CN105859687A - 一种化合物、有机电致发光器件及显示装置 - Google Patents

一种化合物、有机电致发光器件及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化合物、有机电致发光器件和显示装置。根据本发明的化合物如式I所示：其中，R1为包含咔唑基的取代基。根据本发明的有机电致发光器件的有机发光层的主体材料或空穴传输层的材料为根据本发明的化合物。将本发明提供的化合物用在有机电致发光器件的空穴传输层或有机发光层的主体材料，提高了有机电致发光器件的发光效率、降低了有机电致发光器件的驱动电压。

Description

一种化合物、有机电致发光器件及显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及化合物、有机电致发光器件及显示装置。
背景技术
有机电致发光器件(Organic Light Emitting Display，简称OLED)作为新型的平板显示器与液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)相比，具有薄、轻、宽视角、主动发光、发光颜色连续可调、成本低、响应速度快、能耗小、驱动电压低、工作温度范围宽、生产工艺简单、发光效率高及可柔性显示等优点。OLED正是由于具有其它显示器不可比拟的优势以及美好的应用前景得到了产业界和科学界的极大关注。
早在二十世纪三十年代就已经发现了电致发光现象，最初的发光材料为硫化锌(ZnS)粉末，由此发展了LED技术，现在LED技术广泛地应用在节能光源上。在1963年Pope等人最早发现了有机电致发光现象，他们发现了蒽的单层晶体在100V以上电压驱动下，可以发出微弱的蓝光。直到1987年，柯达公司的邓青云博士等人将有机荧光染料以真空蒸镀的方式制成双层器件，在驱动电压小于10V的电压下，外量子效率(External quantumefficiency，简称EQE)达到了1％，使得有机电致发光材料及其器件具有了实用性的可能，从此大大推动了OLED材料及其器件的研究。
相对于无机发光材料，有机电致发光材料具有以下优点：有机材料加工性能好，可通过蒸镀或者旋涂的方法在任何基板上成膜；有机分子结构的多样性使得可以通过分子结构设计及修饰的方法来调节有机材料的热稳定性、机械性能、发光及导电性能，使得材料有很大的改进空间。
有机电致发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似，当元件受到直流电所衍生的顺向偏压时，外加的电压能量将驱动电子(Electron)与空穴(Hole)分别由阴极与阳极注入元件，当两者在发光层中相遇、结合时，即形成所谓的电子-空穴复合激子，激子通过发光弛豫的形式回到基态，从而达到发光的目的。
有机电致发光的产生靠的是在有机半导体材料中传输的载流子(电子和空穴)的重组。众所周知，有机材料的导电性很差，与无机半导体不同的是，有机半导体中没有延续的能带，载流子的传输常用跳跃理论来描述，即在电场的驱动下，电子在被激发或注入至分子的LUMO能级中，经由跳跃至另一个分子的LUMO能级(Highest Occupied MolecularOrbital，简称HOMO)来达到电荷传输的目的。为了能使有机电致发光器件在应用方面达到突破，必须克服有机材料电荷注入及传输能力差的困难。科学家们通过器件结构的调整，例如增加器件有机材料层的数目，并且使不同的有机层扮演不同的器件层，例如有的功能材料可以促进电子从阴极注入并且促进空穴从阳极注入，有的材料可以促进电荷的传输，有的材料则能起到阻挡电子及空穴传输的作用，当然在有机电致发光器件里最重要的各种颜色的发光材料也要达到与相邻功能材料相匹配的目的，因此，效率好寿命长的有机电致发光器件通常是器件结构以及各种有机材料的优化搭配的结果，这就为化学家们设计开发各种结构的功能化材料提供了极大的机遇和挑战。
现有的有机电致发光器件一般包括从上至下依次排列的阴极、电子注入层、电子传输层(Electron transport Layer，简称ETL)、有机发光层(Emitting Layer，简称EML)、空穴传输层、空穴注入层、阳极和基底。有机电致发光器件效率的提高，主要是在有机发光层内尽量提高激子的形成几率，因此有机电致发光器件的有机发光层和与之相邻的空穴传输层的材料对有机电致发光器件的发光效率和亮度起到至关重要的作用。而现有技术中的有机电致发光器件中的空穴传输层或有机发光层使其具有较高的驱动电压和较低的发光效率。
发明内容
