３−イル）フェニル基、（３−メチル−１，２，４−トリアジン−６−イル）フェニル基、（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）フェニル基、（３−キノリル）フェニル基、（８−キノリル）フェニル基、（２，４−ジメチル−８−キノリル）フェニル基、（４−イソキノリル）フェニル基、（１，５−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（１，６−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、（５，７−ジメチル−１，６−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、（５−メチル−１，６−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、（１，７−ナフチリジン−８−イル）フェニル基、（１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、（３−メチル−１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、（１，８−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（２−メチル−１，８−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（１，８−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、（２，６−ナフチリジン−１−イル）フェニル基、（２，７−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、（キノキサリン−２−イル）フェニル基、（３−メチルキノキサリン−２−イル）フェニル基、（３−イソプロピルキノキサリン−２−イル）フェニル基、（３−フェニルキノキサリン−２−イル）フェニル基、（キナゾリン−４−イル）フェニル基、（フタラジン−１−イル）フェニル基、（３−フェニルシンノリン−４−イル）フェニル基、（フェナントリジン−６−イル）フェニル基、（１，１０−フェナントロリン−２−イル）フェニル基、（１，１０−フェナントロリン−３−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００５７】
また、１，２−アゾール基（ただし、該１，２−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（３，５−ジフェニル−１Ｈ−ピラゾール−１−イル）フェニル基、（１，５−ジフェニル−１Ｈ−ピラゾール−３−イル）フェニル基、（５−フェニルイソオキサゾール−３−イル）フェニル基、（５−フェニルイソチアゾール−３−イル）フェニル基、（３−メチル−１，２−ベンゾイソオキサゾール−５−イル）フェニル基、（３−メチル−１，２−ベンゾイソチアゾール−５−イル）フェニル基、（２，１−ベンゾイソオキサゾール−３−イル）フェニル基、（２，１−ベンゾイソチアゾール−３−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００５８】
また、１，３−アゾール基（ただし、該１，３−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（２，４−ジフェニル−１Ｈ−イミダゾール−１−イル）フェニル基、（２−フェニルオキサゾール−４−イル）フェニル基、（２−フェニルチアゾール−４−イル）フェニル基、（１−メチル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、（１−エチル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、（２−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−１−イル）フェニル基、（ベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル基、（５−フェニルベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル基、［５−（ｐ−トリル）ベンゾオキサゾール−２−イル］フェニル基、（ベンゾチアゾール−２−イル）フェニル基、（５−フェニルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル基、［５−（ｐ−トリル）ベンゾチアゾール−２−イル］フェニル基、（イミダゾ［１，２−ａ］ピリジン−２−イル）フェニル基、（５−フェニルイミダゾ［１，２−ａ］ピリジン−２−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００５９】
また、ポリアゾール基（ただし、該ポリアゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するフェニル基を適用した場合の電子受容ユニットＥＡの具体例としては、（１−フェニル−１Ｈ−１，２，３−トリアゾール−４−イル）フェニル基、（４−フェニル−１，２，５−オキサジアゾール−３−イル）フェニル基、（４−フェニル−１，２，５−チアジアゾール−３−イル）フェニル基、（５−メチル−１−フェニル−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）フェニル基、（４，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）フェニル基、［４−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）−５−フェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、（３，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−４−イル）フェニル基、［４−フェニル−５−（２−ピリジル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、［５−（２−ピリジル）−４−（４−ピリジル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、［５−フェニル−４−（８−キノリル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、（３−フェニル−１，２，４−オキサジアゾール−５−イル）フェニル基、（３−フェニル−１，２，４−チアジアゾール−５−イル）フェニル基、（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル基、［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］フェニル基、［５−（２−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］フェニル基、｛５−［４−（１−ナフチル）フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル｝フェニル基、｛５−［４−（２−ナフチル）フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル｝フェニル基、（５−フェニル−１，３，４−チアジアゾール−２−イル）フェニル基、［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−チアジアゾール−２−イル］フェニル基、［５−（２−ナフチル）−１，３，４−チアジアゾール−２−イル］フェニル基、｛５−［４−（１−ナフチル）フェニル］−１，３，４−チアジアゾール−２−イル｝フェニル基、｛５−［４−（２−ナフチル）フェニル］−１，３，４−チアジアゾール−２−イル｝フェニル基、などが挙げられる。
【００６０】
ホール受容ユニットＨＡとしては、小さいイオン化ポテンシャルを有する、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基を有するフェニル基、またはジアリールアミノ基を有するフェニル基が好ましい。なお、ジアリールアミノ基は、アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成してもよい。特に、ジアリールアミノ基（アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成する場合を含む）は、比較的小さいイオン化ポテンシャルを示すと共に、酸化に対して安定で、高いホール輸送性を示すため好ましい。
【００６１】
フェニル基に結合するπ電子過剰系ヘテロ芳香族置換基としては、モノヘテロ５員芳香環基（ただし、該モノヘテロ５員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）が挙げられ、具体的には、置換または無置換のピロリル基、置換または無置換のフリル基、置換または無置換のチエニル基、置換または無置換のインドリル基、置換または無置換のベンゾフリル基、置換または無置換のジベンゾフラニル基、置換または無置換のベンゾチエニル基、置換または無置換のジベンゾチオフェニル基、置換または無置換のイソインドリル基、置換または無置換のイソベンゾフリル基、置換または無置換のイソベンゾチエニル基、置換または無置換のカルバゾリル基などが挙げられる。
【００６２】
また、フェニル基に結合するジアリールアミノ基としては、置換または無置換のジフェニルアミノ基、置換または無置換のＮ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ基、置換または無置換のＮ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ基、などが挙げられる。さらにジアリールアミノ基は、アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成してもよく、その場合のホール受容ユニットは、置換または無置換の９Ｈ−カルバゾール−９−イル基、置換または無置換の１０Ｈ−フェノキサジン−１０−イル基、置換または無置換の１０Ｈ−フェノチアジン−１０−イル基、置換または無置換の５，１０−ジヒドロフェナジン−５−イル基となる。
【００６３】
なお、上述したモノヘテロ５員芳香環基やジアリールアミノ基がさらに置換基を有する場合、その置換基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基のようなアリール基や、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基のようなヘテロアリール基や、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基のようなアルキル基などが挙げられる。
【００６４】
モノヘテロ５員芳香環基（ただし、該モノヘテロ５員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を有するホール受容ユニットＨＡの具体例としては、（１−メチル−５−フェニル−１Ｈ−ピロール−２−イル）フェニル基、（１，５−ジフェニル−１Ｈ−ピロール−２−イル）フェニル基、（２，５−ジフェニル−１Ｈ−ピロール−１−イル）フェニル基、（５−フェニル−２−フリル）フェニル基、（５−フェニル−２−チエニル）フェニル基、（１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、（２−メチル−１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、（２−フェニル−１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、（１−フェニル−１Ｈ−インドール−２−イル）フェニル基、（２−ベンゾフリル）フェニル基、（２−ベンゾチエニル）フェニル基、（２，３−ジフェニルイソインドール−１−イル）フェニル基、（３−フェニルイソフリル）フェニル基、（３−フェニルイソチエニル）フェニル基、などが挙げられる。
【００６５】
ジアリールアミノ基（アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成する場合を含む）を有するホール受容ユニットＨＡの具体例としては、（ジフェニルアミノ）フェニル基、［Ｎ−（ビフェニル−４−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル基、｛Ｎ−［４−（１−ナフチル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル基、｛Ｎ−［４−（２−ナフチル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル基、｛Ｎ，Ｎ−ビス［４−（１−ナフチル）フェニル］アミノ｝フェニル基、［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル基、（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル基、（３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル基、［３−（１−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル基、［３−（２−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル基、（１０−フェニル−５，１０−ジヒドロフェナジン−５−イル）フェニル基、（１０Ｈ−フェノキサジン−１０−イル）フェニル基、（１０Ｈ−フェノチアジン−１０−イル）フェニル基、などが挙げられる。
