WO2014007022A1 - 発光素子材料および発光素子 - Google Patents

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WO2014007022A1
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light emitting
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layer
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松木真一
長尾和真
新井猛
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東レ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element capable of converting electric energy into light and a light emitting element material used therefor. 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 light-emitting element materials used therefor. .
  • 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 depends greatly on the 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 (see, for example, Patent Document 3), and is particularly used as a material for confining triplet excitons from a phosphorescent light emitting layer. It has been proposed (see, for example, Patent Document 4).
  • JP-A-8-3547 Korean Patent Application Publication No. 2010-0079458 International Publication No. 2011/024451 International Publication No. 2012/001986
  • 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.
  • the present invention is a light emitting device material comprising a compound represented by the following general formula (1).
  • R 1 to R 16 may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, a halogen, a carbonyl group, a carboxyl group, an oxycarbonyl group, It is selected from the group consisting of a carbamoyl group, a silyl group, and —P ( ⁇ O) R 17 R 18 .
  • R 17 and R 18 are an aryl group or a heteroaryl group. However, two carbazole skeletons are linked at any position of R 1 to R 8 and any position of R 9 to R 16 .
  • Ar 1 and Ar 3 may be the same or different and each represents a substituted or unsubstituted phenyl group.
  • Ar 2 represents a substituted or unsubstituted phenylene group.
  • Ar 4 is a group represented by the following formula (A) or (B).
  • R 19 to R 36 may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, a halogen, a carbonyl group, a carboxyl group, an oxycarbonyl group, It is selected from the group consisting of a carbamoyl group, a silyl group, and —P ( ⁇ O) R 37 R 38 .
  • R 37 and R 38 are an aryl group or a heteroaryl group.
  • X is an oxygen atom, a sulfur atom, or N—Ar 5 .
  • Ar 5 represents a substituted or unsubstituted phenyl group.
  • Y represents a carbon atom, and n is 0 or 1. When n is 1, Y may be substituted with an alkyl group.
  • an organic electroluminescent device having high luminous efficiency and further having a sufficient durability life.
  • R 1 to R 16 may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, a halogen, a carbonyl group, a carboxyl group, an oxycarbonyl group, It is selected from the group consisting of a carbamoyl group, a silyl group, and —P ( ⁇ O) R 17 R 18 .
  • R 17 and R 18 are an aryl group or a heteroaryl group. However, two carbazole skeletons are linked at any position of R 1 to R 8 and any position of R 9 to R 16 .
  • Ar 1 and Ar 3 may be the same or different and each represents a substituted or unsubstituted phenyl group.
  • Ar 2 represents a substituted or unsubstituted phenylene group.
  • Ar 4 is a group represented by the following formula (A) or (B).
  • R 19 to R 36 may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, a halogen, a carbonyl group, a carboxyl group, an oxycarbonyl group, It is selected from the group consisting of a carbamoyl group, a silyl group, and —P ( ⁇ O) R 37 R 38 .
  • R 37 and R 38 are an aryl group or a heteroaryl group.
  • X is an oxygen atom, a sulfur atom, or N—Ar 5 .
  • Ar 5 represents a substituted or unsubstituted phenyl group.
  • Y represents a carbon atom, and n is 0 or 1. When n is 1, Y may be substituted with an alkyl group.
  • hydrogen may be deuterium.
  • hydrogen in an unsubstituted phenyl group or the like may be deuterium.
  • the alkyl group represents, for example, a saturated aliphatic hydrocarbon 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, which is a substituent. It may or may not have.
  • 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 in terms of availability and cost.
  • the cycloalkyl group represents, for example, a saturated alicyclic hydrocarbon group such as cyclopropyl, cyclohexyl, norbornyl, adamantyl, etc., which may or may not have a substituent.
  • 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, a piperidine ring, and a cyclic amide, in the ring, which may or may not have a substituent. .
  • carbon number of a heterocyclic group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • alkenyl group refers to an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a double bond such as a vinyl group, an allyl group, or a butadienyl group, which may or may not have a substituent.
  • carbon number of an alkenyl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • the cycloalkenyl group refers to an unsaturated alicyclic hydrocarbon group containing a double bond such as a cyclopentenyl group, a cyclopentadienyl group, or a cyclohexenyl group, which may have a substituent. You don't have to. Although carbon number of a cycloalkenyl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • the alkynyl group indicates, for example, an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a triple bond such as an ethynyl group, which may or may not have a substituent.
  • carbon number of an alkynyl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-20.
  • Halogen means fluorine, chlorine, bromine and iodine.
  • the carbonyl group, carboxyl group, oxycarbonyl group and carbamoyl group may or may not have a substituent.
  • the silyl group refers to, for example, a functional group having a bond to a silicon atom such as a trimethylsilyl group, which may or may not have a substituent.
  • 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.
  • —P ( ⁇ O) R 17 R 18 may or may not have a substituent.
  • the aryl group refers to, for example, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, a phenanthryl group, a triphenylenyl group, or a terphenyl group.
  • 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.
  • a heteroaryl group is a ring having one or more atoms other than carbon such as furanyl group, thiophenyl group, pyridyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, triazinyl group, benzofuranyl group, benzothiophenyl group, indolyl group in the ring.
  • carbon number of heteroaryl group is not specifically limited, Usually, it is the range of 2-30.
  • the arylene group is a divalent group derived from an aryl 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.
  • the carbon number of the arylene group is not particularly limited, but is usually in the range of 6 or more and 40 or less. Moreover, when an arylene group has a substituent, it is preferable that carbon number is 6 or more and 60 or less including a substituent.
  • Examples of the case where two carbazole skeletons are linked at any position of R 1 to R 8 and any position of R 9 to R 16 include, for example, the case where they are linked at the position of R 6 and the position of R 10 , R 6 is directly bonded to the carbon atom of the portion to which R 10 is bonded.
  • the coupling with the nitrogen atom in the one position one of R 19 ⁇ R 28 is, for example, include the case of connecting the nitrogen atom at the position of R 21 as an example, the portion where R 21 is bonded It means that a carbon atom and a nitrogen atom are directly bonded.
  • a conventional compound having a carbazole skeleton does not necessarily have sufficient performance as a light emitting device material.
  • 9,9'-diphenyl-9H, 9'H-3,3'-bicarbazole and 1,3-di (9H-carbazol-9-yl) benzene (abbreviation: mCP) have high triplet levels.
  • mCP 9,9'-diphenyl-9H, 9'H-3,3'-bicarbazole and 1,3-di (9H-carbazol-9-yl) benzene
  • mCP 1,3-di (9H-carbazol-9-yl) benzene
  • a compound having a carbazole skeleton has a property of transporting both charges of holes and electrons.
  • the present inventors have a conventional compound having a carbazole skeleton, since the hole transport ability thereof is small, the proportion of holes entering the light emitting layer is smaller than electrons entering from the electron transport layer, and the charge in the light emitting layer is reduced. I thought that the loss of the balance might lead to a decrease in device performance.
