(57)【要約】  フルオレン骨格、カルバゾール基および電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する特定の化合物を含有する発光素子材料により、高発光効率と低駆動電圧を両立した有機薄膜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。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表される化合物を含有する発光素子材料：
【化１】
2012157537.tif 000045
式中、Ｙは下記一般式（２）で表される基；Ａｒ１は下記一般式（３）で表される基；Ｌ１は単結合、または核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基および置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基から選ばれる基；Ｌ２は核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基、および置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基から選ばれる基；Ａｒ２は、無置換またはアルキル基もしくはシクロアルキル基で置換された電子受容性窒素を含む芳香族複素環基のみで構成される基；ｎは１〜５の整数；ｎ個のＡｒ２は同じでも異なっていてもよい；
【化２】
2012157537.tif 000046
Ｒ１〜Ｒ１０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、カルバモイル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ１１Ｒ１２からなる群より選ばれる基；Ｒ１１およびＲ１２はアリール基およびヘテロアリール基から選ばれる基である；Ｒ１〜Ｒ１２は隣接する置換基同士で環を形成していてもよい；ただし、Ｒ1〜Ｒ８のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられ、さらに他のいずれか一つはＬ２との連結に用いられる；
【化３】
2012157537.tif 000047
Ｒ１３〜Ｒ２１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、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる基；Ｒ１３〜Ｒ２１は隣接する置換基同士で環を形成していても良い；ただし、Ｒ１３〜Ｒ２１のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられる。
【請求項２】
電子受容性窒素を含む芳香族複素環基がピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、キノキサニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、フェナントロリニル基、イミダゾピリジル基、トリアジル基、アクリジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ビピリジル基およびターピリジル基からなる群より選ばれる請求項１記載の発光素子材料。
【請求項３】
Ａｒ２が、以下に示す基からなる群より選ばれる請求項１または２記載の発光素子材料；
【化４】
2012157537.tif 000048
【化５】
2012157537.tif 000049
【化６】
2012157537.tif 000050
【化７】
2012157537.tif 000051
ただし、これらの基はアルキル基またはシクロアルキル基で置換されていてもよい。
【請求項４】
一般式（２）におけるＲ７がＬ１との連結に用いられる請求項１〜３のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項５】
一般式（２）におけるＲ２がＬ２との連結に用いられる請求項１〜４のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項６】
一般式（３）におけるＲ１５、Ｒ１８またはＲ２１がＬ１との連結に用いられる請求項１〜５のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項７】
Ｌ１が核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基である請求項１〜６のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項８】
Ｌ２が核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基である請求項１〜７のいずれか記載の発光素子材料。
【請求項９】
陽極と陰極の間に有機層が存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記有機層に請求項１〜８のいずれか記載の発光素子材料を含有する発光素子。
【請求項１０】
前記有機層が電子輸送層を含み、電子輸送層が請求項１〜８のいずれか記載の発光素子材料を含む請求項９記載の発光素子。
【請求項１１】
前記電子輸送層がさらにドナー性化合物を含む請求項１０記載の発光素子。
【請求項１２】
前記ドナー性化合物がアルカリ金属、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である請求項１１記載の発光素子。
【請求項１３】
前記ドナー性化合物がアルカリ金属と有機物との錯体またはアルカリ土類金属と有機物との錯体である請求項１２記載の発光素子。
【請求項１４】
前記有機層が発光層を含み、発光層が請求項１〜８のいずれか記載の発光素子材料を含む請求項９記載の発光素子。
【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およびそれに用いられる材料に関する。本発明は、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蛍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、蛍光材料を選ぶことにより多色発光が可能であることが特徴であり、注目を集めている。コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらが、有機薄膜発光素子が高輝度に発光することを示して以来、多くの研究機関が有機薄膜発光素子の検討を行っている。【０００３】
また、有機薄膜発光素子は、発光層に種々の蛍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】
有機薄膜発光素子には、発光効率の向上、駆動電圧の低下および耐久性の向上が必要である。中でも、発光効率が低いと高輝度を要する画像の出力ができなくなり、所望の輝度を出力するための消費電力量が多くなる。例えば、発光効率を向上させるために、フルオレンを基本骨格とした様々な発光材料や電子輸送材料が開発されている（特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９１３５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１５７５９号公報
【特許文献３】特開２００４−２７７３７７号公報
【特許文献４】特開２００８−２０８０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来公知の材料では、低電圧駆動と高発光効率との両立は不十分であった。本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、高発光効率と低駆動電圧を両立した有機薄膜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】
【０００７】
本発明は、下記一般式（１）で表される化合物を含有する発光素子材料である。【０００８】
【化１】
2012157537.tif 000002
【０００９】