本发明提供了一种化合物、包含该化合物的有机电致发光器件及具有该有机电致发光器件的显示装置，用以解决现有技术中有机电致发光器件的高驱动电压和低发光效率的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种化合物，该化合物如式I所示：
其中，R1为包含咔唑基的取代基。
可选地，根据本发明的化合物，所述化合物包括：
根据本发明的另一方面，提供了一种有机电致发光器件，该有机电致发光器件的有机发光层的主体材料或空穴传输层的材料为根据本发明的化合物。
可选地，根据本发明的有机电致发光器件，所述有机发光层为蓝光发光层。
可选地，根据本发明的有机电致发光器件，所述有机发光层为绿光发光层。
可选地，根据本发明的有机电致发光器件，所述有机发光层为红光发光层。
根据本发明的另一方面，提供了一种显示装置，包括根据本发明的有机电致发光器件。
本发明的有益效果如下：
将本发明提供的化合物用在有机电致发光器件的空穴传输层或有机发光层，提高了有机电致发光器件的发光效率、降低了有机电致发光器件的驱动电压。
具体实施方式
具体实施方式仅为对本发明的说明，而不构成对本发明内容的限制，下面将结合具体的实施方式对本发明进行进一步说明和描述。
根据本发明的提供的化合物如式I所示：
其中，R1为包含咔唑基的取代基。
将本发明提供的化合物用在有机电致发光器件的空穴传输层或有机发光层的主体材料，提高了有机电致发光器件的发光效率、降低了有机电致发光器件的驱动电压。
根据本发明的化合物的一种实施方式，化合物包括：
为了更加详细的说明本发明的化合物，下面将列举上述化合物的具体合成方法对本发明进行进一步的描述。
化合物P1的合成方法如下：
首先，进行中间体式P1-1所示化合物的合成，合成的具体化学反应方程式如下：
合成步骤为：在500毫升的三口瓶中，加入200毫升甲苯、27克FeCl3.6H2O、6.65克四氢喹啉，然后缓慢升温至85℃反应2小时，降至室温后将反应液倾入1000毫升25％的氨水中，用二氯甲烷提取，将有机层水洗，用无水硫酸镁干燥，然后用硅胶柱分离，用石油醚：乙酸乙酯(体积比10：2)进行洗脱，得到如式P1-1所示化合物4.49克，收率为68％，测得产品熔点为127.5℃，质谱MS(m/e)为：264。
然后进行化合物P1的合成，合成的具体化学反应方程式如下：
合成步骤为：在500毫升的三口瓶中，在氮气保护下，加入200毫升干燥的甲苯、2.64克前述得到的式P1-1所示化合物、6.0克3-溴-N-乙基咔唑、2.88克叔丁醇钠、0.05克双(二亚苄基丙酮)钯、0.2克10％的三叔丁基膦的甲苯溶液，加热至回流反应8小时后降至室温，加入稀醋酸，分液，有机层用水洗涤到中性，用无水硫酸镁干燥后，用硅胶柱分离，用石油醚：乙酸乙酯：二氯甲烷(体积比为6：2：2)作为洗脱剂进行洗脱，得到式P1所示的产品5.6克，收率为86％。质谱MS(m/e)：650。
对得到的产品进行了核磁检测，得到的核磁谱图的解析数据如下：
1HNMR(500MHz，CDCl3)：δ8.30(m，2H)，δ7.81(m，4H)，δ7.65(d，2H)，δ7.48～7.31(m，8H)，δ7.15(m，2H)，δ6.55(m，2H)，δ4.50(m，4H)，δ3.62(t，2H)，δ3.50(t，2H)，δ2.81(t，4H)，δ1.97(m，4H)，δ1.40(t，6H)。
参照化合物P1的合成方法，仅将合成中用到的3-溴-N-乙基咔唑换成相应种类的其它溴代物，合成化合物P2-P15，如表1所示：
表1
根据本发明的另一方面，提供了一种有机电致发光器件，该有机电致发光器件的有机发光层的主体材料或空穴传输层的材料为本发明的化合物。
根据本发明的有机电致发光器件的一种实施方式，有机发光层为蓝光发光层，蓝光发光层的主体材料为根据本发明的化合物。
根据本发明的有机电致发光器件的一种实施方式，有机发光层为绿光发光层，绿光发光层的主体材料为根据本发明的化合物。
根据本发明的有机电致发光器件，有机发光层为红光发光层，红光发光层的主体材料为根据本发明的化合物。
根据本发明的另一方面，提供了一种显示装置，包括根据本发明的有机电致发光器件。
由此可见，根据本发明的化合物、有机电致发光器件和显示装置的可选因素较多，根据本发明的权利要求可以组合出不同的实施例。本发明的实施例仅作为对本发明的具体描述，并不作为对本发明的限制。下面将结合含有本发明的化合物的有机电致发光器件作为实施例对本发明进行进一步描述。
有机电致发光器件的典型结构为：基片/阳极/空穴传输层(HTL)/有机发光层(EL)/电子传输层(ETL)/阴极。
基片可以使用传统有机电致发光器件中的基片，如：玻璃或塑料。阳极材料可以采用透明的高导电性材料，例如铟锡氧(ITO)、铟锌氧(IZO)、二氧化锡(SnO2)和氧化锌(ZnO)等。
