CN102964291B - 有机化合物、发光元件、发光器件、电子器件和照明器件 - Google Patents

有机化合物、发光元件、发光器件、电子器件和照明器件 Download PDF

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Abstract

提供了一种能使发光元件的寿命和发射效率增加的新物质。提供了具有通式(G1)表示的结构的咔唑化合物。应注意，分别使用能使化合物的HOMO能级深和使LUMO能级浅的取代基作为通式(G1)中的各取代基(具体为R1,R2,Ar3和α3)，所述化合物中取代基的键被氢取代。此外，使用能使化合物的带隙(Bg)宽和T1能级高的取代基作为通式(G1)中的各取代基(具体为R1,R2,Ar3和α3)，所述化合物中取代基的键被氢取代。

Description

有机化合物、发光元件、发光器件、电子器件和照明器件
本申请是2011年9月27日提交的国家申请号为201110306192.5，发明名称为“有机化合物、发光元件、发光器件、电子器件和照明器件”的专利申请的分案申请，该申请要求2010年9月27日的优先权。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及咔唑化合物和使用所述咔唑化合物的发光元件。本发明还涉及各自包括所述发光元件的发光器件、电子器件和照明器件。
2.相关领域描述
近年来，人们对利用电致发光性(EL)的发光元件进行积极地研究和开发。在这种发光元件的基础结构中，将包含发光物质的层插入一对电极之间。通过向该元件施加电压，可从发光物质获得光发射。
这类发光元件属于自发光类型，因此它们与液晶显示器相比的优点是像素可见度高，并且不需要背光等。因此，这种发光元件可能适合用作平板显示器元件。同时，这种发光元件的优点在于它能制作成薄而轻的元件，并具有极快的响应速度。
而且，由于这种发光元件可以制作成膜状，可以容易地获得表面光发射。因此，可以形成利用表面发射光的大面积元件。这是用白炽灯和LED代表的点光源或者荧光灯代表的线光源很难获得的特性。因此，所述发光元件在照明等用途中用作表面光源特别有效。
利用电致发光性质的发光元件可以广义地根据利用有机化合物还是无机化合物作为发光物质来分类。在使用有机化合物作为发光物质的情况中，通过向发光元件施加电压，可将电子和空穴从一对电极注入包含发光有机化合物的层中，从而产生电流。然后，这些载流子(即电子和空穴)重新结合，从而激发所述发光有机化合物。发光有机化合物从激发态回到基态，从而发射光。应注意，有机化合物的激发态可以是单重激发态或三重激发态，从单重激发态发出的光被称为荧光，从三重激发态发出的光称为磷光。
改进这种发光元件的元件特性时，存在很多与物质有关的问题。为解决这些问题，已进行了元件结构的改进和物质的研发等。例如，专利文献1公开了一种发光元件，该发光元件中使用具有蒽骨架和咔唑骨架的化合物作为发光材料。但是，不能认为所述发光元件具有足够高的可靠性。
另外，专利文献2公开了一种发光元件，该发光元件中使用的化合物具有包含取代的或未取代的苯基的蒽骨架和咔唑骨架，并具有优异的载流子传输性质。该发光元件的驱动电压低并且可靠性高。
[参考文献]
[专利文献1]PCT国际公开WO 2005/113531
[专利文献2]日本公开专利申请第2009-167175号
发明内容
在包含磷光物质的元件中使用专利文献2所述的化合物的情况下，由于该化合物中蒽骨架的T1能级(三重态激发能)不充分，磷光物质的激发能可能猝灭，使其难以获得高发射效率。另外，在包含蓝色荧光物质的元件中使用该化合物的情况下，虽然能得到高发射效率，但仍需要更高的效率。
考虑到上述问题，本发明一个实施方式的目的是提供一种能延长发光元件的寿命和提高发射效率的新物质。具体地，本发明一个实施方式的目的是提供一种可以在发光元件中使用的新的咔唑化合物。
本发明的一个实施方式是由通式(G1)表示的咔唑化合物。
Figure BDA00002580529100021
应注意，通式(G1)中，R1表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的苯并[9,10]菲基(triphenylenyl)和由通式(G1-1)表示的取代基中的任一种。通式(G1)中，R2表示氢、具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基和由通式(G1-2)表示的取代基中的任一种。通式(G1)中，α3表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。通式(G1)中，Ar3表示取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。
Figure BDA00002580529100031
应注意，通式(G1-1)中，Ar1表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-1)中，α1表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。通式(G1-1)中，n表示0或1。
应注意，通式(G1-2)中，Ar2表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-2)中，α2表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。
此外，通式(G1)中的R1可以是由结构式(S-1)至(S-5)和通式(G1-1)表示的任一种结构。
[4]
应注意，通式(G1-1)中，Ar1表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-1)中，α1表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。通式(G1-1)中，n表示0或1。
此外，通式(G1)中的R2可以是由结构式(S-11)至(S-16)和通式(G1-2)表示的任一种结构。
应注意，通式(G1-2)中，Ar2表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-2)中，α2表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。
另外，通式(G1)中的α3，通式(G1-1)中的α1，以及通式(G1-2)中的α2，可以独立地是由结构式(α-1)至(α-7)表示的任一种结构。
Figure BDA00002580529100051
另外，通式(G1-1)中的Ar1和通式(G1-2)中的Ar2可以独立地是由结构式(Ar-1)至(Ar-10)表示的任一种结构。
[7]
此外，通式(G1)中的Ar3可以是由结构式(Ar-11)至(Ar-15)表示的任一种结构。
[8]
本发明的一个实施方式是使用所述咔唑化合物的发光元件。
本发明的一个实施方式是包含上述发光元件的发光器件。
本发明的一个实施方式是包含上述发光器件的照明器件。
本发明的一个实施方式是包含上述发光器件的电子器件。
应注意，本说明书中的发光器件以其分类包括图像显示器件、发光器件和光源。而且，所述发光器件以其分类包括以下所有模块：连接器(如柔性印刷电路(FPC)、带式自动接合(TAB)带或带载封装(TCP))连接于面板的模块，在TAB带或TCP端部装配印刷线路板的模块，集成电路(IC)通过玻璃上芯片(Chip onGlass)(COG)法直接安装在发光元件上的模块。
根据本发明的一个实施方式，可以提供新的咔唑化合物。所述咔唑化合物具有宽的能带隙，可以用作发光元件材料。此外，所述咔唑化合物具有高的T1能级，可以用作发光元件材料。此外，所述咔唑化合物具有高的载流子传输性质，可以用作发光元件材料。
根据本发明的一个实施方式，可以提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。而且，根据本发明的一个实施方式，可以提供分别使用所述发光元件的高度可靠的发光器件、照明器件和电子器件。
附图简要说明
图1A和1B各自显示本发明一个实施方式的发光元件。
图2A和2B各自显示本发明一个实施方式的发光元件。
图3A和3B显示本发明一个实施方式的发光器件。
图4A和4B显示本发明一个实施方式的发光器件。
图5A至5E各自显示本发明一个实施方式的电子器件。
图6显示本发明的一个实施方式的照明器件。
图7A和7B是PCPN的NMR谱。
图8A和8B是3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的NMR谱。
图9是3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的MS谱。
图10A和10B显示PCPN在PCPN的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图11A和11B显示PCPN薄膜的吸收光谱和发射光谱。
图12A和12B是PCPPn的NMR谱。
图13A和13B显示PCPPn在PCPPn的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图14A和14B显示PCPPn薄膜的吸收光谱和发射光谱。
图15A和15B是PCzPTp的NMR谱。
图16A和16B显示PCzPTp在PCzPTp的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图17A和17B是mPCPPn的NMR谱。
图18A和18B显示mPCPPn在mPCPPn的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图19A和19B显示mPCPPn薄膜的吸收光谱和发射光谱。
图20A和20B是mPCzPTp的NMR谱。
图21A和21B显示mPCzPTp在mPCzPTp的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图22A和22B显示mPCzPTp薄膜的吸收光谱和发射光谱。
图23A和23B是NCPN的NMR谱。
图24A和24B显示NCPN在NCPN的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图25A和25B显示NCPN薄膜的吸收光谱和发射光谱。
图26A和26B是NP2PC的NMR谱。
图27A和27B显示NP2PC在NP2PC的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图28A和28B显示NP2PC薄膜的吸收光谱和发射光谱。
图29显示实施例的发光元件。
图30显示实施例9中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图31显示实施例9中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图32显示实施例9中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图33显示实施例9中发光元件和比较发光元件的亮度-功率效率特性。
图34显示对实施例9中发光元件和比较发光元件进行的可靠性测试结果。
图35显示实施例10中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图36显示实施例10中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图37显示实施例10中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图38显示实施例10中发光元件和比较发光元件的亮度-功率效率特性。
图39显示对实施例10中发光元件和比较发光元件进行的可靠性测试结果。
图40显示实施例11中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图41显示实施例11中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图42显示实施例11中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图43显示实施例11中发光元件和比较发光元件的亮度-功率效率特性。
图44显示对实施例11中发光元件和比较发光元件进行的可靠性测试结果。
图45显示实施例12中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图46显示实施例12中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图47显示实施例12中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图48显示实施例12中发光元件和比较发光元件的亮度-功率效率特性。
图49显示对实施例12中发光元件和比较发光元件进行的可靠性测试结果。
图50显示实施例13中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图51显示实施例13中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图52显示实施例13中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图53显示实施例13中发光元件和比较发光元件的亮度-功率效率特性。
图54显示实施例14中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图55显示实施例14中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图56显示实施例14中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图57显示实施例14中发光元件和比较发光元件的亮度-功率效率特性。
图58显示对实施例14中发光元件和比较发光元件进行的可靠性测试结果。
图59显示实施例15中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图60显示实施例15中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图61显示实施例15中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图62显示实施例中发光元件的结构。
图63显示实施例16中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图64显示实施例16中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图65显示实施例16中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图66显示实施例17中发光元件的发射光谱。
图67显示实施例17中发光元件的电压-亮度特性。
图68显示实施例17中发光元件的亮度-电流效率特性。
图69显示实施例18中发光元件的发射光谱。
图70显示实施例18中发光元件的电压-亮度特性。
图71显示实施例18中发光元件的亮度-电流效率特性。
图72显示实施例18中发光元件的亮度-功率效率特性。
图73显示实施例19中发光元件的发射光谱。
图74显示实施例19中发光元件的电压-亮度特性。
图75显示实施例19中发光元件的亮度-电流效率特性。
图76显示实施例19中发光元件的亮度-功率效率特性。
图77显示对实施例19中发光元件进行可靠性测试的结果。
图78显示实施例20中发光元件和比较发光元件的发射光谱。
图79显示实施例20中发光元件和比较发光元件的电压-亮度特性。
图80显示实施例20中发光元件和比较发光元件的亮度-电流效率特性。
图81显示实施例20中发光元件和比较发光元件的亮度-功率效率特性。
图82A和82B是Cl-PPn2的NMR谱。
图83A和83B是Pn2BPPC的NMR谱。
图84A和84B显示Pn2BPPC在Pn2BPPC的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图85A和85B显示Pn2BPPC薄膜的吸收光谱和发射光谱。
图86A和86B是PCPCl2的NMR谱。
图87A和87B是Pn2PPC的NMR谱。
图88A和88B显示Pn2PPC在Pn2PPC的甲苯溶液中的吸收光谱和发射光谱。
图89A和89B显示Pn2PPC薄膜的吸收光谱和发射光谱。
发明详述
下面将结合附图对本发明的实施方式和实施例进行详细描述。应注意，本发明不限于以下说明，本领域技术人员可以很容易地理解，在不背离本发明精神和范围的前提下可以进行各种变动和改进。因此，本发明不应被解释为受到实施方式和实施例的描述的限制。
(实施方式1)
本实施方式中，将描述根据本发明一个实施方式的咔唑化合物。
本发明一个实施方式的咔唑化合物是由通式(G1)表示的咔唑化合物。
Figure BDA00002580529100111
应注意，通式(G1)中，R1表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的苯并[9,10]菲基(triphenylenyl)和由通式(G1-1)表示的取代基中的任一种。通式(G1)中，R2表示氢、具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基和由通式(G1-2)表示的取代基中的任一种。通式(G1)中，α3表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。通式(G1)中，Ar3表示取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。
[10]
应注意，通式(G1-1)中，Ar1表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-1)中，α1表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。通式(G1-1)中，n表示0或1。
Figure BDA00002580529100122
应注意，通式(G1-2)中，Ar2表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-2)中，α2表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。
应注意，使用能使化合物的HOMO能级深(绝对值大)的取代基作为通式(G1)中的各取代基(具体为R1,R2,Ar3和α3)，所述化合物中取代基的键被氢取代。具体地，较佳的是，对于通式(G1)中的取代基的键被氢取代的化合物，其HOMO能级小于或等于-5.5eV。相应地，本实施方式中由通式(G1)表示的咔唑化合物具有深HOMO能级。
此外，使用能使化合物的带隙(Bg)宽和T1能级高的取代基作为通式(G1)中的各取代基(具体为R1,R2,Ar3和α3)，所述化合物中取代基的键被氢取代。具体地，较佳的是，对于通式(G1)中取代基的键被氢取代的化合物，其带隙大于或等于2.7eV(大于或等于蓝色荧光能，优选大于或等于3.0eV)，其T1能级大于或等于1.8eV(大于或等于红色磷光能)。相应地，本实施方式中由通式(G1)表示的咔唑化合物具有宽带隙和高T1能级。因此，本实施方式的咔唑化合物用作发光层或发光层的紧邻层的主体材料时，所述发光元件可能能更有效地发射光，而不从具有高激发能的发光物质中带走激发能。另外，使用本实施方式的咔唑化合物作为发光物质的情况下，可以获得短波长(蓝紫色至蓝色)光。
即使材料具有深HOMO能级，只要所述材料具有宽带隙就能保持浅LUMO能级。因此，当本实施方式的咔唑化合物用于发光元件的空穴传输层时，可能能阻止电子穿过邻近的发光层，并可能能有效地进行发光层中载流子的重新组合。
出于上述原因，使用能使化合物的LUMO能级浅(绝对值小)的取代基作为通式(G1)中的各取代基(具体为R1,R2,Ar3和α3)，所述化合物中取代基的键被氢取代。具体地，较佳的是，对于通式(G1)的取代基的键被氢取代的化合物，其LUMO能级大于或等于-2.5eV。
当R1,R2,α3和Ar3进一步具有取代基的情况下，考虑HOMO能级、LUMO能级和带隙，所述取代基独立地优选具有1-12个碳原子的烷基、苯基、联苯基、萘基、菲基、苯并[9,10]菲基中的任一种。
具体地，Ar3(Ar2)是连接到咔唑骨架的3-位(6-位)的取代基的一部分，优选稠环如萘基、菲基和苯并[9,10]菲基，这是由于这种稠环具有优异的载流子传输性质。具体地，Ar3(Ar2)优选萘基或菲基。另外，就高分子量和改进热物理性质而言，Ar3(Ar2)优选菲基或苯并[9,10]菲基。应注意，萘是双环稠环，因此具有宽带隙和高T1能级。虽然菲或苯并[9,10]菲是具有三个或多个环的稠环，但与三环稠环的蒽或四环稠环的并四苯相比，菲或苯并[9,10]菲的带隙更宽且T1能级更高，这是由于菲或苯并[9,10]菲不具有多并苯结构(稠环不是直线状)，但其结构中具有彼此结合的螺旋烃(helicene)结构(稠环是扭曲的)。
此外，由α3(α2)表示的亚芳基优选位于咔唑骨架和Ar3(Ar2)之间，在这种情况下很难在咔唑骨架到Ar3(Ar2)上共轭延伸。具体地，亚芳基优选在间位或邻位(例如亚苯基的1-位和3-位，以及亚苯基的1-位和2-位)上键合，这种情况下共轭延伸可能更受抑制，并且带隙可能增加。亚芳基在对位键合的情况下，可能获得极佳的热物理学性质(高Tg)和极佳的载流子传输性质。另外，例如使用苯骨架或联苯骨架，这样α3(α2)是具有小共轭的亚芳基基团，从而阻止α3(α2)自身共轭延伸。
与通式(G1)中的各取代基Ar1,Ar2和Ar3连接的取代基优选是芳基，在这种情况下所述咔唑化合物易溶于溶剂。具体地，由于其极佳的溶解性，优选甲基或叔-丁基。通式(G1)中取代基Ar1,Ar2和Ar3具有如烷基或芳基这样的取代基时，本实施方式中所述咔唑化合物的结构更加立体(steric)。结果可能不容易进行结晶，并且能抑制由于分子堆叠造成的浓度猝灭。
另外，在通式(G1)中取代基R2是不同于氢的基团时，取代基R2和取代基α3-Ar3优选相同，这种情况下更容易进行合成。取代基R2和取代基α3-Ar3优选相同，这种情况下分子量增加，使得热物理学性质提高。应注意，取代基R2优选氢，这种情况下与取代基R2是不同于氢的基团时相比，带隙更宽，T1能级更高。
以下将描述采用所述取代基的具体实例。
示出结构式(S-1)至(S-5)和通式(G1-1)等，作为由通式(G1)中R1表示的取代基的具体实例。
Figure BDA00002580529100141
应注意，通式(G1-1)中，Ar1表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-1)中，α1表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。通式(G1-1)中，n表示0或1。
示出结构式(S-11)至(S-16)和通式(G1-2)等，作为由通式(G1)中R2表示的取代基的具体实例。
[13]
Figure BDA00002580529100151
应注意，通式(G1-2)中，Ar2表示具有1-12个碳原子的烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的菲基和取代或未取代的苯并[9,10]菲基中的任一种。通式(G1-2)中，α2表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基。
示出结构式(α-1)至(α-7)等，作为由通式(G1)中α3、通式(G1-1)中α1或通式(G1-2)中α2表示的取代基的具体实例。
Figure BDA00002580529100152
示出结构式(Ar-1)至(Ar-10)等，作为由通式(G1-1)中Ar1或通式(G1-2)中Ar2表示的取代基的具体实例。
Figure BDA00002580529100161
示出结构式(Ar-11)至(Ar-15)等，作为由通式(G1)中Ar3表示的取代基的具体实例。
[16]
示出由结构式(100)-(131)，(140)-(151)，(160)-(183)和(190)-(197)表示的咔唑化合物，作为由通式(G1)表示的咔唑化合物的具体实例。但本发明不限于这些化合物。
[17]
Figure BDA00002580529100181
Figure BDA00002580529100191
Figure BDA00002580529100201
Figure BDA00002580529100211
Figure BDA00002580529100221
Figure BDA00002580529100241
Figure BDA00002580529100251
Figure BDA00002580529100261
Figure BDA00002580529100271
