WO2013133219A1 - 発光素子 - Google Patents

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WO2013133219A1
WO2013133219A1 PCT/JP2013/055863 JP2013055863W WO2013133219A1 WO 2013133219 A1 WO2013133219 A1 WO 2013133219A1 JP 2013055863 W JP2013055863 W JP 2013055863W WO 2013133219 A1 WO2013133219 A1 WO 2013133219A1
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light emitting
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electron
aryl
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和真 長尾
泰宜 市橋
富永　剛
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東レ株式会社
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    • H10K85/654—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element capable of converting electric energy into light. More specifically, the present invention relates to a light-emitting element that can be used in the fields of display elements, flat panel displays, backlights, lighting, interiors, signs, signboards, electrophotographic machines, optical signal generators, and the like.
  • This light emitting element is characterized by thin light emission with high luminance under a low driving voltage and multicolor light emission by selecting a fluorescent material.
  • the driving voltage of the element greatly depends on a carrier transport material that transports carriers such as holes and electrons to the light emitting layer.
  • a carrier transport material that transports carriers such as holes and electrons to the light emitting layer.
  • materials having a carbazole skeleton are known as materials that transport holes (hole transport materials) (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the material having the carbazole skeleton has a high triplet level, it is known as a host material for a light-emitting layer (see, for example, Patent Document 3).
  • an organic electroluminescent element containing an indolocarbazole derivative as a host material together with a phosphorescent dopant is disclosed (for example, see Patent Document 4).
  • An object of the present invention is to provide an organic thin film light emitting device that solves the problems of the prior art and has improved luminous efficiency and durability.
  • a light-emitting device of the present invention is a light-emitting device that includes at least a hole transport layer and a light-emitting layer between an anode and a cathode and emits light by electric energy
  • the hole transport layer includes a compound represented by the following general formula (1)
  • the light emitting layer is a compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen, and the following general formula (2) It contains a compound represented by any one of (4) to (4).
  • R 1 to R 4 may be the same or different from each other, and hydrogen, alkyl group, cycloalkyl group, heterocyclic group, alkenyl group, cycloalkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, From alkylthio group, aryl ether group, aryl thioether group, aryl group, heteroaryl group, halogen, carbonyl group, carboxyl group, oxycarbonyl group, carbamoyl group, amino group, silyl group, —P ( ⁇ O)
  • R 5 R 6 R 5 and R 6 are each an aryl group or a heteroaryl group, and L is a single bond or a divalent linking group.
  • R 7 to R 11 and R 21 to R 27 may be the same or different and are each hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cyclo An alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl ether group, aryl thioether group, aryl group, heteroaryl group, halogen, carbonyl group, carboxyl group, oxycarbonyl group, carbamoyl group, amino group, or silyl group .
  • Ring A or ring B represents a benzene ring having a substituent or not having a substituent, which is condensed at an arbitrary position with an adjacent ring.
  • Y 1 to Y 3 are —N (R 28 ) —, —C (R 29 R 30 ) —, an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • R 28 to R 30 may be the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group, or a heteroaryl group.
  • R 21 to R 30 may form a ring with adjacent substituents.
  • L 11 to L 17 are a single bond or an arylene group.
  • X 1 to X 5 each represents a carbon atom or a nitrogen atom. When X 1 to X 5 are nitrogen atoms, R 7 to R 11 as substituents on the nitrogen atom do not exist. However, the number of nitrogen atoms in X 1 to X 5 is 1 or 2. )
  • an organic electroluminescent device having high luminous efficiency and further having a sufficient durability life.
  • the present invention is a light emitting device comprising at least a hole transport layer and a light emitting layer between an anode and a cathode and emitting light by electric energy, wherein the hole transport layer comprises a compound represented by the following general formula (1): And the light-emitting layer contains a compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen.
  • the compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen used in the present invention has a high electron injecting and transporting ability. Can be given.
  • this light-emitting layer has a very high electron injecting and transporting capability, so depending on the type of hole transporting layer used in combination, the recombination region in the light-emitting layer is localized on the hole transporting layer side, and the triplet Since energy and electrons leak into the hole transport layer, it may cause a decrease in the light emission efficiency and durability of the device.
  • the present inventors have found that the use of the compound represented by the general formula (1) as the hole transporting layer makes it possible to significantly improve the high luminous efficiency and durability. That is, the compound represented by the general formula (1) has a high electron blocking property and a high triplet energy, and even if the recombination region in the light emitting layer is localized on the hole transport layer side, the triplet Since the term energy and electrons can be confined in the light emitting layer, high efficiency and long life can be achieved.
  • R 5 R 6 Selected from the group.
  • R 5 and R 6 are an aryl group or a heteroaryl group.
  • L is a single bond or a divalent linking group. Of these substituents, hydrogen may be deuterium.
  • the alkyl group is, for example, a saturated group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, or a tert-butyl group.
  • an alkyl group, an aryl group, heteroaryl group etc. can be mentioned, This point is common also in the following description.
  • the number of carbon atoms of the alkyl group is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 20 and more preferably 1 to 8 from the viewpoint of availability and cost.
  • the cycloalkyl group represents, for example, a saturated alicyclic hydrocarbon group such as cyclopropyl, cyclohexyl, norbornyl, adamantyl, etc., which may have a substituent. It may not have.
  • carbon number of an alkyl group part is not specifically limited, Usually, it is the range of 3-20.
  • the heterocyclic group refers to an aliphatic ring having atoms other than carbon, such as a pyran ring, piperidine ring, and cyclic amide, in the ring. It may or may not have. Although carbon number of a heterocyclic group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • the alkenyl group means an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a double bond such as a vinyl group, an allyl group, or a butadienyl group, which has a substituent. It may or may not have. Although carbon number of an alkenyl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • the cycloalkenyl group refers to, for example, an unsaturated alicyclic hydrocarbon group containing a double bond such as a cyclopentenyl group, a cyclopentadienyl group, or a cyclohexenyl group. This may or may not have a substituent.
  • carbon number of a cycloalkenyl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • the alkynyl group represents, for example, an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a triple bond such as an ethynyl group, which has a substituent. It does not have to be. Although carbon number of an alkynyl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • the alkoxy group represents a functional group in which an aliphatic hydrocarbon group is bonded via an ether bond such as a methoxy group, an ethoxy group, or a propoxy group. The hydrocarbon group may or may not have a substituent. Although carbon number of an alkoxy group is not specifically limited, Usually, it is the range of 1-20.
  • the alkylthio group is a group in which an oxygen atom of an ether bond of an alkoxy group is substituted with a sulfur atom.
  • the hydrocarbon group of the alkylthio group may or may not have a substituent.
  • carbon number of an alkylthio group is not specifically limited, Usually, it is the range of 1-20.
  • the aryl ether group is a functional group to which an aromatic hydrocarbon group is bonded via an ether bond, such as a phenoxy group, and the aromatic hydrocarbon group is a substituent. It may or may not have.
  • carbon number of an aryl ether group is not specifically limited, Usually, it is the range of 6-40.
  • the aryl thioether group is a group in which the oxygen atom of the ether bond of the aryl ether group is substituted with a sulfur atom.
  • the aromatic hydrocarbon group in the aryl ether group may or may not have a substituent. Although carbon number of an aryl ether group is not specifically limited, Usually, it is the range of 6-40.
  • the aryl group is an aromatic group such as a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, a phenanthryl group, an anthracenyl group, a triphenylenyl group, a terphenyl group, or a pyrenyl group.
  • a hydrocarbon group is shown.
  • the aryl group may or may not have a substituent. Although carbon number of an aryl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 6-40.
  • the heteroaryl group is a furanyl group, a thiophenyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a triazyl group, a quinolinyl group, a pyrazinyl group, a naphthyridyl group, a benzofuranyl group, a benzothiophenyl group, A cyclic aromatic group having one or more atoms other than carbon, such as an indolyl group, a dibenzofuranyl group, a dibenzothiophenyl group, and a carbazolyl group, in the ring, which may be unsubstituted or substituted.
  • carbon number of heteroaryl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-30.
  • the halogen represents fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • the carbonyl group, carboxyl group, oxycarbonyl group, and carbamoyl group may or may not have a substituent.
  • the substituent include an alkyl group, Examples thereof include a cycloalkyl group and an aryl group, and these substituents may be further substituted.
  • the amino group may or may not have a substituent.
  • the substituent include an aryl group and a heteroaryl group.
  • the group may be further substituted.
  • the silyl group refers to a functional group having a bond to a silicon atom such as a trimethylsilyl group, and this has no substituent even if it has a substituent. Also good.
  • carbon number of a silyl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 3-20.
  • the number of silicon is usually in the range of 1 to 6.
  • L is a single bond or a divalent linking group.
  • the divalent linking group include a phenylene group, a naphthylene group, a biphenylene group, a fluorenylene group, a phenanthrylene group, Arylene groups such as terphenylene group, anthracenylene group, pyrenylene group, furanylene group, thiophenylene group, pyridylene group, quinolinylene group, isoquinolinylene group, pyrazinylene group, pyrimidylene group, naphthyridylene group, benzofuranylene group, benzothiophenylene group, indylene group, Examples thereof include heteroarylene groups such as dibenzofuranylene group, dibenzothiophenylene group, and carbazolylene group. These may or may not have a substituent.
  • the light-emitting device of the present invention is a compound in which the light-emitting layer has an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen, and the compound represented by any one of the following general formulas (2) to (4) It is characterized by containing.
  • the light emitting layer contains a compound represented by any one of the following general formulas (2) to (4), which is a compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen, it exhibits high electron injecting and transporting properties. , Luminous efficiency is improved.
  • a stable thin film can be formed, it leads to improvement in durability, which is preferable.
  • the electron-accepting nitrogen mentioned here represents a nitrogen atom forming a multiple bond with an adjacent atom. Since the nitrogen atom has a high electronegativity, the multiple bond has an electron accepting property. Therefore, an aromatic heterocycle containing electron-accepting nitrogen has a high electron affinity. Since the compound of the present invention having electron-accepting nitrogen exhibits high electron injecting and transporting properties, the recombination probability is increased, so that the light emission efficiency is improved.
  • An aromatic heterocyclic group containing an electron-accepting nitrogen is a pyridyl group, a quinolinyl group, an isoquinolinyl group, a quinoxanyl group, a pyrazinyl group, a pyrimidyl group, a pyridazinyl group, a phenanthrolinyl group, an imidazopyridyl group, an acridyl group, a benzoimidazolyl group
  • Aromatic heterocycle having at least one electron-accepting nitrogen atom in the ring as an atom other than carbon among the above heteroaryl groups such as benzoxazolyl group, benzothiazolyl group, bipyridyl group, terpyridyl group, etc.
