発光素子材料および発光素子
【課題】高発光効率と耐久性を両立した有機薄膜発光素子を提供すること。
【解決手段】特定構造のカルバゾール骨格を有する化合物を含有する発光素子材料により、高発光効率と耐久性を両立した発光素子を可能にする発光素子材料およびこれを用いた発光素子を提供する。
【解決手段】特定構造のカルバゾール骨格を有する化合物を含有する発光素子材料により、高発光効率と耐久性を両立した発光素子を可能にする発光素子材料およびこれを用いた発光素子を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを光に変換できる発光素子であって、表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機および光信号発生器などの分野に利用可能な発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔が両極に挟まれた有機発光体内で再結合する際に発光するという有機薄膜発光素子の研究が、近年活発に行われている。この発光素子は、薄型でかつ低駆動電圧下での高輝度発光と、発光材料を選ぶことによる多色発光が特徴であり、注目を集めている。この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらが有機薄膜素子が高輝度に発光することを示して以来、多くの研究機関が検討を行っている。
【０００３】
また、有機薄膜発光素子は、発光層に種々の発光材料を用いることにより、多様な発光色を得ることが可能であることから、ディスプレイなどへの実用化研究が盛んである。三原色の発光材料の中では緑色発光材料の研究が最も進んでおり、現在は赤色発光材料と青色発光材料において、特性向上を目指して鋭意研究がなされている。
【０００４】
発光材料としては、従来から一般的には蛍光性（一重項発光）材料が用いられているが、電子と正孔が再結合して分子が励起する際のスピン多重度の違いにより、一重項励起子が２５％、三重項励起子が７５％の割合で生成することから、発光効率を向上させるために、燐光性（三重項発光）材料を用いることが以前より試みられている。
【０００５】
そこで、三重項発光材料をドーパント材料として用いる際に優れた性能を有するホスト材料として、カルバゾール骨格を含む化合物が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。また、電荷の注入・輸送を補助する置換基としてトリアジン骨格を有する化合物がホスト材料として用いられている。（例えば、特許文献３〜６参照）。また、発光材料以外の材料についても検討されており、例えば、正孔輸送能力が高く、電子阻止能力に優れたカルバゾール骨格を有する化合物が正孔輸送材料として用いられている（例えば、特許文献７〜８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３３０７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３５４９８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／５６７４６号パンフレット
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００８／１２３１８９号パンフレット
【特許文献５】国際公開ＷＯ２０１０／１５３０６号パンフレット
【特許文献６】国際公開ＷＯ２０１１／１９１５６号パンフレット
【特許文献７】特開２００４−２１７５５７号公報
【特許文献８】国際公開ＷＯ２０１１／２４４５１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、有機薄膜発光素子は、発光効率の向上、駆動電圧の低下、耐久性の向上を満たす必要があり、特に燐光性材料に関しては、これらの性能を全て十分に満たすことは困難であった。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、高発光効率と耐久性とを両立した有機薄膜発光素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、 下記一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を含有することを特徴とする発光素子材料である。
【００１０】
【化１】
【００１１】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ９Ｒ１０および下記一般式（２）からなる群より選ばれる。Ｒ９およびＲ１０はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは下記一般式（２）で表される基であり、一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置と連結する。Ｙは単結合またはアリーレン基である。Ｚは下記式（３）で表される基である。
【００１２】
【化２】
【００１３】
（Ｒ１１〜Ｒ２３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ２４Ｒ２５からなる群より選ばれる。Ｒ２４およびＲ２５はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ１９〜Ｒ２３は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ただし、Ｒ１１〜Ｒ２３のうちいずれか１つは一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する。また、Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造は含まない。なお、一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結することはない。）
【００１４】
【化３】
【００１５】
（Ｘ１〜Ｘ３はＣＨまたはＮを示し、Ｘ１〜Ｘ３のうち少なくとも１つはＮである。Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、縮環構造でない置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基である。）
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、高発光効率と耐久性とを両立した有機薄膜発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明における一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物について詳細に説明する。
【００１８】
【化４】
【００１９】
Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ９Ｒ１０および下記一般式（２）からなる群より選ばれる。Ｒ９およびＲ１０はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは下記一般式（２）で表される基であり、一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置と連結する。Ｙは単結合またはアリーレン基である。Ｚは下記式（３）で表される基である。
【００２０】
【化５】
【００２１】
Ｒ１１〜Ｒ２３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ２４Ｒ２５からなる群より選ばれる。Ｒ２４およびＲ２５はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ１９〜Ｒ２３は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ただし、Ｒ１１〜Ｒ２３のうちいずれか１つは一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する。また、Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造は含まない。なお、一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結することはない。
【００２２】
【化６】
【００２３】
Ｘ１〜Ｘ３はＣＨまたはＮを示し、Ｘ１〜Ｘ３のうち少なくとも１つはＮである。Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、縮環構造でない置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基である。
【００２４】
これらの置換基のうち、水素は重水素であってもよい。また、アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。置換されている場合の追加の置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができ、この点は、以下の記載にも共通する。また、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、通常１以上２０以下、より好ましくは１以上８以下の範囲である。
【００２５】
シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル、シクロヘキシル、ノルボルニル、アダマンチルなどの飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基部分の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。
【００２６】
複素環基とは、例えば、ピラン環、ピペリジン環、環状アミドなどの炭素以外の原子を環内に有する脂肪族環を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。複素環基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
【００２７】
アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
【００２８】
シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。
【００２９】
アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
【００３０】
アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのエーテル結合を介して脂肪族炭化水素基が結合した官能基を示し、この脂肪族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。
【００３１】
アルキルチオ基とは、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アルキルチオ基の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。
【００３２】
アリールエーテル基とは、例えば、フェノキシ基など、エーテル結合を介した芳香族炭化水素基が結合した官能基を示し、芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
【００３３】
アリールチオエーテル基とは、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アリールエーテル基における芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
【００３４】
アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
【００３５】
ヘテロアリール基とは、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、ピラジニル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上３０以下の範囲である。中でも、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、ピラジニル基であることが好ましい。
【００３６】
ハロゲン原子とは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を示す。カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、ホスフィンオキサイド基は、置換基を有していても有していなくてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。
【００３７】
カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基は、置換基を有していても有していなくてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。
【００３８】
アミノ基とは、無置換でも置換されていてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されていてもかまわない。
【００３９】
シリル基とは、例えば、トリメチルシリル基などのケイ素原子への結合を有する官能基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。シリル基の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。また、ケイ素数は、通常、１以上６以下の範囲である。
【００４０】
アリーレン基とは、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基から導かれる２価の基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アリーレン基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。一般式（１）のＬがアリーレン基の場合、該アリーレン基は置換基を有していても有していなくてもよいが、置換基も含めて炭素数は６以上６０以下の範囲である。
【００４１】
隣接する置換基同士で環を形成する場合、任意の隣接２置換基（例えば一般式（１）のＲ１７とＲ１８）が互いに結合して共役または非共役の縮合環を形成できる。縮合環の構成元素として、炭素以外にも窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素原子を含んでいてもよいし、さらに別の環と縮合してもよい。
【００４２】
窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造とは、二つ以上の芳香環が縮合した化合物であって、１つ以上の窒素原子、酸素原子および／または硫黄原子を含むものである。具体的には、キノリン構造、インドール構造、ベンゾフラン構造、ベンゾチオフェン構造、カルボリン構造などのベンゾ縮環構造、カルバゾール構造、ジベンゾフラン構造、ジベンゾチオフェン構造、フェノキサジン構造、フェノチアジン構造、アクリジン構造などのジベンゾ縮環構造などが挙げられる。
【００４３】
従来のカルバゾール骨格を有する化合物は、発光素子材料として必ずしも十分な性能を有するものではなかった。本発明者らは、その改良の検討において、カルバゾール骨格を有する化合物の正孔輸送能と電子輸送能の強さに着目した。一般に、カルバゾール骨格を有する化合物は、正孔と電子の両電荷を輸送する特性を有するが、本発明者らは、正孔輸送能に対して電子輸送能が劣るために、発光層中の電荷のバランスが崩れることが発光性能の低下につながるのではないかと考え、かかる仮説を元に一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を発明するに至った。
【００４４】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は、分子中にカルバゾール骨格と電子受容性窒素を含む芳香族複素環であるピリジン環、ピリミジン環またはトリアジン環を有している。これにより、電子受容性窒素を含む芳香族複素環が電子の注入・輸送に関与するため、電子輸送能が大きくなり、発光層内の電荷のバランスがとれ、高効率発光と優れた耐久性を発現すると考えられる。また、カルバゾール骨格が高い三重項準位を有するため、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物も高い三重項準位を維持することが可能であり、容易な失活を抑制できるため、高い発光効率が達成される。
【００４５】
Ｚは一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物の三重項準位を下げない基が好ましく、中でも大きく共役を伸ばさない基が好ましい。特にＸ１〜Ｘ３のうち１つが窒素原子（Ｎ）である場合は、Ｘ３が窒素原子であることが好ましく、Ｘ１〜Ｘ３のうち２つが窒素原子である場合は、Ｘ１およびＸ２が窒素原子であることが好ましい。中でも、Ｘ１〜Ｘ３が全て窒素原子である場合が高い電子輸送能を有するため好ましい。
【００４６】
Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ、上記の中でも置換もしくは無置換のフェニル基であることが好ましい。好ましい具体例としては、フェニル基、重水素化フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基などが挙げられる。中でもフェニル基、重水素化フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基であることがより好ましい。
【００４７】
Ｙは単結合であることがより好ましい。
【００４８】
Ｒ１〜Ｒ８のうち一般式（２）で表される基以外のものは、それぞれ、上記の中でも水素（重水素を含む）、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基であることが好ましい。中でも、Ｒ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つがアルキル基またはアリール基であることは、特に好ましい態様の１つである。
【００４９】
また、Ｒ１１〜Ｒ２３のうち一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８との連結に用いられる基以外のものは、それぞれ、上記の中でも水素（重水素を含む）、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基であることが好ましい。中でも、Ｒ１１〜Ｒ２３のうち少なくとも１つがアルキル基またはアリール基であることは、特に好ましい態様の１つである。
【００５０】
Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造を含まない。このような構造を含むと熱分解が起こる可能性があるからである。
【００５１】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は、分子中にカルバゾール骨格が２個含まれることが好ましく、これにより、高い薄膜安定性と優れた耐熱性を有する。
【００５２】
一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結する化合物は、本発明の一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物には含まれない。これは以下の理由による。一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結する場合、HOMO（最高被占軌道）の分布が二つのカルバゾール上に非局在化するため、正孔輸送能が高くなる。このため、Ｚで表される基のような高い電子輸送性置換基を導入しても、依然として正孔輸送性の高い化合物となり、発光層中の電荷のバランスを十分に改善することができない。本発明の一般式（１）で表される化合物は、Ｒ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結する場合が除かれているため、二つのカルバゾールの一方のカルバゾールにHOMOが局在化し、正孔輸送能は低下する。この状態でＺで表される基のような高い電子輸送性置換基が導入されると、正孔輸送能と電子輸送能のバランスが保たれる。
【００５３】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物において、一般式（２）で表される基はＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３のいずれか一つがＲ１〜Ｒ８との連結に用いられることが好ましく、一般式（２）で表される基はＲ１３、Ｒ１６のいずれか一つがＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ８との連結に用いられることが好ましい。なお、例えばＲ２１がＲ６との連結に用いられるとは、一般式（１）のＲ６部分と一般式（２）のＲ２１部分とが直接結合することをいう。なお、Ｒ４またはＲ５の位置とＲ１４またはＲ１５の位置が連結する場合は除かれることが好ましい。
