特許 7052885 化合物、有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-04

(45)【発行日】2022-04-12

(54)【発明の名称】化合物、有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置

(51)【国際特許分類】

   C07D 213/22 20060101AFI20220405BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20220405BHJP

   H05B 33/12 20060101ALI20220405BHJP

【ＦＩ】

C07D213/22 CSP

H05B33/14 B

H05B33/22 B

H05B33/12 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020560846

(86)(22)【出願日】2020-10-28

(86)【国際出願番号】 JP2020040397

(87)【国際公開番号】W WO2021152940

(87)【国際公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-01-14

(31)【優先権主張番号】P 2020013247

(32)【優先日】2020-01-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】徳田 貴士

(72)【発明者】

【氏名】長尾 和真

【審査官】松澤 優子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５１３１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０４１１２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５０２０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００５３５６３（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０７Ｄ ２１３／２２

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｈ０５Ｂ ３３／１２

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記一般式（１）で表される化合物。

【化1】

（一般式（１）において、Ｘ^１～Ｘ^３のいずれか一つは窒素原子であり、それ以外はメチン基である。Ｌ^１は置換もしくは無置換のビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、クォーターフェニレン基、ジメチルフルオレニレン基、ジフェニルフルオレニレン基またはスピロビフルオレニレン基である。ただし、これらの基が置換されている場合の置換基は、アルキル基またはアルコキシ基である。Ａはフェナントレニル基、ピレニル基、ジメチルフルオレニル基、ジフェニルフルオレニル基またはスピロビフルオレニル基である。）

【請求項2】

前記一般式（１）においてＸ^３が窒素原子である、請求項１に記載の化合物。

【請求項3】

前記一般式（１）においてＬ^１がビフェニレン基、ターフェニレン基またはナフチレン基である、請求項１または２に記載の化合物。

【請求項4】

前記一般式（１）においてＬ^１がビフェニレン基である、請求項１～３のいずれかに記載の化合物。

【請求項5】

前記一般式（１）においてＡがピレニル基である、請求項１～４のいずれかに記載の化合物。

【請求項6】

陽極と陰極との間に少なくとも電子輸送層と発光層とが存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、該電子輸送層が請求項１～５のいずれかに記載の化合物を含有する有機薄膜発光素子。

【請求項7】

前記電子輸送層がさらにアルカリ金属錯体化合物を含有する、請求項６に記載の有機薄膜発光素子。

【請求項8】

陽極と陰極との間にさらに電荷発生層が存在し、該電荷発生層がフェナントロリン骨格を有する化合物を含有する請求項６または７に記載の有機薄膜発光素子。

【請求項9】

陽極と陰極との間に少なくとも電荷発生層と発光層とが存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、該電荷発生層が請求項１～５のいずれかに記載の化合物を含有する有機薄膜発光素子。

【請求項10】

前記電荷発生層がさらにアルカリ金属原子を含有する請求項９に記載の有機薄膜発光素子。

【請求項11】

前記アルカリ金属原子がＬｉである請求項１０に記載の有機薄膜発光素子。

【請求項12】

陽極と陰極との間に少なくとも電子注入層と発光層とが存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、該電子注入層が請求項１～５のいずれかに記載の化合物を含有する有機薄膜発光素子。

【請求項13】

請求項６～１２のいずれかに記載の発光素子を含む表示装置。

【請求項14】

請求項６～１２のいずれかに記載の発光素子を含む照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特定の構造を有する化合物と、それを用いた有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

有機薄膜発光素子は、近年では、テレビやスマートフォンのディスプレイに採用されるなど、着実に実用化が進んでいる。しかし、既存の有機薄膜発光素子にはまだ技術的な課題も多い。中でも、高効率な発光を得ることと、有機薄膜発光素子の長寿命化との両立は、大きな課題となっている。

【0003】

これらの課題を解決する化合物として、これまでに、フルオランテン骨格と電子受容性窒素を含む芳香族複素環基とを有するフルオランテン誘導体（例えば、特許文献１参照）、ピレン骨格とアリール基またはヘテロアリール基とを有する化合物（例えば、特許文献２、非特許文献１参照）、シアノ基とヘテロアリール基とを有する化合物（例えば、特許文献３参照）、トリフェニレン骨格と電子受容性窒素を含む芳香族複素環とを有する化合物（例えば、特許文献４参照）などが開発されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１５／１８２５４７号

