CN107325089B - 用于有机发光二极管的2-氮杂三亚苯材料 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于有机发光二极管的2‑氮杂三亚苯材料。特别是，提供了含有2‑氮杂三亚苯核的化合物，该2‑氮杂三亚苯核具有额外的芳基。所提供的化合物可以为发光或非发光材料。这些化合物可以用于有机发光器件中，特别是作为主体材料、空穴阻挡层材料或发光掺杂剂。包含含有2‑氮杂三亚苯的化合物的器件可以表现出改善的稳定性和效率。
Description
本申请是优先权日为2009年5月12日、发明名称为“用于有机发光二极管的2-氮杂三亚苯材料”的中国专利申请第201080028022.9号(国际申请号为PCT/US2010/034479)的分案申请。
本申请要求2009年5月12日提交的美国临时申请No.61/177,435的优先权，其公开内容通过引用全部明确地纳入本文中。
要求保护的发明由联合的大学-公司研究协议的一个或多个下列参与方做出，代表其做出，和/或与其相关地做出：密歇根大学董事会、普林斯顿大学、南加利福尼亚大学和通用显示公司。该协议在要求保护的发明的做出之日和其之前有效，并且要求保护的发明作为在该协议范围内进行的活动的结果而做出。
技术领域
本发明涉及可以有利地用于有机发光器件中的新的有机材料。更具体地说，本发明涉及新的含有2-氮杂三亚苯的化合物以及含有这样的化合物的器件。
背景技术
由于很多原因，利用有机材料的光电器件变得越来越受欢迎。用于制备这样的器件的很多材料比较廉价，因此有机光电器件在相对于无机器件的成本优势方面具有潜力。此外，有机材料的固有特性，例如它们的柔性，可以使得它们良好地适用于特定应用，例如在柔性基片上制造。有机光电器件的实例包括有机发光器件(OLEDs)、有机光电晶体管、有机光伏电池和有机光电探测器。对于OLEDs，有机材料可以具有优于常规材料的性能。例如，有机发光层发射的波长通常可以容易地用合适的掺杂剂进行调整。
OLEDs利用当跨器件施加电压时发光的有机薄膜。OLEDs正在成为在诸如平板显示、照明和背光的应用中越来越有利的技术。多种OLED材料和构造记载于美国专利No.5,844,363、6,303,238和5,707,745中，它们全部通过引用纳入本文。
发磷光分子的一种应用是全色显示器。这样的显示器的工业标准要求适于发射称为“饱和”色彩的特定色彩的像素。特别是，这些标准要求饱和的红、绿和蓝色像素。色彩可以使用CIE坐标度量，它是现有技术中公知的。
发绿光分子的一个实例是三(2-苯基吡啶)铱，它记为Ir(ppy)3，具有式I的结构：
在本文的该图以及后面的图中，我们将从氮到金属(此处为Ir)的配位键表示为直线。
本文中使用的术语“有机”包括可以用于制备有机光电器件的聚合物材料和小分子有机材料。“小分子”指的是非聚合物的任何有机材料，并且“小分子”实际上可以相当大。在某些情况下小分子可以包含重复单元。例如，使用长链烷基作为取代基并不会将该分子排除在“小分子”类别之外。小分子也可以纳入聚合物中，例如作为聚合物主链的侧挂基团或者作为主链的一部分。小分子也可以充当树枝状化合物的核心结构部分，该化合物包括一系列构建在核心结构部分上的化学壳。树枝状化合物的核心结构部分可以是荧光或磷光小分子发光体。树枝状化合物可以是“小分子”，并且据信目前在OLEDs领域使用的所有树枝状化合物都是小分子。
本文中使用的“顶部”指的是离基片最远，而“底部”指的是离基片最近。在将第一层描述为“位于第二层上”的情况下，第一层距离基片更远。在第一层和第二层之间可以存在其它层，除非明确指出第一层与第二层“接触”。例如，可以将阴极描述为“位于阳极上”，即使其间存在多种有机层。
本文中使用的“可溶液处理”指的是能够以溶液或悬浮液形式在液体介质中溶解、分散或输送和/或从液体介质中沉积。
当认为配体直接有助于发光材料的光活性性质时，可以将该配体称为“光活性”的。当认为配体不有助于发光材料的光活性性质时，可以将该配体称为“辅助”的，尽管辅助配体可以改变光活性配体的性质。
如本文中所使用，并且如本领域技术人员通常所理解，第一“最高已占分子轨道”(HOMO)或“最低未占分子轨道”(LUMO)能级“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能级，如果该第一能级更接近于真空能级。由于电离势(IP)作为相对于真空能级的负能量进行测量，因此更高的HOMO能级对应于具有更小的绝对值的IP(负性较低的IP)。类似地，更高的LUMO能级对应于具有更小的绝对值的电子亲和性(EA)(负性较低的EA)。在常规的能级图上，真空能级位于顶部，材料的LUMO能级高于相同材料的HOMO能级。与“较低”的HOMO或LUMO能级相比，“较高”的HOMO或LUMO能级显得更接近该图的顶部。
