CN103262283B - 有机电致发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善元件的发光效率、充分确保驱动稳定性、且具有简略构成的有机电致发光元件（有机EL元件）。在基板上层叠阳极、多层有机层和阴极而成的有机电致发光元件中，在选自由发光层、空穴传输层和电子阻挡层组成的组中的至少1层中含有通式（1）表示的咔唑化合物。（其中，L为m价的芳香族烃基或芳香族杂环基，R为氢、烷基或环烷基，m为1～3的整数，n为1～4的整数，但至少1个n为2～4的整数，且式中具有至少1个式（1a）表示的连接结构。）

Description

有机电致发光元件
技术领域
本发明涉及一种含有具有特定结构的咔唑化合物的有机电致发光元件，详细而言，涉及一种通过对由有机化合物形成的发光层施加电场来发出光的薄膜型器件。
背景技术
通常，有机电致发光元件（以下称为有机EL元件）作为其最简单的结构，由发光层和夹持该层的一对对电极构成。即，在有机EL元件中，利用如下现象：在向两电极间施加电场时，电子从阴极注入，空穴从阳极注入，它们在发光层再结合，发出光。
近年来，进行了使用了有机薄膜的有机EL元件的开发。尤其为了提高发光效率，以提高从电极注入载流子的效率为目的进行了电极的种类的最优化，通过开发在电极间以薄膜形式设置有由芳香族二胺形成的空穴传输层和由8-羟基喹啉铝络合物（以下称为Alq3）形成的发光层的元件，与现有的使用蒽等的单晶的元件相比较，发光效率得到大幅改善，因此正在向着在具有自发光、高速应答性这样的特征的高性能平板中实用的目标前进。
另外，作为提高元件的发光效率的尝试，还正在研究不使用荧光而使用磷光。以上述的设置有由芳香族二胺形成的空穴传输层和由Alq3形成的发光层的元件为代表的众多元件利用了荧光发光，但通过使用磷光发光，即利用来自三重态激发状态的发光，与现有的使用荧光（单重态）的元件相比，可期望3～4倍左右的效率提升。为了该目标，研究了将香豆素衍生物、二苯甲酮衍生物作为发光层的方案，但仅仅获得了极低的亮度。另外，作为利用三重态状态的尝试，研究了使用铕络合物，但其也未实现高效率的发光。近年来，如专利文献1中例举出的那样，以发光的高效率化、长寿命化为目标，以铱络合物等有机金属络合物为中心进行了大量研究。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2003-515897号公报
专利文献2：日本特开2001-313178号公报
专利文献3：US专利公开2006/054861号公报
专利文献4：日本特开2008-195841号公报
专利文献5：WO2009/086028号公报
为了获得高发光效率时，与上述掺杂剂材料同时使用的主体材料变得重要。作为主体材料提出的代表性的材料，可列举出专利文献2中介绍的咔唑化合物的4,4'-双（9-咔唑基）联苯（以下称为CBP）。在将CBP作为以三（2-苯基吡啶）铱络合物（以下称为Ir（ppy）3）为代表的绿色发磷光材料的主体材料使用时，由于CBP的空穴易流动而电子难流动的特性，电荷平衡被打破，过量的空穴流出至电子传输层侧，其结果是，来自Ir（ppy）3的发光效率降低。
为了使有机EL元件获得高发光效率，需要具有高的三重态激发能且能在两电荷（空穴、电子）注入传输特性中获取平衡的主体材料。进而，期望电化学稳定、在高耐热性的同时具备优异的非晶稳定性的化合物，因此寻求进一步的改良。
在专利文献3中，公开了如下所示的咔唑化合物。然而，公开限于使用了在咔唑的4位取代的化合物的有机EL元件，而未显示使用了咔唑的9位取代至咔唑化合物的4位的化合物的有机EL元件的有用性。
另外，在专利文献4中，还公开了使用了如下所示的化合物的有机EL元件。
然而，其仅公开了作为二苯基胺取代至咔唑的4位的化合物的有机EL元件的有用性，而未公开使用了咔唑取代至4位的化合物的有机EL元件的有用性。
另外，在专利文献5中，还公开了如下所示的化合物、和使用了该化合物的有机EL元件。
然而，其仅公开了作为咔唑取代至咔唑化合物的3位的化合物的有机EL元件的有用性，而未公开使用了咔唑取代至4位的化合物的有机EL元件的有用性。
发明内容
为了将有机EL元件应用于平板显示器等显示元件，需要在改善元件的发光效率的同时充分确保驱动时的稳定性。鉴于上述现状，本发明的目的在于提供具有高效率且高驱动稳定性的实用上有用的有机EL元件和适于其的化合物。
本发明人等进行了深入研究，结果发现通过将特定骨架的咔唑化合物作为有机EL元件使用会显示优异的特性，从而完成本发明。
本发明涉及一种有机电致发光元件，其为在基板上层叠阳极、多层有机层和阴极而成的有机电致发光元件，其特征在于，在选自由发光层、空穴传输层和电子阻挡层组成的组中的至少1层中含有通式（1）表示的咔唑化合物；