【文献】国際公開第２０１２／１７３０７３号

【文献】特表２０１８－５３２６８８号公報

【文献】国際公開第２０１６／０６０３２２号

【非特許文献】

【0005】

【文献】“Ｓｅｎｓｏｒｓ”，（スイス），２００９年５月１３日，２００９，９（５），ｐ．３６０４－３６２６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１～２や非特許文献１によれば、含窒素芳香族複素環とフルオランテンやピレンが連結した特定構造の化合物により、発光効率を高め、低電圧駆動が可能で耐久性に優れた有機薄膜発光素子を得ることができる。また、特許文献３～４には、シアノ基やトリフェニレン骨格と含窒素芳香族複素環を有する特定構造の化合物により、耐久性に優れた有機薄膜発光素子を得ることができることが開示されている。しかしながら、近年有機薄膜発光素子に求められる発光効率と耐久性はますます高まっており、さらに高い発光効率と耐久寿命とを両立させる技術が求められている。

【0007】

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、発光効率および耐久寿命に優れ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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、下記一般式（１）で表される化合物である。

【0009】

【化1】

【0010】

一般式（１）において、Ｘ^１～Ｘ^３のいずれか一つは窒素原子であり、それ以外はメチン基ある。Ｌ^１は置換もしくは無置換のビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、クォーターフェニレン基、ジメチルフルオレニレン基、ジフェニルフルオレニレン基またはスピロビフルオレニレン基である。ただし、これらの基が置換されている場合の置換基は、アルキル基またはアルコキシ基である。Ａはフェナントレニル基、ピレニル基、ジメチルフルオレニル基、ジフェニルフルオレニル基またはスピロビフルオレニル基である。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、発光効率および耐久寿命に優れた有機薄膜発光素子を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る化合物、有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。

【0013】

（一般式（１）で表される化合物）
本発明の一つの実施形態である一般式（１）で表される化合物は、以下に示されるものである。

【0014】

【化2】

【0015】

一般式（１）において、Ｘ^１～Ｘ^３のいずれか一つは窒素原子であり、それ以外はメチン基である。Ｌ^１は置換もしくは無置換のビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、クォーターフェニレン基、ジメチルフルオレニレン基、ジフェニルフルオレニレン基またはスピロビフルオレニレン基である。ただし、これらの基が置換されている場合の置換基は、アルキル基またはアルコキシ基である。Ａはフェナントレニル基、ピレニル基、ジメチルフルオレニル基、ジフェニルフルオレニル基またはスピロビフルオレニル基である。

【0016】

「置換もしくは無置換の」という場合における「無置換」とは、水素原子が結合していることを意味し、「置換」とは、水素原子の少なくとも一部が置換されていることを意味する。以下に説明する化合物またはその部分構造において、「置換もしくは無置換の」という場合においても上記と同様である。

【0017】

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。

【0018】

アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ－プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ－ブトキシ基、ｓｅｃ－ブトキシ基、ｔｅｒｔ－ブトキシ基などの、アルキル基が酸素に結合した基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ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。

【0019】

従来の含窒素芳香族複素環および多環芳香族炭化水素を含む化合物として、例えば、特許文献１～４、非特許文献１には、下記式で表される化合物Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｖ、Ｗが示されている。

【0020】

【化3】

【0021】

しかしながら、これらの化合物を発光素子材料として電子注入層、電子輸送層または電荷発生層に使用した素子であっても、近年求められる特性に対してはいまだ十分な性能が得られておらず、発光効率、耐久寿命の面で更なる性能向上が可能となる化合物の創出が求められている。

【0022】

例えば、化合物Ｘのようなフルオランテニル基を有する化合物は、駆動電圧が高く、発光効率および耐久寿命になお課題があった。また、化合物Ｙのような含窒素芳香族複素環と多環芳香族炭化水素とをフェニレン基により連結した化合物は、連結基による分子間相互作用向上の効果が小さいため、駆動電圧を十分に下げることが困難であり、発光効率および耐久寿命に課題があった。また、化合物Ｚのようなシアノ基と含窒素芳香族複素環を有する化合物は、シアノ基によりＬＵＭＯ準位が深くなりすぎるため、駆動電圧が高くなり、発光効率および耐久寿命に課題があった。化合物Ｖのようなピレニル基を複数有する化合物や化合物Ｗのようなトリフェニレニル基を有する化合物は、その高い結晶性により素子中で結晶化しやすく、耐久寿命および駆動安定性に課題があった。

【0023】

本発明者らは、その改良の検討において、特定の多環芳香族炭化水素と、それらの連結基の効果に着目した。一般式（１）で表される化合物は、Ｌ^１にフェニレン基よりも分子量の大きい連結基を導入している。分子を長くすることにより分子間の相互作用が高まり、さらに蒸着膜において水平配向しやすくなる。これらの効果によって、電荷輸送性をより大きくすることができ、駆動電圧を小さくし、発光効率を向上させることができる。また、分子間相互作用を高めることにより、ガラス転移温度を高めることができ、耐久寿命を向上させることができる。さらに、Ａとして、高い平面性を有し、分子同士の重なりが大きいフェナントレニル基、ピレニル基、ジメチルフルオレニル基、ジフェニルフルオレニル基またはスピロビフルオレニル基を選択することにより、高い電荷輸送性を有するため、低電圧で駆動し、発光効率を向上させることができる。

