CN102140083B - 喹喔啉衍生物及使用其的有机发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及喹喔啉衍生物及使用其的有机发光二极管装置,该喹喔啉衍生物具有荧光、刚硬性,可提升玻璃化转变温度(Tg)且热稳定性较佳,因此可用作有机发光二极管装置的空穴传输层、发光层的主体或客体、或电子传输层。
Description
技术领域
本发明涉及喹喔啉(Quinoxaline)衍生物及使用其的有机发光二极管(OLED)装置。具体而言,本发明涉及可作为有机发光二极管装置的空穴传输层、发光层的主体或客体、或电子传输层使用的喹喔啉衍生物。
背景技术
有机材料的电致发光现象是1963年Pope等人发现的,他们利用热蒸镀5毫米的单层蒽晶体当作发光层,所制作的有机发光组件的驱动电压必须高达100V以上。1987年美国柯达公司的邓青云等人将有机荧光染料以真空热蒸镀方式制成双层组件,其驱动电压小于10V。目前OLED组件则通常是通过在玻璃基板上设置一层由铟锡氧化物(ITO)等透明导电材料所形成的阳极层,并在该阳极上依次设置空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、空穴阻挡层(HBL)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)及阴极层,经由这些层的层叠而形成。
阳极层可由ITO构成,而阴极层则可由一些具有低功函的金属(如铝、镁等或其与其它金属的合金)构成。发光层的主体或客体可由金属络合物或一般的有机化合物构成。空穴阻挡层一般使用有机化合物如BCP(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉)。空穴传输材料以往多半是以三芳香胺类为主,如TPD(N,N’-二苯基-N,N’-双(3-甲基苯基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺)、NPB(N,N’-二苯基-N,N’-二(1-萘基)-(1,1’-联苯)-4,4’-二胺)等。电子传输材料一般使用如Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)。发光层的主体一般使用如CBP(4,4’-二(咔唑-9-基)联苯)。红光发光层的客体一般使用红荧烯(即5,6,11,12-四苯基并四苯),而绿光发光层的客体一般使用Ir(ppy)3(三(2-苯基吡啶)铱)。
有机发光二极管装置基本上是以有机分子为组成材料,其中,以喹喔啉为主结构的衍生物已被作为有机电致发光媒介。举例来说,Peter Strohriegl等人(MacromoleculeS,1998,31,6434-6443)所公开的OLED组件是以喹喔啉衍生物作为电子传输层材料,其取代基结构包括双(苯基喹喔啉); Hans-Wemer Schmidt等人(Phys.Chem.chem.phys 1999,1,1777-1781)所揭示的OLED组件是以喹喔啉衍生物作为电子传输层材料,其取代基结构包括螺喹喔啉;EP 2065378所揭示的OLED组件以喹喔啉衍生物作为电子传输层材料,其取代基结构包括吡啶、烷基、芳基或亚芳基等,但不包括氨基;US7,265,378所揭示的OLED组件是以喹喔啉衍生物作为电子传输层材料,其取代基结构包括卤素、卤烷基、芳基等,但不包括氨基。
在上述OLED组件中,这些已知的喹喔啉衍生物大部分仅当作电子传输层材料使用,而未揭示喹喔啉衍生物可同时或单独作为空穴传输层、发光层的主体或客体使用。一般而言,空穴传输层、电子传输层和发光层是由不同的主结构材料构成的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喹喔啉衍生物有机材料并将其应用于有机发光二极管装置中,该喹喔啉衍生物具有荧光、刚硬性,可提升玻璃化转变温度且热稳定性较佳,因此可作为有机发光二极管装置的空穴传输层、发光层的主体或客体、或电子传输层使用。
