JP6020166B2 - 発光素子材料および発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギーを光に変換できる発光素子に関する。より詳しくは、表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機および光信号発生器などの分野に利用可能な発光素子に関するものである。

陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔が両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する際に発光するという有機薄膜発光素子の研究が、近年活発に行われている。この発光素子は、薄型で、かつ、低駆動電圧下での高輝度発光と、蛍光材料を選ぶことにより多色発光が可能であることが特徴であり、注目を集めている。この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらにより有機薄膜素子が高輝度に発光することが示されて以来、多くの研究機関により検討されている。

また、有機薄膜発光素子は、発光層に種々の蛍光材料を用いることにより、多様な発光色を得ることが可能であることから、ディスプレイなどへの実用化研究が盛んである。三原色の発光材料の中では緑色発光材料の研究が最も進んでおり、現在は赤色発光材料と青色発光材料において、特性向上を目指して鋭意研究がなされている。

有機薄膜発光素子には、発光効率の向上、駆動電圧の低下および耐久性の向上が必要である。中でも、発光効率が低いと高輝度を要する画像の出力ができなくなり、所望の輝度を出力するための消費電力量が多くなる。例えば、発光効率を向上させるために、ピレンを基本骨格とした発光材料や電子輸送材料が開発されている（例えば、特許文献１〜４参照）。また、電子輸送層として用いられる材料にアルカリ金属をドープする技術が開示されている（例えば、特許文献５〜６参照）。

特開２００７−１３１７２３号公報 特開２０１０−０５６１９０号公報 国際公開ＷＯ２００７／２９７９８号パンフレット 国際公開ＷＯ２００８／１０８２５６号パンフレット 国際公開ＷＯ２０１０／１１３７４３号パンフレット 国際公開ＷＯ２０１０／００１８１７号パンフレット

しかし、特に青色発光素子に関しては、高効率発光および低電圧駆動が可能で、かつ、耐久性にも優れた信頼性の高い素子を提供する青色発光材料は少ない。

また、電子輸送層に用いられる化合物を改良する場合であっても、従来公知の組み合わせでは、低電圧駆動と耐久性との両立には不十分であった。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、高効率発光および低電圧駆動が可能で、かつ、耐久性に優れた有機薄膜発光素子を可能にする発光素子材料およびこれを用いた発光素子を提供することを目的とするものである。

本発明は、下記一般式（１）で表される化合物を含有する発光素子材料である：

Ｒ^１〜Ｒ^４はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^５Ｒ^６からなる群より選ばれる基；Ｒ^５およびＲ^６は、アリール基またはヘテロアリール基であり、隣接する置換基同士で環を形成してもよい；Ａｒ^１は一般式（２）で表される基である；Ａｒ^２は一般式（３）で表される基である；Ｌ^１およびＬ^２は単結合、アリーレン基またはヘテロアリーレン基であり、それぞれ同じでも異なっていてもよい；ただしＬ^１およびＬ^２がナフタレニレン基の場合、Ｌ^１およびＬ^２がそれぞれナフタレン環の１位でピレンと結合することは無い；Ｘ^１およびＸ^２はアリール基またはヘテロアリール基であり、それぞれ同じでも異なっていてもよい；ただしＸ ^１ およびＸ ^２ のうち少なくとも１つが電子受容性窒素を含む芳香族複素環基である；ただしＬ^１が単結合の場合、Ｘ^１は１−ナフチル基ではなく、Ｌ^２が単結合の場合、Ｘ^２は１−ナフチル基ではない。

また、本発明は、陽極と陰極の間に有機層が存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記有機層に上記の発光素子材料を含有する発光素子である。

本発明により、高効率発光および低電圧駆動が可能であり、かつ、耐久性に優れた有機電界発光素子を提供することができる。

一般式（１）で表される化合物について詳細に説明する。

Ｒ^１〜Ｒ^４はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^５Ｒ^６からなる群より選ばれる基である。Ｒ^５およびＲ^６はアリール基またはヘテロアリール基であり、隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ａｒ^１は一般式（２）で表される基であり、Ａｒ^２は一般式（３）で表される基である。

Ｌ^１およびＬ^２は単結合、アリーレン基またはヘテロアリーレン基であり、それぞれ同じでも異なっていてもよい。ただしＬ^１およびＬ^２がナフタレニレン基の場合、Ｌ^１およびＬ^２がそれぞれナフタレン環の１位でピレンと結合することはない。Ｘ^１およびＸ^２はアリール基またはヘテロアリール基であり、それぞれ同じでも異なっていてもよい。ただしＬ^１が単結合の場合、Ｘ^１は１−ナフチル基ではなく、Ｌ^２が単結合の場合、Ｘ^２は１−ナフチル基ではない。

これらの置換基のうち、水素は重水素であってもよい。

また、アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。置換されている場合の追加の置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができる。この点は、以下の記載にも共通する。また、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、１以上２０以下が好ましく、より好ましくは１以上８以下の範囲である。

シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基部分の炭素数は特に限定されないが、３以上２０以下の範囲が好ましい。

複素環基とは、例えば、ピラン環、ピペリジン環、環状アミドなどの炭素以外の原子を環内に有する脂肪族環を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。複素環基の炭素数は特に限定されないが、２以上２０以下の範囲が好ましい。

アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は特に限定されないが、２以上２０以下の範囲が好ましい。

シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。

アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は特に限定されないが、２以上２０以下の範囲が好ましい。

アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのエーテル結合を介して脂肪族炭化水素基が結合した官能基を示し、この脂肪族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、１以上２０以下の範囲が好ましい。

アルキルチオ基とは、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アルキルチオ基の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、１以上２０以下の範囲が好ましい。

アリールエーテル基とは、例えば、フェノキシ基など、エーテル結合を介した芳香族炭化水素基が結合した官能基を示し、芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。

アリールチオエーテル基とは、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アリールエーテル基における芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、６以上４０以下の範囲が好ましい。

アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、フルオランテニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は特に限定されないが、６以上４０以下の範囲が好ましい。

ヘテロアリール基とは、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリール基の炭素数は特に限定されないが、２以上３０以下の範囲が好ましい。

ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選ばれる原子を示す。

カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。

シリル基とは、例えばトリメチルシリル基などの、ケイ素原子にアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基等の有機基が結合した官能基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。シリル基の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。また、ケイ素数は、通常、１以上６以下の範囲である。