  • the number of electron-accepting nitrogen contained in one aromatic heterocyclic ring is 1 or 2.
  • the compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen may have three or more electron-accepting nitrogens.
  • the aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen may have an alkyl group or a cycloalkyl group as a substituent.
  • the difference between the decomposition temperature and the sublimation temperature is large because the organic material is deposited at a high temperature for a long time.
  • a compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen when the number of electron-accepting nitrogen contained in one aromatic heterocyclic ring is 3 or more, if it must be deposited at a high temperature, the compound itself There is a possibility that a part of the heat load is deposited by thermal decomposition. There is a concern that such a mixture of degradation products greatly affects device characteristics, particularly the lifetime. In order to suppress this concern, the number of electron-accepting nitrogen contained in one aromatic heterocycle is preferably 2 or less.
  • the compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen is a monoazine compound or diazine compound in which the number of electron-accepting nitrogen contained in one aromatic heterocyclic ring is 2 or less. It is preferable because electrons can be easily received and the electron injecting property to the light emitting layer is increased, so that the recombination probability is increased and the light emission efficiency is improved.
  • the compound having an aromatic heterocyclic group containing an electron-accepting nitrogen is a compound represented by the following general formulas (2) to (4), it exhibits high electron injecting and transporting properties, so that the luminous efficiency is improved. Moreover, since a stable thin film can be formed, it leads to improvement in durability, which is preferable.
  • R 7 to R 11 and R 21 to R 27 may be the same or different from each other, and are a single bond, hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl.
  • R 7 to R 11 may form a ring with adjacent substituents.
  • Ring A or ring B represents a benzene ring having a substituent or not having a substituent, which is condensed at an arbitrary position with an adjacent ring.
  • Y 1 to Y 3 are —N (R 28 ) —, —C (R 29 R 30 ) —, an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • R 28 to R 30 may be the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group, or a heteroaryl group.
  • R 21 to R 30 may form a ring with adjacent substituents.
  • L 11 to L 17 are a single bond or an arylene group.
  • X 1 to X 5 each represents a carbon atom or a nitrogen atom. When X 1 to X 5 are nitrogen atoms, R 7 to R 11 as substituents on the nitrogen atom do not exist. However, the number of nitrogen atoms in X 1 to X 5 is 1 or 2.
  • the arylene groups L 11 to L 17 are formed by removing one hydrogen atom from each of two ring carbon atoms of an aromatic compound (arene). It refers to a divalent group, and examples thereof include a phenylene group, a naphthylene group, a biphenylene group, a fluorenylene group, a phenanthrylene group, a terphenylene group, an anthracenylene group, and a pyrenylene group. These may or may not have a substituent. Description of other substituents is the same as that of the compound represented by the general formula (1).
  • the number of nitrogen atoms in X 1 to X 5 is 1 or 2, and two adjacent ones of X 1 to X 5 do not simultaneously become nitrogen atoms. . Since adjacent two of X 1 to X 5 do not simultaneously become nitrogen atoms, there is no thermally weak nitrogen-nitrogen double bond, and the thermal stability of the whole molecule is improved. In addition, since the number of nitrogen atoms in X 1 to X 5 is 1 or 2, it becomes easier to receive electrons from the electron transport layer, and the electron injecting property to the light emitting layer is increased. This is preferable because the probability is increased and the light emission efficiency is improved.
  • X 1 and X 5 , X 3 and X 5 , or X 1 and X 3 are more preferably nitrogen atoms in terms of both thermal stability and electron injection / transport characteristics.
  • R 7 to R 11 are aryl groups.
  • the high planarity of the ring structure composed of X 1 to X 5 and carbon atoms and the ease of stacking can be suppressed, and stable Since a thin film can be formed and energy can be efficiently transferred to the dopant, highly efficient light emission is possible.
  • R 7 to R 11 are substituted with a phenyl group having no substituent, a phenyl group having an alkyl group as a substituent, a phenyl group having a halogen as a substituent, or a phenyl group for ease of synthesis.
  • a phenyl group as a group is preferable because a stable thin film can be formed.
  • the compound having an indolocarbazole skeleton represented by the general formulas (2) to (4) can also maintain a high triplet level. Since high deactivation can be suppressed, high luminous efficiency is achieved.
  • R 27 is preferably an aryl group from the viewpoint of ease of synthesis.
  • R 27 is preferably a phenyl group because a stable thin film can be formed.
  • carbazole is connected so that the compound represented by General formula (1) may be represented by the following general formula (5) from a viewpoint of synthetic
  • an asymmetric carbazole dimer is preferable. This is because the symmetrical structure has high crystallinity and lacks the stability of the thin film, and the durability of the device is lowered. Further, from the viewpoint of heat resistance, R 1 and R 2 in the general formula (1) are more preferably aryl groups having a substituent or not having a substituent.
  • the compound represented by the general formula (1) can be produced by a known method. That is, although it can be easily synthesized by a Suzuki coupling reaction between a bromo carbazole substituted at the 9-position and a monoboronic acid of carbazole substituted at the 9-position, the production method is not limited thereto.
  • the light emitting device of the present invention has an anode and a cathode, and a hole transport layer and a light emitting layer interposed between the anode and the cathode, and the light emitting layer emits light by electric energy.
  • the layer configuration between the anode and the cathode is composed of a hole transport layer and a light emitting layer, 1) Hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer 2) Hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer 3) Hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer 4)
  • a laminated structure such as a hole injection layer / a hole transport layer / a light emitting layer / an electron transport layer / an electron injection layer may be mentioned.
  • Each of the layers may be either a single layer or a plurality of layers, and may be doped.
  • the anode and the cathode have a role of supplying a sufficient current for light emission of the device, and at least one of the anode and the cathode is preferably transparent or translucent in order to extract light.
  • the anode formed on the substrate is a transparent electrode.
  • the material used for the anode is zinc oxide, tin oxide, indium oxide, tin oxide as long as the material can efficiently inject holes into the organic layer and is transparent or translucent to extract light.
  • Conductive metal oxides such as indium (ITO) and zinc indium oxide (IZO), metals such as gold, silver and chromium, inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, polythiophene, polypyrrole and polyaniline
  • ITO glass or Nesa glass it is particularly desirable to use ITO glass or Nesa glass.
  • These electrode materials may be used alone, or a plurality of materials may be laminated or mixed.
  • the resistance of the transparent electrode is not limited as long as a current sufficient for light emission of the element can be supplied, but it is desirable that the resistance be low from the viewpoint of power consumption of the element.
  • an ITO substrate with a resistance of 300 ⁇ / ⁇ or less will function as a device electrode, but since it is now possible to supply a substrate with a resistance of approximately 10 ⁇ / ⁇ , use a substrate with a low resistance of 20 ⁇ / ⁇ or less. Is particularly desirable.
  • the thickness of ITO can be arbitrarily selected according to the resistance value, but is usually used in a range of 50 to 300 nm.
  • the light emitting element is preferably formed over a substrate.
  • a glass substrate such as soda glass or non-alkali glass is preferably used.
  • the thickness of the glass substrate it is sufficient that the thickness is sufficient to maintain the mechanical strength.
  • alkali-free glass is preferred because it is better that there are fewer ions eluted from the glass.
  • soda lime glass provided with a barrier coat such as SiO 2 is also commercially available and can be used.
  • the substrate need not be glass, and for example, an anode may be formed on a plastic substrate.
  • the ITO film forming method is not particularly limited, such as an electron beam method, a sputtering method, and a chemical reaction method.
  • the material used for the cathode is not particularly limited as long as it can efficiently inject electrons into the light emitting layer.
  • metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, and indium, or alloys and multilayer stacks of these metals with low work function metals such as lithium, sodium, potassium, calcium, and magnesium Is preferred.
  • aluminum, silver, and magnesium are preferable as the main component from the viewpoints of electrical resistance, ease of film formation, film stability, luminous efficiency, and the like.
  • magnesium and silver are preferable because electron injection into the electron transport layer and the electron injection layer in the present invention is facilitated and low voltage driving is possible.
  • metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum and indium, or alloys using these metals, inorganic materials such as silica, titania and silicon nitride, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride
  • an organic polymer compound such as a hydrocarbon polymer compound is laminated on the cathode as a protective film layer.
  • the protective film layer is selected from materials that are light transmissive in the visible light region.
  • the production method of these electrodes is not particularly limited, such as resistance heating, electron beam, sputtering, ion plating and coating. *
  • the hole injection layer is a layer inserted between the anode and the hole transport layer.
  • the hole injection layer may be either a single layer or a plurality of layers stacked.
  • the presence of a hole injection layer between the hole transport layer and the anode is preferable because it not only drives at a lower voltage and improves the durability life, but also improves the carrier balance of the device and the light emission efficiency.
  • the material used for the hole injection layer is not particularly limited.
  • the compound represented by the general formula (1) or (5) can also be used in the hole injection layer, and among these, those having a shallow HOMO level are smoothly transferred from the anode to the hole transport layer. It is more preferably used from the viewpoint of injecting and transporting holes.
  • the acceptor material is a material that forms a charge transfer complex with a hole transporting layer that is in contact when used as a single layer film and a material that forms the hole injection layer when used as a doped film.
  • the conductivity of the hole injection layer is improved, which contributes to lowering of the driving voltage of the device, and the effects of improving the light emission efficiency and improving the durability life can be obtained.
  • acceptor materials include metal chlorides such as iron (III) chloride, aluminum chloride, gallium chloride, indium chloride, antimony chloride, metal oxides such as molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, ruthenium oxide, A charge transfer complex such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate (TBPAH).
  • metal chlorides such as iron (III) chloride, aluminum chloride, gallium chloride, indium chloride, antimony chloride, metal oxides such as molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, ruthenium oxide,
  • a charge transfer complex such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate (TBPAH).
  • organic compounds having a nitro group, cyano group, halogen or trifluoromethyl group in the molecule quinone compounds, acid anhydride compounds, fullerenes, and the like are also preferably used.
  • these compounds include hexacyanobutadiene, hexacyanobenzene, tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane (TCNQ), tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ), a radiane derivative, p-fluoranil, p-chloranil, p-bromanyl, p-benzoquinone, 2,6-dichlorobenzoquinone, 2,5-dichlorobenzoquinone, tetramethylbenzoquinone, 1,2,4,5-tetracyanobenzene, o-dicyanobenzene, p-dicyano Benzene, 1,4-dicyanotetrafluorobenzene, 2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone, p-dinitrobenzene, m-dinitrobenzene, o-dinitrobenzene,
  • the hole injection layer is composed of an acceptor material alone or when the hole injection layer is doped with an acceptor material, the hole injection layer may be a single layer, A plurality of layers may be laminated.