【0024】

一般式（１）で表される化合物は、大きな電子輸送性を有している。また、複数のピリジル基からなるフレキシブルな構造であることから、金属原子への大きな配位性を有する。そこで、一般式（１）で表される化合物を発光素子における有機層に用いた場合、安定な層を形成することができる。特に、有機層が電子輸送層、電子注入層や電荷発生層である場合、それらの層はより安定で優れた性能を示す。

【0025】

一般式（１）において、Ｘ^１～Ｘ^３のいずれか一つは窒素原子であり、それ以外はメチン基である。金属原子への配位性を高め、より安定な層を形成するという観点から、Ｘ^３が窒素原子であることが好ましい。より安定に配位子した層を形成することにより、低電圧で駆動し、耐久寿命をより向上させることができる。

【0026】

一般式（１）において、Ｌ^１は置換もしくは無置換のビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、クォーターフェニレン基、ジメチルフルオレニレン基、ジフェニルフルオレニレン基またはスピロビフルオレニレン基である。Ｌ^１がこれらの基である場合、前述のとおり、分子間の相互作用が高くなり、電荷輸送性や膜質安定性をより高くすることができる。また、Ｌ^１は、置換もしくは無置換のビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基が好ましく、置換もしくは無置換のビフェニレン基がより好ましい。これらの基を選択することにより、電荷輸送性が向上することにより、低電圧で駆動し、発光効率をより向上させることができる。また、これらの基を選択することにより、膜質安定性が向上することにより、耐久寿命をより向上させることができる。

【0027】

Ｌ^１が置換されている場合の置換基は、アルキル基またはアルコキシ基である。これらの置換基は化合物の電荷輸送性を低下させることなく、化合物の安定性を向上させることができるため好ましい。

【0028】

一般式（１）において、Ａはフェナントレニル基、ピレニル基、ジメチルフルオレニル基、ジフェニルフルオレニル基またはスピロビフルオレニル基である。発光効率および耐久寿命をより向上させる観点から、Ａはピレニル基が好ましい。

【0029】

上記一般式（１）で表される化合物としては、例えば、以下に示す化合物が挙げられる。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。

【0030】

【化4】

【0031】

【化5】

【0032】

【化6】

【0033】

【化7】

【0034】

【化8】

【0035】

【化9】

【0036】

【化10】

【0037】

【化11】

【0038】

【化12】

【0039】

【化13】

【0040】

【化14】

【0041】

一般式（１）で表される化合物は、公知の合成法により合成することができる。合成法としては、例えば、パラジウムを用いたハロゲン化アリール誘導体とアリールボロン酸誘導体とのカップリング反応が挙げられるが、これに限定されるものではない。

【0042】

一般式（１）で表される化合物は、発光素子材料として好ましく用いられる。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、電極の保護膜（キャップ層）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、かつ耐久寿命に優れた発光素子が得られる。

【0043】

（有機薄膜発光素子）
次に、有機薄膜発光素子の実施の形態について詳細に説明する。有機薄膜発光素子は、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。

【0044】

このような有機薄膜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、７）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層といった積層構成が挙げられる。

【0045】

さらに、上記の積層構成を、中間層を介して複数積層したタンデム型であってもよい。中間層は、一般的に、中間電極、中間導電層、電荷発生層、電子引抜層、接続層、中間絶縁層とも呼ばれ、公知の材料構成を用いることができる。タンデム型の具体例としては、例えば、８）正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電荷発生層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層、９）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／電荷発生層／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、陽極と陰極の間に中間層として電荷発生層を含む積層構成が挙げられる。

【0046】

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。さらに上記有機薄膜発光素子は、光学干渉効果に起因して発光効率を向上させるキャッピング材料を用いた層を含んでもよい。

【0047】

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、電子輸送層、電荷発生層または電子注入層に特に好適に用いられる。本発明の有機薄膜発光素子は、陽極と陰極との間に少なくとも電子輸送層とを有し、電子輸送層に一般式（１）で表される化合物を含有する構成、陽極と陰極との間に少なくとも電荷発生層と発光層とを有し、電荷発生層に一般式（１）で表される化合物を含有する構成や、陽極と陰極との間に少なくとも電子注入層と発光層とを有し、電子注入層に一般式（１）で表される化合物を含有する構成が好ましい。

【0048】

本発明の実施の形態に係る発光素子において、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。

【0049】

（基板）
発光素子の機械的強度を保つために、発光素子を基板上に形成することが好ましい。基板としては、ソーダガラスや無アルカリガラスなどのガラス基板や、プラスチック基板などが挙げられる。ガラス基板の厚みは、機械的強度を保つために十分な厚みがあればよく、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ことが好ましく、無アルカリガラスが好ましい。また、ＳｉＯ_２などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されており、これを使用することもできる。