（其中，L为m价的总碳原子数为6～30的芳香族烃基或总碳原子数为3～30的芳香族杂环基，但不为含咔唑环的基团。m为1～3的整数，n分别独立地为1～4的整数，但至少1个n为2～4的整数，且式中具有至少1个式（1a）表示的连接结构。通式（1）和式（1a）中，R分别独立地为氢、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为3～11的环烷基。）
通式（1）中，优选的是：m为1～2的整数，n分别独立地为1～3的整数，但至少1个n为2～3的整数。
另外，通式（1）中，优选咔唑环间的全部连接结构为式（1a）、或式（1a）和下述式（1b）表示的连接结构。
（其中，R与式（1a）中的含义相同。）
通式（1）中，优选L为从式（2）～（5）中的任一式中除去m个氢而产生的m价的基团。
（式（2）～（5）中，X分别独立地表示CH或氮，R分别独立地表示氢、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为3～11的环烷基。式（3）和（5）中，Y表示氧或硫，式（4）中，p表示0～2的整数。）
更优选的是，通式（1）中，L为从式（2）、（3）或（4）中的任一式中除去m个氢而产生的m价的基团。
另外，通式（1）中，优选n的总和为2～6的整数。
另外，本发明还涉及一种上述的有机电致发光元件，其特征在于，含有咔唑化合物的有机层为含有发磷光的掺杂剂的发光层。
附图说明
图1为表示有机EL元件的结构例的截面图。
图2表示化合物1-3的1H-NMR图谱。
图3表示化合物1-15的1H-NMR图谱。
图4表示化合物1-21的1H-NMR图谱。
图5表示化合物1-27的1H-NMR图谱。
具体实施方式
本发明的有机电致发光元件在有机层中含有上述通式（1）表示的咔唑化合物（以下也称为通式（1）表示的化合物）。认为该咔唑化合物通过具有4-（9-咔唑基）咔唑结构，带来了上述优异的效果。
通式（1）中，L表示从总碳原子数为6～30的芳香族烃或总碳原子数为3～30的芳香族杂环化合物上除去m个氢而产生的m价的基团。优选L为从总碳原子数为6～18的芳香族烃或芳香族杂环化合物上除去m个氢而产生的m价的基团。此处，L不为含咔唑环的基团。此处所称的含咔唑环的基团为从取代或者未取代的咔唑上除去m个氢而产生的m价的基团。详细而言，从构成咔唑环的N或C上除去m个氢而产生的m价的基团。
作为芳香族烃或芳香族杂环化合物的具体例子，可列举出苯、戊搭烯、茚、萘、甘菊环、庚搭烯、辛搭烯、苯并二茚、苊烯、苯嵌萘、菲、蒽、三茚、荧蒽、醋菲烯、醋蒽烯、苯并菲、芘、1，2-苯并菲、丁苯、并四苯、七曜烯、苉、苝、戊芬、戊省、四邻亚苯、胆蒽（cholanthrylene）、螺烯、己芬、玉红省、晕苯、联三萘、庚芬、吡蒽、呋喃、苯并呋喃、异苯并呋喃、呫吨、蒽酚酮（oxanthrene）、二苯并呋喃、迫位呫吨并呫吨、噻吩、噻吨、噻蒽、吩恶噻（phenoxathin）、苯并噻吩、异硫茚、并噻吩、萘并噻吩、二苯并噻吩、吡咯、吡唑、碲唑（tellurazole）、硒唑（selenazole）、噻唑、异噻唑、噁唑、呋咱、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、三嗪、吲哚嗪、吲哚、异吲哚、吲唑、嘌呤、喹嗪、异喹啉、咪唑、萘啶、酞嗪、喹唑啉、苯并二氮、喹喔啉、噌啉、喹啉、蝶啶、菲啶、吖啶、伯啶、菲咯啉、吩嗪、咔啉、吩碲嗪（phenotellurazine）、吩硒嗪（phenoselenazine）、吩噻嗪、吩噁嗪、蒽吖嗪（anthyridine）、苯并噻唑、苯并咪唑、苯并噁唑、苯并异噁唑、苯并异噻唑或这些芳香环多个连接而成的芳香族化合物等。
此外，在为芳香环多个连接而成的芳香族化合物的情况下，连接数优选为2～10，更优选为2～7，连接的芳香环可以相同也可以不同。该情况下，式（1）中，与m个咔唑基结合的结合位置没有限定，可以为连接的芳香环的末端部的环也可以为中央部的环。此处，芳香环是芳香族烃环和芳香族杂环的总称。另外，连接的芳香环中包含至少1个杂环的情况包括在芳香族杂环中。
此处，在由芳香环多个连接而成的芳香族化合物产生的m价的基团为1价的基团的情况下，例如以下述式表示。
（式（11）～（13）中，Ar1～Ar6表示取代或无取代的芳香环。）
作为上述芳香环多个连接而产生的基团的具体例子，例如可列举出从联苯、三联苯、联吡啶、联嘧啶、联三嗪、三联吡啶、双三嗪基苯、苯基三联苯、联萘、苯基吡啶、二苯基吡啶、苯基嘧啶、二苯基嘧啶、苯基三嗪、二苯基三嗪、苯基萘、二苯基萘等中除去氢而产生的1价的基团。
通式（1）中，作为优选的L的形态，可列举出由式（2）～（5）表示的、优选式（2）～（4）表示的芳香族化合物产生的m价的基团。这些m价的基团是从形成式（2）～（5）中显示的环的碳原子中除去m个氢而产生的m价的基团，在m为2以上的情况下，除去的氢可以是同一环上的，也可以是不同环上的。
在式（2）～（5）中，X分别独立地为次甲基或氮。在构成六元环的各个X中，优选0～3个X为氮，更优选全部为次甲基。式（3）和（5）中，Y表示氧或硫。式（4）中，p表示0～2的整数，优选为0或1。
