JP5399173B2 - 有機半導体材料および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体材料に関する。また、これを用いた発光素子、発光装置、照明装置、及び電子機器に関する。
有機化合物は無機化合物に比べて、多様な構造をとることができ、適切な分子設計により様々な機能を有する材料を合成できる可能性がある。これらの利点から、近年、機能性有機材料を用いたエレクトロニクスに注目が集まっている。
例えば、有機化合物を機能性材料として用いたエレクトロニクスデバイスの例として、太陽電池や発光素子、有機トランジスタ等が挙げられる。これらは有機化合物の電気物性および光物性を利用したデバイスであり、特に発光素子はめざましい発展を見せている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホール（正孔）が発光層で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に緩和する際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起状態（Ｓ＊）起と三重項励起状態（Ｔ＊）が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であると考えられている。
一重項励起状態を発光に変換する化合物（以下、蛍光性化合物と称す）は室温において、三重項励起状態からの発光（燐光）は観測されず、一重項励起状態からの発光（蛍光）のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の理論的限界は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であることを根拠に２５％とされている。
一方、三重項励起状態を発光に変換する化合物（以下、燐光性化合物と称す）を用いれば、内部量子効率は７５〜１００％まで理論上は可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて３〜４倍の発光効率が可能となる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、燐光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている。
上述した燐光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、燐光性化合物の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制するために、他の物質からなるマトリクス中に該燐光性化合物が分散するようにして形成することが多い。この時、マトリクスとなる物質はホスト材料、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される物質はゲスト材料と呼ばれる。
燐光性化合物をゲスト材料とする場合、ホスト材料に必要とされる性質は、広いエネルギーギャップ（最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差）を有する、もしくは、該燐光性化合物よりも大きな三重項励起エネルギー（基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差）を有することである。そのため、このような性質を有する物質の開発が進められている。
例えば、非特許文献１では、青色の発光を示す燐光性化合物のホスト材料およびホール輸送層として、クアテルフェニレン骨格を有する材料が使用されている。
Ｊ．Ｋｉｄｏ，他２名，ケミストリーレターズ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．２，３１６−３１７（２００７）
非特許文献１に記載されているホスト材料は、ホール輸送層に用いられていることからもわかるようにホール輸送性を示す。そのため、非特許文献１に記載されている材料を発光層のホスト材料として用いた場合、発光層をホールが突き抜けていることが予想される。非特許文献１では、発光層をホールが突き抜けていくことを防止するため、発光層の陰極側にホールブロック材料であるｔ−Ｂｕ ＴＡＺを用いて電子輸送層を形成していると考えられる。このように発光層のホスト材料がホール輸送性であるため、発光領域が発光層と電子輸送層（ホールブロック層）との界面に偏る可能性がある。
発光領域が局所的に偏ると、三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光や、発光層に隣接する層（ホール輸送層、電子輸送層、又は、ホールブロック層）への励起子の拡散が生じてしまい、発光効率が低下してしまう。
そこで、ホスト材料は酸化及び還元のいずれも可能なバイポーラ性を有し、かつ双方に安定であることが要求される。しかしながら、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格を直接結合させると、バンドギャップの低下を招くために、高い三重項励起エネルギーを有する材料を合成するのは困難である。また、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格との間に置換基を導入して共役系を拡張すると、バンドギャップの低下及び三重項励起エネルギーの低下を引き起こす問題がある。
上記問題を鑑み、本発明の一態様は、バイポーラ性を有する新規な材料を提供することを目的の一とする。
また、発光素子の駆動電圧を低減することを目的とする。また、発光素子の発光効率を向上させることを目的の一とする。
また、発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することを目的の一とする。
本発明者らは、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格とを、共役が広がりにくいねじれたクアテルフェニレン骨格を介して結合した材料が、広いエネルギーギャップを有し、電子輸送性とホール輸送性を有する（つまり、バイポーラ性を有する）ことを見いだした。
より具体的には、クアテルフェニレン骨格として、［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−４’’’−ジイル基を適用した一般式（Ｇ１）で表される材料が、広いエネルギーギャップを有し、電子輸送性とホール輸送性を有することを見いだした。
分子内に電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格とを有する化合物であっても、バイポーラ性を有さない場合もある。しかしながら、本発明の一態様である有機半導体材料は、中心に共役が広がりにくいねじれたクアテルフェニレン骨格を有するため、電子輸送性を有する骨格とホール輸送性を有する骨格が分子内で相互作用することを抑制し、バイポーラ性を実現していると考えられる。
よって、本発明の一態様は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料である。
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットであり、α１の炭素とＥＡは結合して環を形成していてもよく、α２の炭素とＨＡは結合して環を形成していてもよい。）
上記構成において、電子受容ユニットとは、ホール受容ユニットよりも電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きいものである。また、電子受容ユニットは電子輸送性を有する骨格であり、ホール受容ユニットはホール輸送性を有する骨格である。
すなわち、本発明の一態様は、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料である。
（式中、ＥＡおよびＨＡは、それぞれ置換基であり、α１の炭素とＥＡは結合して環を形成していてもよく、α２の炭素とＨＡは結合して環を形成していてもよい。また、部分構造ａに相当する一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物は、部分構造ｂに相当する一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物よりも、電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きい。）
上記構成において、一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物の電子親和力は２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であり、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物のイオン化ポテンシャルは４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが好ましい。特に、発光素子に用いる場合には、一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物の電子親和力は２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であり、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物のイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることがより好ましい。
上記構成において、ＥＡで表される置換基としては、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基などが挙げられる。
また、上記構成において、ＨＡで表される置換基としては、π電子過剰型ヘテロ芳香族置換基、またはジアリールアミノ基などが挙げられる。
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料において、電子輸送性を有する骨格（ＥＡ）として、ベンゾオキサゾール骨格を選択することができる。
よって、本発明の一態様は、一般式（ＢＯＸ１）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ａｒ１、Ａｒ２は、それぞれ独立に、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基を表し、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表す。Ａｒ１とαの炭素、又はＡｒ１とＡｒ２とは、直接、又は硫黄、酸素、もしくは窒素を介して結合していてもよい。）
また、本発明の一態様は、一般式（ＢＯＸ２）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表し、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基のいずれかを表す。Ｒ１１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又はＲ１５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ２０と結合したベンゼン環上の炭素とは、直接結合していてもよい。）
また、本発明の一態様は、一般式（ＢＯＸ２）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表し、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基のいずれかを表す。Ｒ１１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又はＲ１５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ２０と結合したベンゼン環上の炭素とは、直接結合してカルバゾール骨格を形成してもよい。）
また、本発明の一態様は、一般式（ＢＯＸ３）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基のいずれかを表す。Ｒ１１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又はＲ１５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ２０と結合したベンゼン環上の炭素とは、直接結合してカルバゾール骨格を形成してもよい。）
また、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料において、電子輸送性を有する骨格（ＥＡ）として、オキサジアゾール骨格を選択することができる。
よって、本発明の一態様は一般式（ＯＸＤ１）で表されるオキサジアゾール誘導体である。
（式中、Ａｒ１１、Ａｒ１２及びＡｒ１３は、炭素数６〜１３の置換または無置換のアリール基を表す。また、Ａｒ１１とαの炭素、又は、Ａｒ１１とＡｒ１２は、それぞれ互いに直接結合していてもよく、あるいは、酸素、硫黄、又は窒素のいずれかを介して結合していてもよい。）
一般式（ＯＸＤ１）で表されるオキサジアゾール誘導体のうち、一般式（ＯＸＤ２）で表されるオキサジアゾール誘導体であることが好ましい。
（式中、Ｒ３１〜Ｒ４０は、水素、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素数６〜１３の無置換のアリール基のいずれかを表し、Ａｒ１３は、炭素数６〜１３の置換又は無置換のアリール基を表す。また、Ｒ３１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又は、Ｒ３５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ４０と結合したベンゼン環上の炭素は、それぞれ互いに直接結合してカルバゾール骨格を形成していてもよい。）
また、一般式（ＯＸＤ２）で表されるオキサジアゾール誘導体のうち、Ａｒ１３は、置換又は無置換のフェニル基、置換又は無置換のナフチル基のいずれかを表すのが好ましく、Ａｒ１３が無置換のフェニル基、または、無置換の１−ナフチル基、または無置換の２−ナフチル基のいずれかを表すのがより好ましい。
上述した有機半導体材料は、バイポーラ性を有しているため、発光素子や有機トランジスタなどの有機デバイスに好適に用いることができる。
よって、本発明の一態様は、上述した有機半導体材料を用いた発光素子である。
特に、上述した有機半導体材料は、大きな三重項励起エネルギーを有するため、燐光性化合物とともに発光素子に用いた場合、より顕著な効果を有する。
よって、本発明の一態様は、一対の電極間に、上述した有機半導体材料を含み、発光層に燐光性化合物を含む発光素子である。
また、上述した有機半導体材料はバイポーラ性を有するため、発光層に用いることが好ましい。
また、上述した発光素子を有する発光装置も本発明の一態様の範疇に含めるものである。
なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置を含む）を含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
また、上述の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の一態様の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の一態様である電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子を用いている。
本発明の一態様である有機半導体材料は、新規なバイポーラ性の材料である。
また、本発明の一態様であるベンゾオキサゾール誘導体は、新規なバイポーラ性の材料である。
また、本発明の一態様であるオキサジアゾール誘導体は、新規なバイポーラ性の材料である。
また、本発明の一態様を適用することにより、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光素子の発光効率を向上させることができる。
また、本発明の一態様を適用することにより、発光素子、発光装置、電子機器の消費電力を低減することができる。
本発明の一態様の発光素子を説明する図。 本発明の一態様の発光素子を説明する図。 本発明の一態様の発光素子を説明する図。 本発明の一態様の発光装置を説明する図。 本発明の一態様の発光装置を説明する図。 本発明の一態様の電子機器を説明する図。 本発明の一態様の電子機器を説明する図。 本発明の一態様の電子機器を説明する図。 本発明の一態様の電子機器を説明する図。 本発明の一態様の照明装置を説明する図。 本発明の一態様の照明装置を説明する図。 本発明の一態様の電子機器を説明する図。 ２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールのＣＶ測定結果を示す図。 ２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールのＣＶ測定結果を示す図。 ２−フェニルベンゾオキサゾールのＣＶ測定結果を示す図。 ２−フェニルベンゾオキサゾールのＣＶ測定結果を示す図。 ９−フェニル−９Ｈ−カルバゾールのＣＶ測定結果を示す図。 ９−フェニル−９Ｈ−カルバゾールのＣＶ測定結果を示す図。 トリフェニルアミンのＣＶ測定結果を示す図。 トリフェニルアミンのＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＣｚＰＯ１１のＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＣｚＰＯ１１のＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＣｚＰＯ１１の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１のＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１のＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 Ｚ−ＣｚＰＢＯｘのＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＣｚＰＢＯｘのＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘのＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘのＣＶ測定結果を示す図。 Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 実施例の発光素子を説明する図。 実施例３で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例３で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例３で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例３で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例４で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例４で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例４で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例４で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例５で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例５で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例５で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例５で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例６で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例６で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例６で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例６で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 Ｚ−ＣｚＰＯ１１の１Ｈ ＮＭＲチャートを示す図。 Ｚ−ＤＰｈＰＡ１１の１Ｈ ＮＭＲチャートを示す図。 Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの１Ｈ ＮＭＲチャートを示す図。 Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの１Ｈ ＮＭＲチャートを示す図。
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である有機半導体材料について説明する。
本実施の形態の有機半導体材料は、Ｚ型のクアテルフェニレン骨格（［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−４’’’−ジイル基）を有している。Ｚ型のクアテルフェニレン骨格の一方の端のベンゼン環には、パラ位に電子受容ユニットが結合し、他方の端のベンゼン環には、パラ位にホール受容ユニットが結合している。
より具体的には、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料である。
（式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットであり、α１の炭素とＥＡは結合して環を形成していてもよく、α２の炭素とＨＡは結合して環を形成していてもよい。）
このような構造を有する有機半導体材料は、分子内に電子受容ユニットおよびホール受容ユニットを有するため、電子もホールも輸送することができるバイポーラ性の材料である。
分子内に電子受容ユニットとホール受容ユニットを有する化合物であっても、バイポーラ性を有さない場合もあるが、本実施の形態の有機半導体材料は、中心にオルト位で結合したベンゼン環を有するため、電子受容ユニットとホール受容ユニットが分子内で相互作用することを抑制し、バイポーラ性を実現していると考えられる。
具体的には、下記に示す一般式（Ｇ１）において、ベンゼン環２およびベンゼン環３はオルト位で結合しているベンゼン環である。このオルト位で結合しているベンゼン環を２つ有することにより、この両端に結合している置換基同士の相互作用が抑制されると考えられる。そのため、バイポーラ性を有する有機半導体材料が得られる。
また、下記一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料は、オルト位で結合しているベンゼン環を２つ有することにより、構造がねじれ、共役が広がりにくいと考えられる。そのため、大きな分子量を有しながらも広いエネルギーギャップを有することができる。よって、発光素子の発光層におけるホスト材料として好適に用いることができる。また、大きい三重項励起エネルギーを有しているため、燐光性化合物とともに発光素子に好適に用いることができる。
なお、オルト位に結合しているベンゼン環の数が増えていくと、合成方法が複雑となり、収率が低下してしまう。また、ベンゼン環の数が増えていくと電子受容ユニットとホール受容ユニットとの距離が離れてしまう。また、ベンゼン環の数が増えていくと、キャリアを受容するユニット以外の部位の割合が増加してしまうため、キャリアのホッピング距離が増えてしまい、キャリア輸送性が低下してしまう。よって、本発明の一態様は、これらの問題を考慮して最適な構造のバイポーラ性有機半導体を提供する。
なお、電子受容ユニットとは、ホール受容ユニットよりも電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きいものである。
実際には、置換基自体の電子親和力やイオン化ポテンシャルを評価することは困難である。従って本明細書においては、電子受容ユニットＥＡの電子親和力とイオン化ポテンシャルは、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料における部分構造ａでに相当する、一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物を用いて評価する。同様に、ホール受容ユニットＨＡの電子親和力とイオン化ポテンシャルは、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料における部分構造ｂに相当する、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物を用いて評価する。
つまり、本実施の形態の有機半導体材料は一般式（Ｇ１）で表され、一般式（Ｇ１）において、部分構造ａに相当する、一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物は、部分構造ｂに相当する、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物よりも、電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きい。
また、本実施の形態の有機半導体材料は、中心にオルト位で結合したベンゼン環を有しており、電子受容ユニットとホール受容ユニットが分子内で相互作用することを抑制している。そのため、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料の電子親和力は、一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物の電子親和力とほぼ同じ値となる。よって、一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物の電子親和力は２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であることが好ましい。特に、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光素子に用いる場合、発光素子に用いられる一般的な有機材料の電子親和力の値を考慮すると、一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物の電子親和力が２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であることがより好ましい。
同様に、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料のイオン化ポテンシャルは、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物のイオン化ポテンシャルとほぼ同じ値となる。よって、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物のイオン化ポテンシャルは４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが好ましい。特に、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料を発光素子に用いる場合、発光素子に用いられる一般的な有機材料のイオン化ポテンシャルの値を考慮すると、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物のイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることがより好ましい。
上述した構成とすることにより、広いバンドギャップの有機半導体材料を得ることができる。
電子受容ユニットＥＡとしては、大きい電子親和力を保有させるため、π電子不足型ヘテロ芳香族置換基が好ましい。π電子不足型ヘテロ芳香族置換基としては、含窒素６員芳香環基（ただし、該含窒素６員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、１，２−アゾール基（ただし、該１，２−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、１，３−アゾール基（ただし、該１，３−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、ポリアゾール基（ただし、該ポリアゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）、などが挙げられる。特に、含窒素６員芳香環基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基は、比較的大きな電子親和力を有すると共に、還元及び引き続く酸化の繰り返しに対して安定で、高い電子輸送性を示すため好ましい。