附图说明
图1是有机发光二极管的结构示意图。
元件符号说明
10-阴极
20-电子注入层(EIL)
30-电子传输层(ETL)
40-发光层(EML)
50-空穴传输层(HTL)
60-阳极
70-基板
具体实施方式
图1是有机发光二极管的结构示意图。如图1所示,有机电致发光组件主要包括阳极60、有机发光层40和阴极10。阳极60是通过在玻璃基板70 上镀上一层透明可导电的氧化铟锡层而形成的。阴极10为例如由铝(Al)所组成的金属层。在有机发光层40和阳极60之间有空穴传输层(HTL)50。在有机发光层40和阴极10之间有电子传输层(ETL)30及电子注入层(EIL)20。
在如上所述的OLED组件中,至少使用一种本发明的喹喔啉衍生物作为发光层的主体或客体、空穴传输层或电子传输层的材料。
本发明的喹喔啉衍生物具有如下式(1)所表示的结构:
在式(1)中,R1~R3各自独立地选自氢、氨基、C1~C20氟化烷基、C3~C20环烷基、C3~C20氟化环烷基、C6~C20芳香基、C6~C20氟化芳香基、C4~C20杂环芳香基、C4~C20氟化杂环芳香基、C7~C20烷芳基、或C7~C20氟化烷芳基;X1~X4的至少一个选自式(4)所示的结构,其余选自下式(2)~(5)所示的结构之一,
其中,R4~R7各自独立地选自氢、氨基、C1~C20氟化烷基、C3~C20环烷基、C3~C20氟化环烷基、C6~C20芳香基、C6~C20氟化芳香基、C4~C20杂环芳 香基、C4~C20氟化杂环芳香基、C7~C20烷芳基、或C7~C20氟化烷芳基。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明,这些实施例的目的仅在于协助对本发明内容的了解,并非用以限定本发明。
实施例
首先根据后文将详细说明的合成方法,合成一系列具有如下所示的结构的喹喔啉衍生物,之后将其应用于OLED组件的测试中。
当X3、X4选自氢,而X1、X2选自9,9-二甲基芴基时,该喹喔啉衍生物的化学式如下:
当X3、X4选自氢,而X1、X2选自9,9’-螺二芴基(又称为9,9’-螺环双芴基)时,该喹喔啉衍生物的化学式如下:
当X1、X2选自氢,而X3、X4选自9,9’-螺二芴基时,该喹喔啉衍生物的化学式如下:
当X3、X4选自氢,而X1、X2选自蒽基时,该喹喔啉衍生物的化学式如下:
(化合物4)
当X3、X4选自9,9’-螺二芴基,而X1、X2选自二苯基胺基时,该喹喔啉衍生物的化学式如下:
当X3、X4选自二苯基胺基,而X1、X2选自9,9-二甲基芴基时,该喹喔啉衍生物的化学式如下:
以下对本发明的喹喔啉衍生物的合成方法作详细说明:
(化合物1的合成)
在1000毫升的单颈反应瓶中加入700毫升醋酸、20克(75毫摩尔)3,6-二溴-1,2-苯二胺、16.4克(78毫摩尔)二苯基乙二酮(benzil)及磁石搅拌子,然后装设冷凝管,在140℃的温度下搅拌24小时,反应完成后,减压浓缩除去溶剂得到粗产物,然后用水清洗粗产物后对其进行干燥,使用管柱层析予以纯化,得到白色固体5;8-二溴-2,3-二苯基喹喔啉(产率64%)。在250毫升的双颈瓶中加入60毫升甲苯、1克(0.86毫摩尔)Pd(PPh3)4(四(三苯基膦)钯)催化剂、5.5克(40毫摩尔)碳酸钾、40毫升(0.05M)PtBu3(三-叔丁基膦)、6.4克(20毫摩尔)2-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷(dioxaborolane)、4.4克(10毫摩尔)5,8-二溴-2,3-二苯基喹喔啉及磁石搅拌子,在120℃的温度下搅拌3天,反应完成后,减压浓缩除去溶剂,以二氯甲烷和水进行萃取,将得到的有机层再一次浓缩得到固体,使用管柱层析予以纯化,得到黄色固体(产率30%)。