【0050】

（陽極）
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ことが好ましい。また、光を取り出すために、透明または半透明であることが好ましい。陽極に用いる材料としては、例えば、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や、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。これらの中でも、ＩＴＯガラスやネサガラスが好ましい。これらの電極材料は、単独で用いてもよいし、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。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が、素子の消費電力の観点からは、低抵抗であることが好ましい。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好ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができ、通常４５～３００ｎｍの間で用いられることが多い。

【0051】

（陰極）
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。陰極に用いる材料としては、例えば、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挙げられる。中でも、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、主成分としてはアルミニウム、銀、マグネシウムが好ましく、電子輸送層および電子注入層への電子注入が容易であることから、マグネシウムと銀で構成されることがより好ましい。

【0052】

（保護層）
陰極保護のために、陰極上に保護層（キャップ層）を積層することが好ましい。保護層を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、これら金属を用いた合金、シリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などの有機高分子化合物などが挙げられる。また、一般式（１）で表される化合物も、保護層として利用できる。ただし、発光素子が、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）である場合は、保護層に用いられる材料は、可視光領域において光透過性を有することが好ましい。

【0053】

（正孔注入層）
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。

【0054】

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）などのベンジジン誘導体、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、トリアリールアミン誘導体、ビス（Ｎ－アリールカルバゾール）、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、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、ポリシランなどのポリマー系材料などが挙げられる。陽極から正孔輸送層へ円滑に正孔を注入輸送する観点から、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。

【0055】

これらの材料を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ためより好ましい。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、発光効率や耐久寿命をより向上させることができる。

【0056】

アクセプター性化合物としては、例えば、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、塩化アンチモンなどの金属塩化物、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ルテニウムなどの金属酸化物、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）などの電荷移動錯体、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、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどが挙げられる。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。

【0057】

（正孔輸送層）
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１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。

【0058】

正孔輸送層に用いられる材料としては、正孔注入層に用いられる材料として例示したものが挙げられる。発光層へ円滑に正孔を注入輸送する観点から、トリアリールアミン誘導体、ベンジジン誘導体がより好ましい。

【0059】

（発光層）
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、本発明の実施の形態における発光素子は、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、濃度消光現象を抑制する観点から、ホスト材料に対して３０重量％以下が好ましく、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。

【0060】

発光材料としては、発光体として知られている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）アルミニウムなどの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や、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、ポリチオフェン誘導体などのポリマーなどが挙げられる。

【0061】

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、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）などの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、トリアジン誘導体や、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のポリマーなどが挙げられる。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。

【0062】

発光材料に含有されるドーパント材料としては、例えば、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、フルオランテン、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、その金属錯体、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’－ジアミンなどの芳香族アミン誘導体などが挙げられる。その中でも、ジアミン骨格を含むドーパントや、フルオランテン骨格を含むドーパントが好ましく、発光効率をより向上させることができる。

【0063】

また、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。イリジウム錯体または白金錯体が好ましく、発光効率をより向上させることができる。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

【化15】

【0067】

【化16】

【0068】

本発明の実施の形態に係る発光素子は、発光層が三重項発光材料を含有することも好ましい。

【0069】

また、発光層が熱活性化遅延蛍光材料を含有することも好ましい。熱活性化遅延蛍光については、「最先端の有機ＥＬ」（安達千波矢、藤本弘編、シーエムシー出版発行）の８７～１０３ページで解説されている。その文献の中で、蛍光発光材料の励起一重項状態と励起三重項状態のエネルギーレベルを近接させることにより、通常は遷移確率が低い励起三重項状態から励起一重項状態への逆エネルギー移動が高効率で生じ、熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｄｅｌａｙｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ， ＴＡＤＦ）が発現すると説明されている。さらに、当該文献中の図５で、遅延蛍光の発生メカニズムが説明されている。遅延蛍光の発光は、過渡ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）測定により確認できる。

【0070】

熱活性化遅延蛍光材料は、一般的に、ＴＡＤＦ材料とも呼ばれる。熱活性化遅延蛍光材料は、単一の材料で熱活性化遅延蛍光を示す材料であってもよいし、複数の材料で熱活性化遅延蛍光を示す材料であってもよい。材料が複数からなる場合は、混合物として用いてもよいし、各材料からなる層を積層して用いてもよい。熱活性化遅延蛍光材料としては、公知の材料を用いることができる。例えば、ベンゾニトリル誘導体、トリアジン誘導体、ジスルホキシド誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ジヒドロフェナジン誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【0071】