含窒素６員芳香環基としては、例えば、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピラジニル基、置換または無置換のピリミジニル基、置換または無置換のピリダジニル基、置換または無置換の１，２，４−トリアジニル基、置換または無置換の１，３，５−トリアジニル基、置換または無置換のキノリル基、置換または無置換のイソキノリル基、置換または無置換の１，５−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，６−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，７−ナフチリジニル基、置換または無置換の１，８−ナフチリジニル基、置換または無置換の２，６−ナフチリジニル基、置換または無置換の２，７−ナフチリジニル基、置換または無置換のキノキサリニル基、置換または無置換のキナゾリニル基、置換または無置換のフタラジニル基、置換または無置換のシンノリニル基、置換または無置換のフェナントリジニル基、置換または無置換の１，１０−フェナントロリニル基、などが挙げられる。
また１，２−アゾール基としては、例えば、置換または無置換のピラゾリル基、置換または無置換のイソオキサゾリル基、置換または無置換のイソチアゾリル基、置換または無置換のインダゾリル基、置換または無置換の１，２−ベンゾイソオキサゾリル基、置換または無置換の１，２−ベンゾイソチアゾリル基、置換または無置換の２，１−ベンゾイソオキサゾリル基、置換または無置換の２，１−ベンゾイソチアゾリル基、などが挙げられる。
また１，３−アゾール基としては、例えば、置換または無置換のイミダゾリル基、置換または無置換のオキサゾリル基、置換または無置換のチアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−ベンゾイミダゾリル基、置換または無置換のベンゾオキサゾリル基、置換または無置換のベンゾチアゾリル基、イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基などが挙げられる。
またポリアゾール基としては、例えば、置換または無置換の１Ｈ−１，２，３−トリアゾリル基、置換または無置換の１，２，５−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，２，５−チアジアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−１，２，４−トリアゾリル基、置換または無置換の４Ｈ−１，２，４−トリアゾリル基、置換または無置換の１，２，４−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，２，４−チアジアゾリル基、置換または無置換の１，３，４−オキサジアゾリル基、置換または無置換の１，３，４−チアジアゾリル基、置換または無置換の１Ｈ−ベンゾトリアゾリル基、置換または無置換の２Ｈ−ベンゾトリアゾリル基、置換または無置換の２，１，３−ベンゾオキサジアゾリル基、置換または無置換の２，１，３−ベンゾチアジアゾリル基、などが挙げられる。
なお、上述した含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基がさらに置換基を有する場合、その置換基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基のようなアリール基や、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基のようなヘテロアリール基や、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基のようなアルキル基などが挙げられる。
以上で述べたような電子受容ユニットＥＡを適宜選択することで、ａで表される部分構造を形成することができる。
電子受容ユニットＥＡとして、含窒素６員芳香環基（ただし、該含窒素６員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を適用した場合の部分構造ａの具体例としては、４−（２−ピリジル）フェニル基、４−（５−メチル−２−ピリジル）フェニル基、４−（６−メチル−２−ピリジル）フェニル基、４−（３−フェニル−２−ピリジル）フェニル基、４−（６−フェニル−２−ピリジル）フェニル基、４−（３−ピリジル）フェニル基、４−（６−メチル−３−ピリジル）フェニル基、４−（２，２’：６’，２’’−テルピリジン−４’−イル）フェニル基、４−（３−フェニルピラジン−２−イル）フェニル基、４−（３，５，６−トリフェニルピラジン−２−イル）フェニル基、４−（ピリミジン−４−イル）フェニル基、４−（６−メチルピリミジン−４−イル）フェニル基、４−（６−フェニルピリミジン−４−イル）フェニル基、４−（ピリミジン−５−イル）フェニル基、４−（２，４，６−トリフェニルピリミジン−５−イル）フェニル基、４−（６−フェニルピリダジン−３−イル）フェニル基、４−（３−メチル−１，２，４−トリアジン−６−イル）フェニル基、４−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）フェニル基、４−（３−キノリル）フェニル基、４−（８−キノリル）フェニル基、４−（２，４−ジメチル−８−キノリル）フェニル基、４−（４−イソキノリル）フェニル基、４−（１，５−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、４−（１，６−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、４−（５，７−ジメチル−１，６−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、４−（５−メチル−１，６−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、４−（１，７−ナフチリジン−８−イル）フェニル基、４−（１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、４−（３−メチル−１，８−ナフチリジン−２−イル）フェニル基、４−（１，８−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、４−（２−メチル−１，８−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、４−（１，８−ナフチリジン−４−イル）フェニル基、４−（２，６−ナフチリジン−１−イル）フェニル基、４−（２，７−ナフチリジン−３−イル）フェニル基、４−（キノキサリン−２−イル）フェニル基、４−（３−メチルキノキサリン−２−イル）フェニル基、４−（３−イソプロピルキノキサリン−２−イル）フェニル基、４−（３−フェニルキノキサリン−２−イル）フェニル基、４−（キナゾリン−４−イル）フェニル基、４−（フタラジン−１−イル）フェニル基、４−（３−フェニルシンノリン−４−イル）フェニル基、４−（フェナントリジン−６−イル）フェニル基、４−（１，１０−フェナントロリン−２−イル）フェニル基、４−（１，１０−フェナントロリン−３−イル）フェニル基、などが挙げられる。
また、電子受容ユニットＥＡとして、１，２−アゾール基（ただし、該１，２−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を適用した場合の部分構造ａの具体例としては、４−（３，５−ジフェニル−１Ｈ−ピラゾール−１−イル）フェニル基、４−（１，５−ジフェニル−１Ｈ−ピラゾール−３−イル）フェニル基、４−（５−フェニルイソオキサゾール−３−イル）フェニル基、４−（５−フェニルイソチアゾール−３−イル）フェニル基、４−（３−メチル−１，２−ベンゾイソオキサゾール−５−イル）フェニル基、４−（３−メチル−１，２−ベンゾイソチアゾール−５−イル）フェニル基、４−（２，１−ベンゾイソオキサゾール−３−イル）フェニル基、４−（２，１−ベンゾイソチアゾール−３−イル）フェニル基、などが挙げられる。
また、電子受容ユニットＥＡとして、１，３−アゾール基（ただし、該１，２−アゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を適用した場合の部分構造ａの具体例としては、４−（２，４−ジフェニル−１Ｈ−イミダゾール−１−イル）フェニル基、４−（２−フェニルオキサゾール−４−イル）フェニル基、４−（２−フェニルチアゾール−４−イル）フェニル基、４−（１−メチル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、４−（１−エチル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、４−（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル基、４−（２−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−１−イル）フェニル基、４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル基、４−（５−フェニルベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル基、４−［５−（ｐ−トリル）ベンゾオキサゾール−２−イル］フェニル基、４−（ベンゾチアゾール−２−イル）フェニル基、４−（５−フェニルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル基、４−［５−（ｐ−トリル）ベンゾチアゾール−２−イル］フェニル基、４−（イミダゾ［１，２−ａ］ピリジン−２−イル）フェニル基、４−（５−フェニルイミダゾ［１，２−ａ］ピリジン−２−イル）フェニル基、などが挙げられる。
また、電子受容ユニットＥＡとして、ポリアゾール基（ただし、該ポリアゾールは、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を適用した場合の部分構造ａの具体例としては、４−（１−フェニル−１Ｈ−１，２，３−トリアゾール−４−イル）フェニル基、４−（４−フェニル−１，２，５−オキサジアゾール−３−イル）フェニル基、４−（４−フェニル−１，２，５−チアジアゾール−３−イル）フェニル基、４−（５−メチル−１−フェニル−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）フェニル基、４−（４，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）フェニル基、４−［４−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）−５−フェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、４−（３，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−４−イル）フェニル基、４−［４−フェニル−５−（２−ピリジル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、４−［５−（２−ピリジル）−４−（４−ピリジル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、４−［５−フェニル−４−（８−キノリル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル］フェニル基、４−（３−フェニル−１，２，４−オキサジアゾール−５−イル）フェニル基、４−（３−フェニル−１，２，４−チアジアゾール−５−イル）フェニル基、４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル基、４−［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］フェニル基、４−［５−（２−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］フェニル基、４−｛５−［４−（１−ナフチル）フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル｝フェニル基、４−｛５−［４−（２−ナフチル）フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル｝フェニル基、４−（５−フェニル−１，３，４−チアジアゾール−２−イル）フェニル基、４−［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−チアジアゾール−２−イル］フェニル基、４−［５−（２−ナフチル）−１，３，４−チアジアゾール−２−イル］フェニル基、４−｛５−［４−（１−ナフチル）フェニル］−１，３，４−チアジアゾール−２−イル｝フェニル基、４−｛５−［４−（２−ナフチル）フェニル］−１，３，４−チアジアゾール−２−イル｝フェニル基、などが挙げられる。
なお、部分構造ａにおいて、電子受容ユニットＥＡはα１の炭素と結合して環を形成してもよいが、その具体的な一例を下記に示す。下記に示すように、電子受容ユニットＥＡとして３−フェニルピラジン−２−イル基を選択すると、部分構造ａは４−（３−フェニルピラジン−２−イル）フェニル基（構造式（１１））となる。この４−（３−フェニルピラジン−２−イル）フェニル基（構造式（１１））において、電子受容ユニットＥＡとα１の炭素とが結合した場合、部分構造ａはジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン−７−イル基（構造式（１２））となる。したがって、本実施の形態の部分構造ａとしては、ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン−７−イル基も含むものとする。これは一例であり、他の電子受容ユニットＥＡを選択した場合も同様である。
ホール受容ユニットとしては、小さいイオン化ポテンシャルを保有させるため、π電子過剰型ヘテロ芳香族置換基、またはジアリールアミノ基が好ましい。なお、ジアリールアミノ基は、アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成してもよい。特に、ジアリールアミノ基（アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成する場合を含む）は、比較的小さいイオン化ポテンシャルを示すと共に、酸化及び引き続く還元の繰り返しに対して安定で、高いホール輸送性を示すため好ましい。
π電子過剰型ヘテロ芳香族置換基としては、モノヘテロ５員芳香環基（ただし、該モノヘテロ５員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）が挙げられ、具体的には、置換または無置換のピロリル基、置換または無置換のフリル基、置換または無置換のチエニル基、置換または無置換のインドリル基、置換または無置換のベンゾフリル基、置換または無置換のベンゾチエニル基、置換または無置換のイソインドリル基、置換または無置換のイソベンゾフリル基、置換または無置換のイソベンゾチエニル基、などが挙げられる。
またジアリールアミノ基としては、置換または無置換のジフェニルアミノ基、置換または無置換のＮ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ基、置換または無置換のＮ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ基、などが挙げられる。さらにジアリールアミノ基は、アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成してもよく、その場合のホール受容ユニットは、置換または無置換の９Ｈ−カルバゾール−９−イル基、置換または無置換の１０Ｈ−フェノキサジン−１０−イル基、置換または無置換の１０Ｈ−フェノチアジン−１０−イル基、置換または無置換の５，１０−ジヒドロフェナジン−５−イル基となる。
なお、上述したモノヘテロ５員芳香環基やジアリールアミノ基がさらに置換基を有する場合、その置換基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基のようなアリール基や、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基のようなヘテロアリール基や、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基のようなアルキル基などが挙げられる。
以上で述べたようなホール受容ユニットを適宜選択することで、ｂで表される部分構造を形成することができる。
ホール受容ユニットＨＡとして、モノヘテロ５員芳香環基（ただし、該モノヘテロ５員芳香環は、芳香族炭化水素の縮環体および含窒素６員芳香環の縮環体を含む）を適用した場合の部分構造ｂの具体例としては、４−（１−メチル−５−フェニル−１Ｈ−ピロール−２−イル）フェニル基、４−（１，５−ジフェニル−１Ｈ−ピロール−２−イル）フェニル基、４−（２，５−ジフェニル−１Ｈ−ピロール−１−イル）フェニル基、４−（５−フェニル−２−フリル）フェニル基、４−（５−フェニル−２−チエニル）フェニル基、４−（１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、４−（２−メチル−１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、４−（２−フェニル−１Ｈ−インドール−１−イル）フェニル基、４−（１−フェニル−１Ｈ−インドール−２−イル）フェニル基、４−（２−ベンゾフリル）フェニル基、４−（２−ベンゾチエニル）フェニル基、４−（２，３−ジフェニルイソインドール−１−イル）フェニル基、４−（３−フェニルイソフリル）フェニル基、４−（３−フェニルイソチエニル）フェニル基、などが挙げられる。
ホール受容ユニットＨＡとして、ジアリールアミノ基（アリール基同士が直接結合してカルバゾール環を形成するか、窒素または酸素または硫黄を介して結合して環を形成する場合を含む）を適用した場合の部分構造ｂの具体例としては、４−（ジフェニルアミノ）フェニル基、４−［Ｎ−（ビフェニル−４−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル基、４−｛Ｎ−［４−（１−ナフチル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル基、４−｛Ｎ−［４−（２−ナフチル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル基、４−｛Ｎ，Ｎ−ビス［４−（１−ナフチル）フェニル］アミノ｝フェニル基、４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル基、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル基、４−（３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル基、４−［３−（１−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル基、４−［３−（２−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル基、４−（１０−フェニル−５，１０−ジヒドロフェナジン−５−イル）フェニル基、４−（１０Ｈ−フェノキサジン−１０−イル）フェニル基、４−（１０Ｈ−フェノチアジン−１０−イル）フェニル基、などが挙げられる。
なお、部分構造ｂにおいて、ホール受容ユニットＨＡはα２の炭素と結合して環を形成してもよいが、その具体的な一例を下記に示す。下記に示すように、ホール受容ユニットＨＡとしてジフェニルアミノ基を選択すると、部分構造ｂは４−（ジフェニルアミノ）フェニル基（構造式（２１））となる。この４−（ジフェニルアミノ）フェニル基（構造式（２１））において、ホール受容ユニットＨＡとα２の炭素とが結合した場合、骨格ｂは９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル基（構造式（２２））となる。したがって、本実施の形態の骨格ｂとしては、９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル基も含むものとする。これは一例であり、他のホール受容ユニットＨＡを選択した場合も同様である。
本実施の形態に係る有機半導体材料は電子輸送性もホール輸送性も有するバイポーラ性である。そのため、発光素子に適用した場合、駆動電圧を低減することができる。特に発光層に適用した場合に顕著な効果が得られる。
また、本実施の形態に係る有機半導体材料を発光層のホスト材料として用いた場合、発光領域が局所的に偏ることを抑制でき、発光性の高い物質の濃度消光や三重項−三重項消滅（Ｔ−Ｔアニヒレイション）による消光を抑制することができる。よって、高い発光効率を実現できる。
また、本実施の形態に係る有機半導体材料は、中心に、オルト位で結合しているベンゼン環を２つ有することにより、立体的に嵩高い構造となっている。立体的に嵩高い構造とすることで、膜にした場合に結晶化しにくい。よって、本実施の形態に係る有機半導体材料は薄膜状態においてアモルファス状態を維持しやすく、発光素子に好適である。
また、本実施の形態に係る有機半導体材料は、三重項励起エネルギーが大きい。よって、燐光性化合物とともに発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示す燐光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
また、本実施の形態に係る有機半導体材料は、エネルギーギャップ（最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差）が大きい。よって、蛍光性化合物とともに発光素子に用いることができる。特に、短波長の発光を示す蛍光性化合物とともに用いた場合に顕著な効果が得られる。
また、本実施の形態の有機半導体材料は、電子受容ユニットとホール受容ユニットを共役が広がりにくいねじれたクアテルフェニレン骨格を介して結合しているため、三重項励起エネルギーを引き下げることなく、分子量を増加させることができ、且つ、立体的にかさ高い分子骨格を構築することが可能である。また、大きなバンドギャップを有する構造とすることができる。このような材料を発光素子に用いることで、膜質を安定化させることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示す本発明の一態様である有機半導体材料の一例として、一般式（Ｇ１）で示した構造を有するベンゾオキサゾール誘導体について説明する。
本実施の形態に係るベンゾオキサゾール誘導体は、一般式（ＢＯＸ１）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ａｒ１、Ａｒ２は、それぞれ独立に、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基を表し、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表す。Ａｒ１とαの炭素、又はＡｒ１とＡｒ２とは、直接、又は硫黄、酸素、もしくは窒素を介して結合していてもよい。）
本実施の形態に係るベンゾオキサゾール誘導体は、一般式（ＢＯＸ２）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表し、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基のいずれかを表す。Ｒ１１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又はＲ１５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ２０と結合したベンゼン環上の炭素とは、直接結合していてもよい。）
本実施の形態に係るベンゾオキサゾール誘導体は、一般式（ＢＯＸ２）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表し、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基のいずれかを表す。Ｒ１１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又はＲ１５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ２０と結合したベンゼン環上の炭素とは、直接結合してカルバゾール骨格を形成してもよい。）
本実施の形態に係るベンゾオキサゾール誘導体は、一般式（ＢＯＸ３）で表されるベンゾオキサゾール誘導体である。
（式中、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基のいずれかを表す。Ｒ１１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又はＲ１５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ２０と結合したベンゼン環上の炭素とは、直接結合してカルバゾール骨格を形成してもよい。）
なお、本明細書中で示すアリール基またはアリーレン基の炭素数は、主骨格の環を形成する炭素数を示しており、それに結合する置換基の炭素数を含むものではない。アリール基またはアリーレン基に結合する置換基としては、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数６〜１３のアリール基、または炭素数１のハロアルキル基が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、またはトリフルオロメチル基等が挙げられる。また、アリール基またはアリーレン基が有する置換基は１つであっても複数であってもよく、アリール基またはアリーレン基が２つの置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。例えば、アリール基がフルオレニル基である場合、フルオレン骨格の９位の炭素が２つのフェニル基を有していてもよく、さらにその２つのフェニル基が互いに結合して、スピロ環構造を形成していてもよい。
一般式（ＢＯＸ１）〜（ＢＯＸ３）において、炭素数６〜１３のアリール基は、置換基を有していても良く、複数の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、１つの炭素が２つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。例えば、Ａｒ１、Ａｒ２で表される基の具体例として構造式（１１−１）〜構造式（１１−２２）で表される置換基が挙げられる。
例えば、Ｒ１〜Ｒ４及びＲ１１〜Ｒ２０で表される基の具体例として構造式（１３−１）〜構造式（１３−１６）で表される置換基が挙げられる。
例えば、Ｒ１１〜Ｒ２０で表される基の具体例として構造式（１４−１）〜構造式（１４−１８）で表される置換基が挙げられる。
また、一般式（ＢＯＸ１）〜（ＢＯＸ３）で表されるベンゾオキサゾール誘導体において、合成および精製の容易さの点から、Ａｒ１、Ａｒ２はフェニル基であることが好ましい。
一般式（ＢＯＸ１）〜（ＢＯＸ３）で表されるベンゾオキサゾール誘導体の具体例としては、構造式（１０１）〜構造式（１９４）、構造式（２０１）〜構造式（２９４）、構造式（３０１）〜構造式（３８３）で表されるベンゾオキサゾール誘導体を挙げることができる。但し、本実施の形態はこれらに限定されない。
本実施の形態のベンゾオキサゾール誘導体の合成方法としては、種々の反応の適用が可能である。例えば、下記の合成スキーム（１）、（１−２）、（２）、（３）、（４）に示す合成反応を行うことによって合成することができる。
＜ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ａ）の合成＞
ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ａ）は合成スキーム（１）のようにして合成することができる。すなわちハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ａ１）とアリールボロン酸又はその誘導体を、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングし、ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ａ）を得ることができる。
合成スキーム（１）において、Ｘ１、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素、塩素が挙げられ、Ｘ１，Ｘ２はそれぞれ同じであっても異なっていても良い。またＲ１〜Ｒ４は、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表す。Ｒ９０、Ｒ９１は、水素あるいは炭素数１〜６のアルキル基を表し、アルキル基の場合、Ｒ９０とＲ９１とが互いに結合して環を形成していてもよい。合成スキーム（１）において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられるが、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（１）において、用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。
合成スキーム（１）において、用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（１）において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ａ）の合成法は、合成スキーム（１）以外にも合成スキーム（１−２）のような合成法もある。
＜ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ｂ）の合成＞
ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ｂ）は合成スキーム（１−２）のようにして合成することができる。すなわちベンゾオキサゾール化合物のボロン酸またはその誘導体（化合物ａ１）とジハロゲン化ベンゼン（化合物ａ２）とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングし、ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ｂ）を得ることができる。
合成スキーム（１−２）において、Ｘ１、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素、塩素が挙げられ、Ｘ１、Ｘ２はそれぞれ同じであっても異なっていても良い。またＲ１〜Ｒ４は、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表す。Ｒ９２、Ｒ９３は、炭素数１〜６のアルキル基を表し、Ｒ９２とＲ９３とが、互いに結合して環を形成していてもよい。合成スキーム（１−２）において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられるが、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム１−２において、用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。
合成スキーム（１−２）において、用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（１−２）において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
＜ハロゲン化アリールアミン化合物（化合物Ｂ）の合成＞
ハロゲン化アリールアミン化合物（化合物Ｂ）は合成スキーム（２）のようにして合成することができる。すなわち３級アリールアミン化合物のボロン酸もしくはその誘導体（化合物Ｂ１）とジハロゲン化アリール（化合物Ｂ２）とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングし、ハロゲン化アリールアミン化合物（化合物Ｂ）を得ることができる。合成スキーム（２）において、Ｘ１、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素、塩素が挙げられ、Ｘ１，Ｘ２はそれぞれ同じであっても異なっていても良い。またＡｒ１、Ａｒ２はそれぞれ独立に、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基を表す。Ｒ９４、Ｒ９５は、炭素数１〜６のアルキル基を表し、Ｒ９４とＲ９５とが、互いに結合して環を形成していてもよい。
合成スキーム（２）において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられるが、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（２）において、用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（２）において、用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（２）において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
＜３級アリールアミンボロン酸又はその誘導体（化合物Ｃ）の合成＞
一般式（化合物Ｃ）で表される３級アリールアミンボロン酸又はその誘導体は、合成スキーム（３）のようにして合成することができる。すなわち、３級アミン化合物（化合物Ｂ）にアルキルリチウム試薬とホウ酸エステルを用いてボロン酸へ変換することにより、３級アミンボロン酸（化合物Ｃ）を得ることができる。
Ｒ１００は炭素数１〜６のアルキル基を表す。Ｒ９６は炭素数１〜６のアルキル基を表す。アルキルリチウム試薬としてはｎ−ブチルリチウム、メチルリチウム等を用いることができる。ホウ酸エステルとしてはホウ酸トリメチル、ホウ酸イソプロピルなどを用いることができる。化合物Ｃのホウ酸骨格を、エチレングリコールやピナコールで保護してもよい。
ベンゾオキサゾール化合物（化合物Ｄ）は合成スキーム（４）のようにして合成することができる。すなわち、ハロゲン化したベンゾオキサゾール化合物（化合物Ａ）と３級アリールアミンボロン酸（化合物Ｃ）とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングし、３級アリールアミン化合物（化合物Ｄ）を得ることができる。合成スキーム（４）において、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素、塩素が挙げられる。またＡｒ１、Ａｒ２は、それぞれ独立に、置換又は無置換の炭素数６〜１３のアリール基を表し、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲンのいずれかを表す。合成スキーム（４）において、化合物Ｃの代わりに化合物Ｃのホウ酸骨格をエチレングリコールやピナコールで保護することによって得られる有機ホウ素化合物を用いてもよい。
合成スキーム（４）において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられるが、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（４）において、用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（４）において、用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム（４）において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
以上のようにして、本実施の形態におけるベンゾオキサゾール誘導体を合成することができる。
本実施の形態におけるベンゾオキサゾール誘導体はバンドギャップが非常に大きいことから色純度の良好な発光を得ることが可能である。また、本実施の形態のベンゾオキサゾール誘導体は、ホール輸送性及び電子輸送性を有するバイポーラ材料であり、かつバンドギャップが広い。
また、本実施の形態のベンゾオキサゾール誘導体は、電子輸送性を有するベンゾオキサゾール骨格とホール輸送性を有する骨格とを、共役が広がりにくいねじれたクアテルフェニレン骨格を介して結合することで、高い三重項励起エネルギーを維持したまま分子量を大きくすることができるため、電気化学的安定性及び熱的安定性の高いベンゾオキサゾール誘導体とすることが可能である。よって、本実施の形態のベンゾオキサゾール誘導体を用いることで発光素子の信頼性を向上させることができる。
本実施の形態におけるベンゾオキサゾール誘導体は、単独で発光中心材料として発光層に用いることのできる他、ホスト材料として用いることもでき、本実施の形態のベンゾオキサゾール誘導体に発光物質となるドーパント材料を分散させた構成とすることで、ドーパント材料からの色純度のよい発光を効率よく得ることができる。
また、本実施の形態におけるベンゾオキサゾール誘導体よりも大きなバンドギャップを有する材料（ホスト材料）に、本実施の形態におけるベンゾオキサゾール誘導体をドーパント材料として分散させてなる発光層に用いることもでき、本実施の形態におけるベンゾオキサゾール誘導体からの発光を得ることができる。
本実施の形態のベンゾオキサゾール誘導体は、キャリア輸送材料として発光素子の機能層に用いることができる。例えば、ホール輸送層、ホール注入層、電子輸送層、又は電子注入層として用いることができる。本明細書では、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層をキャリアの注入、輸送などに機能する、機能層ともよぶ。
本実施の形態のベンゾオキサゾール誘導体を、発光素子に用いることにより、高効率、高信頼性及び長寿命の発光素子を得ることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示す本発明の一態様である有機半導体材料の一例として、一般式（Ｇ１）で示した構造を有するオキサジアゾール誘導体について説明する。
本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は、一般式（ＯＸＤ１）で表されるオキサジアゾール誘導体である。
式中、Ａｒ１１、Ａｒ１２及びＡｒ１３は、炭素数６〜１３の置換または無置換のアリール基を表す。また、Ａｒ１１とαの炭素、又は、Ａｒ１１とＡｒ１２は、それぞれ互いに直接結合していてもよく、あるいは、酸素、硫黄、又は窒素のいずれかを介して結合していてもよい。
また、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は、一般式（ＯＸＤ２）で表されるオキサジアゾール誘導体であるのが好ましい。
式中、Ｒ３１〜Ｒ４０は、水素、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素数６〜１３の無置換のアリール基のいずれかを表し、Ａｒ１３は、炭素数６〜１３の置換又は無置換のアリール基を表す。また、Ｒ３１と結合したベンゼン環上の炭素とαの炭素、又は、Ｒ３５と結合したベンゼン環上の炭素とＲ４０と結合したベンゼン環上の炭素は、それぞれ互いに直接結合してカルバゾール骨格を形成していてもよい。
一般式（ＯＸＤ１）及び一般式（ＯＸＤ２）において、Ａｒ１１、Ａｒ１２及びＡｒ１３で表される置換基としては、例えば、構造式（１５−１）〜（１５−１６）で表される置換基が挙げられる。Ａｒ１１、Ａｒ１２及びＡｒ１３に結合する置換基としては、炭素数１〜４のアルキル基または無置換の炭素数６〜１３のアリール基が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ナフチル基またはフルオレニル基等が挙げられる。また、アリール基が有する置換基は１つであっても複数であってもよく、アリール基が２つの置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。環構造としてはスピロ環を含むものとする。
なお、一般式（ＯＸＤ２）において、Ａｒ１３は、構造式（１５−４）〜（１５−８）及び（１５−１２）〜（１５−１５）で示すように、炭素数１〜４のアルキル基または無置換の炭素数６〜１０の置換基を有する、フェニル基又はナフチル基であるのが好ましく、構造式（１５−１）、（１５−４）、（１５−５）で示すように、無置換のフェニル基又はナフチル基であるのがより好ましい。
また、一般式（ＯＸＤ２）において、Ｒ３１〜Ｒ４０で表される置換基としては、例えば構造式（１２−１）〜（１２−２５）で表される置換基が挙げられる。
本実施の形態のオキサジアゾール誘導体の具体例としては、例えば、構造式（４２１）〜（５３３）に示されるオキサジアゾール誘導体を挙げることができる。ただし、本実施の形態はこれらに限定されない。
一般式（ＯＸＤ１）で表されるオキサジアゾール誘導体は、以下において合成スキーム（１１）乃至（１４）で表される合成方法によって合成することができる。以下、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体の合成方法の一例について説明する。
はじめに、ハロゲン化オキサジアゾール誘導体（化合物５）を合成する。合成スキーム（１１）を以下に示す。
合成スキーム（１１）においては、ハロゲン化アリール誘導体（化合物１）とヒドラジンとを反応させることにより、ハロゲン化アリールヒドラジド（化合物２）を合成する。なお、合成スキーム（１１）において、ヒドラジンは水和物であってもよい。次に、ハロゲン化アリールヒドラジド（化合物２）とアリールカルボン酸ハライド（化合物３）とを反応させることにより、ジアシルヒドラジン誘導体（化合物４）を得る。さらに、ジアシルヒドラジン誘導体（化合物４）を脱水剤により脱水閉環させて、１，３，４−オキサジアゾール環を形成させることにより、ハロゲン化オキサジアゾール誘導体（化合物５）を得ることができる。なお、合成スキーム（１１）中において、Ｒは炭素数１〜４のアルコシキ基、又はハロゲンを表す。またＡｒ１３は、炭素数６〜１０のアリール基を表す。また、Ｘ１およびＸ２はハロゲン基を表す。Ｘ１はブロモ基またはヨード基であるのが好ましく、Ｘ２はクロロ基であるのが好ましい。
なお、脱水剤としては、塩化ホスホリルや塩化チオニル等を用いることができる。
また、ハロゲン化オキサジアゾール誘導体（化合物５）を合成する手法は上記合成スキーム（１１）に限定されることはなく、他の公知の手法を用いることができる。
次いで、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体における電子受容ユニットを合成する。具体的には、化合物７で表されるハロゲン化したオキサジアゾール化合物を合成する。合成スキーム（１２−ａ）を以下に示す。
ハロゲン化したオキサジアゾール化合物（化合物５）とアリールボロン酸又はその誘導体（化合物６）とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングし、ハロゲン化したオキサジアゾール化合物（化合物７）を得ることができる。
合成スキーム（１２−ａ）において、Ｘ１、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素又は塩素が挙げられる。また、Ｘ１、Ｘ２はそれぞれ同じであっても異なっていても良い。また合成スキーム（１２−ａ）において、Ｒ９０は、水素、又は炭素数１〜６のアルキル基を表し、Ｒ９１は、水素又は炭素数１〜６のアルキル基を表す。また、Ｒ９０とＲ９１は互いに結合して環を形成していてもよい。
合成スキーム（１２−ａ）において用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられる。合成スキーム（１２−ａ）において用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。合成スキーム（１２−ａ）において用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられる。
合成スキーム（１２−ａ）において用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。なお、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
なお、化合物７で表されるハロゲン化したオキサジアゾール化合物の合成法は、合成スキーム（１２−ａ）に示した合成法に限られない。例えば、以下に示す合成スキーム（１２−ｂ）の合成方法によって合成してもよい。
ボロン酸またはその誘導体（化合物８）とジハロゲン化アリール（化合物９）とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングし、ハロゲン化したオキサジアゾール化合物（化合物７）を得ることができる。
合成スキーム（１２−ｂ）において、Ｘ１、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素、又は塩素が挙げられる。また、Ｘ１，Ｘ２はそれぞれ同じであっても異なっていても良い。またＲ９２は、水素、又は炭素数１〜６のアルキル基を表し、Ｒ９３は、水素又は炭素数１〜６のアルキル基を表す。また、Ｒ９２とＲ９３は互いに結合して環を形成していてもよい。
合成スキーム（１２−ｂ）において用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられる。合成スキーム（１２−ｂ）において用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。合成スキーム（１２−ｂ）において用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられる。
合成スキーム（１２−ｂ）において用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
次いで、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体におけるホール受容ユニットを合成する。合成スキーム（１３−１）及び（１３−２）を以下に示す。
３級アリールアミン化合物のボロン酸またはその誘導体（化合物１０）とジハロゲン化アリール（化合物９）とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングすることで、ハロゲン化アリールアミン化合物（化合物１１）を合成する（合成スキーム（１３−１））。
合成スキーム（１３−１）において、Ｘ１、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素、又は塩素が挙げられる。また、Ｘ１、Ｘ２はそれぞれ同じであっても異なっていても良い。またＡｒ１１、Ａｒ１２は、炭素数６〜１３の置換または無置換のアリール基を表す。また、Ｒ９４及びＲ９５は水素、あるいは炭素数１〜６のアルキル基を表す。
合成スキーム（１３−１）において用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられる。合成スキーム（１３−１）において用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。
合成スキーム（１３−１）において用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられる。合成スキーム（１３−１）において用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。なお、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
次いで、ハロゲン化アリールアミン化合物（化合物１１）をアルキルリチウム試薬とホウ酸エステルを用いてボロン酸へ変換することにより、３級アミンボロン酸（化合物１２）を得ることができる（合成スキーム（１３−２））。
合成スキーム（１３−２）においてＲ１００は炭素数１〜６のアルキル基を表す。Ｒ９６は炭素数１〜６のアルキル基を表す。化合物１２のホウ酸骨格をエチレングリコールやピナコールで保護してもよい。
合成スキーム（１３−２）において、アルキルリチウム試薬としてはｎ−ブチルリチウム、メチルリチウム等を用いることができる。また、ホウ酸エステルとしてはホウ酸トリメチル、ホウ酸イソプロピルなどを用いることができる。
次いで、化合物７と化合物１２をカップリングさせて、一般式（ＯＸＤ１）で表される本実施の形態のオキサジアゾール誘導体を合成する。合成スキーム（１４）を以下に示す。
ハロゲン化したオキサジアゾール化合物（化合物７）と３級アリールアミンボロン酸（化合物１２）とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングすることで、一般式（ＯＸＤ１）で表される本実施の形態のオキサジアゾール誘導体を得ることができる。
合成スキーム（１４）において、Ｘ２はハロゲン又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素または塩素が挙げられる。またＡｒ１１、Ａｒ１２及びＡｒ１３は、炭素数６〜１３の置換または無置換のアリール基を表す。
合成スキーム（１４）において用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）等が挙げられる。合成スキーム（１４）において用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ（オルトートリル）ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。合成スキーム（１４）において用いることができる塩基としては、ナトリウム ｔｅｒｔ−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられる。
合成スキーム（１４）において用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。なお、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。また、化合物１２の代わりに、化合物１２のホウ酸骨格をアルキル基で保護した構造の化合物を用いてもよい。
以上によって、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体を合成することができる。
本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は励起エネルギーが高く、電子輸送性とホール輸送性を有する。よって、発光素子に好適に用いることができる。特に、発光素子が効率良く発光するためには注入される電子とホールのバランスが重要であるため、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体を発光層に用いることが好ましい。また、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は、三重項励起エネルギーが大きいため、燐光を発光する物質とともに発光層に用いることができる。
また、一重項励起エネルギー（基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差）は三重項励起エネルギーよりも大きいため、大きな三重項励起エネルギーを有する物質は大きな一重項励起エネルギーをも有する。したがって、三重項励起エネルギーの大きい本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は蛍光を発光する物質とともに発光層に用いた場合においても有益である。
また、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は、電子輸送性を有するオキサジアゾール骨格とホール輸送性を有する骨格とを、共役が広がりにくいねじれたクアテルフェニレン骨格を介して結合することで、高い三重項励起エネルギーを維持したまま分子量を大きくすることができるため、電気化学的安定性及び熱的安定性の高いオキサジアゾール誘導体とすることが可能である。よって、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体を用いることで発光素子の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は、キャリアを輸送することができるため、発光素子において、キャリア輸送層として用いることができる。特に、本実施の形態のオキサジアゾール誘導体は、大きい三重項エネルギーを有するため、発光層と接する層に用いても発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を実現することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料を用いた発光素子の一態様について、図１および図２を用いて説明する。
本実施の形態の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
本形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第２の電極１０４と、第１の電極１０２と第２の電極との間に設けられたＥＬ層とから構成されている。なお、本形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０４は陰極として機能するものとして、以下、説明をする。つまり、第１の電極１０２の方が第２の電極１０４よりも電位が高くなるように、第１の電極１０２と第２の電極１０４に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして、以下説明をする。
基板１０１は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラス、またはプラスチック、金属などを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。なお、発光素子からの発光を、基板を通して外部へ取り出す場合には、基板１０１は透光性を有する基板であることが好ましい。
第１の電極１０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上であることが好ましい）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
また、第１の電極１０２と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第１の電極１０２として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉなど）等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
本実施の形態で示すＥＬ層１０３は、ホール注入層１１１、ホール輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５を有している。なお、ＥＬ層１０３は、少なくとも発光層を有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。すなわち、ＥＬ層１０３は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質またはホール輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、ホール注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及びホールの輸送性の高い物質）の物質、発光性の高い物質等を含む層と、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
ホール注入層１１１は、ホール注入性の高い物質を含む層である。ホール注入性の高い物質としては、酸化モリブデンや酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等が挙げられる。
また、ホール注入層１１１として、ホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、ホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第１の電極１０２として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、ホール輸送性の高い物質とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、ホール輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴＡ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ１、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体や、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチル−アントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
