CN102089282A - 咔唑衍生物、发光元件用材料、发光元件以及发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的之一在于提供一种赋予高蓝色纯度且带隙宽的咔唑衍生物。另外，本发明的目的之一在于提供一种使用该咔唑衍生物的高可靠性发光元件、发光装置以及电子设备。本发明提供一种通式(1)所示的咔唑衍生物、通式(P1)所示的咔唑衍生物、通式(M1)所示的咔唑衍生物。另外，本发明提供一种使用上述通式(1)、通式(P1)或通式(M1)所示的咔唑衍生物而形成的发光元件、发光装置、电子设备。

Description

咔唑衍生物、发光元件用材料、发光元件以及发光装置
技术领域
本发明涉及咔唑衍生物。本发明还涉及使用该咔唑衍生物的发光元件用材料、发光元件以及电子设备。
背景技术
使用发光材料的发光元件具有薄型轻量、高速响应、直流低电压驱动等的特性，并被期待着应用于下一代平板显示器。另外，一般认为将发光元件配置为矩阵状的发光装置与现有的液晶显示装置相比具有视角广且可见度好的优点。
一般认为发光元件的发光机理是：通过将发光层夹在一对电极之间并施加电压，来使从阴极注入的电子及从阳极注入的空穴在发光层的发光中心重新结合而形成分子激发子，当该分子激发子回到到基底态之际释放能量而发光。作为激发状态，有单态激发和三重态激发。通过任一激发状态都可以发光。
发光元件的发光波长取决于发光元件中包含的发光分子的激发态与基底态间的能量差，即带隙。因此，通过对发光分子的结构进行改进，能够得到各种各样的发光颜色。另外，通过使用能够发射光的三原色，即红色光、蓝色光、绿色光的发光元件制造发光装置，能够制造全色的发光装置。
但是，全色发光装置具有如下问题：制造颜色纯度高的发光元件并非易事。这是因为如下缘故：虽然为了制造具有高颜色再现性的发光装置需要颜色纯度高的红色、蓝色、绿色的发光元件，但是难以实现可靠性高且颜色纯度高的发光元件。经过近年的材料开发，红色及绿色的发光元件实现了高可靠性及高颜色纯度，然而蓝色的发光元件还未实现十分高的可靠性及颜色纯度，正在进行各种各样的研究(例如，参照专利文献1)。
专利文献1日本专利申请公开2003-31371号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的之一在于提供一种赋予高蓝色纯度且带隙宽的咔唑衍生物。另外，本发明的目的之一在于提供一种使用该咔唑衍生物的高可靠性发光元件、发光装置以及电子设备。
本发明之一是通式(1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100021
(在通式中，Ar1表示碳数为6至13的芳基，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1、Ar2也可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就Ar1、Ar2而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
本发明之一是通式(2)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100031
(在通式中，Ar1表示碳数为6至13的芳基，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。另外，Ar1、Ar2也可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就Ar1、Ar2而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
本发明之一是通式(3)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100032
(在通式中，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基，R13至R17独立地表示氢、碳数为6至10的芳基、碳数为1至4的烷基或碳数为1的卤代烷基。另外，Ar2、R13至R17也可以具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就Ar2、R13至R17而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
本发明之一是通式(4)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100041
(在通式中，R13至R17独立地表示氢、碳数为6至10的芳基、碳数为1至4的烷基或碳数为1的卤代烷基，R18至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17也可以具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就R13至R17而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
另外，本发明之一是结构式(101)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100042
另外，本发明之一是结构式(201)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100051
本发明之一是通式(P1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100052
(在通式中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是通式(P2)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100061
(在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是通式(P3)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100071
(在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为6至10的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是通式(P4)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100081
(在通式中，R9至R12及R18至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是结构式(31)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100091
另外，本发明之一是结构式(63)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100092
另外，本发明之一是结构式(76)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100101
本发明之一是通式(M1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100102
(在通式中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是通式(M2)所示的咔唑衍生物。    
Figure BPA00001293678100111
(在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是通式(M3)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100121
(在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是通式(M4)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100131
(在通式中，R9至R12及R18至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。)
另外，本发明之一是结构式(331)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100141
另外，本发明之一是包含上述咔唑衍生物的发光元件用材料。
另外，本发明之一是使用上述咔唑衍生物的发光元件。具体地说，本发明之一是在一对电极间具有上述咔唑衍生物的发光元件。
另外，本发明之一是在一对电极间具有发光层，并且发光层具有上述咔唑衍生物的发光元件。
本发明的发光装置包括：发光元件，该发光元件在一对电极间具有包含发光物质的层，并且在包含发光物质的层中包含上述咔唑衍生物；以及控制发光元件的发光的控制单元。注意，在本说明书中的发光装置包括图像显示装置、发光装置或光源(包括照明装置)。另外，本发明的发光装置还包括：在面板上安装有连接器如FPC(柔性印刷电路)、TAB(带式自动接合)或TCP(薄膜封装)的模块；在TAB带或TCP的顶端设置有印刷线路板的模块；以及在发光元件上通过COG(玻璃覆晶封装chip on glass)方式直接安装有IC(集成电路)的模块。
另外，本发明包括在显示部使用本发明的发光元件的电子设备在内。因此，本发明的电子设备的特征在于，具有显示部，该显示部具备上述发光元件和控制发光元件的发光的控制单元。
发明效果
本发明的实施方式之一的咔唑衍生物的带隙大，从而能够得到比较短波长的发光，并能够得到颜色纯度高的蓝色发光。另外，本发明的实施方式之一的咔唑衍生物的电化学稳定性高。
另外，通过在由本发明的实施方式之一的咔唑衍生物构成的层中添加其带隙比该咔唑衍生物小的发光材料(以下称为掺杂剂)，能够得到来自掺杂剂的发光。此时，因为本发明的实施方式之一的咔唑衍生物的带隙大，所以即使使用其发光为比较短波长的掺杂剂，也能够高效地得到来自掺杂剂的发光，而不是来自咔唑衍生物的发光。具体地说，大概在450至470nm处具有发光的最大限度的发光材料呈现优良的蓝色的颜色纯度。通过将这种材料用作掺杂剂，能够获得能够发射颜色纯度高的蓝色光的发光元件。
另外，通过制造将本发明的实施方式之一的咔唑衍生物添加到由其带隙比该咔唑衍生物大的材料(以下称为主体)构成的层中的发光元件，而能够得到来自本发明的实施方式之一的咔唑衍生物的发光。就是说，本发明的实施方式之一的咔唑衍生物用作掺杂剂。此时，本发明的实施方式之一的咔唑衍生物的带隙大，并且呈现比较短波长的发光，从而能够制造能够发射颜色纯度高的蓝色光的发光元件。
本发明的实施方式之一的咔唑衍生物的带隙宽，并且它是具有高电子及空穴的注入传输性的双极材料。因此，通过将本发明的实施方式之一的咔唑衍生物用于发光元件，能够获得载流子平衡优良且可靠性高的发光元件。
另外，包含上述咔唑衍生物的本发明的实施方式之一的发光元件是能够实现高蓝色纯度的发光元件。另外，包含上述咔唑衍生物的本发明的实施方式之一的发光元件是高可靠性发光元件。
另外，包含上述发光元件的本发明的实施方式之一的发光装置是颜色再现性高的发光装置，并且它是显示品质高的发光装置。包含上述发光元件的本发明的实施方式之一的发光装置是高可靠性发光装置。
另外，包含上述发光元件的本发明的实施方式之一的电子设备是颜色再现性高的电子设备，并且它是显示品质高的电子设备。另外，包含上述发光元件的本发明的实施方式之一的电子设备是高可靠性电子设备。
附图说明
图1A至1C是说明发光元件的图；
图2是说明发光元件的图；
图3是说明发光元件的图；
图4A和4B是说明发光装置的图；
图5A和5B是说明发光装置的图；
图6A至6F是说明电子设备的图；
图7是说明电子设备的图；
图8A和8B是说明照明装置的图；
图9是说明照明装置的图；
图10A和10B是示出CzPAαN的1H NMR图表的图；
图11是示出CzPAαN的甲苯溶液的吸收光谱的图；
图12是示出CzPAαN的薄膜的吸收光谱的图；
图13是示出CzPAαN的甲苯溶液的发射光谱的图；
图14是示出CzPAαN的薄膜的发射光谱的图；
图15是示出CzPAαN的CV测量结果的图；
图16是示出CzPAαN的CV测量结果的图；
图17是示出发光元件1-1及发光元件1-3的亮度-电流效率特性的图；
图18是示出发光元件1-1及发光元件1-3的发射光谱的图；
图19是示出发光元件1-1及发光元件1-3的电流密度-亮度特性的图；
图20是示出发光元件1-1及发光元件1-3的电压-亮度特性的图；
图21是示出发光元件1-2的亮度-电流效率特性的图；
图22是示出发光元件1-2的发射光谱的图；
图23是示出发光元件1-2的电流密度-亮度特性的图；
图24是示出发光元件1-2的电压-亮度特性的图；
图25是示出发光元件1-1及发光元件1-3的可靠性试验结果的图；
图26A和26B是说明实施例的发光元件的图；
图27A和27B是说明发光元件的图；
图28A和28B是示出CzPAβN的1H NMR图表的图；
图29是示出CzPAβN的甲苯溶液的吸收光谱的图；
图30是示出CzPAβN的薄膜的吸收光谱的图；
图31是示出CzPAβN的甲苯溶液的发射光谱的图；
图32是示出CzPAβN的薄膜的发射光谱的图；
图33是示出CzPAβN的CV测量结果的图；
图34是示出CzPAβN的CV测量结果的图；
图35A和35B是示出CzPApB的1H NMR图表的图；
图36是示出CzPApB的甲苯溶液的吸收光谱的图；
图37是示出CzPApB的薄膜的吸收光谱的图；
图38是示出CzPApB的甲苯溶液的发射光谱的图；
图39是示出CzPApB的薄膜的发射光谱的图；
图40是示出发光元件2-1及比较发光元件2-1的电流密度-亮度特性的图；
图41是示出发光元件2-1及比较发光元件2-1的电压-亮度特性的图；
图42是示出发光元件2-1及比较发光元件2-1的亮度-电流效率特性的图；
图43是示出发光元件2-1及比较发光元件2-1的发射光谱的图；
图44是示出发光元件2-1及比较发光元件2-1的可靠性试验结果的图；
图45A和45B是示出CzPAoB的1H NMR图表的图；
图46是示出CzPAoB的甲苯溶液的吸收光谱的图；
图47是示出CzPAoB的薄膜的吸收光谱的图；
图48是示出CzPAoB的甲苯溶液的发射光谱的图；
图49是示出CzPAoB的薄膜的发射光谱的图；
图50是示出CzPAoB的CV测量结果的图；
图51是示出CzPAoB的CV测量结果的图；
图52A和52B是示出CzPAαNP的1H NMR图表的图；
图53是示出CzPAαNP的甲苯溶液的吸收光谱的图；
图54是示出CzPAαNP的薄膜的吸收光谱的图；
图55是示出CzPAαNP的甲苯溶液的发射光谱的图；
图56是示出CzPAαNP的薄膜的发射光谱的图；
图57是示出CzPAαNP的CV测量结果的图；
图58是示出CzPAαNP的CV测量结果的图；
图59A和59B是示出CzPAFL的1H NMR图表的图；
图60是示出CzPAFL的甲苯溶液的吸收光谱的图；
图61是示出CzPAFL的薄膜的吸收光谱的图；
图62是示出CzPAFL的甲苯溶液的发射光谱的图；
图63是示出CzPAFL的薄膜的发射光谱的图；
图64是示出CzPAFL的CV测量结果的图；
图65是示出CzPAFL的CV测量结果的图；
图66是示出发光元件2-2及发光元件2-3的电流密度-亮度特性的图；
图67是示出发光元件2-2及发光元件2-3的电压-亮度特性的图；
图68是示出发光元件2-2及发光元件2-3的亮度-电流效率特性的图；
图69是示出发光元件2-2及发光元件2-3的发射光谱的图；
图70是示出发光元件2-2及发光元件2-3的可靠性试验结果的图；
图71A和71B是示出CzPAmB的1H NMR图表的图；
图72是示出CzPAmB的甲苯溶液的吸收光谱的图；
图73是示出CzPAmB的薄膜的吸收光谱的图；
图74是示出CzPAmB的甲苯溶液的发射光谱的图；
图75是示出CzPAmB的薄膜的发射光谱的图；
图76是示出CzPAmB的CV测量结果的图；
图77是示出CzPAmB的CV测量结果的图；
图78是示出发光元件3-1及比较发光元件3-1的电流密度-亮度特性的图；
图79是示出发光元件3-1及比较发光元件3-1的电压-亮度特性的图；
图80是示出发光元件3-1及比较发光元件3-1的亮度-电流效率特性的图；
图81是示出发光元件3-1及比较发光元件3-1的发射光谱的图；
图82是示出发光元件3-1及比较发光元件3-1的可靠性试验结果的图；
图83是示出发光元件3-2及比较发光元件3-2的电流密度-亮度特性的图；
图84是示出发光元件3-2及比较发光元件3-2的电压-亮度特性的图；
图85是示出发光元件3-2及比较发光元件3-2的亮度-电流效率特性的图；
图86是示出发光元件3-2及比较发光元件3-2的发射光谱的图；
图87是示出发光元件3-2及比较发光元件3-2的可靠性试验结果的图；
图88是示出发光元件3-3及比较发光元件3-3的电流密度-亮度特性的图；
图89是示出发光元件3-3及比较发光元件3-3的电压-亮度特性的图；
图90是示出发光元件3-3及比较发光元件3-3的亮度-电流效率特性的图；
图91是示出发光元件3-3及比较发光元件3-3的发射光谱的图；
图92是示出发光元件3-3及比较发光元件3-3的可靠性试验结果的图。
具体实施方式
以下参考附图详细说明本发明的实施方式。然而，本发明不限于以下的说明，本领域技术人员可以容易地理解一个事实，就是本发明的方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，不应认为本发明限于以下所示的实施方式所记载的内容中。
实施方式1
在本实施方式中，说明本发明的咔唑衍生物的方式之一。
根据本实施方式的咔唑衍生物的方式之一是通式(1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100211
(在通式中，Ar1表示碳数为6至13的芳基，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1、Ar2也可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就Ar1、Ar2而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
根据本实施方式的咔唑衍生物的方式之一是通式(2)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100212
(在通式中，Ar1表示碳数为6至13的芳基，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。另外，Ar1、Ar2也可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就Ar1、Ar2而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
根据本实施方式的咔唑衍生物的方式之一是通式(3)所示的咔唑衍生物。
(在通式中，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基，R13至R17独立地表示氢、碳数为6至10的芳基、碳数为1至4的烷基或碳数为1的卤代烷基。另外，Ar2、R13至R17也可以具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就Ar2、R13至R17而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
根据本实施方式的咔唑衍生物的方式之一是通式(4)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100231
(在通式中，R13至R17独立地表示氢、碳数为6至10的芳基、碳数为1至4的烷基或碳数为1的卤代烷基，R18至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17也可以具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就R13至R17而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。)
注意，本说明书中所示的芳基或亚芳基的碳数是指形成主骨架的环的碳数，而不包括结合于该环的取代基的碳数在内的碳数。作为结合于芳基或亚芳基的取代基，可以举出碳数为1至4的烷基、碳数为6至13的芳基或碳数为1的卤代烷基。具体地说，可以举出甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、萘基、芴基或三氟甲基等。另外，芳基或亚芳基具有的取代基可以是一个或多个，在芳基或亚芳基具有两个取代基的情况下也可以使取代基相互结合而形成环结构。例如，在芳基是芴基的情况下，既可使芴骨架的第九位的碳具有两个苯基，又可使该两个苯基相互结合以形成螺环结构。
在通式(1)至通式(4)中，碳数为6至13的芳基或亚芳基也可以具有一个或多个取代基，在具有多个取代基的情况下也可以使取代基相互结合而形成环结构。另外，在一个碳具有两个取代基的情况下也可以使取代基相互结合而形成螺环结构。例如，作为Ar1所示的基团的具体实例，可以举出结构式(11-1)至结构式(11-16)所示的取代基。
Figure BPA00001293678100241
例如，作为Ar2所示的基的具体实例，可以举出结构式(12-1)至结构式(12-11)所示的取代基。
Figure BPA00001293678100251
例如，作为R13至R21所示的基团的具体实例，可以举出结构式(13-1)至结构式(13-10)所示的取代基。
Figure BPA00001293678100252
另外，在通式(1)至(4)所示的咔唑衍生物中，从容易合成及纯化的观点来看，优选地是，Ar1为苯基，Ar2为亚苯基。
作为通式(1)至(4)所示的咔唑衍生物的具体实例，可以举出结构式(101)至(125)、结构式(201)至(231)所示的咔唑衍生物。但是，本发明不局限于此。
Figure BPA00001293678100261
Figure BPA00001293678100271
Figure BPA00001293678100281
Figure BPA00001293678100301
Figure BPA00001293678100311
Figure BPA00001293678100321
Figure BPA00001293678100331
Figure BPA00001293678100341
作为根据本实施方式的咔唑衍生物的合成方法，可以应用各种反应。例如，通过进行以下的合成过程(Z-1)至(Z-5)所示的合成反应，能够合成出根据本实施方式的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100342
如合成过程(Z-1)所示，通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对蒽衍生物(化合物1)与芳基硼酸或芳基有机硼化合物(化合物2)进行偶合，而能够获得9-芳基蒽衍生物(化合物3)。
在合成过程(Z-1)中，X1表示卤素或者三氟甲磺酸酯基(triflate group)，作为卤素优选使用碘、溴、氯。在合成过程(Z-1)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。Ar1表示碳数为6至13的可以具有取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(Z-1)中，R101和R102表示氢或碳数为1至6的烷基，R101和R102也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(Z-1)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等，但是可以使用的催化剂不局限于这些。
作为在合成过程(Z-1)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。
作为在合成过程(Z-1)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(Z-1)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
Figure BPA00001293678100351
如合成过程(Z-2)所示，通过使9-芳基蒽衍生物(化合物3)卤化，能够获得卤化芳基蒽衍生物(化合物4)。
在合成过程(Z-2)中，X2表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。在合成过程(Z-2)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。
在合成过程(Z-2)中，在进行溴化的情况下，可以使用溴、N-溴代丁二酰亚胺等溴化剂，还可以使用上述以外的溴化剂。在使用溴对9-芳基蒽衍生物(化合物3)进行溴化的情况下，可以使用氯仿、四氯化碳等卤素类溶剂，还可以使用上述以外的溶剂。在使用N-溴代丁二酰亚胺对9-芳基蒽衍生物(化合物3)进行溴化的情况下，可以使用乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、醋酸、水、甲苯等溶剂，还可以使用上述以外的溶剂。
在合成过程(Z-2)中，在对9-芳基蒽衍生物(化合物3)进行碘化的情况下可以使用如下碘化剂：N-碘代丁二酰亚胺、1，3-二碘-5，5-二甲基四氢咪唑-2，4-二酮(简称DIH)、2，4，6，8-四碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮、2-碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮等。但是，可以使用的碘化剂不局限于此。另外，在使用上述碘化剂对9-芳基蒽衍生物(化合物3)进行碘化的情况下，除了水或醋酸(冰醋酸)以外，还可以使用苯、甲苯、二甲苯等芳烃类，1，2-二甲氧基乙烷、二乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环等醚类，戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己胺等饱和烃类，二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷等卤化碳类，乙腈、苯腈等腈类，乙酸乙酯、醋酸甲酯、醋酸丁酯等酯类等的一种溶剂或混合溶剂。在使用水的情况下，优选使用有机溶剂和水的混合溶剂。另外，在上述反应中，优选同时使用硫酸、醋酸等酸，还可以使用上述以外的酸。
Figure BPA00001293678100371
如合成过程(Z-3)所示，通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对卤化芳基蒽衍生物(化合物4)与芳基有机硼化合物如卤化芳基硼酸(化合物5)进行偶合，而能够获得卤化二芳基蒽衍生物(化合物6)。
