CN105669467A - 一种基于荧蒽的化合物及其有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于荧蒽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、低驱动电压，可以用于制作有机电致发光器件，应用于有机太阳能电池、钙钛矿电池、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、激子阻挡层、电子传输层中的至少一层，有机层中至少一层包含有如结构式I的化合物。

Description

一种基于荧蒽的化合物及其有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及有机电致发光材料领域，具体涉及一种基于荧蒽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。
在有机电致发光器件中，空穴传输材料和注入材料的引入，可以有效地降低正电荷从正极传输到发光层的能力，提高器件的效率和热稳定。传统的空穴注入材料，如copperphthalocyanine(CuPc)，降解慢，制备耗能高，不利于环境保护，而且其会吸收光，影响器件的效率。NPB等原始的空穴传输材料，热稳定性比较差，也很大程度影响器件寿命。因而，需要开发高效稳定的有机电致发光材料。
发明内容
本发明首先提供一种基于荧蒽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，X1和X2分别独立地选自O、S、Se、CR1R2和NR3；
R1、R2和R3分别独立地选自氢、C1-C12烷基、C1-C8烷氧基、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、C6-C30的取代或者未取代的芳基；
L选自单键、C6-C30的取代或者未取代的芳基。
优选地，R1和R2分别独立地选自氢、C1-C8烷基、C1-C8烷氧基、苯基、甲苯基、螺芴基。
优选地，R3选自C1-C8烷基、苯基、萘基、萘基、N-芳基(C6-C30)咔唑基、C1-C4烷基取代的咔唑基、蒽基、菲基、芘基、苝基、荧蒽基、(9,9-二烷基)芴基、(9,9-二取代或者未取代的芳基)芴基、9,9-螺芴基、三芳香(C6-C60)胺基、二苯并噻吩基、二苯并呋喃基，以上芳基可以由C1-C12的烷基取代或者未取代。
优选地，L选自单键、苯基、萘基、芴基。
进一步优选地，本发明的基于荧蒽的有机电致发光化合物为下列结构式1-68的化合物：
本发明的一种基于荧蒽的有机电致发光化合物可以通过Buchwald-Hartwig反应和乌尔曼反应制备得到。
本发明的一种基于荧蒽的有机电致发光化合物可以应用在有机电致发光器件、有机太阳能电池、钙钛矿电池、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、激子阻挡层、电子传输层中的至少一层，其中所述有机层中至少有一层含有如结构式I所述的有机电致发光化合物：
其中X1、X2、L的定义如前所述。
其中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、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、发光层、电子传输层、电子注入层和激子阻挡层；
或者有机层为空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和激子阻挡层；
或者有机层为空穴传输层、发光层、电子注入层和激子阻挡层。
优选地，如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物所在层为空穴传输层。
优选地，如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物为结构式1-68的化合物。
如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物用于发光器件制备时，可以单独使用，也可以和其它化合物混合使用；如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光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、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，其中空穴传输层中含有结构式I的化合物；进一步优选地，空穴传输层中含有结构式1-68的化合物。
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发光层的膜厚度优选为10-50nm。
