CN105001229B - 一种具有螺结构的有机电致发光化合物及其器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种如结构式I的具有螺结构的有机电致发光化合物，该化合物具有较好热稳定性、高发光效率、高发光纯度，可以用于制作有机电致发光器件，应用于有机太阳能电池、有机薄膜晶体管或有机光感受器领域。本发明还提供了一种有机电致发光器件，其包括阳极、阴极和有机层，有机层包含发光层、空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层中的一层或一层以上，有机层中至少一层包含有如结构式I的化合物。

Description

一种具有螺结构的有机电致发光化合物及其器件
技术领域
本发明涉及有机电致发光技术领域，具体涉及一种具有螺结构的有机电致发光化合物及其有机电致发光器件，属于有机电致发光器件显示技术领域。
背景技术
有机电致发光器件(OLEDs)为在两个金属电极之间通过旋涂或者真空蒸镀沉积一层有机材料制备而成的器件，一个经典的三层有机电致发光器件包含空穴传输层、发光层和电子传输层。由阳极产生的空穴经空穴传输层跟由阴极产生的电子经电子传输层结合在发光层形成激子，而后发光。有机电致发光器件可以根据需要通过改变发光层的材料来调节发射各种需要的光。
有机电致发光器件作为一种新型的显示技术，具有自发光、宽视角、低能耗、效率高、薄、色彩丰富、响应速度快、适用温度范围广、低驱动电压、可制作柔性可弯曲与透明的显示面板以及环境友好等独特优点，可以应用在平板显示器和新一代照明上，也可以作为LCD的背光源。
自从20世纪80年代底发明以来，有机电致发光器件已经在产业上有所应用，比如作为相机和手机等屏幕，但是目前的OLED器件由于效率低，使用寿命短等因素制约其更广泛的应用，特别是大屏幕显示器，因此需要提高器件的效率。而制约其中的一个重要因素就是有机电致发光器件中的有机电致发光材料的性能。另外由于OLED器件在施加电压运行的时候，会产生焦耳热，使得有机材料容易发生结晶，影响了器件的寿命和效率，因此，也需要开发稳定高效的有机电致发光材料。
有机电致磷光现象，突破了有机电致发光量子效率低于25％的理论限制，提升到100％(Baldo M.A.,Forrest S.R.Et al，Nature,1998,395,151-154)，其应用也大大地提高了有机电致发光器件的效率。一般地，电致磷光需要采用主客体掺杂技术，常用的作为磷光主体材料的CBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)-biphenyl)具有高效和高三线态能级，当其作为主体材料时，三线态能量能够有效地从发光主体材料转移到客体磷光发光材料。但是由于CBP的空穴易传输而电子难流动的特性，使得发光层的电荷不平衡，结果降低了器件的效率。
发明内容
本发明首先提供一种具有螺结构的有机电致发光化合物，其为具有如下结构式I的化合物：
其中，R选自于C1-C8烷基、C1-C8烷氧基、C6-C30的取代或者未取代的芳基、C3-C30的取代或者未取代的含有一个或者多个的杂原子芳基、C2-C8取代或者未取代的烯烷基、C2-C8取代或者未取代的炔烷基、三芳香(C6-C60)胺基、取代或者未取代的咔唑基(C6-C30)。
A和B其中的一个为O或S，另外一个为空。
优选地，R选自于C1-C8烷基、C6-C30的取代或者未取代的芳基、C3-C30的取代或者未取代的含有一个或者多个的杂原子芳基。
更优选地，R选自于甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、正丁基、正己基、苯基、萘基、吡啶基、喹啉基、联苯基、芴基、二苯并噻吩基、二苯并呋喃基、咔唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、嘧啶基、苯并噻唑基、恶唑基、噻唑基。
进一步优选地，本发明的具有螺结构的发光化合物为下列结构式1-60的化合物：
本发明的具有螺结构的化合物可以应用在有机电致发光器件、有机太阳能电池、有机薄膜晶体管或有机光感受器领域。
本发明还提供了一种有机电致发光器件，该器件包含阳极、阴极和有机层，有机层包含发光层、空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层中的一层或一层以上，其中所述有机层中至少有一层含有如结构式I所述的具有螺结构的化合物：
其中R、A以及B的定义如前所述。
其中有机层为发光层；