【００５４】
中でも、Ｒ３、Ｒ６のいずれか一つが一般式（２）で表される基のＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３のいずれか一つと連結する化合物であると、正孔輸送能と電子輸送性のバランスに優れるため好ましい。
【００５５】
また、本発明の一般式（１）で表される化合物の中でも、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１９〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結した化合物も好ましい。
【００５６】
一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１９〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結に用いられることにより、一般式（２）で表される基にHOMOが局在化し、正孔輸送能は低下する。この状態でＺで表される基のような高い電子輸送性置換基が導入されると、正孔輸送能と電子輸送能のバランスが保たれる。
【００５７】
一方、本発明の一般式（１）で表される化合物の中でも、一般式（１）におけるＲ４またはＲ５のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１１またはＲ２３の位置が連結した化合物も好ましい。
【００５８】
一般式（１）におけるＲ４またはＲ５のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結に用いられることにより、一般式（２）で表される基にHOMOが局在化し、正孔輸送能は低下する。この状態でＺで表される基のような高い電子輸送性置換基が導入されると、正孔輸送能と電子輸送能のバランスが保たれる。
【００５９】
上記一般式（１）で表されるカルバゾール化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。なお、以下の例はあくまでも一例であり、例えば、ある化合物が有する一般式（２）で表される基を別の化合物の一般式（２）で表される基と適宜組み替えたような化合物も、これらと同様に好ましい例として挙げることができる。
【００６０】
【化７】
【００６１】
【化８】
【００６２】
【化９】
【００６３】
【化１０】
【００６４】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物の合成には、公知の方法を使用することができる。フェニルカルバゾールのフェニル基の部分と別のカルバゾール骨格を結合する方法としては、例えば、パラジウムや銅触媒を用いたカルバゾール誘導体とハロゲン化物とのカップリング反応を用いる方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。一例として、４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸を用いた例を以下に示す。
【００６５】
【化１１】
【００６６】
なお、上記の反応において、４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸の代わりに９−フェニル−２−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾールを用いても同様に反応は進行する。この場合は、フェニルカルバゾールのカルバゾール骨格の部分と別のカルバゾール骨格が結合した構造を得ることができる。
【００６７】
【化１２】
【００６８】
また、上記の反応において、３−ブロモカルバゾールの代わりに４−ヒドロキシカルバゾールのトリフラート体を用いても同様に反応は進行する。
【００６９】
【化１３】
【００７０】
本発明における一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は発光素子材料として用いられる。ここで本発明における発光素子材料とは、発光素子のいずれかの層に使用される材料を表し、後述するように、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および／または電子輸送層に使用される材料であるほか、陰極の保護膜に使用される材料も含む。本発明における一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を発光素子のいずれかの層に使用することにより、高い発光効率が得られ、かつ耐久性に優れた発光素子が得られる。
【００７１】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は、高い発光効率、高い三重項準位、バイポーラー性（両電荷輸送性）および薄膜安定性を有しているため、発光素子の発光層に用いることが好ましい。特に、高い三重項準位を有していることから、燐光性ドーパントに対するホスト材料として発光層に用いることが好ましい。
【００７２】
次に、本発明の発光素子の実施の形態について詳細に説明する。本発明の発光素子は、陽極と陰極、およびそれら陽極と陰極との間に介在する有機層を有し、該有機層は少なくとも発光層を含み、該発光層が電気エネルギーにより発光する。
【００７３】
有機層は、発光層のみからなる構成の他に、１）正孔輸送層／発光層／電子輸送層および、２）発光層／電子輸送層、３）正孔輸送層／発光層、４）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層、５）正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層、６）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層などの積層構成が挙げられる。また、上記各層は、それぞれ単一層、複数層のいずれでもよく、ドーピングされていてもよい。正孔輸送層および電子輸送層が複数層を有する場合、電極に接する側の層をそれぞれ正孔注入層および電子注入層と呼ぶことがあるが、以下の説明では特に言及しない限りでは正孔注入材料は正孔輸送材料に、電子注入材料は電子輸送材料にそれぞれ含まれる。
【００７４】
本発明の発光素子において、陽極と陰極は素子の発光のために十分な電流を供給するための役割を有するものであり、光を取り出すために少なくとも一方は透明または半透明であることが望ましい。通常、基板上に形成される陽極を透明電極とする。
【００７５】
陽極に用いる材料は、正孔を有機層に効率よく注入できる材料、かつ光を取り出すために透明または半透明であれば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物、あるいは、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなど特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラスやネサガラスを用いることが特に望ましい。これらの電極材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。透明電極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよいので限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、現在では１０Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、２０Ω／□以下の低抵抗の基板を使用することが特に望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常５０〜３００ｎｍの間で用いられることが多い。
【００７６】
また、発光素子の機械的強度を保つために、発光素子を基板上に形成することが好ましい。基板は、ソーダガラスや無アルカリガラスなどのガラス基板が好適に用いられる。ガラス基板の厚みは、機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、０．５ｍｍ以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。または、ＳｉＯ２などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用することもできる。さらに、第一電極が安定に機能するのであれば、基板はガラスである必要はなく、例えば、プラスチック基板上に陽極を形成しても良い。ＩＴＯ膜形成方法は、電子線ビーム法、スパッタリング法および化学反応法など特に制限を受けるものではない。
【００７７】
陰極に用いる材料は、電子を効率よく発光層に注入できる物質であれば特に限定されない。一般的には白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれらの金属とリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの低仕事関数金属との合金や多層積層などが好ましい。中でも、主成分としてはアルミニウム、カルシウム、銀、マグネシウムが電気抵抗値や製膜しやすさ、膜の安定性、発光効率などの面から好ましい。特にマグネシウムと銀で構成されると、本発明における電子輸送層および電子注入層への電子注入が容易になり、低電圧駆動が可能になるため好ましい。
【００７８】
さらに、陰極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、シリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などの有機高分子化合物を、保護膜層として陰極上に積層することが好ましい例として挙げられる。ただし、陰極側から光を取り出す素子構造（トップエミッション構造）の場合は、保護膜層は可視光領域で光透過性のある材料から選択される。これらの電極の作製法は、抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなど特に制限されない。
【００７９】
正孔輸送層は、正孔輸送材料の一種または二種以上を積層または混合する方法、もしくは、正孔輸送材料と高分子結着剤の混合物を用いる方法により形成される。また、正孔輸送材料に塩化鉄（III）のような無機塩を添加して正孔輸送層を形成してもよい。正孔輸送材料は、電界を与えられた電極間において正極からの正孔を効率良く輸送することが必要で、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率良く輸送することが望ましい。そのためには適切なイオン化ポテンシャルを持ち、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、特に限定されるものではないが、４，４’−ビス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニル（フェニル）アミノ）トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体、ビス（Ｎ−アリルカルバゾール）またはビス（Ｎ−アルキルカルバゾール）などのビスカルバゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、ベンゾフラン誘導体やチオフェン誘導体、オキサジアゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体などの複素環化合物、フラーレン誘導体、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾールおよびポリシランなどが好ましい。
【００８０】
さらにｐ型Si、ｐ型SiC等の無機化合物も使用できる。また、下記一般式（４）で表される化合物、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（４Ｆ−ＴＣＮＱ）または酸化モリブデンも用いることができる。
【００８１】
【化１４】
【００８２】
Ｒ２６〜Ｒ３１はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、スルホニル基、カルボニル基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基からなる群より選ばれる。
【００８３】
中でも、化合物（５）（１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル）が正孔輸送層または正孔注入層に含まれると、より低電圧駆動となるため好ましい。
【００８４】
【化１５】
【００８５】
本発明において、発光層は単一層、複数層のどちらでもよく、それぞれ発光材料（ホスト材料、ドーパント材料）により形成され、これはホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。すなわち、本発明の発光素子では、各発光層において、ホスト材料もしくはドーパント材料のみが発光してもよいし、ホスト材料とドーパント材料がともに発光してもよい。電気エネルギーを効率よく利用し、高色純度の発光を得るという観点からは、発光層はホスト材料とドーパント材料の混合からなることが好ましい。また、ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれでもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれでもよい。ドーパント材料は発光色の制御ができる。ドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、ホスト材料に対して２０重量％以下で用いることが好ましく、さらに好ましくは１０重量％以下である。ドーピング方法は、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。
【００８６】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物はピリジン環、ピリミジン環またはトリアジン環を有することから電子輸送材料として用いてもよいが、高い発光性能を有することから発光材料として好適に用いられる。また、本発明の発光素子材料は、青緑〜赤色領域（５００〜６８０ｎｍ領域）に強い発光を示すことから、青緑〜赤色発光材料として好適に用いることができる。また、ホスト−ドーパント系の発光材料として用いる場合は、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物はドーパント材料として用いてもよいが、薄膜安定性に優れることから、ホスト材料として好適に用いられる。一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物をホスト材料として用いると、組み合わせて用いられるドーパントの種類に応じ、高発光効率で高色純度な緑色発光や赤色発光を得ることができる。
【００８７】
発光材料は、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物の他に、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレンなどの縮合環誘導体、トリス（８−キノリノラート）アルミニウムを始めとする金属キレート化オキシノイド化合物、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。
【００８８】
発光材料に含有されるホスト材料は、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物一種のみに限る必要はなく、本発明の複数のカルバゾール骨格を有する化合物を混合して用いたり、その他のホスト材料の一種類以上を本発明のカルバゾール骨格を有する化合物と混合して用いてもよい。混合しうるホスト材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４，４’−ジフェニル−１，１’−ジアミンなどの芳香族アミン誘導体、トリス（８−キノリナート）アルミニウム（III）をはじめとする金属キレート化オキシノイド化合物、ジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。中でも、発光層がりん光発光を行う際に用いられるホストとしては、金属キレート化オキシノイド化合物、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体などが好適に用いられる。
【００８９】
ドーパント材料として用いられる三重項発光材料としては、イリジウム（Ir）、ルテニウム（Ru）、パラジウム（Pd）、白金（Pt）、オスミウム（Os）、及びレニウム（Re）からなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体化合物であることが好ましい。配位子は、フェニルピリジン骨格またはフェニルキノリン骨格などの含窒素芳香族複素環を有することが好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、要求される発光色、素子性能、ホスト化合物との関係から適切な錯体が選ばれる。具体的には、トリス（２−フェニルピリジル）イリジウム錯体、トリス｛２−（２−チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、トリス｛２−（２−ベンゾチオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、トリス（２−フェニルベンゾチアゾール）イリジウム錯体、トリス（２−フェニルベンゾオキサゾール）イリジウム錯体、トリスベンゾキノリンイリジウム錯体、ビス（２−フェニルピリジル）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２−（２−チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、ビス｛２−（２−ベンゾチオフェニル）ピリジル｝（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（２−フェニルベンゾチアゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（２−フェニルベンゾオキサゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビスベンゾキノリン（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２−（２，４−ジフルオロフェニル）ピリジル｝（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、テトラエチルポルフィリン白金錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセトン）モノ（１，１０−フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセトン）モノ（４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、｛トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオン）モノ（１，１０−フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、トリスアセチルアセトンテルビウム錯体などが挙げられる。また、特開２００９−１３０１４１号に記載されているリン光ドーパントも好適に用いられる。これらに限定されるものではないが、高効率発光が得られやすいことから、イリジウム錯体または白金錯体が好ましく用いられる。
【００９０】
ホスト材料として用いられる一般式（１）で示されるカルバゾール骨格を有する化合物およびドーパント材料として用いられる上記三重項発光材料は、発光層中に各々一種類のみが含まれていてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。三重項発光材料を二種以上用いる際には、ドーパント材料の総重量がホスト材料に対して２０重量％以下であることが好ましい。
【００９１】
また、発光層には上記ホスト材料および三重項発光材料の他に、発光層内のキャリヤバランスを調整するためや発光層の層構造を安定化させるための第３成分を更に含んでいてもよい。但し、第３成分としては、上記カルバゾール骨格を有する化合物からなるホスト材料および三重項発光材料からなるドーパント材料との間で相互作用を起こさないような材料を選択する。