式中、Ｙは下記一般式（２）で表される基；Ａｒ１は下記一般式（３）で表される基；Ｌ１は単結合、または核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基および置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基から選ばれる基；Ｌ２は核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基、および置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基から選ばれる基；Ａｒ２は、無置換またはアルキル基もしくはシクロアルキル基で置換された電子受容性窒素を含む芳香族複素環基のみで構成される基；ｎは１〜５の整数；ｎ個のＡｒ２は同じでも異なっていてもよい。【００１０】
【化２】
2012157537.tif 000003
【００１１】
Ｒ１〜Ｒ１０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、カルバモイル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ１１Ｒ１２からなる群より選ばれる基；Ｒ１１およびＲ１２はアリール基およびヘテロアリール基から選ばれる基である；Ｒ１〜Ｒ１２は隣接する置換基同士で環を形成していてもよい；ただし、Ｒ1〜Ｒ８のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられ、さらに他のいずれか一つはＬ２との連結に用いられる。【００１２】
【化３】
2012157537.tif 000004
【００１３】
Ｒ１３〜Ｒ２１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、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる基。Ｒ１３〜Ｒ２１は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。ただし、Ｒ１３〜Ｒ２１のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、高発光効率と低駆動電圧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】
【００１５】
一般式（１）で表される化合物について詳細に説明する。
【００１６】
【化４】
2012157537.tif 000005
【００１７】
式中、Ｙは下記一般式（２）で表される基、Ａｒ１は下記一般式（３）で表される基である。Ｌ１は単結合、または核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基および置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基から選ばれる基である。Ｌ２は核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基、および置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基から選ばれる基である。Ａｒ２は、無置換またはアルキル基もしくはシクロアルキル基で置換された電子受容性窒素を含む芳香族複素環基のみで構成される基である。ｎは１〜５の整数である。ｎ個のＡｒ２は同じでも異なっていてもよい。
【００１８】
【化５】
2012157537.tif 000006
【００１９】
Ｒ１〜Ｒ１０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、カルバモイル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ１１Ｒ１２からなる群より選ばれる基である。Ｒ１１およびＲ１２はアリール基およびヘテロアリール基から選ばれる基である。Ｒ１〜Ｒ１２は隣接する置換基同士で環を形成していてもよい。ただし、Ｒ１〜Ｒ８のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられ、さらに他のいずれか一つはＬ２との連結に用いられる。ここで、Ｒ１〜Ｒ８のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられるとは、一般式（２）で表される基が、Ｒ１〜Ｒ８のうちいずれか一つの位置で、Ｌ１と直接結合しているという意味である。Ｌ２についても同様である。
【００２０】
【化６】
2012157537.tif 000007
【００２１】
Ｒ１３〜Ｒ２１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、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる基である。Ｒ１３〜Ｒ２１は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。ただし、Ｒ１３〜Ｒ２１のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられる。ここで、Ｒ１３〜Ｒ２１のうちいずれか一つはＬ１との連結に用いられるとは、一般式（３）で表される基が、Ｒ１３〜Ｒ２１のうちいずれか一つの位置で、Ｌ１と直接結合しているという意味である。
【００２２】
上記の全ての基において、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、好ましくは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。
【００２３】
シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基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、好ましくは、３以上２０以下の範囲である。
【００２４】
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、好ましくは、２以上２０以下の範囲である。
【００２５】
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、好ましくは、２以上２０以下の範囲である。
【００２６】
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。
【００２７】
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、好ましくは、２以上２０以下の範囲である。
【００２８】
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、好ましくは、１以上２０以下の範囲である。
【００２９】
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、好ましくは、１以上２０以下の範囲である。
【００３０】
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、好ましくは、６以上４０以下の範囲である。
【００３１】
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、好ましくは、６以上４０以下の範囲である。
【００３２】
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、好ましくは、６以上４０以下の範囲である。
【００３３】
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、イソキノリニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、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、好ましくは、２以上３０以下の範囲である。
【００３４】
ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選ばれる原子を示す。
【００３５】
カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および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い。ここで、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。
【００３６】
アリーレン基とは、フェニル基、ナフチル基、ビフェ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。一般式（１）のＬ１またはＬ２がアリーレン基の場合、核炭素数は５以上１２以下の範囲が好ましい。アリーレン基としては、具体的には、１，４−フェニレン基、１，３−フェニレン基、１，２−フェニレン基、４，４’−ビフェニリレン基、４，３’−ビフェニリレン基、３，３’−ビフェニリレン基、１，４−ナフチレン基、１，５−ナフチレン基、２，５−ナフチレン基、２，６−ナフチレン基、２，７−ナフチレン基などが挙げられる。より好ましくは１，４−フェニレン基である。