通式（1）中，作为优选的给出L的芳香族化合物的具体例子，可列举出苯、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、三嗪、二苯并呋喃、二苯并噻吩、联苯、三联苯、联吡啶、联嘧啶、联三嗪、三联吡啶、双三嗪基苯、苯基吡啶、二苯基吡啶、苯基嘧啶、二苯基嘧啶、苯基三嗪、二苯基三嗪、苯基二苯并呋喃、苯基二苯并噻吩、二苯并呋喃基吡啶、二苯并噻吩基吡啶。更优选的可列举出苯、二苯并呋喃、二苯并噻吩、联苯、三联苯基、双三嗪基苯、苯基二苯并呋喃、苯基二苯并噻吩。
通式（1）中，m表示1～3的整数。优选m为1或2，更优选m为1。
通式（1）中，n分别独立地表示1～4的整数。优选n为1～3。但是，至少1个n为2～4的整数，式中具有至少1个式（1a）表示的连接结构。咔唑环间的全部连接结构优选为式（1a）、或式（1a）和式（1b）表示的连接结构。此处，咔唑环是指通式（1）中显示的3环的稠环。n的总和（咔唑环的总数）为2～12的整数，优选为2～9，更优选为2～6。
通式（1）中，需要具有1个以上的式（1a）表示的连接结构。在m为2以上、n为2以上的情况下，优选全部为式（1a）表示的连接结构、或者为式（1a）和式（1b）表示的连接结构这两者。此处，n为3以上的情况下，存在2个以上的连接结构，且分别优选为上述连接结构。此外，在式（1a）和式（1b）表示的连接结构中，一方的咔唑环为末端的咔唑环的情况下，优选1个键与氢键合，N-与L或其他咔唑环键合。
在通式（1）、式（2）～（5）、式（1a）～（1b）中，R分别独立地表示氢、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为3～11的环烷基。优选为氢、碳原子数为1～8的烷基或碳原子数为3～8的环烷基，更优选为氢、碳原子数为1～4的烷基或碳原子数为5～7的环烷基。
作为烷基的具体例子，可列举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基，优选可列举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基。上述烷基可以为直链，也可以为分支链。
作为环烷基的具体例子，可列举出环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、甲基环己基，优选可列举出环己基、甲基环己基。
在通式（1）和式（2）～（5）、式（1a）～（1b）中，各个相同的标记和化学式只要没有特殊注明，可理解为具有同样的含义。
本发明的咔唑化合物可将4位被卤素原子取代了的咔唑衍生物作为起始原料，与作为目标的化合物的结构相应地来选择原料，使用公知的手法来合成。
例如，4位被氟原子取代了的咔唑衍生物的4‐氟代咔唑骨架可参考JournalofOrganicChemistry,2008,No.73,p7603-p7610中示出的合成例，通过以下的反应式来合成。
可以将由上述的反应式得到的咔唑化合物的氮上的氢通过例如乌尔曼反应等偶合反应取代为对应的取代基团，由此合成通式（1）表示的化合物。
通式（1）表示的咔唑化合物的具体例子如下所示，但本发明的有机电致发光元件所使用的材料不受这些限定。
在基板上层叠阳极、多层有机层和阴极而成的有机EL元件中，通过使发光层、空穴传输层和电子阻挡层中的至少1个有机层含有通式（1）表示的咔唑化合物，能够给出优异的有机电致发光元件。作为使其含有的有机层，优选为发光层、空穴传输层。更优选可以作为含有发磷光的掺杂剂的发光层的主体材料含有。
接着，对本发明的有机EL元件进行说明。
本发明的有机EL元件在基板上层叠的阳极和阴极之间具有有机层，所述有机层具有至少1个发光层，并且发光层、空穴传输层和电子阻挡层中的至少1个有机层含有通式（1）表示的化合物。有利的是在发光层或空穴传输层中含有通式（1）表示的化合物，更有利的是在发光层中与发磷光的掺杂剂一起含有通式（1）表示的化合物。
接着，对本发明的有机EL元件的结构，参照附图进行说明，但本发明的有机EL元件的结构不受图示内容的任何限定。
图1为表示本发明中使用的通常的有机EL元件的结构例的截面图，1表示基板，2表示阳极，3表示空穴注入层，4表示空穴传输层，5表示发光层，6表示电子传输层，7表示阴极。本发明的有机EL元件中可以具有与发光层邻接的激子阻挡层，另外也可以在发光层与空穴注入层之间具有电子阻挡层。激子阻挡层可以插入在发光层的阳极侧、阴极侧中的任一侧，也可以同时插入两侧。本发明的有机EL元件中具有基板、阳极、发光层和阴极作为必需的层，在除必需的层之外的层中，可以具有空穴注入传输层、电子注入传输层，进一步在发光层与电子注入传输层之间可以具有空穴阻挡层。此外，空穴注入传输层是指空穴注入层和空穴传输层中的任一层或这两层，电子注入传输层是指电子注入层和电子传输层中的任一层或这两层。