在合成过程(Z-3)中，X2表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。X3表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，在X3为卤素的情况下优选使用碘、溴、氯。在合成过程(Z-3)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。在合成过程(Z-3)中，Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，在芳基具有取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(Z-3)中，Ar2表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的亚芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(Z-3)中，R103和R104独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R103和R104也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(Z-3)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等，但是可以使用的催化剂不局限于这些。
作为在合成过程(Z-3)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。
作为在合成过程(Z-3)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(Z-3)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
Figure BPA00001293678100381
如合成过程(Z-4)所示，通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对咔唑衍生物(化合物7)与苯基硼酸如苯基有机硼化合物(化合物8)进行偶合，而能够获得咔唑衍生物(化合物9)。
在合成过程(Z-4)中，X4表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，在X4为卤素的情况下优选使用碘、溴、氯。在合成过程(Z-4)中，R105和R106独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R105和R106也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(Z-4)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等，但是可以使用的催化剂不局限于这些。
作为在合成过程(Z-4)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。
作为在合成过程(Z-4)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(Z-4)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
Figure BPA00001293678100391
如合成过程(Z-5)所示，通过利用使用钯催化剂的Hartwig-Buchwald反应或使用铜或铜化合物的乌尔曼反应对卤化蒽衍生物(化合物6)和咔唑衍生物(化合物9)进行偶合，而能够获得通式(1)所示的目的物。
在合成过程(Z-5)中，X3表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，在X3为卤素的情况下优选使用碘、溴、氯。在合成过程(Z-5)中，Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(Z-5)中，Ar2表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的亚芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(Z-5)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。
在合成过程(Z-5)中进行Hartwig-Buchwald反应的情况下，作为可以使用的钯催化剂，可以举出双(二亚苄基丙酮)钯(O)、醋酸钯(Ⅱ)等，但是可以使用的催化剂不局限于这些。作为在合成过程(Z-5)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三叔丁基膦、三己基膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。作为在合成过程(Z-5)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。作为在合成过程(Z-5)中可以使用的溶剂，可以举出甲苯、二甲苯、苯、四氢呋喃等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。
下面，说明合成过程(Z-5)中进行乌尔曼反应的情况。在合成过程(Z-5)中，R111和R112独立地表示卤素、乙酰基等，作为卤素可以举出氯、溴、碘等。另外，优选地是，R111为碘的碘化铜(Ⅰ)，或者，R112为乙酰基的醋酸铜(Ⅱ)。反应中利用的铜化合物不局限于这些，还可以使用铜化合物以外的铜。作为在合成过程(Z-5)中可以使用的碱，可以举出碳酸钾等无机碱，但是可以使用的碱不局限于这些。作为在合成过程(Z-5)中可以使用的溶剂，可以举出1，3-二甲基-3，4，5，6-四氢-2(1H)嘧啶酮(DMPU)、甲苯、二甲苯、苯等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。就乌尔曼反应而言，因为在反应温度为100℃以上时能够更短时间及更高收率地获得目的物，所以优选使用沸点高的DMPU、二甲苯。另外，因为反应温度更优选为150℃以上，所以更优选使用DMPU。
根据上述步骤，能够合成出本实施方式中的咔唑衍生物。
本实施方式中的咔唑衍生物的带隙非常大，从而能够得到颜色纯度高的蓝色发光。另外，本实施方式中的咔唑衍生物是具有空穴传输性及电子传输性的双极材料。另外，本实施方式中的咔唑衍生物是电化学稳定性及热稳定性高的咔唑衍生物。
本实施方式中的咔唑衍生物不仅可以单独作为发光中心材料用于包含发光物质的层(发光层)中，而且还可以用作发光层的主体材料，通过将作为发光物质的掺杂剂材料分散在本实施方式中的咔唑衍生物中，能够得到来自作为发光物质的掺杂剂材料的发光。在用作发光层的主体材料的情况下，能够得到高颜色纯度的蓝色发光。
另外，本实施方式中的咔唑衍生物可以用于包含发光物质的层中，其中将本实施方式中的咔唑衍生物分散在其带隙比该咔唑衍生物大的材料(主体)中，从而能够得到来自本实施方式之一的咔唑衍生物的发光。就是说，本实施方式中的咔唑衍生物可以用作掺杂剂。此时，本实施方式中的咔唑衍生物的带隙非常大，并且呈现短波长的发光，从而能够制造能够发射颜色纯度高的蓝色光的发光元件。
本实施方式中的咔唑衍生物可以作为载流子传输材料用于发光元件的功能层。例如，可以用作载流子传输层，诸如空穴传输层、空穴注入层、电子传输层和电子注入层。
实施方式2
在本实施方式中，说明本发明的咔唑衍生物的方式之一。
根据本实施方式的咔唑衍生物的方式之一是通式(P1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100421
在通式中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
在通式(P1)中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。例如，可以举出结构式(21-1)至结构式(21-9)的取代基。
Figure BPA00001293678100431
在通式(P1)中，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。例如，可以举出结构式(22-1)至结构式(22-16)的取代基作为Ar1及Ar3。
Figure BPA00001293678100441
另外，在通式(P1)中，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。作为此情况下的实例，示出结构式(23-1)至结构式(23-4)，其中包含与Ar2结合的咔唑骨架。
Figure BPA00001293678100451
另外，在通式(P1)中，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。作为Ar2的具体实例，可以举出结构式(24-1)至结构式(24-11)所示的取代基。
Figure BPA00001293678100461
在通式(P1)所示的咔唑衍生物中，优选为通式(P2)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100462
在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
更优选地是通式(P3)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100471
在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为6至10的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
更优选地是通式(P4)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100481
在通式中，R9至R12及R18至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
作为本实施方式中的咔唑衍生物的具体实例，可以举出结构式(31)至(78)所示的咔唑衍生物。但是，本发明不局限于此。
Figure BPA00001293678100491
Figure BPA00001293678100501
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Figure BPA00001293678100601
通过使用合成过程(H-1)至(H-3)、(I-1)及(J-1)所示的合成方法，能够合成出通式(P1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100602
通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对蒽衍生物(化合物11)与诸如芳基硼酸(化合物12)的芳基有机硼化合物进行偶合，而能够获得9-芳基蒽衍生物(化合物13)(合成过程(H-1))。
在合成过程(H-1)中，X1表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，作为卤素优选使用碘、溴、氯。在合成过程(H-1)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(H-1)中，R101和R102独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R101和R102也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(H-1)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等，但是可以使用的催化剂不局限于这些。作为在合成过程(H-1)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。
作为在合成过程(H-1)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(H-1)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
Figure BPA00001293678100611
接着，通过使9-芳基蒽衍生物(化合物13)卤化，能够获得卤化芳基蒽衍生物(化合物14)(合成过程(H-2))。
在合成过程(H-2)中，X2表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。在合成过程(H-2)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。
在合成过程(H-2)中，在对9-芳基蒽衍生物(化合物13)进行溴化的情况下，可以使用溴、N-溴代丁二酰亚胺等溴化剂，还可以使用上述以外的溴化剂。在使用溴进行溴化的情况下，可以使用氯仿、四氯化碳等卤素类溶剂，还可以使用上述以外的溶剂。在使用N-溴代丁二酰亚胺对9-芳基蒽衍生物(化合物13)进行溴化的情况下，可以使用乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、醋酸、水、甲苯等溶剂，还可以使用上述以外的溶剂。
在合成过程(H-2)中，在对9-芳基蒽衍生物(化合物13)进行碘化的情况下可以使用如下碘化剂：N-碘代丁二酰亚胺、1，3-二碘-5，5-二甲基四氢咪唑-2，4-二酮(简称DIH)、2，4，6，8-四碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮、2-碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮等。另外，在使用上述碘化剂对9-芳基蒽衍生物(化合物13)进行碘化的情况下，除了水或醋酸(冰醋酸)以外，还可以使用苯、甲苯、二甲苯等芳烃类，1，2-二甲氧基乙烷、二乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环等醚类，戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己胺等饱和烃类，二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷等卤化烃类，乙腈、苯腈等腈类，乙酸乙酯、醋酸甲酯、醋酸丁酯等酯类等的一种溶剂或混合溶剂。在使用水的情况下，优选使用有机溶剂和水的混合溶剂。另外，在上述反应中，优选同时使用硫酸、醋酸等酸，还可以使用上述以外的酸。
Figure BPA00001293678100631
接着，通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对芳基蒽衍生物(化合物14)与芳基有机硼化合物如卤化芳基硼酸(化合物15)进行偶合，而能够获得卤化二芳基蒽衍生物(化合物16)(合成过程(H-3))。
在合成过程(H-3)中，X2表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。X3表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，在X3为卤素的情况下优选使用碘、溴、氯。在合成过程(H-3)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。在合成过程(H-3)中，Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，在芳基具有取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(H-3)中，Ar2表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的亚芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(H-3)中，R103和R104独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R103和R104也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(H-3)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等，但是可以使用的催化剂不局限于这些。作为在合成过程(H-3)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。
作为在合成过程(H-3)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(H-3)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
Figure BPA00001293678100641
另外，通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对咔唑衍生物(化合物17)与苯基有机硼化合物如苯基硼酸(化合物18)进行偶合，而能够获得咔唑衍生物(化合物19)(合成过程(I-1))。
在合成过程(I-1)中，X4表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，在X4为卤素的情况下优选使用碘、溴、氯。在合成过程(I-1)中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。在合成过程(I-1)中，Ar3表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，在芳基具有取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(I-1)中，R105和R106独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R105和R106也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(I-1)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等，但是可以使用的催化剂不局限于这些。作为在合成过程(I-1)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。
作为在合成过程(I-1)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(I-1)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
Figure BPA00001293678100651
接着，通过利用使用钯催化剂的Hartwig-Buchwald反应或使用铜或铜化合物的乌尔曼反应对根据合成过程(H-1)至(H-3)获得的卤代蒽衍生物(化合物16)和根据合成过程(I-1)获得的咔唑衍生物(化合物19)进行偶合，而能够获得通式(P1)所示的目的物(合成过程(J-1))。
在合成过程(J-1)中，X3表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，在X3为卤素的情况下优选使用碘、溴、氯。在合成过程(J-1)中，Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(J-1)中，Ar2表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的亚芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(J-1)中，Ar3表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。另外，Ar3的取代基与R10或R11也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(J-1)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。在合成过程(J-1)中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。
在合成过程(J-1)中，在进行Hartwig-Buchwald反应的情况下，作为可以使用的钯催化剂，可以举出双(二亚苄基丙酮)钯(O)、醋酸钯(Ⅱ)等，但是可以使用的钯催化剂不局限于这些。作为在合成过程(J-1)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三叔丁基膦、三己基膦、三环己基膦等。可以使用的配位体不局限于这些。
作为在合成过程(J-1)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(J-1)中可以使用的溶剂，可以举出甲苯、二甲苯、苯、四氢呋喃等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。
下面，说明合成过程(J-1)中进行乌尔曼反应的情况。在合成过程(J-1)中，R111和R112独立地表示卤素、乙酰基等，作为卤素可以举出氯、溴、碘等。另外，优选地是，R111为碘的碘化铜(Ⅰ)，或者，R112为乙酰基的醋酸铜(Ⅱ)。反应中利用的铜化合物不局限于这些，还可以使用铜化合物以外的铜。
作为在合成过程(J-1)中可以使用的碱，可以举出碳酸钾等无机碱，但是可以使用的碱不局限于这些。
作为在合成过程(J-1)中可以使用的溶剂，可以举出1，3-二甲基-3，4，5，6-四氢-2(1H)嘧啶酮(DMPU)、甲苯、二甲苯、苯等。但是，可以使用的溶剂不局限于这些。就乌尔曼反应而言，因为在反应温度为100℃以上时能够更短时间及更高收率地获得目的物，所以优选使用沸点高的DMPU、二甲苯。另外，因为反应温度更优选为150℃以上，所以更优选使用DMPU。
根据上述步骤，能够合成出本实施方式中的咔唑衍生物。
本实施方式中的咔唑衍生物的带隙大，从而能够得到短波长的发光，并能够得到颜色纯度高的蓝色发光。另外，本实施方式中的咔唑衍生物是具有空穴传输性及电子传输性的双极材料。另外，本实施方式中的咔唑衍生物是电化学稳定性及热稳定性高的咔唑衍生物。
本实施方式中的咔唑衍生物不仅可以单独用作包含发光物质的层，而且还可以用作发光层的主体材料，通过将作为发光物质的掺杂剂材料分散在本实施方式中的咔唑衍生物中，能够得到来自作为发光物质的掺杂剂材料的发光。在将本实施方式中的咔唑衍生物用作主体材料的情况下，能够得到高颜色纯度的蓝色发光。
另外，通过制造将本实施方式中的咔唑衍生物添加到由其带隙比本实施方式中的咔唑衍生物大的材料(以下称为主体)构成的层中的发光元件，能够得到来自本实施方式中的咔唑衍生物的发光。就是说，本实施方式中的咔唑衍生物可以用作发光层的掺杂剂。此时，本实施方式中的咔唑衍生物的带隙非常大，并且呈现短波长的发光，从而能够得到颜色纯度高的蓝色光，并能够制造可靠性高的发光元件。
本实施方式中的咔唑衍生物可以作为载流子传输材料用于发光元件的功能层。例如，可以用作载流子传输层，诸如空穴传输层、空穴注入层、电子传输层和电子注入层。
实施方式3
在本实施方式中，说明本发明的咔唑衍生物的方式之一。
本实施方式的咔唑衍生物是通式(M1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100681
在通式中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
在通式(M1)中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。例如，可以举出结构式(25-1)至(25-9)所示的取代基。
Figure BPA00001293678100691
另外，在通式(M1)中，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，作为Ar1及Ar3，例如，可以举出结构式(26-1)至(26-20)所示的取代基。
Figure BPA00001293678100701
另外，在通式(M1)中，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。作为此情况下的实例，示出结构式(27-1)至结构式(27-8)，其中包含与Ar2结合的咔唑骨架。
Figure BPA00001293678100711
另外，在通式(M1)中，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。作为Ar2的具体实例，可以举出结构式(28-1)至结构式(28-11)所示的取代基。
Figure BPA00001293678100721
在通式(M1)所示的咔唑衍生物中，优选为通式(M2)所示的咔唑衍生物。
在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至13的芳基及碳数为6至13的亚芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
更优选地是通式(M3)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100731
在通式中，R9至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基、碳数为6至13的亚芳基以及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
更优选地是通式(M4)所示的咔唑衍生物。
在通式中，R9至R12及R18至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。另外，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。另外，Ar3表示碳数为6至13的芳基。碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基还可以独立地具有一个或多个取代基，在独立地具有两个以上的取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成环结构。另外，就碳数为6至10的芳基及碳数为6至13的芳基而言，在一个碳具有两个取代基的情况下，取代基也可以相互结合而形成螺环结构。另外，Ar3的取代基与R9或R10也可以相互结合而形成环结构。作为环结构，包括螺环结构。
作为本实施方式的咔唑衍生物的具体实例，可以举出结构式(331)至(377)所示的咔唑衍生物。但是，本实施方式不局限于此。
Figure BPA00001293678100751
Figure BPA00001293678100761
Figure BPA00001293678100771
Figure BPA00001293678100781
Figure BPA00001293678100801
Figure BPA00001293678100811
Figure BPA00001293678100821
Figure BPA00001293678100831
Figure BPA00001293678100841
Figure BPA00001293678100861
通过使用合成过程(K-1)至(K-3)、(L-1)及(M-1)所示的合成方法，能够合成出通式(M1)所示的咔唑衍生物。
Figure BPA00001293678100862
通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对蒽衍生物(化合物21)与芳基有机硼化合物如芳基硼酸(化合物22)进行偶合，而能够获得9-芳基蒽衍生物(化合物23)(合成过程(K-1))。