【００３７】
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（２）のＲ２とＲ３）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、リンおよびケイ素から選ばれる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。
【００３８】
ヘテロアリーレン基とは、ピリジル基、キノリニル基、ピラジニル基、ナフチリジル基、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芳香族基から導かれる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。ヘテロアリーレン基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、２〜３０の範囲である。
【００３９】
電子受容性窒素を含む芳香族複素環基とは、ヘテロアリール基のうち、炭素以外の原子として、電子受容性の窒素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す。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基に含まれる電子受容性窒素の数は特に限定されないが、好ましくは、１以上６以下の範囲である。なお、これらはアルキル基またはシクロアルキル基で置換されていてもよい。
【００４０】
ここで言う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。
【００４１】
電子受容性窒素を含む芳香族複素環基の例としては、ピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、キノキサニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、フェナントロリニル基、イミダゾピリジル基、トリアジル基、アクリジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ビピリジル基、ターピリジル基などが挙げられる。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、２以上３０以下の範囲である。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基の連結位置はどの部分でもよく、例えばピリジル基の場合、２−ピリジル基、３−ピリジル基および４−ピリジル基のいずれでもよい。
【００４２】
一般式（１）で表される化合物は、Ａｒ２が、無置換またはアルキル基もしくはシクロアルキル基で置換された電子受容性窒素を含む芳香族複素環基のみで構成される基であることから、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基が分子の外側（端部）に存在する。このことにより、一般式（１）で表される化合物を電子輸送層に用いた場合、陰極からの電子をより受け取りやすくなり、発光素子の駆動電圧を低くすることが可能となる。また、発光層への電子供与が多くなり、電子と正孔の再結合確率が高くなるので、発光素子の発光効率が向上する。
【００４３】
なお、Ａｒ２が、無置換またはアルキル基もしくはシクロアルキル基で置換された電子受容性窒素を含む芳香族複素環基のみで構成される基であるとは、Ａｒ２が無置換の芳香族複素環基である場合はもちろんであるが、加えて、Ａｒ２が置換された芳香族複素環基であって、その置換基が、アルキル基、シクロアルキル基および電子受容性窒素を含む芳香族複素環基から選ばれる場合も含む。後者の例として、ビピリジル基やビス（ピリジル）ピリジル基（いずれも、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基であるピリジル基を置換基として有するピリジル基）等が挙げられる。なお、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基のみで構成される基は、アルキル基またはシクロアルキル基で置換されていてもよいが、電子受容性窒素を含まない芳香族基で置換されていてはならない。置換基が、アルキル基またはシクロアルキル基である場合、これらの基には共役が広がらないため、電子受容性窒素を含む芳香族複素環の高い電子親和性に、大きな影響を及ぼさない。一方、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基が、アリール基などの電子受容性窒素を含まない芳香族基で置換されている場合、これらの置換基まで共役が広がることにより、電子受容性窒素を含む芳香族複素環の高い電子親和性が損なわれる。つまり、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基のみで構成される基がアルキル基またはシクロアルキル基で置換されていても、上記の効果が損なわれないが、電子受容性窒素を含まない芳香族基で置換されている場合、上記の効果が損なわれてしまう。
【００４４】
より具体的には、Ａｒ２は以下に示す基からなる群から選ばれることが好ましい。
【００４５】
【化７】
2012157537.tif 000008
【００４６】
【化８】
2012157537.tif 000009
【００４７】
【化９】
2012157537.tif 000010
【００４８】
【化１０】
2012157537.tif 000011
【００４９】
上記において、Ａｒ２とＬ２との結合位置を示す実線が、それぞれの多員環を構成する環を貫いて描かれているが、これは、Ａｒ２とＬ２との結合位置が、Ａｒ２の多員環のいずれの位置であってもよいことを意味する。例えば、ピリジル基の場合、２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基のいずれであってもよいことを表し、キノリル基の場合は、２−キノリニル基、３−キノリニル基、４−キノリニル基、５−キノリニル基、６−キノリニル基、７−キノリニル基、８−キノリニル基のいずれであってもよいことを表す。また、ビピリジジル基等、複数の環が連結した基の場合は、一つの環から結合を描いているが、別の環で結合していてもよい。
【００５０】
また、上に例示した基は、アルキル基またはシクロアルキル基、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基またはシクロヘキシル基で置換されていてもよい。
【００５１】
Ａｒ２は、好ましくはピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、キノキサニル基、ピリミジル基、フェナントロリニル基、ビピリジル基、ターピリジル基、アクリジル基、ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基およびこれらがアルキル基またはシクロアルキル基、好ましくはメチル基またはシクロヘキシル基で置換された基などである。より具体的には２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基、１−イソキノリニル基、３−イソキノリニル基、２−キノキサニル基、５−ピリミジル基、２−フェナントロリニル基、１−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基、３−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基、３−メチル−２−ピリジル基、４−メチル−２−ピリジル基、５−メチル−２−ピリジル基、６−メチル−２−ピリジル基、２−メチル−３−ピリジル基、４−メチル−３−ピリジル基、５−メチル−３−ピリジル基、６−メチル−３−ピリジル基、２−メチル−４−ピリジル基、３−メチル−４−ピリジル基、４−メチル−２−キノリン基などが挙げられ、より好ましくは２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基などが挙げられる。
【００５２】