此外，也可以为与图1相反的结构，即可以在基板1上按阴极7、电子传输层6、发光层5、空穴传输层4、阳极2的顺序层叠，在该情况下，也可以根据需要追加层或者省略层。
-基板-
本发明的有机EL元件优选用基板支撑。对于该基板，没有特别限制，只要为一直以来有机EL元件中惯用的基板即可，例如可以使用由玻璃、透明塑料、石英等形成的基板。
-阳极-
作为有机EL元件中的阳极，优选使用将功函数大（4eV以上）的金属、合金、导电性化合物和它们的混合物作为电极物质。作为这样的电极物质的具体例子，可列举出Au等金属、CuI、氧化铟锡（ITO）、SnO2、ZnO等导电性透明材料。另外，可以使用IDIXO（In2O3-ZnO）等可以以非晶质形态制作透明导电膜的材料。关于阳极，可以将这些电极物质通过蒸镀、溅射等方法形成薄膜、并通过光刻法形成期望形状的图案，或者在不太需要图案精度的情况下（100μm以上左右）可以在上述电极物质的蒸镀、溅射时隔着期望形状的掩膜形成图案。或者，在使用有机导电性化合物那样的可涂布的物质的情况下，还可以使用印刷方式、涂覆方式等湿式成膜法。在通过该阳极取出发光的情况下，优选使透射率大于10％，另外作为阳极的薄膜电阻（sheetresistance）优选为数百Ω/□以下。此外，虽然膜厚根据材料的不同而不同，但通常可以在10～1000nm、优选在10～200nm的范围内选择。
-阴极-
另一方面，作为阴极，可使用将功函数小的（4eV以下）的金属（称为电子注入性金属）、合金、导电性化合物和它们的混合物作为电极物质。作为这样的电极物质的具体例子，可列举出钠、钠-钾合金、镁、锂、镁/铜混合物、镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝（Al2O3）混合物、铟、锂/铝混合物、稀土类金属等。在这些当中，从对电子注入性和氧化等的耐久性的角度出发，电子注入性金属与作为比其功函数值大且稳定的金属的第二金属的混合物，例如镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝（Al2O3）混合物、锂/铝混合物、铝等是适宜的。阴极可以通过将这些电极物质借助蒸镀、溅射等方法来形成薄膜，由此制作。另外，作为阴极的薄膜电阻，优选为数百Ω/□以下，膜厚通常可在10nm～5μm、优选在50～200nm的范围内选择。其中，为了使发射的光透过，只要有机EL元件的阳极或阴极中的任一个为透明或半透明，就会提高发光亮度，是优选的。
另外，在阴极中以1～20nm的膜厚制作上述金属后，在其上制作在阳极的说明中列举的导电性透明材料，由此可以制作透明或半透明的阴极，通过应用该方法，能够制作阳极和阴极这二者具有透射性的元件。
-发光层-
发光层为发磷光的层，含有发磷光的掺杂剂和主体材料。作为发磷光的掺杂剂材料，可以含有包含选自钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂和金中的至少1种金属的有机金属络合物的掺杂剂材料。所述有机金属络合物在上述现有技术文献等中是公知的，这些可以选择使用。发磷光的掺杂剂的发光波长优选在550nm以下具有最大发光波长。
作为优选的发磷光的掺杂剂，可列举出具有Ir等贵金属元素作为中心金属的Ir（ppy）3等络合物类、（Bt）2Iracac等络合物类、（Btp）Ptacac等络合物类。以下示出这些络合物类的具体例子，但不限定于下述的化合物。
上述发磷光的掺杂剂在发光层中含有的量优选在1～50重量％的范围内。更优选为5～30重量％。
作为发光层中的主体材料，优选使用上述通式（1）表示的化合物。但是，在将该化合物用于除发光层以外的其它任何有机层的情况下，发光层中使用的材料也可以为除通式（1）表示的化合物以外的其他主体材料。另外，也可以并用通式（1）表示的化合物和其他主体材料。进而，还可以并用多种公知的主体材料来使用。
作为能够使用的公知的主体化合物，优选为具有空穴传输能力或电子传输能力、并且会防止发光的长波长化、而且具有高玻璃化转变温度的化合物。
由于这样的其他主体材料根据大量专利文献等是已知的，因此可以从它们中选择。作为主体材料的具体例子，没有特别限定，可列举出以吲哚衍生物、咔唑衍生物、三唑衍生物、噁唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、聚芳基烷衍生物、吡唑啉衍生物、吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、氨基取代查耳酮衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、芴酮衍生物、腙衍生物、茋衍生物、硅氨烷衍生物、芳香族叔胺化合物、苯乙烯基胺化合物、芳香族二甲叉系化合物、卟啉系化合物、蒽醌基二甲烷衍生物、蒽酮衍生物、二苯基醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、萘苝等的杂环四羧酸酐、酞菁衍生物、8-羟基喹啉衍生物的金属络合物、金属酞菁、苯并噁唑、苯并噻唑衍生物的金属络合物为代表的各种金属络合物、聚硅烷系化合物、聚（N-乙烯基咔唑）衍生物、苯胺系共聚物、噻吩低聚物、聚噻吩衍生物、聚亚苯基衍生物、聚苯乙炔、聚芴衍生物等高分子化合物等。