在合成过程(K-1)中，X1表示卤素或者三氟甲磺酸酯基，作为卤素优选使用碘、溴、氯。在合成过程(K-1)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(K-1)中，R101和R102独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R101和R102也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(K-1)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等。作为在合成过程(K-1)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。
作为在合成过程(K-1)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等。
作为在合成过程(K-1)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
Figure BPA00001293678100871
接着，通过使经由合成过程(K-1)而获得的9-芳基蒽衍生物(化合物23)卤化，能够获得卤化芳基蒽衍生物(化合物24)(合成过程(K-2))。
在合成过程(K-2)中，X2表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。在合成过程(K-2)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。Ar1表示碳数为6至13的可以具有取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。
在合成过程(K-2)中，在对9-芳基蒽衍生物(化合物23)进行溴化的情况下，可以使用溴、N-溴代丁二酰亚胺等溴化剂。在使用溴对9-芳基蒽衍生物(化合物23)进行溴化的情况下，可以使用氯仿、四氯化碳等卤素类溶剂等。在使用N-溴代丁二酰亚胺对9-芳基蒽衍生物(化合物23)进行溴化的情况下，可以使用乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、醋酸、水等溶剂。
在合成过程(K-2)中，在对9-芳基蒽衍生物(化合物23)进行碘化的情况下可以使用如下碘化剂：N-碘代丁二酰亚胺、1，3-二碘-5，5-二甲基四氢咪唑-2，4-二酮(简称DIH)、2，4，6，8-四碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮、2-碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮等。另外，在使用上述碘化剂对9-芳基蒽衍生物(化合物23)进行碘化的情况下，除了水或醋酸(冰醋酸)以外，还可以使用苯、甲苯、二甲苯等芳烃类，1，2-二甲氧基乙烷、二乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环等醚类，戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己胺等饱和烃类，二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷等卤素类，乙腈、苯腈等腈类，乙酸乙酯、醋酸甲酯、醋酸丁酯等酯类等中的一种溶剂或混合溶剂。在使用水的情况下，优选使用有机溶剂和水的混合溶剂。另外，在上述反应中，优选同时使用硫酸、醋酸等酸。
Figure BPA00001293678100891
接着，通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对经由合成过程(K-2)而获得的芳基蒽衍生物(化合物24)与芳基有机硼化合物如包含咔唑衍生物的芳基硼酸(化合物25)进行偶合，而能够获得咔唑衍生物(化合物26)(合成过程(K-3))。
在合成过程(K-3)中，X2表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。在合成过程(K-3)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。在合成过程(K-3)中，Ar1表示碳数为6至13的可以具有取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(K-3)中，Ar2表示碳数为6至13的可以具有取代基的亚芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(K-3)中，R103和R104独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R103和R104也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(K-3)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等。作为在合成过程(K-3)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。
作为在合成过程(K-3)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等。
作为在合成过程(K-3)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
接着，通过使经由合成过程(K-3)而获得的咔唑衍生物(化合物26)卤化，能够获得卤代咔唑衍生物(化合物27)(合成过程(L-1))。
在合成过程(L-1)中，X3表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。在合成过程(L-1)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。Ar1表示碳数为6至13的可以具有取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。
在合成过程(L-1)中，在对咔唑衍生物(化合物26)进行溴化的情况下，可以使用溴、N-溴代丁二酰亚胺等溴化剂。在使用溴对咔唑衍生物(化合物26)进行溴化的情况下，可以使用氯仿、四氯化碳等卤素类溶剂。在使用N-溴代丁二酰亚胺对咔唑衍生物(化合物26)进行溴化的情况下，可以使用乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、醋酸、水等溶剂。
在合成过程(L-1)中，在进行碘化的情况下可以使用如下碘化剂：N-碘代丁二酰亚胺、1，3-二碘-5，5-二甲基四氢咪唑-2，4-二酮(简称DIH)、2，4，6，8-四碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮、2-碘-2，4，6，8-四氮双环[3，3，0]辛烷-3，7-二酮等。另外，在使用上述碘化剂对咔唑衍生物(化合物26)进行碘化的情况下，除了水或醋酸(冰醋酸)以外，还可以使用苯、甲苯、二甲苯等芳烃类，1，2-二甲氧基乙烷、二乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环等醚类，戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己胺等饱和烃类，二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷等卤素类，乙腈、苯腈等腈类、乙酸乙酯、醋酸甲酯、醋酸丁酯等酯类等中的一种溶剂或混合溶剂。在使用水的情况下，优选使用有机溶剂和水的混合溶剂。另外，在上述反应中，优选同时使用硫酸、醋酸等酸。
Figure BPA00001293678100911
接着，通过利用使用钯催化剂的铃木·宫浦反应(Suzuki-Miyaura reaction)对经由合成过程(L-1)而得到的咔唑衍生物(化合物27)与芳基有机硼化合物如芳基硼酸(化合物28)进行偶合，而能够获得目的物的咔唑衍生物(通式(M1))(合成过程(M-1))。
在合成过程(M-1)中，X3表示卤素，作为卤素优选使用碘、溴。在合成过程(M-1)中，R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。在合成过程(M-1)中，Ar1表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(M-1)中，Ar2表示碳数为6至13的可以具有一个或多个取代基的亚芳基，取代基也可以相互结合而形成环结构，作为环结构还包括螺环结构。在合成过程(M-1)中，R105和R106独立地表示氢或碳数为1至6的烷基，R105和R106也可以相互结合而形成环结构。
作为在合成过程(M-1)中可以使用的钯催化剂，可以举出醋酸钯(Ⅱ)、四(三苯基膦)钯(O)等。
作为在合成过程(M-1)中可以使用的钯催化剂的配位体，可以举出三(邻-甲苯基)膦、三苯膦、三环己基膦等。
作为在合成过程(M-1)中可以使用的碱，可以举出叔丁醇钠等有机碱，碳酸钾等无机碱等。
作为在合成过程(M-1)中可以使用的溶剂，可以举出如下溶剂：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、乙醇等醇和水的混合溶剂；乙二醇二甲醚等醚类和水的混合溶剂等。另外，更优选使用甲苯和水的混合溶剂，或者甲苯、乙醇和水的混合溶剂。
根据上述步骤，能够合成出本实施方式中的咔唑衍生物。
本实施方式中的咔唑衍生物的带隙大，从而能够得到短波长的发光，并能够得到颜色纯度高的蓝色发光。另外，本实施方式中的咔唑衍生物是具有空穴注入传输性及电子注入传输性的双极材料。另外，本实施方式中的咔唑衍生物是电化学稳定性及热稳定性高的咔唑衍生物。
本实施方式中的咔唑衍生物不仅可以单独用作发光层的发光物质，而且还可以用作发光层的主体材料，通过将作为发光物质的掺杂剂材料分散在本实施方式中的咔唑衍生物中，能够得到来自作为发光物质的掺杂剂材料的发光。在将本实施方式中的咔唑衍生物用作发光层的主体材料的情况下，能够得到高颜色纯度的蓝色发光。
另外，通过制造将本实施方式中的咔唑衍生物添加到由其带隙比本实施方式中的咔唑衍生物大的材料(以下称为主体)构成的层中的发光元件，能够得到来自本实施方式中的咔唑衍生物的发光。就是说，本实施方式中的咔唑衍生物可以用作发光层的掺杂剂。此时，本实施方式中的咔唑衍生物的带隙非常大，并且呈现短波长的发光，从而能够得到颜色纯度高的蓝色光，并能够制造可靠性高的发光元件。
本实施方式中的咔唑衍生物可以作为载流子传输材料用于发光元件的功能层。例如，可以用作载流子传输层，诸如空穴传输层、空穴注入层、电子传输层和电子注入层。
实施方式4
下面，参照图1A说明使用本发明的咔唑衍生物的发光元件的一个方式。
本发明的发光元件具有如下结构：在一对电极间夹有具有包含发光物质的层(也称为发光层)的EL层。EL层还可以具有除了包含发光物质的层以外的多个层。该多个层是通过组合并层叠由具有高载流子注入性的物质构成的层和由具有高载流子传输性的物质构成的层，以便在远离电极的地方形成发光区域，也就是，以便使载流子在远离电极的部分重新结合而形成的。在本说明书中，也将由载流子注入性高的物质或载流子传输性高的物质构成的层称为用来注入或传输载流子等的功能层。作为功能层，可以使用包含空穴注入性高的物质的层(也称为空穴注入层)、包含空穴传输性高的物质的层(也称为空穴传输层)、包含电子注入性高的物质的层(也称为电子注入层)、包含电子传输性高的物质的层(也称为电子传输层)等。
在图1A至1C所示的本实施方式的发光元件中，在第一电极102及第二电极107的一对电极间设置有EL层108。EL层108具有第一层103、第二层104、第三层105以及第四层106。图1A至1C所示的发光元件具有如下结构：在衬底101上设置有第一电极102，在第一电极102上设置有依次层叠的第一层103、第二层104、第三层105以及第四层106，并且在其上设置有第二电极107。需要说明的是，在本实施方式的说明中，第一电极102用作阳极，并且第二电极107用作阴极。
衬底101用作发光元件的支撑体。作为衬底101，例如可以使用玻璃、石英、塑料等。另外，还可以使用柔性衬底。柔性衬底是可以弯曲(挠性)的衬底，例如由聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚砜制成的塑料衬底等。另外，可以使用膜(由聚丙烯、聚酯、乙烯基树脂(vinyl)、聚氟化乙烯、氯化乙烯等构成)、无机蒸镀膜。只要在发光元件的制造工序中能够用作支撑体，就可以使用其他材料。
作为第一电极102，优选使用具有高功函数(具体地，4.0eV以上)的金属、合金、导电化合物、以及它们的混合物等。具体而言，例如可以举出氧化铟-氧化锡(ITO：氧化铟锡)、含有硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌(IZO：氧化铟锌)、含有氧化钨及氧化锌的氧化铟(IWZO)等。虽然通常通过溅射形成这些导电金属氧化物膜，但也可以应用溶胶-凝胶法等制造。例如，可以通过使用相对于氧化铟添加有1wt％至20wt％的氧化锌的靶子且利用溅射法来形成氧化铟-氧化锌(IZO)的薄膜。此外，可以通过使用相对于氧化铟添加有0.5wt％至5wt％的氧化钨和0.1wt％至1wt％的氧化锌的靶子且利用溅射法形成含有氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO)的薄膜。另外，可以举出金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或金属材料的氮化物(例如，氮化钛)等。
第一层103是包含空穴注入性高的物质的层。可以使用钼氧化物、钒氧化物、钌氧化物、钨氧化物、锰氧化物等。除了上述以外，还可以使用如下物质形成第一层103：酞菁类化合物诸如酞菁(缩写：H2Pc)、酞菁铜(Ⅱ)(缩写：CuPc)等；芳胺化合物诸如4，4′-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：DPAB)、4，4′-双(N-{4-[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]苯基}-N-苯基氨基)联苯(缩写：DNTPD)等；聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等高分子化合物等。
再者，第一层103可以使用如下材料而形成：三(对-烯胺取代-氨基苯基)胺化合物、2，7-二氨基-9-亚芴基化合物、三(对-N-烯胺取代-氨基苯基)苯化合物、具有一个或两个具有至少一个芳基的乙烯基的芘化合物、N，N’-二(联苯-4-基)-N，N’-二苯基联苯-4，4′-二胺、N，N，N’，N’-四(联苯-4-基)联苯-4，4′-二胺、N，N，N’，N’-四(联苯-4-基)-3，3′-二乙基联苯-4，4′-二胺、2，2′-(亚甲基二-4，1-亚苯基)双[4，5-双(4-甲氧基苯基)-2H-1，2，3-三唑]、2，2′-(联苯-4，4′-二基)双(4，5-二苯基-2H-1，2，3-三唑)、2，2′-(3，3′-二甲基联苯-4，4′-二基)双(4，5-二苯基-2H-1，2，3-三唑)、双[4-(4，5-二苯基-2H-1，2，3-三唑-2-基)苯基](甲基)胺等。
此外，作为第一层103，可以使用将有机化合物和无机化合物进行复合而成的复合材料。尤其是，包含有机化合物和对有机化合物呈现电子接受性的无机化合物的复合材料，由于在有机化合物和无机化合物之间进行电子的授受并且载流子密度增大，因此空穴注入性、空穴传输性优越。
此外，在使用将有机化合物和无机化合物进行复合而成的复合材料作为第一层103的情况下，由于可以实现与第一电极102的欧姆接触，所以可以与功函数无关地选择形成第一电极的材料。
用于复合材料的无机化合物优选为过渡金属的氧化物。此外，可以举出属于元素周期表的第四族至第八族的金属的氧化物。具体来说，氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰、以及氧化铼由于具有高电子接受性，所以是优选的。特别是，氧化钼由于在大气中稳定，吸湿性低，并且容易处理，因此是优选的。
作为用于复合材料的有机化合物，可以使用芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烃、高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物(Dendrimer)、聚合物等)等各种化合物。注意，用于复合材料的有机化合物优选为空穴传输性高的有机化合物。具体来说，优选为具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的物质。但是，除了上述物质以外的物质，只要是空穴传输性比电子传输性高的物质，就可以使用。下面具体地列举可用于复合材料的有机化合物。
例如，作为芳香胺化合物可以举出如下物质：N，N’-二(对甲苯基)-N，N’-二苯基-对苯二胺(缩写：DTDPPA)；4，4’-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：DPAB)；4，4’-双(N-{4-[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]苯基}-N-苯基氨基)联苯(缩写：DNTPD)；1，3，5-三[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]苯(缩写：DPA3B)等。
作为可用于复合材料的咔唑衍生物，可以具体地举出如下物质：3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCA1)；3，6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCA2)；和3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCN1)等。
此外，还可以使用如下物质：4，4’-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)；1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(缩写：TCPB)；9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(缩写：CzPA)；和1，4-双[4-(N-咔唑基)苯基-2，3，5，6-四苯基苯等。
此外，作为可用于复合材料的芳烃，例如可以举出如下物质：2-叔丁基-9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：t-BuDNA)；2-叔丁基-9，10-二(1-萘基)蒽；9，10-双(3，5-二苯基苯基)蒽(缩写：DPPA)；2-叔丁基-9，10-双(4-苯基苯基)蒽(缩写：t-BuDBA)；9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：DNA)；9，10-二苯基蒽(缩写：DPAnth)；2-叔丁基蒽(缩写：t-BuAnth)；9，10-双(4-甲基-1-萘基)蒽(缩写：DMNA)；2-叔丁基-9，10-双[2-(1-萘基)苯基]蒽；9，10-双[2-(1-萘基)苯基]蒽；2，3，6，7-四甲基-9，10-二(1-萘基)蒽；2，3，6，7-四甲基-9，10-二(2-萘基)蒽；9，9’-联蒽(bianthryl)；10，10’-二苯基-9，9’-联蒽；10，10’-双(2-苯基苯基)-9，9’-联蒽；10，10’-双[(2，3，4，5，6-五苯基)苯基]-9，9’-联蒽；蒽；并四苯；红荧烯；二萘嵌苯；2，5，8，11-四(叔丁基)二萘嵌苯等。此外，除了这些以外，还可以使用并五苯、晕苯等。像这样，使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率且碳数为14至42的芳烃是更优选的。
另外，可用于复合材料的芳烃可以具有乙烯基骨架。作为具有乙烯基的芳烃，例如可以举出4，4’-双(2，2-二苯基乙烯基)联苯(缩写：DPVBi)；9，10-双[4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(缩写：DPVPA)等。
此外，也可以使用聚(N-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)或聚(4-乙烯基三苯基胺)(缩写：PVTPA)等高分子化合物。
作为形成第二层104的物质，优选为空穴传输性高的物质、具体地是芳香胺(即，具有苯环-氮键的物质)的化合物。作为广泛使用的材料，可以举出4，4’-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯、其衍生物即4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(以下称为NPB)、4，4’，4”-三(N，N-二苯基-氨基)三苯胺、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺等的星爆型(star burst)芳香胺化合物。以上所述物质主要是具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的物质。但是，只要是空穴传输性比电子传输性高的物质，就也可以使用除了这些以外的物质。注意，第二层104不局限于单层，还可以为任意上述物质的混合层、或者层叠两层以上由任意上述物质形成的层的叠层。
另外，也可以对如PMMA等电惰性高分子化合物添加空穴传输材料。
另外，也可以使用以下高分子化合物：聚(N-乙烯咔唑)(缩写：PVK)；聚(4-乙烯三苯胺)(缩写：PVTPA)；聚[N-(4-{N’-[4-(4-二苯基氨基)苯基]苯基-N’-苯基氨基}苯基)甲基丙烯酰胺](缩写：PTPDMA)；以及聚[N，N’-二(4-丁基苯基)-N，N’-二(苯基)联苯胺](缩写：Poly-TPD)等。再者，也可以对上述高分子化合物适当地添加上述空穴传输材料。
再者，作为第二层104还可以使用三(对-烯胺取代-氨基苯基)胺化合物、2，7-二氨基-9-亚芴基化合物、三(对-N-烯胺取代-氨基苯基)苯化合物、具有一个或两个具有至少一个芳基的乙烯基的芘化合物、N，N’-二(联苯-4-基)-N，N’-二苯基联苯-4，4′-二胺、N，N，N’，N’-四(联苯-4-基)联苯-4，4′-二胺、N，N，N’，N’-四(联苯-4-基)-3，3′-二乙基联苯-4，4′-二胺、2，2′-(亚甲基二-4，1-亚苯基)双[4，5-双(4-甲氧基苯基)-2H-1，2，3-三唑]、2，2′-(联苯-4，4′-二基)双(4，5-二苯基-2H-1，2，3-三唑)、2，2′-(3，3′-二甲基联苯-4，4′-二基)双(4，5-二苯基-2H-1，2，3-三唑)、双[4-(4，5-二苯基-2H-1，2，3-三唑-2-基)苯基](甲基)胺等。
第三层105是包含发光物质的层(也称为发光层)。在本实施方式中，使用实施方式1中所示的咔唑衍生物形成第三层105。实施方式1至3所示的咔唑衍生物由于显示蓝色发光，所以可以作为发光物质适合用于发光元件。
另外，通过采用如下结构的第三层105，能够得到来自成为发光物质的掺杂剂的发光，即：将实施方式1至3所示的咔唑衍生物用作主体，以将成为发光物质的掺杂剂分散在实施方式1至3所示的咔唑衍生物中。
在将实施方式1至3所示的咔唑衍生物用作分散其他发光物质的材料的情况下，能够得到起因于发光物质的发光颜色。另外，也可以得到起因于实施方式1至3所示的咔唑衍生物的发光颜色和起因于分散在咔唑衍生物中的发光物质的发光颜色混合的发光颜色。
另外，通过制造将本实施方式1至3所示的咔唑衍生物添加到由其带隙比本实施方式1至3所示的咔唑衍生物大的材料(以下称为主体)构成的层中的发光元件，能够得到来自本实施方式1至3所示的咔唑衍生物的发光。就是说，本实施方式1至3所示的咔唑衍生物可以用作掺杂剂。此时，本实施方式1至3所示的咔唑衍生物的带隙非常大，并且呈现短波长的发光，从而能够得到发射颜色纯度高的蓝色光的发光元件。
另外，通过在发光层中掺杂具有吡啶环的羧酸的碱金属盐、含碱金属吡啶衍生物或苯酚类化合物的碱金属盐，从而除了实现上述效果以外还可以实现发光元件的低电压驱动。
这里，可以使用各种材料作为分散在本实施方式1至3所示的咔唑衍生物中的发光物质。具体地说，可以使用如下发荧光的荧光物质：9，10-二苯基-2-[N-苯基-N-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)氨基]蒽(简称：2PCAPA)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(缩写：DCM1)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(久洛尼定-4-基-乙烯基)-4H-吡喃(缩写：DCM2)、N，N-二甲基喹吖啶酮(缩写：DMQd)、红荧烯、N，N′-双[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N，N′-二苯基芪-4，4′-二胺(简称：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4′-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称：YGAPA)、双[3-(1H-苯并咪唑-2-基)芴-2-醇根合(fluoren-2-olato)]锌(Ⅱ)、双[3-(1H-苯并咪唑-2-基)芴-2-醇根合]铍(Ⅱ)、双[2-(1H-苯并咪唑-2-基)二苯并[b，d]呋喃-3-醇根合(furan-3-olato)](苯酚根合(phenolato))铝(Ⅲ)、双[2-(苯并唑-2-基)-7，8-亚甲二氧基二苯并[b，d]呋喃-3-醇根(olato)](2-萘酚根合(2-naphtholato))铝(Ⅲ)等发射荧光的荧光发光性物质。另外，还可以使用包含六个以上芳基取代的三联苯的化合物。再者，可以使用(乙酰丙酮)双[2，3-双(4-氟苯基)喹喔啉]铱(Ⅲ)(缩写：Ir(Fdpq)2(acac))、2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H-卟啉铂(Ⅱ)(缩写：PtOEP)等发射磷光的磷光发射物质。
第四层106可以使用电子传输性高的物质，例如三(8-羟基喹啉)合铝(缩写：Alq)；三(4-甲基-8-羟基喹啉)合铝(缩写：Almq3)；双(10-羟基苯并[h]-喹啉)合铍(缩写：BeBq2)；双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚根合)铝(缩写：BAlq)等具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物等的层。此外，除了这些以外，还可以使用双[2-(2-羟基苯基)苯并
Figure BPA00001293678101001
唑]合锌(缩写：Zn(BOX)2)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]合锌(缩写：Zn(BTZ)2)等具有
Figure BPA00001293678101002
唑配体或噻唑配体的金属配合物等。再者，除了金属配合物以外，还可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-
Figure BPA00001293678101003
二唑(缩写：PBD)、1，3-双[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-