在本发明的有机电致发光器件制作中选用玻璃基板，ITO作阳极材料。
空穴传输层可以采用N,N’-二(3-甲苯基)-N,N’-二苯基-[1,1-联苯基]-4,4’-二胺(TPD)或N,N’-二苯基-N,N’-二(1-萘基)-(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺(NPB)等三芳胺类材料。其中NPB是常用的空穴传输材料，在本发明实施例的有机电致发光器件制作中所选用的空穴传输材料选用NPB。
有机电致发光器件结构可以为单发光层也可以是多发光层结构。
电子传输层采用Alq3、TAZ或、TPBi，或选自所述三种材料的任意两种。
在本发明的有机电致发光器件制作中所选用阴极材料是LiF/Al。
本发明中使用的几种材料具体结构见下：
实施例1-7选用本发明的化合物作为蓝色荧光有机电致发光器件中的有机发光层的主体材料；对比例1选用ADN作为蓝色荧光有机电致发光器件中的有机发光层的主体材料。
有机电致发光器件结构为：ITO/NPB(40nm)/蓝光主体材料(30nm)：DPAVBi[5％]/Alq3(20nm)/LiF(0.5nm)/Al(150nm)。
有机电致发光器件制备过程如下：将涂布了ITO透明导电层的玻璃板在商用清洗剂中超声处理，在去离子水中冲洗，在丙酮和乙醇混合溶剂中超声除油，在洁净环境下烘烤至完全除去水分，用紫外光和臭氧条件下清洗，并用低能阳离子束轰击表面。
把上述带有阳极的玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-5～9×10-3Pa，在上述阳极层膜上真空蒸镀NPB作为空穴传输层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为40nm。
在空穴传输层之上真空蒸镀蓝光主体材料：DPAVBi[5％]作为有机电致发光器件的发光层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀总膜厚为30nm；其中“DPAVBi[5％]”是指蓝光染料的掺杂比例，即蓝光主体材料与DPAVBi的重量份比为100:5。
在发光层之上真空蒸镀Alq3作为有机电致发光器件的电子传输层，其蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀总膜厚为20nm；
在电子传输层上真空蒸镀0.5nm的LiF，150nm的Al作为阴极。
对实施例1-7以及对比例1中制备得到的有机电致发光器件的性能进行了测试，测试结果如表2所示。
表2
编号 蓝光主体材料 要求亮度cd/m2 驱动电压V 电流效率cd/A
实施例1 化合物P1 5000 7.05 5.7
实施例2 化合物P2 5000 6.88 7.3
实施例3 化合物P3 5000 6.59 8.0
实施例4 化合物P8 5000 6.09 6.9
实施例5 化合物P10 5000 5.58 7.7
实施例6 化合物P11 5000 6.11 7.0
实施例7 化合物P12 5000 6.08 7.2
对比例1 ADN 5000 7.00 5.8
由表2可以看出，采用本发明化合物的蓝色荧光有机电致发光器件相对于采用业内普遍使用的ADN的蓝色荧光有机电致发光器件，获得了更高的电流效率和较低的驱动电压。
实施例8-15选用本发明的化合物作为红色磷光有机电致发光器件中有机发光层的主体材料；对比例2选用CBP作为红色磷光有机电致发光器件中有机发光层的主体材料。
有机电致发光器件结构为：
ITO/NPB(20nm)/红光主体材料(30nm)：Ir(piq)3[5％]/TPBI(10nm)/Alq3(15nm)/LiF(0.5nm)/Al(150nm)。
有机电致发光器件制备过程如下：将涂布了ITO透明导电层的玻璃板在商用清洗剂中超声处理，在去离子水中冲洗，在丙酮和乙醇混合溶剂中超声除油，在洁净环境下烘烤至完全除去水份，用紫外光和臭氧清洗，并用低能阳离子束轰击表面。
把上述带有阳极的玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-5～9×10-3Pa，在上述阳极层膜上真空蒸镀空穴传输层NPB，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为20nm；在空穴传输层之上真空蒸镀发光主体材料和染料，作为有机电致发光器件的发光层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀总膜厚为30nm；在发光层之上依次真空蒸镀电子传输层TPBI和Alq3，其蒸镀速率均为0.1nm/s，蒸镀膜厚分别为10nm和15nm。