  • the substituent on the nitrogen atom of the carbazole dimer has an amine skeleton that exhibits excellent properties as a hole-transporting substituent, it can have higher hole-transporting properties. Become. However, even in this case, the triplet energy may be lowered depending on the substituent in the amine skeleton.
  • a naphthyl group such as that of Compound 33 or Compound 36 (structure shown below) in Korean Patent Application Publication No. 2010-0079458 has a low triplet level in itself and lowers the triplet level of the compound. I found out.
  • a compound having a low triplet level is used as an exciton blocking material and a light emitting element is formed, the light emission efficiency is lowered by excitons leaking from the light emitting layer.
  • a compound having a substituent at the ortho position of the carbazole dimer such as the compound shown in Table IV 1 of International Publication No. 2006/61759, has a twisted molecule. Therefore, even when carbazole is dimerized, conjugation does not expand, the triplet level of carbazole itself can be maintained, and the triplet level as a compound also shows a high value. However, as described above, since the conjugation is not expanded, the effect of improving the hole transportability cannot be obtained.
  • the compound represented by the general formula (1) preferably contains 2 or 3 carbazole skeletons in the molecule, thereby having high thin film stability and excellent heat resistance.
  • the compound represented by the general formula (1) exhibits an excellent hole transport ability when the substituent on one nitrogen atom in the carbazole skeleton has an amine skeleton. Furthermore, in the compound in which Ar 4 is a group represented by the formula (A) or (B), the conjugated system is difficult to spread more than necessary. Therefore, since the molecular weight can be increased without lowering the triplet energy, the glass transition temperature is increased. In addition, since a stable thin film can be formed, the durability of the element is improved.
  • X of the group represented by the formula (A) or (B) is bonded to the para-position relative to the nitrogen atom to be substituted, that is, in the formula (A), at the position of R 21 , the formula (A) in B) in the position for R 31, a is preferably connected to the nitrogen atom. This is because the ionization potential can be further reduced and the hole injection capability can be further increased.
  • Ar 1 and Ar 3 are substituted or unsubstituted phenyl groups, and Ar 2 is a substituted or unsubstituted phenylene group.
  • the substituent is preferably an alkyl group or halogen. Alkyl groups and halogens hardly affect conjugation and can maintain a high triplet level.
  • the carbazole dimer skeleton of the compound represented by the general formula (1) preferably has a nitrogen atom in the para position as in the form represented by the general formula (2). This is because this structure has the same site as the benzidine skeleton, so that the ionization potential is further reduced, and the hole injecting ability and hole transporting ability are further improved.
  • R 39 to R 52 may be the same or different and each represents hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, a halogen, a carbonyl group, a carboxyl group, an oxycarbonyl group, It is selected from the group consisting of a carbamoyl group, a silyl group, and —P ( ⁇ O) R 53 R 54 .
  • R 53 and R 54 are an aryl group or a heteroaryl group.
  • Ar 6 and Ar 8 may be the same or different and each represents a substituted or unsubstituted phenyl group.
  • Ar 7 represents a substituted or unsubstituted phenylene group.
  • Ar 9 is a group represented by the formula (A) or (B).
  • the triplet energy of the compound represented by the general formula (1) or the general formula (2) is 2.70 eV or more. Preferably there is. This is because leakage of triplet excitation energy from the light emitting layer can be suppressed at a high level, and the light emission efficiency of the light emitting element can be further increased and the lifetime can be extended.
  • the triplet energy in the present invention is a value obtained by converting the wavelength at the rising position of the short wavelength of the phosphorescence spectrum into light energy.
  • Ar 1 of the compound represented by the general formula (1) and Ar 6 of the compound represented by the general formula (2) are preferably unsubstituted phenyl groups. This is because a high triplet level can be maintained for a longer period of time, and easy deactivation can be suppressed, so that higher luminous efficiency is achieved.
  • Ar 2 of the compound represented by the general formula (1) and Ar 7 of the compound represented by the general formula (2) are preferably unsubstituted phenylene groups.
  • Ar 3 and Ar 5 of the represented compound are preferably unsubstituted phenyl groups.
  • n in the formula (B) is preferably 0. This is because the thermal stability at the time of vapor deposition of the compound represented by the general formula (1) is further improved.
  • R 1 to R 54 are most preferably all hydrogen in consideration of the availability of raw materials and the synthesis cost.
  • R 1 to R 54 are groups other than hydrogen, an alkyl group, a cycloalkyl group, or an alkoxy group is preferable as a group that does not lower the triplet level and has little effect of increasing the ionization potential. These groups may be further substituted.
  • the compound represented by the general formula (1) is not particularly limited, but specific examples include the following. In addition, the following is an illustration, and even if it is other than the compound specified here, if it is represented by General formula (1), it is preferably used similarly.
  • a known method can be used for the synthesis of a compound having a carbazole skeleton as described above.
  • Examples of the method for synthesizing the carbazole dimer include a method using a coupling reaction between a carbazole derivative using a palladium or copper catalyst and a halide or triflate, but is not limited thereto. .
  • an example using 9-phenylcarbazole-3-boronic acid is shown below.
  • Examples of a method for introducing a substituent onto N of carbazole include a method using a coupling reaction between a carbazole derivative and a halide using a palladium or copper catalyst, but is not limited thereto. .
  • a method using a coupling reaction between a carbazole derivative and a halide using a palladium or copper catalyst but is not limited thereto.
  • an example using N- (4-chlorophenyl) -N, 9-diphenyl-9H-carbazolyl-3-amine is shown below.
  • the compound represented by the general formula (1) is used as a light emitting device material.
  • the light emitting device material in the present invention represents a material used for any layer of the light emitting device, and as described later, in the hole injection layer, the hole transport layer, the light emitting layer and / or the electron transport layer.
  • the materials used for the cathode protective film are also included.
  • the light emitting device of the present invention has an anode and a cathode and an organic layer interposed between the anode and the cathode, and the organic layer emits light by electric energy.
  • the layer structure between the anode and the cathode is composed of only the light emitting layer, 1) light emitting layer / electron transport layer, 2) hole transport layer / light emitting layer, and 3) hole transport.
  • Layer / light emitting layer / electron transport layer 4) hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer, 5) hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer, 6) hole A laminated structure such as injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer can be mentioned.
  • Each of the layers may be either a single layer or a plurality of layers, and may be doped.
  • the compound represented by the general formula (1) may be used in any of the above layers in the light emitting device, but is particularly preferably used in the hole transport layer.
  • the anode and the cathode have a role of supplying a sufficient current for light emission of the device, and it is desirable that at least one of them is 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 a material that can efficiently inject holes into the organic layer and is transparent or translucent to extract light
  • zinc oxide tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), zinc oxide
  • conductive metal oxides such as indium (IZO), metals such as gold, silver and chromium, inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, and conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole and polyaniline are particularly limited.
  • 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 45 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 General formula (1) can also be used.
  • the materials may be used alone or as a mixture of two or more materials.