−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^５Ｒ^６で表される基について、Ｒ^５およびＲ^６は、アリール基またはヘテロアリール基であり、隣接する置換基同士で環を形成してもよい。隣接する置換基Ｒ^５とＲ^６が環を形成する場合、Ｒ^５とＲ^６は互いに結合して共役または非共役の縮合環を形成できる。縮合環の構成元素として、炭素以外にも窒素、酸素、硫黄、リンおよびケイ素から選ばれる原子を含んでいてもよいし、さらに別の環と縮合してもよい。

アリーレン基とは、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、ターフェニル基などの芳香族炭化水素基から導かれる２価の基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アリーレン基の炭素数は特に限定されないが、６以上４０以下の範囲が好ましい。

ヘテロアリーレン基とは、ピリジル基、キノリニル基、ピラジニル基、ナフチリジル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基から導かれる２価の基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリーレン基の炭素数は特に限定されないが、置換基も含めて２以上３０以下の範囲が好ましい。

一般式（１）で表される化合物は、ピレン骨格の６位、７位および８位が全て水素原子であることにより、ピレン骨格同士の相互作用を強めることができる。この効果によって分子間での電子の受け渡しが容易になり、高い電子輸送性を発現するため、得られる発光素子の駆動電圧を低下させることができる。またピレン骨格の１位と３位の両方をアリール基またはヘテロアリール基で置換することで熱的安定性が向上し、安定な膜を得ることができるため、得られる発光素子の耐久性を向上させることが可能になる。

また、Ａｒ^１およびＡｒ^２がそれぞれ異なる基であると、分子の対称性の低下に伴ってガラス転位温度が上昇し、得られる薄膜のアモルファス性が向上する。薄膜のアモルファス性が高いと、得られる発光素子を電流駆動させた時に、膜構造の変化や結晶化が起こりにくいため、発光素子の駆動電圧上昇や発光輝度の低下を抑えることができる。従って、Ａｒ^１およびＡｒ^２はそれぞれ異なる基であることが好ましい。

Ｌ^１およびＬ^２はそれぞれ置換基を有していても有していなくてもよい。

Ｌ^１およびＬ^２は、それぞれアリーレン基であると、熱的安定性が増すために好ましい。Ｌ^１およびＬ^２は、より好ましくは単結合、フェニレン基、ビフェニレン基またはナフタレニレン基である。ただし、ピレン骨格とナフタレン環の１位が直接結合した構造を有する化合物は熱によって下式に示すような縮環反応が起こりやすい。

有機薄膜発光素子を作成するに当たり、材料となる有機化合物は昇華精製や蒸着といった工程を経る。この過程で上記の縮環反応が起こると、材料本来の特性が得られなくなってしまう。また、上記の縮環反応を防ぐために、下式に示すようにナフタレン環の８位に置換基Ｒを導入する方法が考えられるが、このような化合物は置換基による立体障害が大きく、ピレン骨格同士の相互作用を弱める原因となり、電子輸送性の低下を招く原因となる。

従って、Ｌ^１およびＬ^２がナフタレニレン基の場合、Ｌ^１およびＬ^２がそれぞれナフタレン環の１位でピレン骨格と結合してはならない。また同様の理由から、Ｌ^１が単結合の場合、Ｘ^１は１−ナフチル基であってはならず、Ｌ^２が単結合の場合、Ｘ^２は１−ナフチル基であってはならない。なお１−ナフチル基に芳香環が縮環した置換基も同様の問題が生じるため、同様にピレン骨格と直接結合してはならない。このような問題が生じる具体的な置換基の例としては１−フェナントリル基、９−フェナントリル基、１−アントリル基、９−アントリル基、１−ピレニル基などが挙げられる。

好ましいＬ^１およびＬ^２の例として、具体的には単結合、１，４−フェニレン基、１，３−フェニレン基、４，４’−ビフェニレン基、２，６−ナフタレニレン基、２，８−ナフタレニレン基などが挙げられ、より好ましくは１，４−フェニレン基などが挙げられる。

Ｌ^１およびＬ^２がさらに置換されている場合、その置換基としては、特に制限は無いが、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが好ましい。アルキル基として好ましくはメチル基、ｔ−ブチル基などである。アリール基として好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基などである。ヘテロアリール基として好ましくはピリジル基であり、より具体的には２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基などが好ましい。

Ｘ^１およびＸ^２がアリール基の場合、それぞれ独立に好ましくはフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、フルオレニル基、フルオランテニル基などである。より具体的にはフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、２−フルオレニル基、フルオランテニル基などが挙げられ、より好ましくはフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基などが挙げられる。ただしＬ^１が単結合の場合、Ｘ^１は１−ナフチル基ではなく、Ｌ^２が単結合の場合、Ｘ^２は１−ナフチル基ではない。Ｘ^１およびＸ^２がさらに置換されている場合、その置換基には特に制限は無く、例えばアルキル基、フェニル基、フッ素などが挙げられ、より具体的にはメチル基、ｔ−ブチル基、フェニル基、フッ素などが挙げられる。

Ｘ^１およびＸ^２がヘテロアリール基の場合、それぞれ独立に好ましくはインドリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、ベンゾキノリニル基、キノキサニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、フェナントロリニル基、イミダゾピリジル基、イミダゾキノリニル基、イミダゾキナゾリニル基、ピリドイミダゾキノリニル基、トリアジル基、アクリジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、カルボリニル基などが挙げられる。具体的には、２−インドリル基、２−ベンゾフラニル基、２−ベンゾチオフェニル基、９−カルバゾリル基、２−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基、２−ジベンゾフラニル基、４−ジベンゾフラニル基、２−ジベンゾチオフェニル基、４−ジベンゾチオフェニル基、２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基、１−イソキノリニル基、４−イソキノリニル基、２−ベンゾ［ｈ］キノリニル基、３−ベンゾ［ｈ］キノリニル基、２−キノキサニル基、１−ピラジニル基、２−ピリミジル基、５−ピリミジル基、３−ピリダジニル基、２−フェナントロリニル基、３−フェナントロリニル基、２−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基、３−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基、１１−ベンゾ［４，５］イミダゾ［１，２−ａ］キノリニル基、６−ベンゾ［４，５］イミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリニル基、６−ピリド［２´，１´：２，３］イミダゾ［４，５−ｃ］キノリニル基、１−トリアゾリル基、９−アクリジル基、１−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−ベンゾ［ｄ］オキサゾリル基、２−ベンゾ［ｄ］チアゾリル基、９−α−カリボリニル基、９−β−カリボリニル基、９−γ−カリボリニル基、９−δ−カリボリニル基などが挙げられる。より好ましくは、９−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基、４−ジベンゾフラニル基、４−ジベンゾチオフェニル基、２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基、１−イソキノリニル基、４−イソキノリニル基、２−ベンゾ［ｈ］キノリニル基、２−キノキサニル基、１−ピラジニル基、５−ピリミジル基、２−フェナントロリニル基、１−トリアゾリル基、１−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基などが挙げられる。さらに好ましくは９−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基、４−ジベンゾフラニル基、２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基などが挙げられる。