(化合物2的合成)
在500毫升的双颈瓶中加入125毫升甲苯、0.753克(0.65毫摩尔) Pd(PPh3)4催化剂、3.3克(23.8毫摩尔)碳酸钾、5.5克(12.4毫摩尔)2-硼酸频哪醇酯-9,9’-螺二芴(2-pinacolato boronic ester-9,9’-spirobifluorenes)、2.49克(5.65毫摩尔)5,8-二溴-2,3-二苯基喹喔啉、22.6毫升(0.05M)PtBu3及磁石搅拌子,在110℃的温度、氮气下回流并搅拌48小时,反应完成后,减压浓缩除去溶剂,以二氯甲烷和水进行萃取,将得到的有机层再一次浓缩得到固体,使用管柱层析予以纯化,得到黄色固体2克(产率39%)。
(化合物3的合成)
在250毫升的三颈瓶中加入125毫升甲苯、0.5252克(0.227毫摩尔)Pd(PPh3)4催化剂、9.54毫升(2M)碳酸钾、4.22克(9.09毫摩尔)2-硼酸频哪醇酯-9,9’-螺二芴、2克(4.5441毫摩尔)2,3-双(4-溴苯基)喹喔啉、9.08毫升(0.05M)PtBu3及磁石搅拌子,在113℃的温度下搅拌24小时,反应完成后,减压浓缩除去溶剂,以二氯甲烷和水进行萃取,将得到的有机层再一次浓缩得到固体,使用管柱层析予以纯化,得黄色固体2.5克(产率60%)。
(化合物4的合成)
在250毫升的三颈瓶中加入125毫升甲苯、0.5252克(0.227毫摩尔)Pd(PPh3)4催化剂、9.54毫升(2M)碳酸钾、2克(4.5441毫摩尔)5,8-二溴-2,3-二苯基喹喔啉、3.041克(9.09毫摩尔)9-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼-2-基)蒽、9.08毫升(0.05M)PtBu3及磁石搅拌子,在回流下搅拌4天,反应完成后,减压浓缩除去溶剂,以二氯甲烷和水进行萃取,将得到的有机层再一次浓缩得到固体,使用管柱层析予以纯化,得到黄橘色固体0.7克(产 率24%)。
(化合物5的合成)
在250毫升的单颈反应瓶中加入100毫升的醋酸、1.38克(1.65毫摩尔)N1,N1,N4,N4-四苯基苯-1,2,3,4-四胺、1.38克(1.65毫摩尔)4,4’-二-(9,9’-螺二芴基)二苯基乙二酮及磁石搅拌子,然后装设冷凝管,在130℃的温度下搅拌24小时,反应完成后,减压浓缩除去溶剂,得到橘红色粗产物,使用管柱层析予以纯化,得到橘红色固体(产率60%)。
(化合物6的合成)
在50毫升的三颈瓶中加入30毫升甲苯、0.0116克(0.0517毫摩尔)Pd(OAc)2(醋酸钯)、0.1325克(1.3785毫摩尔)NaOtBu(叔丁基氧化钠)、0.1283克(0.7582毫摩尔)二苯基胺、4.13毫升(0.05M)PtBu3、0.2842克(0.34463毫摩尔)2,3-二(4-溴苯基)-5,8-二(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)喹喔啉及磁石搅拌子,在130℃的温度下搅拌24小时,反应完成后,减压浓缩除去溶剂,以二氯甲烷和水进行萃取,将得到的有机层再一次浓缩得到固体,使用管柱层析予以纯化,得到黄色固体0.13克(产率37%)。
(应用例)
将上述合成得到的喹喔啉衍生物化合物应用于有机发光二极管组件中,组件各层的组成和厚度如下所示,并进行组件性质测试,测试结果列于表1中。
组件1
设置于玻璃基板上的阳极ITO(厚度120纳米);空穴传输层NPB(厚度40纳米);发光层客体材料Ir(ppy)3及主体材料CBP(厚度30纳米);空穴阻挡层BCP(厚度5纳米);电子传输层化合物1(厚度25纳米);电子注入层LiF(厚度0.3纳米);阴极Al(厚度120纳米)。