-注入层-
注入层是为了降低驱动电压、提高发光亮度而在电极与有机层间设置的层，并且有空穴注入层和电子注入层，可以存在于阳极与发光层或空穴传输层之间、以及阴极与发光层或电子传输层之间。注入层可以根据需要设置。
-空穴阻挡层-
空穴阻挡层在广义上具有电子传输层的功能，由具有传输电子的功能且传输空穴的能力明显小的空穴阻挡材料形成，通过在传输电子的同时阻挡空穴可以提高电子与空穴的再结合概率。
在空穴阻挡层中可以使用公知的空穴阻挡层材料。另外，作为空穴阻挡层材料，可以根据需要使用后述的电子传输层的材料。
-电子阻挡层-
电子阻挡层由具有传输空穴的功能且传输电子的能力明显小的材料形成，通过在传输空穴的同时阻挡电子可以提高电子与空穴的再结合概率。
作为电子阻挡层的材料，优选使用上述通式（1）表示的化合物，在将该化合物用于其他任意有机层的情况下，可以根据需要使用后述的空穴传输层的材料。电子阻挡层的膜厚优选为3～100nm，更优选为5～30nm。
-激子阻挡层-
激子阻挡层是用于阻挡在发光层内由于空穴与电子再结合而产生的激子扩散至电荷传输层的层，通过插入本层可以将激子有效地锁在发光层内，能够提高元件的发光效率。激子阻挡层可以与发光层邻接并插入到阳极侧、阴极侧中的任一侧，也可以同时插入至两侧。
作为激子阻挡层的材料，例如可列举出1,3-二咔唑基苯（mCP）、双（2-甲基-8-羟基喹啉）-4-苯基苯酚铝（III）（BAlq）。
-空穴传输层-
空穴传输层由具有传输空穴的功能的空穴传输材料形成，空穴传输层可以设置单层或多层。
空穴传输材料为具有空穴的注入或传输、电子的势垒性中的任一项的材料，可以为有机物、无机物中的任一种。作为空穴传输材料，优选使用上述通式（1）表示的化合物，但在其他任意有机层中使用该化合物的情况下，也可以从现有公知的化合物中选择任意物质来使用。作为可以使用的公知的空穴传输材料，例如可列举出三唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、聚芳基烷衍生物、吡唑啉衍生物和吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、氨基取代查耳酮衍生物、噁唑衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、芴酮衍生物、腙衍生物、茋衍生物、硅氨烷衍生物、苯胺系共聚物、另外导电性高分子低聚物、尤其噻吩低聚物等，优选使用卟啉化合物、芳香族叔胺化合物和苯乙烯基胺化合物，更优选使用芳香族叔胺化合物。
-电子传输层-
电子传输层由具有传输电子的功能的材料形成，电子传输层可以设置单层或者多层。
作为电子传输材料（有时兼作空穴阻挡材料），只要具有将从阴极注入的电子传递至发光层的功能即可。电子传输层可以从现有公知的化合物中选择任意物质来使用，例如可列举出硝基取代芴衍生物、二苯基苯醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、碳化二亚胺、亚芴基甲烷衍生物、蒽醌基二甲烷和蒽酮衍生物、噁二唑衍生物等。此外，在上述噁二唑衍生物中，还可以使用将噁二唑环的氧原子用硫原子取代了的噻二唑衍生物、具有作为吸电子基团已知的喹喔啉环的喹喔啉衍生物作为电子传输材料。此外还可以使用在高分子链中导入了这些材料、或将这些材料作为高分子的主链的高分子材料。
实施例
以下，通过实施例进一步详细地说明本发明，但本发明毋庸置疑不受这些实施例限定，只要不超出其要旨，可以通过各种方式实施。
通过以下示出的线路合成了本发明中使用的通式（1）表示的化合物。另外，化合物序号与上述化学式中标记的序号对应。
合成例1
化合物1-3的合成
在氮气氛下，加入60.0g（0.43mol）邻氟代苯基硼酸、40.0g（0.29mol）2-溴代乙酰替苯胺、13.2g（0.011mol）四（三苯基膦）钯（0）、109g碳酸钠的水（500ml）溶液、1000ml甲苯、400ml乙醇，一边在90℃下加热一边搅拌一晚。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入500ml甲苯、蒸馏水（500ml）。用蒸馏水（3×500ml）洗涤有机层。用无水硫酸镁干燥有机层，然后过滤掉硫酸镁，通过减压蒸馏除去溶剂。将所得残渣通过硅凝胶柱色谱进行提纯，作为白色固体得到32.1g（0.14mol，收率为49％）中间体A。