また、アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
また、ホール注入層１１１としては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることができる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
また、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、ホール注入層１１１として用いてもよい。
ホール輸送層１１２は、ホール輸送性の高い物質を含む層である。ホール輸送性の高い物質としては、低分子の有機化合物としては、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニル−スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−アミン（略称：ＹＧＡＳＦ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−２’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｏ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−３’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｍ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｐ−ＹＧＡ１ＢＰ）、１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ＴＣｚＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール移動度を有する物質である。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、ホール輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、上述したホール輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料をホール輸送層１１２として用いても良い。
また、ホール輸送層１１２として、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
発光層１１３は、発光性の高い物質を含む層であり、種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。また、発光性の高い物質は、一種だけでなく複数種用いてもよい。
発光層に用いることのできる燐光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス［２−（３’，５’ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、ビス（１，２−ジフェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｂｉ）２（ａｃａｃ））、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）等の有機金属錯体が挙げられる。また、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＴＴＡ）３（Ｐｈｅｎ））等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光（異なる多重度間の電子遷移）であるため、燐光性化合物として用いることができる。
発光層に用いることのできる蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
なお、発光層としては、上述した発光性の高い物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。発光性の物質を分散させるための物質（ホスト材料）としては、各種のものを用いることができ、発光性の高い物質（ゲスト材料）よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。なお、本明細書中において、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が高いとは、そのエネルギーレベルが大きいことを意味し、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が低いとは、そのエネルギーレベルが小さいことを意味する。例えば、−５．５ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質Ａは、−５．２ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＢよりＨＯＭＯ準位が０．３ｅＶ低く、−５．７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＣよりＨＯＭＯ準位が０．２ｅＶ高いと言うことができる。
実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料は、広いバンドギャップを有し、バイポーラ性であるため、ホスト材料として好適である。実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料は、広いバンドギャップを有するため、短波長の発光を示すゲスト材料を用いた場合であっても効率よくゲスト材料からの発光を得ることができる。また、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
また、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、ゲスト材料として燐光性化合物を用いた場合であっても効率よくゲスト材料からの発光を得ることができる。特に、短波長の発光を示す燐光性化合物を用いた場合に顕著な効果が得られる。
ホスト材料は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等をさらに添加してもよい。
発光性の高い物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成とすることにより、発光層１１３の結晶化を抑制することができる。また、発光性の高い物質（ゲスト材料）の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、低分子の有機化合物として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体を用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物も用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、ホールよりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、電子輸送層１１４として、高分子化合物を用いることができる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばＡｌｑからなる層中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第２の電極１０４からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
第２の電極１０４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ましい）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などに塗布して第２の電極１０４を形成することも可能である。
また、第２の電極１０４と電子輸送層１１４との間に、電子注入を促す機能を有する層である電子注入層１１５を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第２の電極１０４として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
なお、実施の形態１で示した有機半導体材料は青色発光を示すため、発光性の高い物質として、発光層に用いることもできる。例えば、実施の形態３で示したオキサジアゾール誘導体は、紫色〜青色の発光を示し、発光性の高い物質として発光素子に好適に用いることができる。また、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料はバイポーラ性であるため、発光層以外の層（例えば、ホール輸送層、電子輸送層など）に用いることもできる。また、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料は広いバンドギャップを有するため、電子ブロック層やホールブロック層として用いることもできる。また、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料は大きい三重項励起エネルギーを有するため、エキシトンブロック層として用いることもできる。
ＥＬ層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
例えば、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層を形成してもよい。
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
例えば、本実施の形態の発光素子を表示装置に適用し、大型基板を用いて作製する場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層を、インクジェット法を用いて形成することにより、大型基板を用いても発光層の塗り分けが容易となる。
以上のような構成を有する本実施の形態の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に電位差を与えることにより電流が流れ、ＥＬ層１０３においてホールと電子とが再結合し、発光するものである。
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極である。例えば、第１の電極１０２のみが透光性を有する電極である場合、発光は第１の電極１０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極１０４のみが透光性を有する電極である場合、発光は第２の電極１０４を通って基板と逆側から取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０４がいずれも透光性を有する電極である場合、発光は第１の電極１０２および第２の電極１０４を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
なお、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極１０２および第２の電極１０４から離れた部位にホールと電子とが再結合する発光領域を設けた構成であり、実施の形態１で示した有機半導体材料を有する構成であれば、上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質またはホール輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、ホール注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及びホールの輸送性の高い物質）の物質等から成る層と、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料を適宜組み合わせて構成すればよい。
例えば、図２に示すように、基板１０１上に、陰極として機能する第２の電極１０４、ＥＬ層１０３、陽極として機能する第１の電極１０２とが順に積層された構成としてもよい。図２では、第２の電極１０４上に、電子注入層１１５、電子輸送層１１４、発光層１１３、ホール輸送層１１２、ホール注入層１１１が順に積層された構成となっている。
なお、本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、ＴＦＴと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、ＴＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方からのみなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、単結晶半導体膜を用いてもよい。単結晶半導体膜は、スマートカット法などを用いて作製することができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態５）
本実施の形態は、本発明の一態様に係る発光ユニットを複数積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）の態様について、図３を参照して説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、上記実施の形態４で示した構成と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態４で示した発光素子は、１つの発光ユニットを有する発光素子である。本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
図３において、第１の電極５０１と第２の電極５０２との間には、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２が積層されている。第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２との間には、電荷発生層５１３が設けられている。第１の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態４と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態４で示した構成と同様なものを適用することができる。
電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットにホールを注入する層であり、単層でも複数の層を積層した構成であってもよい。複数の層を積層した構成としては、ホールを注入する層と電子を注入する層とを積層する構成であることが好ましい。
ホールを注入する層としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、ホール輸送性の高い物質に、アクセプター物質が添加された構成であってもよい。ホール輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層は、実施の形態４で示した複合材料であり、アクセプター物質として、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）や、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。ホール輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー）など、種々の化合物を用いることができる。なお、ホール輸送性の高い物質としては、ホール移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりもホールの輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。ホール輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
電子を注入する層としては、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。あるいは、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質が添加された構成であってもよい。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第１３族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。電子輸送性の高い物質としては、実施の形態４で示した材料を用いることができる。なお、電子輸送性の高い物質としては、電子移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、ホールよりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。電子輸送性の高い物質とドナー性物質とを有する複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
また、電荷発生層５１３として、実施の形態４で示した電極材料を用いることもできる。例えば、ホール輸送性の高い物質と金属酸化物を含む層と透明導電膜とを組み合わせて形成しても良い。なお、光取り出し効率の点から、電荷発生層は透光性の高い層とすることが好ましい。
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットにホールを注入するものであれば良い。例えば、第１の電極の電位の方が第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層５１３は、第１の発光ユニット５１１に電子を注入し、第２の発光ユニット５１２にホールを注入するものであればいかなる構成でもよい。
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能であるため、長寿命素子を実現できる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低い発光装置を実現することができる。
また、それぞれの発光ユニットの発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つの発光ユニットを有する発光素子において、第１の発光ユニットの発光色と第２の発光ユニットの発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、３つの発光ユニットを有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第１の発光ユニットの発光色が赤色であり、第２の発光ユニットの発光色が緑色であり、第３の発光ユニットの発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した本発明の一態様の発光素子を有する発光装置について説明する。
本実施の形態では、画素部に本発明の一態様の発光素子を有する発光装置について図４を用いて説明する。なお、図４（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。この発光装置は、画素部６０２に設置された発光素子の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部（ソース側駆動回路）６０１、、駆動回路部（ゲート側駆動回路）６０３を含んでいる。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図４（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路６０１はＮチャネル型ＴＦＴ６２３とＰチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路は、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、画素部が形成された基板と同一基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を、画素部が形成された基板と同一基板上ではなく、外部に形成することもできる。
また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂を用いることにより形成する。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。ここで、第１の電極６１３に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（好ましくは仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ膜、酸化インジウム−酸化亜鉛膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等の積層膜を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、ＥＬ層６１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。ＥＬ層６１６は、実施の形態１乃至３で示した有機半導体材料を有している。また、ＥＬ層６１６を構成する材料としては、低分子化合物、または高分子化合物、オリゴマー、デンドリマーのいずれを用いてもよい。また、ＥＬ層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いてもよい。
また、第２の電極６１７に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第２の電極を陰極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の小さい（好ましくは仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）等が挙げられる。なお、ＥＬ層６１６で生じた光を第２の電極６１７を透過させる場合には、第２の電極６１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等）との積層膜を用いることも可能である。
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５が充填される場合もある。
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、実施の形態４または５の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
本実施の形態の発光装置は、実施の形態４または５で示した発光素子を有する。実施の形態４または５で示した発光素子は高い発光効率を有し、駆動電圧が低い。そのため、高輝度での発光が可能な発光装置を得ることができる。また、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図５には本発明の一態様を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図５（Ａ）は、発光装置を示す斜視図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）をＸ−Ｙで切断した断面図である。図５において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間にはＥＬ層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、陰極をパターニングすることができる。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、発光効率の高く、駆動電圧が低い本発明の一態様に係る発光素子を含むことによって、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態６に示す発光装置をその一部に含む本発明の一態様の電子機器について説明する。本発明の一態様の電子機器は、実施の形態４または５で示した発光素子を有し、低消費電力の表示部を有する。
本発明の一態様の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図６に示す。
図６（Ａ）は本実施の形態に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、上記実施の形態で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るテレビ装置は、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
図６（Ｂ）は本実施の形態に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、上記実施の形態で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るコンピュータは、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。
図６（Ｃ）は本実施の形態に係るカメラであり、本体９３０１、表示部９３０２、筐体９３０３、外部接続ポート９３０４、リモコン受信部９３０５、受像部９３０６、バッテリー９３０７、音声入力部９３０８、操作キー９３０９、接眼部９３１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９３０２は、上記実施の形態で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９３０２も同様の特徴を有するため、このカメラは低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９３０１の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るカメラは、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
図６（Ｄ）に示す本発明に係る電子ペーパーは、可撓性を有しており、本体９６６０、画像を表示する表示部９６６１、ドライバＩＣ９６６２、受信装置９６６３、フィルムバッテリー９６６４などを含んでいる。ドライバＩＣや受信装置などは半導体部品を用い実装しても良い。本発明の電子機器は本体９６６０を構成する材料をプラスチックやフィルムなど可撓性を有する材料で形成する。この電子ペーパーにおいて、表示部９６６１は、実施の形態１乃至実施の形態３で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、長寿命であり消費電力が低いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９６６１も同様の特徴を有するため、この電子ペーパーは信頼性が高く、低消費電力化が図られている。
図６（Ｅ）は本実施の形態に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、駆動電圧が低いという特徴を有する。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係る携帯電話は、低消費電力及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
図１２には、図６（Ｅ）とは異なる構成の携帯電話の一例を示す。図１２（Ａ）が正面図、図１２（Ｂ）が背面図、図１２（Ｃ）が展開図である。図１２に示す携帯電話は、電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。
図１２に示す携帯電話は、筐体１００１及び１００２二つの筐体で構成されている。筐体１００１には、表示部１１０１、スピーカー１１０２、マイクロフォン１１０３、操作キー１１０４、ポインティングデバイス１１０５、カメラ用レンズ１１０６、外部接続端子１１０７、イヤホン端子１００８等を備え、筐体１００２には、キーボード１２０１、外部メモリスロット１２０２、カメラ用レンズ１２０３、ライト１２０４等を備えている。また、アンテナは筐体１００１内部に内蔵されている。