  • a plurality of materials may be stacked to form a hole injection layer.
  • the hole injection layer is composed of an acceptor compound alone or that the hole injection material is doped with an acceptor compound so that the above-described effects can be obtained more remarkably.
  • An acceptor compound is a material that forms a charge transfer complex with a material that forms a hole-injecting layer in contact with a hole-transporting layer when used as a single-layer film and a material that forms a hole-injecting layer when used as a doped layer. When such a material is used, 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 compounds 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 compound alone or when the hole injection layer is doped with an acceptor compound, the hole injection layer may be a single layer, A plurality of layers may be laminated.
  • the hole transport layer is a layer that transports holes injected from the anode to the light emitting layer.
  • the hole transport layer may be a single layer or may be configured by laminating a plurality of layers.
  • the compound represented by the general formula (1) has an ionization potential of 5.1 to 6.0 eV (measured value of deposited film AC-2 (RIKEN Keiki)), high triplet energy level, high hole transportability and Since it has thin film stability, it is preferably used for the hole injection layer and the hole transport layer of the light-emitting element.
  • the compound represented by the general formula (1) has a large energy gap with respect to a conventional hole transport material having a benzidine skeleton, and thus has a high LUMO level and an excellent electron blocking property.
  • the compound represented by the general formula (1) is preferably used as a hole transport material of an element using a triplet light emitting material.
  • a conventional hole transport material having a benzidine skeleton has a low triplet level, and if it is in direct contact with a light-emitting layer containing a triplet light-emitting material, leakage of triplet energy occurs and the light emission efficiency decreases. This is because the compound represented by the formula (1) has a high triplet energy and does not cause such a problem.
  • the hole transport layer containing the compound represented by the general formula (1) is preferably in direct contact with the light emitting layer. This is because the compound represented by the general formula (1) 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) has a high triplet level, it also has an effect of confining the excitation energy of the triplet light-emitting material. Therefore, even when a triplet light emitting material is included in the light emitting layer, the hole transport layer containing the compound represented by the general formula (1) is preferably in direct contact with the light emitting layer.
  • the hole transport layer may be composed of only the compound represented by the general formula (1), or may be mixed with other materials as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • other materials used for example, 4,4′-bis (N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino) biphenyl (TPD), 4,4′-bis (N- (1 -Naphthyl) -N-phenylamino) biphenyl (NPD), 4,4'-bis (N, N-bis (4-biphenylyl) amino) biphenyl (TBDB), bis (N, N'-diphenyl-4-amino) Benzidine derivatives such as phenyl) -N, N-diphenyl-4,4′-diamino-1,1′-biphenyl (TPD232), 4,4 ′, 4 ′′ -tris (3-methylphenyl (phenyl) amino) triphenyl Starburst aryl such as amine (
  • the light emitting layer may be either a single layer or a plurality of layers, each formed by a light emitting material (host material, dopant material), which may be a mixture of a host material and a dopant material or a host material alone, It may be either 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. From the viewpoint of efficiently using electric energy and obtaining light emission with high color purity, 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.
  • 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.
  • the luminescent material includes metal chelation such as tris (8-quinolinolato) aluminum, condensed ring derivatives such as anthracene and pyrene, which have been known as luminescent materials.
  • Oxinoid compounds 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, thiols Asiazolopyridine derivatives, dibenzofuran derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivatives, polymer systems such as polyphenylene vinylene derivatives, polyparaphenylene derivatives, and polythiophene derivatives. There is not particularly limited but can be used.
  • the host material contained in the light-emitting material is not limited to a single compound, and a plurality of compounds of the present invention may be mixed and used, or one or more other host materials may be mixed and used. . Further, they may be used in a stacked manner.
  • the host material is not particularly limited, but is a compound having a condensed aryl ring such as naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, chrysene, naphthacene, triphenylene, perylene, fluoranthene, fluorene, indene, or a derivative thereof, N, N′-dinaphthyl- Aromatic amine derivatives such as N, N′-diphenyl-4,4′-diphenyl-1,1′-diamine, metal chelated oxinoid compounds such as tris (8-quinolinato) aluminum (III), distyrylbenzene Bisstyryl derivatives such as derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, indene derivatives, coumarin derivatives, oxadiazole derivatives, pyrrolopyridine derivatives, perinone derivatives, cyclopentadiene derivatives, pyrrolopyrrole derivatives,
  • Absent as a host used when the light emitting layer performs triplet light emission (phosphorescence light emission), 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
  • dopants used when the light emitting layer emits triplet light emission include iridium (Ir), ruthenium (Ru), palladium (Pd), platinum (Pt), osmium (Os), and rhenium.
  • 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 a 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 weight of the dopant material is preferably 30% by weight or less, more preferably 20% by weight or less, based on the host material.
  • the light emitting layer may further include a third component for adjusting the carrier balance in the light emitting layer or stabilizing the layer structure of the light emitting layer.
  • a third component for adjusting the carrier balance in the light emitting layer or stabilizing the layer structure of the light emitting layer.
  • the third component a material that does not cause an interaction between the host material composed of the compound having the carbazole skeleton represented by the general formula (1) and the dopant material composed of the triplet light emitting material is selected. .
  • the preferred host and dopant in the triplet emission system are not particularly limited, but 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.
  • 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, pyrazine ring, pyrimidine ring, quinoline ring, quinoxaline ring, naphthyridine ring, pyrimidopyrimidine ring, benzoquinoline ring, phenanthroline ring, imidazole ring, oxazole ring, Examples thereof 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, benzthiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, quinoline derivatives, benzoins.
  • 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, 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 bathocuproine and 1,3-bis (1,10-phenanthroline-9-yl) benzene, 2,2 ′
  • a benzoquinoline derivative such as bis (benzo [h] quinolin-2-yl) -9,9′-spirobifluorene, 2,5-bis (6 ′-(2 ′, 2 ′′ -bipyridyl))-1, Bipyridine derivatives such as 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 and used in the electron transport material. Absent.
  • the preferred electron transport material is not particularly limited, but specific examples include the following.
  • 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 and used in the electron transport material. Absent. Moreover, you may contain a donor compound.
  • the donor compound 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 compound include an alkali metal, an inorganic salt containing an alkali metal, a complex of an alkali metal and an organic substance, an alkaline earth metal, an inorganic salt containing an alkaline earth metal, or an alkaline earth metal and an organic substance. 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 , Examples thereof include 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 is available 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 5.6 eV or more and 7.0 eV or less.
  • 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 is not limited because it depends on the resistance value of the luminescent material, 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.
  • pixels for display are arranged two-dimensionally such as a lattice shape or a mosaic shape, and characters and images are 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 in the present invention 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 caused to emit light.
  • a pattern is formed so as to display predetermined information and a region determined by the arrangement of the pattern is caused to emit light.
  • 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, and the like can be mentioned.
  • 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.
  • a 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 mol / l 2-methyltetrahydrofuran solution of the compound of the present invention was prepared.
