JPWO2004101517A1 - カルバゾール誘導体、有機半導体素子、発光素子および電子機器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、優れた耐熱性を有し、かつ結晶化することなく成膜できるカルバゾール誘導体を提供することを課題とする。また、上記カルバゾール誘導体を用いて有機半導体素子、発光素子および電子機器を作製することを課題とする。
Description
本発明は、デンドリマー化合物であるカルバゾール誘導体、前記カルバゾール誘導体を用いた有機半導体素子、発光素子および電子機器に関するものである。
有機化合物は無機化合物に比べて、材料系が多様であり、適した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。また、膜等の形成物が柔軟性に富み、さらには高分子化させることにより加工性にも優れるという特長もある。これらの利点から、近年、機能性有機材料を用いたフォトニクスやエレクトロニクスに注目が集まっている。
例えば、有機半導体材料を機能性有機材料として用いたフォト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（有機エレクトロルミネッセント素子ともいう）が挙げられる。これらは有機半導体材料の電気物性（キャリア輸送性）および光物性（光吸収あるいは発光）を活かしたデバイスであり、中でも特に、発光素子はめざましい発展を見せている。
発光素子は、一対の電極（陽極と陰極）間に発光物質を含む層を挟んでなり、その発光機構は、両電極間に電圧を印加した際に陽極から注入される正孔（ホール）と、陰極から注入される電子が、発光物質を含む層において再結合することにより発光物質を含む層中の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。なお、励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、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。
発光物質を含む層は、発光性材料からなる発光層のみの単層構造の場合もあるが、発光層だけでなく、複数の機能性材料からなる正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層などが積層形成される場合もある。なお、発光層においては、ホスト材料にゲスト材料をドーピングすることにより、発光の色調を適宜変えることが可能である。また、ホスト材料とゲスト材料との組み合わせによっては、発光の輝度と寿命を向上させる可能性を有している。
発光物質を含む層に用いる材料として、様々な構造、機能を有する多くの材料が用いられているが、その中で光伝導性に優れたカルバゾール骨格を有する材料（カルバゾール誘導体）として、ＣＢＰ（４，４−ｄｉ（Ｎ−ｃａｒｂａｚｏｌｅ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ）やＰＶＫ（ポリビニルカルバゾール）等が知られており、現在も多く使用されている。
低分子系材料であるＣＢＰは、主に蒸着法により成膜され、発光層において、正孔輸送性を有するホスト材料として多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１：特開平２００１−２４４０７７号公報 しかしながら、この材料は熱物性値が高い（耐熱性が良い）という特徴を有しているものの、膜を形成した際にアモルファス状態を維持しづらく、結晶化し易いというデメリットを有している。
特許文献１：特開平２００１−２４４０７７号公報 しかしながら、この材料は熱物性値が高い（耐熱性が良い）という特徴を有しているものの、膜を形成した際にアモルファス状態を維持しづらく、結晶化し易いというデメリットを有している。
一方、高分子系材料であるＰＶＫは、主に塗布法（スピンコート法を含む）やインクジェット法等の湿式法により成膜され、ＣＢＰと同様に発光層におけるホスト材料として多く用いられている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２：特開２００１−２５７０７６号公報 高分子系材料は、発光層におけるホスト材料として用いた場合に低分子系材料に比べて輝度特性に優れている（最高輝度が数万ｃｄ／ｍ２）という特徴を有しているものの、成膜方法が限定されてしまう他、耐熱性が悪く、信頼性も低いというデメリットを有している。
特許文献２：特開２００１−２５７０７６号公報 高分子系材料は、発光層におけるホスト材料として用いた場合に低分子系材料に比べて輝度特性に優れている（最高輝度が数万ｃｄ／ｍ２）という特徴を有しているものの、成膜方法が限定されてしまう他、耐熱性が悪く、信頼性も低いというデメリットを有している。
したがって、カルバゾール骨格を有する低分子系材料、および高分子系材料は、それぞれ上述したようなデメリットを有しており、発光素子の素子特性をさらに向上させる上では、これらのデメリットを克服するための材料開発が望まれている。
そこで、本発明では、優れた耐熱性を有し、かつ成膜した際に結晶化しにくいカルバゾール誘導体を提供することを目的とする。また、上記カルバゾール誘導体を用いて有機半導体素子、および発光素子を作製することにより、有機半導体素子、および発光素子の長寿命化を図ることを目的とする。
本発明の構成は、新規なカルバゾール誘導体を提供するものである。なお、本発明のカルバゾール誘導体は下記一般式（１）に示す構造を有するものである。
（式中、Ｉは一般式（２）で表されるコアカルバゾール（Ｇ０）、Ｚは一般式（３）で表される内部分岐カルバゾール（Ｇ１〜Ｇｎ−１）、Ｅは一般式（４）で表されるエンドカルバゾール（Ｇｎ）、ｎはデンドリマーの世代数を表す整数、Ｘ１は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基、（Ｇ（ｎ−ｍ）−１）（但し、ｎ−ｍ≧１）のＸ２、Ｘ３は、（Ｇ（ｎ−ｍ））のＸ４と共有結合し、Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アシル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ジアルキルアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、ジアリールアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜１０）、置換または無置換の複素環残基を示す。）
また、本発明のカルバゾール誘導体は、一般式（５）に示す構造を有するものである。
（式中、１＜ｋ＜８、Ｘ２は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
また、本発明のカルバゾール誘導体は、一般式（６）に示す構造を有するものである。
（式中、１＜ｋ＜８、Ｒ９は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アシル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ジアルキルアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、ジアリールアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基、Ｘ３は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
また、本発明のカルバゾール誘導体は、一般式（７）に示す構造を有するものである。