组件2
设置于玻璃基板上的阳极ITO(厚度120纳米);空穴传输层NPB(厚度40纳米);发光层客体材料Ir(ppy)3及主体材料CBP(厚度30纳米);空穴阻挡层BCP(厚度5纳米);电子传输层化合物3(厚度25纳米);电子注入层LiF(厚度0.3纳米);阴极Al(厚度120纳米)。
组件3
设置于玻璃基板上的阳极ITO(厚度120纳米);空穴传输层NPB(厚度40纳米);发光层主体材料化合物1及客体材料红荧烯(厚度25纳米);电子传输层Alq3(厚度30纳米);电子注入层LiF(厚度0.3纳米);阴极Al(厚度120纳米)。
组件4
设置于玻璃基板上的阳极ITO(厚度120纳米);空穴传输层NPB(厚度40纳米);发光层及电子传输层化合物1(厚度50纳米);电子注入层LiF(厚度0.3纳米);阴极Al(厚度120纳米)。
组件5
设置于玻璃基板上的阳极ITO(厚度120纳米);空穴传输层化合物5(厚度40纳米);发光层客体材料Ir(ppy)3及主体材料CBP(厚度30纳米);空穴阻挡层BCP(厚度5纳米);电子传输层Alq3(厚度25纳米);电子注入层LiF(厚度0.3纳米);阴极Al(厚度100纳米)。
上述的五个组件的结构简写如下:
组件1:ITO(120纳米)/NPB(40纳米)/Ir(ppy)3:CBP(30纳米)/BCP(5纳米)/化合物1(25纳米)/LiF(0.3纳米)/Al(120纳米)
组件2:ITO(120纳米)/NPB(40纳米)/Ir(ppy)3:CBP(30纳米)/BCP(5纳米)/化合物3(25纳米)/LiF(0.3纳米)/Al(120纳米)
组件3:ITO(120纳米)/NPB(40纳米)/红荧烯:化合物1(25纳米)/Alq3(30纳米)/LiF(0.3纳米)/Al(120纳米)
组件4:ITO(120纳米)/NPB(40纳米)/化合物1(50纳米)/LiF(0.3纳米)/Al(120纳米)
组件5:ITO(120纳米)/化合物5(40纳米)/Ir(ppy)3:CBP(30纳米)/BCP(5纳米)/Alq3(25纳米)/LiF(0.3纳米)/Al(100纳米)
表1:
组件1、2是以化合物1及化合物3作为电子传输层材料,组件3是以化合物1作为发光层的主体材料,组件4是以化合物1作为电子传输层及发光层,组件5是以化合物5作为空穴传输层材料。由组件测试的结果可知,本发明的喹喔啉衍生物可用作OLED的空穴传输层、发光层的主体或客体、或电子传输层。
工业适用性
本发明的喹喔啉衍生物可用作有机发光二极管装置的空穴传输层、发光层的主体或客体、或电子传输层,这些材料因而可以被用于指示组件、电子照相机、发光光源、显示器、记录光源、读写光源、信号板、光学联络装置或照明等发光装置。
虽然已参照优选具体实施方式详细说明了本发明,但其不应被认为是限制性的。本领域技术人员在不脱离本发明的范围的情况下,可对其形态及具体实例的内容进行各种修改及变化,所有与所附权利要求的意义等同的变化均应包含于本发明之中。
Claims (8)
4.权利要求1至3中任一项的喹喔啉衍生物作为有机发光二极管装置的发光层的主体或客体材料的用途。
5.权利要求1至3中任一项的喹喔啉衍生物作为有机发光二极管装置的电子传输层材料的用途。
6.权利要求1至3中任一项的喹喔啉衍生物作为有机发光二极管装置的空穴传输层材料的用途。
7.有机发光二极管装置,其特征在于:其包括设置在一对电极之间的权利要求1至3中任一项的喹喔啉衍生物。
8.权利要求7的有机发光二极管装置,其中,所述喹喔啉衍生物用作所述有机发光二极管装置的发光层的主体或客体、空穴传输层或电子传输层的材料。
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