また、上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
表示部１１０１には、上記実施の形態で示した発光装置を組み込むことが可能であり、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。表示部１１０１と同一面上にカメラ用レンズ１１０６を備えているため、テレビ電話が可能である。また、表示部１１０１をファインダーとしカメラ用レンズ１２０３及びライト１２０４で静止画及び動画の撮影が可能である。スピーカー１１０２及びマイクロフォン１１０３は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生等が可能である。操作キー１１０４では、電話の発着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール、カーソル移動等が可能である。更に、重なり合った筐体１００１と筐体１００２（図１２（Ａ））は、スライドし図１２（Ｃ）のように展開し、携帯情報端末として使用できる。この場合、キーボード１２０１、ポインティングデバイス１１０５を用い円滑な操作が可能である。外部接続端子１１０７はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット１２０２に記録媒体を挿入しより大量のデータ保存及び移動に対応できる。
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能等を備えたものであってもよい。
図７は音響再生装置、具体例としてカーオーディオであり、本体７０１、表示部７０２、操作スイッチ７０３、７０４を含む。表示部７０２は上記実施の形態の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７０２はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明の一態様に係る発光素子を用いることにより、車両用電源（１２〜４２Ｖ）を使って、低消費電力化を図りつつ、明るい表示部を構成することができる。また、本実施の形態では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用のオーディオ装置に用いても良い。
図８は、音響再生装置の一例としてデジタルプレーヤーを示している。図８に示すデジタルプレーヤーは、本体７１０、表示部７１１、メモリ部７１２、操作部７１３、イヤホン７１４等を含んでいる。なお、イヤホン７１４の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。表示部７１１として、上記実施の形態の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７１１はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明の一態様に係る発光素子を用いることにより、二次電池（ニッケル−水素電池など）を使っても表示が可能であり、低消費電力化を図りつつ、明るい表示部を構成することができる。メモリ部７１２は、ハードディスクや不揮発性メモリを用いている。例えば、記録容量が２０〜２００ギガバイト（ＧＢ）のＮＡＮＤ型不揮発性メモリを用い、操作部７１３を操作することにより、映像や音声（音楽）を記録、再生することができる。なお、表示部７０２及び表示部７１１は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。
以上の様に、本発明の一態様を適用して作製した発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の一態様を適用することにより、低消費電力の表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
また、本発明の一態様を適用した発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明の一態様を適用した発光装置は、高輝度の発光が可能であり照明装置として好適である。本発明の一態様を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図９を用いて説明する。
図９には、本発明の一態様の係る発光装置を用いた照明装置として用いた電子機器の一例として、本発明の一態様を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置を示す。図９に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明の一態様を適用した発光装置が用いられおり、端子９０６により、電流が供給されている。
本発明の一態様に係る発光装置は薄型で低消費電力であるため、本発明の一態様に係る発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。また、本発明の一態様に係る発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。
図１０は、本発明の一態様に係る発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１０に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の一態様に係る発光装置が用いられている。本発明の一態様の発光装置は低消費電力化されているため、電気スタンドも消費電力が低い。
図１１は、本発明の一態様を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明の一態様に係る発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の一態様に係る発光装置は、低消費電力であるため、低消費電力の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明の一態様を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図６（Ａ）で説明したような、本発明の一態様に係るテレビ装置３００２を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、環境への負荷を低減することができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
本実施例では、本発明の一態様に係る有機半導体材料における電子受容ユニットおよびホール受容ユニットの一例について説明する。
本発明の一態様に係る有機半導体材料の電子受容ユニットおよびホール受容ユニットは、実施の形態１でも述べたように、置換基の状態で電子親和力やイオン化ポテンシャルを評価することは困難である。そのため、各ユニットの電子親和力およびイオン化ポテンシャルを一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料における部分構造ａに相当する一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物を用いて評価した。また、ホール受容ユニットは、一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料における部分構造ｂに相当する一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物を用いて評価した。
本実施例では、部分構造ａに相当する一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物として、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール、２−フェニルベンゾオキサゾールを用い、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって電子親和力およびイオン化ポテンシャルを算出した。本実施例で測定した２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール、２−フェニルベンゾオキサゾールの構造式を以下に示す。
本実施例では、部分構造ｂに相当する一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物として、９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール、トリフェニルアミンを用い、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって電子親和力およびイオン化ポテンシャルを算出した。本実施例で測定した９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール、トリフェニルアミンの構造式を以下に示す。
ＣＶ測定には、電気化学アナライザー（ビー・エー・エス（株）製、型番：ＡＬＳモデル６００Ａまたは６００Ｃ）を用いた。ＣＶ測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（（株）アルドリッチ製、９９．８％、カタログ番号；２２７０５−６）を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌＯ４）（（株）東京化成製、カタログ番号；Ｔ０８３６）を１００ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を２ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＰＴＥ白金電極）を、補助電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＶＣ−３用Ｐｔカウンター電極（５ｃｍ））を、参照電極としてはＡｇ／Ａｇ＋電極（ビー・エー・エス（株）製、ＲＥ７非水溶媒系参照電極）をそれぞれ用いた。なお、測定は室温（２０〜２５℃）で行った。また、ＣＶ測定時のスキャン速度は、０．１Ｖ／ｓｅｃに統一した。
（参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーの算出）
まず、本実施例で用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギー（ｅＶ）を算出した。つまり、Ａｇ／Ａｇ＋電極のフェルミ準位を算出した。メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位は、標準水素電極に対して＋０．６１０［Ｖ ｖｓ． ＳＨＥ］であることが知られている（参考文献：Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｒ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．， Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．， Ｖｏｌ．１２４， Ｎｏ．１，８３−９６， ２００２）。一方、本実施例で用いる参照電極を用いて、メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位を求めたところ、＋０．１１Ｖ［ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］であった。したがって、本実施例で用いる参照電極のポテンシャルエネルギーは、標準水素電極に対して０．５０［ｅＶ］低くなっていることがわかった。
ここで、標準水素電極の真空準位からのポテンシャルエネルギーは−４．４４ｅＶであることが知られている（参考文献：大西敏博・小山珠美著、高分子ＥＬ材料（共立出版）、ｐ．６４−６７）。以上のことから、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．４４−０．５０＝−４．９４［ｅＶ］であると算出できた。
＜測定例１：２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール＞
まず、本測定例で、ＣＶ測定からのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の算出について詳述する。
また、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールの酸化反応特性のＣＶ測定結果を図１３に示す。なお、酸化反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．１４Ｖから１．５０Ｖまで走査した後、１．５０Ｖから−０．１４Ｖまで走査した。
図１３に示すように、酸化反応特性の測定において、少なくとも１．２０Ｖ程度まで酸化を示すピークは現れていない。また、１．２０Ｖ以上では大電流が流れている影響で、酸化を示すピークがあったとしても、それは観測できない。つまり、このデータからは、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールの酸化電位は少なくとも１．２０Ｖ以上ということがわかる。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、ＣＶ測定における１．２０Ｖの酸化電位は、ＨＯＭＯ準位に換算すると−（−４．９４−１．２０）＝−６．１４ｅＶである。したがって、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールのイオン化ポテンシャルは少なくとも６．１４ｅＶ以上であることがわかった。
２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールの還元反応特性のＣＶ測定結果を図１４に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−１．４５Ｖから−２．７０Ｖまで走査した後、−２．７０Ｖから−１．４５Ｖまで走査した。
図１４に示すように、還元反応特性の測定において、還元ピーク電位Ｅｐｃは、−２．５１Ｖであった。また、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．３９Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．４５Ｖと算出できる。このことは、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールは−２．４５［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールのＬＵＭＯ準位は、−４．９４−（−２．４５）＝−２．４９［ｅＶ］であることがわかった。よって、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールの電子親和力は、２．４９［ｅＶ］であると算出できた。
＜測定例２：２−フェニルベンゾオキサゾール＞
また、２−フェニルベンゾオキサゾールの酸化反応特性のＣＶ測定結果を図１５に示す。なお、酸化反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．１８Ｖから１．５０Ｖまで走査した後、１．５０Ｖから−０．１８Ｖまで走査した。
図１５に示すように、酸化反応特性の測定において、少なくとも１．２０Ｖ程度まで酸化を示すピークは現れていない。また、１．２０Ｖ以上では大電流が流れている影響で、酸化を示すピークがあったとしても、それは観測できない。つまり、このデータからは、２−フェニルベンゾオキサゾールの酸化電位は少なくとも１．２０Ｖ以上ということがわかる。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、ＣＶ測定における１．２０Ｖの酸化電位は、ＨＯＭＯ準位に換算すると−（−４．９４−１．２０）＝−６．１４ｅＶである。したがって、２−フェニルベンゾオキサゾールのイオン化ポテンシャルは少なくとも６．１４ｅＶ以上であることがわかった。
２−フェニルベンゾオキサゾールの還元反応特性のＣＶ測定結果を図１６に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−１．４３Ｖから−２．６４Ｖまで走査した後、−２．６４Ｖから−１．４３Ｖまで走査した。
図１６に示すように、還元反応特性の測定において、還元ピーク電位Ｅｐｃは、−２．５１Ｖであった。また、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．４２Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．４７Ｖと算出できる。このことは、２−フェニルベンゾオキサゾールは−２．４７［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、２−フェニルベンゾオキサゾールのＬＵＭＯ準位は、−４．９４−（−２．４７）＝−２．４７［ｅＶ］であることがわかった。よって、２−フェニルベンゾオキサゾールの電子親和力は、２．４７［ｅＶ］であると算出できた。
＜測定例３：フェニルカルバゾール＞
また、フェニルカルバゾールの酸化反応特性のＣＶ測定結果を図１７に示す。なお、酸化反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．１３Ｖから１．１５Ｖまで走査した後、１．１５Ｖから−０．１３Ｖまで走査した。
図１７に示すように、酸化反応特性の測定において、酸化ピーク電位Ｅｐａは、１．０２Ｖであった。また、還元ピーク電位Ｅｐｃは０．８６Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）は０．９４Ｖと算出できる。このことは、フェニルカルバゾールは０．４４［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより酸化されることを示しており、このエネルギーはＨＯＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、フェニルカルバゾールのＨＯＭＯ準位は、−４．９４−０．９４＝−５．８８［ｅＶ］であることがわかった。よって、フェニルカルバゾールのイオン化ポテンシャルは、５．８８［ｅＶ］であると算出できた。
フェニルカルバゾールの還元反応特性のＣＶ測定結果を図１８に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−１．１０Ｖから−３．００Ｖまで走査した後、−３．００Ｖから−１．１０Ｖまで走査した。
図１８に示すように、還元反応特性の測定において、少なくとも−２．７０Ｖ程度まで還元を示すピークは現れていない。また、−２．７０Ｖ以下では大電流が流れている影響で、還元を示すピークがあったとしても、それは観測できない。つまり、このデータからは、フェニルカルバゾールの還元電位は少なくとも−２．７０Ｖ以下ということがわかる。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、ＣＶ測定における−２．７０Ｖの還元電位は、ＬＵＭＯ準位に換算すると−４．９４−（−２．７０）＝−２．２４ｅＶである。したがって、フェニルカルバゾールの電子親和力は少なくとも２．２４ｅＶ以下であることがわかった。
＜測定例４：トリフェニルアミン＞
また、トリフェニルアミンの酸化反応特性のＣＶ測定結果を図１９に示す。なお、酸化反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を０．０１Ｖから０．７３Ｖまで走査した後、０．７３Ｖから０．０１Ｖまで走査した。
図１９に示すように、酸化反応特性の測定において、酸化ピーク電位Ｅｐａは、０．６７Ｖであった。また、還元ピーク電位Ｅｐｃは０．５０Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）は０．５９Ｖと算出できる。このことは、トリフェニルアミンは０．４４［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより酸化されることを示しており、このエネルギーはＨＯＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、トリフェニルアミンのＨＯＭＯ準位は、−４．９４−０．５９＝−５．５３［ｅＶ］であることがわかった。よって、トリフェニルアミンのイオン化ポテンシャルは、５．５３［ｅＶ］であると算出できた。
トリフェニルアミンの還元反応特性のＣＶ測定結果を図２０に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−１．０８Ｖから−３．００Ｖまで走査した後、−３．００Ｖから−１．０８Ｖまで走査した。
図２０に示すように、還元反応特性の測定において、少なくとも−２．７０Ｖ程度まで還元を示すピークは現れていない。また、−２．７０Ｖ以下では大電流が流れている影響で、還元を示すピークがあったとしても、それは観測できない。つまり、このデータからは、トリフェニルアミンの還元電位は少なくとも−２．７０Ｖ以下ということがわかる。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、ＣＶ測定における−２．７０Ｖの還元電位は、ＬＵＭＯ準位に換算すると−４．９４−（−２．７０）＝−２．２４ｅＶである。したがって、トリフェニルアミンの電子親和力は少なくとも２．２４ｅＶ以下であることがわかった。
以上の測定から算出した２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール、２−フェニルベンゾオキサゾール、９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール、トリフェニルアミンの電子親和力およびイオン化ポテンシャルを表１に示す。
表１からわかるように、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール、２−フェニルベンゾオキサゾールは９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール、トリフェニルアミンよりも、電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きい。
また、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール、２−フェニルベンゾオキサゾールの電子親和力は、２．４ｅＶ以上３．５ｅＶ以下であり、９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール、トリフェニルアミンのイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下である。
よって、本発明の一態様に係る有機半導体材料の部分構造ａとして、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール骨格である４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル基、２−フェニルベンゾオキサゾール骨格である４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）基を好適に用いることができる。また、部分構造ｂとして９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール骨格である４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）基、トリフェニルアミン骨格である４−（ジフェニルアミノ）フェニル基を好適に用いることができる。
本実施例では、実施例１で示した電子受容ユニットおよびホール受容ユニットを有する有機半導体材料について説明する。
実施例１で示した化合物の部分構造ａおよび部分構造ｂを組み合わせて、４種の有機半導体材料を合成した。合成した有機半導体材料の構造式を以下に示す。
構造式（４２１）で表される９−［４’’’−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル）］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＯ１１）は、部分構造ａとして、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール骨格である４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル基を有し、部分構造ｂとして、９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール骨格である４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）基を有する。
構造式（４６０）で表される４−［４’’−（５−フェニル−１，３，４，−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’］テルフェニル−２−イル］トリフェニルアミン（略称：Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１）は、部分構造ａとして、２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾール骨格である４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル基を有し、部分構造ｂとして、トリフェニルアミン骨格である４−（ジフェニルアミノ）フェニル基を有する。
構造式（１０１）で表される９−［４’’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル）］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ）は、部分構造ａとして、２−フェニルベンゾオキサゾール骨格である４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）基を有し、部分構造ｂとして、９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール骨格である４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）基を有する。
構造式（２０１）で表される４−［４’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’］クアテルフェニル−２−イル］トリフェニルアミン（略称：Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘ）は、部分構造ａとして、２−フェニルベンゾオキサゾール骨格である４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）基を有し、部分構造ｂとして、トリフェニルアミン骨格である４−（ジフェニルアミノ）フェニル基を有する。
これらの有機半導体材料の物性を測定した。具体的には、ＣＶ測定、吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定を行った。
ＣＶ測定は、実施例１と同じ条件で行った。装置は、電気化学アナライザー（ビー・エー・エス（株）製、型番：ＡＬＳモデル６００Ａまたは６００Ｃ）を用いた。ＣＶ測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（（株）アルドリッチ製、９９．８％、カタログ番号；２２７０５−６）を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌＯ４）（（株）東京化成製、カタログ番号；Ｔ０８３６）を１００ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を２ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＰＴＥ白金電極）を、補助電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＶＣ−３用Ｐｔカウンター電極（５ｃｍ））を、参照電極としてはＡｇ／Ａｇ＋電極（ビー・エー・エス（株）製、ＲＥ７非水溶媒系参照電極）をそれぞれ用いた。なお、測定は室温（２０〜２５℃）で行った。また、ＣＶ測定時のスキャン速度は、０．１Ｖ／ｓｅｃに統一した。
吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定には紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いた。溶液は石英セルに入れ、石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図示している。薄膜は石英基板に蒸着して薄膜サンプルを作製し、石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図示している。