（式中、１＜ｋ＜８、０＜１＜８、Ｒ１０は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アシル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ジアルキルアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、ジアリールアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基、Ｍは０〜６価の金属イオン、Ｌはアリール基、ジアルキルホスフィノ基、ジアリールホスフィノ基、Ｘ４は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
さらに、本発明のカルバゾール誘導体のうち上述した一般式（（２）〜（４））中のＲ１〜Ｒ８、および前記一般式（６）中のＲ９は、構造式（８）で表される複素環残基のうちのいずれか一であることを特徴とするものである。
また、本発明において、上述したカルバゾール誘導体を有機半導体素子の活性層に用いることを特徴とする有機半導体素子の構成を含めることとする。
さらに、本発明において、上述したカルバゾール誘導体を含む発光層を有することを特徴とする発光素子の構成を含めることとする。なお、本発明のカルバゾール誘導体は、エネルギーギャップが広いという特徴を有していることから、ホスト材料として用い、他のゲスト材料と共に発光層を形成することもできる。
上記構成において、本発明のカルバゾール誘導体は、エネルギーギャップの広いホスト材料が要求される燐光性物質をゲスト材料として用いる場合には特に好ましい。また、本発明のカルバゾール誘導体は、ゲスト材料としても用いることができる。
また、本発明のカルバゾール誘導体は正孔輸送性に優れた材料であることから、前記カルバゾール誘導体を発光素子の正孔輸送性材料としても用いることができる。
実施の形態１
本発明におけるカルバゾール誘導体は、上述した一般式（１）〜（７）で示される構造を有するものである。
例えば、一般式（１）において、第１世代（Ｇ１）のカルバゾール誘導体としては、例えば、構造式（９）で示す構造が挙げられる。具体的には、一般式（２）で示されるコアカルバゾール（Ｉ）のＣＡ、ＣＢに一般式（４）で示されるエンドカルバゾール（Ｅ）のＮＡがそれぞれ共有結合し、コアカルバゾールのＸ１が炭素数２のアルキル基（エチル基）、Ｒ１〜Ｒ８が水素である構造を有している。
また、一般式（１）において、第２世代（Ｇ２）のカルバゾール誘導体としては、例えば、構造式（１０）で示す構造が挙げられる。具体的には、一般式（２）で示されるコアカルバゾール（Ｉ）のＣＡ、ＣＢに一般式（３）で示される内部分岐カルバゾール（Ｚ）のＮＡがそれぞれ共有結合し、内部分岐カルバゾールのＣＡ、ＣＢに一般式（４）で示されるエンドカルバゾール（Ｅ）のＮＡがそれぞれ共有結合し、コアカルバゾールのＸ１が炭素数２のアルキル基（エチル基）、Ｒ１〜Ｒ８が水素である構造を有している。
さらに、一般式（１）において、第３世代（Ｇ３）のカルバゾール誘導体としては、例えば、構造式（１１）で示す構造が挙げられる。具体的には、一般式（２）で示されるコアカルバゾール（Ｉ）のＣＡ、ＣＢに一般式（３）で示される内部分岐カルバゾール（Ｚ）のＮＡがそれぞれ共有結合し、内部分岐カルバゾールのＣＡ、ＣＢに別の内部分岐カルバゾール（Ｚ’）のＮＡがそれぞれ共有結合し、内部分岐カルバゾール（Ｚ’）のＣＡ、ＣＢに一般式（４）で示されるエンドカルバゾール（Ｅ）のＮＡがそれぞれ共有結合し、コアカルバゾールのＸ１が炭素数２のアルキル基（エチル基）、Ｒ１〜Ｒ８が水素である構造を有している。
このように世代を増やすことによりカルバゾール骨格が樹状に連なるデンドリマー構造のカルバゾール誘導体を形成することができる。なお、本発明のデンドリマー構造を有するカルバゾール誘導体には、一般式（１）で示す構造のうち、ある世代以降の一部において、内部分岐カルバゾール（Ｚ）およびエンドカルバゾール（Ｅ）、または、エンドカルバゾール（Ｅ）が存在しない、いわゆる一部に欠陥構造を有するデンドリマーも含めることとする。
さらに、本発明において形成されるカルバゾール誘導体としては、一般式（２）〜（４）におけるＲ１〜Ｒ８の構造を適宜変えることにより、構造式（１２）〜（１８）に示すカルバゾール誘導体を形成することができる。
また、一般式（５）〜（７）に示す複数の第１世代（Ｇ１）を含むカルバゾール誘導体としては、例えば、構造式（１９）で示す構造が挙げられる。具体的には、一般式（２）で示されるコアカルバゾール（Ｉ）のＣＡ、ＣＢに一般式（３）で示される内部分岐カルバゾール（Ｚ）のＮＡがそれぞれ共有結合し、内部分岐カルバゾールのＣＡ、ＣＢに一般式（４）で示されるエンドカルバゾール（Ｅ）のＮＡがそれぞれ共有結合し、コアカルバゾールのＸ２がビフェニル基、Ｒ１〜Ｒ８が水素であり、ｋ＝２の場合における構造を有している。
さらに、本発明のカルバゾール誘導体は、一般式（２）〜（４）におけるＲ１〜Ｒ８、および前記一般式（６）中のＲ９の構造を構造式（８）に示す複素環残基のうちのいずれか一に適宜変えることにより、構造式（２０）〜（３２）に示すカルバゾール誘導体を形成することができる。
なお、構造式（８）に示す構造は、本発明に用いることのできる複素環残基の具体的な一例であり、複素環残基としては、イミダゾリル基、オキサチオリル基、オキサゾリル基、トリアゾリル基、チアゾリル基、フェナントロリル基等を用いることができる。
本発明のカルバゾール誘導体は、カルバゾール骨格が樹状に連なるデンドリマー構造を有しているため、分子量が大きく、立体構造を形成する。従って、耐熱性が良く、結晶化しにくい（成膜性が良い）というメリットを有している。
実施の形態２
実施の形態２
本発明では、実施の形態１で示したカルバゾール誘導体を用いて有機半導体素子を形成することができる。なお、有機半導体素子の中でも活性層を形成する膜の平坦性が素子の特性に影響を与えやすい縦型トランジスタ（ＳＩＴ）において、優れた耐熱性を有し、かつ成膜した際に結晶化しにくい本発明のカルバゾール誘導体を用いることは、有機半導体素子の長寿命化を図る上で有効である。
実施の形態３
実施の形態３
さらに、本発明では、実施の形態１に示すカルバゾール誘導体を用いて発光素子を形成することができる。
なお、本発明における発光素子の素子構成は、基本的には、一対の電極（陽極及び陰極）間に上述したカルバゾール誘導体を含む発光物質を含む層（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層（ホールブロッキング層）、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成される）を挟持した構成であり、例えば、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／陰極等の構成を有する発光素子において、発光層、または正孔輸送層に前記カルバゾール誘導体を用いることができる。
また、本発明の発光素子は基板に支持されていることが好ましく該基板について特に制限はなく、従来の発光素子に用いられているもの、例えば、ガラス、石英、透明プラスチックなどからなるものを用いることができる。
また、本発明の発光素子の陽極材料としては、仕事関数の大きい（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。なお、陽極材料の具体例としては、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）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）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。一方、陰極材料としては、仕事関数の小さい（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。なお、陰極材料の具体例としては、元素周期律の１族または２族に属する元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ２）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いることができるが、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等の金属（合金を含む）とを積層したものを用いることもできる。