  • the prepared solution was put into a dedicated quartz tube, and nitrogen bubbling was performed to remove dissolved oxygen. Further, in order to prevent oxygen contamination, the cap was capped with a septum stopper.
  • the sample was cooled to about 77K with liquid nitrogen, and then a phosphorescence spectrum was measured using a fluorescent phosphorescence spectrophotometer (Horiba, FluoroMax-4P).
  • the triplet energy (T1) was calculated by reading the wavelength at the rising position of the short wavelength of the phosphorescence spectrum and converting the wavelength value into light energy.
  • the obtained concentrate was purified by silica gel column chromatography, and the solid obtained by evaporation was vacuum-dried to obtain 9.33 g of N 1 , N 1 , N 4 -triphenylbenzene-1,4-diamine. It was.
  • N 1 , N 1 , N 4 -triphenylbenzene-1,4-diamine 9.33 g, 1-bromo-4-chlorobenzene 5.83 g, palladium acetate 62 mg, tri-t-butylphosphine tetrafluoroborate 161 mg
  • a mixed solution of 3.72 g of sodium tert-butoxide and 134 ml of o-xylene was heated and stirred under reflux in a nitrogen stream for 1.5 hours. After cooling to room temperature, extraction was performed with 50 ml of toluene. The organic layer was washed 3 times with 30 ml of water, dried over magnesium sulfate and evaporated.
  • the obtained concentrate was purified by silica gel column chromatography, and the solid obtained by evaporation was vacuum-dried and then N 1- (4-chlorophenyl) -N 1 , N 4 , N 4 -triphenylbenzene-1 Thus, 5.72 g of 4-diamine was obtained.
  • N 1- (4-chlorophenyl) -N 1 , N 4 , N 4 -triphenylbenzene-1,4-diamine (5.72 g), 9-phenyl-9H, 9′H-3,3′-bi 4.75 g of carbazole, 67 mg of bis (dibenzylideneacetone) palladium, 82 mg of di-t-butyl (2,2-diphenyl-1-methyl-1-cyclopropyl) phosphine, 1.56 g of sodium tert-butoxide and 58 ml of o-xylene The mixed solution was heated and stirred for 2 hours under a nitrogen stream under reflux.
  • This compound [1] was used as a light emitting device material after sublimation purification at about 290 ° C. under a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa using an oil diffusion pump.
  • the HPLC purity (area% at a measurement wavelength of 254 nm) was 99.8% before sublimation purification and 99.9% after sublimation purification.
  • the lowest excited triplet energy level T1 of the compound [1] was 2.72 eV.
  • Synthesis example 2 Synthesis of Compound [13] 3-Bromocarbazole 20.9 g, 9-phenylcarbazole-3-boronic acid 15.0 g, palladium acetate 366 mg, tris (2-methylphenyl) phosphine 300 mg, 2M aqueous potassium carbonate solution 105 ml, dimethoxyethane 260 ml The mixed solution was refluxed for 6 hours under a nitrogen stream. After cooling to room temperature, extraction was performed with 500 ml of tetrahydrofuran. The organic layer was washed twice with 100 ml of saturated brine, dried over magnesium sulfate and evaporated. The obtained concentrate was purified by o-xylene recrystallization and vacuum dried to obtain 13.5 g of 9-phenyl-9H, 9′H-3,3′-bicarbazole.
  • the obtained concentrate was purified by silica gel column chromatography, and the solid obtained by evaporation was vacuum dried, and then N- (4-chlorophenyl) -N, 9-diphenyl-9H-carbazol-3-amine. 65 g was obtained.
  • This compound [13] was used as a light emitting device material after sublimation purification at about 290 ° C. under a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa using an oil diffusion pump.
  • the HPLC purity (area% at a measurement wavelength of 254 nm) was 99.8% before sublimation purification, and 99.9% after sublimation purification.
  • the lowest excited triplet energy level T1 of the compound [13] was 2.75 eV.
  • 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. Compound HI-1 was deposited as a hole injection layer by 10 nm by resistance heating.
  • “Semico Clean 56” trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.
  • compound HT-6 80 nm of compound HT-6 was vapor-deposited as a 1st positive hole transport layer.
  • 10 nm of compound [1] was vapor-deposited as a 2nd positive hole transport layer.
  • Compound H-1 was used as the host material
  • Compound D-1 was used as the dopant material
  • the dopant material was deposited to a thickness of 30 nm so that the doping concentration of the dopant material was 10% by weight.
  • 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.
  • Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 8 A light emitting device was produced in the same manner as in Example 1 except that the materials described in Table 2 were used as the second hole transport layer. The results are shown in Table 2.
  • HT-1 to HT-8 are the compounds shown below, and their lowest excited triplet energy levels (T1) are as shown in Table 1.
  • Examples 5-8 A light emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a mixed host of Compound H-1 and Compound H-2 was used as the host material instead of Compound H-1 at a deposition rate ratio of 1: 1. The results are shown in Table 2. H-2 is a compound shown below.
  • Example 9 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 the device fabrication, placed in a vacuum deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less. Compound HI-1 was deposited as a hole injection layer by 10 nm by resistance heating.
  • compound HT-6 50 nm of compound HT-6 was deposited as a first hole transport layer.
  • 40 nm of compound [1] was deposited as a second hole transport layer.
  • the compound H-3 was used as the host material
  • the compound D-2 was used as the dopant material
  • the dopant material was deposited to a thickness of 30 nm with a doping concentration of 5 wt%.
  • 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 13.0 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.
  • Compounds H-3 and D-2 are the compounds shown below.
  • Examples 10-12 A light emitting device was produced and evaluated in the same manner as in Example 9 except that the materials described in Table 3 were used as the second hole transport layer. The results are shown in Table 3.
  • Comparative Examples 9-16 A light emitting device was produced and evaluated in the same manner as in Example 9 except that the compounds described in Table 3 were used as the second hole transport layer. The results are shown in Table 3.
  • Example 13 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 the device fabrication, placed in a vacuum deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less. Compound [1] was deposited as a hole injection layer by 10 nm by a resistance heating method.
  • compound HT-6 90 nm of compound HT-6 was deposited as a hole transport layer.
  • the compound H-3 was used as the host material
  • the compound D-2 was used as the dopant material
  • the dopant material was deposited to a thickness of 30 nm with a doping concentration of 5 wt%.
  • 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 13.0 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 2800 hours.
  • Examples 14 to 16 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 13 except that the materials described in Table 4 were used as the hole injection layer. The results are shown in Table 4.
  • Comparative Example 17 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 13 except that the materials described in Table 4 were used as the hole injection layer. The results are shown in Table 4.