上記Ｘ^１およびＸ^２のうち少なくとも一つがアリール基である場合、熱的安定性が増すため好ましい。またＸ^１およびＸ^２のうち少なくとも１つがカルバゾリル基、ジベンゾフラニル基またはジベンゾチオフェニル基である場合、嵩高い芳香族複素環基によりアモルファス性が向上し、薄膜安定性が増すため好ましい。カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基およびジベンゾチオフェニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。

またＸ^１およびＸ^２のうち少なくとも１つが電子受容性窒素を含む芳香族複素環基である場合、電子受容性が増すことによって高い電子注入輸送能を発現するため好ましい。

ここで言う電子受容性窒素とは、隣接原子との間に多重結合を形成している窒素原子を表す。窒素原子が高い電子陰性度を有することから、該多重結合は電子受容的な性質を有する。それゆえ、電子受容性窒素を含む芳香族複素環は、高い電子親和性を有する。

電子受容性窒素を含む芳香族複素環基とは、上記ヘテロアリール基のうち、炭素以外の原子として、少なくとも電子受容性の窒素原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示す。具体的には、ピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、キノキサニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、フェナントロリニル基、イミダゾピリジル基、トリアジル基、アクリジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基などが挙げられる。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基は、置換基を有していても有していなくてもよい。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基に含まれる電子受容性窒素の数は、特に限定されないが、１以上３以下の範囲が好ましい。また、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基の炭素数は、特に限定されないが、２以上３０以下の範囲が好ましい。

電子受容性窒素を含む芳香族複素環基の連結位置はどの部分でもよい。例えばピリジル基の場合、２−ピリジル基、３−ピリジル基および４−ピリジル基のいずれでもよい。

ただし、Ｘ^１およびＸ^２がともに２−ピリジル基の場合は、得られる素子の耐久性の低下を招くため、Ｘ^１が２−ピリジル基であるとき、Ｘ^２としては２−ピリジル基以外の基から選ばれる基が好ましい。

電子受容性窒素を含む芳香族複素環基がさらに置換されている場合、その置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができる。

一般式（１）で表されるピレン化合物は、以下の方法で合成することができる。ピレン骨格にアリール基およびヘテロアリール基を導入する方法としては、例えば、パラジウムやニッケル触媒下でのハロゲン化ピレン誘導体とアリール基およびヘテロアリール基のボロン酸またはボロン酸エステルのカップリング反応を用いる方法が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ピレン骨格の１位と３位に位置選択的にアリール基もしくはヘテロアリール基を導入する方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。まず公知の方法（例えば、国際公開ＷＯ２００８／１０８２５６号パンフレット参照）により、７位がｔ−ブチル基で置換されたピレン骨格の１位と３位に位置選択的にアリール基およびヘテロアリール基から選ばれた基を導入する。次いでこれを適当な溶媒中で酸とともに加熱することで、７位のｔ−ブチル基を水素原子と置換する。ここで使用する酸の例としては、例えばＮａｆｉｏｎ−Ｈなどの強酸性ポリマー（“Ｊｏｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”，（米国），１９９１年，５６巻，３号，ｐ．１３３４−１３３７参照）、トリフルオロメタンスルホン酸などの有機酸もしくは三塩化アルミニウムなどのルイス酸などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

上記一般式（１）で表されるピレン化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。

一般式（１）で表されるピレン化合物は、発光素子材料として用いられる。ここで発光素子材料とは、発光素子のいずれかの層に使用される材料を表す。発光素子のいずれかの層とは、後述するように、正孔輸送層、発光層および電子輸送層から選ばれた層であるほか、陰極の保護膜も含む。一般式（１）で表されるピレン化合物を発光素子のいずれかの層に使用することにより、低駆動電圧かつ耐久性に優れた発光素子が得られる。

一般式（１）で表されるピレン化合物は、高い電子注入輸送能、発光効率および薄膜安定性を有しているため、発光素子の発光層または電子輸送層に用いることが好ましい。

一般式（１）で表されるピレン化合物を発光層に用いる場合、Ｘ^１およびＸ^２のうち少なくとも一つがアリール基もしくは電子受容性窒素を含まないヘテロアリール基であると好ましい。発光層は正孔と電子をバランスよく伝達することが必要であるが、Ｘ^１またはＸ^２がアリール基もしくは電子受容性窒素を含まないヘテロアリール基であると、ピレン骨格の高い電子輸送性を活かしつつ正孔輸送性を向上させることができ、発光素子の低電圧化および高効率化に寄与するため好ましい。またＸ^１およびＸ^２が、ともにアリール基もしくは電子受容性窒素を含まないヘテロアリール基であると、より正孔輸送性が向上するため好ましく、Ｘ^１およびＸ^２がともにアリール基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基およびジベンゾチオフェニル基から選ばれる基であるとさらに正孔輸送性が向上するため好ましい。

またＸ^１およびＸ^２のうち少なくとも１つが電子受容性窒素を含む芳香族複素環基である場合、一般式（１）で表されるピレン化合物は優れた電子注入輸送能を有するため、電子輸送層に用いることが好ましい。

次に、本発明の発光素子の実施の形態について詳細に説明する。発光素子は、陽極と陰極、およびそれら陽極と陰極との間に介在する有機層を有する。該有機層は少なくとも発光層を含み、該発光層が電気エネルギーにより発光する。

有機層としては、発光層のみからなる構成の他に、１）正孔輸送層／発光層／電子輸送層、２）発光層／電子輸送層、３）正孔輸送層／発光層などの積層構成が挙げられる。また、上記各層は、それぞれ単一層、複数層のいずれでもよい。正孔輸送層および電子輸送層が複数層を有する場合、電極に接する側の層をそれぞれ正孔注入層および電子注入層と呼ぶことがあるが、以下の説明では特に言及しない限りでは正孔注入材料は正孔輸送材料に、電子注入材料は電子輸送材料にそれぞれ含める。

また、発光素子の機械的強度を保つために、発光素子を基板上に形成することが好ましい。基板としては、ソーダガラスや無アルカリガラスなどのガラス基板が好適に用いられる。ガラス基板の厚みは、機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、０．５ｍｍ以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。ＳｉＯ_２などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用することもできる。さらに、基板はガラスである必要はなく、例えば、プラスチック基板を用いても良い。