Figure BPA00001293678101004
二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(缩写：TAZ)、红菲绕啉(缩写：BPhen)、浴铜灵(缩写：BCP)、双[3-(1H-苯并咪唑-2-基)芴-2-醇根合]锌(Ⅱ)、双[3-(1H-苯并咪唑-2-基)芴-2-醇根合]铍(Ⅱ)、双[2-(1H-苯并咪唑-2-基)二苯并[b，d]呋喃-3-醇根合](苯酚根合)铝(Ⅲ)、双[2-(苯并
Figure BPA00001293678101005
唑-2-基)-7，8-亚甲二氧基二苯并[b，d]呋喃-3-醇根合](2-萘醇根合)铝(Ⅲ)等。以上举出的物质主要是具有10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的物质。注意，只要是电子传输性比空穴传输性高的物质，也可以使用任意其它物质作为电子传输层。此外，电子传输层不局限于单层，也可以层叠两层以上由上述物质形成的的层。
此外，也可以将具有增进电子注入的功能的层(电子注入层)设置在第四层106和第二电极107之间。作为具有增进电子注入的功能的层，可以使用如氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)等碱金属或碱土金属、或它们的化合物。具体地说，可以使用在由具有电子传输性的物质构成的层中混合碱金属、碱土金属或它们的化合物的层，例如在Alq中包含镁(Mg)的层。更优选使用在由具有电子传输性的物质构成的层中混合碱金属或碱土金属的层作为电子注入层，这是因为来自第二电极104的电子注入有效地进行的缘故。或者，通过使用如下电子注入层，能够实现发光元件的低电压驱动：在由具有电子传输性的物质构成的层中混合了具有吡啶环的羧酸的碱金属盐、含碱金属吡啶衍生物、苯酚类化合物的碱金属盐的层。
作为形成第二电极107的物质，可以使用功函数小(具体地是3.8eV以下)的金属、合金、导电性化合物、以及这些的混合物等。作为这些阴极材料的具体实例，可以举出属于元素周期表的第一族或第二族的元素，即锂(Li)、铯(Cs)等碱金属，镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)等碱土金属，及包含它们的合金(MgAg、AlLi)，铕(Eu)、镱(Yb)等稀土金属及包含它们的合金等。然而，通过在第二电极107和第四层106之间以层叠于该第二电极的方式设置具有促进电子注入的功能的层，可以与功函数的大小无关地使用Al、Ag、ITO、包含硅或氧化硅的ITO等各种导电性材料作为第二电极107。
另外，也可以将实施方式1至3所示的咔唑衍生物用作发光元件的功能层。
另外，第一层103、第二层104、第三层105及第四层106的形成方法可以使用各种方法如蒸镀法、溅射法、液滴喷射法(喷墨法)、旋涂法、印刷法等。另外，也可以根据每个电极或每个层使用互不相同的成膜方法而形成。
在使用溶解在溶剂中的实施方式1至3所示的咔唑衍生物的溶液状组成物通过湿法形成薄膜的情况下，通过如下方法形成薄膜：将包含实施方式1至3所示的咔唑衍生物的薄膜形成材料溶解在溶剂中，将该溶液状组成物附着在待形成薄膜的区域中，并且去除溶剂并固化，以形成薄膜。
作为湿法，可以使用旋涂法、辊涂法、喷涂法、浇注法、浸渍法、液滴喷射(喷出)法(喷墨法)、分配器法、各种印刷法(丝网(雕版)印刷、胶版(平版)印刷、凸版印刷或凹版(凹纹)印刷等形成所要求的图形的方法)等。另外，只要是使用液状组成物的方法，就不局限于上述方法，可以使用包含实施方式1至3所示的咔唑衍生物的组成物。
另外，作为上述组成物的溶剂，可以使用各种溶剂。例如，可以溶解于甲苯、二甲苯、甲氧基苯(苯甲醚)、十二烷基苯或十二烷基苯与四氢萘的混合溶剂等具有芳香环(如苯环)的溶剂中。另外，上述咔唑衍生物也可以溶解于二甲亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿等不具有芳香环的有机溶剂中。
另外，作为其他溶剂，还可以举出丙酮、甲乙酮、二乙基酮、正丙基甲基酮或环己酮等酮类溶剂，乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯或碳酸二乙酯等酯类溶剂，二乙醚、四氢呋喃或二氧六环等醚类溶剂，乙醇、异丙醇、2-甲氧基乙醇或2-乙氧基乙醇等醇类溶剂等。
另外，本实施方式所示的组成物还可以包含其他有机材料。作为有机材料，可以举出在常温下处于固体状态的芳香化合物或杂芳香化合物。作为有机材料，可以使用低分子化合物或高分子化合物。另外，在使用低分子化合物的情况下，优选使用具有提高对溶剂的溶解性的取代基的低分子化合物(也可以称为中分子化合物)。
另外，为了提高成膜的膜质量，也可以进一步包含粘合剂。作为粘合剂，优选使用电惰性高分子化合物。具体地说，可以使用聚甲基丙烯酸甲酯(缩写：PMMA)、聚酰亚胺等。
具有上述结构的本实施方式的发光元件因在第一电极102和第二电极107间产生的电位差而流过电流，在作为包含高发光性物质的层的第三层105中空穴和电子重新结合以发光。就是说，在第三层105中形成发光区域。
发光经过第一电极102和第二电极107中的一方或双方被提取到外部。因而，第一电极102和第二电极107中的一方或双方由透光物质构成。当只有第一电极102由透光物质构成时，如图1A所示，发光经过第一电极102从衬底一侧被提取到外部。当只有第二电极107由透光物质构成时，如图1B所示，发光经过第二电极107从衬底的相反一侧被提取到外部。当第一电极102和第二电极107都由透光物质构成时，如图1C所示，发光经过第一电极102和第二电极107从衬底一侧和衬底的相反一侧被提取到外部。
另外，在图1A至1C中，虽然示出将用作阳极的第一电极102设置在衬底一侧的结构，但是也可以将用作阴极的第二电极107设置在衬底一侧。注意，在此情况下，与第二电极107连接的TFT优选是N沟道型TFT。
设在第一电极102和第二电极107之间的层的结构并不只限于上述结构。只要具有如下结构，就可以采用上述之外的结构，即：在远离第一电极102和第二电极107的部分中提供空穴和电子重新结合的发光区以防止由于发光区邻近金属引起的猝灭。
换言之，对于叠层结构并不受特定限制，可以通过适当地组合由如下物质构成的层和由实施方式1至3所示的咔唑衍生物形成的发光层，即：具有高电子传输性的物质、具有高空穴传输性的物质、具有高电子注入性的物质、具有高空穴注入性的物质、具有双极性的物质(具有高电子传输性和高空穴传输性的物质)、空穴阻挡材料等。
例如，也可以采用如下结构：设置抑制来自包含受体的空穴注入层和发光层的电子注入的电子注入抑制层，而不设置空穴传输层。此时，构成电子注入抑制层的材料的电子亲和力优选小于构成发光层的材料及受体的电子亲和力。与此相反，也可以采用如下结构：设置抑制来自包含供体的电子注入层和发光层的空穴注入的空穴注入抑制层，而不设置电子传输层。此时，构成空穴注入抑制层的材料的电离电位优选大于构成发光层的材料及供体的电离电位。
另外，作为本实施方式所示的发光元件的结构，可以采用如下结构：交替地层叠两层以上的上述包含空穴注入性高的物质的层及上述包含空穴传输性高的物质的层的每一个的结构。另外，用作阴极的电极也可以采用在氧化物透明导电膜与金属电极间夹有防止氧化的第二金属电极的三层结构。
图2所示的发光元件具有如下结构：在衬底301上，在第一电极302及第二电极307的一对电极间设置有EL层308，该EL层308包括由电子传输性高的物质构成的第一层303、包含发光物质的第二层304、由空穴传输性高的物质构成的第三层305以及由空穴注入性高的物质构成的第四层306。并且，依次层叠有用作阴极的第一电极302、由电子传输性高的物质构成的第一层303、包含发光物质的第二层304、由空穴传输性高的物质构成的第三层305、由空穴注入性高的物质构成的第四层306以及用作阳极的第二电极307。
下面，具体地说明发光元件的形成方法。
本实施方式的发光元件具有在一对电极间夹有EL层的结构。EL层至少包括使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物而形成的包含发光物质的层(也称为发光层)。除了包含发光物质的层以外，EL层还可以包括功能层(空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层等)。电极(第一电极及第二电极)、包含发光物质的层以及功能层既可通过湿法如液滴喷射法(喷墨法)、旋涂法、印刷法等而形成，又可通过干法如真空蒸镀法、CVD法、溅射法等而形成。湿法具有如下效果：因为可以在大气压下形成，所以可以使用简单的装置及工序形成电极、包含发光物质的层以及功能层，以简化工序并提高生产性。另一方面，干法具有如下效果：因为不需要溶解材料，所以可以使用不易溶解于溶液中的材料，从而材料的选择范围宽。
构成发光元件的薄膜都可以通过湿法而形成。在此情况下，可以只使用湿法所需要的设备制造发光元件。另外，也可以通过湿法层叠直到形成包含发光物质的层，通过干法形成层叠在包含发光物质的层上的功能层及第二电极等。再者，也可以通过干法形成第一电极及功能层，通过湿法形成包含发光物质的层、层叠在包含发光物质的层上的功能层及第二电极。当然，本发明不局限于此，也可以根据所使用的材料、需要的膜厚度或界面状态适当地选择并组合湿法及干法来制造发光元件。
在本实施方式中，在由玻璃、塑料等形成的衬底上制造发光元件。通过在一个衬底上制造多个这样的发光元件，可以制造无源矩阵型发光装置。此外，也可以在由玻璃、塑料等形成的衬底上形成例如薄膜晶体管(TFT)，在与TFT电连接的电极上制造发光元件。由此，可以制造由TFT控制发光元件驱动的有源矩阵型发光装置。另外，对于TFT的结构没有特别限制，可以是交错型的TFT或反交错型的TFT。另外，对用于TFT的半导体的结晶性也没有特别的限制，既可使用非晶半导体，又可使用结晶半导体。此外，形成在TFT衬底上的驱动用电路可以由N型及P型的TFT构成，也可以仅使用N型及P型中的任一种TFT构成。
实施方式1至3所示的咔唑衍生物的带隙非常大，因此即使使用比较短波长，尤其发射蓝色光的掺杂剂材料，也可以高效地得到来自掺杂剂材料的发光，而不得到来自实施方式1至3所示的咔唑衍生物的发光。
实施方式1至3所示的咔唑衍生物的带隙宽，并且它是能够流动空穴及电子的双极材料。因此，通过将实施方式1至3所示的咔唑衍生物用于发光元件，能够得到载流子平衡优良的高可靠性发光元件。
另外，通过使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物，能够得到高可靠性发光装置及电子设备。
实施方式5
本实施方式中，参照图27A和27B说明其结构与实施方式4所示的结构不同的发光元件。
在电子传输层与发光层间可以设置控制电子载流子移动的层。图27A示出如下结构：在用作电子传输层的第四层106与用作发光层的第三层105(也称为发光层105)间设置控制电子载流子移动的层130。该层130是将少量的电子捕捉性高的物质添加到上述电子传输性高的材料中的层或者将最低空分子轨道(LUMO)的能量值低的具有空穴传输性的材料添加到电子传输性高的材料中的层，并能够通过抑制电子载流子移动而调整载流子平衡。通过采用该结构，能够高效地抑制因电子穿过第三层105而发生的问题(如元件使用寿命的降低)。
另外，作为其他结构，发光层105也可以由两层以上的多个层构成。图27B示出发光层105由第一发光层105a、第二发光层105b的两层构成的实例。
例如，在从用作空穴传输层的第二层104侧依次层叠第一发光层105a和第二发光层105b以将它们用作发光层105的情况下，使用具有空穴传输性的物质作为第一发光层105a的主体材料，并且使用具有电子传输性的物质作为第二发光层105b。
实施方式1至3所示的咔唑衍生物不仅可以单独用作发光层，而且还可以用作主体材料，再者还可以用作掺杂剂材料。
在将实施方式1至3所示的咔唑衍生物用作主体材料的情况下，通过将作为发光物质的掺杂剂材料分散在实施方式1至3所示的咔唑衍生物中，能够得到来自作为发光物质的掺杂剂材料的发光。
另一方面，在将实施方式1至3所示的咔唑衍生物用作掺杂剂材料的情况下，通过将实施方式1至3所示的咔唑衍生物添加到由其带隙比实施方式1至3所示的咔唑衍生物大的材料(主体)构成的层中，能够得到来自实施方式1至3所示的咔唑衍生物的发光。
另外，因为实施方式1至3所示的咔唑衍生物具有空穴传输性及电子传输性的双极性，所以在具有空穴传输性的情况下可以用于第一发光层105a，并且在具有电子传输性的情况下可以用于第二发光层105b。对于第一发光层105a及第二发光层105b，可以将实施方式1至3所示的咔唑衍生物单独用作发光层、主体材料或掺杂剂材料。在将实施方式1至3所示的咔唑衍生物单独用作发光层或主体材料的情况下，只要根据其载流子传输性决定用于具有空穴传输性的第一发光层105a还是用于具有电子传输性的第二发光层105b，即可。
另外，本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施方式6
在本实施方式中，参照图3说明对具有层叠了多个发光单元的结构的本发明的发光元件(以下称为叠层型元件)的一个方式。该发光元件为在第一电极和第二电极之间具有多个发光单元的发光元件。
在图3中，在第一电极501和第二电极502之间层叠有第一发光单元511和第二发光单元512。第一电极501和第二电极502可以采用与实施方式4或5相同的电极。此外，第一发光单元511和第二发光单元512可以具有相同的结构或不同的结构，其结构可以采用与实施方式4或5相同的结构。
电荷产生层513包含有机化合物和金属氧化物的复合材料。该有机化合物和金属氧化物的复合材料是实施方式4或实施方式5所示的复合材料，它包含有机化合物和V2O5、MoO3、WO3等金属氧化物。作为有机化合物，可以使用各种化合物诸如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烃、以及高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)等。优选应用具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的空穴传输性有机化合物。其中，也可以使用除此之外的其它物质，只要其空穴传输性高于电子传输性。因为有机化合物和金属氧化物的复合材料具有高载流子注入性和载流子传输性，所以可以实现低电压驱动、低电流驱动。
另外，电荷产生层513也可以组合有机化合物和金属氧化物的复合材料与其他材料而形成。例如，也可以组合包含有机化合物和金属氧化物的复合材料的层、包含选自电子供给性物质中的一种化合物和电子传输性高的化合物的层，以形成电荷产生层513。另外，也可以组合包含有机化合物和金属氧化物的复合材料的层与透明导电膜，以形成电荷产生层513。
无论如何，只要当将电压施加到第一电极501和第二电极502时夹在第一发光单元511和第二发光单元512之间的电荷产生层513向这些发光单元中的一个注入电子而向另一单元注入空穴就行。
本实施方式中说明具有两个发光单元的发光元件。但是，本发明还可以应用于层叠了三个以上的发光单元的发光元件。通过像本实施方式的发光元件那样在一对电极之间配置由电荷产生层划分的多个发光单元，可以在保持低电流密度的同时实现高亮度区域中的长寿命元件。当该发光元件被用于照明时，可以减少由于电极材料的电阻引起的电压降低，由此在大面积区域上实现了均匀发光。而且，还可以实现低电压驱动且低耗电的发光装置。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施方式7
在本实施方式中，对使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物制造的发光装置的一个方式进行说明。
在本实施方式中，使用图4A和4B对使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物制造的发光装置的一个方式进行说明。另外，图4A是发光装置的俯视图，图4B是沿A-B及C-D切断图4A而得到的截面图。由虚线表示驱动电路部(源极侧驱动电路)601、像素部602、驱动电路部(栅极侧驱动电路)603。此外，还包括密封衬底604和密封剂605，由密封剂605围绕的内侧形成空间607。
另外，引绕布线608是用来传送输入到源极侧驱动电路601及栅极侧驱动电路603的信号的布线，从作为外部输入端子的FPC(柔性印刷电路)609接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。另外，虽然这里仅示出了FPC，但该FPC也可以安装有印刷线路板(PWB)。本说明书中的发光装置除了发光装置主体以外，还包括该主体安装有FPC或PWB的状态。
接下来，使用图4B说明截面结构。在元件衬底610上形成有驱动电路部及像素部，这里示出了作为驱动电路部的源极侧驱动电路601和像素部602中的一个像素。
另外，源极侧驱动电路601形成有组合了n沟道型TFT623和p沟道型TFT624的CMOS电路。此外，形成驱动电路的TFT也可以使用各种CMOS电路、PMOS电路或者NMOS电路来形成。此外，虽然在本实施方式中示出了在衬底上形成驱动电路的驱动器一体型，但是这并不是必须的，也可以将驱动电路形成在外部而不是形成在衬底上。
此外，像素部602由多个包含开关用TFT611、电流控制用TFT612、电连接到其漏极的第一电极613的像素形成。另外，以覆盖第一电极613的端部的方式形成有绝缘物614。在这里，通过使用正型感光性丙烯酸树脂膜来形成绝缘物614。
此外，为了获得良好的覆盖度，在绝缘物614的上端部或下端部形成具有曲率的曲面。例如，在使用正型感光性丙烯酸作为绝缘物614的材料的情况下，优选只使绝缘物614的上端部为具有曲率半径(0.2μm～3μm)的曲面。此外，作为绝缘物614，可以使用通过照射光而对蚀刻剂呈不溶解性的负型及通过照射光而对蚀刻剂呈溶解性的正型中的任一种。
在第一电极613上分别形成有包含发光物质的层616以及第二电极617。在这里，作为用作阳极的第一电极613的材料，优选使用具有高功函数的材料。例如，可以使用ITO膜或含有硅的铟锡氧化物膜、包含2至20wt％的氧化锌的氧化铟膜、氮化钛膜、铬膜、钨膜、Zn膜、Pt膜等的单层膜，氮化钛膜和以铝为主要成分的膜的叠层，以及氮化钛膜、以铝为主要成分的膜和氮化钛膜的三层的叠层等。另外，当采用叠层结构时，作为布线的电阻低，可以实现良好的欧姆接触，并且可以使其发挥作为阳极的功能。
此外，包含发光物质的层616通过使用蒸镀掩模的蒸镀法、喷墨法等液滴喷射法、印刷法、旋涂法等各种方法来形成。包含发光物质的层616包含实施方式1至3所示的咔唑衍生物。此外，作为构成包含发光物质的层616的其他材料，还可以为低分子材料、中分子材料(包括低聚物、树枝状聚合物等)或高分子材料。
作为形成在包含发光物质的层616上且用作阴极的第二电极617的材料，优选使用具有低功函数的材料(Al、Mg、Li、Ca或它们的合金或化合物、MgAg、MgIn、AlLi、LiF、CaF2等)。另外，当在包含发光物质的层616产生的光透过第二电极617时，第二电极617优选使用其膜厚度减薄的金属薄膜和透明导电膜(ITO、包含2至20wt％的氧化锌的氧化铟、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化锌(ZnO)等)的叠层。
另外，通过用密封剂605将密封衬底604和元件衬底610贴合在一起，从而形成在由元件衬底610、密封衬底604以及密封剂605围绕而成的空间607中具有发光元件618的结构。另外，在空间607中填充有填充剂，除了填充惰性气体(氮或氩等)的情况以外，还有填充密封剂605的情况。
另外，密封剂605优选使用环氧类树脂。此外，这些材料优选为尽可能地不透过水分、氧的材料。此外，作为用于密封衬底604的材料，除了玻璃衬底、石英衬底以外，还可以使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯或丙烯酸等形成的塑料衬底。
通过上述步骤，获得使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物而制造的发光装置。
实施方式1至3所示的咔唑衍生物的带隙宽，并且它是能够流动空穴及电子的双极材料。因此，通过将实施方式1至3所示的咔唑衍生物用于发光元件，能够得到载流子平衡优良的高可靠性发光元件。
另外，通过使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物，能够得到高可靠性发光装置及电子设备。
如上所述，在本实施方式中，虽然对通过晶体管控制发光元件的驱动的有源矩阵型发光装置进行了说明，但也可以采用无源矩阵型发光装置。图5A和5B中示出采用发光元件制成的无源矩阵型发光装置的立体图作为本发明的一个实施方式。在图5A和5B中，在衬底951上，在电极952和电极956之间设置有包含发光物质的层955。电极952的端部被绝缘层953覆盖。并且，在绝缘层953上设置有隔壁层954。隔壁层954的侧壁具有倾斜，即越接近于衬底面，一方侧壁和另一方侧壁之间的间隔越窄。换言之，隔壁层954的短边方向的截面为梯形，底边(朝与绝缘层953的面方向同样的方向，与绝缘层953相接的一边)比上边(朝与绝缘层953的面方向同样的方向，不与绝缘层953相接的一边)短。像这样，通过设置隔壁层954，可以防止由静电等导致的发光元件的缺陷。在无源矩阵型发光装置中，通过提供使用本发明的实施方式之一的发光元件，也可以获得高可靠性的发光装置。
实施方式8
在本实施方式中，说明其一部分中包括实施方式7所示的发光装置的本发明的电子设备的一个方式。本发明的电子设备包括实施方式1至3所示的咔唑衍生物，具有高可靠性的显示部。
作为具有使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物而制造的发光元件的电子设备，可以举出如摄像机和数码相机等影像拍摄装置、护目镜型显示器、导航系统、音响再现装置(汽车音响、音响组件等)、计算机、游戏机、便携式信息终端(移动计算机、移动电话、便携式游戏机或电子书籍等)、具备记录媒体的图像再现装置(具体地说，再现数字通用光盘(DVD)等记录媒体并具备能够显示其图像的显示装置的装置)等。图6A至6F示出这些电子设备的具体实例。
图6A是本发明的显示装置的一个实例的电视装置，包括框体9101、支撑台9102、显示部9103、扬声器部9104、视频输入端子9105等。
注意，作为根据本发明的显示装置包括个人计算机用、TV播放接收用、广告显示用等所有信息显示用装置。
在该电视装置中，显示部9103通过将与实施方式4或5中所说明的发光元件同样的发光元件排列成矩阵状而构成。该发光元件具有可靠性高的特征。由该发光元件构成的显示部9103也具有同样的特征，因此所述电视装置的画质的劣化少，实现高可靠性化。由于这种特征，在电视装置中可以大幅地削减或缩小劣化补偿功能和电源电路，因此可以实现框体9101或支撑台9102的小型轻量化。由于本发明的电视装置实现了高画质以及小型轻量化，因此可以提供适合于居住环境的产品。
图6B是本发明的计算机，包括主体9201、框体9202、显示部9203、键盘9204、外部连接端口9205、定位装置9206等。在该计算机中，显示部9203通过将与实施方式4或5中所说明的发光元件同样的发光元件排列成矩阵状而构成。该发光元件具有可靠性高的特征。由该发光元件构成的显示部9203也具有同样的特征，因此所述计算机的画质的劣化少，实现高可靠性化。由于这种特征，在计算机中可以大幅地削减或缩小劣化补偿功能和电源电路，因此可以实现主体9201或框体9202的小型轻量化。由于本发明的计算机实现了高画质以及小型轻量化，因此可以提供适合于环境的产品。另外，由于实施方式1所示的蒽衍生物可以实现高颜色纯度的蓝色发光，所以可以获得具有颜色再现性优良的显示部的计算机。
图6C及6F是本发明的移动电话，图6C所示的移动电话包括主体9401、框体9402、显示部9403、声音输入部9404、声音输出部9405、操作键9406、外部连接端口9407、天线9408等。图6F所示的移动电话包括主体8401、框体8402、显示部8403、声音输入部8404、声音输出部8405、操作键8406、外部连接端口8407等。
在这些移动电话中，显示部9403及显示部8403通过将与实施方式4或5中所说明的发光元件同样的发光元件排列成矩阵状而构成。该发光元件具有可靠性高的特征。由该发光元件构成的显示部9403及显示部8403也具有同样的特征，因此所述移动电话的画质的劣化少，实现高可靠性化。由于这种特征，在移动电话中可以大幅地削减或缩小劣化补偿功能和电源电路，因此可以实现主体9401、主体8401、框体9402及框体8402的小型轻量化。由于本发明的移动电话实现了高画质以及小型轻量化，因此可以提供适合于携带的产品。
图6D是本发明的影像拍摄装置，包括主体9501、显示部9502、框体9503、外部连接端口9504、遥控接收部9505、影像接收部9506、电池9507、声音输入部9508、操作键9509、目镜部9510等。在该影像拍摄装置中，显示部9502通过将与实施方式4或5中所说明的发光元件同样的发光元件排列成矩阵状而构成。该发光元件具有可靠性高的特征。由该发光元件构成的显示部9502也具有同样的特征，因此所述影像拍摄装置的画质的劣化少，实现高可靠性化。由于这种特征，在影像拍摄装置中可以大幅地削减或缩小劣化补偿功能和电源电路，因此可以实现主体9501的小型轻量化。由于本发明的影像拍摄装置实现了高画质以及小型轻量化，因此可以提供适合于携带的产品。
图6E所示的本发明的电子纸具有柔性，包括主体9660、显示图像的显示部9661、驱动器IC9662、接收装置9663、薄膜电池9664等。另外，也可以利用半导体零部件安装驱动器IC或接收装置等。在本发明的电子设备中，主体9660由塑料或薄膜等具有柔性的材料构成。在该电子纸中，显示部9661通过将与实施方式4或5中所说明的发光元件同样的发光元件排列成矩阵状而构成。该发光元件具有使用寿命长且耗电量低的特征。由该发光元件构成的显示部9661也具有同样的特征，因此所述电子纸的可靠性高，实现低耗电量化。
另外，上述电子纸非常轻并具有柔性，从而能够将该电子纸卷成筒状，从便于携带的观点来说是非常具有优势的显示装置。根据本发明的电子设备，可以自由地携带大屏幕的显示媒体。
图6E所示的电子纸主要用于显示静态图像的如下单元：导航系统、音频再现设备(汽车音频装置、音频组件装置等)、计算机、游戏机、便携式信息终端(移动计算机、便携式电话、便携式游戏机、电子书等)、冰箱、洗衣机、电饭煲、固定电话、真空吸尘器、体温计等家电、电车内的悬挂广告、火车站或机场的时刻显示板等大面积信息显示器。
如上所述，应用本发明的发光装置的应用范围极宽，该发光装置可用于各种领域中的电子设备。通过使用实施方式1至3所示的咔唑衍生物，可制造具有可靠性高的显示部的电子设备。
另外，可以将本发明的发光装置用作照明装置。参照图7说明将本发明的发光元件用作照明装置的一个实施方式。
在图7中示出将应用本发明的发光装置用作背光灯的液晶显示装置的一个实例。图7所示的液晶显示装置包括外壳901、液晶层902、背光灯903以及外壳904，液晶层902与驱动器IC905连接。此外，作为背光灯903使用本发明的发光装置，通过端子906提供电流。
通过将根据本发明的发光装置用作液晶显示装置的背光灯，可以获得可靠性高的背光灯。另外，根据本发明的发光装置是面发光的照明装置，也可以实现大面积化，因此可以实现背光灯的大面积化，也可以实现液晶显示装置的大面积化。再者，本发明的发光装置是薄型的，从而可以实现显示装置的薄型化。
图8是将根据本发明的发光装置用作作为照明装置的台灯的实例。图8所示的台灯包括外壳2001和光源2002，作为光源2002使用根据本发明的发光装置。本发明的发光装置是可靠性高的，从而台灯也是可靠性高的。