【００９２】
三重項発光系における好ましいホストおよびドーパントとしては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
【００９３】
【化１６】
【００９４】
【化１７】
【００９５】
本発明において、電子輸送層とは、陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送する層である。電子輸送層には、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが望まれる。そのため電子輸送層は、電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。特に膜厚を厚く積層する場合には、低分子量の化合物は結晶化するなどして膜質が劣化しやすいため、安定な膜質を保つ分子量４００以上の化合物が好ましい。しかしながら、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、電子輸送層が陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを効率よく阻止できる役割を主に果たすならば、電子輸送能力がそれ程高くない材料で構成されていても、発光効率を向上させる効果は電子輸送能力が高い材料で構成されている場合と同等となる。したがって、本発明における電子輸送層には、正孔の移動を効率よく阻止できる正孔阻止層も同義のものとして含まれる。
【００９６】
電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、ナフタレン、アントラセンなどの縮合多環芳香族誘導体、４，４’−ビス（ジフェニルエテニル）ビフェニルに代表されるスチリル系芳香環誘導体、アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体、リンオキサイド誘導体、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（III）などのキノリノール錯体、ベンゾキノリノール錯体、ヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体およびフラボノール金属錯体などの各種金属錯体が挙げられるが、駆動電圧を低減し、高効率発光が得られることから、炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、リンの中から選ばれる元素で構成され、電子受容性窒素を含むヘテロアリール環構造を有する化合物を用いることが好ましい。
【００９７】
本明細書において電子受容性窒素とは、隣接原子との間に多重結合を形成している窒素原子を表す。窒素原子が高い電子陰性度を有することから、該多重結合は電子受容的な性質を有する。それゆえ、電子受容性窒素を含む芳香族複素環は、高い電子親和性を有する。電子受容性窒素を有する電子輸送材料は、高い電子親和力を有する陰極からの電子を受け取りやすくし、より低電圧駆動が可能となる。また、発光層への電子の供給が多くなり、再結合確率が高くなるので発光効率が向上する。
【００９８】
電子受容性窒素を含むヘテロアリール環としては、例えば、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、キノリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、ピリミドピリミジン環、ベンゾキノリン環、フェナントロリン環、イミダゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンズイミダゾール環、フェナンスロイミダゾール環などが挙げられる。
【００９９】
これらのヘテロアリール環構造を有する化合物としては、例えば、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジンやターピリジンなどのオリゴピリジン誘導体、キノキサリン誘導体およびナフチリジン誘導体などが好ましい化合物として挙げられる。中でも、トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼンなどのイミダゾール誘導体、１，３−ビス［（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）１，３，４−オキサジアゾリル］フェニレンなどのオキサジアゾール誘導体、Ｎ−ナフチル−２，５−ジフェニル−１，３，４−トリアゾールなどのトリアゾール誘導体、バソクプロインや１，３−ビス（１，１０−フェナントロリン−９−イル）ベンゼンなどのフェナントロリン誘導体、２，２’−ビス（ベンゾ［ｈ］キノリン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレンなどのベンゾキノリン誘導体、２，５−ビス（６’−（２’，２”−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシロールなどのビピリジン誘導体、１，３−ビス（４’−（２，２’：６’２”−ターピリジニル））ベンゼンなどのターピリジン誘導体、ビス（１−ナフチル）−４−（１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニルホスフィンオキサイドなどのナフチリジン誘導体が、電子輸送能の観点から好ましく用いられる。また、これらの誘導体が、縮合多環芳香族骨格を有していると、ガラス転移温度が向上すると共に、電子移動度も大きくなり発光素子の低電圧化の効果が大きいのでより好ましい。さらに、素子耐久寿命が向上し、合成のし易さ、原料入手が容易であることを考慮すると、縮合多環芳香族骨格はアントラセン骨格、ピレン骨格またはフェナントロリン骨格であることが特に好ましい。上記電子輸送材料は単独でも用いられるが、上記電子輸送材料の２種以上を混合して用いたり、その他の電子輸送材料の一種以上を上記の電子輸送材料に混合して用いても構わない。
【０１００】
好ましい電子輸送材料としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
【０１０１】
【化１８】
【０１０２】
上記電子輸送材料は単独でも用いられるが、上記電子輸送材料の２種以上を混合して用いたり、その他の電子輸送材料の一種以上を上記の電子輸送材料に混合して用いても構わない。また、ドナー性化合物を含有してもよい。ここで、ドナー性化合物とは電子注入障壁の改善により、陰極または電子注入層からの電子輸送層への電子注入を容易にし、さらに電子輸送層の電気伝導性を向上させる化合物である。
【０１０３】
ドナー性化合物の好ましい例としては、アルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体などが挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属の好ましい種類としては、低仕事関数で電子輸送能向上の効果が大きいリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムといったアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウム、セリウム、バリウムといったアルカリ土類金属が挙げられる。
【０１０４】
また、真空中での蒸着が容易で取り扱いに優れることから、金属単体よりも無機塩、あるいは有機物との錯体の状態であることが好ましい。さらに、大気中での取扱を容易にし、添加濃度の制御のし易さの点で、有機物との錯体の状態にあることがより好ましい。無機塩の例としては、LiO、Li2O等の酸化物、窒化物、LiF、NaF、KF等のフッ化物、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3等の炭酸塩などが挙げられる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の好ましい例としては、大きな低電圧駆動効果が得られるという観点ではリチウム、セシウムが挙げられる。また、有機物との錯体における有機物の好ましい例としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、ピリジルフェノール、フラボノール、ヒドロキシイミダゾピリジン、ヒドロキシベンズアゾール、ヒドロキシトリアゾールなどが挙げられる。中でも、より発光素子の低電圧化の効果が大きいという観点ではアルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、さらに合成のしやすさ、熱安定性という観点からリチウムと有機物との錯体がより好ましく、比較的安価で入手できるリチウムキノリノールが特に好ましい。
【０１０５】
電子輸送層のイオン化ポテンシャルは、特に限定されないが、好ましくは５．６ｅＶ以上８．０ｅＶ以下であり、より好ましくは６．０ｅＶ以上７．５ｅＶ以下である。
【０１０６】
発光素子を構成する上記各層の形成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、コーティング法など特に限定されないが、通常は、素子特性の点から抵抗加熱蒸着または電子ビーム蒸着が好ましい。
【０１０７】
有機層の厚みは、発光物質の抵抗値にもよるので限定することはできないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましい。発光層、電子輸送層、正孔輸送層の膜厚はそれぞれ、好ましくは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【０１０８】
本発明の発光素子は、電気エネルギーを光に変換できる機能を有する。ここで電気エネルギーとしては主に直流電流が使用されるが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値および電圧値は特に制限はないが、素子の消費電力や寿命を考慮すると、できるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるよう選ばれるべきである。
【０１０９】
本発明の発光素子は、例えば、マトリクスおよび／またはセグメント方式で表示するディスプレイとして好適に用いられる。
【０１１０】
マトリクス方式とは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置され、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が３００μｍ以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がｍｍオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法は、線順次駆動方法やアクティブマトリクスのどちらでもよい。線順次駆動はその構造が簡単であるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリクスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。
【０１１１】
本発明におけるセグメント方式とは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、このパターンの配置によって決められた領域を発光させる方式である。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などが挙げられる。そして、前記マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。
【０１１２】
本発明の発光素子は、各種機器等のバックライトとしても好ましく用いられる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板および標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が検討されているパソコン用途のバックライトに本発明の発光素子は好ましく用いられ、従来のものより薄型で軽量なバックライトを提供できる。
【実施例】
【０１１３】
以下、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、下記の各実施例にある化合物の番号は上記に記載した化合物の番号を指すものである。
【０１１４】
合成例１
化合物［４８］の合成
４−ヒドロキシカルバゾール４．５ｇ、ジクロロメタン３６０ｍｌとジイソプロピルアミン３．０ｇの混合溶液を窒素気流下、０℃に冷やし、無水トリフルオロメタンスルホン酸８．３ｇを滴下した。この混合溶液を室温で２時間撹拌した後、水５０ｍｌを注入し、ジクロロメタン５０ｍｌで抽出した。有機層を水５０ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９Ｈ−カルバゾール−４−イルトリフルオロメタンスルホナート７．０ｇを得た。
【０１１５】
次に、９Ｈ−カルバゾール−４−イルトリフルオロメタンスルホナート３．２ｇ、９−フェニルカルバゾール−３−ボロン酸３．３ｇ、１Ｍ炭酸ナトリウム水溶液２２．６ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン５１ｍｌとビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（ＩＩ）ジクロリド２２３ｍｇの混合溶液を窒素気流下、４時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−３，４’−ビカルバゾール３．４ｇを得た。
【０１１６】
また、２，４，６−トリクロロピリミジン１０ｇ、フェニルボロン酸１３．３ｇ、２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１６３．５ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン５４５ｍｌとビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（ＩＩ）ジクロリドの混合溶液を窒素気流下、２時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、２−クロロ−４，６−ジフェニルピリミジン６．４６ｇを得た。
【０１１７】
次に、９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−３，４’−ビカルバゾール１．４ｇ、２−クロロ−４，６−ジフェニルピリミジン１．０ｇ、ナトリウム-t-ブトキシド４６０ｍｇ、脱水トルエン３４ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液にトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）０．４７ｇ、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレート０．２７ｇを添加した後、還流下で３時間加熱攪拌した。この混合溶液を室温に冷却し、濾過した後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、淡黄色粉末１．７ｇを得た。
【０１１８】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた淡黄色結晶が化合物［４８］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．０２（ｔ，１Ｈ），７．３０−７．７０（ｍ，２０Ｈ），８．０４（ｓ，１Ｈ），８．１５（ｄ，１Ｈ），８．３３−８．３９（ｍ，５Ｈ），８．９１（ｄ，１Ｈ），８．９７（ｄ，１Ｈ）。
【０１１９】
なお、この化合物［４８］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３２０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．７％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１２０】
合成例２
化合物［２］の合成
シアヌル酸クロリド１２．５ｇとテトラヒドロフラン１２．５ｇの混合溶液を窒素気流下、０℃に冷やし、攪拌した。この混合溶液にフェニルマグネシウムブロミド（３２％ ｉｎ ＴＨＦ）１０５．６ｇを１時間半かけてゆっくり滴下した。その際、系内温度は１５℃以下を維持した。滴下後、室温で１時間半攪拌して、トルエン８０ｍｌを添加して、０℃に冷やした。この混合溶液に１２％ＨＣｌを１５分間かけてゆっくり滴下した。その際、系内温度は３０℃以下を維持した。その後、水を注入し、トルエンで抽出した。有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン８．１５ｇを得た。
【０１２１】
次に、５５％水素化ナトリウム０．２９ｇと脱水ＤＭＦ３１ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液に９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−３，４’−ビカルバゾール２．５ｇを脱水ＤＭＦ３６ｍｌに溶解させた溶液をゆっくり滴下し、１時間攪拌した。その後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン１．８ｇを脱水ＤＭＦ１８ｍｌに溶解させて、ゆっくり滴下し、さらに１２時間攪拌した後、水５０ｍｌを注入し、１時間攪拌した後、ろ過した。得られた固体をメタノール１５０ｍｌで加熱洗浄した後、ろ過した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した後、テトラヒドラフランとメタノールの混合溶媒で２回再結晶を行い、真空乾燥した後、白色粉末３．２ｇを得た。
【０１２２】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［２］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．０６（ｔ，１Ｈ），７．２８−７．７３（ｍ，２０Ｈ），８．１５（ｄ，１Ｈ），８．３７（ｓ，１Ｈ），８．７８−８．８２（ｍ，４Ｈ），９．１４（ｄ，１Ｈ），９．２１（ｄ，１Ｈ）。
【０１２３】
なお、この化合物［２］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３２０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１２４】
合成例３
化合物［１３］の合成
３−ブロモカルバゾール１．６ｇ、４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸２．１ｇ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液７．２ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン３３ｍｌと酢酸パラジウム２９ｍｇとトリス(２−メチルフェニル)ホスフィン１００ｍｇの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、３−（４−（９Ｈ−カルバゾル−９−イル）フェニル）−９Ｈ−カルバゾール２．０ｇを得た。
【０１２５】
次に、５５％水素化ナトリウム０．２３ｇと脱水ＤＭＦ２４ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液に３−（４−（９Ｈ−カルバゾル−９−イル）フェニル）−９Ｈ−カルバゾール２．０ｇを脱水ＤＭＦ７４ｍｌに溶解させた溶液をゆっくり滴下し、１時間攪拌した。その後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン１．４ｇを脱水ＤＭＦ２４ｍｌに溶解させて、ゆっくり滴下し、さらに１２時間攪拌した後、ろ過した。得られた固体をメタノール１５０ｍｌで洗浄した後、ろ過した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、白色結晶２．９ｇを得た。
【０１２６】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［１３］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．４３−７．５５（ｍ、６Ｈ），７．６５−７．７４（ｍ，１０Ｈ），７．９６−８．０４（ｍ，３Ｈ），８．１８−８．２０（ｍ，３Ｈ），８．４１（ｍ，１Ｈ），８．７９−８．８３（ｄ、４Ｈ），９．２１−９．３１（ｍ，２Ｈ）。
【０１２７】
なお、この化合物［１３］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３３０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１２８】
合成例４
化合物［１２］の合成