発光素子において、陽極と陰極は素子の発光のために十分な電流を供給するための役割を有するものである。発光素子から光を取り出すために、陽極および陰極の少なくとも一方は透明または半透明であることが望ましい。通常、基板上に形成される陽極を透明電極とする。

陽極に用いる材料としては、正孔を有機層に効率よく注入でき、かつ、光を取り出すために透明または半透明であれば、特に限定されず、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物；あるいは、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質；ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。ＩＴＯガラスやネサガラスを用いることが特に望ましい。これらの電極材料は、単独で用いてもよいし、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。陽極の電気抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよいので限定されないが、素子の消費電力の観点からは、低抵抗であることが望ましい。例えば電気抵抗が３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として十分使用可能であるが、現在では１０Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、２０Ω／□以下の低抵抗の基板を使用することが特に望ましい。陽極の厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶことができるが、１００〜３００ｎｍの間で用いられることが多い。

陰極に用いる材料は、電子を効率よく発光層に注入できる物質であれば特に限定されない。一般的には白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれらの金属とリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの低仕事関数金属との合金や多層積層体などが好ましい。中でも、アルミニウム、銀およびマグネシウムから選ばれる金属が、電気抵抗値や製膜しやすさ、膜の安定性、発光効率などの面から好ましい。特に陰極がマグネシウムと銀で構成されると、電子輸送層および電子注入層への電子注入が容易になり、低電圧駆動が可能になるため好ましい。

さらに、陰極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属；これらの金属を用いた合金；シリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物；ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などの有機高分子化合物などを、保護膜層として陰極上に積層することが好ましい例として挙げられる。また、一般式（１）で表される化合物もこの保護膜層として利用できる。ただし、陰極側から光を取り出す素子構造（トップエミッション構造）の場合は、保護膜層は可視光領域で光透過性のある材料から選択される。

これらの電極の作製法は、抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなど特に制限されない。

正孔輸送層は、電界を与えられた電極間において陽極から注入された正孔を効率良く輸送することが必要である。したがって、正孔輸送材料は、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率良く輸送することが望ましい。そのためには、正孔輸送材料は、適切なイオン化ポテンシャルを持ち、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、特に限定されるものではないが、４，４’−ビス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニル（フェニル）アミノ）トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体；ビス（Ｎ−アリルカルバゾール）またはビス（Ｎ−アルキルカルバゾール）などのビスカルバゾール誘導体；ピラゾリン誘導体；スチルベン系化合物；ヒドラゾン系化合物；ベンゾフラン誘導体やチオフェン誘導体、オキサジアゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体などの複素環化合物；フラーレン誘導体；ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体；ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾールおよびポリシランなどが好ましい。

さらにｐ型Ｓｉ、ｐ型ＳｉＣ等の無機化合物も使用できる。また、下記一般式（４）で表される化合物、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（４Ｆ−ＴＣＮＱ）または酸化モリブデンも用いることができる。

Ｒ^７〜Ｒ^１２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、スルホニル基、カルボニル基、ニトロ基、シアノ基およびトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる基である。

中でも、化合物（５）（１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル）が正孔輸送層または正孔注入層に含まれると、より低電圧駆動となるため好ましい。

正孔輸送層は、正孔輸送材料の一種のみで形成しても、二種以上の正孔輸送材料を積層または混合して形成しても良い。また、正孔輸送材料と高分子結着剤の混合物を用いて正孔輸送層を形成しても良い。また、正孔輸送材料に塩化鉄（III）のような無機塩を添加して正孔輸送層を形成してもよい。

発光層は、単一層、複数層のどちらでもよい。発光材料は、ホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。発光層において、ホスト材料もしくはドーパント材料のみが発光してもよいし、ホスト材料とドーパント材料がともに発光してもよい。電気エネルギーを効率よく利用し、高色純度の発光を得るという観点からは、発光層はホスト材料とドーパント材料の混合物からなることが好ましい。また、ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれでもよい。ドーパント材料は、ホスト材料からなる層と積層されていても、ホスト材料中に分散されていても、いずれでもよい。ホスト材料とドーパント材料を混合することにより、発光色の制御ができる。この場合、ドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、ホスト材料に対して２０重量％以下で用いることが好ましく、さらに好ましくは１０重量％以下である。ホスト材料とドーパント材料を混合する方法としては、ホスト材料とドーパント材料を共蒸着してもよいし、ホスト材料とドーパント材料を予め混合してから蒸着してもよい。

発光材料としては、具体的には、アントラセンやピレンなどの縮合環誘導体；トリス（８−キノリノラート）アルミニウムを始めとする金属キレート化オキシノイド化合物；ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体；テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体；ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが、特に限定されるものではない。

一般式（１）で表される化合物は、高い発光性能を有することから発光材料として好適に用いられる。また、一般式（１）で表される化合物は、紫外〜青色領域（３００〜４５０ｎｍ領域）に強い発光を示すことから、青色発光材料として特に好適に用いることができる。一般式（１）で表される化合物は、ドーパント材料として用いてもよいが、薄膜安定性に優れることから、ホスト材料として好適に用いられる。

ホスト材料は、化合物一種のみに限る必要はなく、複数の化合物を混合して用いてもよい。ホスト材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体；Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４，４’−ジフェニル−１，１’−ジアミンなどの芳香族アミン誘導体；トリス（８−キノリナート）アルミニウム（III）をはじめとする金属キレート化オキシノイド化合物；ジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体；テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体；ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。中でも、発光層がりん光発光を行う際に用いられるホスト材料としては、金属キレート化オキシノイド化合物、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体などが好適に用いられる。

ドーパント材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体（例えば２−（ベンゾチアゾール−２−イル）−９，１０−ジフェニルアントラセンや５，６，１１，１２−テトラフェニルナフタセンなど）；フラン、ピロール、チオフェン、シロール、９−シラフルオレン、９，９’−スピロビシラフルオレン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドール、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、イミダゾピリジン、フェナントロリン、ピリジン、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、チオキサンテンなどのヘテロアリール環を有する化合物やその誘導体；ボラン誘導体；ジスチリルベンゼン誘導体；４，４’−ビス（２−（４−ジフェニルアミノフェニル）エテニル）ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−（スチルベン−４−イル）−Ｎ−フェニルアミノ）スチルベンなどのアミノスチリル誘導体；芳香族アセチレン誘導体；テトラフェニルブタジエン誘導体；スチルベン誘導体；アルダジン誘導体；ピロメテン誘導体；ジケトピロロ［３，４−ｃ］ピロール誘導体；２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−９−（２’−ベンゾチアゾリル）キノリジノ［９，９ａ，１−ｇｈ］クマリンなどのクマリン誘導体；イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、カルバゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体およびその金属錯体；およびＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）−４，４’−ジフェニル−１，１’−ジアミンに代表される芳香族アミン誘導体などが挙げられる。