如本文中所使用，并且如本领域技术人员通常所理解，第一功函数“大于”或“高于”第二功函数，如果该第一功函数具有更高的绝对值。因为功函数通常作为相对于真空能级的负数进行测量，这意味着“更高”的功函数更负。在常规的能级图上，真空能级位于顶部，“较高”的功函数表示为沿向下的方向更远离真空能级。因而，HOMO和LUMO能级的定义采用与功函数不同的惯例。
关于OLEDs以及上述定义的更多细节，可以见美国专利No.7,279,704,其全部公开内容通过引用纳入本文。
发明内容
提供了新的有机化合物。这些化合物包含可以有利地用于OLED中的含有2-氮杂三亚苯的化合物。特别是，这些化合物可以用作主体材料、空穴阻挡材料或者用于发光金属配合物的配体。含有本文中提供的2-氮杂三亚苯化合物的器件可以具有改善的稳定性和效率。提供了新的化合物，该化合物包含以下结构：
R1、R2和R3可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R1、R2和R3独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。R1、R2和R3的至少之一为芳基或杂芳基。优选地，R3为氮邻位的取代。
提供了一组化合物，其中该化合物具有式I并且该化合物不与金属配合。优选地，这些化合物可以在OLED中用作发光层中的主体材料或者多种其它非发光层中的非发光材料。
优选地，R1选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。更优选地，R1为芳基或杂芳基。优选地，R2选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。更优选地，R2为芳基或杂芳基。优选地，R3选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。更优选地，R3为芳基或杂芳基。优选地，R1、R2和R3各自为芳基或杂芳基。
提供了具有式I的特定化合物，包括选自化合物1G-化合物70G的化合物。R’3、R4、R5、R6、R7和R8可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R’3、R4、R5、R6独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。还提供了具有式I的具体化合物。R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自为氢，例如选自化合物1-化合物70的化合物。
提供了含有环金属化(cyclometallated)配体的另一组化合物。这些化合物包含具有下式的配体L：
A为五元或六元芳环或杂芳环。RA可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。RA选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。配体L与具有大于40的原子序数的金属配合。优选地，该金属为Ir。
这些化合物可以用作发光材料，因为预计作为配体的这些化合物的环金属化配合物提供发光性能。优选地，这些化合物可以用作OLED的发光层中的发光掺杂剂。这些化合物也可以用作非发光材料。特别是，这些化合物可以用在器件的不使用化合物的发光性能的部分中，例如空穴阻挡层。
一方面，提供了化合物，其中配体L包括在均配位(homoleptic)化合物中。另一方面，提供了化合物，其中配体L包括在杂配位(heteoleptic)化合物中。特别是，提供了化合物，其中该化合物具有式(L)n(L’)3-nIr。n为1或2。一方面，优选地，n为1。另一方面，优选地，n为2。L’选自：
R’1和R’2可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R’1和R’2选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。L具有与L’不同的结构。
还提供了包含特定配体的化合物，包括具有选自化合物71G-化合物78G的配体L的化合物。R4和R5可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R4和R5独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。还提供了具体的配体，包括选自化合物71-化合物78的配体L(即R1、R2、R3、R4和R5各自为氢)。
还提供了包含含有2-氮杂三亚苯配体的Ir配合物的特定化合物，包括选自化合物79G-化合物96G的化合物。R4和R5独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。还提供了包含含有2-氮杂三亚苯配体的Ir配合物的具体化合物，包括选自化合物79-化合物96的化合物(即R1、R2、R3、R4、R5、R’1和R’2各自为氢)。