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Abstract

　特定のカルバゾール骨格を有する化合物を含有する発光素子材料を用いることにより、高発光効率と耐久性を両立した有機薄膜発光素子を提供することができる。

Description

発光素子材料および発光素子
　本発明は、電気エネルギーを光に変換できる発光素子およびそれに用いられる発光素子材料に関する。より詳しくは、表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機および光信号発生器などの分野に利用可能な発光素子およびそれに用いられる発光素子材料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が示されて以来、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が知られており（例えば、特許文献３参照）、特にリン光発光層からの三重項励起子を閉じ込める材料として用いられることが提案されている（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 国際公開第２０１１／０２４４５１号 国際公開第２０１２／００１９８６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り、また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、耐久寿命の両立が不十分であった。このように、高い発光効率と耐久寿命を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。
　本発明は、下記一般式（１）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材料である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　Ｒ１～Ｒ１６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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ１７Ｒ１８からなる群より選ばれる。Ｒ１７およびＲ１８はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１～Ｒ８のいずれかの位置およびＲ９～Ｒ１６のいずれかの位置で２つのカルバゾール骨格が連結する。Ａｒ１およびＡｒ３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ａｒ２は置換もしくは無置換のフェニレン基を表す。Ａｒ４は下記式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
　Ｒ１９～Ｒ３６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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ３７Ｒ３８からなる群より選ばれる。Ｒ３７およびＲ３８はアリール基またはヘテロアリール基である。ただし式（Ａ）においてはＲ１９～Ｒ２８のうちいずれか１つの位置で、式（Ｂ）においてはＲ２９～Ｒ３６のうちいずれか１つの位置で、窒素原子と連結する。Ｘは酸素原子、または硫黄原子、またはＮ－Ａｒ５である。Ａｒ５は置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ｙは炭素原子を表し、ｎは０または１である。ｎが１のときはＹはアルキル基で置換されていてもよい。
　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-C000006
　Ｒ１～Ｒ１６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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ１７Ｒ１８からなる群より選ばれる。Ｒ１７およびＲ１８はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１～Ｒ８のいずれかの位置およびＲ９～Ｒ１６のいずれかの位置で２つのカルバゾール骨格が連結する。Ａｒ１およびＡｒ３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ａｒ２は置換もしくは無置換のフェニレン基を表す。Ａｒ４は下記式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
　Ｒ１９～Ｒ３６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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ３７Ｒ３８からなる群より選ばれる。Ｒ３７およびＲ３８はアリール基またはヘテロアリール基である。ただし式（Ａ）においてはＲ１９～Ｒ２８のうちいずれか１つの位置で、式（Ｂ）においてはＲ２９～Ｒ３６のうちいずれか１つの位置で、窒素原子と連結する。Ｘは酸素原子、または硫黄原子、またはＮ－Ａｒ５である。Ａｒ５は置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ｙは炭素原子を表し、ｎは０または１である。ｎが１のときはＹはアルキル基で置換されていてもよい。
　これらの置換基のうち、水素は重水素であってもよい。また、無置換のフェニル基等における水素も重水素であってもよい。
　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。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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を示す。
　カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基は、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。
　－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ１７Ｒ１８は置換基を有していても有していなくてもよい。
　アリール基とは、例えば、フェニル基、ビフェニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、ターフェ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。
　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、ピラジニル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、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。
　アリーレン基とはアリール基から導かれる２価の基を示し、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。アリーレン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。また、アリーレン基が置換基を有する場合は、置換基も含めて炭素数は６以上６０以下の範囲であることが好ましい。
　Ｒ１～Ｒ８のいずれかの位置およびＲ９～Ｒ１６のいずれかの位置で２つのカルバゾール骨格が連結するとは、例えばＲ６の位置とＲ１０の位置で連結する場合を例に挙げると、Ｒ６が結合している部分の炭素原子とＲ１０が結合している部分の炭素原子とが直接結合することをいう。同様に、Ｒ１９～Ｒ２８のうちいずれか１つの位置で窒素原子と連結するとは、例えばＲ２１の位置で窒素原子と連結する場合を例に挙げると、Ｒ２１が結合している部分の炭素原子と窒素原子とが直接結合することをいう。
　従来のカルバゾール骨格を有する化合物は、発光素子材料として必ずしも十分な性能を有するものではなかった。例えば、9,9’-diphenyl-9H,9’H-3,3’-bicarbazoleや1,3-di(9H-carbazol-9-yl)benzene（略名：mCP）は三重項準位が高く、励起子ブロック材料として汎用の材料であるが、イオン化ポテンシャルが大きく、正孔注入・輸送性に乏しく、駆動電圧が高くなるという問題があった。また、素子の耐久性に影響を及ぼすガラス転移温度も低いという問題もあった。
　本発明者らは、その改良の検討において、カルバゾール骨格を有する化合物の正孔輸送能の強さと三重項エネルギーの高さに着目した。一般に、カルバゾール骨格を有する化合物は、正孔と電子の両電荷を輸送する特性を有する。本発明者らは、従来のカルバゾール骨格を有する化合物はその正孔輸送能が小さいために、発光層に入る正孔の割合が電子輸送層から入る電子に比べて小さく、発光層中の電荷のバランスが崩れることが素子性能の低下につながるのではないかと考えた。
　そこで本発明の化合物のようにカルバゾールを二量化すると、共役が拡がり、正孔輸送性が向上する。しかし、窒素原子上に置換基があるとき、その種類によっては、正孔輸送能が阻害される懸念もあり、全てのカルバゾール二量体の正孔輸送性が高いとは限らない。
　ここで、カルバゾール二量体の窒素原子上の置換基が、従来から正孔輸送性置換基として優れた特性を示すアミン骨格を有する場合には、さらに高い正孔輸送性を有することが可能となる。しかし、この場合であってもアミン骨格中の置換基によっては、三重項エネルギーが低下してしまう可能性がある。
　例えば、大韓民国特許出願公開第２０１０－００７９４５８号公報の化合物３３または化合物３６（以下に示す構造）が有するようなナフチル基はそれ自体の三重項準位が低く、化合物の三重項準位を下げてしまうことがわかった。三重項準位が低い化合物を励起子ブロック材として用い、発光素子を作成すると、発光層から漏れてくる励起子によって発光効率が低下してしまう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
　一方、国際公開第２００６／６１７５９号のTable 1に示された化合物のように、カルバゾール二量体のオルト位に置換基を有する化合物は、分子が捻れている。そのため、カルバゾールを二量化しても共役が拡がらず、カルバゾール自体の三重項準位が維持できており、化合物としての三重項準位も高い値を示す。しかしながら、上述のように、共役が拡がっていないことから、正孔輸送性を高める効果が得られない。
　以上のように、高い三重項準位を維持することと、高い正孔輸送性を発揮することはトレードオフの関係にあり、実用化段階で両立できる材料は見出されていなかった。本発明者らは、鋭意検討の結果、窒素原子上のアミン骨格として、アミン骨格上の置換基として式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基を有する化合物が、高い三重項準位を維持しつつ、高い正孔輸送性を有することを見出し、本発明に至った。
　一般式（１）で表される化合物は、分子中にカルバゾール骨格が２個もしくは３個含まれることが好ましく、これにより、高い薄膜安定性と優れた耐熱性を有する。