また、発光層がりん光発光を行う際に用いられるドーパント材料としては、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびレニウム（Ｒｅ）からなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体化合物であることが好ましい。配位子は、フェニルピリジン骨格またはフェニルキノリン骨格などの含窒素芳香族複素環を有することが好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、要求される発光色、素子性能およびホスト化合物との関係から適切な錯体が選ばれる。

電子輸送層とは、陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送する層である。電子輸送層には、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが望まれる。そのため電子輸送材料は、電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。特に膜厚を厚く積層する場合には、低分子量の化合物は結晶化するなどして膜質が劣化しやすいため、安定な膜質を保つために分子量４００以上の化合物が好ましい。一方、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れることを効率よく阻止できる役割を電子輸送層が果たすならば、電子輸送能力がそれ程高くない材料で電子輸送層が構成されていても、発光効率を向上させる効果は、電子輸送能力が高い材料で構成されている場合と同等となる。

電子輸送材料は、化合物各一種のみに限る必要はなく、複数の化合物を混合して用いてもよい。電子輸送材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、ピレンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体；４，４’−ビス（ジフェニルエテニル）ビフェニルに代表されるスチリル系芳香環誘導体；ペリレン誘導体；ペリノン誘導体；クマリン誘導体；ナフタルイミド誘導体；アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体；リンオキサイド誘導体；カルバゾール誘導体およびインドール誘導体；トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（III）などのキノリノール錯体やヒドロキシフェニルオキサゾール錯体などのヒドロキシアゾール錯体；アゾメチン錯体；トロポロン金属錯体およびフラボノール金属錯体が挙げられる。

一般式（１）で表される化合物は、高い電子注入輸送能を有することから電子輸送材料として、特に好適に用いられる。また、電子輸送層に、さらにドナー性化合物を含む場合に、ドナー性化合物との薄膜状態における相溶性が高く、より高い電子注入輸送能を発現する。この混合物層の働きにより、陰極から発光層への電子の輸送が促進され、高発光効率と低駆動電圧の効果がさらに向上する。

ドナー性化合物は、電子注入障壁の改善により、陰極または電子注入層から電子輸送層への電子注入を容易にし、さらに電子輸送層の電気伝導性を向上させる化合物である。そのため、電子輸送層は、一般式（１）で表される化合物に加えて、電子輸送能力を向上させるためにドナー性化合物を含むことがより好ましい。

ドナー性化合物の好ましい例としては、アルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体などが挙げられる。アルカリ金属およびアルカリ土類金属の好ましい種類としては、低仕事関数で電子輸送能向上の効果が大きいリチウム、ナトリウム、セシウムといったアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウムといったアルカリ土類金属が挙げられる。

また、真空中での蒸着が容易で取り扱いに優れることから、ドナー性化合物は、金属単体よりも無機塩、あるいは金属と有機物との錯体の状態であることが好ましい。さらに、大気中での取扱の容易性や、添加濃度の制御のし易さの点で、アルカリ金属と有機物との錯体またはアルカリ土類金属と有機物との錯体がより好ましい。無機塩の例としては、ＬｉＯ、Ｌｉ_２Ｏ等の酸化物；窒化物；ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ等のフッ化物；Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｒｂ_２ＣＯ_３、Ｃｓ_２ＣＯ_３等の炭酸塩などが挙げられる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の好ましい例としては、原料が安価で合成が容易な点から、リチウムが挙げられる。また、金属と有機物との錯体における有機物の好ましい例としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、フラボノール、ヒドロキシイミダゾピリジン、ヒドロキシベンズアゾール、ヒドロキシトリアゾールなどが挙げられる。中でも、アルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、リチウムと有機物との錯体がより好ましく、リチウムキノリノールが特に好ましい。

また、電子輸送層中のドナー性化合物の含有割合が適切であると、陰極または電子注入層から電子輸送層への電子の注入割合が増加し、陰極と電子注入層間または電子注入層と電子輸送層間でのエネルギー障壁が軽減され低駆動電圧化する。ドナー性化合物の好適な含有割合は、材料やドーピング領域の膜厚によっても異なるが、電子輸送材料とドナー性化合物の蒸着速度比が１００：１〜１：１００の範囲となるように蒸着して電子輸送層を形成することが好ましい。蒸着速度比は１０：１〜１：１０がより好ましく、７：３〜３：７が特に好ましい。

電子輸送層にドナー性化合物をドーピングして電子輸送能を向上させる方法は、有機層の膜厚が厚い場合に特に効果を発揮するものである。電子輸送層および発光層の合計膜厚が５０ｎｍ以上の場合に特に効果が大きい。例えば、発光効率を向上させるために干渉効果を利用する方法があるが、これは発光層から直接放射される光と、陰極で反射された光の位相を整合させて光の取り出し効率を向上させるものである。この最適条件は光の発光波長に応じて変化するが、電子輸送層および発光層の合計膜厚が５０ｎｍ以上となる場合がある。また、発光が赤色などの長波長発光の場合には、電子輸送層および発光層の合計膜厚が１００ｎｍ近くの厚膜になる場合がある。

ドナー性化合物をドーピングする電子輸送層の膜厚は、電子輸送層の一部分および全部のどちらでも構わないが、電子輸送層全体の膜厚が厚いほどドーピングする濃度も濃い方がよい。電子輸送層の一部分にドーピングする場合、少なくとも電子輸送層／陰極界面にはドーピング領域を設けることが、低電圧化の効果は得られるので望ましい。一方、ドナー性化合物が発光層にまでドーピングされると発光効率を低下させる悪影響を及ぼす場合には、発光層／電子輸送層界面にノンドープ領域を設けることが望ましい。

発光素子を構成する上記各層の形成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、コーティング法など特に限定されないが、通常は、素子特性の点から抵抗加熱蒸着または電子ビーム蒸着が好ましい。

有機層全体の厚みは、発光物質の抵抗値にもよるので限定することはできないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましい。発光層、電子輸送層および正孔輸送層の膜厚はそれぞれ、好ましくは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