此外，还提供了有机发光器件。该器件包含阳极、阴极以及位于该阳极和该阴极之间的第一有机层。该第一有机层进一步包含上述的以下结构的化合物：
R1、R2和R3可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R1、R2和R3独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。R1、R2和R3的至少之一为芳基或杂芳基。
一方面，该器件包含具有式I的化合物，其中该化合物不与金属配合。可以用于这样的器件中的特定化合物包括选自化合物1G-化合物70G的化合物。R’3、R4、R5、R6、R7和R8可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R’3、R4、R5、R6、R7和R8独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。提供了某些器件，其含有选自化合物1-化合物70的化合物(即R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自为氢)。
另一方面，提供了器件，其中该第一有机层为发光层并且包含式I结构的化合物为主体。此外，该第一有机层可以进一步包含发光掺杂剂。优选地，该发光掺杂剂具有下式：
此外，提供了器件，其中该器件包含含有配体L的化合物，该配体L具有下式：
A为5元或6元芳环或杂芳环。RA可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。RA选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。
用于这些器件中的特定的配体包括选自化合物71G-化合物78G的配体L。R4和R5可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R4和R5独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。提供了某些器件，其含有具有配体L的化合物，所述配体L选自化合物71-化合物78(即R1、R2、R3、R4和R5各自为氢)。
用于这样的器件中的特定化合物包括选自化合物79G-化合物96G的化合物。R4和R5可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R4和R5独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。提供了某些器件，其含有选自化合物79-化合物96的化合物(即R1、R2、R3、R4、R5、R’1和R’2各自为氢)。
一方面，提供了器件，其中该第一有机层为发光层并且包含式II结构的化合物为发光掺杂剂。优选地，该第一有机层进一步包含主体材料。
另一方面，提供了器件，其中该器件包含为非发光层的第二有机层。包含式II结构的化合物为该第二有机层中的非发光材料。优选地，该第二有机层为空穴注入或传输层并且包含式II结构的化合物为空穴注入或传输材料。
此外，还提供了包含器件的消费产品。该器件进一步包含阳极、阴极以及位于该阳极和该阴极之间的第一有机层。该第一有机层进一步包含上述包含式I结构的化合物。针对包含式I结构的化合物描述为优选的取代基选择也优选用于包含式I结构的化合物的器件中。这些选择包括针对R1、R2、R3和A所述的那些。
R1、R2和R3可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R1、R2和R3独立地选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基、杂芳基和氢。R1、R2和R3的至少之一为芳基或杂芳基。
一方面，该消费产品的器件可以含有式II的2-氮杂三亚苯化合物。另一方面，该消费产品的器件可以含有包含配体的化合物，该配体包括与具有大于40的原子序数的金属配合的2-氮杂三亚苯。
附图说明
图1示出有机发光器件。
图2示出不具有独立的电子传输层的倒置有机发光器件。
图3示出2-氮杂三亚苯化合物。
图4示出含有2-氮杂三亚苯的配体。
具体实施方式
通常，OLED包括位于阳极和阴极之间并且与阳极和阴极电连接的至少一个有机层。当施加电流时，阳极向有机层中注入空穴，阴极向有机层中注入电子。注入的空穴和电子各自向带相反电荷的电极迁移。当电子和空穴局限于同一分子中时，形成“激子”，它是具有激发能态的局域化的电子-空穴对。当激子通过发光机理弛豫时，发射出光。在一些情况下，激子可以局域化在激发体或激发复合体上。也可以发生非辐射机理，例如热弛豫，但是通常将其视为不合需要的。