【００６６】
一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は電子輸送性もホール輸送性も有するバイポーラ性である。そのため、発光素子に適用した場合、駆動電圧を低減することができる。特に発光層に適用した場合に顕著な効果が得られる。
【００６７】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光層のホスト材料として用いた場合、発光領域が局所的に偏ることを抑制でき、発光性の高い物質の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制することができる。よって、高い発光効率を実現できる。
【００６８】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、中心に、フルオレン骨格を有することにより、立体的に嵩高い構造となっている。このため、膜にした場合に結晶化しにくい。よって、アモルファス状態を維持しやすく、発光素子に好適である。また、モルフォロジーに優れ、膜質が安定であることも、発光素子に適用好適である理由となる。
【００６９】
また、電子輸送ユニットＥＡとホール輸送ユニットＨＡをつなぐ骨格が、フルオレンであり、あまり分子量の大きくない骨格であるため、溶解性にも優れ、精製がしやすく不純物による素子寿命の低下も抑制することができる。また、同様の理由により適度な昇華性を有し、蒸着がしやすいという特徴も有する。さらに、フルオレン骨格は、光照射時にも環化などの分子内反応が起こりにくく、安定に存在することができる構造である。
【００７０】
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、三重項励起エネルギーが大きい材料である。よって、蛍光性化合物はもちろん、りん光性化合物が発光中心材料である発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示すりん光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
【００７１】
また、本発明に係る有機半導体材料は、エネルギーギャップ（最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差）が大きい材料である。よって、蛍光性化合物とともに発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示す蛍光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
【００７２】
上記一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のより具体的な例は、下記一般式（Ｇ２−１）で表されるフルオレン誘導体である。
【００７３】
【化４】
【００７４】
但し、一般式（Ｇ２−１）中、Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍ及びｎはそれぞれ独立に０又は１の値を示し、α１及びα２はそれぞれ独立にフェニレン基又はビフェニルジイル基等のアリ−レン基を表す。また、Ａｒ１又はＡｒ２はそれぞれ独立にフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基及びトリフェニレニル基のいずれか一を表す。
【００７５】
なお、一般式（Ｇ２−１）において、α１及びα２はフェニレン基であることが好ましい。また、Ａｒ１又はＡｒ２はフェニル基であることが好ましい。すなわち、下記一般式（Ｇ２−２）で表されるフルオレン誘導体が好ましい。
【００７６】
【化５】
【００７７】
但し、一般式（Ｇ２−２）中、Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍは０又は１の値を示す。
【００７８】
一般式（Ｇ２−２）で表されるフルオレン誘導体において、Ｅ１はフェニル基の結合した窒素原子であることが好ましく、当該フルオレン誘導体は下記一般式（Ｇ２−３）で表される。
【００７９】
【化６】
【００８０】
なお、式中ｍは０又は１の値を示す。
【００８１】
一般式（Ｇ２−３）で表されるフルオレン誘導体において、ベンゾイミダゾール基が置換するフェニレン基はパラ置換のフェニレン基であることが好ましく、また、ｍは０であることが好ましい。すなわち、より好ましいフルオレン誘導体は下記構造式（１）で表されるフルオレン誘導体である。
【００８２】
【化７】
【００８３】
上述のフルオレン誘導体は電子輸送性もホール輸送性も有するバイポーラ性である。そのため、発光素子に適用した場合、駆動電圧を低減することができる。特に発光層に適用した場合に顕著な効果が得られる。
【００８４】
また、上述のフルオレン誘導体を発光層のホスト材料として用いた場合、発光領域が局所的に偏ることを抑制でき、発光性の高い物質の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制することができる。よって、高い発光効率を実現できる。
【００８５】
また、上述のフルオレン誘導体は、中心に、フルオレン骨格を有することにより、立体的に嵩高い構造となっている。このため、膜にした場合に結晶化しにくい。よって、アモルファス状態を維持しやすく、発光素子に好適である。また、モルフォロジーに優れ、膜質が安定であることも、発光素子に適用好適である理由となる。
【００８６】
また、電子輸送ユニットＥＡとホール輸送ユニットＨＡをつなぐ骨格が、フルオレンであり、あまり分子量の大きくない骨格であるため、溶解性にも優れ、精製がしやすく不純物による素子寿命の低下も抑制することができる。また、同様の理由により適度な昇華性を有し、蒸着がしやすいという特徴も有する。さらに、フルオレン骨格は、光照射時にも環化などの分子内反応が起こりにくく、安定に存在することができる構造である。
【００８７】
また、上述のフルオレン誘導体は、三重項励起エネルギーが大きい材料である。よって、蛍光化合物はもちろん、りん光性化合物が発光中心材料である発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示すりん光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
【００８８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した下記一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料の合成方法を説明する。実施の形態１で示した有機半導体材料は、フルオレンの９位の炭素に電子輸送性ユニットと、ホール輸送性ユニットを同時に結合する材料である。つまり、非対称の物質である。ところが、無置換フルオレンの９位の炭素に結合する二つの水素はエネルギー的に完全に同一であって、識別ができないため、無置換フルオレンと電子輸送性ユニット及びホール輸送性ユニットのカップリング反応では合成が非常に困難である。そこで、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下のような合成方法によって実施の形態１で示した有機半導体材料を得ることができることを見出した。
【００８９】
【化８】
【００９０】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットを表す。但し、ＨＡの結合手をＨで置換した物質をＨＡＨ、ＥＡの結合手をＨで置換した物質をＥＡＨとした際、ＨＡＨ、ＥＡＨ、フルオレンの中で最も電子親和力が大きい物質がＥＡＨ、イオン化ポテンシャルが小さい物質がＨＡＨである関係を有する。また、式中、フルオレンの１位乃至８位は置換基を有していても良く、当該置換基としては、それぞれ独立に炭素数１乃至６のアルキル基または炭素数６乃至１３のアリール基のいずれかを選択することができる。）
【００９１】
＜合成法１＞
まず、電子受容ユニットＥＡのハロゲン化物（化合物１）と、ホール受容ユニットＨＡのアシル化合物（化合物２）とを反応させることで、ケトン構造を有する化合物３を得る（反応式（Ａ−１−１））。
【００９２】
【化９】
【００９３】
なお、反応式（Ａ−１−１）において、Ｘ１は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ２はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素などを表す。
【００９４】
また、化合物３は、下記反応式（Ａ−１−２）で表される反応によっても得ることができる。下記反応式（Ａ−１−２）で表される反応ではホール受容ユニットＨＡのハロゲン化物（化合物４）と、電子受容ユニットＥＡのアシル化合物（化合物５）とを反応させることで、ケトン構造を有する化合物３を得る。
【００９５】
【化１０】
【００９６】
なお、反応式（Ａ−１−２）において、Ｘ３は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ４はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素等を表す。
【００９７】
続いて、ビフェニル誘導体（化合物６）と、化合物３とを反応させることで、アルコール体（化合物７）を得ることができる（反応式（Ａ−２））。
【００９８】
【化１１】
【００９９】
反応式（Ａ−２）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度に）する置換基を表す。
【０１００】
最後に、化合物７の脱水環化反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ａ−３））。
【０１０１】
【化１２】
【０１０２】
反応式（Ａ−３）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。
【０１０３】
次に、別の方法による化合物（Ｇ１）の合成法をしめす。
【０１０４】
＜合成法２＞
合成法２では、実施の形態１で示した一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のフルオレン９位に結合しているホール受容ユニットＨＡを、ホール輸送骨格ＨＡ１とアリーレン基Ｒ１を用いてＨＡ１−Ｒ１−基として表す。これにより、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、下記一般式（Ｇ１−１）の様に表すことができる。
【０１０５】
【化１３】
【０１０６】
なお合成法２において、ホール受容骨格ＨＡ１で表される置換基としては、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基、またはジアリールアミノ基などが挙げられる。またＲ１はアリーレン基を示す。
【０１０７】
まず、電子受容ユニットＥＡのハロゲン化物（化合物１）と、アシル化合物（化合物８）とを反応させることで、ケトン構造を有する化合物９を得ることができる（反応式（Ｂ−１））。
【０１０８】
【化１４】
【０１０９】
反応式（Ｂ−１）において、Ｘ１は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ６はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素等を表し、Ｘ７はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１１０】
次に、ビフェニル誘導体（化合物６）と、化合物９とを反応させることで、アルコール（化合物７）を得ることができる（反応式（Ｂ−２））。
【０１１１】
【化１５】
【０１１２】
反応式（Ｂ−２）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ７はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１１３】
次いで、化合物１０の脱水環化反応を行うことにより、フルオレン化合物（化合物１１）を得ることができる（反応式（Ｂ−３））。
【０１１４】
【化１６】
【０１１５】
反応式（Ｂ−３）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。
【０１１６】