なお、上述した陽極材料及び陰極材料は、蒸着法、スパッタリング法等により薄膜を形成することにより、それぞれ陽極及び陰極を形成する。膜厚は、１０〜５００ｎｍとするのが好ましい。
また、本発明の発光素子において、発光物質を含む層におけるキャリアの再結合により生じる光は、陽極または陰極の一方、または両方から外部に出射される構成となる。すなわち、陽極から光を出射させる場合には、陽極を透光性の材料で形成し、陰極側から光を出射させる場合には、陰極を透光性の材料で形成する。
また、発光物質を含む層には公知の材料を用いることができ、低分子系材料および高分子系材料のいずれを用いることもできる。なお、発光物質を含む層を形成する材料には、有機化合物材料のみから成るものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
なお、発光物質を含む層は、正孔注入性材料からなる正孔注入層、正孔輸送性材料からなる正孔輸送層、発光性材料からなる発光層、ホールブロッキング性材料からなる正孔阻止層（ホールブロッキング層）、電子輸送性材料からなる電子輸送層、電子注入性材料からなる電子注入層などを組み合わせて積層することにより形成される。
本発明において、カルバゾール誘導体を発光層に用いる場合には、一対の電極間に形成される発光物質を含む層に発光層以外の層を組み合わせて積層形成することにより発光素子を形成することもできる。なお、この場合における発光物質を含む層は、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、または、電子注入層等を必要に応じて組み合わせて積層した構成とすることができる。この場合に用いる具体的な材料を以下に示す。
正孔注入性材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（以下、Ｈ２−Ｐｃと示す）、銅フタロシアニン（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（以下、ＰＳＳと示す）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（以下、ＰＥＤＯＴと示す）などを用いることもできる。
また、正孔輸送性材料としては、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物が好適である。広く用いられている材料として、例えば、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（以下、ＴＰＤと示す）の他、その誘導体である４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと示す）や、４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（以下、ＴＣＴＡと示す）、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（以下、ＴＤＡＴＡと示す）、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（以下、ＭＴＤＡＴＡと示す）などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
電子輸送性材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ３と示す）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｍｑ３と示す）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（以下、ＢｅＢｑ２と示す）などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、混合配位子錯体であるビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、ＢＡｌｑと示す）などが好適である。また、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＯＸ）２と示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＴＺ）２と示す）、トリス−（２−（２’−ハイドロキシフェニル）−１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾレート）アルミニウム（以下、Ａｌ（ＰＢＩ）３と示す）などのオキサゾール系、チアゾール系、ベンズイミダゾール配位子を有する金属錯体もある。
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（以下、ＰＢＤと示す）、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（以下、ＯＸＤ−７と示す）などのオキサジアゾール誘導体、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ＴＡＺと示す）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ｐ−ＥｔＴＡＺと示す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（以下、ＢＰｈｅｎと示す）、バソキュプロイン（以下、ＢＣＰと示す）などのフェナントロリン誘導体、２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール（以下、ＴＰＢＩと示す）、１，３，５−トリス（４，４’，４”（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾリル）−ベンゼゾリル）−ベンゼン（以下、ＴＰＢＩＢＢと示す）、Ｎ−フェニル−２，４，５，７−テトラキス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール（以下、ＰＢＩＣと示す）等のベンズイミダゾール誘導体を用いることができる。
また、ホールブロッキング性材料としては、上で述べたＢＡｌｑ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰ等を用いることができる。
なお、カルバゾール誘導体を発光層のホスト材料、またはゲスト材料として用いることもできる。
カルバゾール誘導体を発光層のホスト材料とした場合のゲスト材料としては、キナクリドン、ジエチルキナクリドン（ＤＥＱ）、ルブレン、ペリレン、ＤＰＴ、Ｃｏ−６、ＰＭＤＦＢ、ＢＴＸ、ＡＢＴＸ、ＤＣＭ、ＤＣＪＴの他、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）３と示す）、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−白金（以下、ＰｔＯＥＰと示す）等の三重項発光材料（燐光材料）を用いることができる。
また、カルバゾール誘導体を発光層のゲスト材料とした場合のホスト材料としては、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＴＣＴＡ、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＢＣＰ等を用いることができる。