　また、一般式（１）で表される化合物は、カルバゾール骨格中の一つの窒素原子上の置換基がアミン骨格を有することにより、優れた正孔輸送能を示す。さらに、Ａｒ４が式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基である化合物は、共役系が必要以上には拡がりにくい。そのため、三重項エネルギーが低下することなく、分子量を大きくすることができるので、ガラス転移温度が増加する。また、安定な薄膜が形成できるので、素子の耐久性向上につながる。
　さらに、式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基のＸが、置換している窒素原子に対してパラ位に結合する、すなわち、式（Ａ）においてはＲ２１の位置で、式（Ｂ）においてはＲ３１の位置で、窒素原子と連結することが好ましい。イオン化ポテンシャルをより小さくし、正孔注入能をより高めることができるからである。
　一般式（１）におけるＡｒ１およびＡｒ３は置換もしくは無置換のフェニル基であり、Ａｒ２は置換もしくは無置換のフェニレン基である。この場合の置換基としては、アルキル基またはハロゲンが好ましい。アルキル基やハロゲンは共役にほとんど影響を与えず、高い三重項準位を維持することができる。
　一般式（１）で表される化合物のカルバゾール二量体骨格は、一般式（２）で表される形態のように窒素原子がパラ位にあることが好ましい。この構造はベンジジン骨格と同様の部位を有するので、イオン化ポテンシャルがより小さくなり、正孔注入能および正孔輸送能がさらに向上するからである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
　Ｒ３９～Ｒ５２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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ５３Ｒ５４からなる群より選ばれる。Ｒ５３およびＲ５４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ａｒ６およびＡｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ａｒ７は置換もしくは無置換のフェニレン基を表す。Ａｒ９は前記式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基である。
　これら置換基の説明は、上記一般式（１）の説明と同様である。
　正孔輸送層が、三重項発光性ドーパントを含有する発光層に直接接している場合は、一般式（１）もしくは一般式（２）で表される化合物の三重項エネルギーが２．７０ｅＶ以上であることが好ましい。三重項励起エネルギーの発光層からの漏れを高いレベルで抑制でき、発光素子の発光効率をより高く、寿命をより長くすることができるからである。
　なお、本発明における三重項エネルギーは、リン光スペクトルの短波長の立ち上がり位置の波長を光のエネルギーに換算して得られる値である。
　さらに、一般式（１）で表される化合物のＡｒ１、および一般式（２）で表される化合物のＡｒ６は無置換のフェニル基であることが好ましい。これにより、高い三重項準位をより長期間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、より高い発光効率が達成されるからである。同じ理由で、一般式（１）で表される化合物のＡｒ２、および一般式（２）で表される化合物のＡｒ７は無置換のフェニレン基であることが好ましく、一般式（１）で表される化合物のＡｒ３およびＡｒ５は無置換のフェニル基であることが好ましい。また、式（Ｂ）のｎは０の方が好ましい。一般式（１）で表される化合物を蒸着する際の熱的安定性がより向上するからである。
　Ｒ１～Ｒ５４は原料入手の容易さや、合成コストを考慮すると、その全てが水素であることが最も好ましい。Ｒ１～Ｒ５４が水素以外の基である場合、三重項準位を低下せず、イオン化ポテンシャルを大きくする効果の少ない基として、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基であることが好ましい。これらの基はさらに置換されていてもよい。
　上記一般式（１）で表される化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。なお、以下は例示であり、ここに明記された化合物以外であっても一般式（１）で表されるものであれば同様に好ましく用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
　上記のようなカルバゾール骨格を有する化合物の合成には、公知の方法を使用することができる。カルバゾール二量体を合成する方法としては、例えば、パラジウムや銅触媒を用いたカルバゾール誘導体とハロゲン化物またはトリフラート化体とのカップリング反応を用いる方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。一例として、９－フェニルカルバゾール－３－ボロン酸を用いた例を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
　なお、上記の反応において、９－フェニルカルバゾール－３－ボロン酸の代わりに９－フェニルカルバゾール－２－ボロン酸エステルを用いても同様に反応は進行する。この場合は、カルバゾール二量体の位置異性体を合成することが出来る。
　また、カルバゾールのＮ上に置換基を導入する方法としては、例えば、パラジウムや銅触媒を用いたカルバゾール誘導体とハロゲン化物とのカップリング反応を用いる方法が挙げられるが、これ限定されるものではない。一例として、N-(4-クロロフェニル)-N,9-ジフェニル-9H-カルバゾリル-3-アミンを用いた例を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
　一般式（１）で表される化合物は発光素子材料として用いられる。ここで本発明における発光素子材料とは、発光素子のいずれかの層に使用される材料を表し、後述するように、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および／または電子輸送層に使用される材料であるほか、陰極の保護膜に使用される材料も含む。本発明における一般式（１）で表される化合物を発光素子のいずれかの層に使用することにより、高い発光効率が得られ、かつ耐久性に優れた発光素子が得られる。
　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有機層を有し、該有機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、発光層のみからなる構成の他に、１）発光層／電子輸送層、２）正孔輸送層／発光層、３）正孔輸送層／発光層／電子輸送層、４）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層、５）正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層、６）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。
　一般式（１）で表される化合物は、発光素子において上記のいずれの層に用いられてもよいが、正孔輸送層に特に好適に用いられる。
　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。
　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４５～３００ｎｍ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。
　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。
　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。また、一般式（１）で表される化合物を用いることもできる。中でも一般式（１）で表される化合物より浅いＨＯＭＯ準位を有し、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ベンジジン誘導体、スターバーストアリールアミン系材料群が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、アクセプター性化合物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化合物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。アクセプター性化合物とは、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。
　アクセプター性化合物の例としては、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化合物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化合物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。
　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。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。
　一般式（１）で表される化合物は、５．１～６．０ｅＶのイオン化ポテンシャル（蒸着膜のAC-2（理研計器）測定値）、高い三重項エネルギー準位、高い正孔輸送性および薄膜安定性を有しているため、発光素子の正孔注入層および正孔輸送層に用いることが好ましい。また、一般式（１）で表される化合物は、従来のベンジジン骨格を有する正孔輸送材料に対してエネルギーギャップが大きいため、ＬＵＭＯ準位が高く、電子ブロック性に優れる。さらに、一般式（１）で表される化合物は三重項発光材料を使用した素子の正孔輸送材料として用いることが好ましい。従来のベンジジン骨格を有する正孔輸送材料は三重項準位が低く、三重項発光材料を含有する発光層に直接接していると三重項エネルギーの漏れが発生し、発光効率が低下するが、一般式（１）で表される化合物は高い三重項エネルギーを有しており、そのような問題が生じないからである。
　複数層の正孔輸送層から構成される場合は、一般式（１）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）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）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）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）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、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。
　発光層は単一層、複数層のどちらでもよく、それぞれ発光材料（ホスト材料、ドーパント材料）により形成され、これ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重量％以下で用いることが好ましく、さらに好ましくは２０重量％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。