一般式（１）で表される化合物は、分子中にフルオレン骨格と電子受容性窒素を含む芳香族複素環とを有していることにより、フルオレン骨格の高い電子輸送性および電気化学的安定性と、電子受容性窒素を含む芳香族複素環の高い電子受容性を併せ持つ。これによって、一般式（１）で表される化合物は、高い電子注入輸送能を発現する。
【００５３】
一般式（１）で表される化合物は、分子中に電子受容性窒素を含む芳香族複素環Ａｒ２を１〜５個有していることにより、高いキャリア移動度および良好なキャリアバランスを有する。これによって、一般式（１）で表される化合物は、発光素子の発光効率を向上させることができる。さらに一般式（１）で表される化合物は、高い耐熱性を有するため、発光素子の耐久性を向上させることができる。結晶性低減および置換基の効果が顕著に発現する観点から、Ａｒ２の数は１個または２個の場合がより好ましく、１個の場合が特に好ましい。Ａｒ２が２個以上の場合、Ａｒ２は同じでも異なっていてもよい。
【００５４】
さらに、一般式（１）で表される化合物は、分子中にフルオレン骨格とカルバゾール基を有していることにより、分子間のスタッキングが抑制され膜質が安定する。また正孔耐性のあるカルバゾール基を有することで、正孔に対する電気化学的安定性が向上する。これによって、一般式（１）で表される化合物は、より高い電子注入輸送能を発現する。
【００５５】
また、一般式（２）におけるＲ７がＬ１との連結に用いられることが望ましい。フルオレンはＲ２およびＲ７の位置で共役系が広がりやすく、Ｒ７がＬ１との連結に用いられることで、効率的に共役系が広がる。これにより、一般式（１）で表される化合物は、電気化学的に安定になり、さらに電子輸送性が向上するため、より高い電子注入輸送能を発現する。
【００５６】
また、一般式（２）におけるＲ２がＬ２との連結に用いられることが望ましい。フルオレンはＲ２およびＲ７の位置で共役系が広がりやすく、Ｒ２がＬ２との連結に用いられることで、効率的に共役系が広がる。これにより、一般式（１）で表される化合物は、電気化学的に安定になり、さらに電子輸送性が向上するため、より高い電子注入輸送能を発現する。
【００５７】
また、一般式（３）におけるＲ１５、Ｒ１８またはＲ２１がＬ１との連結に用いられることが望ましい。カルバゾールはＲ１５、Ｒ１８およびＲ２１の位置が酸化に弱いため、この位置が連結基と結合することで、一般式（１）で表される化合物は電気化学的に安定になり、より高い電子注入輸送能を発現する。
【００５８】
なお、例えば、Ｒ７がＬ１との連結に用いられるとは、一般式（２）で表される基のベンゼン環のＲ７の位置と連結基Ｌ１で表される基とが直接結合することをいう。
【００５９】
また、Ｌ１が、核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基であることが好ましい。カルバゾール基は酸化に弱いため、フルオレン骨格に直接結合するよりもアリーレン基を介して結合する方が、電気化学的により安定となる。これにより、フルオレン骨格の高い電子輸送性と相乗効果を生み出し、より高い電子注入輸送能を発現する。
【００６０】
また、Ｌ２が核炭素数５〜１２の置換もしくは無置換のアリーレン基であることが好ましい。電子受容性窒素を含む芳香族複素環は酸化に弱いため、フルオレン骨格に直接結合するよりもアリーレン基を介して結合する方が、電気化学的により安定となる。これにより、フルオレン骨格の高い電子輸送性と相乗効果を生み出し、より高い電子注入輸送能を発現する。
【００６１】
一般式（１）で表される化合物において、Ｒ１〜Ｒ２１としては、上記の中でも水素、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基およびヘテロアリール基から選ばれる基が好ましい。さらに、Ｒ９〜Ｒ１０としては、上記の中でもアルキル基、シクロアルキル基、アリール基またはヘテロアリール基が好ましい。Ｒ２１としては、上記の中でもアリール基またはヘテロアリール基が好ましい。
【００６２】
上記一般式（１）に表される化合物としては、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。
【００６３】
【化１１】
2012157537.tif 000012
【００６４】
【化１２】
2012157537.tif 000013
【００６５】
【化１３】
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【００６６】
【化１４】
2012157537.tif 000015
【００６７】
【化１５】
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【００６８】
【化１６】
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【００６９】
【化１７】
2012157537.tif 000018
【００７０】
【化１８】
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【００７１】
【化１９】
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【００７２】
【化２０】
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【００７３】
【化２１】
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【００７４】
【化２２】
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【００７５】
【化２３】
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【００７６】
【化２４】
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【００７７】
【化２５】
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【００７８】
一般式（１）で表され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。フルオレン骨格へカルバゾール基を導入する方法としては、例えば、パラジウム触媒やニッケル触媒下でハロゲン化フルオレン誘導体と置換もしくは無置換のカルバゾールボロン酸のカップリング反応を用いる方法が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、フルオレン骨格へ電子受容性窒素を含む芳香族複素環を導入する方法としても、上記と同様に、例えば、パラジウム触媒やニッケル触媒下でハロゲン化フルオレン誘導体と電子受容性窒素を含む芳香族複素環のボロン酸のカップリング反応を用いる方法が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、カルバゾール基または電子受容性窒素を含む芳香族複素環を、アリーレン基を介してフルオレン骨格へ導入する場合は、カルバゾール基または電子受容性窒素を含む芳香族複素環が置換したアリールボロン酸を用いてもよい。また、上記の各種ボロン酸に代えて、ボロン酸エステルを用いてもよい。
【００７９】
一般式（１）で表される化合物は、発光素子材料として用いられる。ここで発光素子材料とは、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、正孔輸送層、発光層および電子輸送層から選ばれた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。一般式（１）で表される化合物を、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、かつ低駆動電圧の発光素子が得られる。
【００８０】
一般式（１）で表される化合物は、高い電子注入輸送能、発光効率および薄膜安定性を有しているため、発光素子の発光層または電子輸送層に用いることが好ましい。特に、優れた電子注入輸送能を有していることから、電子輸送層に用いることが好ましい。
【００８１】
次に、発光素子について詳細に説明する。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する。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。
【００８２】
有機層としては、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、２）発光層／電子輸送層、３）正孔輸送層／発光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。