Figure BDA00002580529100281
Figure BDA00002580529100291
Figure BDA00002580529100301
Figure BDA00002580529100311
各种反应可以应用于本实施方式的咔唑化合物的合成方法中。例如，本实施方式的咔唑化合物可以用合成方法1-3中所述的任一种合成反应进行合成。应注意，在以下所述的合成方案中，描述通式(G1)涉及的编号不进行具体解释(即R1,R2,α3和Ar3)。
<合成方法1>
首先，如反应方案(A-1)所示，通过卤化咔唑化合物(a1)和芳基硼化合物(a2)的偶联合成咔唑化合物(a3)。
Figure BDA00002580529100312
应注意，X1表示卤素。X1优选表示反应活性高的溴，更优选碘。B1表示硼酸或二烷氧基硼(dialkoxyboron)。
应注意，多种反应条件可以用于反应方案(A-1)中的偶联反应。作为其中一个例子，可以采用在碱的存在下使用金属催化剂的合成方法。
下面将描述在反应方案(A-1)中采用铃木-宫浦反应的例子。可以使用钯催化剂作为金属催化剂，钯络合物及其配体的混合物可以用作钯催化剂。给出乙酸钯(II)、四(三苯基膦)钯(0)和双(三苯基膦)二氯化钯(II)等，作为钯络合物的例子。给出三(邻甲苯基)膦、三苯基膦和三环己基膦等，作为配体的例子。此外，给出有机碱如叔丁醇钠和无机碱如碳酸钾等，作为可以用作碱的物质的例子。所述反应优选在溶液中进行。可以使用的溶剂的例子如下所示：甲苯和水的混合溶剂；甲苯、醇如乙醇和水的混合溶剂；二甲苯和水的混合溶剂；二甲苯、醇如乙醇和水的混合溶剂；苯和水的混合溶剂；苯、醇如乙醇和水的混合溶剂；醚如乙二醇二甲基醚和水的混合溶剂等。但可以使用的催化剂、配体、碱和溶剂不限于此。此外，在反应方案(A-1)中，可以使用芳基铝化合物、芳基锆化合物、芳基锌化合物或芳基锡化合物等代替芳基硼化合物(a2)。另外，反应优选在氮气、氩气等惰性气氛下进行。
在反应方案(A-1)中，示出化合物(a1)的卤素基团X1与化合物(a2)的硼化合物基团B1互相反应的情况。但是，甚至将作为硼化合物的化合物(a1)与作为卤化物的化合物(a2)(反应基团X1和B1互相替换)进行偶联也可以得到咔唑化合物(a3)。
接下来，如反应方案(A-2)所示，通过卤化所述咔唑化合物(a3)合成卤代咔唑化合物(a4)。
Figure BDA00002580529100321
应注意，X2表示卤素。X2优选表示反应活性高的溴，更优选碘。
多种反应条件可以用于反应方案(A-2)中的卤化反应。例如，可以采用在极性溶剂的存在下使用卤化剂的反应。可以使用N-溴代琥珀酰亚胺(缩写:NBS)、N-碘代琥珀酰亚胺(缩写:NIS)、溴、碘、碘化钾等作为卤化剂。优选使用溴化物作为卤化剂，这种情况下进行合成的成本低。另外，使用碘化物作为卤化试剂时，生成的化合物(即碘化物)中碘取代的部分具有高活性。因此，优选进行使用生成的化合物(即碘化物)作为原料的反应，这种情况下反应更容易进行。
接下来，如反应方案(A-3)所示，将由卤化咔唑化合物(a4)与金属催化剂反应而活化的化合物与硼化合物进行反应合成咔唑基硼化合物。
[33]
Figure BDA00002580529100331
应注意，X2表示卤素。X2优选表示反应活性高的溴，更优选碘。另外，B2表示硼酸或二烷氧基硼。
在反应方案(A-3)中，作为活化卤化咔唑化合物(a4)的一个例子，可以使用与烷基锂试剂进行的锂化反应。给出正丁基锂、叔丁基锂和甲基锂等作为烷基锂试剂的例子。酸可以使用盐酸等。可以使用醚如二乙基醚，或四氢呋喃(THF)作为脱水溶剂。给出硼酸三甲酯和硼酸三乙酯等作为可以使用的硼化合物的例子。
接下来，如反应方案(A-4)所示，通过咔唑基硼化合物(a5)和二卤化芳基化合物(a6)偶联获得卤化咔唑化合物(a7)。
Figure BDA00002580529100332
应注意，X3和X4各自表示卤素。X3和X4各自优选表示反应活性高的溴，更优选碘。在具体B2和X3进行反应的情况下，优选使用与X4相比反应活性更高的卤素作为X3。应注意，在卤素中，溴的反应活性高于氯，碘的反应活性高于溴。B2表示硼酸或二烷氧基硼。
多种反应条件可以用于反应方案(A-4)中的偶联反应。作为其中一个例子，可以采用在碱的存在下使用金属催化剂的合成方法。具体地，所述偶联反应可以与反应方案(A-1)类似的方式进行；因此，可以参照上述描述。
在反应方案(A-4)中，示出化合物(a6)的卤素基团X3与化合物(a5)的硼化合物基团B2互相反应的情况。但是，甚至将作为硼化合物的化合物(a5)与作为卤化物的化合物(a6)(反应基团X3和B2互相替换)进行偶联也可以得到咔唑化合物(a7)。应注意，在这种情况下，需要使用比卤素基团X4反应活性更高的卤素基团作为卤素基团X3，以阻止化合物(a6)之间的反应。
接下来，如反应方案(A-5)所示，可以通过卤化咔唑化合物(a7)和芳基硼化合物(a8)的偶联获得通式(G1)表示的咔唑化合物。
Figure BDA00002580529100341
应注意，X4表示卤素。X4优选表示反应活性高的溴，更优选碘。B3表示硼酸或二烷氧基硼。
多种反应条件可以用于反应方案(A-5)中的偶联反应。作为其中一个例子，可以采用在碱的存在下使用金属催化剂的合成方法。具体地，所述偶联反应可以与反应方案(A-1)类似的方式进行；因此，可以参照上述描述。
在反应方案(A-5)中，示出化合物(a7)的卤素基团X4与化合物(a8)的硼化合物基团B3互相反应的情况。但是，甚至将作为硼化合物的化合物(a7)与作为卤化物的化合物(a8)(反应基团X4和B3互相替换)进行偶联，也可以得到由通式(G1)表示的咔唑化合物。
另外，在反应方案(A-1)至(A-5)中，示出取代基-R2在咔唑骨架的3-位结合，接着取代基-α3-Ar3在咔唑骨架的6-位结合的例子。但本发明不限于上述反应。即使在结合取代基-α3-Ar3之后再结合取代基-R2，也能合成由通式(G1)表示的咔唑化合物。
应注意，取代基-R2和取代基-α3-Ar3优选具有相同的骨架，这种情况下容易进行取代基R2和取代基α3-Ar3分别在咔唑骨架的3-位和6-位同时结合的反应。
以下描述的合成方法2是本实施方式的咔唑化合物的合成方法，与合成方法1不同。
<合成方法2>
如反应方案(B-1)所示，可以通过卤化咔唑化合物(a4)和芳基硼化合物(a9)的偶联合成由通式(G1)表示的咔唑化合物。
Figure BDA00002580529100351
应注意，X2表示卤素。X2优选表示反应活性高的溴，更优选碘。B4表示硼酸或二烷氧基硼。
多种反应条件可以用于反应方案(B-1)中的偶联反应。作为其中一个例子，可以采用在碱的存在下使用金属催化剂的合成方法。具体地，所述偶联反应可以与反应方案(A-1)类似的方式进行；因此，可以参照上述描述。
在反应方案(B-1)中，示出化合物(a4)的卤素基团X2与化合物(a9)的硼化合物基团B4互相反应的情况。但是，甚至将作为硼化合物的化合物(a4)与作为卤化物的化合物(a9)(反应基团X2和B4互相替换)进行偶联，也可以得到由通式(G1)表示的咔唑化合物。
另外，在反应方案(B-1)中，示出取代基-R2在咔唑骨架的3-位结合，然后取代基-α3-Ar3在咔唑骨架的6-位结合的例子。但本发明不限于上述反应。即使在结合取代基-α3-Ar3之后再结合取代基-R2，也能合成由通式(G1)表示的咔唑化合物。
应注意，取代基-R2和取代基-α3-Ar3优选具有相同的骨架，这种情况下容易进行取代基-R2和取代基-α3-Ar3分别在咔唑骨架的3-位和6-位同时结合的反应。
以下描述的合成方法3是本实施方式的咔唑化合物的合成方法，与合成方法1和合成方法2不同。
<合成方法3>
如反应方案(C-1)所示，可以通过咔唑化合物(a10)和卤化芳基化合物(a11)的偶联合成由通式(G1)表示的咔唑化合物。
[37]
Figure BDA00002580529100361
应注意，X5表示卤素。X5优选表示反应活性高的溴，更优选碘。
在反应方案(C-1)所示具有卤素基团的芳基化合物与咔唑的9-位的偶联反应中，可以采用多种反应条件进行偶联反应。作为其中一个例子，可以采用在碱的存在下使用金属催化剂的合成方法。
下面描述在反应方案(C-1)中进行布齐沃德-哈特威格反应(Buchwald-Hartwig reaction)的情况。可以使用钯催化剂作为金属催化剂，钯络合物及其配体的混合物可以用作钯催化剂。给出二(二亚苄基丙酮)钯(0)和乙酸钯(II)等作为钯催化剂的例子。给出三叔丁基膦、三正己基膦、三环己基膦、1,1-双(二苯基膦基)二茂铁(缩写：DPPF)等作为配体的例子。给出有机碱如叔丁醇钠和无机碱如碳酸钾等作为可以用作碱的物质。另外，该反应优选在溶液中进行。给出甲苯、二甲苯和苯等作为可以使用的溶剂的例子。但可以使用的催化剂、配体、碱和溶剂不限于此。应注意，该反应优选在氮气、氩气等惰性气氛下进行。
下面描述在反应方案(C-1)中进行乌尔曼反应(Ullmann reaction)的情况。可以使用铜催化剂作为金属催化剂，给出碘化亚铜(I)和乙酸铜(II)作为铜催化剂的例子。给出无机碱如碳酸钾作为可以用作碱的物质的例子。上述反应优选在溶液中进行，给出1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮(缩写:DMPU)、甲苯、二甲苯和苯等作为可以使用的溶剂的例子。但可以使用的催化剂、配体、碱和溶剂不限于此。另外，该反应优选在氮气、氩气等惰性气氛下进行。
应注意，优选使用高沸点的溶剂如DMPU或二甲苯，这是由于反应温度高于或等于100℃时，通过乌尔曼反应能在较短的时间内并以较高的产率获得目标物质。具体地，由于反应温度更优选高于或等于150℃，更优选DMPU。
应注意，可以与反应方案(A-1)至(A-5)或反应方案(B-1)类似的方式进行取代基-R2和取代基-α3-Ar3在咔唑骨架的3-位和6-位结合的反应。因此，可以详细参照以上描述。
以上述方式，可以合成本实施方式的咔唑化合物。
本实施方式的咔唑化合物具有深HOMO能级(即绝对值大)，因此具有将空穴注入发光层的优良性质。另外，本实施方式的咔唑化合物对氧化作用是电化学稳定的。出于这些原因，本实施方式的咔唑化合物可以较佳地用作发光元件的空穴传输层的材料。此外，可以使用本实施方式的咔唑化合物(电子供体)和电子受体混合而成的复合材料作为发光元件的空穴注入层。应注意，电子受体和电子供体在电场的作用下至少能提供和接受电子。
此外，本实施方式的咔唑化合物具有浅LUMO能级(即绝对值小)；因此，使用咔唑化合物作为发光元件的空穴传输层材料能阻隔电子向阳极传输。这样，使用本实施方式的咔唑化合物的发光元件的效率得以提高。
另外，本实施方式的咔唑化合物具有宽带隙；这样，即使在将所述咔唑化合物用于邻近发光层的空穴传输层的情况下，也能抑制从发光层传输能量。这样，使用本实施方式的咔唑化合物的发光元件的寿命和效率得以提高。
此外，本实施方式的咔唑化合物发射荧光，因此能发射短波长光。这样，使用本实施方式的咔唑化合物作为发光材料，能获得蓝紫色至蓝色的光。
此外，本实施方式的咔唑化合物还优选作为发光元件中发光层的主体材料。换言之，将带隙比本实施方式的咔唑化合物更窄的发光物质(下文也称为“掺杂剂”)加入所述咔唑化合物形成的层中时，可以从掺杂剂中发射光。这时，即使使用发射较短波长的光如蓝光的荧光掺杂剂，也能从掺杂剂中有效地发射光，这是由于本实施方式的咔唑化合物具有宽带隙。换言之，可以使用本实施方式的咔唑化合物作为发射可见光范围的荧光的化合物的主体材料。此外，在掺杂剂是磷光化合物的情况下，优选使用T1能级高于所述掺杂剂的物质作为主体材料。本实施方式的咔唑化合物具有高T1能级，因此可以作为发射可见光范围的磷光的化合物的主体材料，所述磷光的波长至少大于绿光的波长。
此外，本实施方式的咔唑化合物在可见光范围(大约380nm至750nm)内的光吸收弱，使用所述咔唑化合物形成薄膜时可见光的透射率高。这样，本实施方式的咔唑化合物即使在发光元件中使用时也不容易吸收发射能，这使得所述发光元件的外量子产率高。
本实施方式可以根据适当的情况与任一其他实施方式组合实施。
(实施方式2)
在本实施方式中，作为本发明的一个实施方式，将结合附图1A和1B对使用实施方式1中所述的咔唑化合物的发光元件进行描述。
在本实施方式的发光元件中，将至少包括发光层的EL层插入一对电极之间。EL层除了具有发光层外还可具有多个层。所述多个层以具有高载流子注入性质和高载流子传输性质的物质形成的层的组合形式堆叠，这样发光区远离电极形成，即载流子在远离电极的部分重新结合。例如，所述多个层可以包括空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层等。
在图1A所示的本实施方式的发光元件中，EL层102设置在一对电极，即第一电极101和第二电极103之间。另外，EL层102包括空穴注入层111、空穴传输层112、发光层113、电子传输层114和电子注入层115。应注意，在本实施方式所述的发光元件中，设置在基板100上的第一电极101的功能是作为阳极，第二电极103的功能是作为阴极。
基板100用作发光元件的支承体。例如，可以使用玻璃、石英、塑料等作为基板100。可以使用挠性基板。挠性基板是可以弯曲(挠性)的基板。给出由聚碳酸酯、聚丙烯酸酯和聚醚砜等制成的塑料基板作为挠性基板的例子。可以使用薄膜(由聚丙烯、聚酯、乙烯基材料、聚氟乙烯、氯乙烯等构成)、或通过蒸发形成的无机薄膜等。应注意，可以使用其它材料，只要其在发光元件的生产过程中起支承物的作用。
对第一电极101，优选使用具有高功函(具体地，大于或等于4.0eV的功函)的金属、合金或导电化合物或它们的混合物等。具体例子包括：氧化铟-氧化锡(ITO：氧化铟锡)、含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌(IZO：氧化铟锌)、含氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO)等。该导电性金属氧化物的膜通常通过溅射法形成，但是也可通过溶胶-凝胶法或其它方法形成。例如，氧化铟锌(IZO)可通过溅射方法，使用在氧化铟中加入1wt％-20wt％氧化锌的靶形成。此外，含氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO)可以通过溅射法，使用在氧化铟中加入0.5wt％-5wt％氧化钨和向氧化铟中加入0.1wt％-1wt％氧化锌的靶形成。此外，示出金、铂、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯、金属氮化物材料(如氮化钛)等。
应注意，在EL层102中，当使用复合材料形成与第一电极101接触的层时，所述复合材料使用有机化合物和下面描述的电子受体(受体)形成，可以使用各种金属、合金、导电化合物、它们的混合物等中的任何材料形成该第一电极101，而不考虑功函。例如，可以使用铝、银或含铝合金(如Al-Si)等。
在第一电极101上形成的EL层102中，空穴注入层111、空穴传输层112和发光层113中的至少任一种包含本发明一个实施方式的咔唑化合物。可以将已知物质用于部分EL层102，可以使用低分子化合物或高分子化合物。应注意，用于形成EL层102的物质不仅只有有机化合物形成的结构，而且具有部分含有无机化合物的结构。
空穴注入层111是包含具有高空穴注入性质的物质的层。作为具有高空穴注入性质的物质，例如可以使用：金属氧化物，如氧化钼、氧化钛、氧化钒、氧化铼、氧化钌、氧化铬、氧化锆、氧化铪、氧化钽、氧化银、氧化钨和氧化锰。也可以使用基于酞菁的化合物如酞菁(缩写：H2Pc)或铜酞菁(II)(缩写：CuPc)。
可以使用的物质的其它例子是属于低分子有机化合物的芳族胺化合物：如4,4′,4″-三(N，N-二苯基氨基)三苯基胺(缩写：TDATA)、4,4′,4″-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯基胺(缩写：MTDATA)、4,4′-二[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：DPAB)、4,4′-二(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)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCA1)、3,6-二[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，还可以使用任一种高分子化合物(例如，低聚物、枝状聚合物或聚合物)。高分子化合物的例子如下所示：聚(N-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)、聚(4-乙烯基三苯基胺)(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)或聚[N,N′-二(4-丁基苯基)-N,N′-二(苯基)联苯胺](缩写：Poly-TPD)等。也可以使用其中加入酸的高分子化合物，例如聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)或聚苯胺/聚(苯乙烯磺酸)(PAni/PSS)。
可以将有机化合物与电子受体(受体)混合形成的复合材料用于空穴注入层111。这种复合材料因为能通过电子受体在有机化合物中产生空穴而具有优异的空穴注入性质和空穴传输性质。在这种情况中，有机化合物优选在传输产生的空穴方面性能优异的材料(具有高空穴传输性质的物质)。
作为用于复合材料的有机化合物，可以使用多种化合物，例如芳族胺化合物、咔唑衍生物、芳烃和高分子化合物(例如，低聚物、枝状聚合物和聚合物)中的任一种。用于所述复合材料的有机化合物优选具有高空穴传输性质的有机化合物。具体地，优选使用空穴迁移率大于或等于10-6cm2/Vs的物质。应注意，也可以使用任一种其它的物质，只要该物质的空穴传输性质大于其电子传输性质即可。可以用于复合材料的有机化合物的具体例子如下。
本发明一个实施方式的咔唑化合物是具有高空穴传输性质的有机化合物，因此可以较佳地用作复合材料。此外，可以使用以下物质作为可以用于复合材料的有机化合物，例如：芳族胺化合物如TDATA、MTDATA、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1、4,4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB或a-NPD)和N,N′-二(3-甲基苯基)-N,N′-二苯基-[1,1′-联苯]-4,4′-二胺(缩写：TPD)和4-苯基-4′-(9-苯基芴-9-基)三苯基胺(缩写:BPAFLP)；以及咔唑化合物如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-(10-苯基-9-蒽基)苯基-]9H-咔唑(缩写：CzPA)、9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写:PCzPA)和1,4-二[4-(N-咔唑基)苯基-2,3,5,6-四苯基苯。
可以使用以下芳基烃化合物中的任一种：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、9,10-二(3,5-二苯基苯基)蒽(缩写：DPPA)、2-叔丁基-9,10-二(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),9,10-二(4-甲基-1-萘基)蒽(缩写：DMNA)、9,10-二[2-(1-萘基)苯基)-2-叔丁基蒽、9,10-二[2-(1-萘基)苯基]蒽和2,3,6,7-四甲基-9,10-二(1-萘基)蒽等。
可以使用以下芳烃化合物中的任一种：2,3,6,7-四甲基-9,10-二(2-萘基)蒽、9,9′-联蒽、10,10′-二苯基-9,9′-联蒽、10,10′-二(2-苯基苯基)-9,9′-联蒽、10,10′-二[(2,3,4,5,6-五苯基)苯基]-9,9′-联蒽、蒽、并四苯、红荧烯、苝、2,5,8,11-四(叔丁基)苝、并五苯、蒄、4,4′-二(2,2-二苯基乙烯基)联苯(缩写：DPVBi)和9,10-二[4-(2,2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(缩写：DPVPA)等。
给出有机化合物，例如7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟喹啉并二甲烷(缩写：F4-TCNQ)和氯醌，以及过渡金属氧化物，作为电子受体的例子。还可以使用周期表第4-8族的金属的氧化物。具体来说，优选使用氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰和氧化铼，这是因为它们具有高电子接受性质。其中，尤其优选氧化钼，因为氧化钼在空气中稳定，吸湿性低，容易进行处理。
应注意，可以使用上述电子受体和以上高分子化合物如PVK、PVTPA、PTPDMA、或Poly-TPD形成复合材料，所述复合材料可以用于空穴注入层111。
空穴传输层112是包含具有高空穴传输性质的物质的层。本发明一个实施方式的咔唑化合物是具有高空穴传输性质的有机化合物，因此可以较佳地用作空穴传输层112的材料。
发光层113是包含发光物质的层。作为发光物质，可以使用例如发射荧光的荧光化合物或发射磷光的磷光化合物。
本发明一个实施方式的咔唑化合物是呈现蓝紫色至蓝色荧光的材料，因此也可以用作发光物质。
此外，给出蓝光发光材料、绿光发光材料、黄光发光材料和红光发光材料，作为可以用于发光层113的荧光化合物。用于蓝光发光材料的例子如下：N,N′-二[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N′-二苯基-4,4′-二胺(缩写：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4′-(10-苯基-9-蒽基)三苯基胺(缩写：YGAPA)和4-(10-苯基-9-蒽基)-4′-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(缩写：PCBAPA)等。作为绿光发光材料的例子如下：N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPA)、N-[9,10-二(1,1′-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCABPhA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N，N′，N′-三苯基-1,4-亚苯基二胺(缩写：2DPAPA)、N-[9,10-二(1,1′-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，N′，N′-三苯基-1,4-亚苯基二胺(缩写：2DPABPhA)、N-[9,10-二(1,1′-联苯-2-基)]-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(缩写：2YGABPhA)和N,N,9-三苯基蒽-9-胺(缩写：DPhAPhA)等。给出红荧烯、5,12-二(1,1′-联苯-4-基)-6,11-二苯基并四苯(缩写：BPT)等，作为用于黄光发光材料的例子。给出N,N,N′,N′-四(4-甲基苯基)并四苯-5,11-二胺(缩写：p-mPhTD)、7,14-二苯基-N，N，N′,N′-四(4-甲基苯基)苊并(acenaphtho)[1,2-a]荧蒽-3,10-二胺(缩写：p-mPhAFD)等，作为用于红光发光材料的例子。