  • the acceptor material is not particularly limited, but is 0.1 to 50 parts by mass, more preferably 0.5 to 20 parts by mass with respect to the compound represented by the general formula (1) or (5). It is preferably used in a range.
  • the hole transport layer is a layer that transports holes injected from the anode to the light emitting layer. Since the compound represented by the general formula (1) or (5) has a high triplet level, high hole transport properties, and thin film stability, it is suitably used for a hole transport layer of a light-emitting element. .
  • the hole transport layer may be a single layer or may be configured by laminating a plurality of layers.
  • the hole transport layer containing the compound represented by the general formula (1) or (5) is preferably in direct contact with the light emitting layer. This is because the compound represented by the general formula (1) or (5) has a high electron blocking property and can prevent intrusion of electrons flowing out from the light emitting layer. Furthermore, since the compound represented by the general formula (1) or (5) has a high triplet level, it also has an effect of confining the excitation energy of the triplet light-emitting material. Therefore, even when the light-emitting layer contains a triplet light-emitting material, the hole transport layer containing the compound represented by the general formula (1) or (5) is preferably in direct contact with the light-emitting layer.
  • the hole transport layer may be composed only of the compound represented by the general formula (1) or (5), or may be mixed with other materials as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • a material group similar to the material used for the hole injection layer can be cited as a preferable example.
  • the HOMO standard is equivalent to or deeper than the material used for the hole injection layer. It is more preferable to select the material of the position.
  • the light emitting layer may be either a single layer or a plurality of layers.
  • each light-emitting layer is formed of a light-emitting material (host material, dopant material), and each light-emitting layer is a host material alone, even if it is a mixture of a host material and a dopant material. Also, it may be a mixture of two types of host materials and one type of dopant material. That is, in the light emitting element of the present invention, only the host material or the dopant material may emit light in each light emitting layer, or both the host material and the dopant material may emit light.
  • the light emitting layer is preferably composed of a mixture of a host material and a dopant material.
  • the host material and the dopant material may be either one kind or a plurality of combinations, respectively.
  • the dopant material may be included in the entire host material or may be partially included.
  • the dopant material may be laminated or dispersed.
  • the dopant material can control the emission color. If the amount of the dopant material is too large, a concentration quenching phenomenon occurs, so that it is preferably used at 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, based on the host material.
  • the doping method can be formed by a co-evaporation method with a host material, but may be simultaneously deposited after being previously mixed with the host material.
  • a compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen has high electron transport properties and thin film stability, and thus is suitably used for a light-emitting layer of a light-emitting element.
  • a compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen has high electron transportability and thin film stability, and thus is preferably used as a host material.
  • compounds having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen have a high triplet level, they are preferably used as a host material for an element using a triplet light-emitting material.
  • compounds having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen particularly preferred compounds are compounds represented by the general formulas (2) to (4).
  • the light-emitting material includes, in addition to a compound having an aromatic heterocyclic group containing electron-accepting nitrogen, a condensed ring derivative such as anthracene or pyrene that has been known as a light emitter, Tris (8 -Quinolinolates) Metal chelated oxinoid compounds such as aluminum, bisstyryl derivatives such as bisstyrylanthracene derivatives and distyrylbenzene derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, indene derivatives, coumarin derivatives, oxadiazole derivatives, pyrrolopyridine derivatives, perinone derivatives , Cyclopentadiene derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazolopyridine derivatives, dibenzofuran derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivatives, polyphenylene vinylene derivatives, polypara Eniren derivative And, polythi
  • the host material contained in the light emitting material need not be limited to a single compound, and a plurality of compounds represented by the general formulas (2) to (4) may be used in combination, or the general formulas (2) to (4) may be used.
  • a compound represented by the above formula and other host materials may be mixed and used.
  • the compounds represented by the general formulas (2) to (4) may be laminated, or the compounds represented by the general formulas (2) to (4) may be laminated with other host materials.
  • Other host materials include, but are not limited to, compounds having a condensed aryl ring such as naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, chrysene, naphthacene, triphenylene, perylene, fluoranthene, fluorene, and indene, and derivatives thereof, N, N′— Aromatic amine derivatives such as dinaphthyl-N, N′-diphenyl-4,4′-diphenyl-1,1′-diamine, metal chelated oxinoid compounds such as tris (8-quinolinato) aluminum (III), di Bisstyryl derivatives such as styrylbenzene derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, indene derivatives, coumarin derivatives, oxadiazole derivatives, pyrrolopyridine derivatives, perinone derivatives, cyclopentadiene derivatives, pyrrolopyrrole derivatives
  • metal chelated oxinoid compounds dibenzofuran derivatives, dibenzothiophene derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivatives, triazine derivatives, triphenylene derivatives, etc. are preferably used.
  • the dopant material contained in the light-emitting material is not particularly limited, but a compound having an aryl ring such as naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, triphenylene, perylene, fluorene, indene, or a derivative thereof (for example, 2- (benzothiazole-2- Yl) -9,10-diphenylanthracene and 5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene), furan, pyrrole, thiophene, silole, 9-silafluorene, 9,9'-spirobisilafluorene, benzothiophene , Benzofuran, indole, dibenzothiophene, dibenzofuran, imidazopyridine, phenanthroline, pyrazine, naphthyridine, quinoxaline, pyrrolopyridine, thioxanthene and other
  • a dopant used when the light emitting layer performs triplet light emission iridium (Ir), ruthenium (Ru), palladium (Pd), platinum (Pt), osmium (Os), and rhenium are used.
  • a metal complex compound containing at least one metal selected from the group consisting of (Re) is preferable.
  • the ligand preferably has a nitrogen-containing aromatic heterocycle such as a phenylpyridine skeleton, a phenylquinoline skeleton, or an N-heterocyclic carbene skeleton.
  • an appropriate complex is selected from the relationship with the required emission color, device performance, and host compound.
  • tris (2-phenylpyridyl) iridium complex tris ⁇ 2- (2-thiophenyl) pyridyl ⁇ iridium complex, tris ⁇ 2- (2-benzothiophenyl) pyridyl ⁇ iridium complex, tris (2-phenyl) Benzothiazole) iridium complex, tris (2-phenylbenzoxazole) iridium complex, trisbenzoquinoline iridium complex, bis (2-phenylpyridyl) (acetylacetonato) iridium complex, bis ⁇ 2- (2-thiophenyl) pyridyl ⁇ iridium Complex, bis ⁇ 2- (2-benzothiophenyl) pyridyl ⁇ (acetylacetonato) iridium complex, bis (2-phenylbenzothiazole) (acetylacetonato) iridium complex, bis (2-phenylbenzox
  • the triplet light-emitting material used as the dopant material may contain only one type in the light-emitting layer, or a mixture of two or more types.
  • the total mass of the dopant material is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, based on the host material. The following examples are given as preferred dopants.
  • the light emitting layer may contain a third component for the purpose of adjusting the carrier balance in the light emitting layer or stabilizing the layer structure of the light emitting layer, in addition to the host material and the triplet light emitting material.
  • a third component for the purpose of adjusting the carrier balance in the light emitting layer or stabilizing the layer structure of the light emitting layer, in addition to the host material and the triplet light emitting material. Specific examples include the following.
  • the electron transport layer is a layer in which electrons are injected from the cathode and further transports electrons.
  • the electron transport layer has high electron injection efficiency, and it is desired to efficiently transport injected electrons.
  • the electron transport layer is required to be a substance having a high electron affinity, a high electron mobility, excellent stability, and a trapping impurity that is unlikely to be generated during manufacture and use.
  • a compound having a molecular weight of 400 or more that maintains a stable film quality is preferable because a low molecular weight compound is likely to be crystallized to deteriorate the film quality.
  • the electron transport layer in the present invention includes a hole blocking layer that can efficiently block the movement of holes as the same meaning.
  • Examples of the electron transport material used for the electron transport layer include condensed polycyclic aromatic derivatives such as naphthalene and anthracene, styryl aromatic ring derivatives represented by 4,4′-bis (diphenylethenyl) biphenyl, anthraquinone and diphenoquinone Quinoline derivatives, phosphorus oxide derivatives, quinolinol complexes such as tris (8-quinolinolato) aluminum (III), benzoquinolinol complexes, hydroxyazole complexes, azomethine complexes, tropolone metal complexes, and flavonol metal complexes.
  • condensed polycyclic aromatic derivatives such as naphthalene and anthracene
  • styryl aromatic ring derivatives represented by 4,4′-bis (diphenylethenyl) biphenyl anthraquinone and diphenoquinone Quinoline derivatives
  • phosphorus oxide derivatives such as tris
  • an electron transport material used in the electron transport layer of the present invention a driving voltage is reduced and high efficiency light emission is obtained. Therefore, among electron accepting nitrogen and carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, silicon, and phosphorus. It is preferable to use a compound having an aromatic heterocyclic structure composed of an element selected from:
  • the electron-accepting nitrogen mentioned here represents a nitrogen atom forming a multiple bond with an adjacent atom. Since the nitrogen atom has a high electronegativity, the multiple bond has an electron accepting property. Therefore, an aromatic heterocycle containing electron-accepting nitrogen has a high electron affinity. An electron transport material having electron-accepting nitrogen makes it easier to receive electrons from a cathode having a high electron affinity, and can be driven at a lower voltage. In addition, since the number of electrons supplied to the light emitting layer increases and the recombination probability increases, the light emission efficiency is improved.
  • heteroaryl ring containing an electron-accepting nitrogen examples include, for example, a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, a quinoline ring, a quinoxaline ring, a naphthyridine ring, a pyrimidopyrimidine ring, a benzoquinoline ring, a phenanthroline ring, an imidazole ring, an oxazole ring, Examples include an oxadiazole ring, a triazole ring, a thiazole ring, a thiadiazole ring, a benzoxazole ring, a benzothiazole ring, a benzimidazole ring, and a phenanthrimidazole ring.
  • Examples of these compounds having a heteroaryl ring structure include benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, benzothiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, quinoline derivatives, benzoates.
  • Preferred compounds include quinoline derivatives, oligopyridine derivatives such as bipyridine and terpyridine, quinoxaline derivatives and naphthyridine derivatives.
  • imidazole derivatives such as tris (N-phenylbenzimidazol-2-yl) benzene and oxadiazole derivatives such as 1,3-bis [(4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazolyl] phenylene Triazole derivatives such as N-naphthyl-2,5-diphenyl-1,3,4-triazole, phenanthroline derivatives such as bathocuproin and 1,3-bis (1,10-phenanthroline-9-yl) benzene, 2,2 Benzoquinoline derivatives such as' -bis (benzo [h] quinolin-2-yl) -9,9'-spirobifluorene, 2,5-bis (6 '-(2', 2 "-bipyridyl))-1 Bipyridine derivatives such as 1,1-dimethyl-3,4-diphenylsilole, 1,3-bis (4 ′-(2,2
  • the condensed polycyclic aromatic skeleton is particularly preferably an anthracene skeleton, a pyrene skeleton or a phenanthroline skeleton.