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，可以搭配使用其它材料，如在空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和激子阻挡层中等，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，可以包括其它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。除可以含有本发明的芴类化合物外，还可以含有如下化合物，包括但是不限于萘类化合物、芘类化合物、芴类化合物、菲类化合物、屈类化合物、荧蒽类化合物、蒽类化合物、并五苯类化合物、苝类化合物、二芳乙烯类化合物、三苯胺乙烯类化合物、胺类化合物、咔唑类化合物、苯并咪唑类化合物、呋喃类化合物、金属有机荧光络合物、金属有机磷光络合物(如Ir、Pt、Os、Cu、Au)、聚乙烯咔唑、聚有机硅化合物、聚噻吩等有机高分子发光材料，它们可以单独使用，也可以多种混合物使用。
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所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物，具有较好热稳定性、高发光效率、高发光纯度、低驱动电压。采用该有机电致发光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为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代表为空穴传输层，140代表为发光层，150代表为电子传输层，160代表为电子注入层，170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
在烧瓶中，加入3-荧蒽胺(2.2g,10mmol)、2-溴-9,9-二甲基芴(8.2g,30mmol)、叔丁醇钠(3g,30mmol)、醋酸钯(100mg)、X-phos(200mg)、甲苯(100ml)，在氮气保护下加热回流10小时，冷却，除去溶剂，粗产品经柱层析纯化得到产品5.2g，产率86％。
实施例2
化合物3的合成
合成方法跟化合物1的合成一样，除了用2-溴-9,9-二苯基芴代替2-溴-9,9-二甲基芴外，产率72％。
实施例3
化合物11的合成
中间体11-1的合成
在烧瓶中，加入3-荧蒽胺(4.4g,20mmol)、2-溴-9,9-二甲基芴(5.44g,20mmol)、叔丁醇钠(3g,30mmol)、醋酸钯(100mg)、X-phos(200mg)、甲苯(100ml)，在氮气保护下加热回流10小时，冷却，除去溶剂，粗产品经柱层析纯化得到产品5.8g，产率71％。
化合物11的合成
在烧瓶中，加入中间体11-1(2g,4.9mmol)、2-溴-二苯并呋喃(1.8g,7.3mmol)、叔丁醇钠(1g,10mmol)、醋酸钯(100mg)、X-phos(200mg)、甲苯(40ml)，在氮气保护下加热回流10小时，冷却，除去溶剂，粗产品经柱层析纯化得到产品2.1g，产率74％。
实施例4
化合物12的合成
合成方法跟化合物11的合成方法一样，除了用2-溴-二苯并噻吩代替2-溴-二苯并呋喃外，产率69％。
实施例5
化合物13的合成
中间体13-1的合成
合成方法跟中间体11-1的合成方法一样，用4-溴二苯并呋喃代替2-溴-9,9-二甲基芴，产率80％。
化合物13的合成
合成方法跟化合物11的合成方法一样，所用原料为中间体13-1和2-溴-9,9-二苯基芴，产率66％。
实施例6
化合物14的合成
中间体14-1的合成
合成方法跟中间体11-1一样，除了用原料4-溴二苯并呋喃代替2-溴-9,9-二甲基芴外，产率77％。
化合物14的合成，
合成方法跟化合物11的一样，所用原料为中间体14-1和2-溴-9,9’-螺二芴，产率59％。
实施例7
化合物15的合成
合成方法跟化合物13的合成方法一样，除了用4-溴-9,9’-螺二芴代替2-溴-9,9-二苯基芴外，产率63％。
实施例8
化合物21的合成
合成方法跟化合物11的合成方法一样，除了用3-(4-溴苯基)-9-苯基-咔唑代替2-溴二苯并呋喃外，产率51％。
实施例9
化合物25的合成
合成方法跟中间体11的合成方法一样，除了用4-(4-溴苯基)-二苯并呋喃代替2-溴-二苯并呋喃外，产率74％。
实施例10
化合物30的合成
合成方法跟化合物1的合成方法一样，除了用4-溴二苯并呋喃代替2-溴-9,9-二甲基芴外，产率69％。
实施例11
化合物35的合成
化合物35的合成方法跟化合物13的合成方法一样，除了用2-(4-溴苯基)-9,9-二甲基芴代替2-溴-9,9-(二苯基)芴外，产率75％。
实施例12
化合物38的合成
合成方法跟化合物11的合成方法一样，用中间体13-1代替中间体11-1，用3-(4-溴苯基)-9-苯基-咔唑代替2-溴二苯并呋喃，产率67％。
实施例13
化合物40的合成
合成方法跟化合物11的合成方法一样，用中间体13-1代替中间体11-1，用4-(3-溴苯基)-二苯并噻吩代替2-溴二苯并呋喃，产率72％。
实施例14
化合物43的合成
中间体43-1的合成
跟中间体11-1的合成方法一样，用2-溴-二苯并呋喃代替2-溴-9,9-二甲基芴，产率78％。
化合物43的合成
合成方法和化合物11的合成方法一样，用中间体43-1代替中间体11-1，用中间体3-溴-9-苯基咔唑代替2-溴-二苯并呋喃，产率83％。
实施例15
化合物57的合成
合成方法跟化合物1的合成一样，用2-溴二苯并噻吩代替2-溴-9,9-二甲基芴，产率73％。
实施例16
化合物63的合成
