杂环化合物的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2012年02月01日、申请号为201210025092.X、发明名称为"杂 环化合物"的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种杂环化合物，特别涉及一种能够用于利用有机电致发光（EL: Electroluminescence)的发光元件的杂环化合物。
【背景技术】
[0003] 近年来，对利用EL的发光元件的研究开发日益火热。在这些发光元件的基本结构 中，在一对电极之间夹有包含发光物质的层。通过对该元件施加电压，可以获得来自发光物 质的发光。
[0004] 因为这种发光元件是自发光型发光元件，所以具有如下优点：像素的可见度高于 液晶显示器；不需要背光灯等。由此，这种发光元件可以被认为适合于平板显示器元件。另 外，这种发光元件可以被制造为是薄且轻的，这是极大的优点。再者，非常高速的应答也是 这种发光元件的特征之一。
[0005] 因为这种发光元件可以形成为膜状，所以可以容易获得面发光。因此，可以容易形 成利用面发光的大面积的元件。这是在以白炽灯和LED为代表的点光源或以荧光灯为代表 的线光源中难以得到的特征。因此，作为可以应用于照明等的面光源的利用价值也高。
[0006] 根据发光物质是有机化合物还是无机化合物，对上述利用电致发光的发光元件进 行大致的分类。在使用将有机化合物用于发光物质且在一对电极之间设置包含该有机化合 物的层的有机EL元件时，通过对发光元件施加电压，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到 包含发光有机化合物的层，而使电流流过。而且，所注入的电子及空穴使发光有机化合物成 为激发态，而从所激发的发光有机化合物得到发光。
[0007] 由有机化合物形成的激发态可以是单重态激发或三重态激发，来自单重态激发 (s，的发光被称为荧光，而来自三重态激发cn的发光被称为磷光。另外，在发光元件中， 单重态激发和三重态激发的统计学上的生成比率被认为是1 :3。
[0008] 在将单重态激发转换成发光的化合物（以下称为荧光化合物）中，在室温下仅观 察到来自单重态激发的发光（荧光），观察不到来自三重态激发的发光（磷光）。因此，基 于i:3的关系，使用荧光化合物的发光元件中的内部量子效率（所产生的光子与 所注入的载流子之间的比率）的理论上的极限被认为是25%。
[0009] 另一方面，在将三重态激发转换成发光的化合物（以下称为磷光化合物）中，观察 到来自三重态激发的发光（磷光）。此外，在磷光化合物中，由于容易出现系间穿越（即从 单重态激发转移到三重态激发），因此理论上内部量子效率能够增加到100%。换句话说， 可以得到比荧光化合物高的发射效率。由于该原因，为了实现高效率的发光元件，近年来已 在对使用磷光化合物的发光元件进行深入研究开发。
[0010] 当使用上述磷光化合物形成发光元件的发光层时，为了抑制磷光化合物的浓度猝 灭或由三重态-三重态湮灭导致的猝灭，通常以使该磷光化合物分散在由其他化合物构成 的矩阵中的方式形成发光层。此时，成为矩阵的化合物被称为主体材料，分散在矩阵中的化 合物诸如磷光化合物被称为客体材料。
[0011] 当将磷光化合物用作客体材料时，主体材料所需要的性质是具有大于该磷光化合 物的三重态激发能（基态和三重态激发之间的能量差）。
[0012] 另外，由于单重态激发能（基态和单重态激发之间的能量差）大于三重态激发能， 所以具有较大的三重态激发能的物质也具有较大的单重态激发能。因此，如上所述的具有 较大的三重态激发能的物质对将荧光化合物用作发光物质的发光元件有效。
[0013] 作为当磷光化合物为客体材料时使用的主体材料的一例，对具有二苯并[f，h]喹 喔啉环的化合物已经进行了研究（例如，参照专利文献1及2)。
[0014] [专利文献1]国际公开第03/058667号小册子
[0015] [专利文献2]日本申请专利公开2007-189001号公报
[0016] 然而，上述具有二苯并[f，h]喹喔啉环的化合物具有平面结构，因此，这些化合物 容易晶化。使用容易晶化的化合物的发光元件的寿命较短。此外，如果将另一骨架直接键 合到二苯并[f，h]喹喔啉环上以便该化合物具有空间上庞大的结构，则有时可能使共辄体 系延伸而引起三重态激发能的下降。
[0017] 此外，为了实现分别具有低耗电量及高可靠性的发光装置、电子设备及照明装置， 要求驱动电压低的发光元件、电流效率高的发光元件或长寿命的发光元件。
【发明内容】
[0018] 因此，本发明的一个方式的目的是提供新的杂环化合物，该杂环化合物可以用作 使发光层的发光物质分散在发光元件中的主体材料，尤其提供新的杂环化合物，该杂环化 合物可以适用于将磷光化合物用于发光物质时的主体材料。
[0019] 本发明的一个方式的目的是提供驱动电压低的发光元件。此外，本发明的一个方 式的目的是提供电流效率高的发光元件。此外，本发明的一个方式的目的是提供长寿命的 发光元件。此外，本发明的一个方式的目的是提供通过使用该发光元件减少耗电量的发光 装置、电子设备及照明装置。
