雜環化合物的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2012年02月01日、申請號為201210025092.X、發明名稱為"雜 環化合物"的專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及一種雜環化合物，特別涉及一種能夠用于利用有機電致發光（EL: Electroluminescence)的發光元件的雜環化合物。
【背景技術】
[0003] 近年來，對利用EL的發光元件的研究開發日益火熱。在這些發光元件的基本結構 中，在一對電極之間夾有包含發光物質的層。通過對該元件施加電壓，可以獲得來自發光物 質的發光。
[0004] 因為這種發光元件是自發光型發光元件，所以具有如下優點：像素的可見度高于 液晶顯示器；不需要背光燈等。由此，這種發光元件可以被認為適合于平板顯示器元件。另 外，這種發光元件可以被制造為是薄且輕的，這是極大的優點。再者，非常高速的應答也是 這種發光元件的特征之一。
[0005] 因為這種發光元件可以形成為膜狀，所以可以容易獲得面發光。因此，可以容易形 成利用面發光的大面積的元件。這是在以白熾燈和LED為代表的點光源或以熒光燈為代表 的線光源中難以得到的特征。因此，作為可以應用于照明等的面光源的利用價值也高。
[0006] 根據發光物質是有機化合物還是無機化合物，對上述利用電致發光的發光元件進 行大致的分類。在使用將有機化合物用于發光物質且在一對電極之間設置包含該有機化合 物的層的有機EL元件時，通過對發光元件施加電壓，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到 包含發光有機化合物的層，而使電流流過。而且，所注入的電子及空穴使發光有機化合物成 為激發態，而從所激發的發光有機化合物得到發光。
[0007] 由有機化合物形成的激發態可以是單重態激發或三重態激發，來自單重態激發 (s，的發光被稱為熒光，而來自三重態激發cn的發光被稱為磷光。另外，在發光元件中， 單重態激發和三重態激發的統計學上的生成比率被認為是1 :3。
[0008] 在將單重態激發轉換成發光的化合物（以下稱為熒光化合物）中，在室溫下僅觀 察到來自單重態激發的發光（熒光），觀察不到來自三重態激發的發光（磷光）。因此，基 于i:3的關系，使用熒光化合物的發光元件中的內部量子效率（所產生的光子與 所注入的載流子之間的比率）的理論上的極限被認為是25%。
[0009] 另一方面，在將三重態激發轉換成發光的化合物（以下稱為磷光化合物）中，觀察 到來自三重態激發的發光（磷光）。此外，在磷光化合物中，由于容易出現系間穿越（即從 單重態激發轉移到三重態激發），因此理論上內部量子效率能夠增加到100%。換句話說， 可以得到比熒光化合物高的發射效率。由于該原因，為了實現高效率的發光元件，近年來已 在對使用磷光化合物的發光元件進行深入研究開發。
[0010] 當使用上述磷光化合物形成發光元件的發光層時，為了抑制磷光化合物的濃度猝 滅或由三重態-三重態湮滅導致的猝滅，通常以使該磷光化合物分散在由其他化合物構成 的矩陣中的方式形成發光層。此時，成為矩陣的化合物被稱為主體材料，分散在矩陣中的化 合物諸如磷光化合物被稱為客體材料。
[0011] 當將磷光化合物用作客體材料時，主體材料所需要的性質是具有大于該磷光化合 物的三重態激發能（基態和三重態激發之間的能量差）。
[0012] 另外，由于單重態激發能（基態和單重態激發之間的能量差）大于三重態激發能， 所以具有較大的三重態激發能的物質也具有較大的單重態激發能。因此，如上所述的具有 較大的三重態激發能的物質對將熒光化合物用作發光物質的發光元件有效。
[0013] 作為當磷光化合物為客體材料時使用的主體材料的一例，對具有二苯并[f，h]喹 喔啉環的化合物已經進行了研究（例如，參照專利文獻1及2)。
[0014] [專利文獻1]國際公開第03/058667號小冊子
[0015] [專利文獻2]日本申請專利公開2007-189001號公報
[0016] 然而，上述具有二苯并[f，h]喹喔啉環的化合物具有平面結構，因此，這些化合物 容易晶化。使用容易晶化的化合物的發光元件的壽命較短。此外，如果將另一骨架直接鍵 合到二苯并[f，h]喹喔啉環上以便該化合物具有空間上龐大的結構，則有時可能使共輒體 系延伸而引起三重態激發能的下降。
[0017] 此外，為了實現分別具有低耗電量及高可靠性的發光裝置、電子設備及照明裝置， 要求驅動電壓低的發光元件、電流效率高的發光元件或長壽命的發光元件。
【發明內容】
[0018] 因此，本發明的一個方式的目的是提供新的雜環化合物，該雜環化合物可以用作 使發光層的發光物質分散在發光元件中的主體材料，尤其提供新的雜環化合物，該雜環化 合物可以適用于將磷光化合物用于發光物質時的主體材料。
[0019] 本發明的一個方式的目的是提供驅動電壓低的發光元件。此外，本發明的一個方 式的目的是提供電流效率高的發光元件。此外，本發明的一個方式的目的是提供長壽命的 發光元件。此外，本發明的一個方式的目的是提供通過使用該發光元件減少耗電量的發光 裝置、電子設備及照明裝置。
