CN106632231B - 一种杂环衍生物及使用该杂环衍生物的有机发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种杂环衍生物及使用该杂环衍生物的有机发光器件，属于有机光电材料技术领域。本发明杂环衍生物通过设计大环结构调控分子空间构型，提高分子热稳定性，降低成膜结晶度，进一步提高其在器件中的性能，通过改变连接的基团，可进一步改善其物理特性，进而提高有机发光器件的发光特性。使用本发明提供的杂环衍生物制备有机发光器件，较大的提高了器件的发光效率和发光强度，是性能良好的有机发光材料。

Description

一种杂环衍生物及使用该杂环衍生物的有机发光器件
技术领域
本发明涉及有机光电材料技术领域，具体涉及一种杂环衍生物及使用该杂环衍生物的有机发光器件。
背景技术
有机电致发光是指有机材料在电流或电场激发作用下发光的现象。有机电致发光现象的研究始于20世纪60年代，由于有机发光材料优良的性能吸引了众多研究者注意，1987年Kodak公司的Tang等报道了利用8-羟基喹啉铝与具有空穴传输性能的芳香族二胺制成高质量薄膜，并制成有机发光器件，这种材料具有高发光效率、高亮度等优异性能，这一研究标志着有机电致发光研究进入实用化阶段。近几十年来，具有高响应速度、高亮度、低工作电压的有机发光器件已经被应用于不同的显示器和照明领域。
OLED的发光机制是电子和空穴分别从阴阳极注入后，通过在两电极间的多层有机功能层(含空穴传输层、发光层、电子传输层等)后，在发光层结合形成激子，激子辐射衰变后发光。为保证较高的发光效率，对各个功能层材料的优化至关重要。目前，有机电致发光材料的研究已经在学术界和工业界广泛开展，几乎所有的知名电子公司和化学公司都投入巨大的资金和人力进入这一领域，大量性能优良的有机电致发光材料陆续被开发出来。OLED发光层材料大致分为荧光和磷光材料两类。荧光材料的量子效率最大无法突破25％的限制。磷光材料除了利用单线态的激子，还可以利用三线态激子，理论量子效率可达到100％。但磷光材料多为稀有金属的配合物，成本较高且稳定性有待提高。采用掺杂方式将磷光材料掺杂到主体材料中可以一定程度的解决实际问题，因此开发稳定性高、能级匹配的主体材料对OLED器件的实用化具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种杂环衍生物及使用该杂环衍生物的有机发光器件，本发明通过设计大环结构调控分子空间构型，提高分子热稳定性，降低成膜结晶度，可以显著提高器件的发光特性。
本发明首先提供了一种杂环衍生物，具有如式(I)所述的结构式：
其中，Ar1、Ar2各自独立地选自取代或未取代的C6-C50的芳香族烃基。
优选的，所述Ar1、Ar2各自独立地选自取代或未取代的C6-C20的芳香族烃基。
优选的，所述Ar1、Ar2各自独立地选自如下结构中的任意一种：
其中，Ra为氢、烷基、卤素或氰基。
优选的，所述Ar1、Ar2各自独立地选自苯基、联苯基、萘基或蒽基。
本发明还提供一种有机发光器件，所述有机发光器件包括本发明杂环衍生物。
优选的，所述有机发光器件包括第一电极、第二电极和设置于所述第一电极与第二电极之间的有机物层；所述有机物层包括本发明杂环衍生物。
本发明的有益效果：
本发明所述杂环衍生物通过设计大环结构调控分子空间构型，提高分子热稳定性，降低成膜结晶度，进一步提高其在器件中的性能，通过改变连接的基团，可进一步改善其物理特性，进而提高有机发光器件的发光特性。使用本发明提供的杂环衍生物制备有机发光器件，较大的提高了器件的发光效率和发光强度，是性能良好的有机发光材料。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明首先提供一种杂环衍生物，具有如式(I)所述的结构式：
其中，Ar1、Ar2各自独立地选自取代或未取代的C6-C50的芳香族烃基。