　発光材料は、一般式（１）で表される化合物の他に、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）アルミニウムを始めとする金属キレート化オキシノイド化合物、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。
　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、本発明の複数の化合物を混合して用いたり、その他のホスト材料の一種類以上を混合して用いたりしてもよい。また、積層して用いてもよい。ホスト材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体、Ｎ，Ｎ’－ジナフチル－Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－４，４’－ジフェニル－１，１’－ジアミンなどの芳香族アミン誘導体、トリス（８－キノリナート）アルミニウム（III）をはじめとする金属キレート化オキシノイド化合物、ジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。中でも、発光層が三重項発光（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またはフェニルキノリン骨格または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重量がホスト材料に対して３０重量％以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０重量％以下である。
　また、発光層には上記ホスト材料および三重項発光材料の他に、発光層内のキャリアバランスを調整するためや発光層の層構造を安定化させるための第３成分を更に含んでいてもよい。但し、第３成分としては、一般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物からなるホスト材料および三重項発光材料からなるドーパント材料との間で相互作用を起こさないような材料を選択する。
　三重項発光系における好ましいホストおよびドーパントとしては、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-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
　本発明において、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が、駆動電圧を低減し、高効率発光が得られることから、炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、リンの中から選ばれる元素で構成され、電子受容性窒素を含むヘテロアリール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、ベンズイミダゾール環、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、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、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たりしても構わない。
　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-C000019
　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たりしても構わない。また、ドナー性化合物を含有してもよい。ここで、ドナー性化合物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。
　ドナー性化合物の好ましい例としては、アルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体などが挙げられる。アルカリ金属、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５．６ｅＶ以上７．０ｅＶ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。
　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。
　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。
　本発明におけるセグメント方式とは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、このパターンの配置によって決められた領域を発光させる方式である。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。なお、下記の各実施例にある化合物の番号は上記に記載した化合物の番号を指すものである。
　また、各化合物の最低励起三重項エネルギーの測定については、本発明の化合物を１．０×１０－５mol/lの２－メチルテトラヒドロフラン溶液を調整した。調整した溶液を専用の石英チューブに入れ、窒素バブリングを行うことで溶存酸素を除き、さらに酸素の混入を防ぐためにセプタム栓でキャップをした。このサンプルを液体窒素にて７７Ｋ付近まで冷却した後、蛍光リン光分光光度計（堀場製作所製、ＦｌｕｏｒｏＭａｘ－４Ｐ）を用い、リン光スペクトルを測定した。リン光スペクトルの短波長の立ち上がり位置の波長を読み取り、該波長値を光のエネルギーに換算して、三重項エネルギー（Ｔ１）を算出した。
　化合物［１］の合成
　３－ブロモカルバゾール２０．９ｇ、９－フェニルカルバゾール－３－ボロン酸１５．０ｇ、酢酸パラジウム３６６ｍｇ、トリス（２－メチルフェニル）ホスフィン３００ｍｇ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１０５ｍｌ、ジメトキシエタン２６０ｍｌの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、テトラヒドロフラン５００ｍｌで抽出した。有機層を飽和食塩水１００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をｏ－キシレン再結晶により精製し、真空乾燥した後、９－フェニル－９H，９’H－３，３’－ビカルバゾール１３．５ｇを得た。
　次に、アニリン４．３２ｇ、４－ブロモトリフェニルアミン１５．０ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム２６７ｍｇ、トリｔ－ブチルホスフィンテトラフルオロほう酸塩２７０ｍｇ、ナトリウムｔｅｒｔ－ブトキシド６．２５ｇとｏ－キシレン２３２ｍｌの混合溶液を窒素気流下、還流下で１時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、トルエン５０ｍｌで抽出した。有機層を水３０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして得られた固体を真空乾燥した後、Ｎ１，Ｎ１，Ｎ４－トリフェニルベンゼン－１，４－ジアミン９．３３ｇを得た。
　次に、Ｎ１，Ｎ１，Ｎ４－トリフェニルベンゼン－１，４－ジアミン９．３３ｇ、１－ブロモ－４－クロロベンゼン５．８３ｇ、酢酸パラジウム６２ｍｇ、トリｔ－ブチルホスフィンテトラフルオロほう酸塩１６１ｍｇ、ナトリウムｔｅｒｔ－ブトキシド３．７２ｇとｏ－キシレン１３４ｍｌの混合溶液を窒素気流下、還流下で１．５時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、トルエン５０ｍｌで抽出した。有機層を水３０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして得られた固体を真空乾燥した後、Ｎ１－（４－クロロフェニル）－Ｎ１，Ｎ４，Ｎ４－トリフェニルベンゼン－１，４－ジアミン５．７２ｇを得た。
　次に、Ｎ１－（４－クロロフェニル）－Ｎ１，Ｎ４，Ｎ４－トリフェニルベンゼン－１，４－ジアミン５．７２ｇ、９－フェニル－９H，９’H－３，３’－ビカルバゾール４．７５ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム６７ｍｇ、ジ－ｔ－ブチル（２，２－ジフェニル－1－メチル－1－シクロプロピル）ホスフィン８２ｍｇ、ナトリウムｔｅｒｔ－ブトキシド１．５６ｇとｏ－キシレン５８ｍｌの混合溶液を窒素気流下、還流下で２時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、トルエン５０ｍｌで抽出した。有機層を水３０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして得られた固体を真空乾燥した後、化合物［１］４．０ｇを得た。
　得られた粉末の１Ｈ－ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色固体が化合物［１］であることが確認された。
１Ｈ－ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．２５－７．７９（ｔ，３６Ｈ），８．２２－８．２５（ｍ，３Ｈ），８．４５（ｓ，３Ｈ）。
　なお、この化合物［１］は、油拡散ポンプを用いて１×１０－３Ｐａの圧力下、約２９０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった。
また、化合物［１］の最低励起三重項エネルギー準位Ｔ１は２．７２ｅＶであった。
　合成例２
　化合物［１３］の合成
　３－ブロモカルバゾール２０．９ｇ、９－フェニルカルバゾール－３－ボロン酸１５．０ｇ、酢酸パラジウム３６６ｍｇ、トリス（２－メチルフェニル）ホスフィン３００ｍｇ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液１０５ｍｌ、ジメトキシエタン２６０ｍｌの混合溶液を窒素気流下、６時間還流した。室温に冷却した後、テトラヒドロフラン５００ｍｌで抽出した。有機層を飽和食塩水１００ｍｌで２回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をｏ－キシレン再結晶により精製し、真空乾燥した後、９－フェニル－９H，９’H－３，３’－ビカルバゾール１３．５ｇを得た。
　次に、アニリン２．８９ｇ、３－ブロモフェニルカルバゾール１０．０ｇ、酢酸パラジウム１３９ｍｇ、トリｔ－ブチルホスフィンテトラフルオロほう酸塩３６０ｍｇ、ナトリウムｔｅｒｔ－ブトキシド４．１８ｍｇとｏ－キシレン１５５ｍｌの混合溶液を窒素気流下、還流下で１時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、トルエン５０ｍｌで抽出した。有機層を水３０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして得られた固体を真空乾燥した後、Ｎ，９－ジフェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－アミン４．３３ｇを得た。