【００８３】
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、基板はガラスである必要はなく、例えば、プラスチック基板を用いても良い。
【００８４】
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る。光を取り出すために、陽極と陰極の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。
【００８５】
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であって、かつ、光を取り出すために透明または半透明であることが好ましい。陽極に用いる材料としては、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；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化合物；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が挙げられる。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。透明電極の電気抵抗は、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、表面電気抵抗が３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば、素子電極として十分使用可能であるが、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。陽極の厚みは、抵抗値に合わせて任意に選ぶことができるが、１００〜３００ｎｍの間で用いられることが多い。
【００８６】
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体などが好ましい。中でも、アルミニウム、銀およびマグネシウムから選ばれる金属が、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。特に陰極がマグネシウムと銀で構成されると、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。
【００８７】
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；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化合物；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などを、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。また、一般式（１）で表される化合物もこの保護膜層として利用できる。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。
【００８８】
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。
【００８９】
正孔輸送層は、電界を与えられた電極間において陽極から注入された正孔を効率良く輸送することが必要である。したがって、正孔輸送材料は、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、正孔輸送材料は、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；あるいは、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。
【００９０】
また、正孔輸送材料としては、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。
【００９１】
【化２６】
2012157537.tif 000027
【００９２】
Ｒ２２〜Ｒ２７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、シアノ基およびトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる基である。
【００９３】
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。
【００９４】
【化２７】
2012157537.tif 000028
【００９５】
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。
【００９６】
発光層は、単一層、複数層のどちらでもよい。発光材料は、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、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物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、ホスト材料からなる層と積層されていても、ホスト材料中に分散されていても、いずれでもよい。ホスト材料とドーパント材料を混合することにより、発光色の制御ができる。この場合、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。ホスト材料とドーパント材料を混合する方法としては、ホスト材料とドーパント材料を共蒸着法にしても良いし、ホスト材料とドーパント材料を予め混合してから蒸着してもよい。
【００９７】
発光材料としては、具体的には、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。
【００９８】
一般式（１）で表される化合物も、高い発光性能を有することから、発光材料として好ましく用いられる。一般式（１）で表される化合物は、紫外〜青色領域（３００〜４５０ｎｍ領域）に強い発光を示すことから、青色発光材料として好適に用いることができる。一般式（１）で表される化合物は、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。また、一般式（１）で表される化合物は、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、特に、りん光性ドーパントと組み合わせるホスト材料として用いることが好ましい。
【００９９】
ホスト材料は、化合物一種のみに限る必要はなく、複数の化合物を混合して用いてもよい。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材料としては、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。
【０１００】
ドーパント材料としては、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、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（例えば２−（ベンゾチアゾール−２−イル）−９，１０−ジフェニルアントラセンや５，６，１１，１２−テトラフェニルナフタセンなど）；フラン、ピロール、チオフェン、シロール、９−シラフルオレン、９，９’−スピロビシラフルオレン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドール、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、イミダゾピリジン、フェナントロリン、ピリジン、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、チオキサンテンなどのヘテロアリール環を有する化合物やその誘導体；ボラン誘導体；ジスチリルベンゼン誘導体；４，４’−ビス（２−（４−ジフェニルアミノフェニル）エテニル）ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−（スチルベン−４−イル）−Ｎ−フェニルアミノ）スチルベンなどのアミノスチリル誘導体；芳香族アセチレン誘導体；テトラフェニルブタジエン誘導体；スチルベン誘導体；アルダジン誘導体；ピロメテン誘導体；ジケトピロロ［３，４−ｃ］ピロール誘導体；２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−９−（２’−ベンゾチアゾリル）キノリジノ［９，９ａ，１−ｇｈ］クマリンなどのクマリン誘導体；イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、カルバゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体およびその金属錯体；およびＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）−４，４’−ジフェニル−１，１’−ジアミンに代表される芳香族アミン誘導体などが挙げられる。