图9为将使用本发明的发光装置用作室内照明装置3001的实例。由于根据本发明的发光装置也可以实现大面积化，所以可以用作大面积的照明装置。此外，根据本发明的发光装置是薄型的，因此可以用作薄型化的照明装置。像这样，可以在将使用本发明的发光装置用作室内照明装置3001的房间内设置图6A所说明的本发明的电视装置3002，来欣赏电视节目或电影。
实施例1
在本实施例中，具体地说明结构式(101)所表示的作为本发明的咔唑衍生物的一个方式的3-(1-萘基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAαN)的合成方法。
(合成例1)
首先，说明合成例1。
[步骤1]3-(1-萘基)-9H-咔唑的合成
下面，示出3-(1-萘基)-9H-咔唑的合成过程(A-1)。
Figure BPA00001293678101162
将0.50g(2.0mmol)的3-溴基-9H-咔唑、0.35g(2.0mmol)的1-萘基硼酸以及0.15g(0.50mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在100mL的三口烧瓶中，并且将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入30mL的甲苯、10mL的乙醇以及2.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。将23mg(0.10mmol)的醋酸钯(Ⅱ)加入上述混合物中，在氮气流及80℃的温度下搅拌2小时。搅拌后，利用甲苯萃取水层。混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥，对该混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的固体溶解于大约10mL的甲苯中，将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过浓缩获得的滤液，获得白色固体。通过使用己烷洗涤该固体，以53％的收率获得0.32g的目的物白色粉末。
[步骤2]CzPAαN的合成法
下面，示出CzPAαN的合成过程(A-2)。
Figure BPA00001293678101171
将0.45g(1.1mmol)的9-(4-溴苯基)-10-苯基蒽、0.32g(1.1mmol)的根据实施例1的步骤1合成的3-(1-萘基)-9H-咔唑以及0.21g(2.2mmol)的叔丁醇钠放在100mL的三口烧瓶中。在将烧瓶内的空气以氮取代后，在其混合物中加入20mL的甲苯和0.20mL的三(叔丁基)膦(10wt％己烷溶液)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。在脱气后，将32mg(0.055mmol)的双(二亚苄基丙酮)钯(O)加入上述混合物中。在氮气流及110℃的温度下搅拌该混合物2小时。搅拌后，将该混合物通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的固体进行纯化，并使用甲苯和己烷使获得的淡黄色固体再结晶，从而以46％的收率获得0.31g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的0.31g的淡黄色粉末固体。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在310℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以80％的收率获得0.25g的CzPAαN的淡黄色固体。
(合成例2)
下面，在合成例2中，具体地说明利用与合成例1不同的合成方法的CzPAαN的合成方法。
[步骤1]3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑的合成
下面，示出3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑的合成过程(B-1)。
Figure BPA00001293678101181
将5.0g(10mmol)的9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPA)、600mL的乙酸乙酯以及150mL的甲苯放在1L的锥形烧瓶中。通过将该混合物加热到50℃以上并搅拌，确认到CzPA的溶解。对该溶液加入1.8g(10mmol)的溴代琥珀酰亚胺(NBS)。在大气及室温下搅拌该溶液5天。在搅拌后，对该溶液加入大约150mL的硫代硫酸钠水溶液搅拌1小时。在使用水洗涤该混合物的有机层后，利用甲苯萃取水层，混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥。对其混合物进行重力过滤。浓缩所获得的滤液，以获得淡黄色固体。使用甲苯和己烷的混合溶剂使获得的固体再结晶，从而以90％的收率获得5.2g的目的物淡黄色粉末。
[步骤2]CzPAαN的合成
下面，示出CzPAαN的合成过程(B-2)。
Figure BPA00001293678101191
将2.8g(4.9mmol)的3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑、0.84g(4.9mmol)的1-萘基硼酸以及0.36g(1.2mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在200mL的三口烧瓶中。将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入5.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)、60mL的甲苯和20mL的乙醇。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。对该混合物加入55mg(0.24mmol)的醋酸钯(Ⅱ)，在氮气流及80℃的温度下搅拌该混合物4小时。搅拌后，利用甲苯萃取该混合物的水层，混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥，并对其混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的油状物溶解于大约10mL的甲苯中，并将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的油状物进行纯化，以获得淡黄色油状物。使用甲苯和己烷使该油状物再结晶，从而以60％的收率获得1.8g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的1.8g的CzPAαN的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在320℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以94％的收率获得1.7g的CzPAαN的淡黄色固体。
通过核磁共振测量(NMR)，确认上述合成法而获得的化合物是CzPAαN。CzPAαN的1H NMR数据为：1HNMR(CDCl3，300MHz)：δ＝7.34-7.67(m，16H)，7.72-7.81(m，6H)，7.85-7.96(m，6H)，8.07(d，j＝8.4Hz，1H)，8.20(d，J＝7.8Hz，1H)，8.32(d，J＝1.5Hz，1H)。另外，图10A和图10B示出1H NMR图。另外，图10B是放大了图10A中的7.0ppm至8.5ppm的范围的图。
另外，图11示出CzPAαN在甲苯溶液中的吸收光谱，而图12示出CzPAαN处于薄膜状态时的吸收光谱。利用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制造的V550型)进行测量。将溶液放在石英皿中，并将薄膜蒸镀在石英衬底上以制造样品，图11及12示出如下吸收光谱：至于溶液的光谱，示出减去只将甲苯放在石英皿中来测量的吸收光谱的吸收光谱；至于薄膜的光谱，示出减去石英衬底的吸收光谱的吸收光谱。在图11及图12中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示吸收强度(给定单位)。在使用甲苯溶液的情况下，在299nm、354nm、376nm、396nm附近观察到吸收，而在使用薄膜的情况下，在209nm、265nm、302nm、361nm、382nm、403nm附近观察到吸收。另外，图13示出CzPAαN在甲苯溶液中(激发波长为376nm)的发射光谱。另外，图14示出CzPAαN处于薄膜状态时(激发波长为401nm)中的发射光谱。在图13及14中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示发光强度(给定单位)。在CzPAαN在甲苯溶液中的情况下，最大发光波长为423nm(激发波长为376nm)，而在CzPAαN处于薄膜状态的情况下，最大发光波长为439nm(激发波长为401nm)。
另外，通过在大气中利用光电子能谱仪(日本理研计器株式会社制造的AC-2)测定处于薄膜状态下的CzPAαN，其结果是HOMO能级为-5.77eV。再者，通过使用在图12的CzPAαN处于薄膜状态时的吸收光谱的数据，并从假定直接跃迁的Tauc图找到吸收端，且以该吸收端为光学能隙进行预测，结果该能隙为2.93eV。从HOMO能级的数值和能隙估计LUMO能级，结果它为-2.84eV。
另外，通过利用循环伏安法(CV)测定，测定CzPAαN的氧化还原反应特性。当进行CV测定时，使用电气化学分析仪器(BAS株式会社制造的ALS600A)。
关于CV测定中的溶液，溶剂使用脱水二甲基甲酰胺(DMF)(99.8％，目录号码：22705-6，西格玛奥德里奇公司制)，以其浓度成为100mmol/L的方式将作为支持电解质的高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NClO4)(目录号码：T0836，东京化成工业株式会社(Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.)制)溶解于DMF中，再者，以其浓度成为1mmol/L的方式将测量对象溶解于上述溶液中而调整。另外，工作电极使用铂电极(PTE铂电极，BAS株式会社制)，对电极使用铂电极(VC-3用Pt对电极(5cm)，BAS株式会社制)，参比电极使用Ag/Ag+电极(RE5非水溶剂类参比电极，BAS株式会社制)。另外，在室温下进行测定。
对CzPAαN的氧化反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-0.01V变化至1.20V之后、从1.20V变化至-0.01V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
另外，对CzPAαN的还原反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-1.49V变化至-2.40V之后、从-2.40V变化至-1.49V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
图15中表示CzPAαN的氧化侧的CV测定结果，图16中表示CzPAαN的还原侧的CV测定结果。在图15及图16中，横轴表示工作电极相对于参比电极的电位(V)，纵轴表示工作电极和对电极之间流过的电流值(μA)。由图15，在+0.84V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示氧化的电流。由图16，在-2.22V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示还原的电流。
尽管反复进行了100个周期的扫描，在氧化反应及还原反应中却几乎没有发现CV曲线的峰位置和峰强度的变化。由此可知，本发明的咔唑衍生物对于反复进行的氧化还原反应是极为稳定的。
实施例2
在本实施例中，具体地说明结构式(201)所表示的作为本发明的咔唑衍生物的一个方式的3-(2-萘基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAβN)的合成方法。
下面，示出CzPAβN的合成过程(C-1)。
Figure BPA00001293678101231
将1.0g(1.7mmol)的3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑、0.30g(1.7mmol)的2-萘基硼酸以及0.13g(0.42mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在100mL的三口烧瓶中，并且将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入30mL的甲苯、10mL的乙醇以及2.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。将19mg(0.085mmol)的醋酸钯(Ⅱ)加入上述混合物中，在氮气流及80℃的温度下搅拌3小时。搅拌后，利用甲苯萃取该混合物的水层。混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥，对该混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的油状物溶解于大约10mL的甲苯中，将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的油状物进行纯化。使用甲苯和己烷使获得的淡黄色固体再结晶，从而以69％的收率获得0.73g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的0.71g的CzPAβN的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在310℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以90％的收率获得0.64g的CzPAβN的淡黄色固体。
通过核磁共振测量(NMR)，确认上述化合物是CzPAβN。CzPAβN的1H NMR数据为：1H NMR(CDCl3，300MHz)：δ＝7.37-7.66(m，13H)，7.70-7.80(m，6H)，7.85-8.00(m，9H)，8.20(s，1H)，8.30(d，J＝4.8Hz，1H)，8.54(s，1H)。另外，图28A和图28B示出1HNMR图。另外，图28B是放大了图28A中的7.0ppm至9.0ppm的范围的图。
另外，对获得的CzPAβN进行热重-差热分析(TG-DTA)。使用高真空热重-差热分析仪(BrukerAXS公司制造的TG-DTA2410SA)进行测定。在常压、升温速度为10℃/min、氮气气流下(流速为200mL/min)的条件下进行测定时，重量减少至在大气压下开始测量时的重量的95％的温度(以下称为5％重量减少温度)为465℃。
另外，图29示出CzPAβN在甲苯溶液中的吸收光谱，而图30示出CzPAβN处于薄膜状态时的吸收光谱。利用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制造的V550型)进行测量。将溶液放在石英皿中，并将薄膜蒸镀在石英衬底上以制造样品，图29及30示出如下吸收光谱：至于溶液的光谱，示出减去只将甲苯放在石英皿中来测量的吸收光谱的吸收光谱；至于薄膜的光谱，示出减去石英衬底的吸收光谱的吸收光谱。在图29及图30中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示吸收强度(给定单位)。在使用甲苯溶液的情况下，在300nm、356nm、376nm、396nm附近观察到吸收，而在使用薄膜的情况下，在304nm、360nm、382nm、403nm附近观察到吸收。另外，图31示出CzPAβN在甲苯溶液中(激发波长为376nm)的发射光谱。另外，图32示出CzPAβN处于薄膜状态时(激发波长为401nm)中的发射光谱。在图31及32中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示发光强度(给定单位)。在CzPAβN在甲苯溶液中的情况下，最大发光波长为423nm(激发波长为376nm)，而在CzPAβN处于薄膜状态的情况下，最大发光波长为443nm(激发波长为401nm)。
另外，通过在大气中利用光电子能谱仪(日本理研计器株式会社制造的AC-2)测定处于薄膜状态下的CzPAβN，其结果是HOMO能级为-5.68eV。再者，通过使用在图30的CzPAβN处于薄膜状态时的吸收光谱的数据，并从假定直接跃迁的Tauc图找到吸收端，且以该吸收端为光学能隙进行预测，结果该能隙为2.92eV。从HOMO能级的数值和能隙估计LUMO能级，结果它为-2.76eV。
另外，通过利用循环伏安法(CV)测定，测定CzPAβN的氧化还原反应特性。当进行CV测定时，使用电气化学分析仪器(BAS株式会社制造的ALS600A)。
关于CV测定中的溶液，溶剂使用脱水二甲基甲酰胺(DMF)(99.8％，目录号码：22705-6，西格玛奥德里奇公司制)，以其浓度成为100mmol/L的方式将作为支持电解质的高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NClO4)(目录号码：T0836，东京化成工业株式会社(Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.)制)溶解于DMF中，再者，以其浓度成为1mmol/L的方式将测量对象溶解于上述溶液中而调整。另外，工作电极使用铂电极(PTE铂电极，BAS株式会社制)，对电极使用铂电极(VC-3用Pt对电极(5cm)，BAS株式会社制)，参比电极使用Ag/Ag+电极(RE5非水溶剂类参比电极，BAS株式会社制)。另外，在室温下进行测定。
对CzPAβN的氧化反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-0.05V变化至0.97V之后、从0.97V变化至-0.05V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
另外，对CzPAβN的还原反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-1.13V变化至-2.39V之后、从-2.39V变化至-1.13V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
图33中表示CzPAβN的氧化侧的CV测定结果，图34中表示CzPAβN的还原侧的CV测定结果。在图33及图34中，横轴表示工作电极相对于参比电极的电位(V)，纵轴表示工作电极和对电极之间流过的电流值(A)。由图33，在+0.79V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示氧化的电流。由图34，在-2.22V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示还原的电流。
尽管反复进行了100个周期的扫描，在氧化反应及还原反应中却几乎没有发现CV曲线的峰位置和峰强度的变化。由此可知，本发明的咔唑衍生物对于反复进行的氧化还原反应是极为稳定的。
实施例3
在本实施例中，参照图26A和26B说明本发明的发光元件。
将本实施例中制造的发光元件1-1至1-3的元件结构示出于表1。在表1中，混合比均以重量比表示。
[表1]
Figure BPA00001293678101261
下面，示出本实施例的发光元件1-1至1-3的制造方法。
在发光元件1-1至1-3中，通过溅射法在玻璃衬底2101上形成包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)的膜，从而形成第一电极2102。注意，其膜厚度为110nm，而其电极面积为2mm×2mm。
接着，将形成有第一电极2102的衬底固定在设置在真空蒸镀装置中的衬底支架上，使具有第一电极的衬底表面向下，并且减压到大约10-4Pa，然后通过将4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)和氧化钼(Ⅵ)共蒸镀在第一电极2102上，来形成包含重新结合有机化合物和无机化合物而成的复合材料的层作为第一层2103。此时，该膜厚度为50nm，并且将NPB和氧化钼(Ⅵ)的重量比调节为4∶1(＝NPB∶氧化钼)。注意，共蒸镀法是指在一个处理室内从多个蒸发源同时进行蒸镀的方法。
接着，通过将NPB蒸镀10nm，形成第二层2104作为空穴传输层。
至于发光元件1-1，在第二层2104上将实施例1中合成的CzPAαN和4-(10-苯基-9-蒽基)-4′-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称为PCBAPA)共蒸镀为CzPAαN∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。
至于发光元件1-2，在第二层2104上将实施例1中合成的CzPAαN和9，10-二苯基-2-[N-苯基-N-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)氨基]蒽(简称：2PCAPA)共蒸镀为CzPAαN∶2PCAPA＝1∶0.05(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。
至于发光元件1-3，在第二层2104上将实施例2中合成的CzPAβN和4-(10-苯基-9-蒽基)-4′-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称为PCBAPA)共蒸镀为CzPAβN∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。
然后，至于发光元件1-1至1-3，在第三层2105上蒸镀并层叠10nm厚的Alq膜及20nm厚的Bphen膜，以形成第四层2106作为电子传输层。再者，在第四层2106上蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)膜，以形成第五层2107作为电子注入层。最后，形成200nm厚的铝膜作为用作阴极的第二电极2108，以获得本实施例的发光元件1-1至1-3。注意，在上述蒸镀过程中，蒸镀均采用电阻加热法。下面，示出NPB、PCBAPA、2PCAPA、Alq以及Bphen的结构式。
Figure BPA00001293678101281
在氮气气氛的手套箱中，以不使发光元件1-1至1-3暴露于大气的方式对通过上述方法获得的发光元件1-1至1-3进行密封，然后对这些发光元件1-1至1-3的工作特性进行测定。注意，在室温(保持为25℃的气氛)中进行测定。
图17示出发光元件1-1及发光元件1-3的亮度-电流效率特性，图19示出发光元件1-1及发光元件1-3的电流密度-亮度特性，并且图20示出发光元件1-1及发光元件1-3的电压-亮度特性。另外，图18示出流动1mA的电流时的发射光谱。
由图18可知，从发光元件1-1能够得到465nm处具有峰值的来自PCBAPA的优良蓝色发光。在发光元件1-1的亮度为1160cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.17)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为1160cd/m2时，电流效率为4.7cd/A，外部量子效率3.5％，电压为5.2V，电流密度为24.8mA/cm2，并且功率效率为2.8lm/W。
由图18可知，从发光元件1-3能够得到465nm处具有峰值的来自PCBAPA的优良蓝色发光。在发光元件1-3的亮度为1030cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.18)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为1030cd/m2时，电流效率为4.6cd/A，外部量子效率3.3％，电压为5.0V，电流密度为22.3mA/cm2，并且功率效率为2.9lm/W。
图21示出发光元件1-2的亮度-电流效率特性，图23示出发光元件1-2的电流密度-亮度特性，并且图24示出发光元件1-2的电压-亮度特性。另外，图22示出流动1mA的电流时的发射光谱。由图22可知，从发光元件1-2能够得到515nm处具有峰值的来自2PCAPA的优良绿色发光。在发光元件1-2的亮度为960cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.28，y＝0.60)，而呈现优良绿色发光。另外，在亮度为960cd/m2时，电流效率为15.2cd/A，外部量子效率4.6％，电压为3.8V，电流密度为6.31mA/cm2，并且功率效率为12.5lm/W。
另外，对制造的发光元件1-1及发光元件1-3进行了可靠性试验。该可靠性试验为：通过连续流动一种电流，该电流值与在以起始状态的亮度1000cd/m2使发光元件发光时流过发光元件1-1的电流值相同，而每隔一定时间对亮度进行测量。图25示出对发光元件1-1及发光元件1-3进行了可靠性试验的结果。图25示出亮度的随时间的变化。注意，在图25中，横轴表示通电时间(hour)，而纵轴表示每段时间中的相对于起始亮度的亮度比率，即标准化亮度(％)。
如上所述，在本实施例中获得了可靠性高的发光元件1-1至1-3。
根据本实施例可知，本发明的发光元件能够得到作为发光元件的特性而起到充分的作用。另外，根据可靠性试验的结果可知，即使将发光元件连续点亮，也能够获得可靠性高的发光元件，而不发生起因于薄膜的缺陷等的短路。
实施例4
<合成例1>
在本合成例中，说明下述结构式(31)所示的3-(联苯-4-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPApB)的合成方法。
Figure BPA00001293678101301
[步骤1]
3-(联苯-4-基)-9H-咔唑的合成
下面，示出3-(联苯-4-基)-9H-咔唑的合成过程(D-1)。
将0.50g(2.0mmol)的3-溴基-9H-咔唑、0.40g(2.0mmol)的4-联苯硼酸以及0.15g(0.50mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在100mL的三口烧瓶中，并且将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入30mL的甲苯、10mL的乙醇以及2.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。将23mg(0.10mmol)的醋酸钯(Ⅱ)加入上述混合物中，在氮气流及80℃的温度下搅拌2小时。搅拌后，利用甲苯萃取水层。混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥，对该混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的固体溶解于大约10mL的甲苯中，将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过浓缩获得的滤液，获得白色固体。通过使用己烷洗涤该固体，以31％的收率获得0.20g的目的物3-(联苯-4-基)-9H-咔唑的白色粉末。
[步骤2]
CzPApB的合成
下面，示出CzPApB的的合成过程(D-2)。