在氮气氛下，加入32.0g（0.14mol）中间体A、16.0g（0.070mol）醋酸钯（II）、25.2g（0.14mol）醋酸铜（II）、1390ml甲苯，一边在110℃下加热一边搅拌一晚。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入500ml甲苯、蒸馏水（500ml）。用蒸馏水（3×500ml）洗涤有机层。用无水硫酸镁干燥有机层，然后过滤掉硫酸镁，通过减压蒸馏除去溶剂。将所得残渣通过硅凝胶柱色谱进行提纯，作为白色固体得到12.0g（0.065mol，收率为47％）中间体B。
在氮气氛下，加入8.2g（0.036mol）中间体B、60ml四氢呋喃（THF）、30ml二甲亚砜、10.0g（0.18mol）氢氧化钾、蒸馏水（3ml），一边在80℃下加热一边搅拌30分钟。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入300ml醋酸乙酯、蒸馏水（100ml）。用蒸馏水（3×200ml）洗涤有机层。用无水硫酸镁干燥有机层，然后过滤掉硫酸镁，减压蒸馏除去溶剂，作为黄色固体得到6.4g（0.034mol，收率为95%）中间体C。
在氮气氛下，加入6.4g（0.034mol）中间体C、21.5g（0.073mol）2-碘二苯并呋喃、36.2g（0.19mol）碘化铜、40.3g（0.19mol）磷酸三钾、23.1ml（0.19mol）反式-1,2-环己二胺、162ml的1,4-二噁烷，在120℃下搅拌一晚。将反应溶液冷却至室温，然后滤得析出的晶体，通过减压蒸馏除去溶剂。将所得残渣通过硅凝胶柱色谱进行提纯，作为白色固体得到7.0g（0.020mol，收率为58％）中间体D。
在氮气氛下，加入1.9g（0.048mol）氢化钠（62.0%制品）、12ml脱水N,N-二甲基甲酰胺（DMF），在室温下搅拌0.5小时。在所得悬浮液中加入6.7g（0.040mol）咔唑的DMF（25ml）溶液，在室温下搅拌30分钟。在所得悬浮液中加入7.0g（0.020mol）中间体D，在130℃下搅拌3天。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入蒸馏水（500ml），滤得析出的固体。对所得固体进行硅凝胶柱色谱分离、晶析提纯，作为白色固体得到2.2g（0.0044mol，收率为22.2％）化合物1-3。
APCI-TOFMS、m/z498[M]+、1H-NMR测定结果（测定溶剂：CD2Cl2）示于图2。
合成例2
化合物1-15的合成
在氮气氛下，加入7.6g（0.041mol）中间体C、10.0g（0.027mol）3-碘-9-苯基咔唑、20.9g（0.11mol）碘化铜、23.3g（0.11mol）磷酸三钾、13.2ml（0.11mol）反式-1,2-环己二胺、135ml的1,4-二噁烷，在120℃下搅拌4小时。将反应溶液冷却至室温，然后滤得析出的晶体，通过减压蒸馏除去溶剂。将所得残渣通过硅凝胶柱色谱进行提纯，作为白色固体得到9.8g（0.023mol，收率为87％）中间体E。
在氮气氛下，加入2.2g（0.056mol）氢化钠（62.0%制品）、14mlDMF，室温下搅拌0.5小时。在所得悬浮液中加入7.8g（0.047mol）咔唑的DMF（33ml）溶液，在室温下搅拌30分钟。在所得悬浮液中加入9.8g（0.023mol）中间体E，在130℃下搅拌3天。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入蒸馏水（1000ml），滤得析出的黄色固体。对所得黄色固体进行硅凝胶柱色谱分离，作为白色固体得到2.4g（0.0042mol，收率为18％）化合物1-15。APCI-TOFMS、m/z574[M+H]+、1H-NMR测定结果（测定溶剂：CD2Cl2）示于图3。
合成例3
化合物1-21的合成
在氮气氛下，加入5.1g（28.0mmol）中间体C、5.6g（27.4mmol）碘苯、0.17g（0.89mmol）碘化铜、29.3g（138mmol）磷酸三钾、1.05g（9.2mmol）反式-1,2-环己二胺、150ml的1,4-二噁烷，在115℃下搅拌2小时。将反应溶液冷却至室温，然后滤得析出的晶体，通过减压蒸馏除去溶剂。将所得残渣通过硅凝胶柱色谱进行提纯，作为白色固体得到5.6g（3.8mmol，收率为14％）中间体F。
在氮气氛下，加入1.9g（50.7mmol）氢化钠（63.0%制品）、50mlDMF，在室温下搅拌0.5小时。在所得悬浮液中加入9.4g（50.7mmol）中间体C的DMF（35ml）溶液，室温下搅拌20分钟。在所得悬浮液中加入中间体F的DMF（35ml）溶液13.2g（50.7mmol），在115℃下搅拌一晚。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入蒸馏水（1000ml），滤得析出的黄色固体。对所得黄色固体进行硅凝胶柱色谱分离，作为白色固体得到3.8g（8.9mmol，收率为18％）中间体G。