  • the electron transport material may be used alone, but two or more of the electron transport materials may be mixed and used, or one or more of the other electron transport materials may be mixed with the electron transport material.
  • the preferred electron transport material is not particularly limited, but specific examples include the following.
  • the electron transport material may be used alone, or may be used by mixing donor materials.
  • the donor material is a compound that facilitates electron injection from the cathode or the electron injection layer to the electron transport layer by improving the electron injection barrier and further improves the electrical conductivity of the electron transport layer.
  • Preferred examples of the donor material include alkali metals, inorganic salts containing alkali metals, complexes of alkali metals and organic substances, alkaline earth metals, inorganic salts containing alkaline earth metals, or alkaline earth metals and organic substances. And the like.
  • Preferred types of alkali metals and alkaline earth metals include alkaline metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium that have a large effect of improving the electron transport ability with a low work function, and alkaline earths such as magnesium, calcium, cerium, and barium. A metal is mentioned.
  • inorganic salts include oxides such as LiO and Li 2 O, nitrides, fluorides such as LiF, NaF, and KF, Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , And carbonates such as Cs 2 CO 3 .
  • alkali metal or alkaline earth metal include lithium and cesium from the viewpoint that a large low-voltage driving effect can be obtained.
  • organic substance in the complex with the organic substance include quinolinol, benzoquinolinol, pyridylphenol, flavonol, hydroxyimidazopyridine, hydroxybenzazole, and hydroxytriazole.
  • a complex of an alkali metal and an organic substance is preferable from the viewpoint that the effect of lowering the voltage of the light emitting device is larger, and a complex of lithium and an organic substance is more preferable from the viewpoint of ease of synthesis and thermal stability, Lithium quinolinol, which can be obtained at a low cost, is particularly preferred.
  • the ionization potential of the electron transport layer is not particularly limited, but is preferably 5.6 eV or more and 8.0 eV or less, and more preferably 6.0 eV or more and 7.5 eV or less.
  • the method of forming each layer constituting the light emitting element is not particularly limited, such as resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, molecular lamination method, coating method, etc., but resistance heating vapor deposition or electron beam vapor deposition is usually used in terms of element characteristics. preferable.
  • the thickness of the organic layer which is the total of the above layers, depends on the resistance value of the light emitting substance and cannot be limited, but is preferably 1 to 1000 nm.
  • the film thicknesses of the light emitting layer, the electron transport layer, and the hole transport layer are each preferably 1 nm to 200 nm, and more preferably 5 nm to 100 nm.
  • the light emitting element of the present invention has a function of converting electrical energy into light.
  • a direct current is mainly used as the electric energy, but a pulse current or an alternating current can also be used.
  • the current value and voltage value are not particularly limited, but should be selected so that the maximum luminance can be obtained with as low energy as possible in consideration of the power consumption and lifetime of the device.
  • the light-emitting element of the present invention is suitably used as a display for displaying in a matrix and / or segment system, for example.
  • the matrix method is such that pixels for display are two-dimensionally arranged such as a lattice shape or a mosaic shape, and a character or an image is displayed by a set of pixels.
  • the shape and size of the pixel are determined by the application. For example, a square pixel with a side of 300 ⁇ m or less is usually used for displaying images and characters on a personal computer, monitor, TV, and a pixel with a side of mm order for a large display such as a display panel. become.
  • monochrome display pixels of the same color may be arranged. However, in color display, red, green, and blue pixels are displayed side by side. In this case, there are typically a delta type and a stripe type.
  • the matrix driving method may be either a line sequential driving method or an active matrix. Although the structure of the line sequential drive is simple, the active matrix may be superior in consideration of the operation characteristics, and it is necessary to use it depending on the application.
  • the segment system is a system in which a pattern is formed so as to display predetermined information, and a region determined by the arrangement of the pattern is emitted.
  • a pattern is formed so as to display predetermined information, and a region determined by the arrangement of the pattern is emitted.
  • the time and temperature display in a digital clock or a thermometer the operation state display of an audio device or an electromagnetic cooker, the panel display of an automobile, etc.
  • the matrix display and the segment display may coexist in the same panel.
  • the light-emitting element of the present invention is also preferably used as a backlight for various devices.
  • the backlight is used mainly for the purpose of improving the visibility of a display device that does not emit light, and is used for a liquid crystal display device, a clock, an audio device, an automobile panel, a display panel, a sign, and the like.
  • the light-emitting element of the present invention is preferably used for a backlight for a liquid crystal display device, particularly a personal computer for which a reduction in thickness is being considered, and a backlight that is thinner and lighter than conventional ones can be provided.
  • Example 1 A glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd., 11 ⁇ / ⁇ , sputtered product) on which an ITO transparent conductive film was deposited to 50 nm was cut into 38 ⁇ 46 mm and etched. The obtained substrate was ultrasonically cleaned with “Semico Clean 56” (trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) for 15 minutes and then with ultrapure water. This substrate was subjected to UV-ozone treatment for 1 hour immediately before producing the device, placed in a vacuum deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less. Thereafter, HI-1 was deposited as a hole injection layer to a thickness of 10 nm on the substrate by resistance heating.
  • “Semico Clean 56” trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.
  • NPD NPD
  • HT-1 HT-1
  • the compound H-1 was used as the host material
  • the compound D-1 was used as the dopant material
  • the dopant material was deposited to a thickness of 40 nm so that the doping concentration was 5 mass%.
  • Compound E-1 was laminated to a thickness of 20 nm as an electron transport layer. Subsequently, lithium fluoride of 0.5 nm and aluminum of 60 nm were vapor-deposited to form a cathode, and a 5 ⁇ 5 mm square device was produced.
  • the film thickness here is a display value of a crystal oscillation type film thickness monitor.
  • this light emitting device was DC-driven at 10 mA / cm 2 , green light emission with a luminous efficiency of 25.0 lm / W was obtained.
  • this light emitting device was continuously driven with a direct current of 10 mA / cm 2 , the luminance was reduced by half in 2500 hours.
  • Compounds NPD, HI-1, HT-1, H-1, D-1, and E-1 are the compounds shown below.
  • Examples 2 to 11 A light emitting device was produced in the same manner as in Example 1 except that the materials described in Table 1 were used as the second hole transport layer, the host material, and the dopant material. The results are shown in Table 1.
  • HT-2 to HT-6, H-2 to H-4, D-2 and D-3 are the compounds shown below.
  • Comparative Examples 1-9 A light emitting device was produced in the same manner as in Example 1 except that the materials described in Table 1 were used as the second hole transport layer and the host material. The results are shown in Table 1.
  • HT-7 and H-5 to H-7 are the compounds shown below.
  • Example 13 The electron transport layer has a two-layer structure, and the compound E-2 is deposited as a first electron transport layer to a thickness of 10 nm, and the compound E-1 and a donor metal (Li: lithium) are combined as the second electron transport layer.
  • E-2 is a compound shown below.
  • Example 14 The electron transport layer has a two-layer structure, compound E-2 is deposited as a first electron transport layer to a thickness of 10 nm, and compound E-1 and a donor material (Cs 2 CO 3 : carbonic acid are used as the second electron transport layer.
  • Examples 16-17 A light emitting device was produced in the same manner as in Example 15 except that the materials described in Table 1 were used as the electron transport layer. The results are shown in Table 1. E-4 and E-5 are the compounds shown below.
  • Examples 18-19 A light emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the materials described in Table 1 were used as the electron transport layer. The results are shown in Table 1.
  • Example 20 A glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd., 11 ⁇ / ⁇ , sputtered product) on which an ITO transparent conductive film was deposited to 50 nm was cut into 38 ⁇ 46 mm and etched. The obtained substrate was ultrasonically cleaned with “Semico Clean 56” (trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) for 15 minutes and then with ultrapure water. This substrate was subjected to UV-ozone treatment for 1 hour immediately before producing the device, placed in a vacuum deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less.
  • “Semico Clean 56” trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.
  • compound HI-1 was deposited as a hole injection layer to a thickness of 10 nm on the substrate by resistance heating.
  • 100 nm of NPD was deposited as a first hole transport layer.
  • 50 nm of HT-1 was deposited as a second hole transport layer.
  • Compound H-8 was used as the host material
  • Compound D-4 was used as the dopant material
  • the dopant material was deposited to a thickness of 30 nm so that the doping concentration was 5 mass%.
  • Compound E-1 was laminated to a thickness of 35 nm as an electron transport layer.
  • the film thickness referred to here is a crystal oscillation type film thickness monitor display value.
  • this light emitting device was DC-driven at 10 mA / cm 2 , high efficiency red light emission with a light emission efficiency of 14.0 lm / W was obtained.
  • this light emitting device was continuously driven with a direct current of 10 mA / cm 2 , the luminance was reduced by half in 3000 hours.
  • Compound H-8 is a compound shown below.
  • Examples 21-25 A light emitting device was produced and evaluated in the same manner as in Example 20 except that the materials described in Table 2 were used as the second hole transport layer. The results are shown in Table 2. Compounds HT-8 and HT-9 are the compounds shown below.
  • Comparative Examples 10-13 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 20 except that the compounds described in Table 2 were used as the second hole transport layer and the host material. The results are shown in Table 2. Compounds HT-10 and H-9 are the compounds shown below.
  • Examples 26-27 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 20 except that the materials described in Table 2 were used as the second hole transport layer and the electron transport material. The results are shown in Table 2.
  • Examples 28-36 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 20 except that the compounds described in Table 2 were used as the second hole transport layer and the host material. The results are shown in Table 2. Compounds H-10 to H-18 are the compounds shown below.