最後に、化合物１１と、ホール受容骨格ＨＡ１を有する化合物１２とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−１）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｂ−４））。
【０１１７】
【化１７】
【０１１８】
反応式（Ｂ−４）において、Ｘ７はハロゲン、トリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）、Ｘ８はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｂ−４）におけるカップリング反応は、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１１９】
次に、別の方法による化合物（Ｇ１）の合成法を示す。
【０１２０】
＜合成法３＞
合成法３では、実施の形態１に示した一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のフルオレン９位に結合している電子受容ユニットＥＡを、電子輸送骨格ＥＡ１とアリーレン基Ｒ２を用いてＥＡ１−Ｒ２−基として表す。これにより一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は下記一般式（Ｇ１−２）の様に表すことができる。
【０１２１】
【化１８】
【０１２２】
合成法３において、ＥＡ１で表される置換基としては、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基などが挙げられる。またＲ２はアリーレン基を示す。
【０１２３】
まず、ホール受容ユニットＨＡのハロゲン化物（化合物４）と、Ｒ２を有するアシル化合物（化合物１３）とを反応させることで、ホール受容ユニットＨＡ、Ｒ２を含み、ケトン構造を有する化合物１４を得ることができる（反応式（Ｃ−１））。
【０１２４】
【化１９】
【０１２５】
反応式（Ｃ−１）において、Ｘ３は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ９はハロゲン、アルコキシ基、ヒドロキシル基、水素等を表し、Ｘ１０はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１２６】
次に、ビフェニル誘導体（化合物６）と、化合物１４とを反応させることで、アルコール体（化合物１５）を得ることができる（反応式（Ｃ−２））。
【０１２７】
【化２０】
【０１２８】
反応式（Ｃ−２）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ１０はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１２９】
次いで、化合物１５の脱水環化反応を行うことにより、化合物１６を得ることができる（反応式（Ｃ−３））。
【０１３０】
【化２１】
【０１３１】
反応式（Ｃ−３）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。反応式（Ｃ−３）において、Ｘ１０はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１３２】
最後に、化合物１６と、電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−２）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｃ−４））。
【０１３３】
【化２２】
【０１３４】
反応式（Ｃ−４）において、Ｘ１０はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）、Ｘ１１はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｃ−４）におけるカップリング反応は、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１３５】
また、別の方法による化合物（Ｇ１）の合成法を示す。
【０１３６】
＜合成法４＞
合成法４では、実施の形態１で示した一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のフルオレン９位に結合しているホール受容ユニットＨＡを、ホール輸送骨格ＨＡ１とアリーレン基Ｒ１を用いてＨＡ１−Ｒ１基として表し、電子受容ユニットＥＡを、電子輸送骨格ＥＡ１とアリーレン基Ｒ２を用いてＥＡ１−Ｒ２基として表す。これにより、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、下記一般式（Ｇ１−３）の様に表すことができる。
【０１３７】
【化２３】
【０１３８】
なお、合成法４において、電子輸送骨格ＥＡ１として表される置換基としては、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基などが挙げられる。また、正孔輸送骨格ＨＡ１として表される置換基としては、π電子過剰系ヘテロ芳香族置換基、またはジアリールアミノ基などが挙げられる。またＲ１とＲ２はアリーレン基を示す。
【０１３９】
まず、ビフェニル誘導体（化合物６）と、Ｒ１及びＲ２を含みケトン構造を有する化合物１８とを反応させることで、アルコール体（化合物１９）を得ることができる（反応式（Ｄ−１））。
【０１４０】
【化２４】
【０１４１】
反応式（Ｄ−１）において、Ｘ５は臭化マグネシウム（グリニヤール試薬）、リチウム等、結合している炭素の求核性を高く（カルボニル基の炭素を求核攻撃できる程度）する置換基を表し、Ｘ１２及びＸ１３はハロゲン、ヒドロキシル基等を表す。
【０１４２】
次いで、化合物１９の脱水環化反応を行うことにより、フルオレン化合物２０を得ることができる（反応式（Ｄ−２））。
【０１４３】
【化２５】
【０１４４】
反応式（Ｄ−２）において、用いる事ができる脱水剤としては、塩酸、硫酸などの酸触媒などが挙げられる。反応式（Ｄ−２）において、Ｘ１２、及びＸ１３はそれぞれ独立にハロゲン又はヒドロキシル基等を表す。
【０１４５】
続いて、化合物２０と、ホール受容骨格ＨＡ１を有する化合物１２とのカップリング反応を行うことにより、化合物２１を得ることができる（反応式（Ｄ−３−１））。
【０１４６】
【化２６】
【０１４７】
反応式（Ｄ−３−１）において、Ｘ１２、及びＸ１３はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）を表し、Ｘ８はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。Ｘ１２及びＸ１３は同じであっても異なっていても良い。反応式（Ｄ−３−１）におけるカップリング反応は、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１４８】
最後に、化合物２１と、電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−３）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｄ−３−２））。
【０１４９】
【化２７】
【０１５０】
反応式（Ｄ−３−２）において、Ｘ１３はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）を表し、Ｘ１１はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｄ−３−２）におけるカップリング反応としては、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１５１】
また、合成法４においては、化合物２０に対して先に電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７をカップリングしても良い。すなわち、まず、化合物２０と、電子受容骨格ＥＡ１を有する化合物１７とのカップリング反応を行うことにより、化合物２２を得る（反応式（Ｄ−４−１））。
【０１５２】
【化２８】
【０１５３】
反応式（Ｄ−４−１）において、Ｘ１２、Ｘ１３はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）を表し、Ｘ１１はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。Ｘ１２及びＸ１３は同じであっても異なっていても良い。反応式（Ｄ−４−１）におけるカップリング反応としては、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１５４】
その後、化合物２２と、ホール受容骨格ＨＡ１を有する化合物１２とのカップリング反応を行うことにより、本合成の目的物である一般式（Ｇ１−３）で表される有機半導体材料を得ることができる（反応式（Ｄ−４−２））。
【０１５５】
【化２９】
【０１５６】
反応式（Ｄ−４−２）において、Ｘ１２はハロゲンまたはトリフラート基（ヒドロキシル基より合成する）、Ｘ８はボロン酸（ボロン酸はエチレングリコールなどにより保護された構造でも良い）等を表す。反応式（Ｄ−４−２）におけるカップリング反応としては、パラジウム触媒を用いた鈴木−宮浦カップリング反応等が挙げられる。
【０１５７】
以上に示したような合成法により、実施の形態１で示した有機半導体材料である一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を合成することができる。
【０１５８】
なお、合成法１〜３では、電子受容ユニットＥＡのみやホール受容ユニットＨＡのみの２置換体が生成しないため、精製がしやすい合成法である。従って、合成法１〜３はフルオレンの９位に異なる２つのユニット（電子受容ユニット、及びホール受容ユニット）を導入する上で、非常に有効な合成法といえる。
【０１５９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示した有機半導体材料を用いた発光素子の一態様について、図１および図２を用いて説明する。
【０１６０】
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【０１６１】
本実施の形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第２の電極１０４と、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に設けられたＥＬ層１０３とから構成されている。なお、本実施の形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０４は陰極として機能するものとする。つまり、第１の電極１０２の方が第２の電極１０４よりも電位が高くなるように、第１の電極１０２と第２の電極１０４に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして、以下説明をする。
【０１６２】
基板１０１は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラス、またはプラスチック、金属などを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。なお、発光素子からの発光を、基板１０１を通して外部へ取り出す場合には、基板１０１は透光性を有する基板であることが好ましい。
【０１６３】
第１の電極１０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上であることが好ましい）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。また、グラフェンも用いることができる。
【０１６４】
また、第１の電極１０２と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第１の電極１０２として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【０１６５】
本実施の形態で示すＥＬ層１０３は、ホール注入層１１１、ホール輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５を有している。なお、ＥＬ層１０３は、少なくとも発光層を有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。すなわち、ＥＬ層１０３は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質またはホール輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、ホール注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及びホールの輸送性の高い物質）の物質、発光性の高い物質等を含む層と、実施の形態１で示した有機半導体材料とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
【０１６６】
ホール注入層１１１は、ホール注入性の高い物質を含む層である。ホール注入性の高い物質としては、酸化モリブデンや酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等が挙げられる。