或者有机层为发光层和电子传输层；
或者有机层为发光层、电子传输层和电子注入层；
或者有机层为空穴传输层和发光层；
或者有机层为空穴注入层、空穴传输层和发光层；
或者有机层为空穴传输层、发光层和电子传输层；
或者有机层为空穴注入层、空穴传输层、发光层和电子传输层；
或者有机层为空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层；
或者有机层为空穴注入层、空穴传输层、阻挡层、发光层、电子传输层和电子注入层；
或者有机层为空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和空穴阻挡层；
或者有机层为空穴传输层、发光层、电子注入层和空穴阻挡层。
优选地，其中如结构式I所述的具有螺结构的化合物所在的层为发光层；
优选地，其中结构式I所述的具有螺结构的化合物为结构式1-60的化合物；
如结构式I所述的具有螺结构的化合物用于发光器件制备时，可以单独使用，也可以和其他化合物混合使用；如结构式I所述的具有螺结构的化合物可以单独使用其中的一种化合物，也可以同时使用结构式I中的两种或两种以上的化合物。
本发明的有机电致发光器件，进一步优选的方式为，该有机电致发光器件包含阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，其中发光层中含有一种或一种以上的结构式I的化合物；进一步优选地，发光层中含有一种或一种以上的结构式1-60的化合物。
有机电致发光器件的发光层含有磷光发光客体材料和具有结构式I的化合物作为主体材料，其中结构式I化合物作为主体材料，其浓度为整个发光层重量的20-99.9％，优选80-99％，更优选为90-99％。
本发明的有机电致发光器件有机层的总厚度为1-1000nm，优选50-500nm。
本发明的有机电致发光器件在使用本发明具有结构式I的化合物时，可以搭配使用其他材料，如在空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层或阻挡层中等，而获得蓝光、绿光、黄光、红光或者白光。
本发明有机电致发光器件的空穴传输层和空穴注入层，所需材料具有很好的空穴传输性能，能够有效地把空穴从阳极传输到发光层上。除了上述具有结构式I所述化合物外，还可以包括其他小分子和高分子有机化合物，包括但不限于咔唑类化合物、三芳香胺化合物、联苯二胺化合物、芴类化合物、酞菁类化合物、六氰基六杂三苯(hexanitrilehexaazatriphenylene)、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌(F4-TCNQ)、聚乙烯基咔唑、聚噻吩、聚乙烯或聚苯磺酸。
本发明的有机电致发光器件的发光层，具有很好的发光特性，可以根据需要调节可见光的范围。除本发明的具有结构式I化合物作为磷光主体材料外，还可以搭配其他磷光主体材料，磷光发光客体材料可以包含选自钌、铜、铑、银、铱、铂、金和锇中的至少一种金属的有机金属络合物。
本发明有机电致发光器件的有机电子传输材料要求具有很好的电子传输性能，能够有效地把电子从阴极传输到发光层中，具有很大的电子迁移率。可以选择如下化合物，但是不限于此：氧杂恶唑、噻唑类化合物、三氮唑类化合物、三氮嗪类化合物、三氮杂苯类化合物、喔啉类化合物、二氮蒽类化合物、含硅杂环类化合物、喹啉类化合物、菲啰啉类化合物、金属螯合物(如Alq3)、氟取代苯类化合物、苯并咪唑类化合物。
本发明有机电致发光器件的电子注入层，可以有效地把电子从阴极注入到有机层中，主要选自碱金属或者碱金属的化合物，或选自碱土金属或者碱土金属的化合物或者碱金属络合物，可以选择如下化合物，但是不限于此：碱金属、碱土金属、稀土金属、碱金属的氧化物或者卤化物、碱土金属的氧化物或者卤化物、稀土金属的氧化物或者卤化物、碱金属或者碱土金属的有机络合物；优选为锂、氟化锂、氧化锂、氮化锂、8-羟基喹啉锂、铯、碳酸铯、8-羟基喹啉铯、钙、氟化钙、氧化钙、镁、氟化镁、碳酸镁、氧化镁，这些化合物可以单独使用也可以混合物使用，也可以跟其他有机电致发光材料配合使用。
本发明的有机电致发光器件中有机层的每一层，可以通过真空蒸镀法、分子束蒸镀法、溶于溶剂的浸涂法、旋涂法、棒涂法或者喷墨打印等方式制备。对于金属电机可以使用蒸镀法或者溅射法进行制备。
器件实验表明，本发明如结构式I所述的具有螺结构的化合物，具有较好热稳定性、高发光效率、高发光纯度。采用该具有螺结构的化合物制作的有机电致发光器件具有电致发光效率良好和色纯度优异以及寿命长的优点。