４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸の代わりに３−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニルボロン酸を用いた以外は合成例３と同様の方法で合成し、白色結晶を得た。
【０１２９】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［１２］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６（d=ppm））：７．３２（ｔｄ、２Ｈ），７．４３−７．５３（ｍ，５Ｈ），７．６３−７．７５（ｍ，８Ｈ），７．８４（ｔ，１Ｈ），８．０５−８．１１（ｍ，３Ｈ），８．２８−８．３１（ｄ，２Ｈ），８．３４−８．３７（ｄ，１Ｈ），８．６７−８．７１（ｍ、５Ｈ），９．０７（ｄ，１Ｈ），９．１４（ｄ、１Ｈ）。
【０１３０】
なお、この化合物［１２］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３００℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１３１】
合成例５
化合物［３８］の合成
２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジンの代わりに２−（３−クロロフェニル）−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジンを用いた以外は合成例３と同様の方法で合成し、白色結晶を得た。
【０１３２】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［３８］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．３２−７．７１（ｍ、１８Ｈ），７．７９−７．８９（ｍ，３Ｈ），７．９８（ｄ，２Ｈ），８．１８（ｄ，２Ｈ），８．２９（ｄ，１Ｈ），８．５２（ｓ，１Ｈ），８．７７−８．８０（ｍ，４Ｈ），８．９５（ｍ、１Ｈ），９．０４（ｓ，１Ｈ）。
【０１３３】
なお、この化合物［３６］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３７０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．６％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１３４】
合成例６
化合物［９］の合成
２−ブロモニトロベンゼン２０ｇ、４−クロロフェニルボロン酸１７ｇ、リン酸三カリウム４５ｇ、テトラブチルアンモニウムブロミド６．９ｇ、酢酸パラジウム４８０ｍｇとジメチルホルムアミド５００ｍｌの混合溶液を窒素気流下、１３０℃で５時間加熱撹拌した。室温に冷却した後、水１００ｍｌを注入し、トルエン１５０ｍｌで抽出した。有機層を水１００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、真空乾燥後、２−（４−クロロフェニル）ニトロベンゼン２２ｇを得た。
【０１３５】
次に、２−（４−クロロフェニル）ニトロベンゼン２２ｇ、トリフェニルホスフィン６１ｇとｏ−ジクロロベンゼン１９０ｍｌの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、減圧下でｏ−ジクロロベンゼンを留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、真空乾燥後、２−クロロ−９Ｈ−カルバゾール１７．７ｇを得た。
【０１３６】
次に、２−クロロ−９Ｈ−カルバゾール１７．７ｇ、ヨードベンゼン２２ｇ、銅粉２０ｇと炭酸カリウム４３ｇ、ジメチルホルムアミド２００ｍｌの混合溶液を窒素気流下、１４０℃で１６時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、酢酸エチル５０ｍｌを加え、セライトろ過した。得られたろ液に飽和塩化アンモニウム水溶液を加えてしばらく撹拌した後に、酢酸エチルとヘキサンを用いて抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、真空乾燥後、２−クロロ−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール１４ｇを得た。
【０１３７】
次に、２−クロロ−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール１４ｇ、ビス（ピナコラート）ジボロン１５．４ｇ、酢酸カリウム１４．８ｇとジオキサン１００ｍｌとトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）０．５８ｇと２−ジシクロヘキシルホスフィノ−２’４’６’−トリイソプロピルビフェニル９６１ｍｇの混合溶液を窒素気流下、７時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９−フェニル−２−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾール１６ｇを得た。
【０１３８】
次に、３−ブロモカルバゾール４．０ｇ、９−フェニル−２−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾール６．６ｇ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１８ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン８０ｍｌと酢酸パラジウム７２ｍｇとトリス（２−メチルフェニル）ホスフィン２４３ｍｇの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−２，３’−ビカルバゾール５．２ｇを得た。
【０１３９】
次に、５５％水素化ナトリウム０．２４ｇと脱水ＤＭＦ２４ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液に９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−２，３’−ビカルバゾール２．０ｇを脱水ＤＭＦ２４ｍｌに溶解させた溶液をゆっくり滴下し、１時間攪拌した。その後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン１．４ｇを脱水ＤＭＦ２４ｍｌに溶解させて、ゆっくり滴下し、さらに１２時間攪拌した後、ろ過した。得られた固体をメタノール１５０ｍｌで洗浄した後、ろ過した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、白色結晶３．０ｇを得た。
【０１４０】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［９］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．３０−７．３６（ｍ、１Ｈ），７．４３−７．５６（ｍ，４Ｈ），７．６１−７．７６（ｍ，１３Ｈ），７．９１（ｄｄ，１Ｈ），８．１４−８．３３（ｍ，４Ｈ），８．７６−８．８０（ｍ，４Ｈ），９．１８−９．２３（ｍ，２Ｈ）。
【０１４１】
なお、この化合物［９］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３４０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１４２】
合成例７
化合物［２０］の合成
３−ブロモカルバゾールの代わりに２−ブロモカルバゾールを用いた以外は合成例３と同様の方法で合成し、白色結晶を得た。
【０１４３】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［２０］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．２６−７．３６（ｍ、２Ｈ），７．４５−７．８４（ｍ，１５Ｈ），８．０８−８．２１（ｍ，６Ｈ），８．８０−８．８３（ｍ，４Ｈ），９．２４−９．２７（ｄ，１Ｈ），９．７６（ｓ、１Ｈ）。
【０１４４】
なお、この化合物［２０］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３００℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．７％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１４５】
実施例１
ＩＴＯ透明導電膜を１２５ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）で１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０−４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入材料として、銅フタロシアニンを１０ｎｍ、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニルを５０ｎｍ蒸着した。
【０１４６】
次に、発光材料として、ホスト材料として化合物［１３］を、またドーパント材料としてＤ−１をドープ濃度が１０重量％になるように４０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、電子輸送材料として、下記に示すＥ−１を２０ｎｍの厚さに積層した。次に、フッ化リチウムを０．５ｎｍ蒸着した後、アルミニウムを７０ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２で直流駆動したところ、発光効率２１．０ｌｍ／Ｗの高効率緑色発光が得られた。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２の直流で連続駆動したところ、３０００時間で輝度半減した。
【０１４７】
【化１９】
【０１４８】
実施例２〜６
ホスト材料として表１に記載した材料を用いたこと以外は実施例１と同様にして発光素子を作製した。各実施例の結果は表１に示した。
【０１４９】
比較例１〜６
ホスト材料として下記式に示すＨ−１〜Ｈ−６を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。各比較例の結果は表１に示した。
【０１５０】
【化２０】
【０１５１】
【表１】
【０１５２】
実施例７
ＩＴＯ透明導電膜を５０ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）で１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０−４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、正孔注入層としてＨＩ−１を１０ｎｍ蒸着した。次に、第一正孔輸送層として、ＨＴ−１を８０ｎｍ蒸着した。次に、第二正孔輸送層として、ＨＴ−２を１０ｎｍ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料に化合物［１３］を、ドーパント材料に化合物Ｄ−２を用い、ドーパント材料のドープ濃度が１０重量％になるようにして３０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、有機化合物（Ｅ−２）とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を蒸着速度比１：１(=0.05nm/s：0.05nm/s)で混合した層を、電子輸送層として３５ｎｍの厚さに積層した。
【０１５３】
次に、リチウムキノリノールを１ｎｍ蒸着した後、マグネシウムと銀の共蒸着膜を蒸着速度比がマグネシウム：銀＝１０：１(=0.5nm/s：0.05nm/s)で１００ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２で直流駆動したところ、発光効率５０．０ｌｍ／Ｗの緑色発光が得られた。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２の直流で連続駆動したところ、５０００時間で輝度半減した。なお化合物ＨＴ−１、ＨＴ−２、Ｄ−２は以下に示す化合物である。
【０１５４】
【化２１】
【０１５５】
実施例８〜１０
ホスト材料として表２に記載した材料を用いたこと以外は実施例７と同様に発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。
【０１５６】
比較例７〜１１
ホスト材料として表２に記載した化合物を用いたこと以外は実施例７と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。
【０１５７】
実施例１１〜１４
正孔注入層として、化合物ＨＩ−１の代わりに化合物ＨＴ−１と化合物ＨＩ−２を用い、化合物ＨＴ−１に対して化合物ＨＩ−２のドープ濃度が３重量％になるようにして１０ｎｍ蒸着したこと以外は実施例７と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、ＨＩ−２は以下に示す化合物である。
【０１５８】
【化２２】
【０１５９】
実施例１５〜１９
ホスト材料に化合物［１３］の代わりに化合物［１３］と化合物Ｈ−７の混合ホスト（化合物［１３］と化合物Ｈ−７の共蒸着膜を蒸着速度比が１：１で蒸着、さらにドーパントが蒸着される）を用いたこと以外は実施例１１〜１４と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、Ｈ−７、ＨＴ−３、ＨＴ−４は以下に示す化合物である。
【０１６０】
【化２３】
【０１６１】
実施例２０〜２３
正孔注入層として、化合物ＨＩ−１の代わりに化合物ＨＩ−３を用いたこと以外は実施例１１〜１４と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、ＨＩ−３は以下に示す化合物である。
【０１６２】
【化２４】
【０１６３】
実施例２４〜２６
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに表２に記載した材料を用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、Ｅ−３〜Ｅ−５は以下に示す化合物である。
【０１６４】
【化２５】
【０１６５】
実施例２７
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物Ｅ−２と化合物Ｅ−１を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６６】
実施例２８
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物[１５]と化合物Ｅ−１を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６７】
実施例２９
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物Ｅ−４と化合物Ｅ−１を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６８】
実施例３０〜３１
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物Ｅ−４と、化合物Ｅ−１とドナー性化合物（Ｌｉ：金属リチウム）を蒸着速度比１：１(=0.05nm/s：0.05nm/s)で混合した層を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例７と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６９】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを光に変換できる発光素子であって、表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機および光信号発生器などの分野に利用可能な発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔が両極に挟まれた有機発光体内で再結合する際に発光するという有機薄膜発光素子の研究が、近年活発に行われている。この発光素子は、薄型でかつ低駆動電圧下での高輝度発光と、発光材料を選ぶことによる多色発光が特徴であり、注目を集めている。この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらが有機薄膜素子が高輝度に発光することを示して以来、多くの研究機関が検討を行っている。
【０００３】
また、有機薄膜発光素子は、発光層に種々の発光材料を用いることにより、多様な発光色を得ることが可能であることから、ディスプレイなどへの実用化研究が盛んである。三原色の発光材料の中では緑色発光材料の研究が最も進んでおり、現在は赤色発光材料と青色発光材料において、特性向上を目指して鋭意研究がなされている。
【０００４】
発光材料としては、従来から一般的には蛍光性（一重項発光）材料が用いられているが、電子と正孔が再結合して分子が励起する際のスピン多重度の違いにより、一重項励起子が２５％、三重項励起子が７５％の割合で生成することから、発光効率を向上させるために、燐光性（三重項発光）材料を用いることが以前より試みられている。
【０００５】
そこで、三重項発光材料をドーパント材料として用いる際に優れた性能を有するホスト材料として、カルバゾール骨格を含む化合物が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。また、電荷の注入・輸送を補助する置換基としてトリアジン骨格を有する化合物がホスト材料として用いられている。（例えば、特許文献３〜６参照）。また、発光材料以外の材料についても検討されており、例えば、正孔輸送能力が高く、電子阻止能力に優れたカルバゾール骨格を有する化合物が正孔輸送材料として用いられている（例えば、特許文献７〜８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３３０７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３５４９８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／５６７４６号パンフレット
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００８／１２３１８９号パンフレット
【特許文献５】国際公開ＷＯ２０１０／１５３０６号パンフレット
【特許文献６】国際公開ＷＯ２０１１／１９１５６号パンフレット
【特許文献７】特開２００４−２１７５５７号公報
【特許文献８】国際公開ＷＯ２０１１／２４４５１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、有機薄膜発光素子は、発光効率の向上、駆動電圧の低下、耐久性の向上を満たす必要があり、特に燐光性材料に関しては、これらの性能を全て十分に満たすことは困難であった。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、高発光効率と耐久性とを両立した有機薄膜発光素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、 下記一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を含有することを特徴とする発光素子材料である。
【００１０】
【化１】
【００１１】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ９Ｒ１０および下記一般式（２）からなる群より選ばれる。Ｒ９およびＲ１０はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは下記一般式（２）で表される基であり、一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置と連結する。Ｙは単結合またはアリーレン基である。Ｚは下記式（３）で表される基である。
【００１２】
【化２】
【００１３】
（Ｒ１１〜Ｒ２３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ２４Ｒ２５からなる群より選ばれる。Ｒ２４およびＲ２５はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ１９〜Ｒ２３は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ただし、Ｒ１１〜Ｒ２３のうちいずれか１つは一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する。また、Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造は含まない。なお、一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結することはない。）