【０１６７】
また、ホール注入層１１１として、ホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、ホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第１の電極１０２として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、ホール輸送性の高い物質とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
【０１６８】
なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
【０１６９】
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、ホール輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【０１７０】
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴＡ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ１、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体や、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【０１７１】
また、アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【０１７２】
また、ホール注入層１１１としては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることができる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【０１７３】
また、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、ホール注入層１１１として用いてもよい。
【０１７４】
ホール輸送層１１２は、ホール輸送性の高い物質を含む層である。ホール輸送性の高い物質としては、低分子の有機化合物としては、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニル−スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−アミン（略称：ＹＧＡＳＦ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−２’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｏ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−３’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｍ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｐ−ＹＧＡ１ＢＰ）、１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ＴＣｚＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール移動度を有する物質である。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、ホール輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１７５】
また、上述したホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料をホール輸送層１１２として用いても良い。
【０１７６】
また、ホール輸送層１１２として、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
【０１７７】
発光層１１３は、発光性の高い物質を含む層であり、種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物やりん光を発光するりん光性化合物を用いることができる。また、発光性の高い物質は、一種だけでなく複数種用いてもよい。
【０１７８】
発光層に用いることのできるりん光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス［２−（３’，５’ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、ビス（１，２−ジフェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｂｉ）２（ａｃａｃ））、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）等の有機金属錯体が挙げられる。また、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＴＴＡ）３（Ｐｈｅｎ））等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光（異なる多重度間の電子遷移）であるため、りん光性化合物として用いることができる。
【０１７９】
発光層に用いることのできる蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１４−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【０１８０】
なお、発光層としては、上述した発光性の高い物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。発光性の物質を分散させるための物質（ホスト材料）としては、各種のものを用いることができ、発光性の高い物質（ゲスト材料）よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。なお、本明細書中において、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が高いとは、そのエネルギーレベルが大きいことを意味し、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が低いとは、そのエネルギーレベルが小さいことを意味する。例えば、−５．５ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質Ａは、−５．２ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＢよりＨＯＭＯ準位が０．３ｅＶ低く、−５．７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＣよりＨＯＭＯ準位が０．２ｅＶ高いと言うことができる。
【０１８１】
実施の形態１で示した有機半導体材料は、広いバンドギャップを有し、バイポーラ性であるため、ホスト材料として好適である。実施の形態１で示した有機半導体材料は、広いバンドギャップを有するため、短波長の発光を示すゲスト材料を用いた場合であっても効率よくゲスト材料からの発光を得ることができる。また、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
【０１８２】
また、実施の形態１で示した有機半導体材料は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、ゲスト材料としてりん光性化合物を用いた場合であっても効率よくゲスト材料からの発光を得ることができる。特に、短波長の発光を示すりん光性化合物を用いた場合に顕著な効果が得られる。
【０１８３】
ホスト材料は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等をさらに添加してもよい。
【０１８４】
発光性の高い物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成とすることにより、発光層１１３の結晶化を抑制することができる。また、発光性の高い物質（ゲスト材料）の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【０１８５】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、低分子の有機化合物として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体を用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物も用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、ホールよりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１８６】
また、電子輸送層１１４として、高分子化合物を用いることができる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【０１８７】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第２の電極１０４からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
【０１８８】
第２の電極１０４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ましい）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【０１８９】
また、第２の電極１０４と電子輸送層１１４との間に、電子注入を促す機能を有する層である電子注入層１１５を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第２の電極１０４として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
【０１９０】
なお、実施の形態１で示した有機半導体材料は発光性を示す場合があるため、その際は、発光性の高い物質として、発光層に用いることもできる。また、実施の形態１で示した有機半導体材料はバイポーラ性であるため、発光層以外の層（例えば、ホール輸送層、電子輸送層など）に用いることもできる。また、実施の形態１で示した有機半導体材料は広いバンドギャップを有するため、電子ブロック層やホールブロック層として用いることもできる。また、実施の形態１で示した有機半導体材料は大きい三重項励起エネルギーを有するため、エキシトンブロック層として用いることもできる。
【０１９１】
ＥＬ層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。実施の形態１に記載の有機半導体材料は良好な昇華性を示すことから、蒸着法により良好な膜を成膜することができる。また、実施の形態１に記載の有機半導体材料は、溶媒への溶解性にも優れるため、湿式法での成膜も問題なく適用が可能である。
【０１９２】
例えば、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層を形成してもよい。
【０１９３】
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
【０１９４】
例えば、本発明の発光素子を表示装置に適用し、大型基板を用いて作製する場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層を、インクジェット法を用いて形成することにより、大型基板を用いても発光層の塗り分けが容易となる。
【０１９５】
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１０３においてホールと電子とが再結合し、発光するものである。
【０１９６】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極である。例えば、第１の電極１０２のみが透光性を有する電極である場合、発光は第１の電極１０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極１０４のみが透光性を有する電極である場合、発光は第２の電極１０４を通って基板と逆側から取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０４がいずれも透光性を有する電極である場合、発光は第１の電極１０２および第２の電極１０４を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
【０１９７】
なお、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極１０２および第２の電極１０４から離れた部位にホールと電子とが再結合する発光領域を設けた構成であり、実施の形態１で示した有機半導体材料を有する構成であれば、上記以外のものでもよい。