[0020] 另外，以下所公开的发明的目的是至少解决上述课题中的任何一个。
[0021] 具有喹喔啉骨架的化合物具有高电子传输性，且通过将该化合物用于发光元件， 能够实现具有低驱动电压的元件。然而，喹喔啉骨架具有平面结构。由于具有平面结构的 化合物当形成为膜时容易晶化，因此将该化合物用于发光元件导致该发光元件的寿命短的 问题。再者，喹喔啉骨架的空穴接受性低。当将不能容易受到空穴的化合物用作发光层的 主体材料时，电子和空穴的复合区域集中在发光层的界面，导致发光元件的寿命降低。可以 通过将空穴传输骨架引入到分子内来解决这些课题。然而，如果空穴传输骨架直接键合到 喹喔啉骨架上，则共辄体系延伸而导致带隙及三重态激发能下降。
[0022] 但是，发明人发现如下事实：通过将二苯并[f，h]喹喔啉环和空穴传输骨架通过 亚芳基键合的化合物用于发光元件来可以解决上述课题。
[0023] 作为二苯并[f，h]喹喔啉环和空穴传输骨架通过亚芳基键合的化合物，可以举出 以下所示的杂环化合物。
[0024] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G1)表示的杂环化合物。
[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分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者取代或未取代的 碳数为6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳数为6至13的的亚芳基。
[0027] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G2-1)表示的杂环化合物。
[0028]
[0029] 在通式中，Q1表示硫原子或氧原子，R11至R19以及R21至R27分别表示氢、碳数为1 至4的烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳 数为6至13的的亚芳基。
[0030] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G2-2)表示的杂环化合物。
[0031]
[0032] 在通式中，R11至R19以及R31至R38分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者取代或未 取代的碳数为6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳数为6至13的的亚芳基。
[0033] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G2-3)表示的杂环化合物。
[0034]
[0035] 在通式中，R11至R19以及R41至R47分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者取代或未 取代的碳数为6至13的的芳基，Ar表示取代或未取代的碳数为6至13的的亚芳基，Q2表 示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳数为1至4的烷基或者取代或未取代的碳 数为6至13的的芳基作为取代基。
[0036] 在通式（G1)以及通式（G2-1)至通式（G2-3)中，Ar优选是取代或未取代的亚苯 基或者取代或未取代的联苯二基。Ar特别优选是取代或未取代的亚苯基。再者，从具有高 三重态激发能的能级（T1能级）的角度来看，Ar更优选是取代或未取代的m-亚苯基。
[0037] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G3-1)表示的杂环化合物。
[0038]
[0039] 在通式中，Q1表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳数为1至4的烷 基、取代或未取代的碳数为6至13的芳基作为取代基。此外，R11至R19、R21至R27以及R51至 R54分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基。
[0040] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G3-2)表示的杂环化合物。
[0041]
[0042] 在通式中，R11至R19、R31至R38以及R51至R54分别表示氢、碳数为1至4的烷基或 者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基。
[0043] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G3-3)表示的杂环化合物。
[0044]