ＴＡＤＦ材料が発光層に含まれる素子には、さらに発光層に蛍光ドーパントが含まれていることが好ましい。ＴＡＤＦ材料により三重項励起子が一重項励起子に変換され、その一重項励起子を蛍光ドーパントが受け取ることにより、より高い発光効率やより長い素子寿命を達成できるためである。

【0072】

（電子輸送層）
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、電子輸送層を構成する材料は、電子親和力が大きく、電子移動度が大きく、安定性に優れ、製造時および使用時に、トラップとなる不純物が発生しにくい物質であることが好ましい。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こと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、正孔阻止層および電子輸送層は単独でも複数の材料が積層されて構成されていてもよい。

【0073】

電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、例えば、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）ビフェニルなどの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。駆動電圧をより低減し、より高効率の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。

【0074】

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、より低電圧での駆動が可能となる。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ため、発光効率がより向上する。

【0075】

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、トリアジン環、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、キナゾリン環、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。

【0076】

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、ピリジン誘導体、トリアジン誘導体、キナゾリン誘導体、ピリミジン誘導体、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。

【0077】

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、発光素子の駆動電圧をより低減することができるため好ましい。さらに、素子の耐久寿命がより向上し、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フルオランテン骨格、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より好ましい。

【0078】

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。

【0079】

【化17】

【0080】

また、一般式（１）で表される化合物も、高い電子輸送性を有し、電子輸送材料として優れた性質を示すため好ましい。

【0081】

上記電子輸送材料は単独でも用いてもよいし、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。

【0082】

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、セシウムなどのアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウム、セリウム、バリウムなどのアルカリ土類金属が挙げられる。

【0083】

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、無機塩または有機物との錯体の状態であることが好ましい。さらに、大気中における取扱を容易にし、添加濃度を調整しやすくできる点で、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、Ｌｉ_２Ｏ等の酸化物、窒化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ等のフッ化物、Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｒｂ_２ＣＯ_３、Ｃｓ_２ＣＯ_３等の炭酸塩などが挙げられる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の好ましい例としては、駆動電圧をより低減することができるという観点では、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、発光素子の駆動電圧をより低減することができる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い。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（Ｌｉｑ）が特に好ましい。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

（電子注入層）
本発明において、陰極と電子輸送層の間に電子注入層を設けてもよい。一般的に電子注入層は陰極から電子輸送層への電子の注入を助ける目的で挿入されるが、挿入する場合は、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てもよいし、上記のドナー性材料を用いてもよい。

【0087】

また、電子注入層に絶縁体や半導体の無機物を用いることもできる。これらの材料を用いることにより、発光素子の短絡を抑制して、かつ電子注入性を向上させることができるため好ましい。

【0088】

このような絶縁体としては、アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物からなる群から選択される少なくとも一つの金属化合物を使用することが好ましい。

【0089】

具体的に、好ましいアルカリ金属カルコゲナイドとしては、例えば、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＳおよびＮａ_２Ｓｅが挙げられる。また、好ましいアルカリ土類金属カルコゲナイドとしては、例えば、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＢｅＯ、ＢａＳおよびＣａＳｅが挙げられる。また、好ましいアルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＣｌ、ＫＣｌおよびＮａＣｌ等が挙げられる。また、好ましいアルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＭｇＦ_２およびＢｅＦ_２等のフッ化物や、フッ化物以外のハロゲン化物が挙げられる。

【0090】

さらに、有機物と金属の錯体も好適に用いられる。電子注入層に有機物と金属の錯体を用いる場合、膜厚調整が容易であるため好ましい。このような有機金属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。

【0091】

また、一般式（１）で表される化合物も高い電子注入性を有し、電子注入層の材料として優れた性質を示すため好ましい。

【0092】

（電荷発生層）
本発明における電荷発生層は、一般に二重層からなり、具体的には、ｎ型電荷発生層およびｐ型電荷発生層からなるｐｎ接合電荷発生層として用いることができる。上記ｐｎ接合型電荷発生層は、発光素子中で電圧が印加されることにより、電荷を発生、または電荷を正孔および電子に分離し、これらの正孔および電子を、正孔輸送層および電子輸送層を経由して発光層に注入する。具体的には、発光層が積層された発光素子において、中間層の電荷発生層として機能する。ｎ型電荷発生層は陽極側に存在する第一発光層に電子を供給し、ｐ型電荷発生層は陰極側に存在する第二発光層に正孔を供給する。そのため、複数の発光層を積層した発光素子における発光効率をより向上させ、駆動電圧を下げることができ、素子の耐久寿命もより向上させることができる。