【０１９８】
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質またはホール輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、ホール注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及びホールの輸送性の高い物質）の物質等から成る層と、実施の形態１で示した有機半導体材料を適宜組み合わせて構成すればよい。
【０１９９】
例えば、図２に示すように、基板１０１上に、陰極として機能する第２の電極１０４、ＥＬ層１０３、陽極として機能する第１の電極１０２とが順に積層された構成としてもよい。図２では、第２の電極１０４上に、電子注入層１１５、電子輸送層１１４、発光層１１３、ホール輸送層１１２、ホール注入層１１１が順に積層された構成となっている。
【０２００】
なお、本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、トランジスタを形成し、トランジスタと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、トランジスタの構造は、特に限定されない。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の場合はスタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方からのみなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、単結晶半導体膜を用いてもよい。単結晶半導体膜は、スマートカット法などを用いて作製することができる。
【０２０１】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０２０２】
（実施の形態４）
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）の態様について、図３を参照して説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、実施の形態３で示したＥＬ層の構成と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態３で示した発光素子は、１つの発光ユニットを有する発光素子である。本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
【０２０３】
図３において、第１の電極５０１と第２の電極５０２との間には、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２が積層されている。第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２との間には、電荷発生層５１３が設けられている。第１の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態３と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態３で示したＥＬ層の構成と同様なものを適用することができる。
【０２０４】
電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットにホールを注入する層であり、単層でも複数の層を積層した構成であってもよい。単層で構成する場合は、実施の形態３で示した電極材料や複合材料を用いることができる。この場合、電荷発生層より陽極側に位置する発光ユニットには電子注入層が設けられていることが好ましい。複数の層を積層した構成としては、ホールを注入する層と電子を注入する層とを積層する構成であることが好ましい。
【０２０５】
ホールを注入する層としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、ホール輸送性の高い物質に、アクセプター物質が添加された構成であってもよい。ホール輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層は、実施の形態３で示した複合材料であり、アクセプター物質として、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）や、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。ホール輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー）など、種々の化合物を用いることができる。なお、ホール輸送性の高い物質としては、ホール移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。ホール輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０２０６】
電子を注入する層としては、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。あるいは、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質が添加された構成であってもよい。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第１３族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。電子輸送性の高い物質としては、実施の形態３で示した材料を用いることができる。なお、電子輸送性の高い物質としては、電子移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、ホールよりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。電子輸送性の高い物質とドナー性物質とを有する複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０２０７】
また、電荷発生層５１３として、ホール輸送性の高い物質と金属酸化物を含む層と透明導電膜とを組み合わせて形成しても良い。なお、光取り出し効率の点から、電荷発生層は透光性の高い層とすることが好ましい。
【０２０８】
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットにホールを注入するものであれば良い。例えば、第１の電極の電位の方が第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層５１３は、第１の発光ユニット５１１に電子を注入し、第２の発光ユニット５１２にホールを注入するものであればいかなる構成でもよい。
【０２０９】
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能であるため、長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低い発光装置を実現することができる。
【０２１０】
また、それぞれの発光ユニットの発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つの発光ユニットを有する発光素子において、第１の発光ユニットの発光色と第２の発光ユニットの発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、３つの発光ユニットを有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第１の発光ユニットの発光色が赤色であり、第２の発光ユニットの発光色が緑色であり、第３の発光ユニットの発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。
【０２１１】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０２１２】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
【０２１３】
本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図４を用いて説明する。なお、図４（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。この発光装置は、発光素子の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部（ソース側駆動回路）６０１、画素部６０２、駆動回路部（ゲート側駆動回路）６０３を含んでいる。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
【０２１４】
なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０２１５】
次に、断面構造について図４（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
【０２１６】
なお、ソース側駆動回路６０１はＮチャネル型ＴＦＴ６２３とＰチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路は、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、画素部が形成された基板と同一基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を、画素部が形成された基板と同一基板上ではなく、外部に形成することもできる。
【０２１７】
また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
【０２１８】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【０２１９】
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。ここで、第１の電極６１３に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（好ましくは仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ膜、酸化インジウム−酸化亜鉛膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等の積層膜を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
【０２２０】
また、ＥＬ層６１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。ＥＬ層６１６は、実施の形態１で示した有機半導体材料を有している。また、ＥＬ層６１６を構成する材料としては、低分子化合物、または高分子化合物、オリゴマー、デンドリマーのいずれを用いてもよい。また、ＥＬ層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いてもよい。
【０２２１】
また、第２の電極６１７に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第２の電極を陰極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の小さい（好ましくは仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）等が挙げられる。なお、ＥＬ層６１６で生じた光を第２の電極６１７を透過させる場合には、第２の電極６１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等）との積層膜を用いることも可能である。
【０２２２】
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５が充填される場合もある。
【０２２３】
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０２２４】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【０２２５】
本発明の発光装置は、実施の形態３又は実施の形態４で示した発光素子を有する。実施の形態３又は実施の形態４で示した発光素子は高い発光効率を有する。また、駆動電圧が低い。そのため、高輝度での発光が可能な発光装置を得ることができる。また、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
【０２２６】