＜Ｚ−ＣｚＰＯ１１について＞
Ｚ−ＣｚＰＯ１１の酸化反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−０．３５Ｖから１．０１Ｖまで変化させた後、１．０１Ｖから−０．３５Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。また、Ｚ−ＣｚＰＯ１１の還元反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−１．５１Ｖから−２．５０Ｖまで変化させた後、−２．５０Ｖから−１．５１Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。
図２１にＺ−ＣｚＰＯ１１の酸化側のＣＶ測定結果を、図２２にＺ−ＣｚＰＯ１１の還元側のＣＶ測定結果をそれぞれ示す。図２１および図２２において、横軸は参照電極に対する作用電極の電位（Ｖ）を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値（Ａ）を表す。図２１では、１．０４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に酸化を示す電流が観測された。図２２では、−２．４０Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に還元を示す電流が観測された。酸化反応も還元反応も起こることから、Ｚ−ＣｚＰＯ１１は、電子もホールも注入されうる材料、つまり、バイポーラ性の材料であることがわかった。
また、１００サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、酸化反応および還元反応において、ＣＶ曲線のピーク位置やピーク強度にあまり変化が見られない。このことから、本発明の有機半導体材料であるＺ−ＣｚＰＯ１１は酸化反応および還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。つまり、電気化学的に安定であることがわかった。
また、ＣＶ測定からＺ−ＣｚＰＯ１１のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力を算出した。
図２１に示すように、酸化反応特性の測定において、酸化ピーク電位Ｅｐａは、１．０４Ｖであった。また、還元ピーク電位Ｅｐｃは０．８５Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）は０．９５Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＣｚＰＯ１１のＨＯＭＯ準位は、−４．９４−０．９５＝−５．８９［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＣｚＰＯ１１のイオン化ポテンシャルは、５．８９［ｅＶ］であると算出できた。
図２２に示すように、還元反応特性の測定において、還元ピーク電位Ｅｐｃは、−２．４０Ｖであった。また、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．３０Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．３５Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＣｚＰＯ１１のＬＵＭＯ準位は、−４．９４−（−２．３５）＝−２．４９［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＣｚＰＯ１１の電子親和力は、２．５９［ｅＶ］であると算出できた。
また、Ｚ−ＣｚＰＯ１１のトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図２３（Ａ）に、Ｚ−ＣｚＰＯ１１の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図２３（Ｂ）示す。図２３において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（任意単位）を表す。トルエン溶液の場合では３０２ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では３９２ｎｍ（励起波長３２０ｎｍ）であった。また、薄膜の場合では２３６ｎｍ付近、２９８ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では４０７ｎｍ（励起波長３２１ｎｍ）であった。
また、Ｚ−ＣｚＰＯ１１の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したＴａｕｃプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは３．６４ｅＶであった。よって、Ｚ−ＣｚＰＯ１１は広い光学的エネルギーギャップを有することがわかった。
＜Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１について＞
Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１の酸化反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−０．３１Ｖから０．７５Ｖまで変化させた後、０．７５Ｖから−０．３１Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。また、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１の還元反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−１．３６Ｖから−２．５０Ｖまで変化させた後、−２．５０Ｖから−１．３６Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。
図２４にＺ−ＤＰｈＡＯ１１の酸化側のＣＶ測定結果を、図２５にＺ−ＤＰｈＡＯ１１の還元側のＣＶ測定結果をそれぞれ示す。図２４および図２５において、横軸は参照電極に対する作用電極の電位（Ｖ）を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値（Ａ）を表す。図２４では、０．６５Ｖ付近（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に還元を示す電流が観測された。図２５では、−２．４３Ｖ付近（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に還元を示す電流が観測された。酸化反応も還元反応も起こることから、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１は、電子もホールも注入されうる材料、つまり、バイポーラ性の材料であることがわかった。
１００サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、酸化反応および還元反応において、ＣＶ曲線のピーク位置にあまり変化が見られない。このことから、本発明の有機半導体材料であるＺ−ＤＰｈＡＯ１１は酸化反応および還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。つまり、電気化学的に安定であることがわかった。
また、ＣＶ測定からＺ−ＤＰｈＡＯ１１のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力を算出した。
図２４に示すように、酸化反応特性の測定において、酸化ピーク電位Ｅｐａは、０．６５Ｖであった。また、還元ピーク電位Ｅｐｃは０．５１Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）は０．５８Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１のＨＯＭＯ準位は、−４．９４−０．５８＝−５．５２［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１のイオン化ポテンシャルは、５．５２［ｅＶ］であると算出できた。
図２５に示すように、還元反応特性の測定において、還元ピーク電位Ｅｐｃは、−２．４３Ｖであった。また、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．３１Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．３７Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１のＬＵＭＯ準位は、−４．９４−（−２．３７）＝−２．５７［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１の電子親和力は、２．５７［ｅＶ］であると算出できた。
また、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１のトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図２６（Ａ）に、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図２６（Ｂ）示す。図２６において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（任意単位）を表す。トルエン溶液の場合では３０５ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では４４６ｎｍ（励起波長３３４ｎｍ）であった。また、薄膜の場合では３０９ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では４４０ｎｍ（励起波長３２２ｎｍ）であった。
また、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したＴａｕｃプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは３．６２ｅＶであった。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１は広い光学的エネルギーギャップを有することがわかった。
＜Ｚ−ＣｚＰＢＯｘについて＞
Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの酸化反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−０．１６Ｖから１．１０Ｖまで変化させた後、１．１０Ｖから−０．１６Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。また、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの還元反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−１．２４Ｖから−２．５５Ｖまで変化させた後、−２．５５Ｖから−１．２４Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。
図２７にＺ−ＣｚＰＢＯｘの酸化側のＣＶ測定結果を、図２８にＺ−ＣｚＰＢＯｘの還元側のＣＶ測定結果をそれぞれ示す。図２７および図２８において、横軸は参照電極に対する作用電極の電位（Ｖ）を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値（Ａ）を表す。図２７では、０．９８Ｖ付近（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に還元を示す電流が観測された。図２８では、−２．４１Ｖ付近（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に還元を示す電流が観測された。酸化反応も還元反応も起こることから、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘは、電子もホールも注入されうる材料、つまり、バイポーラ性の材料であることがわかった。
１００サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、酸化反応および還元反応において、ＣＶ曲線のピーク位置やピーク強度にあまり変化が見られない。このことから、本発明の有機半導体材料であるＺ−ＣｚＰＢＯｘは酸化反応および還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。つまり、電気化学的に安定であることがわかった。
また、ＣＶ測定からＺ−ＣｚＰＢＯｘのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力を算出した。
図２７に示すように、酸化反応特性の測定において、酸化ピーク電位Ｅｐａは、０．９８Ｖであった。また、還元ピーク電位Ｅｐｃは０．８５Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）は０．９２Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘのＨＯＭＯ準位は、−４．９４−０．９２＝−５．８６［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘのイオン化ポテンシャルは、５．８６［ｅＶ］であると算出できた。
図２８に示すように、還元反応特性の測定において、還元ピーク電位Ｅｐｃは、−２．４１Ｖであった。また、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．２８Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．３５Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘのＬＵＭＯ準位は、−４．９４−（−２．３５）＝−２．６０［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの電子親和力は、２．６０［ｅＶ］であると算出できた。
また、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘのトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図２９（Ａ）に、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図２９（Ｂ）示す。図２９において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（任意単位）を表す。トルエン溶液の場合では３１２ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では３９０ｎｍ（励起波長３２４ｎｍ）であった。また、薄膜の場合では２３６ｎｍ付近、２９９ｎｍ付近、３１７ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では４１０ｎｍ（励起波長３４５ｎｍ）であった。
また、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したＴａｕｃプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは３．４６ｅＶであった。よって、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘは広い光学的エネルギーギャップを有することがわかった。
＜Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘについて＞
Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの酸化反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を０．０２Ｖから０．８０Ｖまで変化させた後、０．８０Ｖから０．０２Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。また、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの還元反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−１．３２Ｖから−２．５５Ｖまで変化させた後、−２．５５Ｖから−１．３２Ｖまで変化させる走査を１サイクルとし、１００サイクル測定した。
図３０にＺ−ＤＰｈＡＢＯｘの酸化側のＣＶ測定結果を、図３１にＺ−ＤＰｈＡＢＯｘの還元側のＣＶ測定結果をそれぞれ示す。図３０および図３１において、横軸は参照電極に対する作用電極の電位（Ｖ）を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値（Ａ）を表す。図３０では、０．６３Ｖ付近（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に還元を示す電流が観測された。図３１では、−２．１８Ｖ付近（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋電極）に還元を示す電流が観測された。酸化反応も還元反応も起こることから、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘは、電子もホールも注入されうる材料、つまり、バイポーラ性の材料であることがわかった。
１００サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、酸化反応および還元反応において、ＣＶ曲線のピーク位置やピーク強度にあまり変化が見られない。このことから、本発明の有機半導体材料であるＺ−ＤＰｈＡＢＯｘは酸化反応および還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。つまり、電気化学的に安定であることがわかった。
また、ＣＶ測定からＺ−ＤＰｈＡＢＯｘのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力を算出した。
図３０に示すように、酸化反応特性の測定において、酸化ピーク電位Ｅｐａは、０．６３Ｖであった。また、還元ピーク電位Ｅｐｃは０．５１Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）は０．５７Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘのＨＯＭＯ準位は、−４．９４−０．５７＝−５．５１［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘのイオン化ポテンシャルは、５．５１［ｅＶ］であると算出できた。
図３１に示すように、還元反応特性の測定において、還元ピーク電位Ｅｐｃは、−２．４２Ｖであった。また、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．２９Ｖであった。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．３６Ｖと算出できる。本実施例では、実施例１と同じ参照電極を用いているため、参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］である。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘのＬＵＭＯ準位は、−４．９４−（−２．３６）＝−２．５９［ｅＶ］であることがわかった。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの電子親和力は、２．５９［ｅＶ］であると算出できた。
また、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘのトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図３２（Ａ）に、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図３２（Ｂ）示す。図３２において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（任意単位）を表す。トルエン溶液の場合では３１０ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では４５０ｎｍ（励起波長３１９ｎｍ）であった。また、薄膜の場合では３１８ｎｍ付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では４５０ｎｍ（励起波長３４４ｎｍ）であった。
また、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したＴａｕｃプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは３．４２ｅＶであった。よって、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘは広い光学的エネルギーギャップを有することがわかった。
以上の測定から算出したＺ−ＣｚＰＯ１１、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの電子親和力およびイオン化ポテンシャルを表２に示す。
表２からわかるように、同じ骨格ｂを有するＺ−ＣｚＰＯ１１およびＺ−ＣｚＰＢＯｘのイオン化ポテンシャルは、ほぼ同じ値となっており、この値は表１に記載されている９−フェニル−９Ｈ−カルバゾールのイオン化ポテンシャルとほぼ同じである。同様に、同じ骨格ｂを有するＺ−ＤＰｈＡＯ１１およびＺ−ＤＰｈＡＢＯｘのイオン化ポテンシャルは、ほぼ同じ値となっており、この値は表１に記載されているトリフェニルアミンのイオン化ポテンシャルとほぼ同じである。つまり、ホール受容ユニットのイオン化ポテンシャルの値と有機半導体材料のイオン化ポテンシャルの値がほぼ同じになることを示している。
一方、電子受容ユニットに関しては、Ｚ−ＣｚＰＯ１１、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの電子親和力はほぼ同じ値を示しており、表１に記載されている２，５−ジフェニル−１，３，４−オキサジアゾールおよび２−フェニルベンゾオキサゾールの電子親和力の値もおおむね同じである。
これらのことから、本発明に係る有機半導体材料において、クアテルフェニレン基により共役の広がりが抑制され、電子受容ユニットとホール受容ユニットが分子内で相互作用することが抑制されていることが示唆される。よって、本発明に係る有機半導体材料は、電子受容ユニットおよびホール受容ユニットの性質の一部を維持しており、電子もホールも輸送することができるバイポーラ性の材料であることがわかった。また、電子親和力が大きい電子受容ユニットを用い、イオン化ポテンシャルが小さいホール受容ユニットを分子内に同時に用いても、広いバンドギャップを有する有機半導体材料が得られることが考えられる。
本実施例では、実施例２で示した有機半導体材料を発光素子に適用した一例について、図３３を用いて説明する。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。なお、すでに構造式を示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
（発光素子１）
まず、ガラス基板２１０１上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法にて成膜し、第１の電極２１０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極２１０２が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。成膜室を１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極２１０２上に、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）と酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層２１１１を形成した。その膜厚は４０ｎｍとし、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：１（＝ＮＰＢ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層２１１１上に４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ＹＧＡ１ＢＰ）、を２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、ホール輸送層２１１２を形成した。
さらに、構造式（４２１）で表されるＺ−ＣｚＰＯ１１とビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））とを共蒸着することにより、ホール輸送層２１１２上に４０ｎｍの膜厚の発光層２１１３を形成した。ここで、Ｚ−ＣｚＰＯ１１とＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｚ−ＣｚＰＯ１１：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
次に、抵抗加熱による蒸着法により、発光層２１１３上に、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）を１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、第１の電子輸送層２１１４Ａを形成した。そして、抵抗加熱による蒸着法により、第１の電子輸送層２１１４Ａ上に、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、第２の電子輸送層２１１４Ｂを形成した。
さらに、第２の電子輸送層２１１４Ｂに、フッ化リチウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層２１１５を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層２１１５上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極２１０４を形成することで、発光素子１を作製した。
（発光素子２）
発光素子１と同一基板を用い、Ｚ−ＣｚＰＯ１１の代わりに、構造式（４６０）で表されるＺ−ＤＰｈＡＯ１１を用いて、発光素子１と同様に発光素子２を作製した。つまり、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１とＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）とを共蒸着することにより、ホール輸送層２１１２上に４０ｎｍの膜厚の発光層２１１３を形成した。ここで、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１とＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１１：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。発光層２１１３以外は発光素子１と同様に作製した。
以上により得られた発光素子１および発光素子２を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
発光素子１および発光素子２の電流密度−輝度特性を図３４に示す。また、電圧−輝度特性を図３５に示す。また、輝度−電流効率特性を図３６に示す。図３４および図３５は測定データであり、これらのデータを元に輝度−電流効率特性（図３６）を算出した。
また、１ｍＡの電流を流したときの発光スペクトルを図３７に示す。図３７から、発光素子１および発光素子２の発光は、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）に由来した発光であることがわかった。本発明の有機半導体材料は、高い三重項励起エネルギーを有するため、発光層のホスト材料として用いることにより、緑色の発光を示す燐光性化合物からの発光が効率よく得られたことがわかる。