[0045] 在通式中，R11至R19、R41至R47以及R51至R54分别表示氢、碳数为1至4的烷基或 者取代或未取代的碳数为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 具有碳数为1至4的烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基作为取代基。
[0046] 通过对二苯并[f，h]喹喔啉环引入空穴传输骨架，能够使本发明的一个方式的化 合物具有空间上庞大的结构，并且该化合物当形成为膜时不容易晶化。通过将该化合物用 于发光元件可以实现长寿命的元件。而且，在该化合物中，由于二苯并[f，h]喹喔啉环和空 穴传输骨架通过亚芳基键合，因此与其中二苯并[f，h]喹喔啉环和空穴传输骨架直接键合 的化合物相比，可以防止带隙和三重态激发能的下降，并且通过将该化合物用于发光元件， 可以实现电流效率高的元件。
[0047]由此，本发明的一个方式的化合物可以适用于发光元件或有机晶体管等的有机器 件的材料。
[0048] 本发明的一个方式是一种包含上述杂环化合物的发光元件。
[0049] 本发明的一个方式是一种发光元件，其中在一对电极之间具有发光层，并且该发 光层包含发光物质及上述杂环化合物。
[0050] 通过使用本发明的一个方式的杂环化合物，可以实现驱动电压低的发光元件。此 外，通过使用本发明的一个方式的杂环化合物，可以实现电流效率高的发光元件。此外，通 过使用本发明的一个方式的杂环化合物，可以实现长寿命的发光元件。使用这种发光元件 的发光装置（图像显示器件）可以实现低耗电量。因此，本发明的一个方式是一种使用上 述发光元件的发光装置。此外，本发明的一个方式还包括将上述发光装置用于显示部的电 子设备及将上述发光装置用于发光部的照明装置。
[0051] 注意，本说明书中的发光装置包括使用发光元件的图像显示器件。此外，如下 模块都包括在发光装置中：发光元件安装有连接器诸如各向异性导电薄膜、TAB(Tape AutomatedBonding:带式自动接合）胶带、或者TCP(TapeCarrierPackage:带载封装） 的模块；在TAB胶带、TCP的端部设置有印刷线路板的模块；通过C0G(ChipOnGlass:玻璃 覆晶封装）方式在发光元件上直接安装有1C(集成电路）的模块。再者，在本说明书中的 发光装置中还包括用于照明设备等的发光装置。
[0052] 本发明的一个方式可以提供一种新的杂环化合物，其中在发光元件中可以用作使 发光层的发光物质分散的主体材料。本发明的一个方式可以提供驱动电压低的发光元件。 此外，本发明的一个方式可以提供电流效率高的发光元件。此外，本发明的一个方式可以提 供长寿命的发光元件。此外，本发明的一个方式可以通过使用该发光元件提供减少耗电量 的发光装置、电子设备及照明装置。
【附图说明】
[0053] 图1A至1C是说明本发明的一个方式的发光元件的图；
[0054] 图2A及2B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
[0055] 图3A及3B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
[0056] 图4A至4E是说明本发明的一个方式的电子设备的图；
[0057] 图5A及5B是说明本发明的一个方式的照明装置的图；
[0058]图6是说明实施例的发光元件的图；
[0059] 图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（缩 写：7mDBTroBq-II)的1HNMR图的图；
[0060] 图8A及8B是示出7mDBTroBq-II的甲苯溶液的吸收光谱及发射光谱的图；
[0061] 图9A及9B是示出7mDBTroBq-II的薄膜的吸收光谱及发射光谱的图；
[0062] 图10是示出实施例2的发光元件的电流密度-亮度特性的图；
[0063] 图11是示出实施例2的发光元件的电压-亮度特性的图；
[0064]图12是示出实施例2的发光元件的亮度-电流效率特性的图；
[0065] 图13是示出实施例2的发光元件的电压-电流特性的图；
[0066] 图14A至14C是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
[0067] 图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（缩写：7mDBTBPDBq-II)的1HNMR图的图；
[0068] 图16A及16B是示出7mDBTBPDBq-II的甲苯溶液的吸收光谱及发射光谱的图；
[0069] 图17A及17B是示出7mDBTBPDBq-II的薄膜的吸收光谱及发射光谱的图；
[0070] 图18是示出实施例4的发光元件的电流密度-亮度特性的图；
[0071] 图19是示出实施例4的发光元件的电压-亮度特性的图；
[0072]图20是示出实施例4的发光元件的亮度-电流效率特性的图；
[0073] 图21是示出实施例4的发光元件的电压-电流特性的图；
[0074] 图22是示出实施例4的发光元件的可靠性测试的结果的图。
【具体实施方式】