さらに、本発明において、カルバゾール誘導体を正孔輸送層に用いる場合には、発光物質を含む層は、少なくとも陽極側に形成されたカルバゾール誘導体を含む正孔輸送層、発光層、陰極側に形成された電子輸送層とを積層して形成して得られる。なお、この場合において、発光層に用いる発光性材料としては、具体的には、Ａｌｑ３、Ａｌｍｑ３、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２等の金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。
以上のように、耐熱性や正孔輸送性に優れ、かつ成膜した際に結晶化しにくい等の材料特性を有する本発明のカルバゾール誘導体を用いて発光素子を形成することにより、発光素子の駆動電圧を低下させ、長寿命化を図ることができる。
以下に、本発明のカルバゾール誘導体の合成例、および実施例について説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
（合成例１）
（Ｎ−エチル−３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの合成法）
Ｎ−エチル−３，６−ブロモカルバゾール（３．５３ｇ、１０ｍｍｏｌ）、カルバゾール（３．５１ｇ、２１ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ−ブトキシド（２．８８ｇ、３０ｍｍｏｌ）のトルエン懸濁液を凍結脱気した。アルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気下で、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）（Ｐｄ（ｄｂａ）２）０．２２ｇ（０．４ｍｍｏｌ）、トリ−ｔ−ブチルホスフィン１０％ヘキサン溶液１．２ｇ（０．６ｍｍｏｌ）を加え、８０℃にて６時間攪拌した。水を加えた後、ジエチルエーテルを加えて攪拌した。析出物を減圧ろ過し、濾物を減圧下で乾燥した。ここで得られた固体を酢酸エチル、クロロホルム混合溶媒で再結晶を行い、クリーム色の粉末である標記化合物を収率５７％で得た（化学式（９））。融点は３００℃、常圧で３８５℃に昇華点を示した。また、ガラス転移点（Ｔｇ）は１３８℃、結晶化温度は１８２℃であった。また、ＨＯＭＯ準位は、−５．５７ｅＶ、ＬＵＭＯ準位は、−２．３１ｅＶであった。さらに、本化合物は真空蒸着法を用いて基板上に均質な膜を形成が可能である。ＮＭＲデータを図１３（１Ｈ ＮＭＲ）、図１４（１３Ｃ ＮＭＲ）に示す。
１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ １．６３（ｔ、Ｊ＝７．２Ｈｚ、３Ｈ）、４．５５（ｑ、Ｊ＝７．２Ｈｚ、２Ｈ）、７．２２−７．４０（ｍ、１２Ｈ）、７．６５（ｄ、Ｊ＝１．２Ｈｚ、４Ｈ）、８．１３（ｄ、Ｊ＝７．５Ｈｚ、４Ｈ）、８．２２（ｓ、２Ｈ）。
１３Ｃ ＮＭＲ（７５．５ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ １４．０、３８．２、１０９．８、１０９．９、１１９．７、１２０．０、１２０．３、１２３．４、１２３．８、１２３．９、１２６．１、１２９．８、１４０．０、１４２．２。
（Ｎ−エチル−３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの合成法）
Ｎ−エチル−３，６−ブロモカルバゾール（３．５３ｇ、１０ｍｍｏｌ）、カルバゾール（３．５１ｇ、２１ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ−ブトキシド（２．８８ｇ、３０ｍｍｏｌ）のトルエン懸濁液を凍結脱気した。アルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気下で、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）（Ｐｄ（ｄｂａ）２）０．２２ｇ（０．４ｍｍｏｌ）、トリ−ｔ−ブチルホスフィン１０％ヘキサン溶液１．２ｇ（０．６ｍｍｏｌ）を加え、８０℃にて６時間攪拌した。水を加えた後、ジエチルエーテルを加えて攪拌した。析出物を減圧ろ過し、濾物を減圧下で乾燥した。ここで得られた固体を酢酸エチル、クロロホルム混合溶媒で再結晶を行い、クリーム色の粉末である標記化合物を収率５７％で得た（化学式（９））。融点は３００℃、常圧で３８５℃に昇華点を示した。また、ガラス転移点（Ｔｇ）は１３８℃、結晶化温度は１８２℃であった。また、ＨＯＭＯ準位は、−５．５７ｅＶ、ＬＵＭＯ準位は、−２．３１ｅＶであった。さらに、本化合物は真空蒸着法を用いて基板上に均質な膜を形成が可能である。ＮＭＲデータを図１３（１Ｈ ＮＭＲ）、図１４（１３Ｃ ＮＭＲ）に示す。
１３Ｃ ＮＭＲ（７５．５ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ １４．０、３８．２、１０９．８、１０９．９、１１９．７、１２０．０、１２０．３、１２３．４、１２３．８、１２３．９、１２６．１、１２９．８、１４０．０、１４２．２。
なお、Ｎ−エチル−０３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの薄膜、および溶液（溶媒：ジクロロメタン）について蛍光スペクトルの測定を行ったところ、薄膜の場合には、励起波長（３４５ｎｍ）に対して、４１３ｎｍに最大ピークを有する蛍光スペクトルが得られ、溶液の場合には、励起波長（２９５ｎｍ）に対して、４０７ｎｍに最大ピークを有する蛍光スペクトルが得られた（図８）。
また、Ｎ−エチル−３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの薄膜、および溶液（溶媒：ジクロロメタン）について紫外・可視領域吸収スペクトルの測定を行ったところ、薄膜の場合には、３４４ｎｍに最大吸収波長が得られ、溶液の場合には、３４２ｎｍに最大吸収波長が得られた（図９）。
本実施例では、本発明のカルバゾール誘導体を、発光物質を含む層の一部に用いて発光素子を作製する場合であって、具体的には、本発明のカルバゾール誘導体を、発光物質を含む層の発光層のホスト材料として用いる場合の素子構造について図１を用いて説明する。
まず、基板１００上に発光素子の第１の電極１０１が形成される。なお、本実施例では、第１の電極１０１は陽極として機能する。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成する。
次に、第１の電極（陽極）１０１上に発光物質を含む層１０２が形成される。なお、本実施例における発光物質を含む層１０２は、正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、正孔阻止層１１４、電子輸送層１１５からなる積層構造を有している。
第１の電極１０１が形成された基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに第１の電極１０１が形成された面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源に銅フタロシアニン（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）を入れ、抵抗加熱法を用いた蒸着法により２０ｎｍの膜厚で正孔注入層１１１を形成する。なお、正孔注入層１１１を形成する材料としては、公知の正孔注入性材料を用いることができる。
次に正孔輸送性に優れた材料により正孔輸送層１１２を形成する。正孔輸送層１１２を形成する材料としては、公知の正孔輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと示す）を同様の方法により、３０ｎｍの膜厚で形成する。