【0093】

上記ｎ型電荷発生層は、ｎ型ドーパントおよびホストからなり、これらは従来の材料を用いることができる。例えば、ｎ型ドーパントとして、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または希土類金属を用いることができる。また、ホストとして、トリアジン誘導体、フェナントロリン誘導体およびオリゴピリジン誘導体を用いることができる。特に、一般式（１）で表される化合物およびフェナントロリン誘導体は、上記ｎ型電荷発生層のホストとして優れた性質を示すため好ましい。

【0094】

フェナントロリン誘導体を上記ｎ型電荷発生層のホストとして用いる場合、電子輸送材料として一般式（１）で表される化合物を用いることが好ましい。これらの材料間における電子注入障壁が小さいため、素子における駆動電圧をより低減することができるためである。

【0095】

上記ｐ型電荷発生層は、ｐ型ドーパントおよびホストからなり、これらは従来の材料を用いることができる。例えば、ｐ型ドーパントとして、テトラフルオレ－７，７，８，８－テトラシアノキノジメタン（Ｆ４－ＴＣＮＱ）、テトラシアノキノジメタン誘導体、ラジアレン誘導体、ヨウ素、ＦｅＣｌ_３、ＦｅＦ_３、ＳｂＣｌ_５などを用いることができる。ｐ型ドーパントとして好ましくは、ラジアレン誘導体である。ホストとして好ましくは、アリールアミン誘導体である。

【0096】

有機層の厚みは、発光物質の抵抗値にもよるため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。

【0097】

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

【0098】

本発明の実施の形態に係る発光素子は、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等の表示装置として好適に用いられる。

【0099】

本発明の実施の形態に係る発光素子は、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、主に自発光しないディスプレイ等の表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶ディスプレイ、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、液晶ディスプレイ、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。

【0100】

本発明の実施の形態に係る発光素子は、各種照明装置としても好ましく用いられる。本発明の実施の形態に係る発光素子は、高い発光効率と高色純度との両立が可能であり、さらに、薄型化や軽量化が可能であることから、低消費電力と鮮やかな発光色、高いデザイン性を合わせ持った照明装置が実現できる。

【実施例】

【0101】

以下、実施例を挙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。

【0102】

合成例１：化合物１の合成

【0103】

【化18】

【0104】

４’－（４－ブロモフェニル）－２，２’：６’２”－テルピリジン２．７ｇ、４－（１－ピレニル）フェニルボロン酸１．６ｇ、ジクロロビス（トリフェニルホスフィンパラジウム）ジクロリド５０ｍｇ、１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液６ｍｌ、およびジメトキシエタン７０ｍｌの混合溶液を、窒素気流下、還流下で５時間加熱撹拌した。室温に冷却した後、水を加えてろ過を行い、メタノールで洗浄して真空乾燥した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして溶媒を除去して得られた固体を真空乾燥し、２．３ｇの化合物１を得た。

【0105】

得られた化合物１について、油拡散ポンプを用いて、１×１０^－３Ｐａの圧力下、約３４０℃で昇華精製を行った後、実施例に使用した。昇華精製前後の化合物１のＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は、いずれも９９．９％であった。

【0106】

昇華精製後、マススペクトル（ＭＳ）分析および^１Ｈ－ＮＭＲ分析により化合物１の構造を同定した。その分析結果を以下に示す。
ＭＳ（ｍ／ｚ）：５８６［Ｍ＋Ｈ］^＋
１Ｈ－ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ_３）δ：８．８３３（ｓ、２Ｈ）、８．７５５（ｄ、Ｊ＝２．４Ｈｚ、２Ｈ）、８．７７０（ｄ、Ｊ＝７．６Ｈｚ、２Ｈ）、８．２６３（ｄｄ、Ｊ＝６．４、８．８Ｈｚ、２Ｈ）、８．１９８（ｄｄ、Ｊ＝８．８、９．２Ｈｚ、２Ｈ）、８．０００－８．１１４（ｍ、７Ｈ）、７．８７５－７．９５０（ｍ、６Ｈ）、７．７６０（ｄ、Ｊ＝８．４Ｈｚ、２Ｈ）、７．３５８－７．３８５（ｍ、２Ｈ）。

【0107】

合成例２：化合物２の合成

【0108】

【化19】

【0109】

４’－（４－ブロモフェニル）－２，２’：６’２”－テルピリジン４．０ｇ、３－クロロフェニルボロン酸１．７ｇ、ジクロロビス（トリフェニルホスフィンパラジウム）ジクロリド７２ｍｇ、１．５Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１０ｍｌ、およびジメトキシエタン７０ｍｌの混合溶液を、窒素気流下、還流下で３時間加熱撹拌した。室温に冷却した後、水を加えてろ過を行い、メタノールで洗浄して真空乾燥し、４．０ｇの中間体Ａを得た。