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図５には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図５（Ａ）は、発光装置を示す斜視図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）をＸ−Ｙで切断した断面図である。図５において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間にはＥＬ層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、陰極をパターニングすることができる。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、発光効率の高く、駆動電圧が低い本発明に係る発光素子を含むことによって、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
【０２２７】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０２２８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態３又は実施の形態４で示した発光素子を有し、低消費電力の表示部を有する。
【０２２９】
本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図６に示す。
【０２３０】
図６（Ａ）は本実施の形態に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るテレビ装置は、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【０２３１】
図６（Ｂ）は本実施の形態に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るコンピュータは、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。
【０２３２】
図６（Ｃ）は本実施の形態に係るカメラであり、本体９３０１、表示部９３０２、筐体９３０３、外部接続ポート９３０４、リモコン受信部９３０５、受像部９３０６、バッテリー９３０７、音声入力部９３０８、操作キー９３０９、接眼部９３１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９３０２は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９３０２も同様の特徴を有するため、このカメラは低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９３０１の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るカメラは、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２３３】
図６（Ｄ）は本実施の形態に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態３又は実施の形態４で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係る携帯電話は、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２３４】
図１２には、図６（Ｄ）とは異なる構成の携帯電話の一例を示す。図１２（Ａ）が正面図、図１２（Ｂ）が背面図、図１２（Ｃ）が展開図である。図１２に示す携帯電話は、電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。
【０２３５】
図１２に示す携帯電話は、筐体１００１及び１００２二つの筐体で構成されている。筐体１００１には、表示部１１０１、スピーカー１１０２、マイクロフォン１１０３、操作キー１１０４、ポインティングデバイス１１０５、カメラ用レンズ１１０６、外部接続端子１１０７、イヤホン端子１１０８等を備え、筐体１００２には、キーボード１２０１、外部メモリスロット１２０２、カメラ用レンズ１２０３、ライト１２０４等を備えている。また、アンテナは筐体１００１内部に内蔵されている。
【０２３６】
また、上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
【０２３７】
表示部１１０１には、実施の形態４で示した発光装置を組み込むことが可能であり、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。表示部１１０１と同一面上にカメラ用レンズ１１０６を備えているため、テレビ電話が可能である。また、表示部１１０１をファインダーとしカメラ用レンズ１２０３及びライト１２０４で静止画及び動画の撮影が可能である。スピーカー１１０２及びマイクロフォン１１０３は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生等が可能である。操作キー１１０４では、電話の発着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール、カーソル移動等が可能である。更に、重なり合った筐体１００１と筐体１００２（図１２（Ａ））は、スライドし図１２（Ｃ）のように展開し、携帯情報端末として使用できる。この場合、キーボード１２０１、ポインティングデバイス１１０５を用い円滑な操作が可能である。外部接続端子１１０７はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット１２０２に記録媒体を挿入しより大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０２３８】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能等を備えたものであってもよい。
【０２３９】
図７は音響再生装置、具体例としてカーオーディオであり、本体７０１、表示部７０２、操作スイッチ７０３、７０４を含む。表示部７０２は実施の形態４の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７０２はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、車両用電源（１２〜４２Ｖ）を使って、低消費電力化を図りつつ、明るい表示部を構成することができる。また、本実施の形態では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用のオーディオ装置に用いても良い。
【０２４０】
図８は、音響再生装置の一例としてデジタルプレーヤーを示している。図８に示すデジタルプレーヤーは、本体７１０、表示部７１１、メモリ部７１２、操作部７１３、イヤホン７１４等を含んでいる。なお、イヤホン７１４の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。表示部７１１として、実施の形態６の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７１１はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、二次電池（ニッケル−水素電池など）を使っても表示が可能であり、低消費電力化を図りつつ、明るい表示部を構成することができる。メモリ部７１２は、ハードディスクや不揮発性メモリを用いている。例えば、記録容量が２０〜２００ギガバイト（ＧＢ）のＮＡＮＤ型不揮発性メモリを用い、操作部７１３を操作することにより、映像や音声（音楽）を記録、再生することができる。なお、表示部７０２及び表示部７１１は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。
【０２４１】
以上の様に、本発明を適用して作製した発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明を適用することにより、低消費電力の表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
【０２４２】
また、本発明を適用した発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光装置は、高輝度の発光が可能であり照明装置として好適である。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図９を用いて説明する。
【０２４３】
図９には、本発明の係る発光装置を用いた照明装置として用いた電子機器の一例として、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置を示す。図９に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明を適用した発光装置が用いられおり、端子９０６により、電流が供給されている。
【０２４４】
本発明に係る発光装置は薄型で低消費電力であるため、本発明に係る発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。また、本発明に係る発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。
【０２４５】
図１０は、本発明に係る発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１０に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明に係る発光装置が用いられている。本発明の発光装置は低消費電力化されているため、電気スタンドも消費電力が低い。
【０２４６】
図１１は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明に係る発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明に係る発光装置は、低消費電力であるため、低消費電力の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図６（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００２を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、環境への負荷を低減することができる。
【０２４７】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【０２４８】
≪合成例１≫
本合成例では、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つである、４−フェニル−４’−｛９−［４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル］−フルオレン−９−イル｝−トリフェニルアミン （略称：Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の合成法について詳しく説明する。Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍの構造式を以下に示す。
【０２４９】
【化３０】
【０２５０】
＜ステップ１：４−ブロモフェニル−４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル−メタノンの合成＞
３００ｍＬ三口フラスコにて、活性マグネシウム４１０ｍｇ（１７ｍｍｏｌ）を脱水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）５ｍＬ中で撹拌し、ここに１，２−ジブロモエタンを約０．２ｍＬ加えて発泡、発熱するのを確認した。ここに、４−ブロモフェニル−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールの５．２ｇ（１５ｍｍｏｌ）を脱水ＴＨＦ溶液５０ｍＬに溶かした溶液を加えた。これを４時間加熱撹拌した後、室温まで冷まし、グリニャール試薬とした。
続いて、５００ｍＬ三口フラスコに、４−ブロモベンゾイルクロリドを３．７ｇ（１７ｍｍｏｌ）と、脱水ＴＨＦを１５０ｍＬ加え、−４０℃にて撹拌した。ここに、先程のグリニャール試薬を滴下し、１時間撹拌したのち、約１５時間室温にて撹拌した。
反応後、ここに１Ｎ−塩酸を酸性になるまで加えた。得られた混合液の有機相を水で洗浄した後、硫酸マグネシウムを加えて水分を吸着させた。この懸濁液をろ過し、得られたろ液を濃縮し、酢酸エチルとトルエンを加えて再結晶を行った。粉末２．５ｇを得た。上記反応スキームを（Ａ−１）に示す。
【０２５１】
【化３１】
【０２５２】
得られた化合物の分子量を、ＧＣ／ＭＳ検出器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ製、ＩＴＱ１１００イオントラップ型ＧＣＭＳシステム）により測定した。これにより、分子量４５３．２８（モードはＥＩ＋）をメインとするピークを検出し、本合成の目的物である４−ブロモフェニル−４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル−メタノンが得られたことを確認した。