给出蓝光发光材料、绿光发光材料、黄光发光材料、橙光发光材料和红光发光材料，作为可以用于发光层703的荧光化合物。用于蓝光发光材料的例子如下：四(1-吡唑基)硼酸二[2-(4′,6′-二氟苯基)吡啶-N，C2′]合铱(III)(缩写：FIr6)、吡啶甲酸二[2-(4′,6′-二氟苯基)吡啶-N，C2′]合铱(III)(缩写：FIrpic)、吡啶甲酸二{2-[3′,5′-二(三氟甲基)苯基]吡啶-N，C2′}合铱(III)(缩写：Ir(CF3ppy)2(pic))和乙酰丙酮酸二[2-(4′,6′-二氟苯基)吡啶-N，C2′]合铱(III)(缩写：FIr(acac))等。用于绿光发光材料的例子如下：三(2-苯基吡啶-N，C2′)合铱(III)(缩写：Ir(ppy)3)、乙酰丙酮酸二(2-苯基吡啶-N，C2′)合铱(III)(缩写：Ir(ppy)2(acac))、乙酰丙酮酸二(1,2-二苯基-1H-苯并咪唑)合铱(III)(缩写：Ir(pbi)2(acac))、乙酰丙酮酸二(苯并[h]喹啉)合铱(III)(缩写：Ir(bzq)2(acac))等。用于黄光发射的材料的例子包括：乙酰丙酮酸二(2,4-二苯基-1,3-噁唑-N,C2′)合铱(III)(缩写：Ir(dpo)2(acac))、乙酰丙酮酸二[2-(4′-(五氟苯基苯基)吡啶]合铱(III)(缩写：Ir(p-PF-ph)2(acac))、乙酰丙酮酸二(2-苯基苯并噻唑-N，C2′)合铱(III)(缩写：Ir(bt)2(acac))、（乙酰丙酮根）二[2,3-二(4-氟苯基)-5-甲基吡嗪]合铱(III)（缩写：Ir(Fdppr-Me)2(acac)）、(乙酰丙酮根)二{2-(4-甲氧基苯基)-3,5-二甲基吡嗪}合铱(III)（缩写：Ir(dmmoppr)2(acac)）等。用于橙光发光材料的例子包括：三(2-苯基喹啉-N，C2′)合铱(III)(缩写:Ir(pq)3),乙酰丙酮酸二(2-苯基喹啉-N，C2′)合铱(III)(缩写:Ir(pq)2(acac))、(乙酰丙酮根(acetylacetonato))二(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪(phenylpyrazinato))合铱(III)(缩写:[Ir(mppr-Me)2(acac)]),(乙酰丙酮根)二(5-异丙基-3-甲基-2-苯基吡嗪)合铱(III)(缩写:Ir(mppr-iPr)2(acac))等。用于红光发光材料的例子包括：有机金属络合物，例如，乙酰丙酮酸二[2-(2′-苯并[4,5-α]噻吩基)吡啶-N，C3′)合铱(III)(缩写：Ir(btp)2(acac))、乙酰丙酮酸二(1-苯基异喹啉-N，C2′)合铱(III)(缩写：Ir(piq)2(acac)、(乙酰丙酮根)二[2,3-二(4-氟苯基)喹喔啉]合铱(III)(缩写：Ir(Fdpq)2(acac))、(乙酰丙酮根)二(2,3,5-三苯基吡嗪)合铱(III)(缩写:[Ir(tppr)2(acac)]),(二新戊酰基甲烷根)二(2,3,5-三苯基吡嗪)合铱(III)(缩写:[Ir(tppr)2(dpm)])和2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H，23H-卟酚铂(II)(缩写：PtOEP)。此外，稀土金属络合物，如三(乙酰丙酮根)(单菲咯啉)铽(III)(缩写：Tb(acac)3(Phen))、三(1,3-二苯基-1,3-丙二酮根(propanedionato))(单菲咯啉)合铕(III)(缩写：Eu(DBM)3(Phen))和三[1-(2-噻吩甲酰基)-3,3,3-三氟丙酮根](单菲咯啉)合铕(III)(缩写：Eu(TTA)3(Phen))由稀土金属离子发射光(不同多重态之间的电子传输)，因此可以用作磷光化合物。
可以使用高分子化合物作为发光物质。具体地，示出蓝光发光材料、绿光发光材料和橙光至红光发光材料。用于蓝光发光材料的例子包括：聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)(缩写：PFO)、[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-(2,5-二甲氧基苯-1,4-二基)]共聚物(缩写：PF-DMOP)、{(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-[N，N′-二-(对-丁基苯基)-1,4-二胺苯]}共聚物(缩写：TAB-PFH)等。用于绿光发光材料的例子包括：聚(对亚苯基亚乙烯基)(缩写：PPV)、[(9,9-二己基芴-2,7-二基)-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,7-二基)交替共聚物](缩写：PFBT)、[(9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基亚芴基(fluorenylene))-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基)交替共聚物等。用于橙光至红光发射的材料的例子包括：聚[2-甲氧基-5-(2′-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基](缩写：MEH-PPV)、聚(3-丁基噻吩-2,5-二基)(缩写：R4-PAT)、{[9,9-二己基-2,7-二(1-氰基亚乙烯基)亚芴基]-[2,5-二(N,N′-二苯基氨基)-1,4-亚苯基]}交替共聚物、{[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-二(1-氰基亚乙烯基亚苯基)]-[2,5-二(N,N′-二苯基氨基)-1,4-亚苯基]}交替共聚物(缩写：CN-PPV-DPD)等。
应注意，发光层113可具有将上述发光物质(客体材料)分散在另一种物质(主体材料)中的结构。可以使用多种材料作为主体材料，优选使用最低未占分子轨道能级(LUMO能级)高于发光材料且最高已占分子轨道能级(HOMO能级)低于发光材料的物质。
本发明一个实施方式的咔唑化合物具有宽带隙(S1能级高)，因此也能较佳地用作发光层113的主体材料。
在发光物质是磷光化合物的情况下，优选使用T1能级高于发光物质的物质作为发光物质的主体材料。
本发明一个实施方式的咔唑化合物具有高T1能级，因此也可以较佳地用作磷光物质的主体材料。
除上述之外可以使用的主体材料的具体例子包括：三(8-羟基喹啉)合铝(III)(缩写：Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)合铝(III)(缩写：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]喹啉)合铍(II)(缩写：BeBq2)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基酚酸)合铝(III)(缩写：BAlq)、二(8-羟基喹啉)合锌(II)(缩写：Znq)、二[2-(2-苯并恶唑基)酚酸]合锌(II)(缩写：ZnPBO)和二[2-(2-苯并噻唑基)酚酸]合锌(II)(缩写：ZnBTZ)；杂环化合物，例如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(缩写：PBD)、1,3-二[5-(对-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-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)、2,2′,2″-(1,3,5-苯三基)三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(缩写：TPBI)、红菲绕啉(bathophenanthroline)(缩写：BPhen)和浴铜灵(bathocuproine)(BCP)；稠合芳族化合物如9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)、3,6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：DPCzPA)、9,10-二(3,5-二苯基苯基)蒽(缩写：DPPA)、9,10-二(2-萘基)蒽(缩写：DNA)、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(缩写：t-BuDNA)、9,9′-联蒽(缩写：BANT)、9,9′-(芪-3,3′-二基)二菲(缩写：DPNS)、9,9′-(芪-4,4′-二基)二菲(缩写：DPNS2)、3,3′,3″-(苯-1,3,5-三基)三芘(缩写：TPB3)、9,10-二苯基蒽(缩写：DPAnth)和6,12-二甲氧基-5,11-二苯基
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芳族胺化合物，例如，N，N-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(缩写：CzA1PA)、4-(10-苯基-9-蒽基)三苯基胺(缩写：DPhPA)、N，9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(缩写：PCAPA)、N，9-二苯基-N-{4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯基}-9H-咔唑-3-胺(缩写：PCAPBA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPA)、NPB (或α-NPD)、TPD、DFLDPBi和BSPB等。
可以使用多种材料作为主体材料。例如，为了抑制结晶，可以进一步加入抑制结晶的物质如红荧烯。另外，可以进一步加入NPB或Alq等，从而向客体材料有效地传输能量。
采用客体材料分散在主体材料中的结构时，可以抑制发光层113的结晶。此外，可以抑制由于客体材料的高浓度导致的浓度猝灭。
电子传输层114是包含具有高电子传输性质的物质的层。具有高电子传输性质的物质的例子包括：具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物，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)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉)合铍(缩写：BeBq2)和二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基酚酸根)合铝(缩写：BAlq)。也可以使用包含噁唑基或噻唑基配体的金属络合物等，例如二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑]合锌(缩写:Zn(BOX)2)或二[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]合锌(缩写:Zn(BTZ)2)。除了金属络合物之外，还可以使用以下物质：2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(缩写：PBD)、1,3-二[5-(对-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-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)等。在此给出的物质主要是电子迁移率大于或等于10-6cm2/V·s的那些物质。应注意，所述电子传输层不限于单层,可以是包含任意上述物质的两个或多个层的叠层。
电子注入层115是包含具有高电子注入性质的物质的层。对电子注入层115，可以使用碱金属、碱土金属或者其化合物，例如锂、铯、钙、氟化锂、氟化铯、氟化钙或者氧化锂。还可以使用稀土金属化合物如氟化铒。还可以使用上述任意物质用于形成电子传输层114。
或者，可以将有机化合物与电子供体(供体)混合形成的复合材料用于电子注入层115。这种复合材料因为能通过电子供体在有机化合物中产生电子而具有优异的电子注入性质和电子传输性质。在这种情况，有机化合物优选在传输产生的电子方面性能优异的材料。具体地，例如，可以使用形成电子传输层114的上述材料(如，金属络合物或杂芳族化合物)。可以使用对有机化合物显示供电子性质的物质作为电子供体。优选使用碱金属、碱土金属或稀土金属，如锂、铯、镁、钙、铒或镱。此外，优选使用碱金属氧化物或碱土金属氧化物，如氧化锂、氧化钙或氧化钡。也可以使用路易斯碱如氧化镁。也可以使用有机化合物如四硫富瓦烯(缩写：TTF)。
应注意，上述空穴注入层111、空穴传输层112、发光层113、电子传输层114和电子注入层115可以各自通过如蒸发法(例如真空蒸发法)、喷墨法或涂覆法形成。
当第二电极103用作为阴极时，该电极可使用具有低功函(优选，功函小于或等于3.8eV)的金属、合金、导电化合物及其混合物等形成。具体地，可以使用以下任一种材料：铝或银；属于周期表第1族或第2族的元素,即碱金属，例如锂或铯，或者碱土金属例如镁、钙或锶，上述金属的合金(如Mg-Ag或Al-Li)；稀土金属，例如铕或镱；或上述金属的合金等。
应注意，在EL层102中，与第二电极103接触形成的层是由复合材料形成时，可以使用各种导电材料如Al、Ag、ITO、含硅或氧化硅的氧化铟锡，而不考虑功函，所述复合材料是上面所述的有机化合物与电子给体混合形成。
应注意，第二电极103可以采用真空蒸发法或溅射法形成。在使用银糊等的情况，可以采用涂覆法或喷墨法等。
在上述发光元件中，因为在第一电极101和第二电极103之间产生电势差以及在EL层102中空穴和电子重新结合，导致产生电流，从而发光。然后，发射的光通过第一电极101和第二电极103中的一者或者两者被提取(extracted)。因此，第一电极101和第二电极103中的一者或两者是具有透射可见光性质的电极。
应注意，在第一电极101和第二电极103之间的层结构不限于上述结构。也可以采用不同于上述的结构，只要在远离第一电极101和第二电极103的部分中具有空穴和电子重新结合的发光区，以防止因发光区接近金属而产生的猝灭。
也就是说，对所述层的层叠结构没有特别的限制，由具有高电子传输性质的物质、具有高空穴传输性质的物质、具有高电子注入性质的物质、具有高空穴注入性质的物质、双极性物质(具有高电子传输性质和高空穴传输性质的物质)、空穴阻挡物质等形成的层可以自由地与发光层组合。
在图1B所示的发光元件中，EL层102设置在基板100上的第一电极101和第二电极103之间。EL层102包括空穴注入层111、空穴传输层112、发光层113、电子传输层114和电子注入层115。图1B中的发光元件包括：在基板100上用作阴极的第二电极103；电子注入层115，电子传输层114，发光层113，空穴传输层112和空穴注入层111，这些层按照上述顺序层叠在第二电极103上；以及在空穴注入层111之上作为阳极的第一电极101。
另外，本发明一个实施方式的咔唑化合物的HOMO能级深，其LUMO能级浅。而且，所述咔唑化合物具有宽带隙。由于这些原因，所述咔唑化合物可以较佳地用作邻近发光层的载流子传输层(例如，空穴传输层、电子传输层或空穴阻挡层)。使用咔唑化合物能获得高效率的元件。
以下将描述发光元件的具体制作方法。
本实施方式的发光元件具有将EL层插在一对电极之间的结构。电极(第一电极或第二电极)和EL层可以采用湿法例如滴液排放法(喷墨法)、旋涂法或印刷法形成，或者采用干法例如真空蒸发法、CVD法或溅射法形成。使用湿法时，能用简单的装置并通过简单的方法在常压下形成，能简化工艺和改进生产率。与湿法不同，干法不需要将材料溶解，能够使用在溶液中溶解度低的材料，扩大了材料的选择范围。
发光元件中包含的所有薄膜都可以采用湿法形成。在这种情况，发光元件可以只用湿法需要的设备制造。或者，形成层叠层以至形成发光层可以采用湿法进行，而堆叠在发光层上的功能层、第一电极等可采用干法形成。或者，在形成发光层之前采用干法形成第二电极和功能层，而发光层、堆叠在其上的功能层以及第一电极可以采用湿法形成。无须再言，本实施方式不限于此，可以根据使用的材料、必需的膜厚度和界面状态，适当选择湿法或干法形成发光元件。
如上所述，可以使用本发明一个实施方式的咔唑化合物制作发光元件。根据本发明的一个实施方式制得了具有高发光效率的发光元件。而且，可以获得长寿命的发光元件。
此外，使用如上所述制得的本发明一个实施方式的发光元件的发光器件(例如图像显示器件)可具有较低的功率消耗。
应注意，通过使用在本实施方式中所述的发光元件，可以制造无源矩阵发光器件或有源矩阵发光器件，这些器件中通过薄膜晶体管(TFT)控制发光元件的驱动。
本实施方式可以与任一其他实施方式适当组合实施。
(实施方式3)
本实施方式中，将结合图2A和2B对结构中具有多个层叠的发光单元(以下称为层叠型元件)的发光元件的模式进行描述。所述发光元件是包含多个在第一电极和第二电极之间的发光单元的发光元件。
在图2A中，在第一电极301和第二电极303之间，第一发光单元311和第二发光单元312层叠在一起。本实施方式中，第一电极301作为阳极，第二电极303作为阴极。所述第一电极301和第二电极303可以与实施方式2中的电极相同。此外，所述第一发光单元311和第二发光单元312可以具有相同的或不同的结构。第一发光单元311和第二发光单元312可以与实施方式2中的结构相同，或者它们中任一单元可以与实施方式2中的结构不同。
此外，在第一发光单元311和第二发光单元312之间有电荷产生层313。电荷产生层313的作用是，通过向第一电极301和第二电极303之间施加电压，将电子注入一个发光单元，将空穴注入另一个发光单元。在该实施方式中，向第一电极301施加电压，使得其电势高于第二电极303，电荷产生层313将电子注入第一发光单元311，将空穴注入第二发光单元312。
应注意，电荷产生层313优选在光提取效率方面具有透射可见光的性质。此外，电荷产生层313即使在其电导率小于第一电极301或第二电极303时仍发挥作用。
电荷产生层313的结构可以包含具有高空穴传输性质的有机化合物和电子受体，或者包含具有高电子传输性质的有机化合物和电子供体。或者，可以将这些结构层叠。应注意，电子受体和电子供体在电场的作用下至少能提供和接受电子。
若向结构中具有高空穴传输性质的有机化合物加入电子受体，则可以使用本发明一个实施方式的咔唑化合物作为所述具有高空穴传输性质的有机化合物。此外，可以使用芳胺化合物如NPB、TPD、TDATA、MTDATA或4,4′-二[N-(螺-9,9′-二芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(缩写:BSPB)等。在此提及的物质主要是空穴迁移率大于或等于10-6cm2/V·s的那些物质。注意，可以使用除了上述物质之外的物质，只要是空穴传输性质高于电子传输性质的有机化合物即可。
可使用7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟喹啉并二甲烷(缩写：F4-TCNQ)、氯醌等作为电子受体的例子。此外，给出过渡金属氧化物。还可以使用周期表第4-8族的金属的氧化物。具体来说，优选使用氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰和氧化铼，这是因为它们具有高电子接受性质。其中，尤其优选氧化钼，因为氧化钼在空气中稳定，吸湿性低，容易进行处理。
相反，若向结构中具有高电子传输性质的有机化合物加入电子供体，则可以使用例如具有喹啉骨架或者苯并喹啉骨架的金属络合物作为所述具有高电子传输性质的有机化合物，如Alq、Almq3、BeBq2或BAlq等。或者，可以使用具有噁唑基配体或噻唑基配体的金属络合物，例如Zn(BOX)2或Zn(BTZ)2。或者，除了金属络合物外，可以使用PBD、OXD-7、TAZ、BPhen、BCP等。在此提及的物质主要是电子迁移率大于或等于10-6cm2/V·s的那些物质。注意，可以使用除了上述物质之外的物质，只要是电子传输性质高于空穴传输性质的有机化合物即可。
此外，作为电子供体，可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属、元素周期表第13族的金属，或者其氧化物或碳酸盐。具体地，优选使用锂、铯、镁、钙、镱、铟、氧化锂、碳酸铯等。或者，可以使用有机化合物如四硫富瓦烯作为电子供体。
应注意，通过使用上述任一种材料形成电荷产生层313，可以抑制EL层层叠时造成的驱动电压增大。
在本实施方式中，描述了具有两个发光单元的发光元件，可以将本发明的一个实施方式类似地应用于具有三个或更多个发光单元的发光元件，如图2B所示。像本实施方式的发光元件一样，被电荷产生层隔开的多个发光单元被设置在一对电极之间，因此可以提供寿命长的发光元件，并且能发射具有亮度的光，同时保持低电流密度。
此外，当发光单元发射光颜色不同时，可以从作为一个整体的发光元件中获得所需颜色光的发射。例如，在包括两种发光单元的发光元件中，其中第一发光单元发射一种颜色，第二发光单元发射互补色,有可能得到整体发射白光的发光元件。应注意，“互补色”表示混合时能产生消色差颜色的颜色。换言之，混合从发射互补色的物质中获得的光时，能得到白光发射。这也可以应用于包括三个或多个发光单元的发光元件。例如，第一发光单元发射红光，第二发光单元发射绿光和第三发光单元发射蓝光时，整体发光元件可以发射白光。
应注意，该实施方式可以与任何其它实施方式自由组合。
(实施方式4)
本实施方式中，参照图3A和3B描述具有本发明一个实施方式的发光元件的发光器件。图3A是显示发光器件的顶视图。图3B是图3A中沿A-B和C-D线的截面图。
在图3A中，附图标记401指驱动电路部分(源侧驱动电路)，附图标记402表示像素部分，附图标记403指驱动电路部分(栅侧驱动电路)，它们由虚线示出。附图标记404指密封基板，附图标记405指密封材料，被密封材料405包围的部分是空间。
应注意，引线408用于传输信号，将信号输入到源侧驱动电路401和栅侧驱动电路403，并接收来自柔性印刷电路(FPC)409的图像信号、时钟信号、起动信号、重置信号等，所述FPC409用作外部输入终端。尽管只显示了FPC，但是可以将FPC与印刷线路板(PWB)连接。本说明书中发光器件在其分类上不仅仅包括发光器件本身，也包括用FPC或PWB提供的发光器件。
接下来，将参照图3B描述剖面结构。在元件基板410上形成驱动电路部分和像素部分。这里，图中显示了像素部分402中的一个像素和作为所述驱动电路部分的源侧驱动电路401。
应注意，通过结合n-沟道TFT 423和p-沟道TFT 424形成的CMOS电路作为源侧驱动电路401。所述驱动电路可以是使用TFT形成的各种类型的电路，例如CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路。虽然在本实施方式中描述的驱动电路是形成在基板上的驱动-集成型电路，但是本发明不限于这种类型，可以在该基板外形成驱动电路。
像素部分402包括多个像素，这些像素包括开关TFT411、电流控制TFT412以及与电流控制TFT 412的漏极电连接的第一电极413。形成绝缘体414，以覆盖第一电极413的端部。在此，使用正型光敏丙烯酸树脂薄膜形成绝缘体414。
为改进覆盖，提供绝缘体414时，使其上端部或下端部具有一定曲率的曲面。例如，当使用正型光敏丙烯酸类树脂作为绝缘体414的材料时，优选绝缘体414仅在上端部具有一定曲率半径(0.2-3微米)的曲面。可以使用在光辐照下不溶于蚀刻剂中的负型材料或在光辐照下溶于蚀刻剂中的正型光敏材料形成绝缘体414。
在第一电极413上形成EL层416和第二电极417。本文中，优选使用具有高功函的材料作为形成第一电极413(作为阳极)的材料。例如，可以使用单层ITO膜，包含硅的氧化铟锡膜，包含2-20wt％氧化锌的氧化铟膜，氮化钛膜，铬膜，钨膜，Zn膜或Pt膜等，包含氮化钛膜和主要包含铝的膜的叠层，氮化钛膜、主要包含铝的膜和氮化钛膜的三层结构等。应注意，层叠结构使得导线的电阻低，并能获得良好的欧姆接触。
可采用任何方法，例如使用蒸发掩模的蒸发法、如喷墨法的滴液排放法、印刷法和旋涂法形成EL层416。EL层416包含实施方式1中所述的咔唑化合物。此外，EL层416中包含的另一种物质可以是低分子材料、低聚物、枝状聚合物、高分子材料等。
优选使用低功函的材料(例如Al、Mg、Li、Ca或其合金或其化合物，如Mg-Ag、Mg-In或Al-Li)作为用于第二电极417的材料，所述第二电极417在EL层416上形成并用作阴极。为使EL层416中产生的光透射通过第二电极417，第二电极417可以是用厚度较小的金属薄膜和透明导电膜(如ITO、含2-20重量％氧化锌的氧化铟、含硅或氧化硅的氧化铟锡或者氧化锌(ZnO))的叠层形成。
用密封剂405将密封基板404贴附于元件基板410；因此，在被元件基板410、密封基板404和密封剂405围绕的空间407中提供了发光元件418。应注意，用填料例如惰性气体(如氮气或氩气)或者密封材料405填充该空间407。
注意，优选使用环氧基树脂作为密封剂405。优选尽可能不透湿气或氧气的材料。除了玻璃基板或石英基板以外，还可以使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯或丙烯酸类材料等形成的塑料基材作为密封基板404的材料。
如上所述，可以获得具有本发明一个实施方式的发光元件的有源矩阵发光器件。
此外，本发明一个实施方式的发光元件可以用于无源矩阵发光器件以及上述有源矩阵发光器件。图4A和4B显示使用本发明一个实施方式的发光元件的无源矩阵发光器件的透视图和截面图。图4A是所述发光器件的透视图。图4B是沿图4A中X-Y线的截面图。
在图4A和4B中，在基板501上的第一电极502和第二电极503之间提供EL层504。第一电极502的端部被绝缘层505覆盖。而且，在绝缘层505上提供分隔层506。该分隔层506的侧壁倾斜，使得一个侧壁与另一个侧壁之间的距离向基板表面方向逐渐减小。换言之，沿分隔层506在窄侧方向的截面为梯形，并且底边(与绝缘层505接触的边，是梯形截面一对平行边中的一条)的长度小于顶边(不与绝缘层505接触的边，是一对平行边中的另一边)的长度。以这种方式设置分隔层506能防止由于干扰等原因导致的发光元件缺陷。
如上所述，可以获得具有本发明一个实施方式的发光元件的无源矩阵发光器件。
在本实施方式中所述的发光器件(有源矩阵发光器件和无源矩阵发光器件)都可采用在本发明一个实施方式中所述的发光元件制成，因此，具有低功率消耗。
应注意，本实施方式可以在适当的情况下与任何其它实施方式自由组合。
(实施方式5)