在氮气氛下，加入0.62g（16.4mmol）氢化钠（63.0%制品）、50mlDMF，在室温下搅拌0.5小时。在所得悬浮液中加入2.7g（16.4mmol）咔唑的DMF（25ml）溶液，在室温下搅拌30分钟。在所得悬浮液中加入3.5g（8.2mmol）中间体G的DMF（25ml）溶液，在115℃下搅拌一晚。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入蒸馏水（150ml），滤得析出的黄色固体。对所得黄色固体进行硅凝胶柱色谱分离，作为白色固体得到1.5g（2.6mmol，收率为32％）化合物1-21。APCI-TOFMS、m/z574[M+H]+，1H-NMR测定结果（测定溶剂：CD2Cl2）示于图4。
合成例4
化合物1-27的合成
在氮气氛下，加入2.73g（0.0706mol）氢化钠（63.0%制品）、50mlDMF，在室温下搅拌0.5小时。在所得悬浮液中加入18.8g（0.0642mol）3-碘咔唑的DMF（30ml）溶液，在室温下搅拌20分钟。在所得悬浮液中加入8.4g（0.0321mol）中间体F的DMF（30ml）溶液，在120℃下搅拌69小时。将反应溶液冷却至室温，然后一边搅拌一边加入蒸馏水（300ml），滤得析出的黄色固体。对所得黄色固体进行硅凝胶柱色谱分离，作为白色固体得到14.9g（0.028mol，收率为87％）中间体H。
在氮气氛下，加入14.0g（0.0262mol）中间体H、8.7g（0.0524mol）咔唑、0.99g（0.0052mol）碘化铜、22.2g（0.104mol）磷酸三钾、5.98g（0.0524mol）反式-1,2-环己二胺、400ml的1,4-二噁烷，在110℃下搅拌8小时。将反应溶液冷却至室温，然后滤得析出的晶体，通过减压蒸馏除去溶剂。将所得残渣通过硅凝胶柱色谱进行提纯，作为白色固体得到12.4g（0.0217mol，收率为83％）化合物1-27。APCI-TOFMS、m/z574[M+H]+、1H-NMR测定结果（测定溶剂：CD2Cl2）示于图5。
另外，依据上述合成例和说明书中记载的合成方法，合成化合物1-8、1-11、1-17、1-25、1-28、1-30、2-13、2-22、2-23和3-6，供于有机EL元件的制作。
实施例1
制作在图1所示的有机EL元件中、在电子传输层与阴极之间追加有电子注入层的元件。在形成有膜厚为110nm的由氧化铟锡（ITO）形成的阳极的玻璃基板上，通过真空蒸镀法在真空度为2.0×10-5Pa下层叠各薄膜。首先，在ITO上形成空穴注入层，将铜酞菁（CuPC）形成25nm的厚度。接着，作为空穴传输层，将N,N-二（萘-1-基）-N,N-二苯基-联苯胺（NPB）形成至90nm的厚度。接着，在空穴传输层上，将作为发光层的主体材料的化合物1-3、和作为掺杂剂的蓝色磷光材料的铱络合物[双（4,6-二氟苯基）-吡啶-N,C2']吡啶甲酰合铱（III）]（FIrpic）从不同的蒸镀源共蒸镀至30nm的厚度来形成发光层。FIrpic的浓度为10%。接着，作为电子传输层将Alq3形成至30nm厚度。进一步，在电子传输层上作为电子注入层将氟化锂（LiF）形成至1.0nm厚度。最后，在电子注入层上，作为电极将铝（Al）形成至70nm厚度，制作有机EL元件。
实施例2～11
作为发光层的主体材料，使用化合物1-8、化合物1-11、化合物1-15、化合物1-17、化合物1-21、化合物1-27、化合物1-30、化合物2-13、化合物2-23或化合物3-6，除此以外，与实施例1同样地进行来制作有机EL元件。
比较例1～2
作为发光层的主体材料，使用mCP或下述化合物H-1，除此以外，与实施例1同样地进行来制作有机EL元件。
对在上述实施例和比较例中得到的有机EL元件连接外部电源并施加直流电压，结果确认到具有表1那样的发光特性（初始特性）。此外，可知元件发光光谱的最大波长均为475nm，得到了来自FIrpic的发光。
在表1中，化合物为作为主体材料使用的化合物，亮度、电压和发光效率表示2.5mA/cm2时的值。
表1
根据表1判断：在实施例1～11中，在发光层使用通式（1）表示的化合物的情况，与作为磷光主体材料使用通常已知的mCP、咔唑的取代位置不同的H-1的情况相比，具有更高的发光效率特性。
实施例12
在形成有膜厚为110nm的由ITO基板形成的阳极的玻璃基板上，通过真空蒸镀法在真空度2.0×10-5Pa下层叠各薄膜。首先，在ITO上形成空穴注入层，将CuPC形成25nm的厚度。接着，作为空穴传输层将NPB形成至40nm的厚度。接着，在空穴传输层上，将作为主体材料的化合物1-3、和作为掺杂剂Ir（ppy）3从不同的蒸镀源共蒸镀至40nm的厚度来形成发光层。此时，Ir（ppy）3的浓度为10wt％。接着，作为电子传输层将Alq3形成至20nm的厚度。进一步，在电子传输层上，作为电子注入层将LiF形成至1nm的厚度。最后，在电子注入层上，作为电极将Al形成至70nm的厚度来制作有机EL元件。
实施例13～25