【0110】

次に、中間体Ａ２．９ｇ、１－ピレニルボロン酸１．８ｇ、ジクロロビス（トリフェニルホスフィンパラジウム）ジクロリド５０ｍｇ、１．５Ｍリン酸三カリウム水溶液６ｍｌ、および１，４－ジオキサン４０ｍｌの混合溶液を、窒素気流下、還流下で７時間加熱撹拌した。室温に冷却した後、水を加えてろ過を行い、メタノールで洗浄して真空乾燥した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エバポレートして溶媒を除去して得られた固体を真空乾燥し、１．７ｇの化合物２を得た。

【0111】

得られた化合物２について、油拡散ポンプを用いて、１×１０^－３Ｐａの圧力下、約３４０℃で昇華精製を行った後、実施例に使用した。昇華精製前後の化合物２のＨＰＬＣ純度（測定波長２５４ｎｍにおける面積％）は、いずれも９９．９％であった。

【0112】

昇華精製後、マススペクトル（ＭＳ）分析および^１Ｈ－ＮＭＲ分析により化合物２の構造を同定した。その分析結果を以下に示す。
ＭＳ（ｍ／ｚ）：５８６［Ｍ＋Ｈ］^＋
１Ｈ－ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ_３）δ：８．６７０－８．７９７（ｍ、６Ｈ）、８．１５０－８．２６２（ｍ、４Ｈ）、８．０９５－８．１５０（ｍ、２Ｈ）、８．０００－８．０９５（ｍ、５Ｈ）、７．７６５－７．９９５（ｍ、６Ｈ）、７．６２０－７．７６５（ｍ、２Ｈ）、７．３２０－７．３８０（ｍ、２Ｈ）。

【0113】

次に、各実施例における評価方法について説明する。

【0114】

（駆動電圧）
実施例１～１１および比較例１～１４において得られた素子を、それぞれ１０ｍＡ／ｃｍ２で直流駆動し、初期駆動電圧を測定した。さらに、温度７０℃の環境下、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２で１００時間直流駆動したときの電圧を測定し、初期駆動電圧からの電圧上昇量を算出した。

【0115】

また、実施例１２～２２および比較例１５～２８において得られた発光素子を、それぞれ輝度１０００ｃｄ／ｍ^２で点灯させ、初期駆動電圧を測定した。さらに、室温下、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２で１００時間定電流駆動したときの電圧を測定し、初期駆動電圧からの電圧上昇量を算出した。

【0116】

また、実施例２３～４４および比較例２９～５６において得られた発光素子を、それぞれ１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で駆動させ、初期駆動電圧を測定した。

【0117】

初期駆動電圧が小さいほど低電圧で駆動できるため、発光効率（輝度／電力）に優れると評価できる。また、電圧上昇量が小さいほど、耐久寿命に優れると評価できる。

【0118】

（外部量子効率）
実施例１２～２２および比較例１５～２８において得られた発光素子を、それぞれ電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２で点灯させ、外部量子効率を測定し、発光効率を評価した。外部量子効率が高いほど、発光効率に優れると評価できる。

【0119】

（輝度）
実施例２３～４４および比較例２９～５６において得られた発光素子を、１０ｍＡ／ｃｍ^２で点灯させ、輝度を測定し、発光効率を評価した。輝度が高いほど、発光効率に優れると評価できる。

【0120】

（耐久寿命）
実施例１２～４４および比較例１５～５６において得られた発光素子を、１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流で継続駆動させ、初期輝度から輝度が２０％低下する時間を測定し、耐久寿命とした。

【0121】

実施例１
陽極としてＩＴＯ透明導電膜を１２５ｎｍ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３８ｍｍ×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”（登録商標）５６（商品名、フルウチ化学（株）製）を用いて１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、素子を作製する直前に１時間ＵＶ－オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０^－４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、合成例１により得られた化合物１と、ドーパントである金属元素Ｌｉとを、蒸着速度比が化合物１：Ｌｉ＝９９：１となるように１００ｎｍ蒸着し、重量比が９９：１の層を形成した。その後、アルミニウムを６０ｎｍ蒸着して陰極とし、５ｍｍ×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り、他の実施例、比較例においても共通する。

【0122】

この素子について、前述の方法により評価したところ、初期駆動電圧は０．０３０Ｖ、７０℃で１００時間駆動したときの電圧上昇量は０．００１Ｖであった。

【0123】

【化20】

【0124】

実施例２～１１、比較例１～１４
用いる化合物および化合物と金属元素の蒸着速度比を表１に記載の通りに変更したこと以外は実施例１と同様にして素子を作製した。各実施例および比較例の結果を表１に示す。なお、化合物２～２３は以下に示す化合物である。