最初的OLEDs使用从其单线态发光(“荧光”)的发光分子，例如美国专利No.4,769,292中所公开，其全部内容通过引用纳入本文中。荧光发射通常发生在小于10纳秒的时间范围内。
最近，已展示了具有从三线态发光(“磷光”)的发光材料的OLEDs。见Baldo等人的“Highly Efficient Phosphorescent Emission From Organic ElectroluminescentDevices”(有机电致发光器件的高效磷光发射)，Nature，第395卷，151-154，1998；(“Baldo-I”)和Baldo等人的“Very high-efficiency green organic light-emitting devicesbased on electrophosphorescence”(基于电磷光的极高效绿色有机发光器件)，Appl.Phys.Lett，第75卷，第3期，4-6(1999)(“Baldo-II”)，它们全部通过引用纳入本文。磷光更详细地记载于美国专利No.7,279,704的第5-6栏，其通过引用纳入本文。
图1显示了有机发光器件100。这些图不一定按比例绘制。器件100可以包括基片110、阳极115、空穴注入层120、空穴传输层125、电子阻挡层130、发光层135、空穴阻挡层140、电子传输层145、电子注入层150、保护层155和阴极160。阴极160是具有第一导电层162和第二导电层164的复合阴极。器件100可以通过将上述层按顺序沉积而制备。这些不同的层的性质和功能以及材料实例更具体地记载于US 7,279,704的第6-10栏中，其通过引用纳入本文。
可以获得这些层中的每种的更多实例。例如，柔性且透明的基片-阳极组合公开于美国专利No.5,844,363中，其全部内容通过引用纳入本文。p型掺杂的空穴传输层的一个实例是以50:1的摩尔比用F4-TCNQ掺杂的m-MTDATA，公开于美国专利申请公布No.2003/0230980中，其全部内容通过引用纳入本文。发光材料和主体材料的实例公开于Thompson等人的美国专利No.6,303,238中，其全部内容通过引用纳入本文。n型掺杂的电子传输层的一个实例是以1:1的摩尔比用Li掺杂的BPhen，公开于美国专利申请公布No.2003/0230980中，其全部内容通过引用纳入本文。美国专利No.5,703,436和5,707,745(其全部内容通过引用纳入本文)公开了包括复合阴极的阴极的实例，其具有金属如Mg:Ag的薄层，具有覆盖的透明导电溅射沉积ITO层。阻挡层的理论和用途更详细地记载于美国专利No.6,097,147和美国专利申请公布No.2003/0230980中，其全部内容通过引用纳入本文中。注入层的实例提供于美国专利申请公布No.2004/0174116中，其全部内容通过引用纳入本文。关于保护层的说明可以见于美国专利申请公布No.2004/0174116中，其全部内容通过引用纳入本文。
图2显示了倒置OLED 200。该器件包括基片210、阴极215、发光层220、空穴传输层225和阳极230。器件200可以通过按顺序沉积所述层而制备。因为大多数常规OLED构造具有位于阳极上的阴极，而器件200具有位于阳极230下的阴极215，因此可以将器件200称为“倒置”OLED。与针对器件100所说明的类似的材料可以用于器件200的相应的层中。图2提供了可以如何将某些层从器件100的结构中省略的实例。
图1和2所示的简单分层结构以非限制性实例的方式提供，并且应当理解，本发明的实施方案可以与很多种其它结构结合使用。所述的具体材料和结构是示例性的，并且可以使用其它材料和结构。基于设计、性能和成本因素，可以通过以不同方式将上述多种层相结合或者将层完全省略而获得功能性OLEDs。也可以包括未明确说明的其它层。可以使用明确说明的材料以外的材料。尽管本文中提供的很多实例将很多层描述成包含单一的材料，但是应当理解，可以使用材料的组合，例如主体与掺杂剂的混合物或者更一般的混合物。另外，层可以具有多个亚层。本文中给予各种层的名称并不打算具有严格的限制性。例如在器件200中，空穴传输层225传输空穴并向发光层220中注入空穴，并且可以描述为空穴传输层或空穴注入层。在一种实施方案中，OLED可以被描述为具有位于阴极和阳极之间的“有机层”。该有机层可以包含单一的层，或者可以进一步包含如针对图1和2中所述的不同有机材料的多个层。
也可以使用未明确说明的结构和材料，例如包括聚合物材料的OLEDs(PLEDs)，例如Friend等人的美国专利No.5,247,190中所公开的，其全部内容通过引用纳入本文中。作为进一步的实例，可以使用具有单个有机层的OLEDs。OLEDs可以叠置，例如如Forrest等人的美国专利No.5,707,745中所述，其全部内容通过引用纳入本文中。OLED结构可以偏离图1和2中所示的简单的层状结构。例如，基片可以包括成角的反射表面以改善外耦合(out-coupling)，例如Forrest等人的美国专利No.6,091,195中所记载的平台(mesa)结构和/或Bulovic等人的美国专利No.5,834,893中所记载的陷阱(pit)结构，其全部内容通过引用纳入本文中。