将0.24g(0.59mmol)的9-(4-溴苯基)-10-苯基蒽、0.19g(0.59mmol)的3-(联苯-4-基)-9H-咔唑以及0.11g(1.2mmol)的叔丁醇钠放在100mL的三口烧瓶中。在将烧瓶内的空气以氮取代后，在其混合物中加入20mL的甲苯和0.20mL的三(叔丁基)膦(10wt％己烷溶液)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。在脱气后，将32mg(0.055mmol)的双(二亚苄基丙酮)钯(O)加入上述混合物中。在氮气流下，以110℃的温度搅拌该混合物2小时。搅拌后，将该混合物通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤，以得到滤液。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的固体进行纯化，并使用甲苯和己烷的混合溶剂使获得的淡黄色固体再结晶，从而以76％的收率获得0.29g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的0.29g的CzPAαN的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在320℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以93％的收率获得0.27g的CzPAαN的淡黄色固体。
通过核磁共振测量(NMR)，确认上述化合物是目的物3-(联苯-4-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPApB)。所获得的化合物的1H NMR数据为：1H NMR(CDCl3，300MHz)：δ＝7.35-7.80(m，25H)，7.82-7.88(m，6H)，8.27(d，j＝7.8Hz，1H)，8.47(d，J＝1.5Hz，1H)。
另外，图35A和图35B示出1H NMR图。另外，图35B是放大了图35A中的7.0ppm至8.5ppm的范围的图。
另外，对获得的CzPApB进行热重-差热分析(TG-DTA)。在使用差热-热重同步分析仪(由日本精工电子有限公司制造、TG/DTA320型)测量的情况下，5％重量减少温度为460℃。由此可见，CzPApB为具有良好耐热性的材料。
另外，图36示出CzPApB在甲苯溶液中的吸收光谱，而图37示出CzPApB处于薄膜状态时的吸收光谱。利用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制造的V550型)进行测量。将溶液放在石英皿中，并将薄膜蒸镀在石英衬底上以制造样品，图36及37示出如下吸收光谱：至于溶液的光谱，示出减去只将甲苯放在石英皿中来测量的吸收光谱的吸收光谱；至于薄膜的光谱，示出减去石英衬底的光谱的吸收光谱。在图36及图37中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示吸收强度(给定单位)。在使用甲苯溶液的情况下，在301nm、355nm、376nm、396nm附近观察到吸收，而在使用薄膜的情况下，在267nm、306nm、361nm、382nm以及403nm附近观察到吸收。另外，图38示出CzPApB在甲苯溶液中(激发波长为376nm)的发射光谱。另外，图39示出CzPApB处于薄膜状态时(激发波长为401nm)中的发射光谱。在图38及39中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示发光强度(给定单位)。在CzPApB在甲苯溶液中的情况下，最大发光波长为421nm(激发波长为376nm)，而在CzPApB处于薄膜状态的情况下，最大发光波长为442nm(激发波长为401nm)，能够得到蓝色发光。
另外，对CzPApB处于薄膜状态下的HOMO能级及LUMO能级进行测量。通过将使用大气中的光电子能谱仪(日本理研计器株式会社制造的AC-2)测量的离子化电位的数值换算为负数值，以得到HOMO能级的数值。另外，通过使用在图37的CzPApB处于薄膜状态时的吸收光谱的数据，并从假定直接跃迁的Tauc图找到吸收端，且以该吸收端为光学能隙来将它加入HOMO能级的数值，以得到LUMO能级的数值。其结果是，CzPApB的HOMO能级及LUMO能级分别为-5.78eV、-2.84eV，并且能隙为2.94eV。
<合成例2>
在本合成例中，说明结构式(31)所示的3-(联苯-4-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPApB)的另一合成方法。
[步骤1]
3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑的合成
下面，示出合成过程(F-1)。
将5.0g(10mmol)的9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPA)、600mL的乙酸乙酯以及150mL的甲苯放在1L的锥形烧瓶中。通过将该混合物加热到50℃以上并搅拌，确认到CzPA的溶解。对该溶液加入1.8g(10mmol)的N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)。在大气及室温下搅拌该溶液5天。在搅拌后，对该溶液加入大约150mL的硫代硫酸钠水溶液搅拌1小时。在使用水洗涤该混合物的有机层后，利用甲苯萃取水层，混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥，对其混合物进行重力过滤。浓缩所获得的滤液，以获得淡黄色固体。使用甲苯和己烷的混合溶剂使获得的固体再结晶，从而以90％的收率获得5.2g的目的物淡黄色粉末。
[步骤2]
3-(联苯-4-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPApB)的合成
下面，示出合成过程(F-2)。
Figure BPA00001293678101351
将3.0g(5.2mmol)的3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑、1.0g(5.2mmol)的4-联苯硼酸以及0.40g(1.3mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在300mL的三口烧瓶中。将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入60mL的甲苯、20mL的乙醇以及5.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。对该混合物加入58mg(0.26mmol)的醋酸钯(Ⅱ)，在氮气流及80℃的温度下搅拌3小时，而析出淡黑色固体。在将该混合物冷却到室温之后，进行抽滤以回收析出的固体。将回收的固体溶解于大约100mL的甲苯中，并将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。浓缩获得的滤液以获得淡黄色粉末固体。使用甲苯使获得的固体再结晶，从而以59％的收率获得2.0g的目的物淡黄色粉末固体。通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的1.8g的淡黄色粉末固体。升华纯化条件为：以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在320℃下加热。在升华纯化之后，以84％的收率获得1.5g的目的化合物的淡黄色固体。
与合成例1同样，通过核磁共振测量(NMR)，确认上述化合物是目的物3-(联苯-4-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPApB)。
实施例5
在本实施例中，说明下述结构式(63)所表示的3-[4-(1-萘基)苯基]-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAαNP)的合成方法。
Figure BPA00001293678101361
下面，示出合成过程(G-1)。
Figure BPA00001293678101371
将2.5g(4.4mmol)的3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑、1.1g(4.4mmol)的4-(1-萘基)苯基硼酸以及0.33g(1.1mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在200mL的三口烧瓶中，并且将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入5.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)、60mL的甲苯以及20mL的乙醇。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。将49mg(0.22mmol)的醋酸钯(Ⅱ)加入上述混合物中，在氮气流及80℃的温度下搅拌该混合物5小时。搅拌后，利用甲苯萃取该混合物的水层。混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。然后，利用硫酸镁对有机层进行干燥，对该混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的油状物溶解于大约10mL的甲苯中，将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的油状物进行纯化，于是获得淡黄色油状物。使用甲苯和己烷的混合溶剂使该油状物再结晶，从而以79％的收率获得2.4g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的2.3g的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在340℃下加热。在升华纯化之后，以95％的收率获得2.2g的目的化合物的淡黄色固体。
通过核磁共振测量(NMR)，确认上述化合物是目的物3-[4-(1-萘基)苯基]-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAαNP)。获得的化合物的1H NMR数据为：1HNMR(CDCl3，300MHz)：δ＝7.37-7.67(m，17H)，7.70-7.80(m，6H)，7.85-7.96(m，9H)，8.06(d，J＝8.1Hz，1H)，8.29(d，J＝7.8Hz，1H)，8.52(d，J＝0.90Hz，1H)。
另外，图52A和图52B示出1H NMR图。另外，图52B是放大了图52A中的7.2ppm至8.4ppm的范围的图。
另外，对获得的CzPAαNP进行热重-差热分析(TG-DTA)。使用高真空热重-差热分析仪(BrukerAXS公司制造的TG-DTA2410SA)进行测定的情况下，5％重量减少温度为460℃。由此可见，CzPAαNP具有非常良好的耐热性。
另外，图53示出CzPAαNP在甲苯溶液中的吸收光谱，而图54示出CzPAαNP处于薄膜状态时的吸收光谱。利用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制造的V550型)进行测量。将溶液放在石英皿中，并将薄膜蒸镀在石英衬底上以制造样品。图53及54示出如下吸收光谱：至于溶液的光谱，示出减去只将甲苯放在石英皿中来测量的吸收光谱的吸收光谱；至于薄膜的光谱，示出减去石英衬底的光谱的吸收光谱。在图53及图54中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示吸收强度(给定单位)。在使用甲苯溶液的情况下，在302nm、355nm、376nm、396nm附近观察到吸收，而在使用薄膜的情况下，在267nm、306nm、358nm、382nm、403nm附近观察到吸收。另外，图55示出CzPAαNP在甲苯溶液中(激发波长为376nm)的发射光谱。另外，图56示出CzPAαNP处于薄膜状态时(激发波长为401nm)中的发射光谱。在图55及56中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示发光强度(给定单位)。在CzPAαNP在甲苯溶液中的情况下，最大发光波长为424nm(激发波长为376nm)，而在CzPAαNP处于薄膜状态的情况下，最大发光波长为440nm(激发波长为401nm)。
另外，通过在大气中利用光电子能谱仪(日本理研计器株式会社制造的AC-2)测定处于薄膜状态下的CzPAαNP，其结果是HOMO能级为-5.73eV。再者，通过使用在图54的CzPAαNP处于薄膜状态时的吸收光谱的数据，并从假定直接跃迁的Tauc图找到吸收端，且以该吸收端为光学能隙进行预测，结果该能隙为2.94eV。从CzPAαNP的HOMO能级的数值和能隙估计LUMO能级，结果它为-2.79eV。
另外，通过利用循环伏安法(CV)测定，测定CzPAαNP的氧化还原反应特性。当进行CV测定时，使用电气化学分析仪器(BAS株式会社制造的ALS600A)。
关于CV测定中的溶液，溶剂使用脱水二甲基甲酰胺(DMF)(99.8％，目录号码：22705-6，西格玛奥德里奇公司制)，以其浓度成为100mmol/L的方式将作为支持电解质的高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NClO4)(目录号码：T0836，东京化成工业株式会社(Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.)制)溶解于DMF中，再者，以其浓度成为1mmol/L的方式将测量对象溶解于上述溶液中而调整。另外，工作电极使用铂电极(PTE铂电极，BAS株式会社制)，对电极使用铂电极(VC-3用Pt对电极(5cm)，BAS株式会社制)，参比电极使用Ag/Ag+电极(RE5非水溶剂类参比电极，BAS株式会社制)。另外，在室温下进行测定。
对CzPAαNP的氧化反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从0.30V变化至1.02V之后、从1.02V变化至0.30V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
另外，对CzPAαNP的还原反应持性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-1.33V变化至-2.44V之后、从-2.44V变化至-1.33V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
图57中表示CzPAαNP的氧化侧的CV测定结果，图58中表示CzPAαNP的还原侧的CV测定结果。在图57及图58中，横轴表示工作电极相对于参比电极的电位(V)，纵轴表示工作电极和对电极之间流过的电流值(μA)。由图57，在+0.82V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示氧化的电流。由图58，在-2.22V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示还原的电流。
尽管反复进行了100个周期的扫描，在氧化反应及还原反应中却几乎没有发现CV曲线的峰位置和峰强度的变化，在氧化一侧保持起始的峰强度87％，而在还原一侧保持峰强度89％。由此可知，本发明的咔唑衍生物对于反复进行的氧化还原反应是稳定的。
实施例6
在本实施例中，说明下述结构式(76)所表示的3-(9，9-二甲基芴-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAFL)的合成方法。
Figure BPA00001293678101401
下面，示出合成过程(H-1)。
Figure BPA00001293678101411
将0.80g(1.4mmol)的3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑、0.33g(1.4mmol)的9，9-二甲基芴-2-硼酸以及0.11g(0.35mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在100mL的三口烧瓶中，并且将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入2.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)、30mL的甲苯以及10mL的乙醇。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。将16mg(0.070mmol)的醋酸钯(Ⅱ)加入上述混合物中，在氮气流及80℃的温度下搅拌该混合物4小时，而析出淡黑色固体。在将该混合物冷却到室温之后，进行抽滤以回收固体。将回收的固体溶解于大约50mL的甲苯中，将它加入在抽滤后获得的滤液。利用甲苯萃取该混合物的水层。混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。然后，利用硫酸镁对有机层进行干燥，对该混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的固体溶解于大约50mL的甲苯中，将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的固体进行纯化，于是获得淡黄色固体。使用甲苯和己烷的混合溶剂使该固体再结晶，从而以54％的收率获得0.57g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的0.54g的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在330℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以93％的收率获得0.50g的目的化合物的淡黄色固体。
通过核磁共振测量(NMR)，确认上述化合物是目的物3-(9，9-二甲基芴-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAFL)。获得的化合物的1H NMR数据为：1HNMR(CDCl3，300MHz)：δ＝1.61(s，6H)，7.34-7.54(m，11H)，7.57-7.66(m，3H)，7.70-7.81(m，10H)，7.84-7.89(m，5H)，8.30(d，J＝7.5Hz，1H)，8.47(s，1H)。
另外，图59A和图59B示出1H NMR图。另外，图59B是放大了图59A中的7.1ppm至8.6ppm的范围的图。
另外，对获得的CzPAFL进行热重-差热分析(TG-DTA)。使用高真空热重-差热分析仪(BrukerAXS公司制造的TG-DTA2410SA)进行测定的情况下，5％重量减少温度为471℃。由此可见，CzPAFL具有非常良好的耐热性。
另外，图60示出CzPAFL在甲苯溶液中的吸收光谱，而图61示出CzPAFL处于薄膜状态时的吸收光谱。利用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制造的V550型)进行测量。将溶液放在石英皿中，并将薄膜蒸镀在石英衬底上以制造样品。图60及61示出如下吸收光谱：至于溶液的光谱，示出减去只将甲苯放在石英皿中来测量的吸收光谱的吸收光谱；至于薄膜的光谱，示出减去石英衬底的光谱的吸收光谱。在图60及图61中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示吸收强度(给定单位)。在使用甲苯溶液的情况下，在304nm、323nm、376nm、396nm附近观察到吸收，而在使用薄膜的情况下，在309nm、326nm、357nm、381nm、402nm附近观察到吸收。另外，图62示出CzPAFL在甲苯溶液中(激发波长为376nm)的发射光谱。另外，图63示出CzPAFL处于薄膜状态时(激发波长为400nm)中的发射光谱。在图62及63中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示发光强度(给定单位)。在CzPAFL在甲苯溶液中的情况下，最大发光波长为423nm(激发波长为376nm)，而在CzPAFL处于薄膜状态的情况下，最大发光波长为443nm(激发波长为400nm)。
另外，通过在大气中利用光电子能谱仪(日本理研计器株式会社制造的AC-2)测定处于薄膜状态下的CzPAFL，其结果是HOMO能级为-5.62eV。再者，通过使用在图61的CzPAFL处于薄膜状态时的吸收光谱的数据，并从假定直接跃迁的Tauc图找到吸收端，且以该吸收端为光学能隙进行预测，结果该能隙为2.93eV。从CzPAFL的HOMO能级的数值和能隙估计LUMO能级，结果它为-2.69eV。
另外，通过利用循环伏安法(CV)测定，测定CzPAFL的氧化还原反应特性。当进行CV测定时，使用电气化学分析仪器(BAS株式会社制造的ALS600A)。
关于CV测定中的溶液，溶剂使用脱水二甲基甲酰胺(DMF)(99.8％，目录号码：22705-6，西格玛奥德里奇公司制)，以其浓度成为100mmol/L的方式将作为支持电解质的高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NClO4)(目录号码：T0836，东京化成工业株式会社(Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.)制)溶解于DMF中，再者，以其浓度成为1mmol/L的方式将测量对象溶解于上述溶液中而调整。另外，工作电极使用铂电极(PTE铂电极，BAS株式会社制)，对电极使用铂电极(VC-3用Pt对电极(5cm)，BAS株式会社制)，参比电极使用Ag/Ag+电极(RE5非水溶剂类参比电极，BAS株式会社制)。另外，在室温下进行测定。
对CzPAFL的氧化反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从0.20V变化至0.95V之后、从0.95V变化至0.20V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
另外，对CzPAFL的还原反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-1.21V变化至-2.44V之后、从-2.44V变化至-1.21V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
图64中表示CzPAFL的氧化侧的CV测定结果，图65中表示CzPAαNP的还原侧的CV测定结果。在图64及图65中，横轴表示工作电极相对于参比电极的电位(V)，纵轴表示工作电极和对电极之间流过的电流值(μA)。由图64，在+0.82V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示氧化的电流。由图65，在-2.22V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示还原的电流。
尽管反复进行了100个周期的扫描，在氧化反应及还原反应中却几乎没有发现CV曲线的峰位置和峰强度的变化，在氧化一侧保持起始的峰强度86％，而在还原一侧保持峰强度91％。由此可知，本发明的咔唑衍生物对于反复进行的氧化还原反应是稳定的。
实施例7
在本实施例中，参照图26A说明本发明的发光元件。
将本实施例中制造的发光元件2-1及比较发光元件2-1的元件结构示出于表2。在表2中，混合比均以重量比表示。
[表2]
Figure BPA00001293678101441
Figure BPA00001293678101451
下面，示出本实施例的发光元件2-1及比较发光元件2-1的制造方法。
首先，说明发光元件2-1。在发光元件2-1中，通过溅射法在玻璃衬底2101上形成包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)的膜，从而形成第一电极2102。注意，其膜厚度为110nm，而其电极面积为2mm×2mm。
接着，将形成有第一电极2102的衬底固定在设置在真空蒸镀装置中的衬底支架上，使具有第一电极的衬底表面向下，并且减压到大约10-4Pa，然后通过将4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)和氧化钼(Ⅵ)共蒸镀在第一电极2102上，来形成包含重新结合有机化合物和无机化合物而成的复合材料的层作为第一层2103。此时，该膜厚度为50nm，并且将NPB和氧化钼(Ⅵ)的重量比调节为4∶1(＝NPB∶氧化钼)。注意，共蒸镀法是指在一个处理室内从多个蒸发源同时进行蒸镀的方法。
接着，通过将NPB蒸镀10nm，形成第二层2104作为空穴传输层。
接着，在第二层2104上将实施例4中合成的CzPApB和4-(10-苯基-9-蒽基)-4′-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称为PCBAPA)共蒸镀为CzPApB∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。
然后，在第三层2105上蒸镀并层叠10nm厚的Alq膜及20nm厚的Bphen膜，以形成第四层2106作为电子传输层。再者，在第四层2106上蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)膜，以形成第五层2107作为电子注入层。最后，蒸镀200nm厚的铝膜作为用作阴极的第二电极2108，以获得本实施例的发光元件2-1。
下面，说明比较发光元件2-1。比较发光元件2-1的第三层2105以外的结构与发光元件2-1同样地形成。至于比较发光元件2-1，在第二层2104上将下述结构式(400)所示的3-(联苯-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAoB)和PCBAPA共蒸镀为CzPAoB∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。通过上述步骤，获得本实施例的比较发光元件2-1。
Figure BPA00001293678101461
注意，在上述蒸镀过程中，蒸镀均采用电阻加热法。
在氮气气氛的手套箱中，以不使发光元件2-1及比较发光元件2-1暴露于大气的方式对通过上述方法获得的发光元件2-1及比较发光元件2-1进行密封，然后对这些发光元件2-1及比较发光元件2-1的工作特性进行测定。注意，在室温(保持为25℃的气氛)中进行测定。
图40示出发光元件2-1及比较发光元件2-1的电流密度-亮度特性。在图40中，横轴表示电流密度(mA/cm2)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图41示出电压-亮度特性。在图41中，横轴表示所施加的电压(V)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图42示出亮度-电流效率特性。在图42中，横轴表示亮度(cd/m2)，而纵轴表示电流效率(cd/A)。由图42可知，使用本发明的咔唑衍生物的发光元件2-1呈现比使用CzPAoB的比较发光元件2-1更高的电流效率。