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Abstract

　高発光効率と耐久性を両立する発光素子を提供する。本発明の発光素子は、陽極と陰極の間に少なくとも正孔輸送層および発光層を備え、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記正孔輸送層は、特定のカルバゾール骨格を有する化合物を含み、かつ前記発光層は、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物を含有することを特徴とする。

Description

発光素子
　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、本発明は、表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機および光信号発生器などの分野に利用可能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る多色発光が特徴であり、注目を集めている。
　この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって有機薄膜素子が高輝度に発光することを示して以来、多数の実用化検討がなされており、有機薄膜発光素子は、携帯電話のメインディスプレイなどに採用されるなど着実に実用化が進んでいる。しかし、まだ技術的な課題も多く、中でも素子の高効率化と長寿命化の両立は大きな課題のひとつである。
　素子の駆動電圧は、正孔や電子といったキャリアを発光層まで輸送するキャリア輸送材料に大きく左右される。このうち正孔を輸送する材料（正孔輸送材料）としてカルバゾール骨格を有する材料が知られている（例えば、特許文献１～２参照）。
　また、上記カルバゾール骨格を有する材料は高い三重項準位を有することから、発光層のホスト材料として知られている（例えば、特許文献３参照）。さらに、インドロカルバゾール誘導体を、燐光発光性ドーパントとともにホスト材料として含有する有機電界発光素子が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平８－３５４７号公報 大韓民国特許出願公開第２０１０－００７９４５８号公報 特開２００３－１３３０７５号公報 国際公開第２００８／０５６７４６号
　しかしながら、従来の技術では素子の駆動電圧を十分に下げることは困難であった。また、素子の駆動電圧を下げることができたとしても、素子の発光効率、耐久寿命が不十分であった。このように、高い発光効率、さらに耐久寿命も両立させる技術は未だ見出されていない。
　本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、発光効率および耐久寿命を改善した有機薄膜発光素子を提供することを目的とするものである。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の発光素子は、陽極と陰極の間に少なくとも正孔輸送層および発光層を備え、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記正孔輸送層は、下記一般式（１）で表される化合物を含み、かつ前記発光層は、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物であって、下記一般式（２）～（４）のいずれかで表される化合物を含有することを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 （一般式（１）中、Ｒ１～Ｒ４は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ５Ｒ６からなる群より選ばれる。Ｒ５およびＲ６は、アリール基またはヘテロアリール基である。Lは単結合または二価の連結基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
　一般式（２）～（４）中、Ｒ７～Ｒ１１、およびＲ２１～Ｒ２７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、またはシリル基である。環Ａまたは環Ｂは隣接環と任意の位置で縮合する、置換基を有するまたは置換基を有しないベンゼン環を表す。Ｙ１～Ｙ３は、－Ｎ（Ｒ２８）－、－Ｃ（Ｒ２９Ｒ３０）－、酸素原子、または硫黄原子である。Ｒ２８～Ｒ３０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基である。Ｒ２１～Ｒ３０は、隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｌ１１～Ｌ１７は、単結合またはアリーレン基である。Ｘ１～Ｘ５は、炭素原子または窒素原子を表し、Ｘ１～Ｘ５が窒素原子の場合には、窒素原子上の置換基であるＲ７～Ｒ１１は存在しない。但し、Ｘ１～Ｘ５中の窒素原子の数は、１または２である。）
　本発明により、高い発光効率を有し、さらに十分な耐久寿命も兼ね備えた有機電界発光素子を提供することができる。
　本発明は、陽極と陰極の間に少なくとも正孔輸送層および発光層を備え、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記正孔輸送層が下記一般式（１）で表される化合物を含み、かつ前記発光層が電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物を含有することを特徴とする発光素子である。
　本発明に用いられる、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物は、高い電子注入輸送能を有するため、発光層として用いることで高発光効率かつ低駆動電圧の有機薄膜発光素子を与えることができる。しかしながらこの発光層は、非常に高い電子注入輸送能を有するため、組み合わせて用いられる正孔輸送層の種類によっては、発光層内の再結合領域が正孔輸送層側に局在化し、三重項エネルギーと電子が正孔輸送層に漏れるため、素子の発光効率低下と耐久性劣化の要因となることがある。
　これに対し本発明者らは、一般式（１）で表される化合物を正孔輸送層として用いることで、高い発光効率と耐久性の大幅な改善が可能となることを見出した。つまり、一般式（１）で表される化合物は、高い電子ブロック性、高い三重項エネルギーを有しており、発光層内の再結合領域が正孔輸送層側に局在化しても、三重項エネルギーと電子を発光層内に閉じ込めることができるため、高効率化と長寿命化が可能となった。
　すなわち、正孔輸送層に一般式（１）で表される化合物を用い、かつ発光層に電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物を用いることは、高発光効率と耐久性を両立する上で好ましい組み合わせである。
　本発明における一般式（１）で表される化合物について詳細に説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
　一般式（１）中、Ｒ１～Ｒ４は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ５Ｒ６からなる群より選ばれる。Ｒ５およびＲ６は、アリール基またはヘテロアリール基である。Lは単結合または二価の連結基である。
　これらの置換基のうち、水素は重水素であってもよい。
　一般式（１）で表される化合物において、アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基、ｎ－ブチル基、ｓｅｃ－ブチル基、ｔｅｒｔ－ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。置換されている場合の追加の置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができ、この点は、以下の記載にも共通する。また、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、通常１以上２０以下、より好ましくは１以上８以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル、シクロヘキシル、ノルボルニル、アダマンチルなどの飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基部分の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、複素環基とは、例えば、ピラン環、ピペリジン環、環状アミドなどの炭素以外の原子を環内に有する脂肪族環を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。複素環基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、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。シクロアルケニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのエーテル結合を介して脂肪族炭化水素基が結合した官能基を示し、この脂肪族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、アルキルチオ基とは、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アルキルチオ基の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、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。
　一般式（１）で表される化合物において、アリールチオエーテル基とは、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アリールエーテル基における芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、アントラセニル基、トリフェニレニル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、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、ピリミジル基、トリアジル基、キノリニル基、ピラジニル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上３０以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を示す。
　一般式（１）で表される化合物において、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基は、置換基を有していても有していなくてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。
　一般式（１）で表される化合物において、アミノ基は置換基を有していても有していなくてもよく、置換基としては例えばアリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これらの置換基はさらに置換されていてもよい。
　一般式（１）で表される化合物において、シリル基とは、例えば、トリメチルシリル基などのケイ素原子への結合を有する官能基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。シリル基の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。また、ケイ素数は、通常、１以上６以下の範囲である。
　一般式（１）で表される化合物において、Lは単結合または二価の連結基であり、二価の連結基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、フルオレニレン基、フェナントリレン基、ターフェニレン基、アントラセニレン基、ピレニレン基などのアリーレン基、フラニレン基、チオフェニレン基、ピリジレン基、キノリニレン基、イソキノリニレン基、ピラジニレン基、ピリミジレン基、ナフチリジレン基、ベンゾフラニレン基、ベンゾチオフェニレン基、インドリレン基、ジベンゾフラニレン基、ジベンゾチオフェニレン基、カルバゾリレン基などのヘテロアリーレン基が例示される。これらは置換基を有していても有していなくてもよい。
　さらに、本発明の発光素子は、発光層が、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物であって、下記一般式（２）～（４）のいずれかで表される化合物を含有することを特徴とする。発光層が、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物である下記一般式（２）～（４）のいずれかで表される化合物を含有すると、高い電子注入輸送性を示すため、発光効率が向上する。また、安定な薄膜が形成できるため、耐久性の向上につながるため好ましい。
　本発明における電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物について詳細に説明する。
　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。電子受容性窒素を有する本発明の化合物は、高い電子注入輸送性を示すため、再結合確率が高くなるので発光効率が向上する。
　電子受容性窒素を含む芳香族複素環基とは、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、アクリジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ビピリジル基、ターピリジル基など、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芳香族複素環基を示す。本発明で使用する電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物において、１の芳香族複素環に含まれる電子受容性窒素の数は１または２である。但し、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物が、電子受容性窒素を含む芳香族複素環を複数有する場合は、３以上の電子受容性窒素を有していても良い。なお、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基は、アルキル基またはシクロアルキル基を置換基として有していてもよい。
　一般に、有機材料を蒸着する際に、長時間高温下で蒸着を行うため、分解温度と昇華温度の差が大きい方が望ましい。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物において、１の芳香族複素環に含まれる電子受容性窒素の数が３以上となる場合、高温で蒸着しなければならないとすると、化合物自体にかかる熱負荷が大きくなり、その一部が熱分解して蒸着される可能性がある。このような分解物の混入は、素子特性、特に寿命に大きく影響を与える懸念がある。その懸念を抑えるため、１の芳香族複素環に含まれる電子受容性窒素の数は２以下が望ましい。
　電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物が、１の芳香族複素環に含まれる電子受容性窒素の数が２以下であるモノアジン化合物またはジアジン化合物であると、電子輸送層からの電子の受け取りが容易になり、発光層への電子注入性が高くなるため、再結合確率が高くなり発光効率が向上するので好ましい。
　電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物が下記一般式（２）～（４）で表される化合物であると、高い電子注入輸送性を示すため、発光効率が向上する。また、安定な薄膜が形成できるため、耐久性の向上につながるため好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