【００１４】
【化３】
【００１５】
（Ｘ１〜Ｘ３はＣＨまたはＮを示し、Ｘ１〜Ｘ３のうち少なくとも１つはＮである。Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、縮環構造でない置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基である。）
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、高発光効率と耐久性とを両立した有機薄膜発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明における一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物について詳細に説明する。
【００１８】
【化４】
【００１９】
Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ９Ｒ１０および下記一般式（２）からなる群より選ばれる。Ｒ９およびＲ１０はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは下記一般式（２）で表される基であり、一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置と連結する。Ｙは単結合またはアリーレン基である。Ｚは下記式（３）で表される基である。
【００２０】
【化５】
【００２１】
Ｒ１１〜Ｒ２３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ２４Ｒ２５からなる群より選ばれる。Ｒ２４およびＲ２５はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ１９〜Ｒ２３は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ただし、Ｒ１１〜Ｒ２３のうちいずれか１つは一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する。また、Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造は含まない。なお、一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結することはない。
【００２２】
【化６】
【００２３】
Ｘ１〜Ｘ３はＣＨまたはＮを示し、Ｘ１〜Ｘ３のうち少なくとも１つはＮである。Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、縮環構造でない置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基である。
【００２４】
これらの置換基のうち、水素は重水素であってもよい。また、アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。置換されている場合の追加の置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができ、この点は、以下の記載にも共通する。また、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、通常１以上２０以下、より好ましくは１以上８以下の範囲である。
【００２５】
シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル、シクロヘキシル、ノルボルニル、アダマンチルなどの飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基部分の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。
【００２６】
複素環基とは、例えば、ピラン環、ピペリジン環、環状アミドなどの炭素以外の原子を環内に有する脂肪族環を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。複素環基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
【００２７】
アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
【００２８】
シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。
【００２９】
アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
【００３０】
アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのエーテル結合を介して脂肪族炭化水素基が結合した官能基を示し、この脂肪族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。
【００３１】
アルキルチオ基とは、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アルキルチオ基の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。
【００３２】
アリールエーテル基とは、例えば、フェノキシ基など、エーテル結合を介した芳香族炭化水素基が結合した官能基を示し、芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
【００３３】
アリールチオエーテル基とは、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アリールエーテル基における芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
【００３４】
アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
【００３５】
ヘテロアリール基とは、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、ピラジニル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上３０以下の範囲である。中でも、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、ピラジニル基であることが好ましい。
【００３６】
ハロゲン原子とは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を示す。カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、ホスフィンオキサイド基は、置換基を有していても有していなくてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。
【００３７】
カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基は、置換基を有していても有していなくてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。
【００３８】
アミノ基とは、無置換でも置換されていてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されていてもかまわない。
【００３９】
シリル基とは、例えば、トリメチルシリル基などのケイ素原子への結合を有する官能基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。シリル基の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。また、ケイ素数は、通常、１以上６以下の範囲である。
【００４０】
アリーレン基とは、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基から導かれる２価の基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アリーレン基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。一般式（１）のＬがアリーレン基の場合、該アリーレン基は置換基を有していても有していなくてもよいが、置換基も含めて炭素数は６以上６０以下の範囲である。
【００４１】
隣接する置換基同士で環を形成する場合、任意の隣接２置換基（例えば一般式（１）のＲ１７とＲ１８）が互いに結合して共役または非共役の縮合環を形成できる。縮合環の構成元素として、炭素以外にも窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素原子を含んでいてもよいし、さらに別の環と縮合してもよい。
【００４２】
窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造とは、二つ以上の芳香環が縮合した化合物であって、１つ以上の窒素原子、酸素原子および／または硫黄原子を含むものである。具体的には、キノリン構造、インドール構造、ベンゾフラン構造、ベンゾチオフェン構造、カルボリン構造などのベンゾ縮環構造、カルバゾール構造、ジベンゾフラン構造、ジベンゾチオフェン構造、フェノキサジン構造、フェノチアジン構造、アクリジン構造などのジベンゾ縮環構造などが挙げられる。
【００４３】
従来のカルバゾール骨格を有する化合物は、発光素子材料として必ずしも十分な性能を有するものではなかった。本発明者らは、その改良の検討において、カルバゾール骨格を有する化合物の正孔輸送能と電子輸送能の強さに着目した。一般に、カルバゾール骨格を有する化合物は、正孔と電子の両電荷を輸送する特性を有するが、本発明者らは、正孔輸送能に対して電子輸送能が劣るために、発光層中の電荷のバランスが崩れることが発光性能の低下につながるのではないかと考え、かかる仮説を元に一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を発明するに至った。
【００４４】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は、分子中にカルバゾール骨格と電子受容性窒素を含む芳香族複素環であるピリジン環、ピリミジン環またはトリアジン環を有している。これにより、電子受容性窒素を含む芳香族複素環が電子の注入・輸送に関与するため、電子輸送能が大きくなり、発光層内の電荷のバランスがとれ、高効率発光と優れた耐久性を発現すると考えられる。また、カルバゾール骨格が高い三重項準位を有するため、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物も高い三重項準位を維持することが可能であり、容易な失活を抑制できるため、高い発光効率が達成される。
【００４５】
Ｚは一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物の三重項準位を下げない基が好ましく、中でも大きく共役を伸ばさない基が好ましい。特にＸ１〜Ｘ３のうち１つが窒素原子（Ｎ）である場合は、Ｘ３が窒素原子であることが好ましく、Ｘ１〜Ｘ３のうち２つが窒素原子である場合は、Ｘ１およびＸ２が窒素原子であることが好ましい。中でも、Ｘ１〜Ｘ３が全て窒素原子である場合が高い電子輸送能を有するため好ましい。
【００４６】
Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ、上記の中でも置換もしくは無置換のフェニル基であることが好ましい。好ましい具体例としては、フェニル基、重水素化フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基などが挙げられる。中でもフェニル基、重水素化フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基であることがより好ましい。
【００４７】
Ｙは単結合であることがより好ましい。
【００４８】
Ｒ１〜Ｒ８のうち一般式（２）で表される基以外のものは、それぞれ、上記の中でも水素（重水素を含む）、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基であることが好ましい。中でも、Ｒ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つがアルキル基またはアリール基であることは、特に好ましい態様の１つである。
【００４９】
また、Ｒ１１〜Ｒ２３のうち一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８との連結に用いられる基以外のものは、それぞれ、上記の中でも水素（重水素を含む）、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基であることが好ましい。中でも、Ｒ１１〜Ｒ２３のうち少なくとも１つがアルキル基またはアリール基であることは、特に好ましい態様の１つである。
【００５０】
Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造を含まない。このような構造を含むと熱分解が起こる可能性があるからである。
【００５１】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は、分子中にカルバゾール骨格が２個含まれることが好ましく、これにより、高い薄膜安定性と優れた耐熱性を有する。
【００５２】
一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結する化合物は、本発明の一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物には含まれない。これは以下の理由による。一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結する場合、HOMO（最高被占軌道）の分布が二つのカルバゾール上に非局在化するため、正孔輸送能が高くなる。このため、Ｚで表される基のような高い電子輸送性置換基を導入しても、依然として正孔輸送性の高い化合物となり、発光層中の電荷のバランスを十分に改善することができない。本発明の一般式（１）で表される化合物は、Ｒ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結する場合が除かれているため、二つのカルバゾールの一方のカルバゾールにHOMOが局在化し、正孔輸送能は低下する。この状態でＺで表される基のような高い電子輸送性置換基が導入されると、正孔輸送能と電子輸送能のバランスが保たれる。
【００５３】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物において、一般式（２）で表される基はＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３のいずれか一つがＲ１〜Ｒ８との連結に用いられることが好ましく、一般式（２）で表される基はＲ１３、Ｒ１６のいずれか一つがＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ８との連結に用いられることが好ましい。なお、例えばＲ２１がＲ６との連結に用いられるとは、一般式（１）のＲ６部分と一般式（２）のＲ２１部分とが直接結合することをいう。なお、Ｒ４またはＲ５の位置とＲ１４またはＲ１５の位置が連結する場合は除かれることが好ましい。
【００５４】
中でも、Ｒ３、Ｒ６のいずれか一つが一般式（２）で表される基のＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３のいずれか一つと連結する化合物であると、正孔輸送能と電子輸送性のバランスに優れるため好ましい。
【００５５】
また、本発明の一般式（１）で表される化合物の中でも、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１９〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結した化合物も好ましい。
【００５６】
一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１９〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結に用いられることにより、一般式（２）で表される基にHOMOが局在化し、正孔輸送能は低下する。この状態でＺで表される基のような高い電子輸送性置換基が導入されると、正孔輸送能と電子輸送能のバランスが保たれる。
【００５７】
一方、本発明の一般式（１）で表される化合物の中でも、一般式（１）におけるＲ４またはＲ５のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１１またはＲ２３の位置が連結した化合物も好ましい。
【００５８】
一般式（１）におけるＲ４またはＲ５のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結に用いられることにより、一般式（２）で表される基にHOMOが局在化し、正孔輸送能は低下する。この状態でＺで表される基のような高い電子輸送性置換基が導入されると、正孔輸送能と電子輸送能のバランスが保たれる。
【００５９】
上記一般式（１）で表されるカルバゾール化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。なお、以下の例はあくまでも一例であり、例えば、ある化合物が有する一般式（２）で表される基を別の化合物の一般式（２）で表される基と適宜組み替えたような化合物も、これらと同様に好ましい例として挙げることができる。
【００６０】
【化７】
【００６１】
【化８】
【００６２】
【化９】
【００６３】
【化１０】
【００６４】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物の合成には、公知の方法を使用することができる。フェニルカルバゾールのフェニル基の部分と別のカルバゾール骨格を結合する方法としては、例えば、パラジウムや銅触媒を用いたカルバゾール誘導体とハロゲン化物とのカップリング反応を用いる方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。一例として、４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸を用いた例を以下に示す。
【００６５】
【化１１】
【００６６】
なお、上記の反応において、４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸の代わりに９−フェニル−２−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾールを用いても同様に反応は進行する。この場合は、フェニルカルバゾールのカルバゾール骨格の部分と別のカルバゾール骨格が結合した構造を得ることができる。
【００６７】
【化１２】
【００６８】
また、上記の反応において、３−ブロモカルバゾールの代わりに４−ヒドロキシカルバゾールのトリフラート体を用いても同様に反応は進行する。
【００６９】
【化１３】
【００７０】
本発明における一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は発光素子材料として用いられる。ここで本発明における発光素子材料とは、発光素子のいずれかの層に使用される材料を表し、後述するように、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および／または電子輸送層に使用される材料であるほか、陰極の保護膜に使用される材料も含む。本発明における一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を発光素子のいずれかの層に使用することにより、高い発光効率が得られ、かつ耐久性に優れた発光素子が得られる。
【００７１】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物は、高い発光効率、高い三重項準位、バイポーラー性（両電荷輸送性）および薄膜安定性を有しているため、発光素子の発光層に用いることが好ましい。特に、高い三重項準位を有していることから、燐光性ドーパントに対するホスト材料として発光層に用いることが好ましい。
【００７２】
次に、本発明の発光素子の実施の形態について詳細に説明する。本発明の発光素子は、陽極と陰極、およびそれら陽極と陰極との間に介在する有機層を有し、該有機層は少なくとも発光層を含み、該発光層が電気エネルギーにより発光する。