另外，图43示出流动1mA的电流时的发射光谱。由图43可知，所制造的发光元件2-1及比较发光元件2-1都得到来自作为蓝色发光材料的PCBAPA的发光。在发光元件2-1的亮度为1170cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.21)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为1170cd/m2时，电流效率为5.6cd/A，外部量子效率3.6％，电压为4.4V，电流密度为20.8mA/cm2，并且功率效率为4.0lm/W。另外，在比较发光元件2-1的亮度为920cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.20)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为920cd/m2时，电流效率为5.2cd/A，外部量子效率3.5％，电压为4.4V，电流密度为17.7mA/cm2，并且功率效率为3.7lm/W。
另外，对制造的发光元件2-1及比较发光元件2-1进行了可靠性试验。该可靠性试验为：通过连续流动一种电流，该电流值与在以起始状态的亮度1000cd/m2使发光元件发光时流过发光元件2-1及比较发光元件2-1的电流值相同，而每隔一定时间对亮度进行测量。图44示出对发光元件2-1及比较发光元件2-1进行了可靠性试验的结果。图44示出亮度的随时间的变化。注意，在图44中，横轴表示通电时间(hour)，而纵轴表示每段时间中的相对于起始亮度的亮度比率，即标准化亮度(％)。
由图44可知，与比较发光元件2-1相比，发光元件2-1不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。即使过了430小时后，发光元件2-1也保持起始亮度的76％，从而不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。
根据本实施例可知，本发明的发光元件能够得到作为发光元件的特性而起到充分的作用。另外，通过将本发明的发光元件用作蓝色发光层的主体，能够获得呈现良好蓝色的发光元件。另外，根据可靠性试验的结果可知，即使将发光元件连续点亮，也能够获得可靠性高的发光元件，而不发生起因于薄膜的缺陷等的短路。
实施例8
在本实施例中，参照图26A说明本发明的发光元件。注意，在下面说明的本实施例的结构中，对与实施例7中说明的本发明的发光元件相同部分或具有相同功能的部分使用同一附图标记来表示，省略其重复说明。
将本实施例中制造的发光元件2-2及发光元件2-3的元件结构示出于表3。在表3中，混合比均以重量比表示。
[表3]
Figure BPA00001293678101481
下面，示出本实施例的发光元件2-2及发光元件2-3的制造方法。注意，发光元件2-2及发光元件2-3的第三层2105以外的结构与实施例7中参照图26A说明的发光元件2-1及比较发光元件2-1同样地形成。
在发光元件2-2中，在第二层2104上将实施例5中合成的CzPAαNP和4-(10-苯基-9-蒽基)-4′-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称为PCBAPA)共蒸镀为CzPAαNP∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。通过上述步骤，获得本实施例的发光元件2-2。
另外，在发光元件2-3中，在第二层2104上将实施例6中合成的CzPAFL和PCBAPA共蒸镀为CzPAFL∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。通过上述步骤，获得本实施例的发光元件2-3。
注意，在上述蒸镀过程中，蒸镀均采用电阻加热法。
在氮气气氛的手套箱中，以不使发光元件2-2及发光元件2-3暴露于大气的方式对通过上述方法获得的发光元件2-2及发光元件2-3进行密封，然后对这些发光元件2-2及发光元件2-3的工作特性进行测定。注意，在室温(保持为25℃的气氛)中进行测定。
图66示出发光元件2-2及发光元件2-3的电流密度-亮度特性。在图66中，横轴表示电流密度(mA/cm2)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图67示出电压-亮度特性。在图67中，横轴表示所施加的电压(V)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图68示出亮度-电流效率特性。在图68中，横轴表示亮度(cd/m2)，而纵轴表示电流效率(cd/A)。
另外，图69示出流动1mA的电流时的发射光谱。由图69可知，所制造的发光元件2-2及发光元件2-3都得到来自作为蓝色发光材料的PCBAPA的发光。在发光元件2-2的亮度为880cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.19)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为880cd/m2时，电流效率为4.6cd/A，外部量子效率3.3％，电压为4.8V，电流密度为19.0mA/cm2，并且功率效率为3.0lm/W。另外，在发光元件2-3的亮度为920cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.18)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为920cd/m2时，电流效率为4.0cd/A，外部量子效率2.9％，电压为5.6V，电流密度为22.8mA/cm2，并且功率效率为2.2lm/W。
另外，对制造的发光元件2-2及发光元件2-3进行了可靠性试验。该可靠性试验为：通过连续流动一种电流，该电流值与在以起始状态的亮度1000cd/m2使发光元件发光时流过发光元件2-2及发光元件2-3的电流值相同，而每隔一定时间对亮度进行测量。图70示出对发光元件2-2及发光元件2-3进行了可靠性试验的结果。图70示出亮度的随时间的变化。注意，在图70中，横轴表示通电时间(hour)，而纵轴表示每段时间中的相对于起始亮度的亮度比率，即标准化亮度(％)。
如图70所示，即使过了150小时后，发光元件2-2也保持起始亮度的78％，从而不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。另外，如图70所示，即使过了150小时后，发光元件2-3也保持起始亮度的72％，从而不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。
根据本实施例可知，本发明的发光元件能够得到作为发光元件的特性而起到充分的作用。另外，通过将本发明的咔唑衍生物用作蓝色发光层的主体，能够获得呈现良好蓝色的发光元件。另外，根据可靠性试验的结果可知，即使将发光元件连续点亮，也能够获得可靠性高的发光元件，而不发生起因于薄膜的缺陷等的短路。
实施例9
在本实施例中，说明结构式(331)所表示的3-(联苯-3-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAmB)的合成方法。
Figure BPA00001293678101511
[步骤1]
3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑的合成
下面，示出合成过程(N-1)。
Figure BPA00001293678101512
将5.0g(10mmol)的9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPA)、600mL的乙酸乙酯以及150mL的甲苯放在1L的锥形烧瓶中。通过将该混合物加热到50℃并搅拌，溶解CzPA。对该溶液加入1.8g(10mmol)的溴代琥珀酰亚胺(NBS)。在大气及室温下搅拌该溶液5天。在搅拌后，对该溶液加入大约150mL的硫代硫酸钠水溶液搅拌1小时。在使用水洗涤该混合物的有机层后，利用甲苯萃取水层，混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥。对其混合物进行重力过滤。浓缩所获得的滤液，以获得淡黄色固体。使用甲苯和己烷的混合溶剂使获得的固体再结晶，从而以90％的收率获得5.2g的目的物淡黄色粉末。
[步骤2]
3-联苯硼酸的合成
下面，示出合成过程(N-2)。
Figure BPA00001293678101521
将3.8g(16mmol)的3-溴联苯放在300mL的三口烧瓶中，并且将烧瓶内的空气以氮取代。将100mL的四氢呋喃(THF)加入该烧瓶中，并将该溶液冷却到-80℃。从注射器将11mL(18mmol)的正丁基锂(1.6mol/L己烷溶液)滴加到该溶液中。在滴加之后，以相同温度搅拌该溶液一个小时。在搅拌之后，将2.2mL(20mmol)的硼酸三甲酯加入到该溶液中，并且在将温度恢复到室温的同时搅拌4小时。在搅拌之后，将大约50mL的稀盐酸(1.0mol/L)加入到该溶液中，并且搅拌2小时。在搅拌之后，利用乙酸乙酯萃取该混合物的水层，混合萃取溶液和有机层，并利用饱和碳酸氢钠水溶液和饱和盐水洗涤。利用硫酸镁使有机层干燥，通过重力过滤该混合物，浓缩获得的滤液，而获得油状物。将己烷加入该油状物中，而析出白色固体。通过回收获得的固体，以55％的收率获得1.7g的目的物白色粉末。
[步骤3]
3-(联苯-3-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAmB)的合成
下面，示出合成过程(N-3)。
Figure BPA00001293678101531
将2.5g(4.3mmol)的3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑、0.86g(4.3mmol)的3-联苯硼酸以及0.32g(1.0mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在300mL的三口烧瓶中。将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入60mL的甲苯、20mL的乙醇以及5.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。对该混合物加入48mg(0.21mmol)的醋酸钯(Ⅱ)。搅拌后，利用甲苯萃取该混合物的水层，混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥，并对其混合物进行重力过滤。浓缩获得的滤液，而获得油状物。将该油状物溶解于大约10mL的甲苯中，并将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。
通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的油状物进行纯化。使用甲苯和己烷的混合溶剂使纯化后获得的淡黄色固体再结晶，从而以80％的收率获得2.2g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的2.2g的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在330℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以97％的收率获得2.1g的目的物淡黄色固体。
通过核磁共振测量(NMR)，确认上述化合物是目的物3-(联苯-3-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAmB)。所得到的1H NMR的测量数据为：1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝7.36-7.67(m，16H)，7.70-7.88(m，14H)，7.98(s，1H)，7.27(d，J＝7.2Hz，1H)，8.47(d，J＝1.5Hz，1H)。
另外，图71A和图71B示出1H NMR图。另外，图71B是放大了图71A中的7.2ppm至8.6ppm的范围的图。
另外，图72示出CzPAmB在甲苯溶液中的吸收光谱，而图73示出CzPAmB处于薄膜状态时的吸收光谱。利用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制造的V550型)进行测量。将溶液放在石英皿中，并将薄膜蒸镀在石英衬底上以制造样品，图72及73示出如下吸收光谱：至于溶液的光谱，示出减去只将甲苯放在石英皿中来测量的吸收光谱的吸收光谱；至于薄膜的光谱，示出减去石英衬底的光谱的吸收光谱。在图72及图73中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示吸收强度(给定单位)。在使用甲苯溶液的情况下，在339nm、356nm、376nm、396nm附近观察到吸收，而在使用薄膜的情况下，在341nm、360nm、381nm、403nm附近观察到吸收。另外，图74示出CzPAmB在甲苯溶液中(激发波长为376nm)的发射光谱。另外，图75示出CzPAmB处于薄膜状态时(激发波长为400nm)中的发射光谱。在图74及75中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示发光强度(给定单位)。在CzPAmB在甲苯溶液中的情况下，最大发光波长为423nm(激发波长为376nm)，而在CzPAmB处于薄膜状态的情况下，最大发光波长为443nm(激发波长为400nm)，由此可见得到蓝色发光。
另外，对CzPAmB处于薄膜状态下的HOMO能级及LUMO能级进行测量。通过将使用大气中的光电子能谱仪(日本理研计器株式会社制造的AC-2)测量的离子化电位的数值换算为负数值，以得到HOMO能级的数值。另外，通过使用在图73的CzPAmB处于薄膜状态时的吸收光谱的数据，并从假定直接跃迁的Tauc图找到吸收端，且以该吸收端为光学能隙来将它加入HOMO能级的数值，以得到LUMO能级的数值。其结果是，CzPAmB的HOMO能级及LUMO能级分别为-5.77eV、-2.83eV，并且能隙为2.94eV。
另外，通过利用循环伏安法(CV)测定，测定CzPAmB的氧化还原反应特性。当进行CV测定时，使用电气化学分析仪器(BAS株式会社制造的ALS600A)。
关于CV测定中的溶液，溶剂使用脱水二甲基甲酰胺(DMF)(99.8％，目录号码：22705-6，西格玛奥德里奇公司制)，以其浓度成为100mmol/L的方式将作为支持电解质的高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NClO4)(目录号码：T0836，东京化成工业株式会社(Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.)制)溶解于DMF中，再者，以其浓度成为1mmol/L的方式将测量对象溶解于上述溶液中而调整。另外，工作电极使用铂电极(PTE铂电极，BAS株式会社制)，对电极使用铂电极(VC-3用Pt对电极(5cm)，BAS株式会社制)，参比电极使用Ag/Ag+电极(RE5非水溶剂类参比电极，BAS株式会社制)。另外，在室温下进行测定。
对CzPAmB的氧化反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-0.06V变化至1.10V之后、从1.10V变化至-0.06V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
另外，对CzPAmB的还原反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-1.29V变化至-2.33V之后、从-2.33V变化至-1.29V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
图76中表示CzPAmB的氧化侧的CV测定结果，图77中表示CzPAαN的还原侧的CV测定结果。在图76及图77中，横轴表示工作电极相对于参比电极的电位(V)，纵轴表示工作电极和对电极之间流过的电流值(μA)。由图76，在+0.84V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示氧化的电流。由图77，在-2.21V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示还原的电流。
尽管反复进行了100个周期的扫描，在氧化反应及还原反应中却几乎没有发现CV曲线的峰位置和峰强度的变化，在氧化一侧保持起始的峰强度82％，而在还原一侧保持峰强度91％。由此可知，本发明的实施方式之一的咔唑衍生物对于反复进行的氧化还原反应是稳定的。
实施例10
在本实施例中，参照图26A说明本发明的实施方式之一的发光元件。
将本实施例中制造的发光元件3-1及比较发光元件3-1的元件结构示出于表4。在表4中，混合比均以重量比表示。
[表4]
Figure BPA00001293678101561
下面，示出本实施例的发光元件3-1及比较发光元件3-1的制造方法。
(发光元件3-1)
首先，说明发光元件3-1。在发光元件3-1中，通过溅射法在玻璃衬底2101上形成包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)的膜，从而形成第一电极2102。注意，其膜厚度为110nm，而其电极面积为2mm×2mm。
接着，将形成有第一电极2102的衬底固定在设置在真空蒸镀装置中的衬底支架上，使具有第一电极的衬底表面向下，并且减压到大约10-4Pa，然后通过将4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)和氧化钼(Ⅵ)共蒸镀在第一电极2102上，来形成包含重新结合有机化合物和无机化合物而成的复合材料的层作为第一层2103。此时，该膜厚度为50nm，并且将NPB和氧化钼(Ⅵ)的重量比调节为4∶1(＝NPB∶氧化钼)。注意，共蒸镀法是指在一个处理室内从多个蒸发源同时进行蒸镀的方法。
接着，通过将NPB蒸镀10nm，形成第二层2104作为空穴传输层。
接着，在第二层2104上将实施例9中合成的CzPAmB和4-(10-苯基-9-蒽基)-4′-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称为PCBAPA)共蒸镀为CzPApB∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。
然后，在第三层2105上蒸镀并层叠10nm厚的Alq膜及20nm厚的Bphen膜，以形成第四层2106作为电子传输层。再者，在第四层2106上蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)膜，以形成第五层2107作为电子注入层。最后，蒸镀200nm厚的铝膜作为用作阴极的第二电极2108，以获得本实施例的发光元件3-1。
(比较发光元件3-1)
下面，说明比较发光元件3-1。比较发光元件3-1的第三层2105以外的结构与发光元件3-1同样地形成。至于比较发光元件3-1，在第二层2104上将下述结构式(400)所示的3-(联苯-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAoB)和PCBAPA共蒸镀为CzPAoB∶PCBAPA＝1∶0.1(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。通过上述步骤，获得本实施例的比较发光元件3-1。
Figure BPA00001293678101581
注意，在上述蒸镀过程中，蒸镀均采用电阻加热法。
在氮气气氛的手套箱中，以不使发光元件3-1及比较发光元件3-1暴露于大气的方式对通过上述方法获得的发光元件3-1及比较发光元件3-1进行密封，然后对这些发光元件3-1及比较发光元件3-1的工作特性进行测定。注意，在室温(保持为25℃的气氛)中进行测定。
图78示出发光元件3-1及比较发光元件3-1的电流密度-亮度特性。在图78中，横轴表示电流密度(mA/cm2)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图79示出电压-亮度特性。在图79中，横轴表示所施加的电压(V)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图80示出亮度-电流效率特性。在图80中，横轴表示亮度(cd/m2)，而纵轴表示电流效率(cd/A)。
另外，图81示出流动1mA的电流时的发射光谱。由图81可知，所制造的发光元件3-1及比较发光元件3-1都得到来自作为蓝色发光材料的PCBAPA的发光。在发光元件3-1的亮度为800cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.21)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为800cd/m2时，电流效率为5.4cd/A，外部量子效率3.7％，电压为4.4V，电流密度为14.7mA/cm2，并且功率效率为3.9lm/W。另外，在比较发光元件3-1的亮度为107cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.16，y＝0.19)，而呈现优良蓝色发光。另外，在亮度为1070cd/m2时，电流效率为4.8cd/A，外部量子效率3.4％，电压为4.8V，电流密度为22.2mA/cm2，并且功率效率为3.1lm/W。
另外，对制造的发光元件3-1及比较发光元件3-1进行了可靠性试验。该可靠性试验为：通过连续流动一种电流，该电流值与在以起始状态的亮度1000cd/m2使发光元件发光时流过发光元件3-1及比较发光元件3-1的电流值相同，而每隔一定时间对亮度进行测量。图82示出对发光元件3-1及比较发光元件3-1进行了可靠性试验的结果。图82示出亮度的随时间的变化。注意，在图82中，横轴表示通电时间(hour)，而纵轴表示每段时间中的相对于起始亮度的亮度比率，即标准化亮度(％)。
由图82可知，与比较发光元件3-1相比，发光元件3-1不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。即使过了640小时后，发光元件3-1也保持起始亮度的75％，从而不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。
根据本实施例可知，本发明的实施方式之一的发光元件能够得到作为发光元件的特性而起到充分的作用。另外，通过将本发明的咔唑衍生物用作蓝色发光层的主体，能够获得呈现良好蓝色的发光元件。另外，根据可靠性试验的结果可知，即使将发光元件连续点亮，也能够获得可靠性高的发光元件，而不发生起因于薄膜的缺陷等的短路。
实施例11
在本实施例中，参照图26A说明其结构与上述实施例10不同的本发明的实施方式之一的发光元件。注意，在下面说明的本实施例的结构中，对与实施例10中说明的本发明的发光元件相同部分或具有相同功能的部分使用同一附图标记来表示，省略其重复说明。
将本实施例中制造的发光元件3-2及比较发光元件3-2的元件结构示出于表5。在表5中，混合比均以重量比表示。
[表5]
Figure BPA00001293678101601
下面，示出本实施例的发光元件3-2及比较发光元件3-2的制造方法。
(发光元件3-2)
首先，说明发光元件3-2。注意，发光元件3-2的第三层2105以外的结构与实施例10所示的发光元件3-1同样地形成。在发光元件3-2中，在第二层2104上将实施例9中合成的CzPAmB和9，10-二苯基-2-[N-苯基-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)氨基]蒽(简称为2PCAPA)共蒸镀为CzPAmB∶2PCAPA＝1∶0.05(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。通过上述步骤，获得本实施例的发光元件3-2。
(比较发光元件3-2)
下面，说明比较发光元件3-2。比较发光元件3-2的第三层2105以外的结构与实施例10所示的发光元件3-1同样地形成。至于比较发光元件3-2，在第二层2104上将3-(联苯-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAoB)和2PCAPA共蒸镀为CzPAoB∶2PCAPA＝1∶0.05(重量比)，以形成第三层2105作为发光层。其膜厚度为30nm。通过上述步骤，获得本实施例的比较发光元件3-2。
注意，在上述蒸镀过程中，蒸镀均采用电阻加热法。
在氮气气氛的手套箱中，以不使发光元件3-2及比较发光元件3-2暴露于大气的方式对通过上述方法获得的发光元件3-2及比较发光元件3-2进行密封，然后对这些发光元件3-2及比较发光元件3-2的工作特性进行测定。注意，在室温(保持为25℃的气氛)中进行测定。
图83示出发光元件3-2及比较发光元件3-2的电流密度-亮度特性。在图83中，横轴表示电流密度(mA/cm2)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图84示出电压-亮度特性。在图84中，横轴表示所施加的电压(V)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图85示出亮度-电流效率特性。在图85中，横轴表示亮度(cd/m2)，而纵轴表示电流效率(cd/A)。
另外，图86示出流动1mA的电流时的发射光谱。由图86可知，所制造的发光元件3-2及比较发光元件3-2都得到来自作为绿色发光材料的2PCAPA的发光。在发光元件3-2的亮度为2530cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.30，y＝0.61)，而呈现优良绿色发光。另外，在亮度为2530cd/m2时，电流效率为14.6cd/A，电压为4.4V，电流密度为17.4mA/cm2，并且功率效率为10.4lm/W。另外，在比较发光元件3-2的亮度为2650cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.28，y＝0.60)，而呈现优良绿色发光。另外，在亮度为2650cd/m2时，电流效率为13.9cd/A，电压为4.6V，电流密度为19.1mA/cm2，并且功率效率为9.5lm/W。
另外，对制造的发光元件3-2及比较发光元件3-2进行了可靠性试验。该可靠性试验为：通过连续流动一种电流，该电流值与在以起始状态的亮度3000cd/m2使发光元件发光时流过发光元件3-2及比较发光元件3-2的电流值相同，而每隔一定时间对亮度进行测量。图87示出对发光元件3-2及比较发光元件3-2进行了可靠性试验的结果。图87示出亮度的随时间的变化。注意，在图87中，横轴表示通电时间(hour)，而纵轴表示每段时间中的相对于起始亮度的亮度比率，即标准化亮度(％)。
由图87可知，与比较发光元件3-2相比，发光元件3-2不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。即使过了500小时后，发光元件3-2也保持起始亮度的85％，从而不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。
根据本实施例可知，本发明的实施方式之一的发光元件能够得到作为发光元件的特性而起到充分的作用。另外，通过将本发明的咔唑衍生物用作绿色发光层的主体，能够获得呈现良好绿色的发光元件。另外，根据可靠性试验的结果可知，即使将发光元件连续点亮，也能够获得可靠性高的发光元件，而不发生起因于薄膜的缺陷等的短路。
实施例12
在本实施例中，参照图26B说明其结构与上述实施例10及11不同的发光元件。注意，在下面说明的本实施例的结构中，对与实施例10及11中说明的本发明的发光元件相同部分或具有相同功能的部分使用同一附图标记来表示，省略其重复说明。