按照本发明，所述芳香族烃基是指芳烃分子的芳核碳上去掉一个氢原子后，剩下一价基团的总称，其可以为单环芳基或稠环芳基，例如可选自苯基、联苯基、三联苯基、萘基、蒽基、菲基或芘基等，但不限于此。
按照本发明，所述取代的芳香族烃基中，所述取代基优选自卤素、氰基、C1-C10的烷基或C6-C20的芳香族烃基中的一种或几种，更优选为氰基或C1-C4的烷基，所述取代基的个数优选为0～3个。
按照本发明，优选所述Ar1、Ar2各自独立地选自取代或未取代的C6-C20的芳香族烃基，再优选所述Ar1、Ar2选自如下结构中的任意一种：
其中，Ra为氢、烷基、卤素或氰基。表示连接键，Ra-表示可以连接在所在芳香环的任意位置。Ra优选为氢、C1～C4烷基、卤素或氰基，例如可选自氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、F或氰基，更优选为氢、甲基或氰基。Ra的个数优选为0～3个。
作为举例，所述杂环衍生物，没有特别限定，优选如下所示：
以上列举了本发明所述杂环衍生物的一些具体的结构形式，但本发明所述杂环衍生物并不局限于所列的这些化学结构，凡是以式(I)所示结构为基础，Ar1、Ar2为如上所限定的基团都应该包含在内。
本发明所述杂环衍生物通过设计大环结构调控分子空间构型，提高分子热稳定性，降低成膜结晶度，进一步提高其在器件中的性能，通过改变连接的基团，可进一步改善其物理特性，进而提高有机发光器件的发光特性。
本发明式(I)所示杂环衍生物的制备方法，首先，以2，2’二羟基联苯为起始原料制备式II所示的化合物，然后与1，1二甲氧基环己烷在有机溶剂(例如苯)中酸催化(通常是有机酸，例如对甲苯磺酸)下发生缩酮交换成环反应；最后通过Suzuki偶联反应链接共轭芳香基团，反应过程示意图如下：
本发明对上述各类反应的反应条件没有特殊要求，以本领域技术人员熟知的此类反应的常规条件即可。本发明对上述各类反应中所采用的原料的来源没有特别的限制，可以为市售产品或采用本领域技术人员所熟知的制备方法制备得到。其中，所述Ar1、Ar2的选择同上所述，在此不再赘述。
本发明还提供一种有机发光器件，包括所述杂环衍生物。所述有机发光器件为本领域技术人员所熟知的有机发光器件，采用传统的有机发光器件的制作方法即可，本发明中采用真空蒸镀的方法成膜。本发明所述有机发光器件优选包括第一电极、第二电极和设置于所述第一电极与第二电极之间的有机物层，所述有机物层中含有本发明杂环衍生物。所述有机物层优选包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层与电子注入层中的至少一层。优选所述杂环衍生物作为掺杂主体用于制备电致发光器件的发光层。为了方便比较本发明化合物的性能，本发明设计了简单的电致发光器件。器件结构具体为：附着在透光玻璃上的ITO作为阳极；NPD为空穴传输层；本发明化合物作为主体材料，掺杂6％的Ir(ppy)3作为发光层；在发光层上真空蒸镀二(8-羟基-2-甲基喹啉)-二苯酚铝形成空穴阻挡层；蒸镀4，7-二苯基-1，10-菲罗琳形成电子传输层，LiF作为电子注入层，金属Al作为阴极。
本发明有机发光器件可用于平板显示器、照明光源、指示牌、信号灯等应用领域。
本发明对以下实施例中所采用的原料的来源没有特别的限制，可以为市售产品或采用本领域技术人员所熟知的制备方法制备得到。
实施例1：化合物TM1的合成
1、将2，2-二羟基联苯4.1g溶于30ml二氯甲烷中，室温下剧烈搅拌，加入3ml的液溴，待有沉淀析出时，停止反应.除去溶剂和少量未反应的单体溴，得到白色化合物。
2、将上述步骤的产物10g溶于50mL的苯中，加入10mg对甲苯磺酸和等摩尔的1，1二甲氧基环己烷，加热，移去57-59℃的组分，待57-59℃的组分除尽后，停止反应。用甲醇钠中和，乙醚萃取，无水硫酸钠干燥，除去溶剂，乙醇重结晶，得无色晶体。