本实施方式中，将参照图5A至5E和图6描述使用本发明一个实施方式的发光器件完成的多种电子器件和照明器件的例子。
应用了所述发光器件的电子器件的例子包括电视机器件(也称作TV或电视接收器),计算机显示器等,照相机例如数码照相机或数码摄像机,数码相框,移动电话(也称作便携式电话机),便携式游戏机,便携式信息终端,音频回放器件,大型游戏机例如弹球机等。图5A-5E显示了这些电子器件和照明器件的一些具体例子。
图5A描述了电视机器件7100。在电视机器件7100中,显示器部分7103结合在外壳7101之内。显示器部分7103能显示图像，可以将发光器件用于显示器部分7103。另外，本文中，外壳7101由支架7105支撑。
可以用外壳7100的操作开关或者独立的遥控器7101操纵所述电视机器件7110。可以使用遥控器7110的操控键7109调节频道和控制音量，由此控制显示器部分7103上显示的图像。可以在所述遥控器7110上提供显示器部分7107，用来显示从遥控器7110输出的显示数据。
注意，为电视机器件7100提供接收器、调制解调器等。可以用接收器接收一般的电视广播。另外,当电视机器件7100通过调制解调器与通信网络有线或无线连接时，可以进行单路(从发送者到接收者)或双路(在发送者和接收者之间，在接收者之间等)信息交流。
图5B显示计算机，其包括主体7201、外壳7202、显示器部分7203、键盘7204、外部连接端口7205、点击器件7206等。该电脑使用显示器部分7203的发光器件制作。
图5C显示便携式游戏机，其包括两个外壳,即外壳7301和外壳7302，这两个外壳通过连接件7303连接，因此该便携式游戏机可以打开或折叠。显示器部分7304结合在外壳7301中，显示器部分7305结合在外壳7302中。另外，图5C所示的便携式游戏机包括扬声器部分7306、记录介质插入部分7307、LED灯7308、输入装置（操控键7309、连接终端7310、传感器7311(具有测量作用力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋转频率、距离、亮度、液体、磁性、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电功率、辐射、流速、湿度、梯度、振动、气味或红外线的功能的传感器)或麦克风7312)等。不言而喻，便携式游戏机的结构不限于以上描述，只要发光器件至少能用于显示器部分7304或显示器部分7305，或同时用于二者即可，并且可以在适当的情况下包括其它附件。图5C的便携式游戏机具有以下功能：读取存储介质中存储的程序或者数据，将其显示在显示器部分上，以及通过无线通信与另一个便携式游戏机分享信息。图5C所示的便携式游戏机具有各种功能，不限于上述功能。
图5D显示移动电话的一个例子。移动电话7400具有结合在外壳7401中的显示器部分7402、操控按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。应注意，移动电话7400使用用于显示器部分7402的发光器件制作。
当用手指等接触图5D所示的移动电话7400的显示器部分7402的时候,可以将数据输入到移动电话7400中。使用者可以通过用手指等接触显示器部分7402拨打电话和编辑电子邮件。
显示器部分7402主要有三种屏幕模式。第一种模式是主要用于显示图像的显示模式。第二种模式是主要用于输入文本之类的信息的输入模式。第三种模式是显示和输入模式，这是显示模式和输入模式两种模式的组合。
例如，在拨打电话或者编辑电子邮件的时候,显示器部分7402上选择主要用于输入文本的文本输入模式，以便输入在屏幕上显示的文本。在这种情况下，优选在显示器部分7402的几乎整个屏幕上显示键盘或数字按键。
当在移动电话7400内提供检测器件，包括用来检测倾斜度的传感器，例如陀螺仪或者加速传感器的时候,检测移动电话7400的方向(移动电话是水平放置或者垂直放置，用于风景模式或者肖像模式)，显示器部分7402的屏幕显示就可以自动切换。
通过接触显示器部分7402或者操作外壳7401的操控按键7403，切换屏幕模式。或者可以根据显示器部分7402上显示的图像的种类切换屏幕模式。例如，当显示器部分上显示的图像信号是移动图像数据信号的时候，将屏幕模式切换到显示模式。当信号是文本数据信号的时候，将屏幕模式切换到输入模式。
另外，在输入模式中,如果显示器部分7402的光学传感器检测到信号而显示器部分7402上的接触输入在一定时间尚未进行，可以对屏幕模式进行控制以，从输入模式切换到显示模式。
所述显示器部分7402可以作为图像传感器。例如，显示器部分7402与手掌或者手指接触获取手掌印、指纹等的图像,从而进行个人身份确认。另外，当在显示器部分设置发射近红外光的背光或传感光源时,可以获取指纹、掌纹等的图像。
图5E显示一种台灯,其包括照明部分7501、灯罩7502、可调节臂7503、支架7504、底座7505和电源7506。该台灯使用用于照明部分7501的发光器件制作。应注意，灯在其分类上包括天花板灯和壁灯等。
图6示出将发光器件用于室内照明器件的例子。由于发光器件具有较大的面积，该发光器件可以用作具有大面积的照明器件。所述发光器件也可以用作卷动型照明器件802。如图6所示，参照图5E所述的台灯803也可以在提供了室内照明器件801的房间中使用。
在以上方式中，电子器件和照明器件可以用所述发光器件制作。发光器件的应用范围极广，所述发光器件可应用于各种电子器件领域。
应注意，本实施方式中所述的结构可以与实施方式1-4中所述的任意结构适当组合。
[实施例1]
本实施例中，将描述制备实施方式1中由结构式(100)表示的3-[4-(1-萘基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPN)的合成实例1和合成实例2。
[38]
Figure BDA00002580529100541
<合成实例1>
在200mL三颈烧瓶中，将5.0g(15.5mmol)3-溴-9-苯基-9H-咔唑、4.2g(17.1mmol)4-(1-萘基)-苯基硼酸、38.4mg(0.2mmol)乙酸钯(II)、104mg(0.3mmol)三(2-甲基苯基)膦、50mL甲苯、5mL乙醇和30mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛85℃下加热并搅拌9小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入500mL甲苯，通过Florisil(由瓦克纯化学工业有限公司(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)生产，目录编号540-00135)、氧化铝(中性，由默克公司(Merck Ltd)生产)和C盐(Celite)(由瓦克纯化学工业有限公司生产，目录编号531-16855)对该混合物溶液的有机层进行抽滤。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯：己烷=1:4)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入甲醇。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到6.24g白色粉末状目标物质，产率90％。合成实例1的反应方案示于(F1-1)。
[39]
Figure BDA00002580529100551
目标物质和3-溴-9-苯基-9H-咔唑的Rf值分别为0.42和0.58，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将合成实例1获得的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.30-7.35(m,1H),7.44-7.67(m,14H),7.76(dd,J=8.7Hz,1.8Hz,1H),7.84-7.95(m,4H),8.04(d,J=7.8,1H),8.23(d,J=7.8,1H),8.46(d,J=1.5,1H)。
图7A和7B是1H NMR谱。应注意，图7B是图7A在7.0ppm至9.0ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质3-[4-(1-萘基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPN)。
<合成实例2>
在本合成实例中，描述不同于合成实例1的PCPN的合成实例。
[步骤1：3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的合成方法]
在300mL三颈烧瓶中，将14g(50mmol)4-溴碘代苯、14g(50mmol)9-苯基-9H-咔唑-3-硼酸、110mg(0.5mmol)乙酸钯(II)、300mg(1.0mmol)三(邻甲苯基)膦、50mL甲苯、10mL乙醇和25mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛80℃下加热并搅拌6小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入200mL甲苯，通过Florisil和C盐过滤得到的悬浮液。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯：己烷=1:4)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入己烷。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到15g白色粉末状目标物质，产率75％。步骤1的反应方案示于(F1-2)。
目标物质和4-溴碘代苯的Rf值分别为0.32和0.74，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将步骤1获得的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.24-7.32(m,1H),7.40-7.64(m,13H),8.17(d,J=7.2Hz,1H),8.29(s,1H)。
图8A和8B是1H NMR谱。应注意，图8B是图8A在7.0ppm至8.5ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑。
用GC-MS检测器(ITQ1100离子阱GC/MS系统，由塞摩费舍尔科学有限公司(Thermo Fisher Scientific K.K)制造)测量上述化合物的分子量。图9是其谱图。测得分子量为397.13的主峰(模式为EI+)。测试结果确认能获得目标物质3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑。
[步骤2：3-(4-(1-萘基)-苯基)-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPN)的合成方法]
在50mL三颈烧瓶中，将2.4g(5.0mmol)3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑、1.1g(5.5mmol)萘-1-硼酸、20mg(0.1mmol)乙酸钯(II)、36mg(0.1mmol)三(邻甲苯基)膦、10mL甲苯、1.5mL乙醇和5mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛90℃下加热并搅拌14小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入200mL甲苯，通过Florisil、氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯：己烷=1:4)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入丙酮和甲醇。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到2.3g白色粉末状目标物质，产率86％。步骤2的反应方案示于(F1-3)。
Figure BDA00002580529100571
目标物质和3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的Rf值分别为0.57和0.65，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
此外，核磁共振(NMR)确认合成实例2得到的化合物是目标物质3-[4-(1-萘基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPN)。
图10A显示PCPN在PCPN的甲苯溶液中的吸收光谱，图10B显示其发射光谱。图11A显示PCPN薄膜的吸收光谱，图11B显示其发射光谱。使用紫外-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司(Hamamatsu Photonics Corporation)制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图10A显示PCPN在PCPN溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。图11A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图10A和10B以及图11A和11B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约300nm观察到吸收峰，最大发射波长为384nm(激发波长：320nm)。对于薄膜的情况，在约322nm观察到吸收峰，最大发射波长为398nm(激发波长：324nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的PCPN是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料另外，发射光谱显示PCPN表现为发射蓝紫色光。
[实施例2]
本实施例中，将描述制备实施方式1中由结构式(102)表示的3-[4-(9-菲基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPPn)的实例。
[步骤1:4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基硼酸的合成方法]
在300mL三颈烧瓶中加入反应方案(F1-2)中得到的3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑8.0g(20mmol)，用氮气置换烧瓶中的气氛，再向烧瓶中加入100mL脱水四氢呋喃(缩写:THF)，并将温度降低至-78℃。向该混合物中加入3.4mL(30mmol)硼酸三甲酯，将添加有硼酸三甲酯的混合物在-78℃搅拌2小时，在室温下搅拌18小时。反应之后，向该反应溶液中加入1M稀盐酸，直至溶液变酸性，将添加稀盐酸的溶液搅拌7小时。对该溶液进行乙酸乙酯萃取，用饱和盐水洗涤得到的有机层。洗涤之后，向有机层中加入硫酸镁以去除水分。对该悬浮液过滤，将产生的滤液浓缩，在其中加入己烷。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到6.4g白色粉末状目标物质，产率88％。步骤1的反应方案示于(F2-1)。
Figure BDA00002580529100591
目标物质和3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的Rf值分别为0(原点)和0.53，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。另外，目标物质和3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的Rf值分别为0.72和0.93，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)使用乙酸乙酯作为洗脱溶剂测得的。
[步骤2：3-(4-(9-菲基)-苯基)-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPPn)的合成方法]
在200mL三颈烧瓶中，将1.5g(5.0mmol)9-苯基-9H-咔唑-3-基-苯基-4-硼酸、3.2g(11mmol)9-溴化菲、11mg(0.1mmol)乙酸钯(II)、30mg(0.1mmol)三(邻甲苯基)膦、30mL甲苯、3mL乙醇和5mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛90℃下加热并搅拌6小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入200mL甲苯，通过Florisil、氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯：己烷=1:4)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入丙酮和甲醇。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到2.2g白色粉末状目标物质，产率75％。步骤2的反应方案示于(F2-2)。
目标物质和9-溴化菲的Rf值分别为0.33和0.70，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将得到的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.30-7.35(m,1H),7.43-7.78(m,16H),7.86-7.93(m,3H),8.01(dd,J=0.9Hz,7.8Hz,1H),8.23(d,J=7.8Hz,1H),8.47(d,J=1.5Hz,1H),8.74(d,J=8.1Hz,1H),8.80(d,J=7.8Hz,1H)。
图12A和12B是1H NMR谱。应注意，图12B是图12A在7.0ppm至9.0ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质PCPPn(缩写)。
图13A显示PCPPn在PCPPn的甲苯溶液中的吸收光谱，图13B显示其发射光谱。图14A显示PCPPn薄膜的吸收光谱，图14A显示其发射光谱。使用紫外-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图13A显示PCPPn在PCPPn溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。图14A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图13A和13B以及图14A和14B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约300nm观察到吸收峰，最大发射波长为383nm(激发波长：300nm)。对于薄膜的情况，在约321nm观察到吸收峰，最大发射波长为410nm (激发波长：331nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的PCPPn是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示PCPPn表现为发射蓝紫色光。
此外，采用差式扫描量热计(DSC)检测PCPPn的玻璃化转变温度(Tg)。测量结果显示玻璃化转变温度是114℃。在这种方式中，PCPPn具有高玻璃化转变温度和良好的耐热性。此外，未观察到结晶峰，显示PCPPn是难以结晶的物质。
[实施例3]
本实施例中，将描述制备实施方式1中由结构式(105)表示的9-苯基-3-[4-(苯并[9,10]菲-2-基)-苯基]-9H-咔唑(缩写:PCzPTp)的实例。
Figure BDA00002580529100611
在100mL三颈烧瓶中，将0.5g(2.0mmol)2-溴苯并[9,10]菲、3.3g(9.2mmol)4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基硼酸、20mg(0.1mmol)乙酸钯(II)、60mg(0.2mmol)三(邻甲苯基)膦、20mL甲苯、2mL乙醇和7.5mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛85℃下加热并搅拌16小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入500mL甲苯，通过Florisil、氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。此时，使用甲苯作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入甲醇。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到的白色粉末是目标物质。步骤1的反应方案示于(F3-1)。
目标物质和2-溴苯并[9,10]菲的Rf值分别为0.21和0.46，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将得到的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.31-7.36(m,1H),7.45-7.53(m,4H),7.61-7.78(m,9H),7.89-8.01(m,5H),8.24(d,J=7.5Hz,1H),8.46(d,J=1.5Hz,1H),8.67-8.82(m,5H),8.95(d,J=2.1Hz,1H)。
图15A和15B是1H NMR谱。应注意，图15B是图15A在7.0ppm至9.5ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质PCzPTp。
图16A显示PCzPTp在PCzPTp的甲苯溶液中的吸收光谱，图16B显示其发射光谱。使用紫外-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。测量以溶液置于石英池中的方式进行。图16A显示PCzPTp在PCzPTp溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。在图16A和16B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约325nm观察到吸收峰，最大发射波长为385nm(激发波长：347nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的PCzPTp是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示PCzPTp表现为发射蓝紫色光。
[实施例4]
本实施例中，将描述制备实施方式1中由结构式(108)表示的3-[3-(9-菲基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:mPCPPn)的实例。
Figure BDA00002580529100631
[步骤1：3-(3-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的合成方法]
在500mL三颈烧瓶中，将31g(110mmol)3-溴碘代苯、29g(100mmol)9-苯基-9H-咔唑-3-硼酸、22mg(0.1mmol)乙酸钯(II)、60mg(1.2mmol)三(邻甲苯基)膦、100mL甲苯、10mL乙醇和50mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛80℃下加热并搅拌2.5小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入200mL甲苯，通过Florisil和C盐过滤得到的悬浮液。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。浓缩得到的滤液，并向其中加入甲苯和甲醇。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到22g白色粉末状目标物质，产率54％。步骤1的反应方案示于(F4-1)。
[48]
Figure BDA00002580529100641
目标物质和3-溴碘代苯的Rf值分别为0.29和0.67，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
[步骤2：3-(3-(9-菲基)-苯基)-9-苯基-9H-咔唑(缩写:mPCPPn)的合成方法]