除非另外说明，各种实施方案的任何层可以通过任何合适的方法沉积。对于有机层，优选方法包括热蒸发、喷墨，例如如美国专利No.6,013,982和6,087,196中所记载，其全部内容通过引用纳入本文中；有机气相沉积(OVPD)，例如如Forrest等人的美国专利No.6,337,102中所记载，其全部内容通过引用纳入本文中；以及通过有机气相喷涂(OVJP)的沉积，例如如美国专利申请No.10/233,470中所记载，其全部内容通过引用纳入本文中。其它合适的沉积方法包括旋涂和其它基于溶液的方法。基于溶液的方法优选在氮气或惰性气氛中进行。对于其它层，优选方法包括热蒸发。优选的成图案方法包括通过掩模沉积、冷焊，例如如美国专利No.6,294,398和6,468,819中所记载，其全部内容通过引用纳入本文中；以及与某些沉积方法如喷墨和OVJD相关的成图案方法。也可以使用其它方法。可以对待沉积的材料进行改性以使它们与具体的沉积方法相容。例如，可以在小分子中使用取代基例如支化或非支化的并优选含有至少3个碳的烷基和芳基，以增强它们进行溶液处理的能力。可以使用具有20个或更多个碳的取代基，3至20个碳是优选范围。具有非对称结构的材料可以比具有对称结构的材料具有更好的可溶液处理性，因为非对称材料可以具有较低的重结晶倾向。树枝状化合物取代基可以用于提高小分子进行溶液处理的能力。
根据本发明的实施方案制备的器件可以纳入很多种消费产品中，包括平板显示器、计算机监视器、电视、广告牌、室内或室外照明灯和/或信号灯、危险警告显示器、全透明显示器、柔性显示器、激光打印机、电话、移动电话、个人数字助理(PDAs)、笔记本电脑、数码相机、可携式摄像机、取景器、微型显示器、交通工具、大面积墙、剧场或体育场屏幕或标志。多种控制机制可以用于控制根据本发明制备的器件，包括无源矩阵和有源矩阵。很多器件拟用于对人体而言舒适的温度范围内，例如18℃至30℃，更优选室温(20至25℃)。
本文中记载的材料和结构可以应用于除OLEDs以外的器件中。例如，其它光电器件如有机太阳能电池和有机光电探测器可以使用这些材料和结构。更一般地说，有机器件例如有机晶体管可以使用这些材料和结构。
术语卤、卤素、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳烷基(arylkyl)、杂环基团、芳基、芳香基团和杂芳基是本领域已知的，并且定义于US7,279,704的第31-32栏中，该专利通过引用纳入本文中。
提供了新的化合物，这些化合物包括2-氮杂三亚苯(示于图3中)。特别是，这些化合物包括具有额外的芳族取代基(即芳基或杂芳基)的2-氮杂三亚苯。这些化合物可以有利地用于OLED中以提供具有改善的稳定性和效率的器件。
一组新的化合物包括不具有配位金属的式I化合物。优选地，这些化合物用作非发光化合物例如主体材料和/或空穴阻挡层材料。
提供了另一组新的化合物，其包括下述的化合物：其中2-氮杂三亚苯结构纳入到与金属配合的配体中(示于图4中)。可以期待这些化合物由于环金属化配体而表现出磷光发射性能。因而，这些化合物可以优选地用作发光材料。此外，这些化合物也可以用作器件的层中的非发光材料，所述层不需要这样的化合物的发光性能(例如空穴阻挡层)。提供了包括在化合物中的特定的2-氮杂三亚苯配体。
文献中已报道了含有1-氮杂三亚苯的化合物(参见JP2007189001)。然而，本文中提供的化合物类含有新的结构。提供的合成涉及制备1-氮杂三亚苯化合物，而不是用于制备2-氮杂三亚苯化合物的合成方法。此外，1-氮杂三亚苯合成方法不一定适用于制备2-氮杂三亚苯化合物。
本文中提供的方法针对2-氮杂三亚苯化合物。
2-氮杂三亚苯化合物的至少一个实例报道于文献中(参见Hewline，M等人，Synthesis，14：2157-2163，2007)。然而，该文献没有提供本文中提供的具有额外的芳族取代基的化合物，并且没有暗示在OLED领域中的2-氮杂三亚苯化合物。缺乏额外的芳族取代基的2-氮杂三亚苯化合物会不适合用于OLED中。该化合物的2-氮杂三亚苯核上的R1、R2和/或R3处的额外的芳族基团提供了新的结构并且也可提供有益性能。特别是，通过额外的共轭，该额外的芳族取代基(即芳基或杂芳基)可以提供化合物的稳定性的进一步改善。此外，不存在提供用于制备2-氮杂三亚苯化合物的合成方法的已知文献。因而，至少由于这些原因，本文中提供的化合物会是特别需要的。这些化合物的有益性能可适用于发光和非发光化合物两者。
此外，此前报道的大部分氮杂三亚苯化合物为1-氮杂三亚苯化合物。尽管据信1-氮杂三亚苯的合成是公知的，但是用于制备1-氮杂三亚苯的合成方法不一定适用于制备2-氮杂三亚苯化合物。尽管存在对三亚苯化合物的先前的报道，但是不存在关于用于制备本文中提供的这种2-氮杂三亚苯化合物的合成方法的报道。所提供的很多新的2-氮杂三亚苯化合物可以使用本文中记载的方法合成。