【0125】

【化21】

【0126】

【化22】

【0127】

【化23】

【0128】

【表1】

【0129】

実施例１２
陽極としてＩＴＯ透明導電膜を１６５ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を、３８ｍｍ×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）を用いて１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、素子を作製する直前に１時間ＵＶ－オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０^－４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入層として、ＨＡＴ－ＣＮ_６を５ｎｍ蒸着し、次いで正孔輸送層として、ＨＴ－１を５０ｎｍ蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料Ｈ－１、ドーパント材料Ｄ－１の混合層を、ドープ濃度が５重量％になるようにして２０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、電子輸送層として、ＥＴ－１と２Ｅ－１を蒸着速度比がＥＴ－１と２Ｅ－１＝１：１となるように３５ｎｍの厚さに蒸着した。次に、電子注入層として、合成例１により得られた化合物１と、ドーパントである金属元素Ｌｉとを、蒸着速度比が化合物１：Ｌｉ＝９９：１となるように１０ｎｍ蒸着した。その後、アルミニウムを６０ｎｍ蒸着して陰極とし、５ｍｍ×５ｍｍ角の発光素子を作製した。

【0130】

この発光素子について、前述の方法により評価したところ、初期駆動電圧は４．０５Ｖ、外部量子効率（発光効率）は５．７７％、耐久寿命は１０００時間、室温下で１００時間駆動したときの電圧上昇量は０．００１Ｖであった。なおＨＡＴ－ＣＮ_６、ＨＴ－１、Ｈ－１、Ｄ－１、ＥＴ－１および２Ｅ－１は以下に示す化合物である。

【0131】

【化24】

【0132】

実施例１３～２２、比較例１５～２８
用いる化合物および化合物と金属元素の蒸着速度比を表２に記載の通りに変更したこと以外は実施例１２と同様にして発光素子を作製した。各実施例および比較例の結果を表２に示す。

【0133】

【表2】

【0134】

実施例２３
陽極としてＩＴＯ透明導電膜を１６５ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を、３８ｍｍ×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）を用いて１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、素子を作製する直前に１時間ＵＶ－オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０^－４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入層として、ＨＡＴ－ＣＮ_６を５ｎｍ蒸着した。次いで、正孔注入層上に正孔輸送層、発光層および電子輸送層からなる、発光ユニット（第一の発光ユニット）を形成した。

【0135】

具体的には、正孔輸送層として、ＨＴ－１を５０ｎｍ蒸着し、次に、発光層として、ホスト材料Ｈ－１、ドーパント材料Ｄ－１の混合層を、ドープ濃度が５重量％になるようにして２０ｎｍの厚さに蒸着し、次に、電子輸送層として、ＥＴ－１と２Ｅ－１を蒸着速度比がＥＴ－１と２Ｅ－１＝１：１となるように３５ｎｍの厚さに蒸着した。

【0136】

第一の発光ユニット上に、Ｎ型電荷発生層として、合成例１により得られた化合物１と、ドーパントである金属元素Ｌｉとを、蒸着速度比が化合物１：Ｌｉ＝９９：１となるように１０ｎｍ蒸着し、次に、Ｐ型電荷発生層として、ＨＡＴ－ＣＮ_６を１０ｎｍ蒸着した。

【0137】

電荷発生層に続いて、第一の発光ユニットと同様に第二の発光ユニットを形成した。その後、電子注入層として、合成例１により得られた化合物１と、ドーパントである金属元素Ｌｉとを、蒸着速度比が化合物１：Ｌｉ＝９９：１で１０ｎｍ蒸着し、続いてアルミニウムを６０ｎｍ蒸着して陰極とし、５ｍｍ×５ｍｍ角の発光素子を作製した。

【0138】

この発光素子について、前述の方法により評価したところ、初期駆動電圧は８．２２Ｖ、輝度は１８２０ｃｄ／ｍ^２、耐久寿命は２５００時間であった。

【0139】

実施例２４～３３、比較例２９～４２
用いる化合物および化合物と金属元素の蒸着速度比を表３に記載の通りに変更したこと以外は実施例２３と同様にして発光素子を作製した。各実施例および比較例の結果を表３に示す。

【0140】

【表3】

【0141】

実施例３４
電子輸送層の形成において、ＥＴ－１にかえて合成例１により得られた化合物１を用いたこと、および、Ｎ型電荷発生層の形成において、化合物１にかえてＥＴ－２を用いたこと以外は実施例２３と同様にして発光素子を作製した。

【0142】

この発光素子について、前述の方法により評価したところ、初期駆動電圧は８．１０Ｖ、輝度は１８００ｃｄ／ｍ^２、耐久寿命は２４５０時間であった。なおＥＴ－２は以下に示す化合物である。

【0143】

【化25】

【0144】

実施例３５～４４、比較例４３～５６
用いる化合物および化合物と金属元素の蒸着速度比を表４に記載の通りに変更したこと以外は実施例３４と同様にして発光素子を作製した。各実施例および比較例の結果を表４に示す。

【0145】

【表4】