在200mL三颈烧瓶中，将3.0g(7.5mmol)3-(3-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑、1.8g(8.29mmol)菲-9-硼酸、19mg(0.1mmol)乙酸钯(II)、76mg(0.2mmol)三(2-甲基苯基)膦、70mL甲苯、7mL乙醇和20mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛100℃下加热并搅拌5小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入500mL甲苯，通过Florisil、氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯：己烷=2:3)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入己烷。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到2.76g白色粉末状目标物质，产率74％。步骤2的反应方案示于(F4-2)。
[49]
Figure BDA00002580529100651
目标物质和3-(3-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的Rf值分别为0.25和0.58，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂包含比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将得到的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.28-7.32(m,1H),7.42-7.76(m,15H),7.81-7.84(m,2H),7.92-7.95(m,2H),8.06(d,J=8.1Hz,1H),8.18(d,J=7.8Hz,1H),8.44(d,J=1.5Hz,1H),8.76(d,J=8.1Hz,1H),8.81(d,J=8.7Hz,1H)。
图17A和17B是1H NMR谱。应注意，图17B是图17A在6.5ppm至9.0ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质mPCPPn。
图18A显示mPCPPn在mPCPPn的甲苯溶液中的吸收光谱，图18B显示其发射光谱。图19A显示mPCPPn薄膜的吸收光谱，图19B显示其发射光谱。使用紫外-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图18A显示mPCPPn在mPCPPn溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。图19A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图18A和18B以及图19A和19B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约298nm观察到吸收峰，最大发射波长为363nm(激发波长：311nm)。对于薄膜的情况，在约350nm观察到吸收峰，最大发射波长为389nm(激发波长：353nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的mPCPPn是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示mPCPPn表现为发射蓝紫色光。
此外，采用差示扫描量热计(DSC)检测mPCPPn的玻璃化转变温度(Tg)。测量结果显示玻璃化转变温度是109℃。在这种方式中，mPCPPn具有高玻璃化转变温度和良好的耐热性。此外，未观察到结晶峰，显示mPCPPn是难以结晶的物质。
[实施例5]
本实施例中，将描述制备实施方式1中由结构式(111)表示的9-苯基-3-[3-(苯并[9,10]菲-2-基)-苯基]-9H-咔唑(缩写:mPCzPTp)的实例。
Figure BDA00002580529100661
在50mL三颈烧瓶中，将0.7g(1.8mmol)3-溴-9-苯基-9H-咔唑、0.5g(1.8mmol)苯并[9,10]菲-2-硼酸、4.1mg(18μmol)乙酸钯(II)、28mg(92μmol)三(邻甲苯基)膦、6.9mL甲苯、2.3mL乙醇和1.9mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛80℃下加热并搅拌3小时，进行反应。
反应之后，用甲苯萃取所获悬浮液的水层。获得的萃取溶液和悬浮液一并用饱和盐水洗涤，再向获得的溶液中加入硫酸镁来吸收水分。通过重力过滤分离该悬浮液，将滤液浓缩，获得油状物质。该油状物通过硅胶柱层析进行纯化。先使用甲苯和己烷(甲苯:己烷=1:9)的混合溶剂作为洗脱溶剂，再使用甲苯和己烷(甲苯:己烷=1:6)的混合溶剂作为洗脱溶剂进行柱层析。将获得的馏分浓缩，获得油状物。向所述油状物中加入甲苯和己烷，将混合物结晶，得到0.9g白色固体状目标物质，产率为90％。该合成方法的反应方案示于(F5-1)。
Figure BDA00002580529100671
将得到的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.30-7.54(m,5H),7.60-7.80(m,12H),8.01(dd,J=8.4Hz,1.5Hz,1H),8.14(s,1H),8.23(d,J=7.8Hz,1H),8.47(d,J=2.1Hz,1H),8.67-8.80(m,5H),8.95(d,J=1.5Hz,1H)。
图20A和20B是1H NMR谱。应注意，图20B是图20A在7.0ppm至9.0ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质mPCzPTp。
图21A显示mPCzPTp在mPCzPTp的甲苯溶液中的吸收光谱，图21B显示其发射光谱。图22A显示mPCzPTp薄膜的吸收光谱，图22B显示其发射光谱。使用UV-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图21A显示mPCzPTp在mPCzPTp溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。图22A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图21A和21B以及图22A和22B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约290nm观察到吸收峰，最大发射波长为381nm(激发波长：290nm)。对于薄膜的情况，在约277nm观察到吸收峰，最大发射波长为397nm(激发波长：306nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的mPCzPTp是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示mPCzPTp表现为发射蓝紫色光。
[实施例6]
本实施例中，将描述制备实施方式1中由结构式(120)表示的9-(1-萘基)-3-[4-(1-萘基)-苯基]-9H-咔唑(缩写:NCPN)的实例。
Figure BDA00002580529100681
[步骤1：3-溴-9-(1-萘基)-9H-咔唑的合成方法]
在200mL锥形瓶中，将5.9g(20mmol)9-(1-萘基)-9H-咔唑溶解于50mL甲苯和70mL乙酸乙酯的混合溶剂中，再向该溶液中加入3.6g(20mmol)N-溴琥珀酰亚胺(缩写:NBS)。室温下搅拌该混合物36小时。反应完成之后，用水洗涤该混合溶液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。过滤该悬浮液，将产生的滤液浓缩并收集。结果得到7.4g白色粉末状目标物质，产率为99％。在(F6-1)中示出步骤1的合成方案。
Figure BDA00002580529100682
[步骤2：9-(1-萘基)-3-[4-(1-萘基)-苯基]-9H-咔唑(缩写:NCPN)的合成方法]
在200mL三颈烧瓶中，将5.0g(13mmol)3-溴-9-(1-萘基)-9H-咔唑、3.7g(15mmol)4-(1-萘基)苯基硼酸、34mg(0.2mmol)乙酸钯(II)、91mg(0.3mmol)三(2-甲基苯基)膦、50mL甲苯、5mL乙醇和30mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛100℃下加热并搅拌1小时，进行反应。此外，加入334mg(1.35mmol)4-(1-萘基)苯基硼酸、15.0mg(0.07mmol)乙酸钯(II)和45mg(0.15mmol)三(2-甲基苯基)膦，在氮气气氛100℃条件下加热并搅拌混合物6小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入500mL甲苯，通过Florisil、氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯：己烷=1:4)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入己烷。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到5.4g白色粉末状目标物质，产率82％。步骤2的反应方案示于(F6-2)。
Figure BDA00002580529100691
目标物质和3-溴-9-(1-萘基)-9H-咔唑的Rf值分别为0.25和0.53，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂包含比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将得到的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.04(dd,J=6.3Hz,1.5Hz,1H),7.11(d,J=8.4Hz,1H),7.30-7.70(m,14H),7.83-7.94(m,4H),8.02-8.07(m,3H),8.28(dd,J=6.3Hz,2.4Hz,1H),8.52(d,J=1.5Hz,1H)。
图23A和23B是1H NMR谱。应注意，图23B是图23A在6.0ppm至9.0ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质NCPN。
图24A显示NCPN在NCPN的甲苯溶液中的吸收光谱，图24B显示其发射光谱。图25A显示NCPN薄膜的吸收光谱，图25B显示其发射光谱。使用UV-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图24A显示NCPN在NCPN溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。图25A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图24A和24B以及图25A和25B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约300nm观察到吸收峰，最大发射波长为388nm(激发波长：300nm)。对于薄膜的情况，在约322nm观察到吸收峰，最大发射波长为397nm(激发波长：328nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的NCPN是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示NCPN表现为发射蓝紫色光。
[实施例7]
本实施例中，将描述制备实施方式1中由结构式(112)表示的3,6-二-[4-(1-萘基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:NP2PC)的实例。
Figure BDA00002580529100701
在200mL三颈烧瓶中，将2.0g(5.0mmol)3,6-二溴-9-苯基-9H-咔唑、2.7g(11mmol)4-(1-萘基)苯基硼酸、100mg(0.5mmol)乙酸钯(II)、41mg(0.1mmol)三(邻甲苯基)膦、20mL甲苯、2mL乙醇和30mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛85℃下加热并搅拌13小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入150mL甲苯，通过Florisil、氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯：己烷=1:4)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入丙酮和甲醇。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到2.2g白色粉末状目标物质，产率69％。该方法的反应方案示于(F7-1)。
目标物质和3,6-二溴-9-苯基-9H-咔唑的Rf值分别为0.25和0.58，这些测量值是通过硅胶薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂包含比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将得到的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.45-7.68(m,19H),8.02(dd,J=2.1Hz,9.0Hz,2H),7.87-7.95(m,8H),8.05(d,J=7.8Hz,2H),8.55(d,J=1.5Hz,2H)。
图26A和26B是1H NMR谱。应注意，图26B是图26A在7.0ppm至9.0ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质NP2PC。
图27A显示NP2PC在NP2PC的甲苯溶液中的吸收光谱，图27B显示其发射光谱。图28A显示NP2PC薄膜的吸收光谱，图28B显示其发射光谱。使用UV-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图27A显示NP2PC在NP2PC溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。图28A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图27A和27B以及图28A和28B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约314nm观察到吸收峰，最大发射波长为392nm(激发波长：310nm)。对于薄膜的情况，在约314nm观察到吸收峰，最大发射波长为404nm(激发波长：315nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的NP2PC是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示NP2PC表现为发射蓝紫色光。
此外，用差示扫描量热计(DSC)检测其热物理性质。测量结果显示熔点为269℃。另外，未观察到玻璃转变和结晶峰；因此，发现NP2PC是难以结晶的物质。
[实施例8]
本实施例中，将描述实施例1，2和4-7中合成的根据本发明一个实施方式的各咔唑化合物在薄膜状态的最高已占分子轨道(HOMO)能级、最低未占分子轨道(LUMO)能级和带隙(Bg)的测量结果。
应注意，本实施例进行的测试如下所述。将在空气中用光电子分光光度计(AC-2,由理研计器有限公司（Riken Keiki Co.,Ltd.）制造)测得的电离电势值转化为负值，获得HOMO能级值。按照以下方式获得LUMO能级值：假设直接跃迁，使用各实施例所述的薄膜的吸收光谱上的数据，由Tauc曲线获得吸收边缘，该吸收边缘被看做是光学能隙并加到HOMO能级值上。
表1示出通过该测试得到的PCPN、PCPPn、mPCPPn、mPCzPTp、NCPN和NP2PC的HOMO能级和LUMO能级。
[表1]
Figure BDA00002580529100731
表1确认根据本发明一个实施方式的各种咔唑化合物PCPN、PCPPn、mPCPPn、mPCzPTp、NCPN和NP2PC具有相对深的HOMO能级、浅的LUMO能级和宽带隙。
[实施例9]
本实施例中，将描述各自构成本发明一个实施方式的发光元件的各种制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将参照图29描述发光元件1、发光元件2和比较发光元件1的制作方法。此外，本实施例中使用的有机化合物的结构式如下所示。
[57]
Figure BDA00002580529100741
(发光元件1)
首先，通过溅射法在玻璃基板1100上沉积含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)，形成第一电极1101。第一电极1101的厚度为110纳米。电极面积为2mm×2mm。本实施例中，第一电极1101用作阳极。
然后，将设置有第一电极1101的基板1100固定在真空蒸镀设备的基板夹具上，使第一电极1101所在的表面向下设置。然后降低真空蒸镀设备的压力至约10-4Pa。随后，实施例1中合成的3-(4-(1-萘基)-苯基)-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPN)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整PCPN与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCPN:氧化钼)。应注意，共蒸发法是一种蒸镀方法，该方法中，在一个处理室中同时由多个蒸发源进行蒸镀。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的PCPN，形成空穴传输层1112。
此外，通过共沉积9-[4-(N-咔唑基)苯基]-10-苯基蒽(缩写：CzPA)和N，N′-二[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-N,N′-二苯基芘-1,6-二胺(缩写：1,6FLPAPrn)，在空穴传输层1112上形成发光层1113。调节CzPA与1,6FLPAPrn的重量比至1:0.05(＝CzPA:1,6FLPAPrn)。发光层113的厚度为30nm。
然后，在发光层1113上沉积10nm厚度的CzPA，形成第一电子传输层1114a。
然后，在第一电子传输层1114a上沉积厚度为15nm的红菲绕啉(缩写:BPhen)，形成第二电子传输层1114b。
此外，通过蒸发在第二电子传输层1114b上形成厚度为1nm的氟化锂(LiF)膜，以形成电子注入层1115。
最后，通过蒸发方法，形成200nm厚度的铝膜，形成第二电极1103，该电极的功能是作阴极。从而制得本实施例的发光元件1。
应注意，在上面的蒸发过程中，均采用电阻加热方法进行蒸发。
(发光元件2)
发光元件2除了空穴注入层1111和空穴传输层1112之外，采用与发光元件1类似的方式形成。
在发光元件2中，实施例2中合成的3-[4-(9-菲基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPPn)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整PCPPn与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCPPn:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的PCPPn，形成空穴传输层1112。
(比较发光元件1)
比较发光元件1除了空穴注入层1111和空穴传输层1112之外，采用与发光元件1类似的方式形成。
在比较发光元件1中，将9-[4-(9-苯基咔唑-3-基)苯基]-10-苯基蒽(缩写:PCzPA)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整PCzPA与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCzPA:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的PCzPA，形成空穴传输层1112。
表2示出以上制得的发光元件1、发光元件2和比较发光元件1的元件结构。
[表2]
Figure BDA00002580529100751
Figure BDA00002580529100761
*混合比全部表示重量比。
将发光元件1、发光元件2和比较发光元件1密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件1、发光元件2和比较发光元件1在同样的基板上形成。另外，上述三种发光元件中，除空穴注入层和空穴传输层之外，各组分同时形成，同时测量三种发光元件的操作特性。
表3分别显示发光元件1、发光元件2和比较发光元件1在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表3]
Figure BDA00002580529100762
图30显示发光元件1、发光元件2和比较发光元件1的发射光谱。在图30中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图31、图32和图33分别显示发光元件1、发光元件2和比较发光元件1的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图31中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图32中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图33中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图30所示，发光元件1、发光元件2和比较发光元件1的发射光谱中都在470nm左右具有峰。表3中CIE色坐标也显示发光元件1、发光元件2和比较发光元件1表现为源自1,6FLPAPrn的蓝光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图31-33和表3显示发光元件1和发光元件2可以在与比较发光元件1一样低的电压下驱动，发光元件1和发光元件2的效率高于比较发光元件1。
以上现象的原因可能如下。比较发光元件1中使用的PCzPA的带隙为2.92eV，当用于空穴传输层的PCzPA与发光层接触时，发生来自发光层的能量转移(发光层中产生的激子转移)；相反，在本实施例中，发光元件1中用于空穴注入层和空穴传输层的PCPN以及发光元件2中用于空穴注入层和空穴传输层的PCPPn的带隙大，分别为3.48eV和3.53eV，阻碍发光层能量转移的发生。
PCzPA的LUMO能级为-2.77eV，可能发生由于发光层电子泄漏导致的载流子损失。相反，PCPN和PCPPn的LUMO能级浅，分别为-2.29eV和-2.25eV，能阻止各发光层电子泄漏的发生。因此，发光元件1和发光元件2能获得高效率。另外，PCzPA的HOMO能级是-5.69eV，接近邻近发光层的主体材料CzPA的HOMO能级-5.70eV；因此，获得优异的空穴注入性能。同时PCPN和PCPPn的HOMO能级深，分别为-5.77eV和-5.78eV；因此，获得优异的空穴注入性能。另外，发光元件1和2都能在与比较发光元件1同样低的电压下驱动，因此具有优异的载流子传输能力。
注意，PCzPA是一种具有良好的空穴传输性和长寿命的材料。
此外，对制得的发光元件1、发光元件2和比较发光元件1进行可靠性测试。在可靠性测试中，初始亮度设定为5000cd/m2，这些元件在电流密度恒定的条件下驱动，以规律的间隔测量亮度。可靠性测试的结果示于图34中。在图34中，横轴表示电流时间(小时)，纵轴表示在各时间点的亮度相对于初始亮度的比例，即归一化亮度(％)。
根据图34，发光元件1、发光元件2和比较发光元件1均不易随时间发生亮度降低，各元件的寿命长。发光元件1、发光元件2和比较发光元件1即使工作210个小时之后，仍保持52％的初始亮度。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而获得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