【００７３】
有機層は、発光層のみからなる構成の他に、１）正孔輸送層／発光層／電子輸送層および、２）発光層／電子輸送層、３）正孔輸送層／発光層、４）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層、５）正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層、６）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層などの積層構成が挙げられる。また、上記各層は、それぞれ単一層、複数層のいずれでもよく、ドーピングされていてもよい。正孔輸送層および電子輸送層が複数層を有する場合、電極に接する側の層をそれぞれ正孔注入層および電子注入層と呼ぶことがあるが、以下の説明では特に言及しない限りでは正孔注入材料は正孔輸送材料に、電子注入材料は電子輸送材料にそれぞれ含まれる。
【００７４】
本発明の発光素子において、陽極と陰極は素子の発光のために十分な電流を供給するための役割を有するものであり、光を取り出すために少なくとも一方は透明または半透明であることが望ましい。通常、基板上に形成される陽極を透明電極とする。
【００７５】
陽極に用いる材料は、正孔を有機層に効率よく注入できる材料、かつ光を取り出すために透明または半透明であれば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物、あるいは、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなど特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラスやネサガラスを用いることが特に望ましい。これらの電極材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。透明電極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよいので限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、現在では１０Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、２０Ω／□以下の低抵抗の基板を使用することが特に望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常５０〜３００ｎｍの間で用いられることが多い。
【００７６】
また、発光素子の機械的強度を保つために、発光素子を基板上に形成することが好ましい。基板は、ソーダガラスや無アルカリガラスなどのガラス基板が好適に用いられる。ガラス基板の厚みは、機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、０．５ｍｍ以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。または、ＳｉＯ２などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用することもできる。さらに、第一電極が安定に機能するのであれば、基板はガラスである必要はなく、例えば、プラスチック基板上に陽極を形成しても良い。ＩＴＯ膜形成方法は、電子線ビーム法、スパッタリング法および化学反応法など特に制限を受けるものではない。
【００７７】
陰極に用いる材料は、電子を効率よく発光層に注入できる物質であれば特に限定されない。一般的には白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれらの金属とリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの低仕事関数金属との合金や多層積層などが好ましい。中でも、主成分としてはアルミニウム、カルシウム、銀、マグネシウムが電気抵抗値や製膜しやすさ、膜の安定性、発光効率などの面から好ましい。特にマグネシウムと銀で構成されると、本発明における電子輸送層および電子注入層への電子注入が容易になり、低電圧駆動が可能になるため好ましい。
【００７８】
さらに、陰極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、シリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などの有機高分子化合物を、保護膜層として陰極上に積層することが好ましい例として挙げられる。ただし、陰極側から光を取り出す素子構造（トップエミッション構造）の場合は、保護膜層は可視光領域で光透過性のある材料から選択される。これらの電極の作製法は、抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなど特に制限されない。
【００７９】
正孔輸送層は、正孔輸送材料の一種または二種以上を積層または混合する方法、もしくは、正孔輸送材料と高分子結着剤の混合物を用いる方法により形成される。また、正孔輸送材料に塩化鉄（III）のような無機塩を添加して正孔輸送層を形成してもよい。正孔輸送材料は、電界を与えられた電極間において正極からの正孔を効率良く輸送することが必要で、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率良く輸送することが望ましい。そのためには適切なイオン化ポテンシャルを持ち、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、特に限定されるものではないが、４，４’−ビス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニル（フェニル）アミノ）トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体、ビス（Ｎ−アリルカルバゾール）またはビス（Ｎ−アルキルカルバゾール）などのビスカルバゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、ベンゾフラン誘導体やチオフェン誘導体、オキサジアゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体などの複素環化合物、フラーレン誘導体、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾールおよびポリシランなどが好ましい。
【００８０】
さらにｐ型Si、ｐ型SiC等の無機化合物も使用できる。また、下記一般式（４）で表される化合物、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（４Ｆ−ＴＣＮＱ）または酸化モリブデンも用いることができる。
【００８１】
【化１４】
【００８２】
Ｒ２６〜Ｒ３１はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、スルホニル基、カルボニル基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基からなる群より選ばれる。
【００８３】
中でも、化合物（５）（１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル）が正孔輸送層または正孔注入層に含まれると、より低電圧駆動となるため好ましい。
【００８４】
【化１５】
【００８５】
本発明において、発光層は単一層、複数層のどちらでもよく、それぞれ発光材料（ホスト材料、ドーパント材料）により形成され、これはホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。すなわち、本発明の発光素子では、各発光層において、ホスト材料もしくはドーパント材料のみが発光してもよいし、ホスト材料とドーパント材料がともに発光してもよい。電気エネルギーを効率よく利用し、高色純度の発光を得るという観点からは、発光層はホスト材料とドーパント材料の混合からなることが好ましい。また、ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれでもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれでもよい。ドーパント材料は発光色の制御ができる。ドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、ホスト材料に対して２０重量％以下で用いることが好ましく、さらに好ましくは１０重量％以下である。ドーピング方法は、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。
【００８６】
一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物はピリジン環、ピリミジン環またはトリアジン環を有することから電子輸送材料として用いてもよいが、高い発光性能を有することから発光材料として好適に用いられる。また、本発明の発光素子材料は、青緑〜赤色領域（５００〜６８０ｎｍ領域）に強い発光を示すことから、青緑〜赤色発光材料として好適に用いることができる。また、ホスト−ドーパント系の発光材料として用いる場合は、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物はドーパント材料として用いてもよいが、薄膜安定性に優れることから、ホスト材料として好適に用いられる。一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物をホスト材料として用いると、組み合わせて用いられるドーパントの種類に応じ、高発光効率で高色純度な緑色発光や赤色発光を得ることができる。
【００８７】
発光材料は、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物の他に、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレンなどの縮合環誘導体、トリス（８−キノリノラート）アルミニウムを始めとする金属キレート化オキシノイド化合物、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。
【００８８】
発光材料に含有されるホスト材料は、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物一種のみに限る必要はなく、本発明の複数のカルバゾール骨格を有する化合物を混合して用いたり、その他のホスト材料の一種類以上を本発明のカルバゾール骨格を有する化合物と混合して用いてもよい。混合しうるホスト材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４，４’−ジフェニル−１，１’−ジアミンなどの芳香族アミン誘導体、トリス（８−キノリナート）アルミニウム（III）をはじめとする金属キレート化オキシノイド化合物、ジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。中でも、発光層がりん光発光を行う際に用いられるホストとしては、金属キレート化オキシノイド化合物、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体などが好適に用いられる。
【００８９】
ドーパント材料として用いられる三重項発光材料としては、イリジウム（Ir）、ルテニウム（Ru）、パラジウム（Pd）、白金（Pt）、オスミウム（Os）、及びレニウム（Re）からなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体化合物であることが好ましい。配位子は、フェニルピリジン骨格またはフェニルキノリン骨格などの含窒素芳香族複素環を有することが好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、要求される発光色、素子性能、ホスト化合物との関係から適切な錯体が選ばれる。具体的には、トリス（２−フェニルピリジル）イリジウム錯体、トリス｛２−（２−チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、トリス｛２−（２−ベンゾチオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、トリス（２−フェニルベンゾチアゾール）イリジウム錯体、トリス（２−フェニルベンゾオキサゾール）イリジウム錯体、トリスベンゾキノリンイリジウム錯体、ビス（２−フェニルピリジル）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２−（２−チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、ビス｛２−（２−ベンゾチオフェニル）ピリジル｝（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（２−フェニルベンゾチアゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（２−フェニルベンゾオキサゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビスベンゾキノリン（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２−（２，４−ジフルオロフェニル）ピリジル｝（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、テトラエチルポルフィリン白金錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセトン）モノ（１，１０−フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセトン）モノ（４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、｛トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオン）モノ（１，１０−フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、トリスアセチルアセトンテルビウム錯体などが挙げられる。また、特開２００９−１３０１４１号に記載されているリン光ドーパントも好適に用いられる。これらに限定されるものではないが、高効率発光が得られやすいことから、イリジウム錯体または白金錯体が好ましく用いられる。
【００９０】
ホスト材料として用いられる一般式（１）で示されるカルバゾール骨格を有する化合物およびドーパント材料として用いられる上記三重項発光材料は、発光層中に各々一種類のみが含まれていてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。三重項発光材料を二種以上用いる際には、ドーパント材料の総重量がホスト材料に対して２０重量％以下であることが好ましい。
【００９１】
また、発光層には上記ホスト材料および三重項発光材料の他に、発光層内のキャリヤバランスを調整するためや発光層の層構造を安定化させるための第３成分を更に含んでいてもよい。但し、第３成分としては、上記カルバゾール骨格を有する化合物からなるホスト材料および三重項発光材料からなるドーパント材料との間で相互作用を起こさないような材料を選択する。
【００９２】
三重項発光系における好ましいホストおよびドーパントとしては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
【００９３】
【化１６】
【００９４】
【化１７】
【００９５】
本発明において、電子輸送層とは、陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送する層である。電子輸送層には、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが望まれる。そのため電子輸送層は、電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。特に膜厚を厚く積層する場合には、低分子量の化合物は結晶化するなどして膜質が劣化しやすいため、安定な膜質を保つ分子量４００以上の化合物が好ましい。しかしながら、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、電子輸送層が陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを効率よく阻止できる役割を主に果たすならば、電子輸送能力がそれ程高くない材料で構成されていても、発光効率を向上させる効果は電子輸送能力が高い材料で構成されている場合と同等となる。したがって、本発明における電子輸送層には、正孔の移動を効率よく阻止できる正孔阻止層も同義のものとして含まれる。
【００９６】
電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、ナフタレン、アントラセンなどの縮合多環芳香族誘導体、４，４’−ビス（ジフェニルエテニル）ビフェニルに代表されるスチリル系芳香環誘導体、アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体、リンオキサイド誘導体、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（III）などのキノリノール錯体、ベンゾキノリノール錯体、ヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体およびフラボノール金属錯体などの各種金属錯体が挙げられるが、駆動電圧を低減し、高効率発光が得られることから、炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、リンの中から選ばれる元素で構成され、電子受容性窒素を含むヘテロアリール環構造を有する化合物を用いることが好ましい。
【００９７】
本明細書において電子受容性窒素とは、隣接原子との間に多重結合を形成している窒素原子を表す。窒素原子が高い電子陰性度を有することから、該多重結合は電子受容的な性質を有する。それゆえ、電子受容性窒素を含む芳香族複素環は、高い電子親和性を有する。電子受容性窒素を有する電子輸送材料は、高い電子親和力を有する陰極からの電子を受け取りやすくし、より低電圧駆動が可能となる。また、発光層への電子の供給が多くなり、再結合確率が高くなるので発光効率が向上する。
【００９８】
電子受容性窒素を含むヘテロアリール環としては、例えば、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、キノリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、ピリミドピリミジン環、ベンゾキノリン環、フェナントロリン環、イミダゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンズイミダゾール環、フェナンスロイミダゾール環などが挙げられる。
【００９９】
これらのヘテロアリール環構造を有する化合物としては、例えば、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジンやターピリジンなどのオリゴピリジン誘導体、キノキサリン誘導体およびナフチリジン誘導体などが好ましい化合物として挙げられる。中でも、トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼンなどのイミダゾール誘導体、１，３−ビス［（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）１，３，４−オキサジアゾリル］フェニレンなどのオキサジアゾール誘導体、Ｎ−ナフチル−２，５−ジフェニル−１，３，４−トリアゾールなどのトリアゾール誘導体、バソクプロインや１，３−ビス（１，１０−フェナントロリン−９−イル）ベンゼンなどのフェナントロリン誘導体、２，２’−ビス（ベンゾ［ｈ］キノリン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレンなどのベンゾキノリン誘導体、２，５−ビス（６’−（２’，２”−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシロールなどのビピリジン誘導体、１，３−ビス（４’−（２，２’：６’２”−ターピリジニル））ベンゼンなどのターピリジン誘導体、ビス（１−ナフチル）−４−（１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニルホスフィンオキサイドなどのナフチリジン誘導体が、電子輸送能の観点から好ましく用いられる。また、これらの誘導体が、縮合多環芳香族骨格を有していると、ガラス転移温度が向上すると共に、電子移動度も大きくなり発光素子の低電圧化の効果が大きいのでより好ましい。さらに、素子耐久寿命が向上し、合成のし易さ、原料入手が容易であることを考慮すると、縮合多環芳香族骨格はアントラセン骨格、ピレン骨格またはフェナントロリン骨格であることが特に好ましい。上記電子輸送材料は単独でも用いられるが、上記電子輸送材料の２種以上を混合して用いたり、その他の電子輸送材料の一種以上を上記の電子輸送材料に混合して用いても構わない。