　次に、Ｎ，９－ジフェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－アミン４．３３ｇ、１－ブロモ－４－クロロベンゼン２．７３ｇ、酢酸パラジウム２９ｍｇ、トリｔ－ブチルホスフィンテトラフルオロほう酸塩７５ｍｇ、ナトリウムｔｅｒｔ－ブトキシド１．７４ｇとｏ－キシレン６５ｍｌの混合溶液を窒素気流下、還流下で１時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、トルエン５０ｍｌで抽出した。有機層を水３０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして得られた固体を真空乾燥した後、Ｎ－（４－クロロフェニル）－Ｎ，９－ジフェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－アミン３．６５ｇを得た。
　次に、Ｎ－（４－クロロフェニル）－Ｎ，９－ジフェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－アミン３．６５ｇ、９－フェニル－９H，９’H－３，３’－ビカルバゾール３．０５ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム４３ｍｇ、ジ－ｔ－ブチル（２，２－ジフェニル－1－メチル－1－シクロプロピル）ホスフィン５２ｍｇ、ナトリウムｔｅｒｔ－ブトキシド１．０ｇとｏ－キシレン３７ｍｌの混合溶液を窒素気流下、還流下で２時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、トルエン５０ｍｌで抽出した。有機層を水３０ｍｌで３回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして得られた固体を真空乾燥した後、化合物［１３］４．７２ｇを得た。
　得られた粉末の１Ｈ－ＮＭＲ分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色固体が化合物［１３］であることが確認された。
１Ｈ－ＮＭＲ（ＣＤＣl３（d=ppm））：７．２８－７．６６（ｔ，３２Ｈ），７．７５－７．８０（ｍ，２Ｈ），８．０６－８．０９（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．５６），８．２１－８．２５（ｍ，２Ｈ），８．４４－８．４６（ｍ，２Ｈ）。
　なお、この化合物［１３］は、油拡散ポンプを用いて１×１０－３Ｐａの圧力下、約２９０℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。ＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は昇華精製前が９９．８％、昇華精製後が９９．９％であった-。また、化合物［１３］の最低励起三重項エネルギー準位Ｔ１は２．７５ｅＶであった。
　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。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、化合物ＨＴ－６を８０ｎｍ蒸着した。次に、第二正孔輸送層として、化合物［１］を１０ｎｍ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１０重量％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。
　次に、リチウムキノリノールを１ｎｍ蒸着した後、マグネシウムと銀の共蒸着膜を蒸着速度比がマグネシウム：銀＝１０：１(＝０．５ｎｍ／ｓ：０．０５ｎｍ／ｓ)で１００ｎｍ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４６．０ｌｍ／Ｗの高効率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、３０５０時間で輝度半減した。なお化合物ＨＩ－１、ＨＴ－６、Ｈ－１、Ｄ－１、Ｅ－１は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
　実施例２～４、比較例１～８
　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１と同様にして発光素子を作製した。結果を表２に示す。なお、ＨＴ－１～ＨＴ－８は以下に示す化合物であり、それらの最低励起三重項エネルギー準位（Ｔ１）は表１に示すとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
　実施例５～８
　ホスト材料に化合物Ｈ－１の代わりに化合物Ｈ－１と化合物Ｈ－２の混合ホストを蒸着速度比１：１の割合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２に示す。なお、Ｈ－２は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
　実施例９
　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。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、化合物ＨＴ－６を５０ｎｍ蒸着した。次に、第二正孔輸送層として、化合物［１］を４０ｎｍ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料に化合物Ｈ－３を、ドーパント材料に化合物Ｄ－２を用い、ドーパント材料のドープ濃度が５重量％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。
　次に、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１３．０ｌｍ／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－３、Ｄ－２は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
　実施例１０～１２
　第二正孔輸送層として表３に記載した材料を用いたこと以外は実施例９と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000026
　比較例９～１６
　第二正孔輸送層として表３に記載した化合物を用いたこと以外は実施例９と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表３に示す。
　実施例１３
　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。抵抗加熱法によって、正孔注入層として化合物［１］を１０ｎｍ蒸着した。次に、正孔輸送層として、化合物ＨＴ－６を９０ｎｍ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料に化合物Ｈ－３を、ドーパント材料に化合物Ｄ－２を用い、ドーパント材料のドープ濃度が５重量％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。
　次に、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１３．０ｌｍ／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、２８００時間で輝度半減した。
　実施例１４～１６
　正孔注入層として表４に記載した材料を用いたこと以外は実施例１３と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表４に示す。
　比較例１７
　正孔注入層として表４に記載した材料を用いたこと以外は実施例１３と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000027

Claims (5)

  1. 下記一般式（１）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材料。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     （Ｒ１～Ｒ１６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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ１７Ｒ１８からなる群より選ばれる。Ｒ１７およびＲ１８はアリール基またはヘテロアリール基である。ただしＲ１～Ｒ８のいずれかの位置およびＲ９～Ｒ１６のいずれかの位置で２つのカルバゾール骨格が連結する。Ａｒ１およびＡｒ３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ａｒ２は置換もしくは無置換のフェニレン基を表す。Ａｒ４は下記式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基である。）
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     （Ｒ１９～Ｒ３６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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ３７Ｒ３８からなる群より選ばれる。Ｒ３７およびＲ３８はアリール基またはヘテロアリール基である。ただし式（Ａ）においてはＲ１９～Ｒ２８のうちいずれか１つの位置で、式（Ｂ）においてはＲ２９～Ｒ３６のうちいずれか１つの位置で、窒素原子と連結する。Ｘは酸素原子、または硫黄原子、またはＮ－Ａｒ５である。Ａｒ５は置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ｙは炭素原子を表し、ｎは０または１である。ｎが１のときはＹはアルキル基で置換されていてもよい。）
  2. 前記一般式（１）で表される化合物が、下記一般式（２）で表される化合物である請求項１記載の発光素子材料。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     （Ｒ３９～Ｒ５２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、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、シリル基、および－Ｐ（＝Ｏ）Ｒ５３Ｒ５４からなる群より選ばれる。Ｒ５３およびＲ５４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ａｒ６およびＡｒ８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基を表す。Ａｒ７は置換もしくは無置換のフェニレン基を表す。Ａｒ９は前記式（Ａ）もしくは（Ｂ）で表される基である。）
  3. 陽極と陰極の間に有機層が存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記陽極と陰極の間のいずれかの層に請求項１または２記載の発光素子材料を含有することを特徴とする発光素子。
  4. 前記有機層に少なくとも正孔輸送層が存在し、正孔輸送層に請求項１または２記載の発光素子材料を含有する請求項３記載の発光素子。
  5. 前記有機層に少なくとも正孔注入層が存在し、正孔注入層に請求項１または２記載の発光素子材料を含有する請求項３記載の発光素子。
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