次に発光層１１３を形成する。なお、発光層１１３において正孔と電子が再結合し、発光を生じる。本実施例では、発光層１１３を形成する材料のうちホスト材料に本発明のカルバゾール誘導体を用い、公知のゲスト材料と共蒸着することにより形成する。なお、本実施例では、ホスト材料に用いるカルバゾール誘導体として、化学式（９）に示すＮ−エチル−３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾール（以下、ＥｔＣｚ２Ｃｚと示す）を用い、ゲスト材料としてイリジウム錯体であるトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）３と示す）を用い、Ｉｒ（ｐｐｙ）３が、３ｗｔ％となるように共蒸着法により２０ｎｍの膜厚で形成する。
次に、正孔阻止層１１４を形成する。正孔阻止層１１４を形成する材料としては、公知の電子輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、ＢＣＰを用い、１０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
次に、電子輸送層１１５を形成する。電子輸送層１１５を形成する材料としては、公知の電子輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、Ａｌｑ３を用い、４０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
このようにして、正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、正孔阻止層１１４、および電子輸送層１１５を積層して形成される発光物質を含む層１０２を形成した後、陰極として機能する第２の電極１０３をスパッタリング法または蒸着法により形成する。なお、本実施例では、発光物質を含む層１０２上にアルミニウムリチウム合金（Ａｌ：Ｌｉ）（１００ｎｍ）を蒸着法により形成することにより第２の電極１０３を得る。
以上により、本発明のカルバゾール誘導体を用いた発光素子が形成される。
なお、本発明のカルバゾール誘導体は、これを用いて形成した層のＨＯＭＯ準位を下げ、全体のエネルギーギャップを広げることができる。従って、本実施例に示すようにエネルギーギャップの広さが要求されるホスト材料として本発明のカルバゾール誘導体を用いることは、非常に有効である。また、カルバゾール誘導体は、優れた耐熱性を有し、かつ成膜した際に結晶化しにくいことから、発光素子の長寿命化を図ることができる。
本実施例では、実施例１とは異なる本発明のカルバゾール誘導体およびそれを用いた発光層のゲスト材料の例を示す。
（合成例２）
（Ｎ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの合成）
Ｎ−フェニル−３，６−ジブロモカルバゾール２４．３ｇ（１００ｍｍｏｌ）の氷酢酸（５００ｍＬ）溶液にＮ−ヨードこはく酸イミド４４．９ｇ（２００ｍｍｏｌ）を加え、室温にて一晩撹拌した。炭酸水素ナトリウム水溶液を液性が中性になるまで反応混合物に加えた。この混合物をろ過し、得られた固体を水で洗浄、乾燥することによって、Ｎ−フェニル−３，６−ジヨードカルバゾール（以下、ＰｈＩ２Ｃｚ）を収率８５％で得た。
（Ｎ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの合成）
Ｎ−フェニル−３，６−ジブロモカルバゾール２４．３ｇ（１００ｍｍｏｌ）の氷酢酸（５００ｍＬ）溶液にＮ−ヨードこはく酸イミド４４．９ｇ（２００ｍｍｏｌ）を加え、室温にて一晩撹拌した。炭酸水素ナトリウム水溶液を液性が中性になるまで反応混合物に加えた。この混合物をろ過し、得られた固体を水で洗浄、乾燥することによって、Ｎ−フェニル−３，６−ジヨードカルバゾール（以下、ＰｈＩ２Ｃｚ）を収率８５％で得た。
得られたＰｈＩ２Ｃｚを用いて、前記Ｎ−エチル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの合成と同様にカルバゾールとのカップリング反応を行い、標記化合物、Ｎ−フェニル−３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールをベージュ色の固体として得た（収率、８５％）。ＮＭＲデータを図１５（１Ｈ ＮＭＲ）、図１６（１３Ｃ ＮＭＲ）に示す。
１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ ７．２３−７．７２（ｍ、２１Ｈ）、８．１５（ｄ、Ｊ＝７．８Ｈｚ、４Ｈ）、８．２７（ｓ、２Ｈ）。１３Ｃ ＮＭＲ（７５．５ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ １０９．７、１１１．３、１１９．７、１２０．３、１２３．２、１２３．９、１２５．９、１２６．３、１２７．２、１２８．２、１３０．２、１３０．４、１３７．１、１４０．７、１４１．８。
１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ ７．２３−７．７２（ｍ、２１Ｈ）、８．１５（ｄ、Ｊ＝７．８Ｈｚ、４Ｈ）、８．２７（ｓ、２Ｈ）。１３Ｃ ＮＭＲ（７５．５ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ １０９．７、１１１．３、１１９．７、１２０．３、１２３．２、１２３．９、１２５．９、１２６．３、１２７．２、１２８．２、１３０．２、１３０．４、１３７．１、１４０．７、１４１．８。
融点は２８３℃であり、常圧において４１０℃に昇華点を示した。真空蒸着法によって基板上に均質な膜を与えることを確認した。吸収極大はメタノール中で３４１ｎｍ、蒸着膜で３４４ｎｍであった。蛍光性を示し、メタノール中で４３５ｎｍ、蒸着膜で４０９ｎｍに蛍光の極大を示した。ＨＯＭＯ準位は、−５．６４ｅＶ、ＬＵＭＯ準位は、−２．３３ｅＶであった。メタノール溶液、および蒸着膜の吸収スペクトルを図１０に示す。また、それぞれの蛍光スペクトル、および励起スペクトルを図１１に示す。
（合成例３）
（３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの合成）
窒素雰囲気下、水素化ナトリウム（４５ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ（１００ｍＬ）の懸濁液に、３、６−ジブロモカルバゾール（９．７５ｇ、３０ｍｍｏｌ）をゆっくり加えたのち、室温にて３０分間攪拌した。反応混合液にベンジルブロミド（６．７２ｇ、４０ｍｍｏｌ）を滴下し、その後２０時間攪拌した。水（約１００ｍＬ）を加えた後、析出した固体を濾過し、ろ物（ろ過して残ったもの）を炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。この後エタノールに溶解させ、この溶液を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過、濃縮した。残渣をエタノールで再結晶してＮ−ベンジル−３、６−ジブロモカルバゾールを白色固体として得た。収率は６１％であった。
（３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールの合成）
窒素雰囲気下、水素化ナトリウム（４５ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ（１００ｍＬ）の懸濁液に、３、６−ジブロモカルバゾール（９．７５ｇ、３０ｍｍｏｌ）をゆっくり加えたのち、室温にて３０分間攪拌した。反応混合液にベンジルブロミド（６．７２ｇ、４０ｍｍｏｌ）を滴下し、その後２０時間攪拌した。水（約１００ｍＬ）を加えた後、析出した固体を濾過し、ろ物（ろ過して残ったもの）を炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。この後エタノールに溶解させ、この溶液を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過、濃縮した。残渣をエタノールで再結晶してＮ−ベンジル−３、６−ジブロモカルバゾールを白色固体として得た。収率は６１％であった。