発光素子は、電気エネルギーを光に変換できる機能を有する。ここで電気エネルギーとしては主に直流電流が使用されるが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値および電圧値は、特に制限はないが、素子の消費電力や寿命を考慮すると、できるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるよう選ばれるべきである。

本発明の発光素子は、例えば、マトリクス方式および／またはセグメント方式で表示するディスプレイとして好適に用いられる。

マトリクス方式とは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置され、画素の集合で文字や画像を表示する方式である。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が３００μｍ以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がｍｍオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑および青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的な画素の配列にはデルタタイプとストライプタイプがある。また、マトリクスの駆動方法は、線順次駆動およびアクティブマトリクスのどちらでもよい。線順次駆動は、ディスプレイの構造が簡単であるが、動作特性は、アクティブマトリクスの方が優れるので、用途によって使い分けることが必要である。

セグメント方式とは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、このパターンの配置によって決められた領域を発光させる方式である。セグメント方式のディスプレイの例としては、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などが挙げられる。前記マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。

本発明の発光素子は、各種機器等のバックライトとしても好ましく用いられる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板および標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が検討されているパソコン用途のバックライトに、本発明の発光素子は好ましく用いられ、従来のものより薄型で軽量なバックライトを提供できる。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

合成例１
化合物［１］の合成
ピレン１５０ｇ、ｔ−ブチルクロリド７５．５２ｇおよびジクロロメタン７４２ｍｌからなる混合溶液を、窒素気流下、０℃に冷やし、塩化アルミニウム９８．９ｇを加えた。この混合溶液を室温で３時間撹拌した後、水１１００ｍｌを注入し、ジクロロメタン１１００ｍｌで抽出した。得られた有機層を水７５０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、エバポレートした。得られた固体をメタノール洗浄により精製し、ろ過した。得られた固体を真空乾燥することにより、２−ｔ−ブチルピレンを６５重量％含有する褐色固体２７２ｇを得た。

次に、上記の褐色固体６ｇ（２−ｔ−ブチルピレンの含有率６５％）、ジクロロメタン１００ｍｌおよびメタノール３０ｍｌの混合溶液を窒素気流下、０℃に冷やし、ジクロロメタン２０ｍｌに溶解させたベンジルトリメチルアンモニウムトリブロマイド６．６ｇを滴下した。この混合溶液を室温で２時間撹拌した後、水１００ｍｌを注入し、ジクロロメタン１００ｍｌで抽出した。得られた有機層を水１００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、得られた固体にメタノール２０ｍｌを加え、１０分撹拌した後、ろ過した。得られた固体にヘキサン６０ｍｌを加え、３０分撹拌した後、ろ過した。得られた固体を真空乾燥することにより、１−ブロモ−７−ｔ−ブチルピレン４．６ｇを７９．２重量％含有した固体を得た。

次に、１−ブロモ−７−ｔ−ブチルピレンを含有した固体４．６ｇ（含有率７９．２％）、４−クロロフェニルボロン酸１．９ｇ、１，２−ジメトキシエタン５４ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１６ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド７６ｍｇを加え、６０℃で４時間加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、トルエン１００ｍｌで抽出した。得られた有機層を水５０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。溶出液をエバポレートした後、得られた固体にメタノール５０ｍｌを加え、ろ過した。得られた固体を真空乾燥することにより、７−ｔ−ブチル−１−（４−クロロフェニル）ピレン３．２ｇ（収率８１％）を得た。

次に、７−ｔ−ブチル−１−（４−クロロフェニル）ピレン３．２ｇ、ジクロロメタン５０ｍｌおよびメタノール１６ｍｌの混合溶液を窒素気流下、０℃に冷やし、ジクロロメタン１０ｍｌに溶解させたベンジルトリメチルアンモニウムトリブロマイド３．９ｇを滴下した。この混合溶液を室温で２時間撹拌した後、水４０ｍｌを注入し、ジクロロメタン４０ｍｌで抽出した。得られた有機層を水４０ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、エバポレートした。得られた固体にメタノール２０ｍｌを加え、一晩放置した。析出した固体をろ過し、真空乾燥することにより、中間体（Ａ）４．３ｇ（収率９７％）を得た。

次に、中間体（Ａ）４．３ｇ、４−ビフェニルボロン酸２．１ｇ、１，２−ジメトキシエタン４８ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１４ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド６７ｍｇを加え、還流下で２時間加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、トルエン５０ｍＬで抽出した。得られた有機層を水５０ｍｌで２回洗浄した後、硫酸マグネシウムと活性炭を加え、室温で３０分攪拌した後、セライトろ過した。ろ液をエバポレートした後、得られた固体にトルエン８ｍｌを加えて溶解させた溶液に、ヘキサン２０ｍｌを滴下した。析出した固体をろ過し、真空乾燥することにより、１−（４−ビフェニル）−７−ｔ−ブチル−３−（４−クロロフェニル）ピレン４．５ｇ（収率８９％）を得た。

次に、１−（４−ビフェニル）−７−ｔ−ブチル−３−（４−クロロフェニル）ピレン４．５ｇ、三塩化アルミニウム１．７ｇおよびオルトキシレン１７０ｍｌの混合溶液を窒素気流下、６０℃で６時間加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水８０ｍｌを注入し、トルエン１００ｍｌを加えて抽出した。得られた有機層を水１００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。溶出液をエバポレートした後、得られた固体をトルエン５０ｍｌに加熱溶解させた。この溶液に、さらに酢酸エチル５０ｍｌを加えて室温で５時間攪拌した後、析出した固体をろ過した。メタノールで固体を洗浄した後、真空乾燥し、中間体（Ｂ）２．５ｇ（収率６３％）を得た。

次に、中間体（Ｂ）２．５ｇ、４−ピリジンボロン酸０．９９ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム６２ｍｇ、トリシクロヘキシルホスフィン・テトラフルオロボレート３７ｍｇおよび１，４−ジオキサン２７ｍｌの混合溶液を窒素置換した後、１．２７Mリン酸三カリウム水溶液７．２ｍｌを加え、窒素気流下、還流下で３時間加熱攪拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水２７ｍｌを加え、析出物をろ過し、得られた析出物を真空乾燥機で乾燥した。析出物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、溶出液をエバポレートした後、得られた固体にメタノール２０ｍｌを加え、ろ過した。得られた固体を真空乾燥した後、トルエン８０ｍＬを用いて再結晶にて精製し、黄色結晶１．７ｇ（収率６２％）を得た。