合成方法跟化合物1的合成方法一样，用3-溴-9-苯基-咔唑代替2-溴-9,9-二甲基芴，产率64％。
实施例17
化合物66的合成
中间体66-1的合成
合成方法跟中间体11-1的合成一样，除了用3-溴-9-苯基-咔唑代替2-溴-9,9-二甲基芴，产率77％。
化合物66的合成
合成方法跟化合物21一样，除了用中间体66-1代替中间体11-1外，产率58％。
实施例18-34
有机电致发光器件的制备
使用实施例1-17和比较例的化合物制备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，蒸镀本发明化合物和比较化合物(如下表)，形成60nm厚的空穴传输层130。
然后，在空穴传输层上蒸镀30nm厚的Alq3作为发光层140。
然后，在发光层上蒸镀20nm厚的Alq3作为电子传输层150。
最后，蒸镀1nmLiF为电子注入层160和100nmAl作为器件阴极170。
所制备的器件(结构示意图见图1)用PhotoResearchPR650光谱仪测得的在150mA/cm2的电流密度下的效率如下表所示。
表1
实施例 化合物 电流效率(cd/A) 颜色
18 1 1.5 绿色
19 3 1.6 绿色
20 11 1.8 绿色
21 12 1.7 绿色
22 13 1.8 绿色
23 14 1.8 绿色
24 15 1.8 绿色
25 21 1.9 绿色
26 25 1.7 绿色
27 30 1.8 绿色
28 35 1.9 绿色
29 38 1.9 绿色
30 40 1.7 绿色
31 43 1.9 绿色
32 57 1.6 绿色
33 63 2.0 绿色
34 66 2.0 绿色
比较例1 NPB 1.2 绿色
比较例2 HT1 1.0 绿色
在相同的条件下，应用本发明的有机电致发光化合物制备的有机电致发光器件的驱动电压低于比较例，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低驱动电压，高的效率和光纯度。
器件中所述化合物的结构式如下：
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于荧蒽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，X1和X2分别独立地选自O、S、Se、CR1R2和NR3；
R1、R2和R3分别独立地选自氢、C1-C12烷基、C1-C8烷氧基、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、C6-C30的取代或者未取代的芳基；
L选自单键、C6-C30的取代或者未取代的芳基。
2.根据权利要求1所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物，其特征在于R1和R2分别独立地选自氢、C1-C8烷基、C1-C8烷氧基、苯基、甲苯基、螺芴基。
3.根据权利要求1所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物，其特征在于R3选自C1-C8烷基、苯基、萘基、萘基、N-芳基(C6-C30)咔唑基、C1-C4烷基取代的咔唑基、蒽基、菲基、芘基、苝基、荧蒽基、(9,9-二烷基)芴基、(9,9-二取代或者未取代的芳基)芴基、9,9-螺芴基、三芳香(C6-C60)胺基、二苯并噻吩基、二苯并呋喃基，或者以上芳基被C1-C12的烷基取代。
4.根据权利要求1所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物，其特征在于其为下列结构式1-68的化合物：
5.一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、激子阻挡层、电子传输层中的至少一层，其特征在于所述有机层中至少有一层含有如权利要求1所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物。
6.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物所在层为空穴传输层。
7.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物为结构式1-68的化合物。
8.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光化合物单独使用，或和其它化合物混合使用。
9.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于如结构式I所述的基于荧蒽的有机电致发光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。
10.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于其包含阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，其特征在于空穴传输层中含有结构式I的化合物。
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