另外还表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有长寿命的发光元件。
[实施例10]
本实施例中，将描述各自构成本发明一个实施方式的发光元件的各种制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述发光元件3、发光元件4和比较发光元件2的制作方法。应注意，本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示的结构相似。另外，本实施例中使用的有机化合物与实施例9相似；因此，省略对有机化合物的描述。
(发光元件3)
发光元件3除了空穴注入层1111和空穴传输层1112之外，采用与实施例9中发光元件1类似的方式制作。
发光元件3中，通过蒸发在第一电极1101上形成厚度为10nm的氧化钼(VI)膜，以形成空穴注入层1111。
然后，在空穴注入层1111上沉积30nm厚度的实施例1合成的PCPN，形成空穴传输层1112。
(发光元件4)
发光元件4除了空穴传输层1112之外，采用与发光元件3类似的方式制作。
在发光元件4中，沉积厚度为30nm的实施例2中合成的PCPPn，形成空穴传输层1112。
(比较发光元件2)
比较发光元件2除了空穴传输层1112之外，采用与发光元件3类似的方式制作。
在比较发光元件2中，沉积厚度为30nm的PCzPA，形成空穴传输层1112。
表4示出以上制得的发光元件3、发光元件4和比较发光元件2的元件结构。
[表4]
Figure BDA00002580529100791
*混合比全部表示重量比。
将发光元件3、发光元件4和比较发光元件2密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件3、发光元件4和比较发光元件2在同样的基板上形成。另外，上述三种发光元件中，除空穴传输层之外，各组分同时形成，并同时测量三种发光元件的操作特性。
表5分别显示发光元件3、发光元件4和比较发光元件2在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表5]
Figure BDA00002580529100792
Figure BDA00002580529100801
图35显示发光元件3、发光元件4和比较发光元件2的发射光谱。在图35中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图36、图37和图38分别显示发光元件3、发光元件4和比较发光元件2的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图36中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图37中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图38中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图35所示，发光元件3、发光元件4和比较发光元件2的发射光谱中都在470nm左右具有峰。表5中CIE色坐标也显示发光元件3、发光元件4和比较发光元件2表现为源自1,6FLPAPrn的蓝光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图36、图37、图38和表5显示发光元件3和发光元件4的效率高于比较发光元件2。以上现象的原因可能如下：本实施例中用于发光元件3空穴传输层的PCPN和用于发光元件4空穴传输层的PCPPn的带隙比用于比较发光元件2的PCzPA的带隙宽；发光层的能量转移不易发生；PCPN和PCPPn的LUMO能级足够低，能抑制电子泄漏。
此外，对制得的发光元件3、发光元件4和比较发光元件2进行可靠性测试。在可靠性测试中，初始亮度设定为5000cd/m2，这些元件在电流密度恒定的条件下操作，以规律的间隔测量亮度。可靠性测试的结果示于图39中。在图39中，横轴表示电流时间(小时)，纵轴表示在各时间点的亮度相对于初始亮度的比例，即归一化亮度(％)。
根据图39，发光元件3、发光元件4和比较发光元件2均不易随时间发生亮度降低，各元件的寿命长。发光元件3、发光元件4和比较发光元件2即使驱动150个小时之后，仍保持60％、56％和54％的初始亮度。
本实施例中，氧化钼的单层膜用于空穴注入层。本实施例中所有元件的驱动电压略微高于实施例9，实施例9中将本发明一个实施方式的咔唑化合物和氧化钼的混合材料用于空穴注入层。这表明本发明一个实施方式的咔唑化合物和氧化钼的混合材料用于空穴注入层时，可以得到具有优良空穴注入性质的元件。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而制得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外还表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以获得具有长寿命的发光元件。
另外表明，即使是在由单层氧化钼形成空穴注入层的发光元件中，也能获得良好的性能。应注意，空穴注入层优选用复合材料形成，这种情况下能阻止由于阳极膜质量造成的发光元件短路。
[实施例11]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述发光元件5和比较发光元件3的制作方法。应注意本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示的结构类似。另外，本实施例中使用的有机化合物与实施例9相似；因此，省略对有机化合物的描述。
(发光元件5)
发光元件5除了空穴注入层1111和空穴传输层1112之外，采用与实施例9中发光元件1类似的方式制作。
在发光元件5中，实施例6中合成的9-(1-萘基)-3-[4-(1-萘基)-苯基]-9H-咔唑(缩写:NCPN)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整NCPN与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=NCPN:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的NCPN，形成空穴传输层1112。
(比较发光元件3)
比较发光元件3用与实施例9中比较发光元件1类似的方式制作。
表6显示按照上面所述获得的发光元件5和比较发光元件3的元件结构。
[表6]
Figure BDA00002580529100811
Figure BDA00002580529100821
*混合比全部表示重量比。
将发光元件5和比较发光元件3密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件5和比较发光元件3在同样的基板上形成。另外，上述两种发光元件中，除空穴注入层和空穴传输层之外，各组分同时形成，并同时测量两种发光元件的操作特性。
表7分别显示发光元件5和比较发光元件3在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表7]
图40显示发光元件5和比较发光元件3的发射光谱。在图40中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图41、图42和图43分别显示发光元件5和比较发光元件3的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图41中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图42中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图43中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图40所示，发光元件5和比较发光元件3的发射光谱中都在470nm左右具有峰。表7中CIE色坐标也显示发光元件5和比较发光元件3表现为源自1,6FLPAPrn的蓝光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图41、图42、图43和表7显示发光元件5的效率高于比较发光元件3。以上现象的原因可能如下：本实施例中用于发光元件5的空穴注入层和空穴传输层的NCPN的带隙比用于比较发光元件3的PCzPA的带隙宽；发光层的能量转移不易发生；NCPN的LUMO能级足够浅，以阻止电子穿过发光层。
此外，图41-43和表7显示发光元件5和比较发光元件3可以在低电压下驱动。
此外，对制得的发光元件5和比较发光元件3进行可靠性测试。在可靠性测试中，初始亮度设定为5000cd/m2，这些元件在电流密度恒定的条件下操作，以规律的间隔测量亮度。可靠性测试的结果示于图44中。在图44中，横轴表示电流时间(小时)，纵轴表示在各时间点的亮度相对于初始亮度的比例，即归一化亮度(％)。
根据图44，发光元件5和比较发光元件3均不易随时间发生亮度降低，各元件的寿命长。发光元件5和比较发光元件3即使在驱动130个小时之后，仍保持62％和57％的初始亮度。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而制得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
另外还表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有长寿命的发光元件。
[实施例12]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述发光元件6和比较发光元件4的制作方法。应注意，本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示的结构类似。另外，本实施例中使用的有机化合物与实施例9相似；因此，省略对有机化合物的描述。
(发光元件6)
发光元件6除了空穴注入层1111和空穴传输层1112之外，采用与实施例9中发光元件1类似的方式制作。
在发光元件6中，实施例7中合成的3,6-二-[4-(1-萘基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:NP2PC)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整NP2PC与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=NP2PC:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的NP2PC，形成空穴传输层1112。
(比较发光元件4)
比较发光元件4用与实施例9中比较发光元件1类似的方式制作。
表8显示按照上面所述获得的发光元件6和比较发光元件4的元件结构。
[表8]
Figure BDA00002580529100841
*混合比全部表示重量比。
将发光元件6和比较发光元件4密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件6和比较发光元件4在同样的基板上形成。另外，上述两种发光元件中，除空穴注入层和空穴传输层之外，各组分同时形成，并且同时测量两种发光元件的操作特性。
表9分别显示发光元件6和比较发光元件4在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表9]
图45显示发光元件6和比较发光元件4的发射光谱。在图45中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图46、图47和图48分别显示发光元件6和比较发光元件4的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图46中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图47中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图48中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图45所示，发光元件6和比较发光元件4的发射光谱中都在470nm左右具有峰。表9中CIE色坐标也显示发光元件6和比较发光元件4表现为源自1,6FLPAPrn的蓝光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图46、图47、图48和表9显示发光元件6的效率高于比较发光元件4。以上现象的原因可能如下：本实施例中用于发光元件6的空穴注入层和空穴传输层的NP2PC的带隙比用于比较发光元件4的PCzPA的带隙宽；发光层的能量转移不易发生；NP2PC的LUMO能级足够浅，以阻止电子穿过发光层。
此外，图46-48和表9显示发光元件6和比较发光元件4可以在低电压下驱动。
此外，对制得的发光元件6和比较发光元件4进行可靠性测试。在可靠性测试中，初始亮度设定为5000cd/m2，这些元件在电流密度恒定的条件下操作，以规律的间隔测量亮度。可靠性测试的结果示于图49中。在图49中，横轴表示电流时间(小时)，纵轴表示在各时间点的亮度相对于初始亮度的比例，即归一化亮度(％)。
根据图49，发光元件6和比较发光元件4均不易随时间发生亮度降低，各元件的寿命长。发光元件6和比较发光元件4即使在驱动130个小时之后，仍保持63％和57％的初始亮度。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而制得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
另外还表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有长寿命的发光元件。
[实施例13]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述发光元件7和比较发光元件5的制作方法。应注意，本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示的结构类似。另外，本实施例中使用的有机化合物与实施例9相似；因此，省略对有机化合物的描述。
(发光元件7)
发光元件7除了空穴注入层1111和空穴传输层1112之外，采用与实施例9中发光元件1类似的方式制作。
在发光元件7中，实施例4中合成的3-[3-(9-菲基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:mPCPPn)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整mPCPPn与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=mPCPPn:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的mPCPPn，形成空穴传输层1112。
(比较发光元件5)
比较发光元件5用与实施例9中比较发光元件1类似的方式制作。
表10显示按照上面所述获得的发光元件7和比较发光元件5的元件结构。
[表10]
*混合比全部表示重量比。
将发光元件7和比较发光元件5密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件7和比较发光元件5在同样的基板上形成。另外，上述两种发光元件中，除空穴注入层和空穴传输层之外，各组分同时形成，并且同时测量两种发光元件的操作特性。
表11分别显示发光元件7和比较发光元件5在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表11]
Figure BDA00002580529100872
Figure BDA00002580529100881
图50显示发光元件7和比较发光元件5的发射光谱。在图50中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图51、图52和图53分别显示发光元件7和比较发光元件5的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图51中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图52中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图53中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图50所示，发光元件7和比较发光元件5的发射光谱中都在470nm左右具有峰。表11中CIE色坐标也显示发光元件7和比较发光元件5表现为源自1,6FLPAPrn的蓝光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图51、图52和表7显示发光元件7的效率高于比较发光元件5。以上现象的原因可能如下：本实施例中用于发光元件7的空穴注入层和空穴传输层的mPCPPn的带隙比用于比较发光元件5的PCzPA的带隙宽；发光层的能量转移不易发生；mPCPPn的LUMO能级足够浅，以阻止电子穿过发光层。
此外，图51、图52、图53和表11显示发光元件7和比较发光元件5可以在低电压下驱动。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而制得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
[实施例14]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述发光元件8和比较发光元件6的制作方法。应注意本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示的结构类似。本实施例中使用的有机化合物的结构式如下所示。应注意，省略了结构式已示出的有机化合物。
Figure BDA00002580529100891
(发光元件8)
发光元件8除了第一电子传输层1114a之外，采用与实施例13中的发光元件7类似的方式制作。
发光元件8中，三(8-羟基喹啉)铝(III)(缩写：Alq)在发光层1113上沉积厚度为10nm，以形成第一电子传输层1114a。
(比较发光元件6)
比较发光元件6除了第一电子传输层1114a之外，采用与实施例9中的比较发光元件1类似的方式制作。
发光元件6中，Alq在发光层1113上沉积厚度为10nm，以形成第一电子传输层1114a。
表12显示按照上面所述获得的发光元件8和比较发光元件6的元件结构。
[表12]
Figure BDA00002580529100901
*混合比全部表示重量比。
将发光元件8和比较发光元件6密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件8和比较发光元件6在同样的基板上形成。另外，上述两种发光元件中，除空穴注入层和空穴传输层之外，各组分同时形成，并且同时测量两种发光元件的操作特性。
表13分别显示发光元件8和比较发光元件6在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表13]
图54显示发光元件8和比较发光元件6的发射光谱。在图54中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图55、图56和图57分别显示发光元件8和比较发光元件6的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图55中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图56中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图57中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图54所示，发光元件8和比较发光元件6的发射光谱中都在470nm左右具有峰。表13中CIE色坐标也显示发光元件8和比较发光元件6表现为源自1,6FLPAPrn的蓝光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图55、图56、图57和表13显示发光元件8的效率高于比较发光元件6。以上现象的原因可能如下：本实施例中用于发光元件8的空穴注入层和空穴传输层的mPCPPn的带隙比用于比较发光元件6的PCzPA的带隙宽；发光层的能量转移不易发生；mPCPPn的LUMO能级足够浅，以阻止电子穿过发光层。
此外，图55、图56和表13显示发光元件8和比较发光元件6可以在低电压下驱动。
此外，对制得的发光元件8和比较发光元件6进行可靠性测试。在可靠性测试中，初始亮度设定为5000cd/m2，这些元件在电流密度恒定的条件下操作，以规律的间隔测量亮度。可靠性测试的结果示于图58中。在图58中，横轴表示电流时间(小时)，纵轴表示在各时间点的亮度相对于初始亮度的比例，即归一化亮度(％)。
根据图58，发光元件8和比较发光元件6均不易随时间发生亮度降低，各元件的寿命长。发光元件8和比较发光元件6即使在驱动70个小时之后，仍保持83％和81％的初始亮度。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而制得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
另外还表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有长寿命的发光元件。
[实施例15]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述发光元件9和比较发光元件7的制作方法。应注意，本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示的结构类似。本实施例中使用的有机化合物的结构式如下所示。应注意，省略了结构式已示出的有机化合物。
[59]
(发光元件9)
发光元件9除了空穴注入层1111、空穴传输层1112、发光层1113和第一电子传输层1114a之外，采用与实施例9中发光元件1类似的方式制作。
在发光元件9中，实施例5中合成的9-苯基-3-[3-(苯并[9,10]菲-2-基)-苯基]-9H-咔唑(缩写:mPCzPTp)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整mPCzPTp与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=mPCzPTp:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的mPCzPTp，形成空穴传输层1112。
此外，4-[3-(苯并[9,10]菲-2-基)苯基]二苯并噻吩(缩写:mDBTPTp-II)和三(2-苯基吡啶合-N，C2′)铱(III)(缩写:Ir(ppy)3)在空穴传输层1112上共蒸发，形成发光层1113。调节mDBTPTp-II与Ir(ppy)3的重量比值至1:0.06(=mDBTPTp-II:Ir(ppy)3)。发光层113的厚度为40nm。
然后，在发光层1113上沉积15nm厚度的Alq，形成第一电子传输层1114a。
(比较发光元件7)
比较发光元件7除了发光层1113和第一电子传输层1114a之外，采用与实施例9中的比较发光元件1类似的方式制作。
比较发光元件7中，发光层1113和第一电子传输层1114a的结构与上述发光元件9类似。
表14显示按照上面所述获得的发光元件9和比较发光元件7的元件结构。
[表14]
Figure BDA00002580529100922
Figure BDA00002580529100931
*混合比全部表示重量比。
将发光元件9和比较发光元件7密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意发光元件9和比较发光元件7在同样的基板上形成。另外，上述两种发光元件中，除空穴注入层和空穴传输层之外，各组分同时形成，并且同时测量两种发光元件的操作特性。
表15分别显示发光元件9和比较发光元件7在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表15]
发光元件9 比较发光元件7
电压(V) 7.0 7.0
电流密度(mA/cm2) 2.1 3.5
色坐标(x,y) (0.36,0.61) (0.36,0.61)
亮度(cd/m2) 990 910
电流效率(cd/A) 47 26
功率效率(lm/W) 21 12
外量子效率(％) 14 8.0