三亚苯是多芳族烃，它具有高的三线态能量，还具有高的π共轭和相对较小的第一单线态和第一三线态能级之间的能量差。这将表明，与具有类似的三线态能量的其它芳族化合物(例如联苯)相比，三亚苯具有相对较容易达到的HOMO和LUMO能级。三亚苯及其衍生物可以是特别好的主体，这至少是因为这些化合物可以容纳红、绿和甚至蓝色磷光掺杂剂，以在没有能量猝灭的情况下得到高效率。之前的工作已展示了使用三亚苯主体的高效率和高稳定性PHOLED(参见US2006/0280965和PCT/US2008/072499)。
含有三亚苯衍生物氮杂三亚苯的化合物可以是尤其有利的。氮杂三亚苯具有比三亚苯更低的LUMO(即比三亚苯的LUMO更可达到的LUMO)，因而氮杂三亚苯可改善OLED器件中的电子传输。此外，氮杂三亚苯可以提供改善的电荷平衡，这导致器件性能就寿命、效率和低电压而言的改善。此外，之前的工作已表明，其它主体材料(例如氮杂二苯并噻吩)的2位的氮可实现改善。不限于关于为什么本发明能够成立的任何理论，据信含有氮杂三亚苯的化合物中的2位的氮(即2-氮杂三亚苯)也可以提供有益性能。
此外，所提供的化合物可以是特别有利的，因为含有2-氮杂三亚苯的化合物比之前报道的三亚苯化合物和衍生物可以更容易地还原。表1提供了三亚苯及其衍生物的DFT计算性能。特别是，表1含有针对三亚苯、1-氮杂三亚苯和2-氮杂三亚苯计算的LUMO能级。表1中所示的DFT计算结果表明2-氮杂三亚苯具有比三亚苯和1-氮杂三亚苯显著更低的-1.34eV的LUMO能级，三亚苯和1-氮杂三亚苯分别具有-0.93eV和-1.23eV的LUMO能级。此外，表1中所示的DFT计算表明2-氮杂三亚苯的三线态能量与三亚苯和1-氮杂三亚苯的三线态能量类似，这通过化合物1的实验结果证实。因此，含有2-氮杂三亚苯的化合物可以更容易地还原，因而提供具有低操作电压的器件。
表1
本文中提供了新的含有2-氮杂三亚苯的化合物。这些化合物提供了可以有利地用于OLED中的新的材料类型。特别是，这些化合物可以用于通过气相沉积或溶液处理法制作的OLED中，从而得到稳定且有效的器件。
提供了新的化合物，该化合物包含以下结构：
R1、R2和R3可以表示单取代、二取代、三取代或四取代，并且R1、R2和R3各自独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。R1、R2和R3的至少之一为芳基或杂芳基。
一方面，R1选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。优选地，R1为芳基或杂芳基。另一方面，R2选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。优选地，R2为芳基或杂芳基。再一方面，R3选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。优选地，R3为芳基或杂芳基。又一方面，R1、R2和R3各自为芳基或杂芳基。
提供的一组化合物包括具有下式的化合物：
如上所述，这样的化合物可以在R1、R2和R3进一步取代。这些化合物可以用于器件结构中的多种层中，包括发光的和非发光的两者。优选地，这些化合物可以用作OLED的发光层中的主体。这样的化合物也可以优选地用作OLED的其它非发光层(例如空穴阻挡层)中的非发光材料。
优选地，R3为氮邻位的取代。通过将R3取代基添加到与氮相邻的碳(即氮邻位)上，可以改善该化合物的稳定性。不受限于理论，据信在氮原子的邻位缺乏取代基的吡啶环可能尤其易于发生降解，因而较不稳定。特别是，不受限于理论，据信在不存在氮邻位取代的情况下暴露的氮键可能是可能的降解途径中的薄弱环节。因而，氮邻位取代可为吡啶环提供空间保护，从而改善化合物的稳定性。因此，具有R3作为氮邻位取代的化合物可以改善2-氮杂三亚苯化合物的稳定性。
提供了具有式I的特定化合物，其中该化合物选自：
R’3、R4、R5、R6、R7和R8可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R’3、R4、R5、R6、R7和R8独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。
此外，还提供了具有式I的化合物的具体实例。取代基R1、R2、R3、R’3、R4、R5、R6、R7和R8各自为氢。提供的具体化合物包括选自以下的化合物：
以上讨论的化合物(即具有式I，没有配位金属)在室温下是非磷光的。这些化合物可以在器件中用作非发光材料。优选地，这些化合物可以在OLED的发光层中用作主体。更优选地，这些化合物可以在磷光OLED的发光层中用作主体。这些化合物也可以用作器件结构中的多种其它非发光层中的材料，例如空穴阻挡层中的空穴阻挡材料。