【０１０１】
また、発光層がりん光発光を行う際に用いられるドーパント材料としては、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）、およびレニウム（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、素子性能およびホスト化合物との関係から適切な錯体が選ばれる。
【０１０２】
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。そのため電子輸送材料は、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、安定な膜質を保つために分子量４００以上の化合物が好ましい。一方、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れることを効率よく阻止できる役割を電子輸送層が果たすならば、電子輸送能力がそれ程高くない材料で電子輸送層が構成されていても、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。
【０１０３】
電子輸送材料は、一種のみに限る必要はなく、複数の化合物を混合して用いてもよい。電子輸送材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、ピレンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体；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；ペリレン誘導体；ペリノン誘導体；クマリン誘導体；ナフタルイミド誘導体；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；カルバゾール誘導体；インドール誘導体；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；ヒドロキシフェニルオキサゾール錯体などの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が挙げられる。
【０１０４】
一般式（１）で表される化合物は、高い電子注入輸送能を有することから電子輸送材料として、特に好適に用いられる。また、電子輸送層に、さらにドナー性化合物を含む場合に、ドナー性化合物との薄膜状態における相溶性が高く、より高い電子注入輸送能を発現する。この混合物層の働きにより、陰極から発光層への電子の輸送が促進され、高発光効率と低駆動電圧の効果がさらに向上する。
【０１０５】
ドナー性化合物は、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。すなわち本発明の発光素子において、電子輸送層は、一般式（１）で表される化合物に加えて、電子輸送能力を向上させるためにドナー性化合物を含むことがより好ましい。
【０１０６】
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。アルカリ金属および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、セシウムといったアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウムといったアルカリ土類金属が挙げられる。
【０１０７】
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、ドナー性化合物は、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、大気中での取扱の容易性や、添加濃度の制御のし易さの点で、金属と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、原料が安価で合成が容易な点から、リチウムが挙げられる。また、金属と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、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、アルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、リチウムと有機物との錯体がより好ましく、リチウムキノリノールが特に好ましい。
【０１０８】
また、電子輸送層中のドナー性化合物のドーピング割合が適切であると、陰極または電子注入層から電子輸送層への電子の注入割合が増加し、陰極と電子注入層間または電子注入層と電子輸送層間でのエネルギー障壁が軽減され、低駆動電圧化する。好適なドーピング濃度は、材料やドーピング領域の膜厚によっても異なるが、電子輸送材料とドナー性化合物の蒸着速度比が１００：１〜１：１００の範囲となるように蒸着して電子輸送層を形成することが好ましい。蒸着速度比は１０：１〜１：１０がより好ましく、７：３〜３：７が特に好ましい。
【０１０９】
電子輸送層にドナー性化合物をドーピングして電子輸送能を向上させる方法は、有機層の膜厚が厚い場合に特に効果を発揮するものである。電子輸送層および発光層の合計膜厚が５０ｎｍ以上の場合に特に効果が大きい。例えば、発光効率を向上させるために干渉効果を利用する方法があるが、これは発光層から直接放射される光と、陰極で反射された光の位相を整合させて光の取り出し効率を向上させる方法である。最適条件は光の発光波長に応じて変化するが、電子輸送層および発光層の合計膜厚が５０ｎｍ以上となる場合がある。また、発光が赤色などの長波長発光の場合には、電子輸送層および発光層の合計膜厚が１００ｎｍ近くの厚膜になる場合がある。
【０１１０】
ドナー性化合物をドーピングする場合、電子輸送層全体の膜厚が厚いほどドーピングする濃度も濃い方がよい。ドーピングするのは、電子輸送層の一部分または全部のどちらでも構わないが、電子輸送層の一部分にドーピングする場合、少なくとも電子輸送層／陰極界面にはドーピング領域を設けることが、低電圧化の効果は得られるので望ましい。また、ドナー性化合物が発光層にドーピングされると発光効率を低下させる悪影響を及ぼす場合には、発光層／電子輸送層界面にノンドープ領域を設けることが望ましい。
【０１１１】
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、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。
【０１１２】
有機層全体の厚みは、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、電子輸送層および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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
本発明の発光素子は、例えば、マトリクス方式および／またはセグメント方式のディスプレイとして好適に用いられる。
【０１１５】
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方式である。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、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、緑および青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的な画素の配列にはデルタタイプとストライプタイプがある。また、マトリクスの駆動方法は、線順次駆動およびアクティブマトリクスのどちらでもよい。線順次駆動は、ディスプレイの構造が簡単であるが、動作特性はアクティブマトリクスの方が優れるので、用途によって使い分けることが必要である。
【０１１６】