本实施例的发光元件3-3具有如下结构：在实施例11所示的发光元件3-2的第三层2105(发光层)与第四层2106(电子传输层)间设置有控制电子载流子迁移的层2116。另外，本实施例的比较发光元件3-3具有如下结构：在实施例11所示的发光元件3-2的第三层2105(发光层)与第四层2106(电子传输层)间设置有控制电子载流子迁移的层2116。将本实施例中制造的发光元件3-3及比较发光元件3-3的元件结构示出于表6。在表6中，混合比均以重量比表示。
[表6]
下面，示出本实施例的发光元件3-3及比较发光元件3-3的制造方法。
(发光元件3-3)
首先，说明发光元件3-3。发光元件3-3的直到形成第三层2105为止的步骤与实施例11所示的发光元件3-2相同。接着，在第三层2105上将Alq和N，N′-二苯基喹吖啶酮(简称为DPQd)共蒸镀(10nm)为Alq∶DPQd＝1∶0.005(质量比)，以形成控制电子载流子迁移的层2116。
接着，通过将Bphen蒸镀20nm，形成第四层2106作为用作电子传输层的第四层2106。再者，在第四层2106上蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)膜，以形成第五层2107作为电子注入层。最后，蒸镀200nm厚的铝膜作为用作阴极的第二电极2108，以获得本实施例的发光元件3-3。
(比较发光元件3-3)
下面，说明比较发光元件3-3。比较发光元件3-3的直到形成第三层2105为止的步骤与实施例11所示的比较发光元件3-2相同。接着，在第三层2105上将Alq和DPQd共蒸镀(10nm)为Alq∶DPQd＝1∶0.005(质量比)，以形成控制电子载流子迁移的层2116。
接着，通过将Bphen蒸镀20nm，形成第四层2106作为用作电子传输层的第四层2106。再者，在第四层2106上蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)膜，以形成第五层2107作为电子注入层。最后，蒸镀200nm厚的铝膜作为用作阴极的第二电极2108，以获得本实施例的比较发光元件3-3。
注意，在上述蒸镀过程中，蒸镀均采用电阻加热法。下面，示出DPQd的结构式。
在氮气气氛的手套箱中，以不使发光元件3-3及比较发光元件3-3暴露于大气的方式对通过上述方法获得的发光元件3-3及比较发光元件3-3进行密封，然后对这些发光元件3-3及比较发光元件3-3的工作特性进行测定。注意，在室温(保持为25℃的气氛)中进行测定。
图88示出发光元件3-3及比较发光元件3-3的电流密度-亮度特性。在图88中，横轴表示电流密度(mA/cm2)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图89示出电压-亮度特性。在图89中，横轴表示所施加的电压(V)，而纵轴表示亮度(cd/m2)。另外，图90示出亮度-电流效率特性。在图90中，横轴表示亮度(cd/m2)，而纵轴表示电流效率(cd/A)。
另外，图91示出流动1mA的电流时的发射光谱。由图91可知，所制造的发光元件3-3及比较发光元件3-3都得到来自作为绿色发光材料的2PCAPA的发光。在发光元件3-3的亮度为3040cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.30，y＝0.61)，而呈现优良绿色发光。另外，在亮度为3040cd/m2时，电流效率为12.9cd/A，电压为6.2V，电流密度为23.6mA/cm2，并且功率效率为6.5lm/W。另外，在比较发光元件3-3的亮度为2950cd/m2时，其CIE色度坐标是(x＝0.28，y＝0.60)，而呈现优良绿色发光。另外，在亮度为2950cd/m2时，电流效率为11.9cd/A，电压为6.2V，电流密度为24.7mA/cm2，并且功率效率为6.0lm/W。
另外，对制造的发光元件3-3及比较发光元件3-3进行了可靠性试验。该可靠性试验为：通过连续流动一种电流，该电流值与在以起始状态的亮度5000cd/m2使发光元件发光时流过发光元件3-3及比较发光元件3-3的电流值相同，而每隔一定时间对亮度进行测量。图92示出对发光元件3-3及比较发光元件3-3进行了可靠性试验的结果。图92示出亮度的随时间的变化。注意，在图92中，横轴表示通电时间(hour)，而纵轴表示每段时间中的相对于起始亮度的亮度比率，即标准化亮度(％)。
由图92可知，与比较发光元件3-3相比，发光元件3-3不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。即使过了430小时后，发光元件3-3也保持起始亮度的86％，从而不容易发生亮度的随时间的降低，其使用寿命长。
根据本实施例可知，本发明的实施方式之一的发光元件能够得到作为发光元件的特性而起到充分的作用。另外，通过将本发明的咔唑衍生物用作绿色发光层的主体，能够获得呈现良好绿色的发光元件。另外，根据可靠性试验的结果可知，即使将发光元件连续点亮，也能够获得可靠性高的发光元件，而不发生起因于薄膜的缺陷等的短路。
另外，即使在其亮度高于实施例10的发光元件3-2的条件下对本实施例的发光元件3-3进行可靠性试验，发光元件3-3也呈现与发光元件3-2相同程度的寿命，从而通过与控制电子载流子迁移的功能层适当地使用发光元件3-3，能够获得寿命更长的发光元件。
实施例13
在本实施例中，说明在实施例中使用的其他材料。
<PCBAPA的合成例>
下面，说明在上述实施例中使用的4-(10-苯基-9-蒽基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称为PCBAPA)的合成方法。
Figure BPA00001293678101661
[步骤1：9-苯基-9H-咔唑-3-硼酸的合成]
将10g(31mmol)的3-溴-9-苯基-9H-咔唑放在500mL三口烧瓶中，并且将该烧瓶内的空气以氮取代。其中添加150mL的四氢呋喃(THF)，溶解3-溴-9-苯基-9H-咔唑，然后将该溶液冷却到-80℃。用注射器将20mL(32mmol)的正丁基锂(1.58mol/L己烷溶液)滴加到该溶液中。在滴加结束后，在相同的温度下搅拌溶液1小时。在搅拌之后，在该溶液中添加3.8mL(34mmol)的硼酸三甲酯，在使溶液的温度恢复到室温的同时搅拌约15小时。在搅拌之后，将约150mL的稀盐酸(1.0mol/L)添加到该溶液中，搅拌1小时。在搅拌之后，将该混合物的水层用乙酸乙酯萃取，混合萃取液与有机层，用饱和碳酸氢钠水溶液洗涤。用硫酸镁使有机层干燥，然后对该混合物进行重力过滤。通过将所获得的滤液浓缩，而获得淡褐色的油状物。通过对该油状物进行减压干燥，以86％的收率获得7.5g的淡褐色固体，它是目的物。步骤1的合成过程示于(X-1)。
Figure BPA00001293678101671
[步骤2：4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)二苯胺(简称：PCBA)的合成]
将6.5g(26mmol)的4-溴二苯基胺、7.5g(26mmol)的9-苯基-9H-咔唑-3-硼酸、400mg(1.3mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在500mL三口烧瓶中，并且将该烧瓶内的空气以氮取代。在该混合物中添加100mL的甲苯、50mL的乙醇、14mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在对该混合物在减压下进行搅拌的同时，进行脱气。在脱气后，在混合物中添加67mg(30mmol)的醋酸钯(Ⅱ)。将该混合物在100℃下加热回流10小时。在回流后，将该混合物的水层用甲苯萃取，混合萃取液与有机层，用饱和盐水洗涤。用硫酸镁使有机层干燥，然后对该混合物进行重力过滤，将所获得的滤液浓缩，而获得淡褐色的油状物。使该油状物用硅胶柱色谱法(展开溶剂为己烷∶甲苯＝4∶6)纯化，将获得的白色固体用二氯甲烷和己烷的混合溶剂重结晶，以45％的收率获得4.9g的目的物白色固体。步骤2的合成图解示于(X-2)。
Figure BPA00001293678101681
另外，通过核磁共振测量(NMR)测量根据上述步骤2得到的固体。下面，示出1H NMR的测量数据。根据测量结果可知，获得用来合成PCBAPA的原料的PCBA。
1H NMR(DMSO-d6，300MHz)：δ＝6.81-6.86(m，1H)，7.12(dd，J1＝0.9Hz，J2＝8.7Hz、2H)，7.19(d，J＝8.7Hz、2H)，7.23-7.32(m，3H)，7.37-7.47(m，3H)，7.51-7.57(m，1H)，7.61-7.73(m，7H)8.28(s，1H)，8.33(d，J＝7.2Hz，1H)，8.50(d，J＝1.5Hz，1H)。
[步骤3：PCBAPA的合成]
将7.8g(12mmol)的9-(4-溴苯基)-10-苯基蒽、4.8g(12mmol)的PCBA、5.2g(52mmol)的叔丁醇钠放在300mL三口烧瓶中，并且将该烧瓶内的空气以氮取代。在该混合物中添加60mL的甲苯、0.30mL的三(叔丁基)膦(10wt％己烷溶液)。在对该混合物在减压下进行搅拌的同时，进行脱气。在脱气后，在混合物中添加136mg(0.24mmol)的双(二亚苄基丙酮)钯(O)。在100℃下搅拌该混合物3小时。在搅拌后，在该混合物中添加大约50mL的甲苯，对该混合物通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)进行抽滤。将所获得的滤液浓缩，获得黄色固体。将该固体用甲苯和己烷的混合溶剂重结晶，以75％的收率获得6.6g的目的物PCBAPA的淡黄色粉末。另外，步骤3的合成过程示于下述(X-3)。
Figure BPA00001293678101691
另外，测定通过上述步骤3所获得的固体的1H NMR。以下表示测定数据。从测定结果可知，获得了PCBAPA。
1H NMR(CDCl3，300MHz)：δ＝7.09-7.14(m，1H)，7.28-7.72(m，33H)，7.88(d，J＝8.4Hz，2H)，8.19(d，J＝7.2Hz，1H)，8.37(d，J＝1.5Hz，1H)。
<CzPAoB的合成例1>
下面，说明下述结构式(400)所表示的3-(联苯-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAoB)的合成方法。
Figure BPA00001293678101701
[步骤1]
下面，说明3-(联苯-2-基)-9H-咔唑的合成方法。
将0.50g(2.0mmol)的3-溴基-9H-咔唑、0.40g(2.0mmol)的2-联苯硼酸以及0.15g(0.50mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在100mL的三口烧瓶中，并且将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入30mL的甲苯、10mL的乙醇以及2.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。将23mg(0.10mmol)的醋酸钯(Ⅱ)加入上述混合物中，在氮气流及80℃的温度下搅拌该混合物2小时。在搅拌后，利用甲苯萃取水层。混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。然后，利用硫酸镁对有机层进行干燥，对该混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的固体溶解于大约10mL的甲苯中，将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。对通过浓缩获得的滤液，而获得白色固体。使用甲苯和己烷的混合溶剂使获得的白色固体再结晶，从而以61％的收率获得0.40g的目的物白色粉末。
下面，示出3-(联苯-2-基)-9H-咔唑的合成过程(E-1)。
Figure BPA00001293678101711
[步骤2]
下面，说明CzPAoB的合成实例。
将0.51g(1.2mmol)的9-(4-溴苯基)-10-苯基蒽、0.40g(1.2mmol)的3-(联苯-2-基)-9H-咔唑以及0.24g(2.5mmol)的叔丁醇钠放在100mL的三口烧瓶中。在将烧瓶内的空气以氮取代后，在其混合物中加入20mL的甲苯和0.20mL的三(叔丁基)膦(10wt％己烷溶液)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气。在脱气后，将36mg(0.062mmol)的双(二亚苄基丙酮)钯(O)加入上述混合物中。在氮气流及110℃的温度下搅拌该混合物2小时。搅拌后，将该混合物通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的固体进行纯化。使用甲苯与己烷的混合溶剂使获得的淡黄色固体再结晶，从而以60％的收率获得0.48g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的0.47g的CzPAαN的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在280℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以89％的收率获得0.42g的目的物淡黄色固体。通过核磁共振测量(NMR)，确认上述化合物是目的物3-(联苯-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAoB)。
下面，示出CzPAoB的合成过程(E-2)。
Figure BPA00001293678101721
获得的固体的1H NMR的测量数据为：1H NMR(DMSO-d6，300MHz)：δ＝7.14-7.27(m，6H)，7.33(t，J＝7.5Hz，1H)，7.45-7.81(m，22H)，7.87(d，J＝8.1Hz，2H)，8.21(d，J＝9.0Hz，2H)。
另外，图45A和图45B示出1H NMR图。另外，图45B是放大了图45A中的7.0ppm至8.5ppm的范围的图。
另外，在使用高真空热重-差热分析仪(BrukerAXS公司制造的TG-DTA2410SA)测量获得的CzPAoB的大气压下的热物性的情况下，5％重量减少温度为439℃，由此可见CzPAoB具有优良耐热性。
另外，图46示出CzPAoB在甲苯溶液中的吸收光谱，而图47示出CzPAoB处于薄膜状态时的吸收光谱。利用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制造的V550型)进行测量。将溶液放在石英皿中，并将薄膜蒸镀在石英衬底上以制造样品，图46及47示出如下吸收光谱：至于溶液的光谱，示出减去只将甲苯放在石英皿中来测量的吸收光谱的吸收光谱；至于薄膜的光谱，示出减去石英衬底的光谱的吸收光谱。在图46及图47中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示吸收强度(给定单位)。在使用甲苯溶液的情况下，在335nm、355nm、376nm、397nm附近观察到吸收，而在使用薄膜的情况下，在264nm、300nm、337nm、358nm、381nm及403nm附近观察到吸收。另外，图48示出CzPAoB在甲苯溶液中(激发波长为371nm)的发射光谱。另外，图49示出CzPAoB处于薄膜状态时(激发波长为401nm)中的发射光谱。在图48及49中，横轴表示波长(nm)，而纵轴表示发光强度(给定单位)。在CzPAoB在甲苯溶液中的情况下，最大发光波长为422nm(激发波长为371nm)，而在CzPAoB处于薄膜状态的情况下，最大发光波长为442nm(激发波长为401nm)，由此可见得到蓝色发光。
另外，通过在大气中利用光电子能谱仪(日本理研计器株式会社制造的AC-2)测定处于薄膜状态下的CzPAoB，其结果是HOMO能级为-5.84eV。再者，通过使用在图47的CzPAoB处于薄膜状态时的吸收光谱的数据，并从假定直接跃迁的Tauc图找到吸收端，且以该吸收端为光学能隙进行预测，结果该能隙为2.96eV。从CzPAoB的HOMO能级的数值和能隙估计LUMO能级，结果它为-2.88eV。
另外，通过利用循环伏安法(CV)测定，测定CzPAoB的氧化还原反应特性。当进行CV测定时，使用电气化学分析仪器(BAS株式会社制造的ALS600A)。
关于CV测定中的溶液，溶剂使用脱水二甲基甲酰胺(DMF)(99.8％，目录号码：22705-6，西格玛奥德里奇公司制)，以其浓度成为100mmol/L的方式将作为支持电解质的高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NClO4)(目录号码：T0836，东京化成工业株式会社(Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.)制)溶解于DMF中，再者，以其浓度成为1mmol/L的方式将测量对象溶解于上述溶液中而调整。另外，工作电极使用铂电极(PTE铂电极，BAS株式会社制)，对电极使用铂电极(VC-3用Pt对电极(5cm)，BAS株式会社制)，参比电极使用Ag/Ag+电极(RE5非水溶剂类参比电极，BAS株式会社制)。另外，在室温下进行测定。
对CzPAoB的氧化反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从0.13V变化至1.20V之后、从1.20V变化至0.13V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
另外，对CzPAoB的还原反应特性进行考察的方法为：以使工作电极相对于参比电极的电位从-1.11V变化至-2.39V之后、从-2.39V变化至-1.11V的扫描为一个周期，对100个周期进行测定。另外，CV测定的扫描速度设定为0.1V/s。
图50中表示CzPAoB的氧化侧的CV测定结果，图51中表示CzPAαN的还原侧的CV测定结果。在图50及图51中，横轴表示工作电极相对于参比电极的电位(V)，纵轴表示工作电极和对电极之间流过的电流值(μA)。由图50，在+0.85V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示氧化的电流。由图51，在-2.21V(相对于Ag/Ag+电极)附近观测到表示还原的电流。
<CzPAoB的合成例2>
下面，说明下述结构式(400)所表示的3-(联苯-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAoB)的合成方法。
下面，示出合成过程(R-1)。
Figure BPA00001293678101741
将3.0g(5.2mmol)的3-溴基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑、1.0g(5.2mmol)的2-联苯硼酸以及0.40g(1.3mmol)的三(邻-甲苯基)膦放在300mL的三口烧瓶中。将烧瓶内的空气以氮取代。在其混合物中加入60mL的甲苯和20mL的乙醇以及5.0mL的碳酸钾水溶液(2.0mol/L)。在进行减压的同时搅拌该混合物，以进行脱气，在脱气后将烧瓶内的空气以氮取代，然后对该混合物加入58mg(0.26mmol)的醋酸钯(Ⅱ)。在氮气流及80℃的温度下搅拌该混合物3小时。搅拌后，利用甲苯萃取该混合物的水层，混合萃取溶液和有机层，使用饱和盐水洗涤。利用硫酸镁对有机层进行干燥，并对其混合物进行重力过滤。在浓缩获得的滤液后，将获得的油状物溶解于大约10mL的甲苯中，并将该溶液通过硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：531-16855)、矾土、硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码：540-00135)抽滤。通过利用硅胶柱层析法(展开剂己烷∶甲苯＝5∶1)对通过浓缩获得的滤液而获得的油状物进行纯化，以获得淡黄色油状物。使用甲苯与己烷的混合溶剂使该淡黄色油状物再结晶，从而以67％的收率获得2.0g的目的物淡黄色粉末。
通过利用梯度升华方法(train sublimation method)升华纯化获得的2.0g的淡黄色粉末。升华纯化条件为：在减压下，并以4.0mL/min的流量使氩气流过，且在280℃下加热淡黄色粉末。在升华纯化之后，以93％的收率获得1.9g的目的化合物的淡黄色固体。
与CzPAoB的合成例1同样，通过核磁共振测量(NMR)，确认该化合物是目的物3-(联苯-2-基)-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称为CzPAoB)。
本说明书根据2008年7月8日在日本专利局受理的日本专利申请编号2008-177836、2008年7月11日在日本专利局受理的日本专利申请编号2008-181752、2008年9月19日在日本专利局受理的日本专利申请编号2008-240355及2008-240529和2008年12月25日在日本专利局受理的日本专利申请编号2008-331007而制造，所申请内容包括在本说明书中。

Claims (29)

1.一种由通式(1)表示的咔唑衍生物，
其中，Ar1表示碳数为6至13的芳基，
Ar2表示碳数为6至13的亚芳基，
R1至R8独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。
2.根据权利要求1所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(2)表示
Figure FPA00001293678000012
3.根据权利要求1所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(3)表示，
Figure FPA00001293678000021
其中，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。
4.根据权利要求1所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(4)表示，
Figure FPA00001293678000022
其中，R13至R21独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。
5.根据权利要求1所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(101)表示
Figure FPA00001293678000031
6.根据权利要求1所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(201)表示
Figure FPA00001293678000032
7.根据权利要求1所述的咔唑衍生物，其中Ar1和Ar2中的至少一个具有取代基。
8.根据权利要求1所述的咔唑衍生物，其中Ar1和Ar2中的至少一个具有两个以上的取代基，并且所述取代基中的两个相互结合以形成环结构。
9.一种由通式(P1)表示的咔唑衍生物，
Figure FPA00001293678000041
其中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基，
Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基，
并且，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。
10.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(P2)表示
Figure FPA00001293678000042
11.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(P3)表示，
Figure FPA00001293678000051
其中，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。
12.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(P4)表示，
Figure FPA00001293678000052
其中，R13至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。
13.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(31)表示
14.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(63)表示
Figure FPA00001293678000062
15.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(76)表示
Figure FPA00001293678000071
16.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中Ar1、Ar2及Ar3中的至少一个具有取代基。
17.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中Ar1、Ar2及Ar3中的至少一个具有两个以上的取代基，并且所述取代基中的两个相互结合以形成环结构。
18.根据权利要求9所述的咔唑衍生物，其中Ar3具有取代基，并且所述Ar3的取代基结合于R10或R11以形成环结构。
19.一种由通式(M1)表示的咔唑衍生物，
Figure FPA00001293678000072
其中，R1至R12独立地表示氢或碳数为1至4的烷基，
Ar1及Ar3独立地表示碳数为6至13的芳基，
并且，Ar2表示碳数为6至13的亚芳基。
20.根据权利要求19所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(M2)表示
Figure FPA00001293678000081
21.根据权利要求19所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(M3)表示，
Figure FPA00001293678000082
其中，R13至R17独立地表示氢、碳数为1至4的烷基或碳数为6至10的芳基。
22.根据权利要求19所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(M4)表示，
Figure FPA00001293678000091
其中，R13至R21独立地表示氢或碳数为1至4的烷基。
23.根据权利要求19所述的咔唑衍生物，其中所述咔唑衍生物由下面的通式(331)表示
Figure FPA00001293678000092
24.根据权利要求19所述的咔唑衍生物，其中Ar1、Ar2及Ar3中的至少一个具有取代基。
25.根据权利要求19所述的咔唑衍生物，其中Ar1、Ar2及Ar3中的至少一个具有两个以上的取代基，并且所述取代基中的两个相互结合以形成环结构。
26.根据权利要求19所述的咔唑衍生物，其中Ar3具有取代基，并且所述Ar3的取代基结合于R9或R10以形成环结构。
27.一种包含根据权利要求1所述的咔唑衍生物的发光元件。
28.一种包含根据权利要求9所述的咔唑衍生物的发光元件。
29.一种包含根据权利要求19所述的咔唑衍生物的发光元件。
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