発光素子１において、輝度８５０ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３５、ｙ＝０．６２）であり、緑色の発光を示した。また、輝度８５０ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は７０ｃｄ／Ａであり、外部量子効率は１９．５％であり、非常に高い発光効率を示した。また、輝度８５０ｃｄ／ｍ２のときの電圧は４．４Ｖであり、電流密度は１．２１ｍＡ／ｃｍ２であった。パワー効率は５０ｌｍ／Ｗであり、非常に高いパワー効率を示した。また、エネルギー変換効率を算出したところ、９．９％と高いエネルギー変換効率を示した。また、図３６から、発光素子１は最大で７０ｃｄ／Ａという非常に高い電流効率を示すことがわかる。
また、発光素子２において、輝度８３０ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３５、ｙ＝０．６２）であり、緑色の発光を示した。また、輝度８３０ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は７２ｃｄ／Ａであり、外部量子効率は２０．１％であり、非常に高い発光効率を示した。また、輝度８３０ｃｄ／ｍ２のときの電圧は４．６Ｖであり、電流密度は１．１５ｍＡ／ｃｍ２であった。パワー効率は４９ｌｍ／Ｗであり、非常に高いパワー効率を示した。また、エネルギー変換効率を算出したところ、９．８％と高いエネルギー変換効率を示した。また、図３６から、発光素子２は最大で７２ｃｄ／Ａという非常に高い電流効率を示すことがわかる。
上記のことからわかるように、本発明の一態様を適用することにより、非常に高い発光効率を示す発光素子を得ることができる。また、駆動電圧の低い発光素子を得ることができる。また、非常に高い発光効率であり、かつ、駆動電圧も低減されているため、消費電力を低減することができる。
本実施例では、実施例２で示した有機半導体材料を発光素子に適用した一例について、図３３を用いて説明する。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。なお、すでに構造式を示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
（発光素子３）
実施例３における発光素子１のＢＡｌｑの代わりに、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を用いて、発光素子３を作製した。つまり、Ａｌｑを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、第１の電子輸送層２１１４Ａを形成した。第１の電子輸送層２１１４Ａ以外は発光素子１と同様に作製した。
以上により得られた発光素子３を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
発光素子３の電流密度−輝度特性を図３８に示す。また、電圧−輝度特性を図３９に示す。また、輝度−電流効率特性を図４０に示す。図３８および図３９は測定データであり、これらのデータを元に輝度−電流効率特性（図４０）を算出した。
また、１ｍＡの電流を流したときの発光スペクトルを図４１に示す。図４１から、発光素子３の発光は、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）に由来した発光であることがわかった。本発明の有機半導体材料は、高い三重項励起エネルギーを有するため、発光層のホスト材料として用いることにより、緑色の発光を示す燐光性化合物からの発光が効率よく得られたことがわかる。
発光素子３において、輝度１０２０ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３５、ｙ＝０．６２）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０２０ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は６９ｃｄ／Ａであり、外部量子効率は１８．９％であり、非常に高い発光効率を示した。また、輝度１０２０ｃｄ／ｍ２のときの電圧は４．６Ｖであり、電流密度は１．４８ｍＡ／ｃｍ２であった。パワー効率は４７ｌｍ／Ｗであり、非常に高いパワー効率を示した。また、エネルギー変換効率を算出したところ、９．２％と高いエネルギー変換効率を示した。また、図４０から、発光素子３は最大で６９ｃｄ／Ａという非常に高い電流効率を示すことがわかる。
上記のことからわかるように、本発明の一態様を適用することにより、非常に高い発光効率を示す発光素子を得ることができる。また、駆動電圧の低い発光素子を得ることができる。また、非常に高い発光効率であり、かつ、駆動電圧も低減されているため、消費電力を低減することができる。
本実施例では、実施例２で示した有機半導体材料を発光素子に適用した一例について、図３３を用いて説明する。
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
（発光素子４）
実施例３における発光素子１のＺ−ＣｚＰＯ１１の代わりに、構造式（１０１）で表されるＺ−ＣｚＰＢＯｘを用いて、発光素子１と同様に発光素子４を作製した。つまり、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘとＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）とを共蒸着することにより、ホール輸送層２１１２上に４０ｎｍの膜厚の発光層２１１３を形成した。ここで、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘとＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。発光層２１１３以外は発光素子１と同様に作製した。
（発光素子５）
発光素子４と同一基板を用い、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの代わりに、構造式（２０１）で表されるＺ−ＤＰｈＡＢＯｘを用いて、発光素子４と同様に発光素子５を作製した。つまり、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘとＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）とを共蒸着することにより、ホール輸送層２１１２上に４０ｎｍの膜厚の発光層２１１３を形成した。ここで、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘとＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘ：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。発光層２１１３以外は発光素子４と同様に作製した。
以上により得られた発光素子４および発光素子５を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
発光素子４および発光素子５の電流密度−輝度特性を図４２に示す。また、電圧−輝度特性を図４３に示す。また、輝度−電流効率特性を図４４に示す。図４２および図４３は測定データであり、これらのデータを元に輝度−電流効率特性（図４４）を算出した。
また、１ｍＡの電流を流したときの発光スペクトルを図４５に示す。図４５から、発光素子４および発光素子５の発光は、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）に由来した発光であることがわかった。実施の形態２で示すベンゾオキサゾール誘導体は、高い三重項励起エネルギーを有するため、発光層のホスト材料として用いることにより、緑色の発光を示す燐光性化合物からの発光が効率よく得られたことがわかる。
発光素子４において、輝度１０８０ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３５、ｙ＝０．６２）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０８０ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は４９ｃｄ／Ａであり、外部量子効率は１３．６％であり、高い発光効率を示した。また、輝度１０８０ｃｄ／ｍ２のときの電圧は５．８Ｖであり、電流密度は２．２２ｍＡ／ｃｍ２であった。パワー効率は２６ｌｍ／Ｗであり、高いパワー効率を示した。また、エネルギー変換効率を算出したところ、５．３％と高いエネルギー変換効率を示した。また、図４４から、発光素子４は最大で５４ｃｄ／Ａという高い電流効率を示すことがわかる。
また、発光素子５において、輝度８５０ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３５、ｙ＝０．６２）であり、緑色の発光を示した。また、輝度８５０ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は３７ｃｄ／Ａであり、外部量子効率は１０．４％であり、高い発光効率を示した。また、輝度８５０ｃｄ／ｍ２のときの電圧は５．４Ｖであり、電流密度は２．２７ｍＡ／ｃｍ２であった。パワー効率は２２ｌｍ／Ｗであり、高いパワー効率を示した。また、エネルギー変換効率を算出したところ、４．３％と高いエネルギー変換効率を示した。また、図４４から、発光素子５は最大で５５ｃｄ／Ａという高い電流効率を示すことがわかる。
上記のことからわかるように、本発明の一態様を適用することにより、非常に高い発光効率を示す発光素子を得ることができる。また、駆動電圧の低い発光素子を得ることができる。また、非常に高い発光効率であり、かつ、駆動電圧も低減されているため、消費電力を低減することができる。
本実施例では、実施例２で示した有機半導体材料を発光素子に適用した一例について、図３３を用いて説明する。
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
（発光素子６）
実施例５における発光素子４のＢＡｌｑの代わりに、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を用いて、発光素子６を作製した。つまり、Ａｌｑを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、第１の電子輸送層２１１４Ａを形成した。第１の電子輸送層２１１４Ａ以外は発光素子４と同様に作製した。
以上により得られた発光素子６を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
発光素子６の電流密度−輝度特性を図４６に示す。また、電圧−輝度特性を図４７に示す。また、輝度−電流効率特性を図４８に示す。図４６および図４７は測定データであり、これらのデータを元に輝度−電流効率特性（図４８）を算出した。
また、１ｍＡの電流を流したときの発光スペクトルを図４９に示す。図４９から、発光素子６の発光は、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）に由来した発光であることがわかった。本発明の有機半導体材料は、高い三重項励起エネルギーを有するため、発光層のホスト材料として用いることにより、緑色の発光を示す燐光性化合物からの発光が効率よく得られたことがわかる。
発光素子６において、輝度１１５０ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３５、ｙ＝０．６２）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１１５０ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は７０ｃｄ／Ａであり、外部量子効率は１９．３％であり、非常に高い発光効率を示した。また、輝度１１５０ｃｄ／ｍ２のときの電圧は６．２Ｖであり、電流密度は１．６６ｍＡ／ｃｍ２であった。パワー効率は３５ｌｍ／Ｗであり、高いパワー効率を示した。また、エネルギー変換効率を算出したところ、７．０％と高いエネルギー変換効率を示した。また、図４８から、発光素子６は最大で７０ｃｄ／Ａという高い電流効率を示すことがわかる。
上記のことからわかるように、本発明の一態様を適用することにより、非常に高い発光効率を示す発光素子を得ることができる。また、駆動電圧の低い発光素子を得ることができる。また、非常に高い発光効率であり、かつ、駆動電圧も低減されているため、消費電力を低減することができる。
本実施例では、実施例２で示した本発明の一態様の有機半導体材料の合成方法について具体的に説明する。
＜合成例１：Ｚ−ＣｚＰＯ１１＞
実施の形態３で示すオキサジアゾール誘導体の一である、構造式（４２１）で表される９−［４’’’−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル）］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＯ１１）の合成方法について説明する。
［ステップ１：２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾールの合成］
（ｉ）４−ヨードベンゾイルヒドラジンの合成
４−ヨードベンゾイルヒドラジンの合成スキームを（Ａ−１）に示す。
エチル−４−ヨードベンゾエート２５ｇ（９０ｍｍｏｌ）を２００ｍＬ三口フラスコに入れ、エタノール８０ｍＬを加えて、室温で１０分撹拌した。撹拌後、この溶液にヒドラジン・１水和物２０ｍＬを加え、この混合物を８０℃で５時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を約５００ｍＬの水に加えて洗浄した。洗浄後、この混合物を吸引ろ過して固体を回収したところ、白色針状固体を収量２３ｇ、収率９８％で得た。
（ｉｉ）１−ベンゾイル−２−（４−ヨードベンゾイル）ヒドラジンの合成
１−ベンゾイル−２−（４−ヨードベンゾイル）ヒドラジンの合成スキームを（Ａ−２）に示す。
４−ヨードベンゾイルヒドラジン１５ｇ（５７ｍｍｏｌ）を３００ｍＬ三口フラスコに入れ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（略称：ＮＭＰ）１５ｍＬを加えて、室温で１０分撹拌した。撹拌後、この溶液にＮ−メチル−２−ピロリドン５ｍＬとベンゾイルクロライド７．９ｍＬ（６９ｍｍｏｌ）の混合溶液５０ｍＬを滴下ロートにより滴下し、この溶液を室温で１８時間撹拌した。撹拌後、この溶液に水を加えたところ、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収した。回収した固体を約５００ｍＬ飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に加えて撹拌し、洗浄した。洗浄後、この混合物を吸引ろ過して固体を得た。得られた固体を約５００ｍＬの水に加えて撹拌し、洗浄した。洗浄後、この混合物を吸引ろ過して固体を得た。得られた固体をメタノールで洗浄したところ、粉末状白色固体を収量２０ｇ、収率９７％で得た。
（ｉｉｉ）２−（４−ヨードフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾールの合成
２−（４−ヨードフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール
ンの合成スキームを（Ａ−３）に示す。
１−ベンゾイル−２−（４−ヨードベンゾイル）ヒドラジン１５ｇ（４１ｍｍｏｌ）を３００ｍＬ三口フラスコに入れ、塩化ホスホリル１００ｍＬを加えた。この混合物を窒素気流下にて、１００℃で５時間撹拌した。撹拌後、この溶液の塩化ホスホリルを留去して固体を得た。得られた固体を水で洗浄した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。得られた固体をメタノールで洗浄したところ、粉末状白色固体を収量９．０ｇ、収率６３％で得た。
（ｖｉ）２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾールの合成
２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾールの合成スキームを（Ａ−４）に示す。
２−（４−ヨードフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール５．０ｇ（１４ｍｍｏｌ）、２−ブロモフェニルボロン酸２．９ｇ（１４ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０３２ｇ（０．１４ｍｍｏｌ）、トリ（オルト−トリル）ホスフィン０．３０ｇ（１．０ｍｍｏｌ）を１００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物へ１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）４０ｍＬ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１５ｍＬを加えて、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で５時間加熱撹拌した。反応後、この混合物にトルエンを加え、水層と有機層とに分け、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。
乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た化合物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまず、トルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン：酢酸エチル＝１０：１の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮し、メタノールを加えて超音波を照射したところ、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収した。回収した固体をエタノールとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状白色固体を収量３．１ｇ、収率５８％で得た。
［ステップ２：４’−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）ビフェニル−２−ボロン酸の合成］
（ｉ）９−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）−９Ｈ−カルバゾールの合成
９−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）−９Ｈ−カルバゾールの合成スキームを（Ｂ−１）に示す。
４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニルボロン酸５．０ｇ（１７ｍｍｏｌ）、２−ブロモヨードベンゼン９．９ｇ（３５ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０３９ｇ（０．１７ｍｍｏｌ）、トリ（オルト−トリル）ホスフィン０．３７ｇ（１．２ｍｍｏｌ）を２００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物にトルエン３０ｍＬ、エタノール５ｍＬ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１５ｍＬを加え、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で５時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物にトルエンを加え、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまず、ヘキサンを展開溶媒として用い、次いでヘキサン：酢酸エチル＝２０：１の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮し、乾燥したところ、無色油状物質を収量６．０ｇ、収率８６％で得た。
（ｉｉ）４’−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）ビフェニル−２−ボロン酸の合成
４’−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）ビフェニル−２−ボロン酸の合成スキームを（Ｂ−２）に示す。
９−（２’−ブロモビフェニル）−９Ｈ−カルバゾール６．２ｇ（１６ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１００ｍＬの混合溶液を３００ｍＬ三口フラスコに入れ、この溶液を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この溶液を−７８℃で２０分撹拌した。撹拌後、１．５５ｍｏｌ／Ｌのｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液１２ｍＬ（１９ｍｍｏｌ）をシリンジにより滴下し、−７８℃で２時間撹拌した。撹拌後、ホウ酸トリメチル４．０ｍＬを加えて−７８℃で１時間、その後、−７８℃から徐々に室温に戻しながら、２４時間撹拌した。撹拌後、この溶液に１Ｍ希塩酸を５０ｍＬ加え、室温で３０分撹拌した。撹拌後、この混合物に酢酸エチルを加え、酢酸エチルで抽出した。抽出後、有機層と抽出溶液を合わせて飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、クロロホルムとヘキサンの混合溶媒により再結晶したところ、粉末状白色固体を３．２ｇ、収率５５％で得た。
［ステップ３：Ｚ−ＣｚＰＯ１１の合成］
Ｚ−ＣｚＰＯ１１の合成スキームを（Ｅ−１）に示す。
合成例１のステップ１で合成した２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール１．０ｇ（２．７ｍｍｏｌ）、合成例１のステップ２で合成した４’−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）ビフェニル−２−ボロン酸１．０ｇ（２．７ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０１０ｇ（０．０４５ｍｍｏｌ）、トリ（オルト−トリル）ホスフィン０．１０ｇ（０．３３ｍｍｏｌ）を１００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物へ１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）１５ｍＬ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１０ｍＬを加えて、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で１０時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物にクロロホルムを加え、水層と有機層とに分け、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、セライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た化合物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製を行った。クロマトグラフィーはまず、トルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン：酢酸エチル＝１０：１の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムに溶解し、高速液体クロマトグラフィー（略称：ＨＰＬＣ）により精製を行った。クロマトグラフィーはクロロホルムを展開溶媒に用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとメタノールの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状白色固体を収量０．３０ｇ、収率１８％で得た。
得られた化合物を核磁気共鳴測定（ＮＭＲ）によって測定し、得られた化合物が９−［４’’’−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル）］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＯ１１）であることを確認した。
以下に１Ｈ ＮＭＲデータを示す。
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ＝６．７９（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、６．８８（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、７．２２（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、７．２５−７．３３（ｍ，４Ｈ）、７．３９−７．６２（ｍ，１３Ｈ）、７．８４（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、８．０９−８．１８（ｍ，４Ｈ）
また、１Ｈ ＮＭＲチャートを図５０に示す。なお、図５０（Ｂ）は、図５０（Ａ）における６．５ｐｐｍ〜８．５ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。
また、得られたＺ−ＣｚＰＯ１１に対して、熱重量測定−示差熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ：Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を行った。示差熱熱重量同時測定装置（セイコー電子株式会社製，ＴＧ／ＤＴＡ ３２０型）により測定したところ、大気圧下で測定開始時における重量に対し９５％の重量になる温度（以下、「５％重量減少温度」と示す。）は３８７℃であった。また、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、パーキンエルマー製、型番：Ｐｙｒｉｓ１ ＤＳＣ）を用いてＺ−ＣｚＰＯ１１のガラス転移温度を測定した結果、１１９℃であった。これらの結果から、Ｚ−ＣｚＰＯ１１は良好な耐熱性を有する材料であることが分かった。
＜合成例２：Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１＞
実施の形態３で示すオキサジアゾール誘導体の一である、構造式（４６０）で表される４−［４’’−（５−フェニル−１，３，４，−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’］テルフェニル−２−イル］トリフェニルアミン（略称：Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１）の合成方法について説明する。
［ステップ１：４’−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）ビフェニル−２−ボロン酸の合成］
（ｉ）４−（ジフェニルアミノ）フェニルボロン酸の合成
４−（ジフェニルアミノ）フェニルボロン酸の合成スキームを（Ｃ−１）に示す。
４−ブロモトリフェニルアミン１０ｇ（３１ｍｍｏｌ）を、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２００ｍＬに溶かした溶液を５００ｍＬ三口フラスコに入れ、撹拌した。この溶液を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この溶液を−７８℃で２０分撹拌した。撹拌後、１．５５ｍｏｌ／Ｌのｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液２４ｍＬ（３７ｍｍｏｌ）をシリンジにより滴下し、−７８℃で２時間撹拌した。撹拌後、この混合物にホウ酸トリメチル８．０ｍＬ（７２ｍｍｏｌ）を加えて−７８℃で１時間、その後、−７８℃から徐々に室温に戻し、２４時間撹拌した。撹拌後、この溶液に１Ｍ希塩酸を５０ｍＬ加え、室温で３０分撹拌した。撹拌後、この混合物に酢酸エチルを加え、酢酸エチルで抽出した。抽出後、有機層と抽出溶液を合わせて飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、トルエンとヘキサンの混合溶媒により再結晶したところ、粉末状白色固体を収量５．５ｇ、収率６２％で得た。