3、在氮气保护下，将上述步骤产物1.5g，苯硼酸1.1g和四(三苯基膦)钯0.5g溶解于30ml乙二醇二甲醚中，加入2M碳酸钠溶液20ml，溶液加热回流反应14小时。反应液冷却到室温后，过滤出固体，固体溶于乙酸乙酯中，过滤，蒸发溶剂，并用环己烷洗涤后得到目标化合物TM1，产率61％。质谱m/z：418.06。实测元素含量(％)C30H26O2：C,86.01；H,6.19；O,7.60；上述结果证实获得产物为预计化合物TM1。
实施例2：化合物TM2的合成
1、与实施例1步骤类似。
2、与实施例1步骤相似。
3、用萘硼酸替代实施例1中的苯硼酸，其他步骤与实施例1相似。产率66％。质谱m/z：518.34。实测元素含量(％)C38H30O2：C,88.12；H,5.89；O,6.25；上述结果证实获得产物为预计化合物TM2。
实施例3：化合物TM3的合成
1、与实施例1步骤类似。
2、与实施例1步骤相似。
3、用联苯硼酸替代实施例1中的苯硼酸，其他步骤与实施例1相似。产率64％。质谱m/z：570.17。实测元素含量(％)C42H34O2：C,88.28；H,5.91；O,5.64；上述结果证实获得产物为预计化合物TM3。
实施例4：化合物TM6的合成
1、与实施例1步骤类似。
2、与实施例1步骤相似。
3、用蒽硼酸替代实施例1中的苯硼酸，其他步骤与实施例1相似。产率63％。质谱m/z：618.34。实测元素含量(％)C46H34O2：C,89.35；H,5.50；O,5.26；上述结果证实获得产物为预计化合物TM6。
实施例5：发光器件的制备
选取ITO玻璃为阳极，超声清洗后干燥至于真空腔中，抽真空至2×10-6Pa，在上述阳极基板上真空蒸镀NPD形成空穴传输层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀厚度为30nm。在空穴传输层上用6％的Ir(PPy)3作为掺杂剂，本发明的化合物TM1作为主体材料(94％)，同时真空蒸镀主体和掺杂材料作为发光层，蒸镀速率为0.005nm/s，蒸镀厚度为50nm。在发光层上真空蒸镀二(8-羟基-2-甲基喹啉)-二苯酚铝形成5nm的空穴阻挡层。然后蒸镀4，7-二苯基-1，10-菲罗琳形成20nm的电子传输层。在电子传输层上真空蒸镀LiF和Al层作为阴极，厚度分别为1.5nm和200nm。测量该器件的发光效率和发光强度。分别用本发明合成的TM2，TM3，TM6化合物按上述方法制备发光器件，并利用CBP作为参照化合物作为主体材料制备器件，各器件发光性能检测结果见表1。
表1.
化合物 电压(V) 亮度(nit) 效率(cd/A)
TM1 4.1 1466 15.5
TM2 4.2 1422 16.6
TM3 4.0 1365 14.5
TM6 4.1 1285 12.8
CBP 5.5 982 8.4
以上结果表明，本发明的杂环衍生物作为发光主体材料在电致发光器件中的应用，较大的提高了器件的发光效率和发光强度，本发明制备的化合物是性能良好的有机发光材料。
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种杂环衍生物，具有如式(I)所述的结构式：
其中，Ar1、Ar2各自独立地选自如下结构中的任意一种：
其中，Ra为氢、烷基、卤素或氰基。
2.根据权利要求1所述的杂环衍生物，其特征在于，所述Ar1、Ar2各自独立地选自苯基、联苯基、萘基或蒽基。
3.一种有机发光器件，其特征在于，所述有机发光器件包括权利要求1～2任一项所述的杂环衍生物。
4.根据权利要求3所述的一种有机发光器件，其特征在于，所述有机发光器件包括第一电极、第二电极和设置于所述第一电极与第二电极之间的有机物层；所述有机物层包括权利要求1～2任一项所述的杂环衍生物。
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