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。セグメント方式のディスプレイの例としては、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。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。
【０１１７】
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】
【０１１８】
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。【０１１９】
合成例１
化合物［１］の合成
２−ブロモフルオレン２５．０ｇ、ヨウ素１２．２ｇおよび酢酸６８０ｍｌからなる溶液に、窒素気流下で、硫酸６８ｍＬをゆっくり加えた。この混合溶液に亜硝酸ナトリウム７．１ｇをゆっくり加えた後、還流下で２時間撹拌した。反応混合物を室温に冷ました後、析出物をろ過した。得られた析出物を、酢酸エチル、水およびメタノールでそれぞれ洗浄し、真空乾燥することにより、２−ブロモ−７−ヨードフルオレン２５．９ｇ（収率６８％）を得た。【０１２０】
次に、カリウム−ｔ−ブトキシド１９．６ｇとジメチルスルホキシド３１７ｍＬの溶液を窒素気流下、０℃に冷やし、２−ブロモ−７−ヨードフルオレン２５．９ｇを加えた。さらに、ヨウ化メチル２９．７ｇをゆっくり加えた後、室温下で４時間反応混合物を撹拌した。反応混合物に水３１７ｍＬを加え、析出物をろ過した。析出物をトルエンに溶解し、硫酸マグネシウムで乾燥後、シリカパッドでろ過し、ろ液をエバポレートした。得られた固体にメタノール５０ｍｌを加え、ろ過した。さらに、固体をトルエンに再溶解し、シリカパッドでろ過し、ろ液をエバポレートした。析出物をろ過し、真空乾燥することにより、２−ブロモ−７−ヨード−９，９−ジメチルフルオレン２１．５ｇ（収率７７％）を得た。【０１２１】
【化２８】
2012157537.tif 000029
【０１２２】
次に、２−ブロモ−７−ヨード−９，９−ジメチルフルオレン１０．０ｇ、３−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸７．９ｇ、ジメトキシエタン１２５ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液３７ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド１７６ｍｇを加え、６０℃で６時間加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、トルエン２００ｍｌで抽出した。得られた有機層を水１００ｍｌで３回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、溶出液をエバポレートした。得られた固体に、メタノール５０ｍｌを加え、ろ過した後、真空乾燥することにより、中間体（Ａ）１０．５ｇ（収率８１％）を得た。【０１２３】
次に、中間体（Ａ）６．０ｇ、４−クロロフェニルボロン酸２．０ｇ、ジメトキシエタン５８ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１７ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド８２ｍｇを加え、還流下で６時間半加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、トルエン７５０ｍＬで抽出した。得られた有機層を水１００ｍｌで３回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、溶出液をエバポレートした。得られた固体に、メタノール２０ｍｌを加え、ろ過した後、真空乾燥することにより、中間体（Ｂ）５．７ｇ（収率８９％）を得た。【０１２４】
【化２９】
2012157537.tif 000030
【０１２５】
次に、中間体（Ｂ）３．０ｇ、３−ピリジンボロン酸０．７４ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム３６ｍｇ、トリシクロヘキシルホスフィン・テトラフルオロボレート４９ｍｇおよび１，４−ジオキサン２８ｍｌの混合溶液を窒素置換した後、１．２７Mリン酸三カリウム水溶液７．４ｍｌを加え、窒素気流下、還流下で７時間加熱攪拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水２８ｍｌを加え、析出物をろ過し、真空乾燥機で乾燥した。析出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、溶出液をエバポレートした。得られた固体に、メタノール２０ｍｌを加え、ろ過した。固体を真空乾燥した後、ｏ−キシレン６５ｍＬを用いて再結晶にて精製し、白色結晶２．２ｇ（収率６７％）を得た。【０１２６】
【化３０】
2012157537.tif 000031
【０１２７】
得られた白色結晶の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［１］であることが確認された。
化合物［１］：  １Ｈ−ＮＭＲ  （ＣＤＣｌ３  （ｄ＝ｐｐｍ））  δ  １．６０  （ｓ，６Ｈ），７．２９  （ｔｄ，２Ｈ），７．３７−７．５８  （ｍ，６Ｈ），７．６３−７．７８  （ｍ，７Ｈ），７．８１−７．８９  （ｍ，６Ｈ），７．９４  （ｄｔ，１Ｈ），８．１８  （ｄ，２Ｈ），８．６２  （ｄｄ，１Ｈ），８．９３  （ｄ，１Ｈ）。【０１２８】
なお、化合物［１］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３１０℃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９９．７％であった。【０１２９】
合成例２
化合物［２］の合成
中間体（Ａ）２．４ｇ、４−（４−ピリジル）フェニルボロン酸ピナコールエステル２．１ｇ、ジメトキシエタン２４ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液７ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド３３ｍｇを加え、還流下で１２時間半加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水２４ｍＬを加え、析出物をろ過し、真空乾燥した。析出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、溶出液に、スカベンジャーとしてＱｕａｄｒａＳｉｌ（登録商標）０．５ｇを加え、室温で１時間撹拌した後、シリカパッドでろ過し、溶媒を留去した。ｏ−キシレン７３ｍＬを用いて得られた固体の再結晶をおこない、白色結晶２．２ｇ（収率７３％）を得た。【０１３０】
【化３１】
2012157537.tif 000032
【０１３１】
得られた白色結晶の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。
化合物［２］：  １Ｈ−ＮＭＲ  （ＣＤＣｌ３  （ｄ＝ｐｐｍ））  δ  １．６０  （ｓ，６Ｈ），７．３１  （ｔｄ，２Ｈ），７．４１−７．５２  （ｍ，４Ｈ），７．５５−７．５９  （ｍ，３Ｈ），７．６４−７．８９  （ｍ，１３Ｈ），８．１８  （ｄ，２Ｈ），８．６９  （ｄｄ，２Ｈ）。【０１３２】
なお、化合物［２］は、油拡散ポンプを用いて１×１０−３Ｐａの圧力下、約３１０℃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９９．９％、昇華精製後が９９．９％であった。【０１３３】
合成例３
化合物［３］の合成
２−ブロモ−７−ヨード−９，９−ジメチルフルオレン１１．５ｇ、４−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸９．１ｇ、ジメトキシエタン１４４ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液４２ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド２０２ｍｇを加え、６０℃で５．５時間加熱撹拌した。反応混合物を約４０℃に冷却した後、水２００ｍＬを加え、析出物をろ過した。析出物をメタノールで洗浄し、ろ過し、真空乾燥した。析出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、溶出液をエバポレートした。得られた固体に、メタノール１００ｍｌを加え、ろ過し、真空乾燥することにより、中間体（Ｃ）１０．１ｇ（収率６８％）を得た。【０１３４】
【化３２】