　一般式（２）～（４）中、Ｒ７～Ｒ１１、およびＲ２１～Ｒ２７はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、単結合、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、またはシリル基である。また、Ｒ７～Ｒ１１は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。環Ａまたは環Ｂは、隣接環と任意の位置で縮合する、置換基を有するまたは置換基を有しないベンゼン環を表す。Ｙ１～Ｙ３は、－Ｎ（Ｒ２８）－、－Ｃ（Ｒ２９Ｒ３０）－、酸素原子、または硫黄原子である。Ｒ２８～Ｒ３０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基である。Ｒ２１～Ｒ３０は、隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｌ１１～Ｌ１７は、単結合またはアリーレン基である。Ｘ１～Ｘ５は、炭素原子または窒素原子を表し、Ｘ１～Ｘ５が窒素原子の場合には、窒素原子上の置換基であるＲ７～Ｒ１１は存在しない。但し、Ｘ１～Ｘ５中の窒素原子の数は、１または２である。
　一般式（２）～（４）において、Ｌ１１～Ｌ１７のアリーレン基とは、芳香族化合物（アレーン）の２個の環炭素原子から、それぞれ１個の水素原子を除去することにより生成する２価の基をいい、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、フルオレニレン基、フェナントリレン基、ターフェニレン基、アントラセニレン基、ピレニレン基などが例示される。これらは置換基を有していても有していなくてもよい。
　その他の置換基の説明は、一般式（１）で表される化合物と同様である。
　一般式（２）～（４）において、Ｘ１～Ｘ５中の窒素原子の数は１または２であり、且つＸ１～Ｘ５のうちの隣接する２つが同時に窒素原子になることはない。Ｘ１～Ｘ５のうちの隣接する２つが同時に窒素原子となることがないため、熱的に弱い窒素－窒素二重結合がなくなり、分子全体の熱的安定性が向上する。また、Ｘ１～Ｘ５中の窒素原子の数は、１または２であることにより、電子輸送層からの電子の受け取りが容易になり、発光層への電子注入性が高くなるため、再結合確率が高くなり発光効率が向上するので好ましい。
　中でも、熱的安定性および電子注入・輸送特性の両立の点で、Ｘ１およびＸ５、Ｘ３およびＸ５、またはＸ１およびＸ３が窒素原子であることがより好ましい。
　さらに、Ｒ７～Ｒ１１の少なくとも２つがアリール基であることが好ましい。Ｒ７～Ｒ１１の少なくとも２つがアリール基であることにより、Ｘ１～Ｘ５と炭素原子から構成される環構造の平面性の高さとスタックのし易さを抑制することができ、安定な薄膜が形成でき、ドーパントへエネルギーを効率良く渡すことができるため、高効率発光が可能となる。
　中でも、合成の容易さから、Ｒ７～Ｒ１１の少なくとも２つが、置換基を有しないフェニル基、アルキル基を置換基として有するフェニル基、ハロゲンを置換基として有するフェニル基、またはフェニル基を置換基として有するフェニル基であることで、安定な薄膜が形成できるため好ましい。
　インドロカルバゾール骨格が高い三重項準位を有するため、一般式（２）～（４）で表されるインドロカルバゾール骨格を有する化合物も高い三重項準位を維持することが可能であり、容易な失活を抑制できるため、高い発光効率が達成される。
　中でも、合成の容易さから、Ｌ１１～Ｌ１７が単結合であって、Ｒ２１～Ｒ２６が水素である化合物が好ましい。
　さらに、Ｒ２７は合成の容易さから、アリール基であることが好ましい。中でも、Ｒ２７がフェニル基であることで、安定な薄膜が形成できるため好ましい。
　電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物として、国際公開第２０１１／１４８９０９号パンフレット、国際公開第２０１１／１３２６８３号パンフレット、国際公開第２０１１／１３２６８４号パンフレット、国際公開第２００８／０５６７４６号パンフレット、国際公開第２００９／０８４５４６号パンフレット、国際公開第２０１０／１３６１０９号パンフレット、国際公開第２０１１／０１９１５６号パンフレット、国際公開第２０１１／１３９０５５号パンフレット、国際公開第２０１１／０５５９３４号パンフレット、韓国特許公開第２０１１－１２００７５号公報、国際公開第２０１１／１３６７５５号パンフレット、国際公開第２０１１／１３６５２０号パンフレット、国際公開第２０１１／１３２８６５号パンフレット、国際公開第２０１２／０２３９４７号パンフレットに記載の化合物が挙げられるが、具体的には以下のような化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
　一般式（１）で表される化合物は、合成の容易さ、正孔輸送性の観点から下記一般式（５）で表されるようにカルバゾール同士が連結されることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
　さらに、発光素子の耐久性向上の観点から、非対称のカルバゾール２量体であることが好ましい。対称構造においては、結晶性が高く薄膜の安定性に欠け、素子の耐久性が低下するためである。
　また、耐熱性の観点から、一般式（１）におけるＲ１、Ｒ２は、置換基を有するまたは置換基を有しないアリール基であることが、より好ましい。
　このような一般式（１）で表される化合物として、国際公開第２０１１／１２２１３２号、国際公開第２０１１／１２５６８０号、国際公開第２０１１／４８８２１号、国際公開第２０１１／４８８２２号、国際公開第２０１１／２４４５１号、国際公開第２０１２／１９８６号、韓国特許公開２０１０－７９４５８号公報に記載のカルバゾール骨格を有する化合物が挙げられるが、具体的には以下のような化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
　一般式（１）で表される化合物は公知の方法で製造できる。すなわち９位が置換されたカルバゾールのブロモ体と、９位が置換されたカルバゾールのモノボロン酸との鈴木カップリング反応で容易に合成できるが、製造方法はこれに限定されない。
　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。本発明の発光素子は、陽極と陰極、およびそれら陽極と陰極との間に介在する正孔輸送層および発光層を有し、該発光層が電気エネルギーにより発光する。
　このような発光素子における陽極と陰極の間の層構成は、正孔輸送層と発光層からなる構成の他に、
１）正孔輸送層／発光層／電子輸送層
２）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層
３）正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層
４）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層
といった積層構成が挙げられる。また、上記各層は、それぞれ単一層、複数層のいずれでもよく、ドーピングされていてもよい。
　本発明の発光素子において、陽極と陰極は、素子の発光のために十分な電流を供給するための役割を有するものであり、光を取り出すために少なくとも一方は透明または半透明であることが望ましい。通常、基板上に形成される陽極を透明電極とする。
　本発明の発光素子において、陽極に用いる材料は、正孔を有機層に効率よく注入できる材料、かつ光を取り出すために透明または半透明であれば、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物、あるいは、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなど特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラスやネサガラスを用いることが特に望ましい。これらの電極材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。透明電極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよいので限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、現在では１０Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、２０Ω／□以下の低抵抗の基板を使用することが特に望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常５０～３００ｎｍの間で用いられることが多い。
　また、発光素子の機械的強度を保つために、発光素子を基板上に形成することが好ましい。基板は、ソーダガラスや無アルカリガラスなどのガラス基板が好適に用いられる。ガラス基板の厚みは、機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、０．５ｍｍ以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。または、ＳｉＯ２などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用することもできる。さらに、第一電極が安定に機能するのであれば、基板はガラスである必要はなく、例えば、プラスチック基板上に陽極を形成しても良い。ＩＴＯ膜形成方法は、電子線ビーム法、スパッタリング法および化学反応法など特に制限を受けるものではない。
　本発明の発光素子において、陰極に用いる材料は、電子を効率よく発光層に注入できる物質であれば特に限定されない。一般的には白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれらの金属とリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの低仕事関数金属との合金や多層積層などが好ましい。中でも、主成分としてはアルミニウム、銀、マグネシウムが電気抵抗値や製膜しやすさ、膜の安定性、発光効率などの面から好ましい。特にマグネシウムと銀で構成されると、本発明における電子輸送層および電子注入層への電子注入が容易になり、低電圧駆動が可能になるため好ましい。
　さらに、陰極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、シリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などの有機高分子化合物を、保護膜層として陰極上に積層することが好ましい例として挙げられる。ただし、陰極側から光を取り出す素子構造（トップエミッション構造）の場合は、保護膜層は可視光領域で光透過性のある材料から選択される。これらの電極の作製法は、抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなど特に制限されない。　
　本発明の発光素子において、正孔注入層は陽極と正孔輸送層の間に挿入される層である。正孔注入層は１層であっても複数の層が積層されていてもどちらでもよい。正孔輸送層と陽極の間に正孔注入層が存在すると、より低電圧駆動し、耐久寿命も向上するだけでなく、さらに素子のキャリアバランスが向上して発光効率も向上するため好ましい。
　正孔注入層に用いられる材料は特に限定されないが、例えば、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（ＴＰＤ）、４，４’－ビス（Ｎ－（１－ナフチル）－Ｎ－フェニルアミノ）ビフェニル（ＮＰＤ）、４，４’－ビス（Ｎ，Ｎ－ビス（４－ビフェニリル）アミノ）ビフェニル（ＴＢＤＢ）、ビス（Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－４－アミノフェニル）－Ｎ，Ｎ－ジフェニル－４，４’－ジアミノ－１，１’－ビフェニル（ＴＰＤ２３２）といったベンジジン誘導体、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（ｍ－ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４”－トリス（１－ナフチル（フェニル）アミノ）トリフェニルアミン（１－ＴＮＡＴＡ）などのスターバーストアリールアミンと呼ばれる材料群、ビス（Ｎ－アリールカルバゾール）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、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、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用いられる。一般式（１）または（５）で表される化合物も、同様に正孔注入層に用いることができ、これらの中でも浅いＨＯＭＯ準位を有するものが、陽極から正孔輸送層へ円滑に正孔を注入輸送するという観点からより好ましく用いられる。
　これらの材料は単独で用いてもよいし、２種以上の材料を混合して用いてもよい。また、複数の材料を積層して正孔注入層としてもよい。さらにこの正孔注入層が、アクセプター性材料単独で構成されているか、または上記のような正孔注入材料にアクセプター性材料をドープして用いると、上述した効果がより顕著に得られるのでより好ましい。アクセプター性材料とは、単層膜として用いる場合は接している正孔輸送層と、ドープして用いる場合は正孔注入層を構成する材料と電荷移動錯体を形成する材料である。このような材料を用いると正孔注入層の導電性が向上し、より素子の駆動電圧低下に寄与し、発光効率の向上、耐久寿命向上といった効果が得られる。
　アクセプター性材料の例としては、塩化鉄（ＩＩＩ）、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、塩化アンチモンのような金属塩化物、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ルテニウムのような金属酸化物、トリス（４－ブロモフェニル）アミニウムヘキサクロロアンチモネート（ＴＢＰＡＨ）のような電荷移動錯体が挙げられる。また分子内にニトロ基、シアノ基、ハロゲンまたはトリフルオロメチル基を有する有機化合物や、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなども好適に用いられる。これらの化合物の具体的な例としては、ヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４－ＴＣＮＱ）、ラジアレーン誘導体、ｐ－フルオラニル、ｐ－クロラニル、ｐ－ブロマニル、ｐ－ベンゾキノン、２，６－ジクロロベンゾキノン、２，５－ジクロロベンゾキノン、テトラメチルベンゾキノン、１，２，４，５－テトラシアノベンゼン、ｏ－ジシアノベンゼン、ｐ－ジシアノベンゼン、１，４－ジシアノテトラフルオロベンゼン、２，３－ジクロロ－５，６－ジシアノベンゾキノン、ｐ－ジニトロベンゼン、ｍ－ジニトロベンゼン、ｏ－ジニトロベンゼン、ｐ－シアノニトロベンゼン、ｍ－シアノニトロベンゼン、ｏ－シアノニトロベンゼン、１，４－ナフトキノン、２，３－ジクロロナフトキノン、１－ニトロナフタレン、２－ニトロナフタレン、１，３－ジニトロナフタレン、１，５－ジニトロナフタレン、９－シアノアントラセン、９－ニトロアントラセン、９，１０－アントラキノン、１，３，６，８－テトラニトロカルバゾール、２，４，７－トリニトロ－９－フルオレノン、２，３，５，６－テトラシアノピリジン、マレイン酸無水物、フタル酸無水物、Ｃ６０、およびＣ７０などが挙げられる。
　これらの中でも、金属酸化物やシアノ基含有化合物が取り扱いやすく、蒸着もしやすいことから、容易に上述した効果が得られるので好ましい。正孔注入層がアクセプター性材料単独で構成される場合、または正孔注入層にアクセプター性材料がドープされている場合のいずれの場合も、正孔注入層は１層であってもよいし、複数の層が積層されて構成されていてもよい。
　アクセプター性材料は、特に限定されるものではないが、一般式（１）または（５）で表される化合物に対して０．１～５０質量部、さらに好ましくは０．５～２０質量部の範囲で用いられるのが好ましい。
　本発明の発光素子において、正孔輸送層は、陽極から注入された正孔を発光層まで輸送する層である。一般式（１）または（５）で表される化合物は、高い三重項準位、高い正孔輸送特性および薄膜安定性を有しているため、発光素子の正孔輸送層に好適に用いられる。正孔輸送層は単層であっても複数の層が積層されて構成されていてもどちらでもよい。
　複数層の正孔輸送層から構成される場合は、一般式（１）または（５）で表される化合物を含む正孔輸送層は、発光層に直接接していることが好ましい。一般式（１）または（５）で表される化合物は高い電子ブロック性を有しており、発光層から流れ出る電子の侵入を防止することができるからである。さらに、一般式（１）または（５）で表される化合物は、高い三重項準位を有しているため、三重項発光材料の励起エネルギーを閉じ込める効果も有している。そのため、発光層に三重項発光材料が含まれる場合も、一般式（１）または（５）で表される化合物を含む正孔輸送層は、発光層に直接接していることが好ましい。