[0075] 下面，将参照附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明不局限于以下说 明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不 脱离本发明的宗旨及其范围下可以被变换为各种形式。因此，本发明不应该被解释为仅限 定在下面所示的实施方式所记载的内容中。
[0076] 实施方式1
[0077] 在本实施方式中说明本发明的一个方式的杂环化合物。
[0078] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G1)表示的杂环化合物。
[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分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者取代或未 取代的碳数为6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳数为6至13的的亚芳基。
[0081] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G2-1)表示的杂环化合物。
[0082]
[0083] 在通式（G2-1)中，Q1表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳数为1至 4的烷基、取代或未取代的碳数为6至13的芳基作为取代基。此外，R11至R19以及R21至R27 分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基，并且，Ar表 示取代或未取代的碳数为6至13的的亚芳基。
[0084] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G2-2)表示的杂环化合物。
[0085]
[0086] 在通式（G2-2)中，R11至R19以及R31至R38分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者 取代或未取代的碳数为6至13的的芳基，并且，Ar表示取代或未取代的碳数为6至13的 的亚芳基。
[0087] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G2-3)表示的杂环化合物。
[0088]
[0089] 在通式（G2-3)中，R11至R19以及R41至R47分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者 取代或未取代的碳数为6至13的的芳基，Ar表示取代或未取代的碳数为6至13的的亚芳 基，Q2表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳数为1至4的烷基或者取代或未取 代的碳数为6至13的的芳基作为取代基。
[0090] 在通式（G1)以及通式（G2-1)至通式（G2-3)中，Ar优选是取代或未取代的亚苯 基或者取代或未取代的联苯二基。Ar特别优选是取代或未取代的亚苯基。再者，从具有T1 能级的角度来看，Ar更优选是取代或未取代的m-亚苯基。
[0091] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G3-1)表示的杂环化合物。
[0092]
[0093] 在通式（G3-1)中，Q1表示硫原子、氧原子或氮原子，并且，氮原子具有碳数为1至4 的烷基、取代或未取代的碳数为6至13的芳基作为取代基。此外，R11至R19、R21至R27以及 R51至R54分别表示氢、碳数为1至4的烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基。
[0094] 本发明的一个方式一种由下述通式（G3-2)表示的杂环化合物。
[0095]
[0096] 在通式（G3-2)中，R11至R19、R31至R38以及R51至R54分别表示氢、碳数为1至4的 烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基。
[0097] 本发明的一个方式是一种由下述通式（G3-3)表示的杂环化合物。
[0098]
[0099] 在通式（G3-3)中，R11至R19、R41至R47以及R51至R54分别表示氢、碳数为1至4的 烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基，Q2表示硫原子、氧原子或氮原子，并且， 氮原子具有碳数为1至4的烷基或者取代或未取代的碳数为6至13的的芳基作为取代基。
[0100] 作为通式（Gl)、（G2-1)、（G2-2)和（G2-3)中的Ar的具体结构，例如可以举出由结 构式（1-1)至结构式（1-15)表示的取代基。此外，结构式（1-1)至结构式（1-15)所示的 Ar还可以具有碳数为1至4的烷基作为取代基。
[0101]