图59显示发光元件9和比较发光元件7的发射光谱。在图59中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图60和图61分别显示发光元件9和比较发光元件7的电压-亮度特性和亮度-功率效率特性。在图60中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图61中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图59所示，发光元件9和比较发光元件7的发射光谱中都在520nm左右具有峰。表15中CIE色坐标也显示发光元件9和比较发光元件7表现为源自Ir(ppy)3的绿色磷光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图60、图61和表15显示发光元件9的效率高于比较发光元件7。以上现象的原因可能如下：本实施例中用于发光元件9的空穴注入层和空穴传输层的mPCzPTp的带隙比用于比较发光元件7的PCzPA的带隙宽；发光层的能量转移不易发生；mPCzPTp的LUMO能级足够浅，以阻止电子穿过发光层。
此外，图60、图61和表15显示发光元件9和比较发光元件7可以在低电压下驱动。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而制得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
[实施例16]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述发光元件10和比较发光元件8的制作方法。本实施例制得的发光元件的元件结构如图62所示。应注意，本实施例中使用的有机化合物与上述实施例相似；因此，省略对有机化合物的描述。
(发光元件10)
发光元件10除了发光层1113之外，采用与实施例15中的发光元件9类似的方式制作。
发光元件10中，第一发光层1113a和第二发光层1113b依次层叠在第一电极1101上，形成发光层1113。
第一发光层1113a通过实施例5中合成的mPCzPTp和三(2-苯基吡啶合-N，C2′)铱(III)(缩写:Ir(ppy)3)共蒸发形成。此时，调节mPCzPTp与Ir(ppy)3的重量比值至1:0.06(=mPCzPTp:Ir(ppy)3)。第一发光层1113a的厚度为20nm。
接下来，4-[3-(苯并[9,10]菲-2-基)苯基]二苯并噻吩(缩写:mDBTPTp-II)和Ir(ppy)3共蒸发在第一发光层1113a上，形成第二发光层1113b。调节mDBTPTp-II与Ir(ppy)3的重量比值至1:0.06(=mDBTPTp-II:Ir(ppy)3)。第二发光层1113b的厚度为20nm。
(比较发光元件8)
比较发光元件8除了发光层1113之外，采用与实施例15中的比较发光元件7类似的方式制作。
在比较发光元件8中，发光层1113的结构与上述发光元件10类似。
表16显示按照上面所述获得的发光元件10和比较发光元件8的元件结构。
[表16]
Figure BDA00002580529100951
*混合比全部表示重量比。
将发光元件10和比较发光元件8密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件10和比较发光元件8在同样的基板上形成。另外，上述两种发光元件中，除空穴注入层和空穴传输层之外，各组分同时形成，并且同时测量两种发光元件的操作特性。
表17分别显示发光元件10和比较发光元件8在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表17]
发光元件10 比较发光元件8
电压(V) 6.8 6.8
电流密度(mA/cm2) 2.4 3.9
色坐标(x,y) (0.34,0.61) (0.33,0.61)
亮度(cd/m2) 1100 1100
电流效率(cd/A) 47 28
功率效率(lm/W) 22 13
外量子效率(％) 14 8.3
图63显示发光元件10和比较发光元件8的发射光谱。在图63中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图64和图65分别显示发光元件10和比较发光元件8的电压-亮度特性和亮度-功率效率特性。在图64中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图65中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图63所示，发光元件10和比较发光元件8的发射光谱中都在515nm左右具有峰。表17中CIE色坐标也显示发光元件10和比较发光元件8表现为源自Ir(ppy)3的绿色磷光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。此外，发光元件10和比较发光元件8中，使用根据本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发射绿光的磷光化合物的主体材料，确认根据本发明一个实施方式的咔唑化合物的T1能级足够高(比发射绿光的至少一种磷光化合物的T1能级高)。
此外，图64、图65和表17显示发光元件10的效率高于比较发光元件8。以上现象的原因可能如下：本实施例中用于发光元件10的空穴注入层和空穴传输层的mPCzPTp的带隙比用于比较发光元件8的PCzPA的带隙宽；发光层的能量转移不易发生；mPCzPTp的LUMO能级足够浅，以阻止电子穿过发光层。
此外，图64、图65和表17显示发光元件10和比较发光元件8可以在低电压下驱动。
如上所述，本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层，从而制得具有高发射效率的元件。以上现象的原因可能如下：本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级足够浅，能抑制电子从发光层的泄漏；其HOMO能级足够深，具有向发光层注入空穴的优异性能；其带隙足够宽，能抑制因激发子能量转移导致的效率降低。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
本发明一个实施方式的咔唑化合物具有宽带隙，因此也可以较佳地用作磷光材料的主体材料。
[实施例17]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和其元件特性的测试结果。
以下将描述本实施例的发光元件11的制作方法。图29示出本实施例制作的发光元件的元件结构。本实施例中使用的有机化合物的结构式如下所示。应注意，省略了对上述实施例中已显示的结构式的描述。
(发光元件11)
发光元件11中，第一电极1101、电子注入层1115和第二电极1103以与实施例9中发光元件1类似的方式形成。
在发光元件11中，4-苯基-4′-(9-苯基芴-9-基)三苯基胺(缩写：BPAFLP)和氧化钼(VI)在第一电极1101上共蒸发，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整BPAFLP与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=BPAFLP:氧化钼)。应注意，共蒸发法是一种蒸镀方法，该方法中，在一个处理室中同时由多个蒸发源进行蒸镀。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的BPAFLP，形成空穴传输层1112。
第一发光层1113通过实施例5中合成的mPCzPTp和三(2-苯基吡啶合-N，C2′)铱(III)(缩写:Ir(ppy)3)共蒸发形成。调节mPCzPTp与Ir(ppy)3的重量比值至1:0.08(=mPCzPTp:Ir(ppy)3)。发光层113的厚度为40nm。
接下来，通过蒸发mPCzPTp在发光层1113上形成第一电子传输层1114a。第一电子传输层1114a的厚度为10nm。
然后，在第一电子传输层1114a上沉积厚度为20nm的红菲绕啉(缩写:BPhen)，形成第二电子传输层1114b。
表18显示按照上面所述形成的发光元件11的元件结构。
[表18]
Figure BDA00002580529100981
*混合比全部表示重量比。
在包含氮气气氛的手套箱中密封发光元件11，避免接触空气。然后，测量所述发光元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
表19显示发光元件11在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表19]
发光元件11
电压(V) 5.2
电流密度(mA/cm2) 1.7
色坐标(x,y) (0.33,0.61)
亮度(cd/m2) 870
电流效率(cd/A) 52
功率效率(lm/W) 32
外量子效率(％) 15
图66显示发光元件11的发射光谱。在图66中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图67和图68分别显示发光元件11的电压-亮度特性和亮度-功率效率特性。在图67中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图68中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。
根据图66，发光元件11的发射光谱在515nm左右具有峰。表19中CIE色坐标也显示发光元件11表现为源自Ir(ppy)3的绿色磷光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。此外，在发光元件11中，使用根据本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发射绿光的磷光化合物的主体材料，确认根据本发明一个实施方式的咔唑化合物的T1能级足够高(比发射绿光的至少一种磷光化合物的T1能级高)。
此外，本实施例的发光元件11中，使用本发明一个实施方式的咔唑化合物作为电子传输材料，确认本发明一个实施方式的咔唑化合物是具有优异的电子传输性质的材料。
此外，图67、图68和表19显示发光元件11具有高效率。
如上所述，使用本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发光元件的材料，所述发光元件能具有高效率。本发明一个实施方式的咔唑化合物具有宽带隙，因此也可以较佳地用作磷光材料的主体材料。
[实施例18]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和其元件特性的测试结果。
以下将描述发光元件12和发光元件13的制作方法。应注意本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示类似。本实施例中使用的有机化合物的结构式如下所示。应注意，省略了对结构式已示出的有机化合物的描述。
Figure BDA00002580529101001
(发光元件12)
发光元件12中，第一电极1101、电子注入层1115和第二电极1103以与实施例9中发光元件1类似的方式形成。
发光元件12中，实施例1中合成的3-(4-(1-萘基)-苯基)-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPN)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为40nm。调整PCPN与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCPN:氧化钼)。应注意，共蒸发法是一种蒸镀方法，该方法中，在一个处理室中同时由多个蒸发源进行蒸镀。
然后，在空穴注入层1111上沉积20nm厚度的PCPN，形成空穴传输层1112。
发光层1113通过2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(缩写:2mDBTPDBq-II)和(二新戊酰基甲烷)二(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪)合铱(III)(缩写:Ir(mppr-Me)2dpm)共蒸发形成。调节2mDBTPDBq-III与Ir(mppr-Me)2dpm的重量比值至1:0.05(=2mDBTPDBq-II:Ir(mppr-Me)2dpm)。发光层113的厚度为30nm。
接下来，通过蒸发2mDBTPDBq-II在发光层1113上形成第一电子传输层1114a。第一电子传输层1114a的厚度为10nm。
然后，在第一电子传输层1114a上沉积厚度为20nm的红菲绕啉(缩写:BPhen)，形成第二电子传输层1114b。
(发光元件13)
发光元件13除了发光层1113之外，采用与上述发光元件12类似的方式制作。
发光元件13中，发光层1113通过2mDBTPDBq-II、PCPN和Ir(mppr-Me)2dpm共蒸发形成。调节2mDBTPDBq-II与PCPN和Ir(mppr-Me)2dpm的重量比值至0.7:0.3:0.05(=2mDBTPDBq-II:PCPN:Ir(mppr-Me)2dpm)。发光层113的厚度为30nm。
表20显示按照上面所述获得的发光元件12和发光元件13的元件结构。
[表20]
Figure BDA00002580529101011
*混合比全部表示重量比。
将发光元件12和发光元件13密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意发光元件12和发光元件13在同样的基板上形成。另外，上述两种发光元件中，除发光层1113之外，各组分同时形成，并且同时测量两种发光元件的操作特性。
表21分别显示发光元件12和发光元件13在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表21]
发光元件12 发光元件13
电压(V) 2.9 3.0
电流密度(mA/cm2) 2.1 1.8
色坐标(x,y) (0.53,0.47) (0.52,0.47)
亮度(cd/m2) 1200 1200
电流效率(cd/A) 59 66
功率效率(lm/W) 64 69
外量子效率(％) 21 23
图69显示发光元件12和发光元件13的发射光谱。在图69中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图70、图71和图72分别显示发光元件12和发光元件13的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图70中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图71中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图72中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图69所示，发光元件12和发光元件13的发射光谱中都在580nm左右具有峰。表21中CIE色坐标也显示发光元件12和发光元件13表现为源自Ir(mppr-Me)2dpm的橙色磷光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。此外，在本实施例的发光元件13中，使用根据本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发射橙光的磷光化合物的主体材料，确认根据本发明一个实施方式的咔唑化合物的T1能级足够高(比发射橙光的至少一种磷光化合物的T1能级高)。另外，发现所述元件都能在低电压下驱动。
此外，图70、图71、图72和表21显示发光元件12和发光元件13具有高效率。
如上所述，使用本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发光元件的材料，所述发光元件能具有高效率。本发明一个实施方式的咔唑化合物具有宽带隙，因此也可以较佳地用作磷光材料的主体材料。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
(参考例)
以下将描述用于本实施例中发光元件的材料的合成方法的例子。
<2mDBTPDBq-II的合成实例>
将描述2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(缩写:2mDBTPDBq-II)的合成方法。其合成方案示于(R-1)。
[62]
Figure BDA00002580529101031
在2L三颈烧瓶中加入5.3g(20mmol)2-氯二苯并[f,h]喹喔啉、6.1g(20mmol)3-(二苯并噻吩-4-基)苯基硼酸、460mg(0.4mmol)四(三苯基膦)钯(0)、300mL甲苯、20mL乙醇和20mL 2M碳酸钾水溶液。将该混合物减压搅拌脱气，用氮气置换烧瓶中的气氛。该混合物在氮气流下100℃搅拌7.5小时。冷却至室温之后，过滤获得的混合物得到白色物质。过滤得到的物质用水和乙醇依次充分洗涤，然后进行干燥。得到的固体溶解于600mL热甲苯，接着通过C盐和Florisil抽滤，从而得到透明无色的滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。层析在约40℃使用甲苯作为洗脱溶剂进行。向此时获得的固体中加入丙酮和乙醇，接着用超声波辐射。然后，将生成的悬浮固体进行过滤，将获得的固体进行干燥，得到7.85g白色粉末状目标物质，产率为80％。
上述目标物质比较容易溶于热甲苯中，但冷却时易沉淀。此外，所述物质不易溶于其它有机溶剂，如丙酮和乙醇。因此，通过上述简单的方法，利用不同的溶解度能实现高产率合成。具体地，反应完成之后，混合物重新回到室温，通过过滤收集沉淀固体，从而能容易地去除大部分杂质。此外，通过使用热甲苯作为洗脱溶剂的柱层析，能容易地纯化产生的物质(该物质易于沉淀)。
通过多级升华(train sublimation)方法，对4.0克获得的白色粉末进行升华和纯化。在升华纯化中，在5.0Pa压力和氩气流速为5mL/min的条件下于300℃加热该白色粉末。升华纯化之后，得到3.5g白色粉末状目标物质，产率为88％。
核磁共振(NMR)法确定该化合物为2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(缩写：2mDBTPDBq-II),是目标物质。
所得物质的1H NMR数据如下：
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.45-7.52(m,2H),7.59-7.65(m,2H),7.71-7.91(m,7H),8.20-8.25(m,2H),8.41(d,J=7.8Hz,1H),8.65(d,J=7.5Hz,2H),8.77-8.78(m,1H),9.23(dd,J=7.2Hz,1.5Hz,1H),9.42(dd,J=7.8Hz,1.5Hz,1H),9.48(s,1H)。
<Ir(mppr-Me)2dpm的合成方法>
以下将描述(二新戊酰基甲烷)二(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪)合铱(III)(缩写:Ir(mppr-Me)2dpm)的合成方法。其合成方案示于(R-2)。
Figure BDA00002580529101041
首先，混合20mL 2-乙氧基乙醇、1.55g双核络合物二-μ-氯-二[二(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪)合铱(III)](缩写:[Ir(mppr-Me)2Cl]2)、0.8ml二新戊酰基甲烷和1.38g碳酸钠。该混合物在氩气鼓泡下用微波辐射30分钟，进行反应。反应之后，冷却反应溶液至室温，向其中加入水。将该混合溶液分离成有机层和水层，将水层用二氯甲烷进行萃取。有机层与萃取液合并，用水洗涤混合物，接着用无水硫酸镁进行干燥。之后，对该混合物进行重力过滤，滤液浓缩至干并硬化。该固体用二氯甲烷和乙醇的混合溶剂重结晶，得到红色粉末，产率67％。应注意，使用微波合成系统(Discover,CEM公司(CEM Corporation)制造)进行微波辐射。
应注意，核磁共振(NMR)法确认该混合物为有机金属络合物[Ir(mppr-Me)2dpm]，是目标物质。
所得化合物的1H NMR数据如下：
1H NMR.δ(CDCl3):0.90(s,1H),2.59(s,6H),3.04(s,6H),5.49(s,1H),6.32(dd,2H),6.70(dt,2H),6.88(dt,2H),7.86(d,2H),8.19(s,2H)。
[实施例19]
本实施例中，将描述构成本发明一个实施方式的发光元件的制作方法和其元件特性的测试结果。
以下将描述发光元件14-17的制作方法。应注意，本实施例制得的发光元件的元件结构与图29所示相同。本实施例中使用的有机化合物的结构式如下所示。应注意，省略了对结构式已示出的有机化合物的描述。
Figure BDA00002580529101051
(发光元件14)
发光元件14除了发光层1113之外，采用与实施例18中的发光元件12类似的方式制作。
发光元件14中，发光层1113通过2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(缩写:2mDBTPDBq-II)、4,4′-二(1-萘基)-4″-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(缩写:PCBNBB)和(二新戊酰基甲烷)二(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪)合铱(III)(缩写:Ir(mppr-Me)2dpm)共蒸发形成。调节2mDBTPDBq-II与PCBNBB和Ir(mppr-Me)2dpm的重量比值至0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq-II:PCBNBB:Ir(mppr-Me)2dpm)。发光层113的厚度为40nm。
(发光元件15)
发光元件15除了空穴注入层1111和空穴传输层1112之外，采用与上述发光元件14类似的方式制成。
在发光元件15中，实施例2中合成的3-[4-(9-菲基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPPn)和氧化钼(VI)共蒸发，在第一电极1101上形成空穴注入层1111。该空穴传输层1111的厚度为40nm。调节PCPPn与氧化钼(VI)的重量比值至4:2(=PCPPn:氧化钼(VI))。
然后，在空穴注入层1111上沉积20nm厚度的PCPPn，形成空穴传输层1112。
(发光元件16)
发光元件16除了空穴注入层1111之外，采用与上述发光元件14类似的方式制作。
在发光元件16中，将9-[4-(9-苯基咔唑基-3-基)苯基]-10-苯基蒽(缩写:PCzPA)和氧化钼(VI)共蒸发，在第一电极1101上形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为40nm。调整PCzPA与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCzPA:氧化钼)。
(发光元件17)
发光元件17除了空穴注入层1111之外，采用与上述发光元件15类似的方式制作。发光元件17的空穴注入层1111采用与上述发光元件16类似的方式制作。
表22显示按照上面所述形成的发光元件14-17的元件结构。
[表22]
Figure BDA00002580529101061
*混合比全部表示重量比。
在包含氮气气氛的手套箱中密封发光元件14-17，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意，发光元件14-17在同样的基板上形成。另外，上述四种发光元件中，除空穴注入层1111和空穴传输层1112之外的组分同时形成，同时测量四种发光元件的操作特性。
表23分别显示发光元件14-17在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表23]
发光元件14 发光元件15 发光元件16 发光元件17
电压(V) 2.8 2.9 2.8 2.9
电流密度(mA/cm2) 1.5 1.8 1.5 1.9
色坐标(x,y) (0.52,0.47) (0.52,0.47) (0.52,0.47) (0.52,0.47)
亮度(cd/m2) 1050 1200 980 1200
电流效率(cd/A) 68 68 65 66
功率效率(lm/W) 77 74 73 71
外量子效率(％) 24 24 23 23