　正孔輸送層は、一般式（１）または（５）で表される化合物のみから構成されていてもよいし、本発明の効果を損なわない範囲で他の材料が混合されていてもよい。この場合、上記の正孔注入層に用いられる材料と同様の材料群が好ましい例として挙げられるが、正孔輸送層に用いる場合は、正孔注入層に用いる材料と同等もしくはそれより深いＨＯＭＯ準位の材料を選択することがより好ましい。この場合、用いられる他の材料としては、例えば、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（ＴＰＤ）、４，４’－ビス（Ｎ－（１－ナフチル）－Ｎ－フェニルアミノ）ビフェニル（ＮＰＤ）、４，４’－ビス（Ｎ，Ｎ－ビス（４－ビフェニリル）アミノ）ビフェニル（ＴＢＤＢ）、ビス（Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－４－アミノフェニル）－Ｎ，Ｎ－ジフェニル－４，４’－ジアミノ－１，１’－ビフェニル（ＴＰＤ２３２）といったベンジジン誘導体、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（ｍ－ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４”－トリス（１－ナフチル（フェニル）アミノ）トリフェニルアミン（１－ＴＮＡＴＡ）などのスターバーストアリールアミンと呼ばれる材料群、ビス（Ｎ－アリールカルバゾール）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、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、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挙げられる。
　本発明の発光素子において、発光層は単一層、複数層のどちらでもよい。発光層が複数層である場合、各発光層は発光材料（ホスト材料、ドーパント材料）によりそれぞれ形成され、各発光層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、２種類のホスト材料と１種類のドーパント材料との混合物であっても、いずれでもよい。すなわち、本発明の発光素子では、各発光層において、ホスト材料もしくはドーパント材料のみが発光してもよいし、ホスト材料とドーパント材料がともに発光してもよい。電気エネルギーを効率よく利用し、高色純度の発光を得るという観点からは、発光層はホスト材料とドーパント材料の混合からなることが好ましい。また、ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれでもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれでもよい。ドーパント材料は発光色の制御ができる。ドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、ホスト材料に対して３０質量％以下で用いることが好ましく、さらに好ましくは２０質量％以下である。ドーピング方法は、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。
　電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物は、高い電子輸送性および薄膜安定性を有しているため、発光素子の発光層に好適に用いられる。また、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物は、高い電子輸送性および薄膜安定性を有しているため、ホスト材料に用いることが好ましい。
　さらに、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物は、高い三重項準位を有するものが多いことから、三重項発光材料を使用した素子のホスト材料として用いることが好ましい。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物として、特に好適なものは、一般式（２）～（４）で表される化合物を挙げることができる。
　本発明の発光素子において、発光材料は、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物の他に、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレンなどの縮合環誘導体、トリス（８－キノリノラート）アルミニウムをはじ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。
　発光材料に含有されるホスト材料は、化合物一種のみに限る必要はなく、一般式（２）～（４）で表される化合物を複数混合して用いたり、一般式（２）～（４）で表される化合物とその他のホスト材料とを混合して用いてもよい。また、一般式（２）～（４）で表される化合物を積層、または一般式（２）～（４）で表される化合物とその他のホスト材料とを積層して用いてもよい。他の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、これらに限定されるものではない。中でも、発光層が三重項発光（りん光発光）を行う際に用いられるホストとしては、金属キレート化オキシノイド化合物、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、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、トリフェニレン誘導体などが好適に用いられる。
　発光材料に含有されるドーパント材料は、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、トリフェニレン、ペリレン、フルオレン、インデンなどの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、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。
　中でも、発光層が三重項発光（りん光発光）を行う際に用いられるドーパントとしては、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びレニウム（Ｒｅ）からなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体化合物であることが好ましい。配位子は、フェニルピリジン骨格、フェニルキノリン骨格、またはN－ヘテロ環状カルベン骨格などの含窒素芳香族複素環を有することが好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、要求される発光色、素子性能、ホスト化合物との関係から適切な錯体が選ばれる。具体的には、トリス（２－フェニルピリジル）イリジウム錯体、トリス｛２－（２－チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、トリス｛２－（２－ベンゾチオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、トリス（２－フェニルベンゾチアゾール）イリジウム錯体、トリス（２－フェニルベンゾオキサゾール）イリジウム錯体、トリスベンゾキノリンイリジウム錯体、ビス（２－フェニルピリジル）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２－（２－チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、ビス｛２－（２－ベンゾチオフェニル）ピリジル｝（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（２－フェニルベンゾチアゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（２－フェニルベンゾオキサゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビスベンゾキノリン（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２－（２，４－ジフルオロフェニル）ピリジル｝（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、テトラエチルポルフィリン白金錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセトン）モノ（１，１０－フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセトン）モノ（４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、｛トリス（１，３－ジフェニル－１，３－プロパンジオン）モノ（１，１０－フェナントロリン）｝ユーロピウム錯体、トリスアセチルアセトンテルビウム錯体などが挙げられる。また、特開２００９－１３０１４１号公報に記載されているリン光ドーパントも好適に用いられる。これらに限定されるものではないが、高効率発光が得られやすいことから、イリジウム錯体または白金錯体が好ましく用いられる。
　ドーパント材料として用いられる上記三重項発光材料は、発光層中に各々一種類のみが含まれていてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。三重項発光材料を二種以上用いる際には、ドーパント材料の総質量がホスト材料に対して３０質量％以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０質量％以下である。好ましいドーパントとして、以下のような例が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
　更に、発光層は、上記ホスト材料および三重項発光材料の他に、発光層内のキャリヤバランスの調整、または発光層の層構造の安定化を目的とした第３成分を含んでいてもよい。具体的には以下のような例が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
　本発明の発光素子において、電子輸送層とは、陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送する層である。電子輸送層には、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが望まれる。そのため電子輸送層は、電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。特に膜厚を厚く積層する場合には、低分子量の化合物は結晶化するなどして膜質が劣化しやすいため、安定な膜質を保つ分子量４００以上の化合物が好ましい。しかしながら、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、電子輸送層が陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを効率よく阻止できる役割を主に果たすならば、電子輸送能力がそれ程高くない材料で構成されていても、発光効率を向上させる効果は電子輸送能力が高い材料で構成されている場合と同等となる。したがって、本発明における電子輸送層には、正孔の移動を効率よく阻止できる正孔阻止層も同義のものとして含まれる。
　電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、ナフタレン、アントラセンなどの縮合多環芳香族誘導体、４，４’－ビス（ジフェニルエテニル）ビフェニルに代表されるスチリル系芳香環誘導体、アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体、リンオキサイド誘導体、トリス（８－キノリノラート）アルミニウム（III）などのキノリノール錯体、ベンゾキノリノール錯体、ヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体およびフラボノール金属錯体などの各種金属錯体が挙げられる。本発明の電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、駆動電圧を低減し、高効率発光が得られることから、電子受容性窒素、ならびに炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、およびリンの中から選ばれる元素で構成される芳香族複素環構造を有する化合物を用いることが好ましい。
　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。電子受容性窒素を有する電子輸送材料は、高い電子親和力を有する陰極からの電子を受け取りやすくし、より低電圧駆動が可能となる。また、発光層への電子の供給が多くなり、再結合確率が高くなるので発光効率が向上する。
　電子受容性窒素を含むヘテロアリール環としては、例えば、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、キノリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、ピリミドピリミジン環、ベンゾキノリン環、フェナントロリン環、イミダゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、フェナンスロイミダゾール環などが挙げられる。
　これらのヘテロアリール環構造を有する化合物としては、例えば、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジンやターピリジンなどのオリゴピリジン誘導体、キノキサリン誘導体およびナフチリジン誘導体などが好ましい化合物として挙げられる。中でも、トリス（Ｎ－フェニルベンズイミダゾール－２－イル）ベンゼンなどのイミダゾール誘導体、１，３－ビス［（４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニル）－１，３，４－オキサジアゾリル］フェニレンなどのオキサジアゾール誘導体、Ｎ－ナフチル－２，５－ジフェニル－１，３，４－トリアゾールなどのトリアゾール誘導体、バソクプロインや１，３－ビス（１，１０－フェナントロリン－９－イル）ベンゼンなどのフェナントロリン誘導体、２，２’－ビス（ベンゾ［ｈ］キノリン－２－イル）－９，９’－スピロビフルオレンなどのベンゾキノリン誘導体、２，５－ビス（６’－（２’，２”－ビピリジル））－１，１－ジメチル－３，４－ジフェニルシロールなどのビピリジン誘導体、１，３－ビス（４’－（２，２’：６’２”－ターピリジニル））ベンゼンなどのターピリジン誘導体、ビス（１－ナフチル）－４－（１，８－ナフチリジン－２－イル）フェニルホスフィンオキサイドなどのナフチリジン誘導体が、電子輸送能の観点から好ましく用いられる。また、これらの誘導体が、縮合多環芳香族骨格を有していると、ガラス転移温度が向上すると共に、電子移動度も大きくなり発光素子の低電圧化の効果が大きいのでより好ましい。さらに、素子耐久寿命が向上し、合成のし易さ、原料入手が容易であることを考慮すると、縮合多環芳香族骨格は、アントラセン骨格、ピレン骨格またはフェナントロリン骨格であることが特に好ましい。上記電子輸送材料は単独でも用いられるが、上記電子輸送材料の２種以上を混合して用いたり、その他の電子輸送材料の一種以上を上記の電子輸送材料に混合して用いても構わない。
　好ましい電子輸送材料としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
　上記電子輸送材料は単独でも用いられるが、ドナー性材料を混合して用いてもよい。ここで、ドナー性材料とは電子注入障壁の改善により、陰極または電子注入層からの電子輸送層への電子注入を容易にし、さらに電子輸送層の電気伝導性を向上させる化合物である。
　ドナー性材料の好ましい例としては、アルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体などが挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属の好ましい種類としては、低仕事関数で電子輸送能向上の効果が大きいリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムといったアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウム、セリウム、バリウムといったアルカリ土類金属が挙げられる。