【０２５３】
＜ステップ２：２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールの合成＞
２００ｍＬ三口フラスコにて、脱水ＴＨＦ２０ｍＬ中に溶かした２−ブロモビフェニルを１．４ｇ（６．０ｍｍｏｌ）を−８０℃にて撹拌した。ここに、４−ブロモフェニル−４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル−メタノン２．５ｇに脱水ＴＨＦ５０ｍＬを加えた懸濁液を滴下して、約１５時間撹拌し、アルコール体を形成させた。
反応後、ここに１Ｎ−塩酸を酸性になるまで加えた。得られた混合液の有機相を水で洗浄した後、濃縮した。
得られた濃縮物に、氷酢酸３０ｍＬと、濃塩酸１ｍＬを加え、１３５℃で８時間加熱撹拌した。反応後、水にこの反応液を加え、得られた固体を水で洗浄した。ヘキサンを加えて超音波洗浄し、白色粉末１００ｍｇを得た。上記反応スキームを（Ａ−２）に示す。
【０２５４】
【化３２】
【０２５５】
得られた化合物の分子量を、ＧＣ／ＭＳ検出器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ製、ＩＴＱ１１００イオントラップ型ＧＣＭＳシステム）により測定した。これにより、分子量５８９．１９（モードはＥＩ＋）をメインとするピークを検出し、本合成の目的物である２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールが得られたことを確認した。
【０２５６】
＜ステップ３：４−フェニル−４’−｛９−［４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル］−フルオレン−９−イル｝−トリフェニルアミン （略称：Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の合成＞
２００ｍＬ三口フラスコに、２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールを１００ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ）、４−ビフェニルフェニルアミンを５０ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ）、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシドを５００ｍｇ（０．５ｍｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）を５．０ｍｇ（１０μｍｏｌ）加え、フラスコ内の雰囲気を窒素置換した。この混合物へ、脱水キシレン１０ｍＬを加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気した後、トリ（ｔｅｒｔ−ブチル）ホスフィン（１０ｗｔ％ヘキサン溶液）６０μＬ（３０μｍｏｌ）を加えた。この混合物を、窒素雰囲気下、１３０℃で２．５時間加熱撹拌し、反応させた。
【０２５７】
反応後、この反応混合液にトルエン５０ｍＬを加え、この懸濁液をフロリジール（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５４０−００１３５）、を通してろ過した。得られたろ液を水で洗浄し、硫酸マグネシウムを加えて水分を吸着させた。この懸濁液をろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒 トルエン：酢酸エチル＝１０：１）による精製を行った。得られたフラクションを濃縮し、アセトンとメタノールを加えて超音波をかけたのち、再結晶したところ、粉末を収量２０ｇで得た。上記反応スキームを下記（Ａ−３）に示す。
【０２５８】
【化３３】
【０２５９】
シリカゲル薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）でのＲｆ値（展開溶媒 酢酸エチル：ヘキサン＝１：２）は、得られた粉末は０．４５、２−｛４−［９−（４−ブロモフェニル）−フルオレン−９−イル］−フェニル｝−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾールは０．３９、４−ビフェニルフェニルアミンは０．６４だった。
【０２６０】
上記ステップ３で得られた化合物を核磁気共鳴法（ＮＭＲ）により測定した。以下に測定データを示す。これにより、本合成の目的物であるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ（略称）が得られたことを確認した。
【０２６１】
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ（ｐｐｍ）＝６．９２（ｄ， Ｊ＝８．７Ｈｚ， ２Ｈ）， ６．９９−７．５６ （ｍ， ２８Ｈ）， ７．７５（ｄ， Ｊ＝７．２Ｈｚ， ２Ｈ）， ７．８４（ｄ， Ｊ＝７．８Ｈｚ， １Ｈ）。
【０２６２】
また、１Ｈ ＮＭＲチャートを図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）を拡大して表したチャートである。測定結果から、本合成の目的物であるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ（略称）が得られたことを確認した。
【０２６３】
また、上記化合物の分子量を、ＧＣ／ＭＳ検出器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ製、ＩＴＱ１１００イオントラップ型ＧＣＭＳシステム）により測定した。これにより、分子量７５３．３（モードはＥＩ＋）をメインとするピークを検出し、本合成の目的物であるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ（略称）が得られたことを確認した。
【０２６４】
次に、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトルを図１４に示す。吸収スペクトルの測定には紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いた。吸収スペクトルは、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液を石英セルに入れて測定しこの吸収スペクトルから、石英セルを用いて測定したトルエンの吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図示した。発光スペクトルの測定には吸収スペクトルの測定と同様に紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いた。発光スペクトルは、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液を石英セルに入れて測定した。これにより、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍのトルエン溶液における吸収ピーク波長は３１０ｎｍ付近に存在し、発光ピーク発光波長は３８４ｎｍ付近（励起波長３２０ｎｍ）にあることがわかった。
【実施例２】
【０２６５】
本実施例では、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した本発明の一態様である有機半導体材料のフルオレン化合物４−フェニル−４’−｛９−［４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）−フェニル］−フルオレン−９−イル｝−トリフェニルアミン （略称：Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の一重項における最安定構造を密度汎関数法で計算した。基底関数として、６−３１１（それぞれの原子価軌道に三つの短縮関数を用いたｔｒｉｐｌｅ ｓｐｌｉｔ ｖａｌｅｎｃｅ基底系の基底関数）を全ての原子に適用した。上述の基底関数により、例えば、水素原子であれば、１ｓ〜３ｓの軌道が考慮され、また、炭素原子であれば、１ｓ〜４ｓ、２ｐ〜４ｐの軌道が考慮されることになる。さらに、計算精度向上のため、分極基底系として、水素原子にはｐ関数を、水素原子以外にはｄ関数を加えた。汎関数はＢ３ＬＹＰを用いた。また、その構造の最低非占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＬＵＭＯ）と最高占有分子軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＨＯＭＯ）の計算をそれぞれ行った。
【０２６６】
なお、量子化学計算プログラムとしては、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９を使用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ（ＳＧＩ社製、Ａｌｔｉｘ４７００）を用いて行った。
【０２６７】
図１５（Ａ）にＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ のＬＵＭＯ、（Ｂ）にＨＯＭＯをそれぞれ示した。
【０２６８】
図１５（Ａ）では、ＬＵＭＯは電子受容ユニット（ＥＡ）であるベンゾイミダゾール骨格と、フルオレン骨格に広がっており、ホール受容ユニット（ＨＡ）まで広がっていないことが示された。図１５（Ｂ）では、ＨＯＭＯはホール受容ユニット（ＨＡ）であるアミン骨格と、フルオレン骨格の一部に広がっており、電子受容ユニット（ＥＡ）まで広がっていないことが示された。
【０２６９】
以上の計算により、ホール受容ユニットと電子受容ユニットがフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介して結合しているＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは、ＨＯＭＯの広がりとＬＵＭＯの広がりがほとんど重なっていないことが示された。このことで、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍはホール受容ユニットと電子受容ユニットとを同じ分子内に有しつつも広いバンドギャップ、高いＴ１準位（最低三重項励起エネルギー準位）を持つことが示唆された。
【０２７０】
続けて、三重項における最安定構造を計算した。一重項と三重項における最安定構造のエネルギー差から、Ｔ１準位のエネルギーを計算した。使用した量子化学計算プログラムはＧａｕｓｓｉａｎ０９である。基底関数は、６−３１１Ｇ（ｄ，ｐ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰである。
【０２７１】
計算した結果、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍの有するＴ１準位は、２．６４ｅＶと算出された。
【０２７２】
以上の結果からも、Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは高いＴ１準位をもっていることが示唆された。また、それはホール受容ユニット（ＨＡ）と、電子受容ユニット（ＥＡ）がフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介して結合していることにより、π共役が伸びづらいためだと示唆された。
【０２７３】
続いて、下記化学式（ｉ）で表される化合物（ＢＰＡＢＩｍ）の一重項最安定構造を密度汎関数法で計算した。この化合物は本発明の一態様であるフルオレン化合物（Ｆ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍ）の、電子受容ユニット（ＥＡ）とホール受容ユニット（ＨＡ）との結合がフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介していない（フルオレン骨格を有していない）構造を持つ物質である。
【０２７４】
【化３４】
【０２７５】
使用した量子化学計算プログラムはＧａｕｓｓｉａｎ０９である。基底関数は、６−３１１Ｇ（ｄ，ｐ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰである。また、その構造の最低非占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＬＵＭＯ）と最高占有分子軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、略してＨＯＭＯ）の計算をそれぞれ行った。
【０２７６】
図１６（Ａ）にＢＰＡＢＩｍ のＬＵＭＯ、（Ｂ）にＨＯＭＯをそれぞれ示した。
【０２７７】
図１６（Ａ）では、ＬＵＭＯは電子受容ユニット（ＥＡ）であるベンゾイミダゾール骨格から、ホール受容ユニット（ＨＡ）のアミン骨格の一部にまで広がっていることが示された。図１６（Ｂ）では、ＨＯＭＯはホール受容ユニット（ＨＡ）であるアミン骨格から、電子受容ユニット（ＥＡ）であるベンゾイミダゾール骨格の一部にまで広がっていることが示された。
【０２７８】