附图说明
图1是本发明的一种有机电致发光器件结构示意图；
其中，110代表为玻璃基板，120代表为阳极，130代表为空穴注入层，140代表为空穴传输层，150代表为发光层，160代表为电子传输层，170代表为电子注入层，180代表为阴极。
具体实施方式
为了更详细叙述本发明，特举以下例子，但是不限于此。
实施例1
化合物1的合成
中间体1-1的合成
在烧瓶中加入邻溴碘苯(28g，0.1mol)、4-二苯并呋喃硼酸(21g，0.1mol)、碳酸钾(20.4g，0.15mol)、四三苯基膦钯(0.5g)、水(150ml)和四氢呋喃(300ml)，在氮气保护下加热回流5小时，冷却，用二氯甲烷萃取，干燥，浓缩，经柱层析纯化得到产品21.5g，产率57％，MS:322.1。
中间体1-2的合成
在烧瓶中加入中间体1-1(16g，50mmol)和四氢呋喃(150ml)，氮气保护下冷却到零下78度，缓慢注入2.5M的正丁基锂正己烷溶液(20ml)，滴加完毕后，反应1小时，然后缓慢升到零度。然后，在-78度下，把该反应液滴加到溶解2-溴-9芴酮(16g，50mmol)的四氢呋喃溶液中，滴完，缓慢升至室温，反应5小时，加入稀盐酸调PH值到中性，用二氯甲烷萃取，干燥，浓缩，加入醋酸，加热至回流，缓慢加入浓盐酸(5ml)，回流5小时，冷却，减压除去乙酸，粗产品经柱层析分离得到产品15.2g，产率63％，MS:484.3。
中间体1-3的合成
在烧瓶中加入中间体1-2(15g，31.5mmol)、邻氯苯胺(8g，63mmol)、叔丁醇钠(6.1g，63mmol)、醋酸钯(0.25g)、三叔丁基膦四氟硼酸盐(0.5g)和甲苯(150ml)，氮气保护下加热回流10小时，冷却，水洗，干燥，粗产品经柱层析纯化得到14.2g，产率85％，MS:531.0。
中间体1-4的合成
在烧瓶中加入中间体1-3(15g，28.2mmol)、醋酸钯(0.3g)、三环己基膦四氟硼酸盐(0.6g)、碳酸钠(6.1g，56.4mmol)和二甲基乙酰胺(150ml)，氮气保护下加热回流5小时，冷却，除去溶剂，加水，用二氯甲烷萃取，干燥，浓缩，粗产品经柱层析纯化得到5.5g，产率39％，MS:495.2。
化合物1的合成
在烧瓶中加入中间体1-4(1.5g，3mmol)、碘苯(1.2g，6mmol))、叔丁醇钠(0.5g)、醋酸钯(0.1g)、三叔丁基膦四氟硼酸盐(0.2g)和甲苯(20ml)氮气保护下加热回流10小时，冷却，水洗，干燥，粗产品经柱层析纯化得到1.5g，产率90％，MS:571.1。
实施例2
化合物10的合成
在三口烧瓶中，加入中间体1-4(1.5g，3mmol)、DMF(20ml)，缓慢加入氢化钠(0.17g，4.2mmol)，室温下搅拌1小时，然后滴加溶有3,5-二苯基-1-氯三嗪(1.1g，42mmol)的18ml DMF溶液，室温过夜反应，缓慢倒入冰水中，过滤，固体用甲苯和乙醇溶剂重结晶，得到产品1.7g，产率77％，MS:726.4。
实施例3
化合物11的合成
合成方法和化合物1的合成方法一样，除了用2-(3-溴苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪代替碘苯，产率45％，MS:802.2。
实施例4
化合物19的合成
中间体19-1的合成
合成方法和中间体1-1的一样，除了用4-二苯并噻吩代替4-二苯并呋喃外，产率65％，MS:337.9。
中间体19-2的合成
合成方法和中间体1-2的一样，除了用中间体19-1代替中间体1-1外，产率58％，MS:500.0。
中间体19-3的合成
合成方法和中间1-3的合成方法一样，除了用中间体19-2代替中间体1-2外，产率76％，MS:541.1。
中间体19-4的合成
合成方法和1-4的合成方法一样，除了用中间体19-3代替中间体1-3外，产率41％，MS:511.1。
化合物19的合成
和化合物1的合成方法一样，产率87％，MS:587.7。
实施例5
化合物28的合成
合成方法和化合物10的合成方法一样，除了用中间体19-4外，产率69％，MS:742.9。
实施例6
化合物29的合成
合成方法和化合物1的合成方法一样，除了用2-(3-溴苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪代替碘苯，产率为51％，MS:818.7。
实施例7
化合物42的合成
中间体42-1的合成
合成方法和中间体1-1的合成方法一样，用2-二苯并呋喃硼酸代替4-二苯并呋喃硼酸，产率65％。