（ｉｉ）４−（２’−ブロモフェニル）トリフェニルアミンの合成
４−（２’−ブロモフェニル）トリフェニルアミンの合成スキームを（Ｃ−２）に示す。
４−（ジフェニルアミノ）フェニルボロン酸５．５ｇ（１９ｍｍｏｌ）、２−ブロモヨードベンゼン１１ｇ（３８ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０４３ｇ（０．１９ｍｍｏｌ）、トリ（オルト−トリル）ホスフィン０．４１ｇ（１．３ｍｍｏｌ）を２００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物にトルエン３０ｍＬ、エタノール５ｍＬ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１５ｍＬを加え、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で５時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物にトルエンを加え、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまず、ヘキサンを展開溶媒として用い、次いでヘキサン：酢酸エチル＝２０：１の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮し、乾燥したところ、無色油状物質を収量４．９ｇ、収率６５％で得た。
（ｉｉｉ）４’−（ジフェニルアミノ）ビフェニル−２−ボロン酸の合成
４’−（ジフェニルアミノ）ビフェニル−２−ボロン酸の合成スキームを（Ｃ−３）に示す。
４−（２−ブロモフェニル）トリフェニルアミン４．９ｇ（１２ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１００ｍＬの混合溶液を３００ｍＬ三口フラスコに入れ、この溶液を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この溶液を−７８℃で２０分撹拌した。撹拌後、１．５５ｍｏｌ／Ｌのｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液９．５ｍＬ（１５ｍｍｏｌ）をシリンジにより滴下し、−７８℃で２時間撹拌した。撹拌後、この混合物にホウ酸トリメチル２．８ｍＬ（２５ｍｍｏｌ）を加えて−７８℃で１時間、その後、−７８℃から徐々に室温に戻し、１８時間撹拌した。撹拌後、この溶液に１Ｍ希塩酸を５０ｍＬ加え、室温で３０分撹拌した。撹拌後、この混合物に酢酸エチルを加え、酢酸エチルで抽出した。抽出後、有機層と抽出溶液を合わせて飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、トルエンとヘキサンの混合溶媒により再結晶したところ、粉末状白色固体を２．４ｇ、収率５５％で得た。
［ステップ２：Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１）の合成］
Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１の合成スキームを（Ｅ−２）に示す。
合成例１のステップ１で合成した２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール１．０ｇ（２．７ｍｍｏｌ）、合成例２のステップ１で合成した４’−（ジフェニルアミノ）ビフェニル−２−ボロン酸０．９７ｇ（２．７ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０１０ｇ（０．０４５ｍｍｏｌ）、トリス（オルト−トリル）ホスフィン０．１０ｇ（０．３３ｍｍｏｌ）を１００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物へ１，２−ジメトキシエタン１５ｍＬ（略称：ＤＭＥ）、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１５ｍＬを加えて、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で１０時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物にトルエンを加え、水層と有機層とに分け、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、セライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た化合物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。クロマトグラフィーはまず、トルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン：酢酸エチル＝２０：１の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムに溶解し、高速液体クロマトグラフィー（略称：ＨＰＬＣ）による精製を行った。クロマトグラフィーはクロロホルムを展開溶媒に用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとメタノールの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状白色固体を収量０．６０ｇ、収率３７％で得た。
得られた白色固体０．６０ｇをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は７．０Ｐａの減圧下、アルゴンの流量を４ｍＬ／ｍｉｎとして２３０℃で１８時間行った。昇華精製後、目的の化合物を収量０．５５ｇ、収率９２％で得た。
得られた化合物を核磁気共鳴測定（ＮＭＲ）によって測定し、得られた化合物が４−［４’’−（５−フェニル−１，３，４，−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’］テルフェニル−２−イル］トリフェニルアミン（略称：Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１）であることを確認した。
以下に１Ｈ ＮＭＲデータを示す。
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ＝６．４４（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，２Ｈ）、６．７２（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，２Ｈ）、６．８６（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，２Ｈ）、６．９７−７．５６（ｍ，２１Ｈ）、７．７９（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、８．０９−８．１３（ｍ，２Ｈ）
また、１Ｈ ＮＭＲチャートを図５１に示す。なお、図５１（Ｂ）は、図５１（Ａ）における６．５ｐｐｍ〜８．５ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。
また、得られたＺ−ＤＰｈＡＯ１１に対して、熱重量測定−示差熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ）を行った。示差熱熱重量同時測定装置（セイコー電子株式会社製，ＴＧ／ＤＴＡ ３２０型）により測定したところ、５％重量減少温度は３９５℃であった。また、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ、パーキンエルマー製、型番：Ｐｙｒｉｓ１ ＤＳＣ）を用いてＺ−ＤＰｈＡＯ１１のガラス転移温度を測定した結果、９９℃であった。これらの結果から、Ｚ−ＤＰｈＡＯ１１は良好な耐熱性を有する材料であることが分かった。
＜合成例３：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ＞
実施の形態２で示すベンゾオキサゾール誘導体の一である、構造式（１０１）で表される９−［４’’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル）］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ）の合成方法について説明する。
［ステップ１：２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）ベンゾオキサゾールの合成］
（ｉ）４−ヨードベンゾイルクロリドの合成
４−ヨードベンゾイルクロリドの合成スキームを（Ｄ−１）に示す。
４−ヨード安息香酸２５ｇ（０．１０ｍｏｌ）を２００ｍＬ三口フラスコに入れ、塩化チオニル７０ｍＬ、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）３滴を加えた。この混合物を窒素気流下、８０℃で３時間撹拌した。撹拌後、反応溶液中の塩化チオニルを減圧蒸留により除去し、淡黄色油状物質を得た。
（ｉｉ）４−ヨード−Ｎ−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズアミドの合成
４−ヨード−Ｎ−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズアミドの合成スキームを（Ｄ−２）に示す。
２−アミノフェノール１０ｇ（９２ｍｍｏｌ）、トリエチルアミン７．０ｍＬを３００ｍＬ三口フラスコに入れ、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１００ｍＬを加えた。この溶液を０℃で２０分撹拌した。撹拌後、４−ヨード安息香酸クロリド（０．１０ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（略称：ＴＨＦ）１００ｍＬに溶かした溶液を滴下した。この溶液を窒素気流下、０℃で５時間攪拌した。撹拌後、この溶液を約３００ｍＬの水に加え、得られた混合物の水層を酢酸エチルで抽出した。抽出後、有機層と抽出溶液を合わせて１Ｍの塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物をセライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体を酢酸エチルとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状白色固体を収量３０ｇ、収率９７％で得た。
（ｉｉｉ）２−（４−ヨードフェニル）ベンゾオキサゾールの合成
２−（４−ヨードフェニル）ベンゾオキサゾールの合成スキームを（Ｄ−３）に示す。
４−ヨード−Ｎ−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズアミド１５ｇ（４４ｍｍｏｌ）、パラ−トルエンスルホン酸・１水和物２４ｇ（０．１４ｍｏｌ）を３００ｍＬ三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物にトルエン３００ｍＬを加えた。この混合物を窒素気流下、１１０℃で４時間撹拌した。撹拌後、反応混合物を約３００ｍＬの水に加えた後、この混合物の水層を酢酸エチルにより抽出した。抽出後、有機層と抽出溶液を合わせて飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を、セライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体を酢酸エチルとヘキサンの混合溶媒により再結晶したところ、粉末状白色固体を収量１１ｇ、収率７５％で得た。
（ｉｖ）２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）ベンゾオキサゾールの合成
２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）ベンゾオキサゾールの合成スキームを（Ｄ−４）に示す。
２−（４−ヨードフェニル）ベンゾオキサゾール７．０ｇ（２２ｍｍｏｌ）、２−ブロモフェニルボロン酸４．４ｇ（２２ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０４９ｇ（０．２２ｍｍｏｌ）、トリ（オルト−トリル）ホスフィン０．４６ｇ（１．５ｍｍｏｌ）を１００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物に１，２−ジメトキシエタン（略称：ＤＭＥ）６０ｍＬ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液３０ｍＬを加え、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で１０時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物にトルエンを加え、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、セライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまず、クロロホルム：ヘキサン＝１：４の混合溶媒を展開溶媒として用い、次いでクロロホルム：ヘキサン＝１：１の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮し、固体を得た。得られた固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状白色固体を収量２．２ｇ、収率２９％で得た。
［ステップ２：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの合成］
Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの合成スキームを（Ｅ−３）に示す。
合成例３のステップ１で合成した２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）ベンゾオキサゾール２．１ｇ（５．７ｍｍｏｌ）、合成例１のステップ２で合成した４’−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）ビフェニル−２−ボロン酸２．０ｇ（５．７ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０２０ｇ（０．０８９ｍｍｏｌ）、トリ（オルト−トリル）ホスフィン０．２０ｇ（０．６５ｍｍｏｌ）を２００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物へ１，２−ジメトキシエタン（略称：ＤＭＥ）３０ｍＬ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液３０ｍＬを加えて、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で１０時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物にクロロホルムを加え、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を、セライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。クロマトグラフィーはトルエンを展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムに溶解し、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）による精製を行った。カラムクロマトグラフィーはクロロホルムを展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとメタノールの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状白色固体を収量２．６ｇ、収率７７％で得た。
得られた白色固体２．６ｇの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は７．０Ｐａの減圧下、アルゴンの流量を４ｍＬ／ｍｉｎとして２５０℃で１５時間行った。収量２．３ｇで収率は８８％であった。
得られた化合物を核磁気共鳴測定（ＮＭＲ）によって測定し、得られた化合物が９−［４’’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル）］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ）であることを確認した。
以下に１Ｈ ＮＭＲデータを示す。
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ＝６．７８（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、６．８７（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、７．１５−７．６２（ｍ，１９Ｈ）、７．７２−７．７７（ｍ，１Ｈ）、７．９５（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、８．１６（ｄ，Ｊ＝７．８Ｈｚ，２Ｈ）。
また、１Ｈ ＮＭＲチャートを図５２に示す。なお、図５２（Ｂ）は、図５２（Ａ）における６．５ｐｐｍ〜８．５ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。
また、得られたＺ−ＣｚＰＢＯｘの熱重量測定−示差熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ）を行った。測定には高真空差動型示差熱天秤（ブルカー・エイエックスエス株式会社製、ＴＧ−ＤＴＡ２４１０ＳＡ）を用いた。常圧、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、窒素気流下（流速２００ｍＬ／ｍｉｎ）の条件で測定したところ、重量と温度の関係（熱重量測定）から、５％重量減少温度は３９５．２℃であった。
また、示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ、パーキンエルマー社製、Ｐｙｒｉｓ１）を用いて、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘの熱物性を測定した。まず、サンプルを４０℃／ｍｉｎの昇温速度で−１０℃から３５０℃まで加熱した後、４０℃／ｍｉｎで−１０℃まで冷却した。その後、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で２９０℃まで加熱することにより、ＤＳＣチャートを得た。ＤＳＣチャートにはＺ−ＣｚＰＢＯｘのガラス転移点を示すピークが観測されており、そのガラス転移温度（Ｔｇ）は１１０℃であることがわかった。このことから、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘは高いガラス転移点を有することがわかった。従って本合成例のＺ−ＣｚＰＢＯｘは高い耐熱性を有することが確認できた。
＜合成例４：Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘ＞
実施の形態２で示すベンゾオキサゾール誘導体の一である、構造式（２０１）で表される４−［４’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’］クアテルフェニル−２−イル］トリフェニルアミン（略称：Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘ）の合成方法について説明する。
［ステップ１：Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの合成］
Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの合成スキームを（Ｅ−４）に示す。
合成例３のステップ１で合成した２−（２’−ブロモビフェニル−４−イル）ベンゾオキサゾール１．０ｇ（２．９ｍｍｏｌ）、合成例２のステップ１で合成した４’−（ジフェニルアミノ）ビフェニル−２−ボロン酸１．０ｇ（２．９ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）０．０１０ｇ（０．０４５ｍｍｏｌ）、トリ（オルト−トリル）ホスフィン０．１０ｇ（０．３３ｍｍｏｌ）を１００ｍＬ三口フラスコに入れた。この混合物へ１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）１５ｍＬ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１５ｍＬを加え、この混合物を減圧脱気した後、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を９０℃で１０時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物にトルエンを加え、有機層を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を、セライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。クロマトグラフィーはまずトルエン：ヘキサン＝１：１の混合溶媒を展開溶媒として用い、次いで、トルエンを展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとメタノールの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状白色固体を収量１．０ｇ、収率６１％で得た。
得られた白色固体１．０ｇの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は７．０Ｐａの減圧下、アルゴンの流量を４ｍＬ／ｍｉｎとして２３０℃で２０時間行った。収量０．８４ｇで収率は８４％であった。
得られた化合物を核磁気共鳴測定（ＮＭＲ）によって測定し、得られた化合物が４−［４’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’］クアテルフェニル−２−イル］トリフェニルアミン（略称：Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘ）であることを確認した。
以下に１Ｈ ＮＭＲデータを示す。
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ＝６．４５（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、６．７１（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、６．８５（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２Ｈ）、６．９８−７．１７（ｍ，７Ｈ）、７．２３−７．５７（ｍ，１４Ｈ）、７．７１−７．７５（ｍ，１Ｈ）、７．９２（ｄ，Ｊ＝７．８Ｈｚ，２Ｈ）。
また、１Ｈ ＮＭＲチャートを図５３に示す。なお、図５３（Ｂ）は、図５３（Ａ）における６．５ｐｐｍ〜８．５ｐｐｍの範囲を拡大して表したチャートである。
また、示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ、パーキンエルマー社製、Ｐｙｒｉｓ１）を用いて、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘの熱物性を測定した。まず、サンプルを４０℃／ｍｉｎの昇温速度で−１０℃から３５０℃まで加熱した後、４０℃／ｍｉｎで−１０℃まで冷却した。その後、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で２９０℃まで加熱することにより、ＤＳＣチャートを得た。ＤＳＣチャートにはＺ−ＤＰｈＡＢＯｘのガラス転移点を示すピークが観測されており、そのガラス転移温度（Ｔｇ）は９８．４℃であることがわかった。このことから、Ｚ−ＤＰｈＡＢＯｘは高いガラス転移点を有することがわかった。従って本合成例のＺ−ＤＰｈＡＢＯｘは高い耐熱性を有することが確認できた。
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ ＥＬ層
１０４ 第２の電極
１１１ ホール注入層
１１２ ホール輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ ＥＬ層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ Ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ Ｐチャネル型ＴＦＴ
７０１ 本体
７０２ 表示部
７０３ 操作スイッチ
７０４ 表示部
７１０ 本体
７１１ 表示部
７１２ メモリ部
７１３ 操作部
７１４ イヤホン
９０１ 筐体
９０２ 液晶層
９０３ バックライト
９０４ 筐体
９０５ ドライバＩＣ
９０６ 端子
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 電極
１００１ 筐体
１００２ 筐体
１１０１ 表示部
１１０２ スピーカー
１１０３ マイクロフォン
１１０４ 操作キー
１１０５ ポインティングデバイス
１１０６ カメラ用レンズ
１１０７ 外部接続端子
１１０８ イヤホン端子
１２０１ キーボード
１２０２ 外部メモリスロット
１２０３ カメラ用レンズ
１２０４ ライト
２００１ 筐体
２００２ 光源
２１０１ ガラス基板
２１０２ 第１の電極
２１０４ 第２の電極
２１１１ 複合材料を含む層
２１１２ ホール輸送層
２１１３ 発光層
２１１４Ａ 第１の電子輸送層
２１１４Ｂ 第２の電子輸送層
２１１５ 電子注入層
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９３０１ 本体
９３０２ 表示部
９３０３ 筐体
９３０４ 外部接続ポート
９３０５ リモコン受信部
９３０６ 受像部
９３０７ バッテリー
９３０８ 音声入力部
９３０９ 操作キー
９３１０ 接眼部
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ

Claims (6)

  1. 一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料。

    （式中、ＥＡは電子受容ユニット、ＨＡはホール受容ユニットであり、α１の炭素とＥＡは結合して環を形成していてもよく、α２の炭素とＨＡは結合して環を形成していてもよい。）
  2. 一般式（Ｇ１）で表される有機半導体材料。

    （式中、ＥＡおよびＨＡは、それぞれ置換基であり、α１の炭素とＥＡは結合して環を形成していてもよく、α２の炭素とＨＡは結合して環を形成していてもよい。また、ａで表される骨格を水素で置換した一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物は、ｂで表される骨格を水素で置換した一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物よりも、電子親和力が大きく、かつ、イオン化ポテンシャルが大きい。）
  3. 請求項２において、
    一般式（Ｇ２Ａ）で表される化合物の電子親和力は２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下であり、一般式（Ｇ２Ｂ）で表される化合物のイオン化ポテンシャルは４．５ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることを特徴とする有機半導体材料。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記ＥＡは、含窒素６員芳香環基、１，２−アゾール基、１，３−アゾール基、ポリアゾール基のいずれか一である有機半導体材料。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記ＨＡはπ過剰系ヘテロ芳香族置換基、またはジアリールアミノ基である有機半導体材料。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の有機半導体材料を含む電子機器。
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