图73显示发光元件14-17的发射光谱。在图73中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图74、图75和图76分别显示发光元件14-17的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图74中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图75中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图76中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图73所示，发光元件14-17在580nm左右具有峰。表23中CIE色坐标也显示发光元件14-17表现为源自Ir(mppr-Me)2dpm的橙色磷光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。
此外，图74、图75、图76和表23显示发光元件14-17具有高效率。
此外，还发现发光元件14和15由于分别将包含本发明一个实施方式的咔唑化合物的层用于空穴注入层1111，其效率高于发光元件16和17。另外，发现发光元件14和15可以在与比较发光元件16和17同样低的电压下驱动。
此外，对制得的发光元件14-17进行可靠性测试。在可靠性测试中，初始亮度设定为5000cd/m2，这些元件在电流密度恒定的条件下操作，以规律的间隔测量亮度。可靠性测试的结果示于图77中。在图77中，横轴表示电流时间(小时)，纵轴表示在各时间点的亮度相对于初始亮度的比例，即归一化亮度(％)。
根据图77，发光元件14-17均不易随时间发生亮度降低，各元件的寿命长。发光元件14、15、16和17即使在驱动190个小时之后，仍分别保持87％、83％、81％和79％的初始亮度。
如上所述，使用本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发光元件的材料，从而使所述发光元件具有高效率。
另外表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有低驱动电压的发光元件。
另外还表明，当本发明一个实施方式的咔唑化合物用于空穴注入层和空穴传输层时，可以制得具有长寿命的发光元件。
[实施例20]
本实施例中，将描述各自构成本发明一个实施方式的发光元件的各种制作方法和元件特性的测试结果，以及比较发光元件的测试结果。
以下将描述本实施例的发光元件18、发光元件19和比较发光元件9的制作方法。应注意，本实施例制得的发光元件的元件结构与图62所示类似。另外，本实施例中使用的有机化合物的结构式已示出；因此，省略对其的描述。
(发光元件18)
发光元件18除了空穴注入层1111、空穴传输层1112和发光层1113之外，采用与上述实施例14中发光元件8类似的方式制作。
在发光元件18中，将实施例1中合成的PCPN和氧化钼(VI)共蒸发，在第一电极1101上形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整PCPN与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCPN:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的PCPN，形成空穴传输层1112。
发光元件18中，第一发光层1113a和第二发光层1113b依次层叠在第一电极1101上，形成发光层1113。
第一发光层1113a通过PCPN和1,6FLPAPrn共蒸发形成。调节PCPN与1,6FLPAPrn的重量比至1:0.05(＝PCPN:1,6FLPAPrn)。第一发光层1113a的厚度为10nm。
第二发光层1113b通过CzPA和1,6FLPAPrn共蒸发形成。调节CzPA与1,6FLPAPrn的重量比至1:0.05(＝CzPA:1,6FLPAPrn)。第二发光层1113b的厚度为25nm。
(发光元件19)
发光元件19除了空穴注入层1111、空穴传输层1112和第一发光层1113a之外，采用与上述发光元件18类似的方式制作。
在发光元件19中，将实施例2中合成的PCPPn和氧化钼(VI)共蒸发，在第一电极1101上形成空穴注入层1111。空穴注入层111的厚度为50nm。调整PCPPn与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCPPn:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的PCPPn，形成空穴传输层1112。
发光元件19中，第一发光层1113a通过PCPPn和1,6FLPAPrn共蒸发形成。调节PCPN与1,6FLPAPrn的重量比至1:0.05(＝PCPPn:1,6FLPAPrn)。第一发光层1113a的厚度为10nm。
(比较发光元件9)
比较发光元件9除了空穴注入层1111、空穴传输层1112和第一发光层1113a之外，采用与发光元件18类似的方式制作。
在比较发光元件9中，将PCzPA和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上，形成空穴注入层1111。空穴注入层1111的厚度为50nm。调整PCzPA与氧化钼(VI)的重量比至4:2(=PCzPA:氧化钼)。
然后，在空穴注入层1111上沉积10nm厚度的PCzPA，形成空穴传输层1112。
比较发光元件9中，第一发光层1113a通过PCzPA和1,6FLPAPrn共蒸发形成。调节PCzPA与1,6FLPAPrn的重量比至1:0.05(＝PCzPA:1,6FLPAPrn)。第一发光层1113a的厚度为10nm。
表24显示按照上面所述获得的发光元件18、发光元件19和比较发光元件9的元件结构。
[表24]
Figure BDA00002580529101101
*混合比全部表示重量比。
将发光元件18和19及比较发光元件9密封在含氮气气氛的手套箱中，避免接触空气。然后，测量这些元件的操作特性。注意，测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
应注意发光元件18、19和比较发光元件9在同样的基板上形成。另外，上述三种发光元件中，除空穴注入层1111、空穴传输层1112和第一发光层1113a之外的组分同时形成，同时测量三种发光元件的操作特性。
表25分别显示发光元件18、19和比较发光元件9在亮度约1000cd/m2时的电压(V)、电流密度(mA/cm2)、CIE色坐标(x,y)、亮度(cd/m2)、电流效率(cd/A)、功率效率(lm/W)和外量子效率(％)。
[表25]
发光元件18 发光元件19 比较发光元件9
电压(V) 4.6 4.4 4.4
电流密度(mA/cm2) 8.5 7.6 12
色坐标(x,y) (0.15,0.20) (0.15,0.21) (0.15,0.19)
亮度(cd/m2) 920 810 1000
电流效率(cd/A) 11 11 9
功率效率(lm/W) 7.4 7.6 6.1
外量子效率(％) 8.0 7.4 6.5
图78显示发光元件18、19和比较发光元件9的发射光谱。在图78中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示发射强度(任意单位)。图79、图80和图81分别显示发光元件18、19和比较发光元件9的电压-亮度特性、亮度-电流效率特性和亮度-功率效率特性。在图79中，纵轴表示亮度(cd/m2)，横轴表示电压(V)。在图80中，纵轴表示电流效率(cd/A)，横轴表示亮度(cd/m2)。在图81中，纵轴表示功率效率(lm/W)，横轴表示亮度(cd/m2)。
如图78所示，发光元件18、19和比较发光元件9的发射光谱中都在470nm左右具有峰。表25中CIE色坐标也显示发光元件18、19和比较发光元件9表现为源自1,6FLPAPrn的蓝光发射，所有的元件都具有良好的载流子平衡。此外，在发光元件18和19中，使用根据本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发射蓝色荧光的荧光化合物的主体材料，确认根据本发明一个实施方式的咔唑化合物的S1能级足够高(比发射蓝光的至少一种荧光化合物的S1能级高)。
具体地，发光元件18和19中分别使用本发明一个实施方式的咔唑化合物用于第一发光层1113a，效率高于比较发光元件9。这表示本发明一个实施方式的咔唑化合物的S1能级足够高。
此外，图79、图80、图81和表25显示发光元件18和19可以在与比较发光元件9同样低的电压下驱动，发光元件18和19的效率高于比较发光元件9。以上现象的原因可能如下。在本实施例中发光元件18和19中使用的本发明一个实施方式的咔唑化合物的带隙与比较发光元件9中使用的PCzPA的带隙相比较宽；因此，在所述咔唑化合物用作与发光层接触的空穴传输层的材料时，能有效地抑制从发光层中转移能量。在本实施例中发光元件18和19中使用的本发明一个实施方式的咔唑化合物的LUMO能级(绝对值)与比较发光元件9中使用的PCzPA的LUMO能级相比较浅(较小)；因此，能抑制由于电子从发光层中泄漏导致的载流子损失。此外，在本实施例中，发光元件18和19中使用的本发明一个实施方式的咔唑化合物的HOMO能级(绝对值)与比较发光元件9中使用的PCzPA的HOMO能级相比较深(较大)；因此，能有效地向发光层中注入空穴。
此外，发现发光元件都能在与比较发光元件同样低的电压下驱动，所述发光元件都具有良好的载流子传输性。这表示本发明一个实施方式的咔唑化合物的载流子传输性质极佳。
如上所述，使用本发明一个实施方式的咔唑化合物作为发光元件的材料，所述发光元件能具有高效率。另外，本发明一个实施方式的咔唑化合物可以用作蓝荧光材料的主体材料。
[实施例21]
在本实施例中，将描述制备本发明一个实施方式的咔唑化合物9-苯基-9H-3-{4-[3,5-二(菲-9-基)苯基]苯基}咔唑(缩写:Pn2BPPC)的例子，在通式(G1)中R1是苯基，R2是氢，α3是具有菲基作为取代基的联苯二基，Ar3是菲基。
[步骤1:9-[3-氯-5-(菲-9-基)苯基]菲(缩写：Cl-PPn2)的合成方法]
在200mL三颈烧瓶中，将2.90g(10.7mmol)1,3-二溴-5-氯苯、5.0g(22.5mmol)9-菲硼酸、50.6mg(0.23mmol)乙酸钯(II)、207mg(0.68mmol)三(邻甲苯基)膦、70mL甲苯、7mL乙醇和20mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛85℃下加热并搅拌6小时，进行反应。另外，向所述混合物中加入50.6mg(0.23mmol)乙酸钯(II)和207mg(0.68mmol)三(邻甲苯基)膦，所述混合物在氮气气氛下85℃加热并搅拌7.5小时，然后在110℃加热并搅拌7.5小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入300mL甲苯，通过Florisil(由瓦克纯化学工业有限公司生产，目录编号540-00135)、氧化铝(中性，由默克公司生产)和C盐(由瓦克纯化学工业有限公司生产，目录编号531-16855)对该混合物溶液的有机层进行过滤。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯:己烷=1:5)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的部分，并向其中加入甲苯和己烷。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到3.11g白色粉末状目标物质，产率63％。该合成方法的反应方案示于(F8-1)。
目标物质的Rf值为0.25，通过硅胶薄层层析(TLC)测得(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将步骤1获得的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.59-7.73(m,11H),7.79(s,2H),7.92(d,J=7.81Hz,2H),8.06(d,J=8.30Hz,2H),8.73(d,J=8.30Hz,2H),8.79(d,J=8.30Hz,2H)。
图82A和82B是1H NMR谱。应注意，图82B是图82A在7.00ppm至9.00ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质9-[3-氯-5-(菲-9-基)苯基]菲(缩写:Cl-PPn2)。
[步骤2：9-苯基-9H-3-{4-[3,5-二(菲-9-基)苯基]苯基}咔唑(缩写:Pn2BPPC)的合成方法]
在200mL三颈烧瓶中，将1.04g(2.87mmol)9-[3-氯-5-(菲-9-基)苯基]菲、2.00g(4.31mmol)3-(9-苯基-9H-咔唑)苯基-4-硼酸、49.5mg(0.09mmol)二(二亚苄基丙酮)钯(0)、91.8mg(0.24mmol)2′-(二环己基膦)苯乙酮乙烯缩酮、1.31g(8.61mmol)氟化铯(I)和30ml二甲苯的混合物在氮气气氛下150℃加热并搅拌12小时，进行反应。
反应之后，向反应混合物溶液中加入500mL甲苯，通过氧化铝(中性，由默克公司生产)和C盐(由瓦克纯化学工业有限公司生产，目录编号531-16855)对该混合物溶液进行过滤。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯:己烷=1:5)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的馏分，并向其中加入己烷。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到1.9g白色粉末状目标物质，产率89％。该合成方法的反应方案示于(F8-2)。
[67]
Figure BDA00002580529101151
目标物质的的Rf值为0.29，通过硅胶薄层层析(TLC)测得(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将上述步骤2获得的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.43(d,J=3.4Hz,2H),7.46-7.50(m,2H),7.60-7.99(m,25H),8.19-8.23(m,3H),8.41(d,J=0.98Hz,1H),8.76(d,J=8.30Hz,2H),8.82(d,J=7.32Hz,2H)。
图83A和83B是1H NMR谱。应注意，图83B是图83A在7.00ppm至9.00ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质9-苯基-9H-3-{4-[3,5-二(菲-9-基)苯基]苯基}咔唑(缩写:Pn2BPPC)。
应注意，虽然在本实施例中，菲化合物中包含氯作为与本实施例所述的咔唑化合物进行偶联的反应基团，但不受此限制，也可以使用包含碘或溴作为反应基团的菲化合物。例如，步骤2中可以使用的菲化合物可以由通式(I1)表示。应注意，由通式(I1)表示的菲化合物包含溴或碘作为反应基团时，Pn2BPPC(缩写)可以采用与上述步骤2类似的方式进行合成。在步骤1中，菲-9-硼酸与三卤代苯具体以2:1进行反应时，优选与硼酸反应的卤素的反应活性高于由X表示的卤素。因此，当与苯键合的X是氯时，3-位和5-位上的卤素优选溴或碘。当与苯键合的X是溴时，3-位和5-位上的卤素优选碘。
Figure BDA00002580529101161
应注意，通式(I1)中，X表示氯、溴或碘。
图84A显示Pn2BPPC在Pn2BPPC的甲苯溶液中的吸收光谱，图84B显示其发射光谱。图85A显示Pn2BPPC薄膜的吸收光谱，图85B显示其发射光谱。使用紫外-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图84A显示Pn2BPPC在Pn2BPPC溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于其中的甲苯的吸收光谱获得。图85A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图84A和84B以及图85A和85B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约303nm观察到吸收峰，最大发射波长为388nm(激发波长：340nm)。对于薄膜的情况，在约306nm观察到吸收峰，最大发射波长为417nm(激发波长：306nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的Pn2BPPC是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示Pn2BPPC表现为发射蓝紫色光。
本实施例中，出于以下原因优选通式(G1)中的Pn2BPPC(缩写)：α3的联苯基在对位上与咔唑的3-位键合，使得可靠性高。
[实施例22]
本实施例中，将描述实施方式1中由结构式(197)表示的9-苯基-9H-3-[3,5二(菲-9-基)苯基]咔唑(缩写:Pn2PPC)的实施例。
Figure BDA00002580529101171
[步骤1：3-(3,5-二氯苯基)-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPCl2)的合成方法]
在200mL三颈烧瓶中，将5.0g(22.1mmol)3-(9-苯基-9H-咔唑)硼酸、7.63g(26.6mmol)1-溴-3,5-二氯苯、58.4mg(0.26mmol)乙酸钯(II)、237mg(0.78mmol)三(邻甲苯基)膦、98mL甲苯、10mL乙醇和32mL碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合物在减压条件下搅拌脱气，然后在氮气气氛80℃下加热并搅拌7小时，进行反应。
反应之后，向反应溶液中加入500mL甲苯，通过Florisil、氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯:己烷=1:10)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。浓缩得到的部分，并向其中加入甲苯和己烷。用超声波辐射该混合物，然后重结晶，得到9.09g白色粉末状目标物质，产率100％。该合成方法的反应方案示于(F9-1)。
[70]
Figure BDA00002580529101181
目标物质的的Rf值为0.43，通过硅胶薄层层析(TLC)测得(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将步骤1获得的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.26-7.34(m,2H),7.40-7.53(m,4H),7.57-7.67(m,7H),8.20(d,J=7.81Hz,1H),8.31(d,J=0.98Hz,1H)。
图86A和86B是1H NMR谱。应注意，图86B是图86A在7.00ppm至8.50ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质3-(3,5-二氯苯基)-9-苯基-9H-咔唑(缩写:PCPCl2)。
[步骤2：9-苯基-9H-3-[3,5-二(菲-9-基)苯基]咔唑(缩写:Pn2PPC)的合成方法]
在200mL三颈烧瓶中，将4.29g(19.3mmol)9-菲硼酸、3.0g(7.73mmol)3-(3,5-二氯苯基)-9-苯基-9H-咔唑、86.3mg(0.15mmol)二(二亚苄基丙酮)钯(0)、166mg(0.46mmol)2′-(二环己基膦)苯乙酮乙烯缩酮、6.98g(46mmol)氟化铯(I)和30ml二甲苯的混合物在氮气气氛下120℃加热并搅拌10小时，进行反应。然后，向该混合物中加入858mg(3.87mmol)9-菲硼酸、86.3mg(0.15mmol)二(二亚苄基丙酮)钯(0)和166mg(0.46mmol)2′-(二环己基膦)苯乙酮乙烯缩酮，该混合物在氮气气氛下120℃加热并搅拌8小时，进行反应。
反应之后，向反应混合溶液中加入500mL甲苯，通过氧化铝和C盐过滤混合物溶液的有机层。用水洗涤得到的滤液，在其中加入硫酸镁以吸收水分。将该悬浮液过滤得到滤液。将获得的滤液浓缩，并通过硅胶柱层析进行纯化。这时，使用甲苯和己烷(甲苯:己烷=1:5)的混合溶剂作为层析的洗脱溶剂。将得到的部分进行浓缩，得到0.93g白色粉末状目标物质，产率18％。该合成方法的反应方案示于(F9-2)。
目标物质的Rf值为0.18，通过硅胶薄层层析(TLC)测得(洗脱溶剂是比值为1:10的乙酸乙酯与己烷)。
将步骤2获得的化合物用核磁共振(NMR)法进行测定。测量数据如下所示。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.41-7.643(d,J=3.4Hz,2H),7.48-7.51(d,J=8.30Hz,2H),7.60-8.05(m,20H),8.15-8.18(d,J=9.3Hz,2H),8.41(d,J=0.98Hz,1H),8.79(dd,J=8.3Hz,18.6Hz,4H)。
图87A和87B是1H NMR谱。应注意，图87B是图87A在7.00ppm至9.00ppm范围的放大图。测试结果确认能获得目标物质9-苯基-9H-3-[3,5-二(菲-9-基)苯基]咔唑(缩写:Pn2PPC)。
应注意，虽然在本实施例中，咔唑化合物中包含氯作为与本实施例所述的菲化合物进行偶联的反应基团，但不受此限制，也可以使用包含碘或溴作为反应基团的咔唑化合物。例如，步骤2中可以使用的咔唑化合物可以由通式(I2)表示。应注意，由通式(I2)表示的咔唑化合物包含溴或碘作为反应基团时，Pn2BPPC可以采用与上述步骤2类似的方式进行合成。在步骤1中，9-苯基-9H-咔唑基-3-硼酸与三卤代苯具体以1:1进行反应时，优选与硼酸反应的卤素的反应活性高于由X表示的卤素。因此，当X分别在1-位和3-位与苯键合时，5-位上的卤素优选溴或碘。当与苯键合的X是溴时，5-位上的卤素优选为碘。
Figure BDA00002580529101201
应注意通式（I2）中，X表示氯、溴或碘。
图88A显示Pn2PPC在Pn2PPC的甲苯溶液中的吸收光谱，图88B显示其发射光谱。图89A显示Pn2PPC薄膜的吸收光谱，图89B显示其发射光谱。使用紫外-可见光分光光度计(V550,由JASCO公司制造)测量吸收光谱。用荧光分光光度计(FS920,由滨松光子学公司制造)测量发射光谱。对按照以下方式制备的样品进行测量：将溶液置于石英池中，通过蒸发在石英基板上获得薄膜。图88A显示Pn2PPC在Pn2PPC溶液中的吸收光谱，通过减去石英池和置于中的甲苯的吸收光谱获得。图89A显示薄膜的吸收光谱，通过减去石英基板的吸收光谱获得。在图88A和88B以及图89A和89B中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示强度(任意单位)。对于甲苯溶液的情况，在约298nm观察到吸收峰，最大发射波长为381nm(激发波长：311nm)。对于薄膜的情况，在约303nm观察到吸收峰，最大发射波长为409nm(激发波长：304nm)。
吸收光谱显示本实施例所述的Pn2PPC是一种对可见范围内的光具有弱吸收的材料。另外，发射光谱显示Pn2PPC表现为发射蓝紫色光。
此申请基于2010年9月27日向日本专利局提交的日本专利申请第2010-215856号，其整个内容通过引用结合于此。

Claims (2)

1.一种由结构式（102）表示的化合物
Figure FDA00002580529000011
2.一种由结构式（105）表示的化合物
Figure FDA00002580529000012
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Application publication date: 20130313

Assignee: Jilin Optical and Electronic Materials Co., Ltd.

Assignor: Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Contract record no.: 2017990000335

Denomination of invention: Organic compound, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device

Granted publication date: 20140101

License type: Common License

Record date: 20170823

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