[0020] 另外，以下所公開的發明的目的是至少解決上述課題中的任何一個。
[0021] 具有喹喔啉骨架的化合物具有高電子傳輸性，且通過將該化合物用于發光元件， 能夠實現具有低驅動電壓的元件。然而，喹喔啉骨架具有平面結構。由于具有平面結構的 化合物當形成為膜時容易晶化，因此將該化合物用于發光元件導致該發光元件的壽命短的 問題。再者，喹喔啉骨架的空穴接受性低。當將不能容易受到空穴的化合物用作發光層的 主體材料時，電子和空穴的復合區域集中在發光層的界面，導致發光元件的壽命降低。可以 通過將空穴傳輸骨架引入到分子內來解決這些課題。然而，如果空穴傳輸骨架直接鍵合到 喹喔啉骨架上，則共輒體系延伸而導致帶隙及三重態激發能下降。
[0022] 但是，發明人發現如下事實：通過將二苯并[f，h]喹喔啉環和空穴傳輸骨架通過 亞芳基鍵合的化合物用于發光元件來可以解決上述課題。
[0023] 作為二苯并[f，h]喹喔啉環和空穴傳輸骨架通過亞芳基鍵合的化合物，可以舉出 以下所示的雜環化合物。
[0024] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G1)表示的雜環化合物。
[0025]
[0026] 在通式中，A表示取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的二苯并呋喃基或 者取代或未取代的咔唑基，R11至R19分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者取代或未取代的 碳數為6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳數為6至13的的亞芳基。
[0027] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G2-1)表示的雜環化合物。
[0028]
[0029] 在通式中，Q1表示硫原子或氧原子，R11至R19以及R21至R27分別表示氫、碳數為1 至4的烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳 數為6至13的的亞芳基。
[0030] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G2-2)表示的雜環化合物。
[0031]
[0032] 在通式中，R11至R19以及R31至R38分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者取代或未 取代的碳數為6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳數為6至13的的亞芳基。
[0033] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G2-3)表示的雜環化合物。
[0034]
[0035] 在通式中，R11至R19以及R41至R47分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者取代或未 取代的碳數為6至13的的芳基，Ar表示取代或未取代的碳數為6至13的的亞芳基，Q2表 示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳數為1至4的烷基或者取代或未取代的碳 數為6至13的的芳基作為取代基。
[0036] 在通式（G1)以及通式（G2-1)至通式（G2-3)中，Ar優選是取代或未取代的亞苯 基或者取代或未取代的聯苯二基。Ar特別優選是取代或未取代的亞苯基。再者，從具有高 三重態激發能的能級（T1能級）的角度來看，Ar更優選是取代或未取代的m-亞苯基。
[0037] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G3-1)表示的雜環化合物。
[0038]
[0039] 在通式中，Q1表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳數為1至4的烷 基、取代或未取代的碳數為6至13的芳基作為取代基。此外，R11至R19、R21至R27以及R51至 R54分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基。
[0040] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G3-2)表示的雜環化合物。
[0041]
[0042] 在通式中，R11至R19、R31至R38以及R51至R54分別表示氫、碳數為1至4的烷基或 者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基。
[0043] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G3-3)表示的雜環化合物。
[0044]