　また、真空中での蒸着が容易で取り扱いに優れることから、金属単体よりも無機塩、あるいは有機物との錯体の状態であることが好ましい。さらに、大気中での取扱を容易にし、添加濃度の制御のし易さの点で、有機物との錯体の状態にあることがより好ましい。無機塩の例としては、ＬｉＯ、Ｌｉ２Ｏ等の酸化物、窒化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ等のフッ化物、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｒｂ２ＣＯ３、Ｃｓ２ＣＯ３等の炭酸塩などが挙げられる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の好ましい例としては、大きな低電圧駆動効果が得られるという観点ではリチウム、セシウムが挙げられる。また、有機物との錯体における有機物の好ましい例としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、ピリジルフェノール、フラボノール、ヒドロキシイミダゾピリジン、ヒドロキシベンズアゾール、ヒドロキシトリアゾールなどが挙げられる。中でも、より発光素子の低電圧化の効果が大きいという観点ではアルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、さらに合成のしやすさ、熱安定性という観点からリチウムと有機物との錯体がより好ましく、比較的安価で入手できるリチウムキノリノールが特に好ましい。
　電子輸送層のイオン化ポテンシャルは、特に限定されないが、好ましくは５．６ｅＶ以上８．０ｅＶ以下であり、より好ましくは６．０ｅＶ以上７．５ｅＶ以下である。
　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。
　本発明の発光素子において、上記の各層の合計である有機層の厚みは、発光物質の抵抗値にもよるので限定することはできないが、１～１０００ｎｍであることが好ましい。発光層、電子輸送層、正孔輸送層の膜厚はそれぞれ、好ましくは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
　本発明の発光素子は、電気エネルギーを光に変換できる機能を有する。ここで電気エネルギーとしては主に直流電流が使用されるが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値および電圧値は特に制限はないが、素子の消費電力や寿命を考慮すると、できるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるよう選ばれるべきである。
　本発明の発光素子は、例えば、マトリクスおよび／またはセグメント方式で表示するディスプレイとして好適に用いられる。
　本発明の発光素子において、マトリクス方式とは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置され、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が３００μｍ以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がｍｍオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法は、線順次駆動方法やアクティブマトリクスのどちらでもよい。線順次駆動はその構造が簡単であるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリクスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。
　本発明の発光素子において、セグメント方式とは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、このパターンの配置によって決められた領域を発光させる方式である。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などが挙げられる。そして、前記マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。
　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、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
　実施例１
　ＩＴＯ透明導電膜を５０ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断し、エッチングを行った。得られた基板を“セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）で１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、素子を作製する直前に１時間ＵＶ－オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０－４Ｐａ以下になるまで排気した。その後、基板上に、抵抗加熱法によって、正孔注入層としてＨＩ－１を１０ｎｍ蒸着した。次に、第一正孔輸送層として、ＮＰＤを１００ｎｍ蒸着した。次に、第二正孔輸送層として、ＨＴ－１を２０ｎｍ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料に化合物Ｈ－１を、ドーパント材料に化合物Ｄ－１を用い、ドーパント材料のドープ濃度が５質量％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Ｅ－１を２０ｎｍの厚さに積層した。
　続いて、フッ化リチウムを０．５ｎｍ、アルミニウムを６０ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の素子を作製した。ここでいう膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２で直流駆動したところ、発光効率２５．０ｌｍ／Ｗの緑色発光が得られた。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２の直流で連続駆動したところ、２５００時間で輝度半減した。なお化合物ＮＰＤ、ＨＩ－１、ＨＴ－１、Ｈ－１、Ｄ－１、Ｅ－１は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
　実施例２～１１
　第二正孔輸送層、ホスト材料、ドーパント材料として表１に記載した材料を用いたこと以外は実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果を表１に示す。なお、ＨＴ－２～ＨＴ－６、Ｈ－２～Ｈ－４、Ｄ－２、Ｄ－３は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
　比較例１～９
　第二正孔輸送層、ホスト材料として表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。結果を表１に示す。なお、ＨＴ－７、Ｈ－５～Ｈ－７は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
　実施例１２
　電子輸送材料として表1に記載した材料を用い、化合物Ｅ－１の代わりに化合物Ｅ－１とドナー性金属（Ｌｉ：リチウム）の共蒸着膜を蒸着速度比１００：１（＝０．２ｎｍ／ｓ：０．００２ｎｍ／ｓ）で用いたこと以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果を表１に示す。
　実施例１３
　電子輸送層を二層積層構成とし、第一電子輸送層として化合物Ｅ－２を１０ｎｍの厚さに蒸着し、第二電子輸送層として化合物Ｅ－１とドナー性金属（Ｌｉ：リチウム）の共蒸着膜を蒸着速度比１００：１（＝０．２ｎｍ／ｓ：０．００２ｎｍ／ｓ）で２５ｎｍの厚さに蒸着して積層した以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果を表１に示す。なお、Ｅ－２は以下に示す化合物である。
　実施例１４
　電子輸送層を二層積層構成とし、第一電子輸送層として化合物Ｅ－２を１０ｎｍの厚さに蒸着し、第二電子輸送層として化合物Ｅ－１とドナー性材料（Ｃｓ２ＣＯ３：炭酸セシウム）の共蒸着膜を蒸着速度比１００：１（＝０．２ｎｍ／ｓ：０．００２ｎｍ／ｓ）で２５ｎｍの厚さに蒸着して積層した以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果を表１に示す。
　実施例１５
　電子輸送層として表１に記載した材料を用い、化合物Ｅ－１の代わりに化合物Ｅ－３とドナー性材料（Ｌｉｑ：リチウムキノリノール）の共蒸着膜を蒸着速度比１：１（＝０．０５ｎｍ／ｓ：０．０５ｎｍ／ｓ）で用いたこと以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果を表１に示す。なお、Ｅ－３は以下に示す化合物である。
　実施例１６～１７
　電子輸送層として表１に記載した材料を用いたこと以外は、実施例１５と同様にして発光素子を作製した。結果を表１に示す。なお、Ｅ－４、Ｅ－５は以下に示す化合物である。
　実施例１８～１９
　電子輸送層として表１に記載した材料を用いたこと以外は実施例１と同様にして発光素子を作製した。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000050
　実施例２０
　ＩＴＯ透明導電膜を５０ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断し、エッチングを行った。得られた基板を　“セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）で１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、素子を作製する直前に１時間ＵＶ－オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０－４Ｐａ以下になるまで排気した。その後、基板上に、抵抗加熱法によって、正孔注入層として化合物ＨＩ－１を１０ｎｍ蒸着した。次に、第一正孔輸送層として、ＮＰＤを１００ｎｍ蒸着した。次に、第二正孔輸送層として、ＨＴ－１を５０ｎｍ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料に化合物Ｈ－８を、ドーパント材料に化合物Ｄ－４を用い、ドーパント材料のドープ濃度が５質量％になるようにして３０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、電子輸送層として、化合物Ｅ－１を３５ｎｍの厚さに積層した。
　続いて、フッ化リチウムを０．５ｎｍ蒸着した後、アルミニウムを１０００ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２で直流駆動したところ、発光効率１４．０ｌｍ／Ｗの高効率赤色発光が得られた。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２の直流で連続駆動したところ、３０００時間で輝度半減した。なお化合物Ｈ－８は以下に示す化合物である。
　実施例２１～２５
　第二正孔輸送層として表２に記載した材料を用いたこと以外は実施例２０と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。なお化合物ＨＴ－８、ＨＴ－９は以下に示す化合物である。
　比較例１０～１３
　第二正孔輸送層、ホスト材料として表２に記載した化合物を用いたこと以外は、実施例２０と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。なお化合物ＨＴ－１０、Ｈ－９は以下に示す化合物である。
　実施例２６～２７
　第２正孔輸送層、および電子輸送材料として表２に記載した材料を用いたこと以外は、実施例２０と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
　実施例２８～３６
　第二正孔輸送層、ホスト材料として表２に記載した化合物を用いたこと以外は、実施例２０と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。なお化合物Ｈ－１０～Ｈ－１８は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000053

Claims (7)

  1. 　陽極と陰極の間に少なくとも正孔輸送層および発光層を備え、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、
    　前記正孔輸送層は下記一般式（１）で表される化合物を含み、かつ前記発光層は、電子受容性窒素を含む芳香族複素環基を有する化合物であって、下記一般式（２）～（４）のいずれかで表される化合物を含有することを特徴とする発光素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     （一般式（１）中、Ｒ１～Ｒ４は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基、－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ５Ｒ６からなる群より選ばれる。Ｒ５およびＲ６は、アリール基またはヘテロアリール基である。Lは単結合または二価の連結基である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     一般式（２）～（４）中、Ｒ７～Ｒ１１、およびＲ２１～Ｒ２７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、またはシリル基である。また、Ｒ７～Ｒ１１は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。環Ａまたは環Ｂは隣接環と任意の位置で縮合する、置換基を有するまたは置換基を有しないベンゼン環を表す。Ｙ１～Ｙ３は、－Ｎ（Ｒ２８）－、－Ｃ（Ｒ２９Ｒ３０）－、酸素原子、または硫黄原子である。Ｒ２８～Ｒ３０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基である。Ｒ２１～Ｒ３０は、隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｌ１１～Ｌ１７は、単結合またはアリーレン基である。Ｘ１～Ｘ５は、炭素原子または窒素原子を表し、Ｘ１～Ｘ５が窒素原子の場合には、窒素原子上の置換基であるＲ７～Ｒ１１は存在しない。但し、Ｘ１～Ｘ５中の窒素原子の数は、１または２である。）
  2. 　前記正孔輸送層は、下記一般式（５）で表される化合物であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
     （式（５）中、Ｒ１～Ｒ４は前記と同様である。）
  3. 　前記一般式（１）において、Ｒ１とＲ２が異なる基であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　前記一般式（１）において、Ｒ１とＲ２が共に置換基を有するまたは置換基を有しないアリール基であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の発光素子。
  5. 　前記一般式（１）において、Ｒ１がフェニル基であり、Ｒ２がジフェニルフェニル基、トリフェニルフェニル基、テトラフェニルフェニル基またはペンタフェニルフェニル基であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の発光素子。
  6. 　前記一般式（２）～（４）において、Ｘ１およびＸ５、またはＸ３およびＸ５、またはＸ１およびＸ３が窒素原子であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の発光素子。
  7. 　前記陽極と前記陰極の間に少なくとも電子輸送層を備え、該電子輸送層は、電子受容性窒素、ならびに炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、およびリンの中から選ばれる元素で構成されるヘテロアリール環構造を有する化合物を含有することを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の発光素子。
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