得られたＮ−ベンジル−３、６−ジブロモカルバゾールは、Ｎ−エチル−３、６−ジブロモカルバゾールの合成（実施例１）と同様にカルバゾールとカップリングし、Ｎ−ベンジル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールを得た。収率は７０％であった。
窒素雰囲気下、Ｎ−ベンジル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾール（２．０６ｇ、３．５ｍｍｏｌ）、ベンジリデンアニリン（１．２７ｇ、７．０ｍｍｏｌ）、ｔ−ＢｕＯＫ（５．０６ｇ、５０ｍｍｏｌ）の乾燥ＤＭＦ（３０ｍＬ）懸濁液を７５℃で４時間攪拌した。水（約１５０ｍＬ）を加え、析出した黒色のタールを濾過した。タール状のものを熱クロロホルムに溶解し、無水硫酸マグネシウムと活性炭を加えて３０分間加熱攪拌した。この混合物を濾過し、ろ液を濃縮後、残渣をクロロホルム／エタノールで再結晶することで標記化合物（３，６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾール）をベージュ色の粉末として得た。収率は２９％であった。融点は１８５〜１８７℃であった。ＮＭＲデータを図１７（１Ｈ ＮＭＲ）、図１８（１ ３Ｃ ＮＭＲ）に示す。１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ ７．２５−７．４２（ｍ、１２Ｈ）、７．５８−７．６１（ｍ、２Ｈ）、７．６７（ｄ、Ｊ＝８．７Ｈｚ、２Ｈ）、８．１５（ｄ、Ｊ＝７．８Ｈｚ、４Ｈ）、８．１８（ｄ、Ｊ＝１．５Ｈｚ、２Ｈ）、８．４０（ｓ、１Ｈ）。１３Ｃ ＮＭＲ（７５．５ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ １０９．７、１１２．０、１１９．７、１２０．０、１２０．３、１２３．１、１２４．０、１２５．９、１２６．２、１３０．０、１３９．３、１４１．８。
（素子作成例）
Ｎ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールをホール輸送材料として用いる素子の作製
ＩＴＯが成膜されたガラス基板上にホール注入材料である銅フタロシアニンを真空蒸着によって成膜した。膜厚は２００ｎｍであった。この膜上に、Ｎ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールを真空蒸着によって４００ｎｍの膜厚で成膜し、さらに電子輸送材料であるＡｌｑを５００ｎｍ成膜した。この上に電子注入材料であるＣａＦ２を１０ｎｍ成膜し、さらにＡｌ電極を２０００ｎｍの膜厚で成膜した。本素子の電圧−輝度曲線を図１２に示す。本素子では３．５Ｖから発光が開始され、８．６Ｖ印加することによって１００００ｃｄ／ｍ２の輝度が得られ、エレクトロルミネッセンス素子として良好な特性を示した。
Ｎ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールをホール輸送材料として用いる素子の作製
ＩＴＯが成膜されたガラス基板上にホール注入材料である銅フタロシアニンを真空蒸着によって成膜した。膜厚は２００ｎｍであった。この膜上に、Ｎ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールを真空蒸着によって４００ｎｍの膜厚で成膜し、さらに電子輸送材料であるＡｌｑを５００ｎｍ成膜した。この上に電子注入材料であるＣａＦ２を１０ｎｍ成膜し、さらにＡｌ電極を２０００ｎｍの膜厚で成膜した。本素子の電圧−輝度曲線を図１２に示す。本素子では３．５Ｖから発光が開始され、８．６Ｖ印加することによって１００００ｃｄ／ｍ２の輝度が得られ、エレクトロルミネッセンス素子として良好な特性を示した。
本素子の発光の色度座標は、ｘが０．２９、ｙが０．５６であり、これは明らかにＡｌｑからの緑色の発光である。このことは、キャリアの再結合がＡｌｑ層で起こっていることを意味する。より具体的には、ＩＴＯ銅フタロシアニン層に注入されたホールがＮ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾール層へ注入され、さらにＡｌｑへ輸送される。そしてＡｌ陰極から注入された電子はＡｌｑ層へ輸送され、ＩＴＯ側から輸送されてきたホールと再結合し、Ａｌｑの励起子が生成する。Ａｌｑの励起子が基底状態へ戻る際にフォトンが放出され、その結果、Ａｌｑのバンドギャップに相当するエネルギーが光として観測されるのである。従って、本発明で示したデンドリマー、Ｎ−フェニル−３、６−ジ（Ｎ−カルバゾリル）カルバゾールは、優れたホール輸送材料として機能することが明らかとなった。
本実施例では、発光層のゲスト材料として本発明のカルバゾール誘導体を用いる場合であって、実施例１、２とは構成が異なる部分について図２を用いて説明する。従って、本実施例では、第１の電極、第２の電極、正孔注入層、正孔輸送層の構成については、実施例１、２と同様であるので説明は省略する。
図２に示すように、第１の電極２０１上に形成される発光物質を含む層２０２のうち、正孔輸送層２１２と接して形成される発光層２１３は、ホスト材料と本発明のカルバゾール誘導体であるゲスト材料を用いることにより形成する。
具体的には、ホスト材料であるＴＰＢＩと、ゲスト材料である化学式（９）に示すＥｔＣｚ２Ｃｚ（１０ｗｔ％）を用い、２０ｎｍの膜厚で共蒸着法により形成する。
次に、電子輸送層２１４を形成する。電子輸送層２１４を形成する材料としては、公知の電子輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、ＴＰＢＩを用い、３０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
このようにして、正孔注入層２１１、正孔輸送層２１２、発光層２１３、および電子輸送層２１４を積層して形成される発光物質を含む層２０２上に第２の電極２０３を形成することにより、本発明のカルバゾール誘導体を用いた発光素子が形成される。
本発明のカルバゾール誘導体は、正孔輸送性を有すると共に発光性を有することから本実施例に示すように発光物質を含む層の発光層におけるゲスト材料として用いることができる。また、カルバゾール誘導体は、優れた耐熱性を有し、かつ成膜した際に結晶化しにくいことから、発光素子の長寿命化を図ることができる。
本実施例では、発光層に本発明のカルバゾール誘導体を用いる場合であって、実施例１〜３とは構成が異なる部分について図３を用いて説明する。従って、本実施例では、第１の電極、第２の電極、正孔注入層の構成については、実施例１、実施例２と同様であるので説明は省略する。
図３に示すように、第１の電極３０１上に形成される発光物質を含む層３０２のうち、正孔注入層３１１と接して形成される発光層３１２は、本発明のカルバゾール誘導体を用いることにより形成する。
具体的には、化学式（９）に示すＥｔＣｚ２Ｃｚ（１０ｗｔ％）を用い、５０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
次に、電子輸送層３１３を形成する。電子輸送層３１３を形成する材料としては、公知の電子輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、電子輸送性を有し、かつホールブロッキング性を有するＢＣＰ用い、５０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
このようにして、正孔注入層３１１、発光層３１２、および電子輸送層３１３を積層して形成される発光物質を含む層３０２上に第２の電極３０３を形成することにより、本発明のカルバゾール誘導体を用いた発光素子が形成される。