2012157537.tif 000033
【０１３５】
中間体（Ｃ） ５．１ｇ、４−（３−ピリジル）フェニルボロン酸ピナコールエステル３．５ｇ、ジメトキシエタン４９ｍＬ、１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１４ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド１３８ｍｇを加え、還流下で７時間半加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、析出物をろ過し、真空乾燥した。析出物をＴＨＦ５００ｍＬに溶解し、活性炭０．５ｇおよびＱｕａｄｒａＳｉｌ（登録商標）０．８ｇを加え、室温で１時間撹拌した後、シリカパッドでろ過した。溶出液をエバポレートした。得られた固体に、メタノール２０ｍｌを加え、ろ過した。固体を真空乾燥した後、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１２０ｍＬを用いて再結晶をおこなった。さらに、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１０５ｍＬを用いて再結晶をおこなうことで、淡黄色結晶４．３ｇ（収率７５％）を得た。【０１３６】
【化３３】
2012157537.tif 000034
【０１３７】
得られた淡黄色結晶の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［３］であることが確認された。
化合物［３］：  １Ｈ−ＮＭＲ  （ＣＤＣｌ３  （ｄ＝ｐｐｍ））  δ  １．６５  （ｓ，６Ｈ），７．３０  （ｔｄ，２Ｈ），７．３８−７．５２  （ｍ，５Ｈ），７．６４−７．９８  （ｍ，１５Ｈ），８．１８  （ｄ，２Ｈ），８．６３  （ｄｄ，１Ｈ），８．９４  （ｄ，１Ｈ）。【０１３８】
なお、化合物［３］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９９．９％、昇華精製後が９９．９％であった。【０１３９】
合成例４
化合物［４］の合成
中間体（Ｃ） ５．１ｇ、４−（２−ピリジル）フェニルボロン酸２．２ｇ、ジメトキシエタン４９ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１４ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド６９ｍｇを加え、還流下で４時間半加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水４９ｍＬを加え、析出物をろ過し、真空乾燥した。析出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、溶出液にＱｕａｄｒａＳｉｌ（登録商標）０．８ｇを加え、室温で１時間撹拌した後、セライトでろ過した。ろ液をエバポレートした後、得られた固体にメタノール２０ｍｌを加え、ろ過した。ろ液を真空乾燥した後、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド５４ｍＬを用いて再結晶をおこなった。さらに、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド４６ｍＬを用いて再結晶をおこなうことで、白色結晶３．５ｇ（収率６０％）を得た。【０１４０】
【化３４】
2012157537.tif 000035
【０１４１】
得られた白色結晶の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［４］であることが確認された。
化合物［４］：  １Ｈ−ＮＭＲ  （ＣＤＣｌ３  （ｄ＝ｐｐｍ））  δ  １．６５  （ｓ，６Ｈ），７．３１  （ｔｄ，２Ｈ），７．４１−７．５２  （ｍ，４Ｈ），７．６６−７．９３  （ｍ，１５Ｈ），８．１２−８．１９  （ｍ，４Ｈ），８．７４  （ｄｔ，１Ｈ）。【０１４２】
なお、化合物［４］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９９．８％であった。【０１４３】
実施例１
ＩＴＯ透明導電膜を１５０ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、表面電気抵抗１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断した後、エッチングを行い、ＩＴＯ透明導電膜を所定の電極形状に形成した。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。ＩＴＯ透明導電膜上に、抵抗加熱法によって、まず正孔注入層として、銅フタロシアニンを１０ｎｍの厚さ、正孔輸送層として、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の厚さ、それぞれ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料である化合物（Ｈ−１）およびドーパント材料である化合物（Ｄ−１）を混合した層を、ドーパント濃度が５重量％になるようにして４０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、電子輸送層として化合物［１］とドナー性化合物であるフッ化リチウムを混合した層を、蒸着速度比１：１（０．０５ｎｍ／ｓ：０．０５ｎｍ／ｓ）で２０ｎｍの厚さに蒸着して積層した。【０１４４】
次に、フッ化リチウムを０．５ｎｍの厚さに蒸着した後、アルミニウムを１０００ｎｍの厚さに蒸着して陰極とし、発光面が５×５ｍｍ角の発光素子を作製した。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、駆動電圧４．７Ｖ、外部量子効率５．４％の高効率青色発光が得られた。【０１４５】
【化３５】
2012157537.tif 000036
【０１４６】
実施例２〜２７
ホスト材料、ドーパント材料および電子輸送層として表１および表２に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果は表１および表２に示した。なお、化合物［５］〜［１９］、２Ｅ−１は下記に示す化合物である。【０１４７】
【化３６】
2012157537.tif 000037
【０１４８】
比較例１〜１２
ホスト材料、ドーパント材料および電子輸送層として表２に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果は表２に示した。なお、表１および表２中、化合物Ｅ−１、Ｅ−２、Ｅ−３、Ｅ−４は下記に示す化合物である。【０１４９】
【化３７】
2012157537.tif 000038
【０１５０】
【表１】
2012157537.tif 000039
【０１５１】
【表２】
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【０１５２】
実施例２８〜３８
ホスト材料、ドーパント材料および電子輸送層として表３に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。評価結果は表３に示した。なお、表３中、化合物Ｈ−２〜Ｈ−８、Ｄ−２〜Ｄ−１０は下記に示す化合物である。【０１５３】
【化３８】
2012157537.tif 000041
【０１５４】
【化３９】
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【０１５５】
【表３】
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【０１５６】
実施例３９〜４６、比較例１３〜２０
ホスト材料およびドーパント材料として表４に記載した材料および電子輸送層としてトリス（８−キノリノラート）アルミニウム（Ａｌｑ）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。評価結果は表４に示した。【０１５７】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明は、高発光効率と低駆動電圧を両立した有機薄膜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。本発明の発光素子材料は、発光素子の電子輸送層または発光層に好ましく用いることができる。
【国際調査報告】
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