続けて、この構造最適化した分子構造を用いてＴ１準位のエネルギーを計算した。使用した量子化学計算プログラムはＧａｕｓｓｉａｎ０９である。基底関数は、６−３１１Ｇ（ｄ，ｐ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰである。
【０２７９】
計算した結果、化学式（ｉ）で表される化合物（ＢＰＡＢＩｍ）は、Ｔ１準位は２．４７ｅＶと算出された。
【０２８０】
以上の計算により、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは、ＢＰＡＢＩｍと比較して、ＨＯＭＯの広がりとＬＵＭＯの広がりの重なりがほとんどないことが示された。つまり、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは分子量が大きくても、ホール受容ユニット（ＨＡ）と電子受容ユニット（ＥＡ）の結合がフルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介しているために、Ｔ１準位が高くなることが示された。
【０２８１】
以上の結果より、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは高いＴ１準位をもち、それはホール受容ユニット（ＨＡ）と、電子受容ユニット（ＥＡ）とがフルオレン骨格の９位の炭素のシグマ結合を介して結合しているためだと示唆された。
【０２８２】
また、トルエン溶液でのＢＰＡＢＩｍのスペクトルを図１７に示す。
【０２８３】
実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは、ＢＰＡＢＩｍと比較して、吸収スペクトル、発光スペクトル共に短波長であることが分かった。
【０２８４】
以上の結果より、実施の形態１に一般式（Ｇ１）として示した有機半導体材料の一つであるＦ−ＢＰＡ−Ｐｂｉｍは分子量が大きくても、フルオレンの９位の炭素のシグマ結合を介してホール受容ユニット（ＨＡ）と電子受容ユニット（ＥＡ）が結合しているため、Ｓ１準位や、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位間のバンドギャップ（Ｂｇ）が高くなることが示された。
【０２８５】
そのため、本発明の一態様である有機半導体材料は、より短波長で発光する発光素子に好適に用いることができることが分かった。
【符号の説明】
【０２８６】
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ ＥＬ層
１０４ 第２の電極
１１１ ホール注入層
１１２ ホール輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ ＥＬ層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ Ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ Ｐチャネル型ＴＦＴ
７０１ 本体
７０２ 表示部
７０３ 操作スイッチ
７０４ 操作スイッチ
７１０ 本体
７１１ 表示部
７１２ メモリ部
７１３ 操作部
７１４ イヤホン
９０１ 筐体
９０２ 液晶層
９０３ バックライト
９０４ 筐体
９０５ ドライバＩＣ
９０６ 端子
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 電極
１００１ 筐体
１００２ 筐体
１１０１ 表示部
１１０２ スピーカー
１１０３ マイクロフォン
１１０４ 操作キー
１１０５ ポインティングデバイス
１１０６ カメラ用レンズ
１１０７ 外部接続端子
１１０８ イヤホン端子
１２０１ キーボード
１２０２ 外部メモリスロット
１２０３ カメラ用レンズ
１２０４ ライト
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９３０１ 本体
９３０２ 表示部
９３０３ 筐体
９３０４ 外部接続ポート
９３０５ リモコン受信部
９３０６ 受像部
９３０７ バッテリー
９３０８ 音声入力部
９３０９ 操作キー
９３１０ 接眼部
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料。
【化１】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。）
【請求項２】
一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料。
【化２】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。また、ＨＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨと、ＥＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨ及び無置換のフルオレンは、電子親和力が最も大きい物質がＥＡＨ、イオン化ポテンシャルが最も小さい物質がＨＡＨであるという関係を有する）
【請求項３】
請求項２において、
ＥＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であり、ＨＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項４】
請求項２において、
ＥＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であり、ＨＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記ＥＡは、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基及びこれら置換基のいずれか一を有するフェニル基のいずれか一であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記ＨＡはπ過剰系ヘテロ芳香族置換基を有するフェニル基、またはジアリールアミノ基を有するフェニル基であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項７】
一対の電極間に、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の有機半導体材料を含む発光素子。
【請求項８】
一対の電極間に、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の有機半導体材料を含み、
発光層に燐光性化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の有機半導体材料は、発光層に含まれることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光素子と、前記発光素子の発光を制御する制御回路とを有する発光装置。
【請求項１１】
表示部を有し、
前記表示部は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光素子と前記発光素子の発光を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
下記一般式（Ｇ２−１）で表されるフルオレン誘導体。
【化３】
（但し、式中Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍ及びｎはそれぞれ独立に０又は１の値を示し、α１又はα２はそれぞれ独立にフェニレン基又はビフェニルジイル基のいずれか一を表す。また、Ａｒ１又はＡｒ２はそれぞれ独立にフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基及びトリフェニレニル基のいずれか一を表す。）
【請求項１３】
下記一般式（Ｇ２−２）で表されるフルオレン誘導体。
【化４】
（但し、式中Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍは０又は１の値を示す。
【請求項１４】
下記一般式（Ｇ２−３）で表されるフルオレン誘導体。
【化５】
（但し、式中ｍは０又は１の値を示す。）
【請求項１５】
下記構造式（１）で表されるフルオレン誘導体。
【化６】
【請求項１】
一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料。
【化１】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。）
【請求項２】
一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料。
【化２】
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットである。また、ＨＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨと、ＥＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨ及び無置換のフルオレンは、電子親和力が最も大きい物質がＥＡＨ、イオン化ポテンシャルが最も小さい物質がＨＡＨであるという関係を有する）
【請求項３】
請求項２において、
ＥＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であり、ＨＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項４】
請求項２において、
ＥＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＥＡＨの電子親和力は２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であり、ＨＡで表される骨格の結合手を水素で置換した化合物ＨＡＨのイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記ＥＡは、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基及びこれら置換基のいずれか一を有するフェニル基のいずれか一であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記ＨＡはπ過剰系ヘテロ芳香族置換基を有するフェニル基、またはジアリールアミノ基を有するフェニル基であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項７】
一対の電極間に、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の有機半導体材料を含む発光素子。
【請求項８】
一対の電極間に、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の有機半導体材料を含み、
発光層に燐光性化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の有機半導体材料は、発光層に含まれることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光素子と、前記発光素子の発光を制御する制御回路とを有する発光装置。
【請求項１１】
表示部を有し、
前記表示部は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光素子と前記発光素子の発光を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
下記一般式（Ｇ２−１）で表されるフルオレン誘導体。
【化３】
（但し、式中Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍ及びｎはそれぞれ独立に０又は１の値を示し、α１又はα２はそれぞれ独立にフェニレン基又はビフェニルジイル基のいずれか一を表す。また、Ａｒ１又はＡｒ２はそれぞれ独立にフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基及びトリフェニレニル基のいずれか一を表す。）
【請求項１３】
下記一般式（Ｇ２−２）で表されるフルオレン誘導体。
【化４】
（但し、式中Ｅ１は窒素原子または酸素原子を表し、窒素原子の場合はフェニル基又はビフェニル基が結合している。また、ｍは０又は１の値を示す。
【請求項１４】
下記一般式（Ｇ２−３）で表されるフルオレン誘導体。
【化５】
（但し、式中ｍは０又は１の値を示す。）
【請求項１５】
下記構造式（１）で表されるフルオレン誘導体。
【化６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−６７０９３（Ｐ２０１２−６７０９３Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４３８６（Ｐ２０１１−１８４３８６）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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