[0045] 在通式中，R11至R19、R41至R47以及R51至R54分別表示氫、碳數為1至4的烷基或 者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基，Q2表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子 具有碳數為1至4的烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基作為取代基。
[0046] 通過對二苯并[f，h]喹喔啉環引入空穴傳輸骨架，能夠使本發明的一個方式的化 合物具有空間上龐大的結構，并且該化合物當形成為膜時不容易晶化。通過將該化合物用 于發光元件可以實現長壽命的元件。而且，在該化合物中，由于二苯并[f，h]喹喔啉環和空 穴傳輸骨架通過亞芳基鍵合，因此與其中二苯并[f，h]喹喔啉環和空穴傳輸骨架直接鍵合 的化合物相比，可以防止帶隙和三重態激發能的下降，并且通過將該化合物用于發光元件， 可以實現電流效率高的元件。
[0047]由此，本發明的一個方式的化合物可以適用于發光元件或有機晶體管等的有機器 件的材料。
[0048] 本發明的一個方式是一種包含上述雜環化合物的發光元件。
[0049] 本發明的一個方式是一種發光元件，其中在一對電極之間具有發光層，并且該發 光層包含發光物質及上述雜環化合物。
[0050] 通過使用本發明的一個方式的雜環化合物，可以實現驅動電壓低的發光元件。此 外，通過使用本發明的一個方式的雜環化合物，可以實現電流效率高的發光元件。此外，通 過使用本發明的一個方式的雜環化合物，可以實現長壽命的發光元件。使用這種發光元件 的發光裝置（圖像顯示器件）可以實現低耗電量。因此，本發明的一個方式是一種使用上 述發光元件的發光裝置。此外，本發明的一個方式還包括將上述發光裝置用于顯示部的電 子設備及將上述發光裝置用于發光部的照明裝置。
[0051] 注意，本說明書中的發光裝置包括使用發光元件的圖像顯示器件。此外，如下 模塊都包括在發光裝置中：發光元件安裝有連接器諸如各向異性導電薄膜、TAB(Tape AutomatedBonding:帶式自動接合）膠帶、或者TCP(TapeCarrierPackage:帶載封裝） 的模塊；在TAB膠帶、TCP的端部設置有印刷線路板的模塊；通過C0G(ChipOnGlass:玻璃 覆晶封裝）方式在發光元件上直接安裝有1C(集成電路）的模塊。再者，在本說明書中的 發光裝置中還包括用于照明設備等的發光裝置。
[0052] 本發明的一個方式可以提供一種新的雜環化合物，其中在發光元件中可以用作使 發光層的發光物質分散的主體材料。本發明的一個方式可以提供驅動電壓低的發光元件。 此外，本發明的一個方式可以提供電流效率高的發光元件。此外，本發明的一個方式可以提 供長壽命的發光元件。此外，本發明的一個方式可以通過使用該發光元件提供減少耗電量 的發光裝置、電子設備及照明裝置。
【附圖說明】
[0053] 圖1A至1C是說明本發明的一個方式的發光元件的圖；
[0054] 圖2A及2B是說明本發明的一個方式的發光裝置的圖；
[0055] 圖3A及3B是說明本發明的一個方式的發光裝置的圖；
[0056] 圖4A至4E是說明本發明的一個方式的電子設備的圖；
[0057] 圖5A及5B是說明本發明的一個方式的照明裝置的圖；
[0058]圖6是說明實施例的發光元件的圖；
[0059] 圖7A及7B是示出7-[3-(二苯并噻吩-4-基）苯基]二苯并[f，h]喹喔啉（縮 寫：7mDBTroBq-II)的1HNMR圖的圖；
[0060] 圖8A及8B是示出7mDBTroBq-II的甲苯溶液的吸收光譜及發射光譜的圖；
[0061] 圖9A及9B是示出7mDBTroBq-II的薄膜的吸收光譜及發射光譜的圖；
[0062] 圖10是示出實施例2的發光元件的電流密度-亮度特性的圖；
[0063] 圖11是示出實施例2的發光元件的電壓-亮度特性的圖；
[0064]圖12是示出實施例2的發光元件的亮度-電流效率特性的圖；
[0065] 圖13是示出實施例2的發光元件的電壓-電流特性的圖；
[0066] 圖14A至14C是說明本發明的一個方式的發光裝置的圖；
[0067] 圖15六及158是示出7-[3'-(二苯并噻吩-4-基）二苯基-3_基]二苯并出11] 喹喔啉（縮寫：7mDBTBPDBq-II)的1HNMR圖的圖；
[0068] 圖16A及16B是示出7mDBTBPDBq-II的甲苯溶液的吸收光譜及發射光譜的圖；
[0069] 圖17A及17B是示出7mDBTBPDBq-II的薄膜的吸收光譜及發射光譜的圖；
[0070] 圖18是示出實施例4的發光元件的電流密度-亮度特性的圖；
[0071] 圖19是示出實施例4的發光元件的電壓-亮度特性的圖；
[0072]圖20是示出實施例4的發光元件的亮度-電流效率特性的圖；
[0073] 圖21是示出實施例4的發光元件的電壓-電流特性的圖；
[0074] 圖22是示出實施例4的發光元件的可靠性測試的結果的圖。
【具體實施方式】
[0075] 下面，將參照附圖詳細地說明本發明的實施方式。但是，本發明不局限于以下說 明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容在不 脫離本發明的宗旨及其范圍下可以被變換為各種形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限 定在下面所示的實施方式所記載的內容中。