作为发光层的主体材料，使用化合物1-8、化合物1-11、化合物1-15、化合物1-17、化合物1-21、化合物1-25、化合物1-27、化合物1-28、化合物1-30、化合物2-13、化合物2-22、化合物2-23或化合物3-6，除此以外，与实施例12同样地进行来制作有机EL元件。
比较例3～4
作为发光层的主体材料使用CBP或H-1，除此以外，与实施例12同样地进行来制作有机EL元件。
对在实施例12～25和比较例3～4中得到的有机EL元件连接外部电源并施加直流电压，结果确认到具有表2那样的发光特性。此外，可知元件发光光谱的极大波长均为530nm，可知得到了来自Ir（ppy）3的发光。
在表2中，化合物为作为主体材料使用的化合物，亮度、电压和发光效率表示在20mA/cm2下驱动时的值，另外，亮度半衰减时间在20mA/cm2的固定电流驱动下进行评价，示出将该结果换算成初始亮度为1000cd/m2的情况下的值。
表2
根据表2判断：在发光层中使用了通式（1）表示的化合物的实施例12～25与作为磷光主体材料使用通常已知的CBP、咔唑的取代位置不同的H-1的情况相比，具有更高的发光效率特性。此外，还显示驱动寿命特性良好且具有高稳定性。
根据以上的结果，认为通式（1）表示的咔唑化合物由于具有4-（9-咔唑基）咔唑结构，因此能够控制分子轨道的扩展，从而带来使电荷平衡最优化和提高两电荷稳定性的效果。另外明确：通过在发光层中使用该化合物，能够实现高效率的有机EL磷光元件。
工业上的实用性
在本发明中使用的咔唑化合物具有4-（9-咔唑基）咔唑结构。关于多个咔唑连接而成的化合物，还已知专利文献5中示出的那样的仅由3-（9-咔唑基）咔唑结构形成的化合物。本发明化合物通过具有4-（9-咔唑基）咔唑结构，与仅在其他位置上咔唑连接的情况相比，显示更高的空穴传输性。另外，认为通过将连接基团取代至特定的芳香族基，可以在确保高的空穴传输性的同时还提高电子传输性。因此，认为在将本发明中使用的咔唑化合物作为主体材料使用的情况下，两电荷的传输性变高，在发光层中的再结合概率上升。通过以上的效果，认为本发明的有机EL元件可以实现高发光效率，从而实现驱动寿命长、耐久性高的有机EL元件。
基于本发明的有机EL元件在发光特性、驱动寿命以及耐久性上为能够满足实用的水平，在向平板显示器（手机显示元件、车载显示元件、OA电脑显示元件、电视等）、应用作为面发光体的特征的光源（照明、复印机的光源、液晶显示器、计量仪器类的背光光源）、显示板、标识灯等的应用中，其技术价值大。

Claims (7)

1.一种有机电致发光元件，其为在基板上层叠阳极、多层有机层和阴极而成的有机电致发光元件，其特征在于，在选自由发光层、空穴传输层和电子阻挡层组成的组中的至少1层中含有通式(1)表示的咔唑化合物；
其中，L为m价的总碳原子数为6～30的芳香族烃基或总碳原子数为3～30的芳香族杂环基，但不为含咔唑环的基团；R分别独立地为氢、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为3～11的环烷基；m为1～3的整数，n分别独立地为1～4的整数，但至少1个n为2～4的整数，且式中具有至少1个式(1a)表示的连接结构；
其中，R与通式(1)中的含义相同；
所述咔唑化合物不为下述式1-10表示的化合物：
2.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其中，通式(1)中，m为1～2的整数，n分别独立地为1～3的整数，但至少1个n为2～3的整数。
3.根据权利要求2所述的有机电致发光元件，其中，通式(1)中，咔唑环间的全部连接结构为式(1a)、或式(1a)和下述式(1b)表示的连接结构；
其中，R与式(1a)中的含义相同。
4.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其中，通式(1)中，L为从式(2)～(5)中的任一式中除去m个氢而产生的m价的基团；
式(2)～(5)中，X分别独立地表示CH或氮，R分别独立地表示氢、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为3～11的环烷基；式(3)和(5)中，Y表示氧或硫；式(4)中，p表示0～2的整数。
5.根据权利要求4所述的有机电致发光元件，其中，通式(1)中，L为从式(2)～(4)中的任一式中除去m个氢而产生的m价的基团。
6.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其中，通式(1)中，n的总和为2～6的整数。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于，含有咔唑化合物的有机层为含有发磷光的掺杂剂的发光层。
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