在电子传输层上真空蒸镀0.5nm的LiF，150nm的Al作为阴极。
对实施例8-15以及对比例2中制备得到的有机电致发光器件的性能进行了测试，测试结果如表3所示。
表3
编号 蓝光主体材料 要求亮度cd/m2 驱动电压V 电流效率cd/A
实施例8 化合物P1 1000 4.46 8.0
实施例9 化合物P2 1000 3.89 7.7
实施例10 化合物P3 1000 4.09 8.7
实施例11 化合物P5 1000 3.91 8.0
实施例12 化合物P7 1000 4.06 7.9
实施例13 化合物P12 1000 4.07 8.3
实施例14 化合物P13 1000 3.88 7.8
实施例15 化合物P14 1000 3.89 7.3
对比例2 CBP 1000 4.56 6.9
由表3可以看出，采用本发明化合物的红色磷光有机电致发光器件相对于采用CBP的红色磷光有机电致发光器件，获得了更高的电流效率和较低的驱动电压。
实施例16-21选用本发明的化合物作为绿色磷光有机电致发光器件中有机发光层的主体材料；对比例3选用CBP作为绿色磷光有机电致发光器件中有机发光层的主体材料。
有机电致发光器件结构为：ITO/NPB(20nm)/绿光主体材料(30nm)：Ir(ppy)3[7％]/TPBI(10nm)/Alq3(15nm)/LiF(0.5nm)/Al(150nm)。
有机电致发光器件制备过程如下：将涂布了ITO透明导电层的玻璃板在商用清洗剂中超声处理，在去离子水中冲洗，在丙酮和乙醇混合溶剂中超声除油，在洁净环境下烘烤至完全除去水分，用紫外光和臭氧清洗，并用低能阳离子束轰击表面。
把上述带有阳极的玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-5～9×10-3Pa，在上述阳极层膜上真空蒸镀空穴传输层NPB，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为20nm。
在空穴传输层之上真空蒸镀发光主体材料和染料，作为有机电致发光器件的发光层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀总膜厚为30nm。
在发光层之上依次真空蒸镀电子传输层TPBI和Alq3，其蒸镀速率均为0.1nm/s，蒸镀膜厚分别为10nm和15nm；
在电子传输层上真空蒸镀0.5nm的LiF，150nm的Al作为电子注入层和阴极。
对实施例16-22以及对比例3中制备得到的有机电致发光器件的性能进行了测试，测试结果如表4所示。
表4
编号 绿光主体材料 要求亮度cd/m2 驱动电压V 电流效率cd/A
实施例16 化合物P2 1000 3.90 45.2
实施例17 化合物P4 1000 4.11 39.1
实施例18 化合物P6 1000 3.78 40.6
实施例19 化合物P9 1000 3.98 42.9
实施例20 化合物P13 1000 3.88 46.1
实施例21 化合物P15 1000 4.22 43.3
对比例3 CBP 1000 4.44 36.7
由表4可以看出，采用本发明化合物的绿色磷光有机电致发光器件相对于采用CBP的绿色磷光有机电致发光器件，获得了更高的电流效率和较低的驱动电压。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种化合物，其特征在于，该化合物如式I所示：
其中，R1为包含咔唑基的取代基。
2.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述化合物包括：
3.一种有机电致发光器件，其特征在于，该有机电致发光器件的有机发光层的主体材料或空穴传输层的材料为权利要求1或2所述的化合物。
4.如权利要求3所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机发光层为蓝光发光层。
5.如权利要求3所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机发光层为绿光发光层。
6.如权利要求3所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机发光层为红光发光层。
7.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求3-6任一所述的有机电致发光器件。
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