得られた黄色結晶の^１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた黄色結晶が化合物［１］であることが確認された。
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）δ ７．４０ （１Ｈ，ｔ，Ｊ＝３．８Ｈｚ）、７．４８−７．５６（２Ｈ、ｍ）、７．６５（２Ｈ，ｄｄ，Ｊ＝１．６Ｈｚ，５．９Ｈｚ）、７．７０−７．８９（１０Ｈ，ｍ）、８．０１−８．１２（４Ｈ，ｍ）、８．２２（２Ｈ，ｄ，Ｊ＝９．７Ｈｚ）、８．２８（２Ｈ，ｄｄ，Ｊ＝１０．８Ｈｚ，１７．０Ｈｚ）、８．７３（２Ｈ，ｄｄ，Ｊ＝１．６Ｈｚ，６．５Ｈｚ）。

なお、この化合物［１］は、油拡散ポンプを用いて１×１０^−３Ｐａの圧力下、約３００℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。この化合物［１］のＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は、昇華精製前が９９．９％、昇華精製後が９９．９％であった。

合成例２
化合物［２］の合成
中間体（Ａ）１０．０ｇ、３−（９−カルバゾリル）フェニルボロン酸７．１ｇ、１，２−ジメトキシエタン１１１ｍＬおよび１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液３３ｍＬの混合溶液を窒素置換した後、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウムジクロリド１５７ｍｇを加え、還流下で２時間加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、トルエン１００ｍＬで抽出した。得られた有機層を水１００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。溶出液をエバポレートした後、得られた固体にメタノール１００ｍｌを加え、ろ過した。得られた固体を真空乾燥することにより、７−ｔ−ブチル−１−（３−（９−カルバゾリルフェニル））−３−（４−クロロフェニル）ピレン１１．５ｇ（収率８５％）を得た。

次に、７−ｔ−ブチル−１−（３−（９−カルバゾリルフェニル））−３−（４−クロロフェニル）ピレン６．０ｇ、三塩化アルミニウム１．６ｇおよびオルトキシレン１９７ｍｌの混合溶液を窒素気流下、６０℃で４時間加熱撹拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水２００ｍｌを注入し、トルエン１００ｍｌを加えて抽出した。得られた有機層を水２００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。溶出液をエバポレートした後、得られた固体をメタノール１００ｍｌを加えてろ過した。得られた固体を真空乾燥することにより、１−（３−（９−カルバゾリルフェニル））−３−（４−クロロフェニル）ピレン３．８ｇ（収率７０％）を得た。

次に、１−（３−（９−カルバゾリルフェニル））−３−（４−クロロフェニル）ピレン３．８ｇ、４−ピリジンボロン酸１．３ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム７９ｍｇ、トリシクロヘキシルホスフィン・テトラフルオロボレート４８ｍｇおよび１，４−ジオキサン３４ｍｌの混合溶液を窒素置換した後、１．２７Mリン酸三カリウム水溶液９．２ｍｌを加え、窒素気流下、還流下で６時間加熱攪拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水３４ｍｌを加え、トルエン３４ｍｌで抽出した。得られた有機層を水５０ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、ろ過した。ろ液をエバポレートし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。溶出液をエバポレートした後、得られた固体をトルエン１５０ｍＬを用いて再結晶にて精製した。得られた固体を再度トルエン１２０ｍｌを用いて再結晶にて精製し、真空乾燥することにより、黄色結晶１．８ｇ（収率４４％）を得た。

得られた黄色結晶の^１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた黄色結晶が化合物［２］であることが確認された。
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）δ７．３０（２Ｈ，ｄｔ，Ｊ＝０．８４Ｈｚ，７．３Ｈｚ）、７．４４（２Ｈ，ｄｔ，Ｊ＝１．４Ｈｚ，７．０Ｈｚ）、７．５５−７．６４（４Ｈ，ｍ）、７．６８−７．９３（８Ｈ，ｍ）、８．０４−８．２６（９Ｈ，ｍ）、８．３５（１Ｈ，ｄ，Ｊ＝９．２Ｈｚ）、８．７２（２Ｈ，ｄｄ，Ｊ＝４．１Ｈｚ，１．６Ｈｚ）。

なお、この化合物［２］は、油拡散ポンプを用いて１×１０^−３Ｐａの圧力下、約３００℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。化合物［２］のＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は、昇華精製前が９９．７％、昇華精製後が９９．８％であった。

合成例３
化合物［３］の合成
中間体（Ｂ）２．８ｇ、１−ナフタレンボロン酸１．３ｇ、リン酸三カリウム３．８ｇおよびトルエン３０ｍｌの混合溶液を窒素置換した後、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム１７２ｍｇおよびトリ−ｔ−ブチルホスフィン・テトラフルオロボレート２０８ｍｇを加え、窒素気流下、還流下で４時間加熱攪拌した。反応混合物を室温に冷却した後、水３０ｍｌを加え、トルエン３４ｍｌで抽出した。得られた有機層を水３０ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、ろ過した。ろ液をエバポレートした後、得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。溶出液をエバポレートした後、得られた固体をヘプタン２７ｍｌとトルエン２７ｍｌの混合液を用いて再結晶にて精製した。得られた固体を再度ヘプタン２７ｍｌとトルエン２７ｍｌの混合液を用いて再結晶にて精製し、真空乾燥することにより、黄色結晶１．８ｇ（収率５４％）を得た。

得られた黄色結晶の^１Ｈ−ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた黄色結晶が化合物［３］であることが確認された。
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：７．４１（１Ｈ，ｔｔ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，０．８１Ｈｚ）、７．４８−７．６４（６Ｈ，ｍ）、７．６８−７．８６（１０Ｈ，ｍ）、７．８８−７．９８（２Ｈ，ｍ）、８．０２−８．１７（５Ｈ，ｍ）、８．１８−８．２４（２Ｈ，ｍ）、８．３３（１Ｈ，ｄ，Ｊ＝９．２Ｈｚ）、８．４０（１Ｈ，ｄ，Ｊ＝９．５Ｈｚ）。

なお、この化合物［３］は、油拡散ポンプを用いて１×１０^−３Ｐａの圧力下、約２８０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。化合物［３］のＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．７％、昇華精製後が９９．８％であった。