本発明のカルバゾール誘導体は、正孔輸送性を有すると共に発光性を有することから本実施例に示すように発光物質を含む層の発光層として、単独で用いることができる。また、カルバゾール誘導体は、優れた耐熱性を有し、かつ成膜した際に結晶化しにくいことから、素子の長寿命化を図ることができる。
本実施例では、本発明のカルバゾール誘導体を、発光物質を含む層の一部に用いて発光素子を作製する場合であって、実施例１〜実施例４に示した場合と異なる構成について説明する。具体的には、本発明のカルバゾール誘導体を、発光物質を含む層の正孔輸送層に用いる場合であって、実施例１〜実施例３とは構成が異なる部分について図４を用いて説明する。従って、本実施例では、第１の電極、第２の電極、正孔注入層、正孔輸送層の構成については、実施例１〜実施例４と同様であるので説明は省略する。
図４に示すように、第１の電極４０１上に形成される発光物質を含む層４０２のうち、正孔注入層４１１と接して形成される正孔輸送層４１２は、本発明のカルバゾール誘導体を用いることにより形成する。
具体的には、化学式（９）に示すＥｔＣｚ２Ｃｚを用い、３０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
次に、電子輸送性発光層４１３を形成する。電子輸送性発光層４１３を形成する材料としては、公知の電子輸送性、かつ発光性を有する材料を用いることができるが、本実施例では、Ａｌｑ３を用い、５０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
このようにして、正孔注入層４１１、正孔輸送層４１２、および電子輸送性発光層４１３を積層して形成される発光物質を含む層４０２上に第２の電極４０３を形成することにより、本発明のカルバゾール誘導体を用いた発光素子が形成される。
本発明のカルバゾール誘導体は、正孔輸送性を有することから本実施例に示すように発光物質を含む層の正孔輸送層に用いることができる。また、カルバゾール誘導体は、優れた耐熱性を有し、かつ成膜した際に結晶化しにくいことから、発光素子の長寿命化を図ることができる。
本実施例では、本発明のカルバゾール誘導体を有機半導体素子の一種である縦型トランジスタ（ＳＩＴ）の活性層として用いる場合について説明する。
素子構造としては、図５に示すように、本発明のカルバゾール誘導体からなる薄膜状の活性層５０２をソース電極５０１およびドレイン電極５０３で挟み、ゲート電極５０４が活性層５０２に埋め込まれた構造を適用する。なお、５０５はゲート電圧を印加するための手段、５０６はソース−ドレイン間の電圧を制御するための手段である。
このような素子構造において、ゲート電圧を印加しない状態においてソース−ドレイン間に電圧を印加すると、発光素子で見られるような電流が流れる（ＯＮ状態となる）。そして、その状態でゲート電圧を印加するとゲート電極５０４周辺に空乏層が発生し、電流が流れなくなる（ＯＦＦ状態となる）。以上の機構により、トランジスタとして動作する。
本実施例で示す縦型トランジスタにおいて、活性層を形成する膜の平坦性が素子の特性に影響を与えやすいことから、優れた耐熱性を有し、かつ結晶化することなく成膜できる本発明のカルバゾール誘導体を用いることは有機半導体素子の長寿命化を図る上で有効である。
本実施例では、画素部に本発明により形成される発光素子を有する発光装置について図６を用いて説明する。なお、図６（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基板、６０５はシール剤であり、シール剤６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
なお、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盤（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６（Ｂ）を用いて説明する。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チャネル型薄膜トランジスタ（以下、薄膜トランジスタをＴＦＴと省略する）６２３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、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、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膜を用いることにより形成する。
また、成膜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、感光性の光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、発光物質を含む層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、陽極として機能する第１の電極６１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）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、発光物質を含む層６１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によって形成される。発光物質を含む層６１６には、本発明のカルバゾール誘導体が含まれる。また、これらのカルバゾール誘導体に組み合わせて用いる材料としては、低分子系材料、中分子材料（オリゴマー、デンドリマーを含む）、または高分子系材料であっても良い。また、発光物質を含む層に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
さらに、発光物質を含む層６１６上に形成される第２の電極（陰極）６１７に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ２、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、発光物質を含む層６１６で生じた光が第２の電極６１７を透過させる場合には、第２の電極（陰極）６１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層を用いるのが良い。
さらにシール剤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、およびシール剤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、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール剤６０５で充填される構成も含むものとする。
なお、シール剤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）、マイラー、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、本発明により形成される発光素子を有する発光装置を得ることができる。
なお、本実施例に示す発光装置は、実施例１〜実施例４に示した発光素子の構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、例えば実施例７で形成される発光装置をその一部に含む様々な電気器具について説明する。
本発明を用いて形成される発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、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）、ノート型パーソナルコンピュータ、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（具体的にはデジタルビデオディスク（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。これらの電気器具の具体例を図７に示す。