中间体42-2的合成
合成方法和中间体1-2的合成方法一样，用中间体42-1，产率53％，MS:322.1。
中间体42-3的合成
合成方法和中间体1-3的合成方法一样，产率79％，MS:531.0。
中间体42-4的合成
合成方法和中间体1-4的合成方法一样，产率50％，MS:495.2。
化合物42的合成
合成方法和化合物10的合成方法一样，产率84％，MS:726.4。
实施例8化合物44的合成
合成方法和化合物1的合成方法一样，除了用2-(3-溴苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪代替碘苯，产率65％，MS:802.2。
实施例9
有机电致发光器件的制备
使用实施例1的化合物1制备OLED。
首先，将透明导电ITO玻璃基板110(上面带有阳极120)(中国南玻集团股份有限公司)依次经：去离子水、乙醇、丙酮和去离子水洗净，再用氧等离子处理30秒。
然后，在ITO上蒸镀5nm厚的HAT-CN为空穴注入层130。
然后，蒸镀TAPC，形成65nm厚的空穴传输层140。
然后，在空穴传输层上蒸渡10nm厚发光层150，其中，化合物7为主体发光材料，而以7％Ir(ppy)2acac作为磷光掺杂客体材料。
然后，在发光层上蒸镀50nm厚的TmPyPB作为电子传输层160。
最后，蒸镀1nm LiF为电子注入层170和100nm Al作为器件阴极180。
实施例10-16
除了用实施例2-8的化合物代替化合物1作为发光层的主体材料外，其他的和实施例9一样进行制备器件。
所制备的器件(结构示意图见图1)用Photo Research PR650光谱仪测得在1000cd/m2亮度下实施例9-16的器件性能如表1所示。
比较例1
首先，将透明导电ITO玻璃基板110(上面带有阳极120)(中国南玻集团股份有限公司)依次经：去离子水，乙醇，丙酮和去离子水洗净，再用氧等离子处理30秒。
然后，在ITO上蒸镀5nm厚的HAT-CN为空穴注入层130。
然后，蒸镀TAPC，形成65nm厚的空穴传输层140。
然后，在空穴传输层上蒸渡10nm厚发光层150，其中，化合物CBP为主体发光材料，而以7％Ir(ppy)2acac作为磷光掺杂客体材料。
然后，在发光层上蒸镀50nm厚的TmPyPB作为电子传输层160。
最后，蒸镀1nm LiF为电子注入层170和100nm Al作为器件阴极180。
所制备的器件(结构示意图见图1)用Photo Research PR650光谱仪测得在1000cd/m2亮度下性能如表1所示。
表1
在相同的亮度下，应用本发明的螺结构的主体材料制备的有机电致发光器件的驱动电压比较低，并且效率比较高，如上所述，本发明的化合物具有高的稳定性，本发明制备的有机电致发光器件具有高的效率和低的驱动电压。
器件中所述化合物的结构式如下：

Claims (7)

1.一种具有螺结构的有机电致发光化合物，其特征在于其为具有如下结构式I的化合物：
其中，R选自于苯基、萘基、吡啶基、喹啉基、联苯基、芴基、二苯并噻吩基、二苯并呋喃基、咔唑基、苯并咪唑基、苯并恶唑基、嘧啶基、苯并噻唑基、恶唑基、噻唑基；A和B其中的一个为O或S，另外一个为空。
2.一种具有螺结构的有机电致发光化合物，其特征在于其为下列结构式1-60的化合物：
3.一种有机电致发光器件，其包括阳极、阴极和有机层，有机层包含发光层、空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层中的一层以上，其特征在于发光层中包含有如权利要求1所述的具有螺结构的化合物。
4.根据权利要求3所述的有机电致发光器件，其特征在于如结构式I所述的具有螺结构的化合物单独使用，或和其他化合物混合使用。
5.根据权利要求3所述的有机电致发光器件，其特征在于如结构式I所述的具有螺结构的化合物单独使用其中的一种化合物，或同时使用结构式I中的两种以上的化合物。
6.根据权利要求3所述的有机电致发光器件，其包含阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极，其特征在于发光层中含有一种以上的结构式I的化合物。
7.一种有机电致发光器件，其包含阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极，其特征在于发光层中含有一种以上如权利要求2所述的结构式为1-60的化合物。
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