【０１００】
好ましい電子輸送材料としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
【０１０１】
【化１８】
【０１０２】
上記電子輸送材料は単独でも用いられるが、上記電子輸送材料の２種以上を混合して用いたり、その他の電子輸送材料の一種以上を上記の電子輸送材料に混合して用いても構わない。また、ドナー性化合物を含有してもよい。ここで、ドナー性化合物とは電子注入障壁の改善により、陰極または電子注入層からの電子輸送層への電子注入を容易にし、さらに電子輸送層の電気伝導性を向上させる化合物である。
【０１０３】
ドナー性化合物の好ましい例としては、アルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体などが挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属の好ましい種類としては、低仕事関数で電子輸送能向上の効果が大きいリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムといったアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウム、セリウム、バリウムといったアルカリ土類金属が挙げられる。
【０１０４】
また、真空中での蒸着が容易で取り扱いに優れることから、金属単体よりも無機塩、あるいは有機物との錯体の状態であることが好ましい。さらに、大気中での取扱を容易にし、添加濃度の制御のし易さの点で、有機物との錯体の状態にあることがより好ましい。無機塩の例としては、LiO、Li2O等の酸化物、窒化物、LiF、NaF、KF等のフッ化物、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3等の炭酸塩などが挙げられる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の好ましい例としては、大きな低電圧駆動効果が得られるという観点ではリチウム、セシウムが挙げられる。また、有機物との錯体における有機物の好ましい例としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、ピリジルフェノール、フラボノール、ヒドロキシイミダゾピリジン、ヒドロキシベンズアゾール、ヒドロキシトリアゾールなどが挙げられる。中でも、より発光素子の低電圧化の効果が大きいという観点ではアルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、さらに合成のしやすさ、熱安定性という観点からリチウムと有機物との錯体がより好ましく、比較的安価で入手できるリチウムキノリノールが特に好ましい。
【０１０５】
電子輸送層のイオン化ポテンシャルは、特に限定されないが、好ましくは５．６ｅＶ以上８．０ｅＶ以下であり、より好ましくは６．０ｅＶ以上７．５ｅＶ以下である。
【０１０６】
発光素子を構成する上記各層の形成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、コーティング法など特に限定されないが、通常は、素子特性の点から抵抗加熱蒸着または電子ビーム蒸着が好ましい。
【０１０７】
有機層の厚みは、発光物質の抵抗値にもよるので限定することはできないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましい。発光層、電子輸送層、正孔輸送層の膜厚はそれぞれ、好ましくは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【０１０８】
本発明の発光素子は、電気エネルギーを光に変換できる機能を有する。ここで電気エネルギーとしては主に直流電流が使用されるが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値および電圧値は特に制限はないが、素子の消費電力や寿命を考慮すると、できるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるよう選ばれるべきである。
【０１０９】
本発明の発光素子は、例えば、マトリクスおよび／またはセグメント方式で表示するディスプレイとして好適に用いられる。
【０１１０】
マトリクス方式とは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置され、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が３００μｍ以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がｍｍオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法は、線順次駆動方法やアクティブマトリクスのどちらでもよい。線順次駆動はその構造が簡単であるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリクスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。
【０１１１】
本発明におけるセグメント方式とは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、このパターンの配置によって決められた領域を発光させる方式である。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などが挙げられる。そして、前記マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。
【０１１２】
本発明の発光素子は、各種機器等のバックライトとしても好ましく用いられる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板および標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が検討されているパソコン用途のバックライトに本発明の発光素子は好ましく用いられ、従来のものより薄型で軽量なバックライトを提供できる。
【実施例】
【０１１３】
以下、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、下記の各実施例にある化合物の番号は上記に記載した化合物の番号を指すものである。
【０１１４】
合成例１
化合物［４８］の合成
４−ヒドロキシカルバゾール４．５ｇ、ジクロロメタン３６０ｍｌとジイソプロピルアミン３．０ｇの混合溶液を窒素気流下、０℃に冷やし、無水トリフルオロメタンスルホン酸８．３ｇを滴下した。この混合溶液を室温で２時間撹拌した後、水５０ｍｌを注入し、ジクロロメタン５０ｍｌで抽出した。有機層を水５０ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９Ｈ−カルバゾール−４−イルトリフルオロメタンスルホナート７．０ｇを得た。
【０１１５】
次に、９Ｈ−カルバゾール−４−イルトリフルオロメタンスルホナート３．２ｇ、９−フェニルカルバゾール−３−ボロン酸３．３ｇ、１Ｍ炭酸ナトリウム水溶液２２．６ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン５１ｍｌとビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（ＩＩ）ジクロリド２２３ｍｇの混合溶液を窒素気流下、４時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−３，４’−ビカルバゾール３．４ｇを得た。
【０１１６】
また、２，４，６−トリクロロピリミジン１０ｇ、フェニルボロン酸１３．３ｇ、２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１６３．５ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン５４５ｍｌとビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（ＩＩ）ジクロリドの混合溶液を窒素気流下、２時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、２−クロロ−４，６−ジフェニルピリミジン６．４６ｇを得た。
【０１１７】
次に、９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−３，４’−ビカルバゾール１．４ｇ、２−クロロ−４，６−ジフェニルピリミジン１．０ｇ、ナトリウム-t-ブトキシド４６０ｍｇ、脱水トルエン３４ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液にトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）０．４７ｇ、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレート０．２７ｇを添加した後、還流下で３時間加熱攪拌した。この混合溶液を室温に冷却し、濾過した後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、淡黄色粉末１．７ｇを得た。
【０１１８】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた淡黄色結晶が化合物［４８］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．０２（ｔ，１Ｈ），７．３０−７．７０（ｍ，２０Ｈ），８．０４（ｓ，１Ｈ），８．１５（ｄ，１Ｈ），８．３３−８．３９（ｍ，５Ｈ），８．９１（ｄ，１Ｈ），８．９７（ｄ，１Ｈ）。
【０１１９】
なお、この化合物［４８］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３２０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．７％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１２０】
合成例２
化合物［２］の合成
シアヌル酸クロリド１２．５ｇとテトラヒドロフラン１２．５ｇの混合溶液を窒素気流下、０℃に冷やし、攪拌した。この混合溶液にフェニルマグネシウムブロミド（３２％ ｉｎ ＴＨＦ）１０５．６ｇを１時間半かけてゆっくり滴下した。その際、系内温度は１５℃以下を維持した。滴下後、室温で１時間半攪拌して、トルエン８０ｍｌを添加して、０℃に冷やした。この混合溶液に１２％ＨＣｌを１５分間かけてゆっくり滴下した。その際、系内温度は３０℃以下を維持した。その後、水を注入し、トルエンで抽出した。有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン８．１５ｇを得た。
【０１２１】
次に、５５％水素化ナトリウム０．２９ｇと脱水ＤＭＦ３１ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液に９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−３，４’−ビカルバゾール２．５ｇを脱水ＤＭＦ３６ｍｌに溶解させた溶液をゆっくり滴下し、１時間攪拌した。その後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン１．８ｇを脱水ＤＭＦ１８ｍｌに溶解させて、ゆっくり滴下し、さらに１２時間攪拌した後、水５０ｍｌを注入し、１時間攪拌した後、ろ過した。得られた固体をメタノール１５０ｍｌで加熱洗浄した後、ろ過した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した後、テトラヒドラフランとメタノールの混合溶媒で２回再結晶を行い、真空乾燥した後、白色粉末３．２ｇを得た。
【０１２２】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［２］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．０６（ｔ，１Ｈ），７．２８−７．７３（ｍ，２０Ｈ），８．１５（ｄ，１Ｈ），８．３７（ｓ，１Ｈ），８．７８−８．８２（ｍ，４Ｈ），９．１４（ｄ，１Ｈ），９．２１（ｄ，１Ｈ）。
【０１２３】
なお、この化合物［２］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３２０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１２４】
合成例３
化合物［１３］の合成
３−ブロモカルバゾール１．６ｇ、４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸２．１ｇ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液７．２ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン３３ｍｌと酢酸パラジウム２９ｍｇとトリス(２−メチルフェニル)ホスフィン１００ｍｇの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、３−（４−（９Ｈ−カルバゾル−９−イル）フェニル）−９Ｈ−カルバゾール２．０ｇを得た。
【０１２５】
次に、５５％水素化ナトリウム０．２３ｇと脱水ＤＭＦ２４ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液に３−（４−（９Ｈ−カルバゾル−９−イル）フェニル）−９Ｈ−カルバゾール２．０ｇを脱水ＤＭＦ７４ｍｌに溶解させた溶液をゆっくり滴下し、１時間攪拌した。その後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン１．４ｇを脱水ＤＭＦ２４ｍｌに溶解させて、ゆっくり滴下し、さらに１２時間攪拌した後、ろ過した。得られた固体をメタノール１５０ｍｌで洗浄した後、ろ過した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、白色結晶２．９ｇを得た。
【０１２６】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［１３］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．４３−７．５５（ｍ、６Ｈ），７．６５−７．７４（ｍ，１０Ｈ），７．９６−８．０４（ｍ，３Ｈ），８．１８−８．２０（ｍ，３Ｈ），８．４１（ｍ，１Ｈ），８．７９−８．８３（ｄ、４Ｈ），９．２１−９．３１（ｍ，２Ｈ）。
【０１２７】
なお、この化合物［１３］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３３０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１２８】
合成例４
化合物［１２］の合成
４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸の代わりに３−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニルボロン酸を用いた以外は合成例３と同様の方法で合成し、白色結晶を得た。
【０１２９】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［１２］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６（d=ppm））：７．３２（ｔｄ、２Ｈ），７．４３−７．５３（ｍ，５Ｈ），７．６３−７．７５（ｍ，８Ｈ），７．８４（ｔ，１Ｈ），８．０５−８．１１（ｍ，３Ｈ），８．２８−８．３１（ｄ，２Ｈ），８．３４−８．３７（ｄ，１Ｈ），８．６７−８．７１（ｍ、５Ｈ），９．０７（ｄ，１Ｈ），９．１４（ｄ、１Ｈ）。
【０１３０】
なお、この化合物［１２］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３００℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１３１】
合成例５
化合物［３８］の合成
２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジンの代わりに２−（３−クロロフェニル）−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジンを用いた以外は合成例３と同様の方法で合成し、白色結晶を得た。
【０１３２】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［３８］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．３２−７．７１（ｍ、１８Ｈ），７．７９−７．８９（ｍ，３Ｈ），７．９８（ｄ，２Ｈ），８．１８（ｄ，２Ｈ），８．２９（ｄ，１Ｈ），８．５２（ｓ，１Ｈ），８．７７−８．８０（ｍ，４Ｈ），８．９５（ｍ、１Ｈ），９．０４（ｓ，１Ｈ）。
【０１３３】
なお、この化合物［３６］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３７０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．６％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１３４】
合成例６
化合物［９］の合成
２−ブロモニトロベンゼン２０ｇ、４−クロロフェニルボロン酸１７ｇ、リン酸三カリウム４５ｇ、テトラブチルアンモニウムブロミド６．９ｇ、酢酸パラジウム４８０ｍｇとジメチルホルムアミド５００ｍｌの混合溶液を窒素気流下、１３０℃で５時間加熱撹拌した。室温に冷却した後、水１００ｍｌを注入し、トルエン１５０ｍｌで抽出した。有機層を水１００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、真空乾燥後、２−（４−クロロフェニル）ニトロベンゼン２２ｇを得た。
【０１３５】
次に、２−（４−クロロフェニル）ニトロベンゼン２２ｇ、トリフェニルホスフィン６１ｇとｏ−ジクロロベンゼン１９０ｍｌの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、減圧下でｏ−ジクロロベンゼンを留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、真空乾燥後、２−クロロ−９Ｈ−カルバゾール１７．７ｇを得た。
【０１３６】
次に、２−クロロ−９Ｈ−カルバゾール１７．７ｇ、ヨードベンゼン２２ｇ、銅粉２０ｇと炭酸カリウム４３ｇ、ジメチルホルムアミド２００ｍｌの混合溶液を窒素気流下、１４０℃で１６時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、酢酸エチル５０ｍｌを加え、セライトろ過した。得られたろ液に飽和塩化アンモニウム水溶液を加えてしばらく撹拌した後に、酢酸エチルとヘキサンを用いて抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、真空乾燥後、２−クロロ−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール１４ｇを得た。
【０１３７】
次に、２−クロロ−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール１４ｇ、ビス（ピナコラート）ジボロン１５．４ｇ、酢酸カリウム１４．８ｇとジオキサン１００ｍｌとトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）０．５８ｇと２−ジシクロヘキシルホスフィノ−２’４’６’−トリイソプロピルビフェニル９６１ｍｇの混合溶液を窒素気流下、７時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９−フェニル−２−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾール１６ｇを得た。
【０１３８】