図７（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
図７（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２２０３に用いることにより作製される。
図７（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２３０２に用いることにより作製される。
図７（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。ここで挙げる記憶媒体とはＤＶＤ等を指す。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明を用いて形成される発光装置をこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
図７（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２５０２に用いることにより作製される。
図７（Ｆ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２６０２に用いることにより作製される。
ここで図７（Ｇ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２７０３に用いることにより作製される。
以上の様に、本発明を用いて形成された発光装置の適用範囲は極めて広く、また発光装置に用いる発光素子は、本発明のカルバゾール誘導体を用いて形成されるため、駆動電圧が低く、長寿命であるという特徴を有している。従って、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することにより、低消費電力化、長寿命化を実現することができる。
本発明を実施することにより、耐熱性や正孔輸送性に優れ、かつ結晶化することなく成膜が可能なカルバゾール誘導体を得ることができる。また、上記カルバゾール誘導体を用いて有機半導体素子、発光素子および電子機器を作製することにより、駆動電圧が低く、寿命の長い有機半導体素子、発光素子および電子機器を提供することができる。さらには上記発光素子を用いて発光装置を作成することにより、消費電力が低く、寿命の長い発光装置を提供することができる。
Claims (13)
- 一般式（１）で表されるカルバゾール誘導体。
（式中、Ｉは一般式（２）で表されるコアカルバゾール（Ｇ０）、Ｚは一般式（３）で表される内部分岐カルバゾール（Ｇ１〜Ｇｎ−１）、Ｅは一般式（４）で表されるエンドカルバゾール（Ｇｎ）、ｎはデンドリマーの世代数を表す整数、Ｘ１は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基、（Ｇ（ｎ−ｍ）−１）（但し、ｎ−ｍ≧１）のＣＡ、ＣＢは、（Ｇ（ｎ−ｍ））のＮＡと共有結合し、Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アシル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ジアルキルアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、ジアリールアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜１０）、置換または無置換の複素環残基を示す。）
- 一般式（５）で表されるカルバゾール誘導体。
（式中、１＜ｋ＜８、Ｘ２は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。） - 一般式（６）で表されるカルバゾール誘導体。
（式中、１＜ｋ＜８、Ｒ９は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アシル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ジアルキルアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、ジアリールアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基、Ｘ３は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。） - 一般式（７）で表されるカルバゾール誘導体。
（式中、１＜ｋ＜８、０＜１＜８、Ｒ１０は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アシル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ジアルキルアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、ジアリールアミノ基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基、Ｍは０〜６価の金属イオン、Ｌはアリール基、ジアルキルホスフィノ基、ジアリールホスフィノ基、Ｘ４は、水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（但し、炭素数１〜２０）、ハロアルキル基（但し、炭素数１〜２０）、アルコキシ基（但し、炭素数１〜２０）、置換又は無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。） - 請求項１または請求項３において、
前記一般式（（２）〜（４））中のＲ１〜Ｒ８、および前記式（６）中のＲ９は、構造式（８）で表される複素環残基のうちのいずれか一であることを特徴とするカルバゾール誘導体。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体を用いたことを特徴とする有機半導体素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体を用いたことを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体を発光性材料として用いたことを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体およびゲスト材料を含む発光層を有することを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体およびホスト材料を含む発光層を有することを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体を正孔輸送性材料として用いたことを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体を含む発光素子を有する電子機器において、前記電子機器は、表示装置、デジタルスチルカメラ、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、画像再生装置、ゴーグル型ディスプレイ、ビデオカメラ、携帯電話のグループから選ばれることを特徴とする電子機器。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のカルバゾール誘導体を含む有機半導体素子を有する電子機器において、前記電子機器は、表示装置、デジタルスチルカメラ、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、画像再生装置、ゴーグル型ディスプレイ、ビデオカメラ、携帯電話のグループから選ばれることを特徴とする電子機器。
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