[0076] 實施方式1
[0077] 在本實施方式中說明本發明的一個方式的雜環化合物。
[0078] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G1)表示的雜環化合物。
[0079]
[0080] 在通式（G1)中，A表示取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的二苯并呋 喃基或者取代或未取代的咔唑基，R11至R19分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者取代或未 取代的碳數為6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳數為6至13的的亞芳基。
[0081] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G2-1)表示的雜環化合物。
[0082]
[0083] 在通式（G2-1)中，Q1表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳數為1至 4的烷基、取代或未取代的碳數為6至13的芳基作為取代基。此外，R11至R19以及R21至R27 分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基，并且，Ar表 示取代或未取代的碳數為6至13的的亞芳基。
[0084] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G2-2)表示的雜環化合物。
[0085]
[0086] 在通式（G2-2)中，R11至R19以及R31至R38分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者 取代或未取代的碳數為6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳數為6至13的 的亞芳基。
[0087] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G2-3)表示的雜環化合物。
[0088]
[0089] 在通式（G2-3)中，R11至R19以及R41至R47分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者 取代或未取代的碳數為6至13的的芳基，Ar表示取代或未取代的碳數為6至13的的亞芳 基，Q2表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳數為1至4的烷基或者取代或未取 代的碳數為6至13的的芳基作為取代基。
[0090] 在通式（G1)以及通式（G2-1)至通式（G2-3)中，Ar優選是取代或未取代的亞苯 基或者取代或未取代的聯苯二基。Ar特別優選是取代或未取代的亞苯基。再者，從具有T1 能級的角度來看，Ar更優選是取代或未取代的m-亞苯基。
[0091] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G3-1)表示的雜環化合物。
[0092]
[0093] 在通式（G3-1)中，Q1表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳數為1至4 的烷基、取代或未取代的碳數為6至13的芳基作為取代基。此外，R11至R19、R21至R27以及 R51至R54分別表示氫、碳數為1至4的烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基。
[0094] 本發明的一個方式一種由下述通式（G3-2)表示的雜環化合物。
[0095]
[0096] 在通式（G3-2)中，R11至R19、R31至R38以及R51至R54分別表示氫、碳數為1至4的 烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基。
[0097] 本發明的一個方式是一種由下述通式（G3-3)表示的雜環化合物。
[0098]
[0099] 在通式（G3-3)中，R11至R19、R41至R47以及R51至R54分別表示氫、碳數為1至4的 烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基，Q2表示硫原子、氧原子或氮原子，并且， 氮原子具有碳數為1至4的烷基或者取代或未取代的碳數為6至13的的芳基作為取代基。
[0100] 作為通式（Gl)、（G2-1)、（G2-2)和（G2-3)中的Ar的具體結構，例如可以舉出由結 構式（1-1)至結構式（1-15)表示的取代基。此外，結構式（1-1)至結構式（1-15)所示的 Ar還可以具有碳數為1至4的烷基作為取代基。
[0101]