次に、３−ブロモカルバゾール４．０ｇ、９−フェニル−２−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾール６．６ｇ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１８ｍｌ、１，２−ジメトキシエタン８０ｍｌと酢酸パラジウム７２ｍｇとトリス（２−メチルフェニル）ホスフィン２４３ｍｇの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、トルエンで抽出した。 有機層を水で２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−２，３’−ビカルバゾール５．２ｇを得た。
【０１３９】
次に、５５％水素化ナトリウム０．２４ｇと脱水ＤＭＦ２４ｍｌの混合溶液を窒素気流下、室温で攪拌した。この混合溶液に９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−２，３’−ビカルバゾール２．０ｇを脱水ＤＭＦ２４ｍｌに溶解させた溶液をゆっくり滴下し、１時間攪拌した。その後、２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン１．４ｇを脱水ＤＭＦ２４ｍｌに溶解させて、ゆっくり滴下し、さらに１２時間攪拌した後、ろ過した。得られた固体をメタノール１５０ｍｌで洗浄した後、ろ過した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、白色結晶３．０ｇを得た。
【０１４０】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［９］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．３０−７．３６（ｍ、１Ｈ），７．４３−７．５６（ｍ，４Ｈ），７．６１−７．７６（ｍ，１３Ｈ），７．９１（ｄｄ，１Ｈ），８．１４−８．３３（ｍ，４Ｈ），８．７６−８．８０（ｍ，４Ｈ），９．１８−９．２３（ｍ，２Ｈ）。
【０１４１】
なお、この化合物［９］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３４０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１４２】
合成例７
化合物［２０］の合成
３−ブロモカルバゾールの代わりに２−ブロモカルバゾールを用いた以外は合成例３と同様の方法で合成し、白色結晶を得た。
【０１４３】
得られた粉末の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物［２０］であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．２６−７．３６（ｍ、２Ｈ），７．４５−７．８４（ｍ，１５Ｈ），８．０８−８．２１（ｍ，６Ｈ），８．８０−８．８３（ｍ，４Ｈ），９．２４−９．２７（ｄ，１Ｈ），９．７６（ｓ、１Ｈ）。
【０１４４】
なお、この化合物［２０］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３００℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．７％、昇華精製後が９９．９％であった。
【０１４５】
実施例１
ＩＴＯ透明導電膜を１２５ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）で１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０−４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入材料として、銅フタロシアニンを１０ｎｍ、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニルを５０ｎｍ蒸着した。
【０１４６】
次に、発光材料として、ホスト材料として化合物［１３］を、またドーパント材料としてＤ−１をドープ濃度が１０重量％になるように４０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、電子輸送材料として、下記に示すＥ−１を２０ｎｍの厚さに積層した。次に、フッ化リチウムを０．５ｎｍ蒸着した後、アルミニウムを７０ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２で直流駆動したところ、発光効率２１．０ｌｍ／Ｗの高効率緑色発光が得られた。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２の直流で連続駆動したところ、３０００時間で輝度半減した。
【０１４７】
【化１９】
【０１４８】
実施例２〜６
ホスト材料として表１に記載した材料を用いたこと以外は実施例１と同様にして発光素子を作製した。各実施例の結果は表１に示した。
【０１４９】
比較例１〜６
ホスト材料として下記式に示すＨ−１〜Ｈ−６を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。各比較例の結果は表１に示した。
【０１５０】
【化２０】
【０１５１】
【表１】
【０１５２】
実施例７
ＩＴＯ透明導電膜を５０ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）で１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０−４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、正孔注入層としてＨＩ−１を１０ｎｍ蒸着した。次に、第一正孔輸送層として、ＨＴ−１を８０ｎｍ蒸着した。次に、第二正孔輸送層として、ＨＴ−２を１０ｎｍ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料に化合物［１３］を、ドーパント材料に化合物Ｄ−２を用い、ドーパント材料のドープ濃度が１０重量％になるようにして３０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、有機化合物（Ｅ−２）とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を蒸着速度比１：１(=0.05nm/s：0.05nm/s)で混合した層を、電子輸送層として３５ｎｍの厚さに積層した。
【０１５３】
次に、リチウムキノリノールを１ｎｍ蒸着した後、マグネシウムと銀の共蒸着膜を蒸着速度比がマグネシウム：銀＝１０：１(=0.5nm/s：0.05nm/s)で１００ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２で直流駆動したところ、発光効率５０．０ｌｍ／Ｗの緑色発光が得られた。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２の直流で連続駆動したところ、５０００時間で輝度半減した。なお化合物ＨＴ−１、ＨＴ−２、Ｄ−２は以下に示す化合物である。
【０１５４】
【化２１】
【０１５５】
実施例８〜１０
ホスト材料として表２に記載した材料を用いたこと以外は実施例７と同様に発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。
【０１５６】
比較例７〜１１
ホスト材料として表２に記載した化合物を用いたこと以外は実施例７と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。
【０１５７】
実施例１１〜１４
正孔注入層として、化合物ＨＩ−１の代わりに化合物ＨＴ−１と化合物ＨＩ−２を用い、化合物ＨＴ−１に対して化合物ＨＩ−２のドープ濃度が３重量％になるようにして１０ｎｍ蒸着したこと以外は実施例７と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、ＨＩ−２は以下に示す化合物である。
【０１５８】
【化２２】
【０１５９】
実施例１５〜１９
ホスト材料に化合物［１３］の代わりに化合物［１３］と化合物Ｈ−７の混合ホスト（化合物［１３］と化合物Ｈ−７の共蒸着膜を蒸着速度比が１：１で蒸着、さらにドーパントが蒸着される）を用いたこと以外は実施例１１〜１４と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、Ｈ−７、ＨＴ−３、ＨＴ−４は以下に示す化合物である。
【０１６０】
【化２３】
【０１６１】
実施例２０〜２３
正孔注入層として、化合物ＨＩ−１の代わりに化合物ＨＩ−３を用いたこと以外は実施例１１〜１４と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、ＨＩ−３は以下に示す化合物である。
【０１６２】
【化２４】
【０１６３】
実施例２４〜２６
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに表２に記載した材料を用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、Ｅ−３〜Ｅ−５は以下に示す化合物である。
【０１６４】
【化２５】
【０１６５】
実施例２７
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物Ｅ−２と化合物Ｅ−１を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６６】
実施例２８
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物[１５]と化合物Ｅ−１を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６７】
実施例２９
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物Ｅ−４と化合物Ｅ−１を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例１１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６８】
実施例３０〜３１
電子輸送層として、化合物Ｅ−２とドナー性化合物（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）を混合した層の代わりに化合物Ｅ−４と、化合物Ｅ−１とドナー性化合物（Ｌｉ：金属リチウム）を蒸着速度比１：１(=0.05nm/s：0.05nm/s)で混合した層を膜厚比１：１で３５ｎｍの厚さに積層して用いた以外は実施例７と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。
【０１６９】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を含有することを特徴とする発光素子材料。
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ９Ｒ１０および下記一般式（２）からなる群より選ばれる。Ｒ９およびＲ１０はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは下記一般式（２）で表される基であり、一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置と連結する。Ｙは単結合またはアリーレン基である。Ｚは下記式（３）で表される基である。
【化２】
（Ｒ１１〜Ｒ２３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ２４Ｒ２５からなる群より選ばれる。Ｒ２４およびＲ２５はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ１９〜Ｒ２３は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ただし、Ｒ１１〜Ｒ２３のうちいずれか１つは一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する。また、Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造は含まない。なお、一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結することはない。）
【化３】
（Ｘ１〜Ｘ３は、ＣＨまたはＮを示し、Ｘ１〜Ｘ３のうち少なくとも１つは、窒素原子である。Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、縮環構造でない置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基である。）
【請求項２】
一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１９〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結することを特徴とする請求項１記載の発光素子材料。
【請求項３】
一般式（１）におけるＲ４またはＲ５のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結することを特徴とする請求項１記載の発光素子材料。
【請求項４】
Ｙが単結合である請求項１〜３のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項５】
Ａｒ１およびＡｒ２が、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基である請求項１〜４のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項６】
Ｒ１〜Ｒ２３が、それぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基である請求項１〜５のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項７】
陽極と陰極の間に少なくとも発光層が存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、発光素子が請求項１〜６のいずれか記載の発光素子材料を含有することを特徴とする発光素子。
【請求項８】
陽極と陰極の間に少なくとも発光層が存在し、電気エネルギーにより発光する素子であって、発光層が三重項発光材料を含むことを特徴とする請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
発光層がホスト材料とドーパント材料を有し、一般式（１）で表される発光素子材料がホスト材料であることを特徴とする請求項７または８記載の発光素子。
【請求項１０】
陽極と陰極の間に少なくとも正孔輸送層および発光層が存在し、電気エネルギーにより発光する素子であって、正孔輸送層と陽極の間に正孔注入層が存在し、正孔注入層がアクセプター性化合物を含有する請求項７〜９のいずれか記載の発光素子。
【請求項１１】
発光層と陰極の間に少なくとも電子輸送層が存在し、電子輸送層が、電子受容性窒素を含み、さらに炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、リンの中から選ばれる元素で構成されるヘテロアリール環構造を有する化合物を含有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか記載の発光素子。
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物を含有することを特徴とする発光素子材料。
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ９Ｒ１０および下記一般式（２）からなる群より選ばれる。Ｒ９およびＲ１０はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは下記一般式（２）で表される基であり、一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置と連結する。Ｙは単結合またはアリーレン基である。Ｚは下記式（３）で表される基である。
【化２】
（Ｒ１１〜Ｒ２３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ２４Ｒ２５からなる群より選ばれる。Ｒ２４およびＲ２５はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ１９〜Ｒ２３は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ただし、Ｒ１１〜Ｒ２３のうちいずれか１つは一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する。また、Ｒ１１〜Ｒ２３は、一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と連結する場合を除いて、窒素原子を含む縮環構造、酸素原子を含む縮環構造、硫黄原子を含む縮環構造およびアミン構造は含まない。なお、一般式（１）におけるＲ３またはＲ６の位置と一般式（２）におけるＲ１３またはＲ１６の位置が連結することはない。）
【化３】
（Ｘ１〜Ｘ３は、ＣＨまたはＮを示し、Ｘ１〜Ｘ３のうち少なくとも１つは、窒素原子である。Ａｒ１およびＡｒ２は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、縮環構造でない置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基である。）
【請求項２】
一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ８のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１９〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結することを特徴とする請求項１記載の発光素子材料。
【請求項３】
一般式（１）におけるＲ４またはＲ５のうちいずれかの位置と一般式（２）におけるＲ１１〜Ｒ２３のうちいずれかの位置とが連結することを特徴とする請求項１記載の発光素子材料。
【請求項４】
Ｙが単結合である請求項１〜３のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項５】
Ａｒ１およびＡｒ２が、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基である請求項１〜４のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項６】
Ｒ１〜Ｒ２３が、それぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基である請求項１〜５のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項７】
陽極と陰極の間に少なくとも発光層が存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、発光素子が請求項１〜６のいずれか記載の発光素子材料を含有することを特徴とする発光素子。
【請求項８】
陽極と陰極の間に少なくとも発光層が存在し、電気エネルギーにより発光する素子であって、発光層が三重項発光材料を含むことを特徴とする請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
発光層がホスト材料とドーパント材料を有し、一般式（１）で表される発光素子材料がホスト材料であることを特徴とする請求項７または８記載の発光素子。
【請求項１０】
陽極と陰極の間に少なくとも正孔輸送層および発光層が存在し、電気エネルギーにより発光する素子であって、正孔輸送層と陽極の間に正孔注入層が存在し、正孔注入層がアクセプター性化合物を含有する請求項７〜９のいずれか記載の発光素子。
【請求項１１】
発光層と陰極の間に少なくとも電子輸送層が存在し、電子輸送層が、電子受容性窒素を含み、さらに炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、リンの中から選ばれる元素で構成されるヘテロアリール環構造を有する化合物を含有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか記載の発光素子。
【公開番号】特開２０１２−２１６８０１（Ｐ２０１２−２１６８０１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６６８１１（Ｐ２０１２−６６８１１）
【出願日】平成２４年３月２３日（２０１２．３．２３）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２３日（２０１２．３．２３）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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