実施例１
ＩＴＯ透明導電膜を１６５ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断した後、エッチングを行い、ＩＴＯ透明導電膜を所定の電極形状に形成した。得られた基板を“セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）を用いて１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０^−４Ｐａ以下になるまで排気した。ＩＴＯ透明導電膜上に、抵抗加熱法によって、まず正孔注入層として、１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリルを５ｎｍの厚さ、正孔輸送層として、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニルを６０ｎｍの厚さで、それぞれ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料である化合物（Ｈ−１）およびドーパント材料である化合物（Ｄ−１）を混合した層を、ドーパント濃度が５重量％になるようにして４０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、電子輸送層として、化合物［１］とドナー性化合物であるフッ化リチウムを混合した層を、蒸着速度比１：１（０．０５ｎｍ／ｓ：０．０５ｎｍ／ｓ）で２５ｎｍの厚さに蒸着した。

次に、フッ化リチウムを０．５ｎｍの厚さに蒸着した後、アルミニウムを１０００ｎｍの厚さに蒸着して陰極とし、発光面が５×５ｍｍ角の発光素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ^２で直流駆動したところ、駆動電圧４．６Ｖ、外部量子効率５．３％、輝度半減時間６５００時間の、低駆動電圧かつ高効率発光する耐久性に優れた青色発光素子が得られた。

実施例または参考例２〜９
電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果は表１に示した。なお、表１中、（２Ｅ−１）は下記に示す化合物である。

比較例１〜６
電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果は表１に示した。なお、表１中、（Ｅ−１）、（Ｅ−２）は下記に示す化合物である。

実施例１０
電子輸送層として、化合物［１］とドナー性化合物である（２Ｅ−１）を混合した層を、蒸着速度比１：１（０．０５ｎｍ／ｓ：０．０５ｎｍ／ｓ）で２５ｎｍの厚さに蒸着し、次に、（２Ｅ−１）を０．５ｎｍの厚さに蒸着した後、陰極として、マグネシウムと銀の共蒸着膜を蒸着速度比がマグネシウム：銀＝１０：１（０．５ｎｍ／ｓ：０．０５ｎｍ／ｓ）で１５ｎｍの厚さに蒸着した以外は実施例１と同様にして発光素子を作製した。

この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ^２で直流駆動したところ、駆動電圧３．７Ｖ、外部量子効率５．９％、輝度半減時間７６００時間の、低駆動電圧かつ高効率発光する耐久性に優れた青色発光素子が得られた。

実施例または参考例１１〜６０
電子輸送層として表２、表３に記載した材料を用いた以外は、実施例１０と同様にして発光素子を作製した。結果は表２、表３に示した。なお、表２中、化合物［４］〜化合物［５１］は下記に示す化合物である。

比較例７〜１０
電子輸送層として表３に記載した材料を用いた以外は、実施例１０と同様にして発光素子を作製した。結果は表３に示した。なお、表３中、（Ｅ−３）、（Ｅ−４）は下記に示す化合物である。

実施例６１〜７１
ホスト材料、ドーパント材料および電子輸送層として表４に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果は表４に示した。なお、表４中、（Ｈ−２）〜（Ｈ−８）、（Ｄ−２）〜（Ｄ−１０）は下記に示す化合物である。

実施例７２
ホスト材料として化合物［１］、電子輸送層としてトリス（８−キノリノラート）アルミニウム（III）（Ａｌｑ_３）を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ^２で直流駆動したところ、駆動電圧４．８Ｖ、外部量子効率４．９％、輝度半減時間７９００時間の低駆動電圧かつ高効率発光する耐久性に優れた青色発光素子が得られた。

実施例または参考例７３〜８０
ホスト材料として表５に記載した材料を用いた以外は、実施例７２と同様にして発光素子を作製した。結果は表５に示した。

比較例１１〜１４
ホスト材料として表５に記載した材料を用いた以外は、実施例７２と同様にして発光素子を作製した。結果は表５に示した。なお、表５中、（Ｈ−９）は下記に示す化合物である。

本発明は、高効率発光および低電圧駆動が可能であり、かつ、耐久性に優れた有機薄膜発光素子を可能にする発光素子材料およびこれを用いた発光素子を提供する。本発明の発光素子材料は、発光素子の電子輸送層または発光層に好ましく用いることができる。

Claims (12)

1. 下記一般式（１）で表される化合物を含有する発光素子材料：
   

   

   Ｒ^１〜Ｒ^４はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^５Ｒ^６からなる群より選ばれる基；Ｒ^５およびＲ^６は、アリール基またはヘテロアリール基であり、隣接する置換基同士で環を形成してもよい；Ａｒ^１は一般式（２）で表される基である；Ａｒ^２は一般式（３）で表される基である；Ｌ^１およびＬ^２は単結合、アリーレン基またはヘテロアリーレン基であり、それぞれ同じでも異なっていてもよい；ただしＬ^１およびＬ^２がナフタレニレン基の場合、Ｌ^１およびＬ^２がそれぞれナフタレン環の１位でピレンと結合することは無い；Ｘ^１およびＸ^２はアリール基またはヘテロアリール基であり、それぞれ同じでも異なっていてもよい；ただしＸ^１およびＸ^２のうち少なくとも１つが電子受容性窒素を含む芳香族複素環基である；ただしＬ^１が単結合の場合、Ｘ^１は１−ナフチル基ではなく、Ｌ^２が単結合の場合、Ｘ^２は１−ナフチル基ではない。
2. Ｘ^１が２−ピリジル基であるとき、Ｘ^２が２−ピリジル基以外の基から選ばれる請求項１記載の発光素子材料。
3. Ｘ^１およびＸ^２のうち少なくとも１つがアリール基である請求項１または２記載の発光素子材料。
4. Ｘ^１およびＸ^２のうち少なくとも１つがカルバゾリル基、ジベンゾフラニル基またはジベンゾチオフェニル基である請求項１または２記載の発光素子材料。
5. Ｌ^１およびＬ^２が、単結合、フェニレン基、ビフェニレン基またはナフタレニレン基である請求項１〜４いずれか記載の発光素子材料。
6. Ａｒ^１とＡｒ^２が異なる基である請求項１〜５のいずれか記載の発光素子材料。
7. 陽極と陰極の間に有機層が存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記有機層に請求項１〜６のいずれか記載の発光素子材料を含有する発光素子。
8. 前記有機層が電子輸送層を含み、電子輸送層が請求項１〜５のいずれか記載の発光素子材料を含む請求項７記載の発光素子。
9. 前記電子輸送層がさらにドナー性化合物を含む請求項８記載の発光素子。
10. ドナー性化合物がアルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体である請求項９記載の発光素子。
11. ドナー性化合物がアルカリ金属と有機物との錯体またはアルカリ土類金属と有機物との錯体である請求項１０記載の発光素子。
12. 前記有機層が発光層を含み、発光層が請求項１〜５のいずれか記載の発光素子材料を含む請求項７記載の発光素子。