本文中提供的另一组新的化合物为包含环金属化配体的2-氮杂三亚苯化合物。可以期待这些化合物由于配位金属而具有发光性能。优选地，这些化合物可以用作OLED的发光层中的发光材料。这些化合物也可以在不需要化合物的发光性能的器件的其它层中用作非发光材料。特别是，这些化合物可以用作空穴注入或传输层中的材料。
该化合物包含下式的配体L：
配体L含有式I中所示的2-氮杂三亚苯结构，其中芳族取代基A位于该化合物的氮杂环中的氮原子的邻位。
A为五元或六元芳环或杂芳环。RA可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。RA选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。配体L与具有大于40的原子序数的金属配合。优选地，该金属为Ir。
一方面，提供了包含2-氮杂三亚苯的均配位Ir配合物。特别是，提供了化合物，其中配体L包括在均配位化合物中。另一方面，提供了杂配位Ir配合物。特别是，提供了化合物，其中配体L包括在杂配位化合物中。再一方面，提供了具有式(L)n(L’)3-nIr的化合物。n为1或2。一方面，优选地，n为1。另一方面，优选地，n为2。L’选自：
R’1和R’2可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R’1和R’2选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。
L具有与L’不同的结构。
提供了包含特定的2-氮杂三亚苯配体的化合物。该化合物含有选自以下的配体L：
R4和R5可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R4和R5选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。
此外，提供了含有特定的2-氮杂三亚苯配体的化合物。配体L选自：
提供了包含Ir配合物的特定化合物，该配合物含有2-氮杂三亚苯，该化合物包括选自以下的化合物：
R4、R5、R’1和R’2可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R4、R5、R’1和R’2独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。
此外，还提供了含有2-氮杂三亚苯的具体的铱配合物，包括选自以下的化合物：
还提供了有机发光器件。该器件包含阳极、阴极以及位于该阳极和该阴极之间的第一有机发光层。该第一有机发光层包含上述的包含式I结构的化合物。针对包含式I结构的化合物描述为优选的取代基选择也优选用于包含式I结构的化合物的器件中。这些选择包括针对R1、R2、R3和A所述的那些。
R1、R2和R3可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R1、R2和R3独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。R1、R2和R3的至少之一为芳基或杂芳基。
一方面，提供了含有化合物的器件，其中R1选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。优选地，R1为芳基或杂芳基。另一方面，提供了含有化合物的器件，其中R2选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。优选地，R2为芳基或杂芳基。再一方面，提供了含有化合物的器件，其中R3选自烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。优选地，R3为芳基或杂芳基。又一方面，提供了含有化合物的器件，其中R1、R2和R3为芳基或杂芳基。
提供了器件，其中该器件包含具有下式的化合物：
提供了特定的器件，该器件包含选自化合物1G-化合物70G的化合物。R’3、R4、R5、R6、R7和R8可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R’3、R4、R5、R6、R7和R8独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。提供了某些器件，其含有选自化合物1-化合物70的化合物(即R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8为氢)。
优选地，R3为氮邻位的取代。
此外，提供了器件，其中该第一有机层为发光层并且包含式I结构的化合物为主体。此外，该器件的该第一有机层可以进一步包含发光掺杂剂。特别是，该第一有机层可以包含具有下式的发光掺杂剂：
此外，提供了器件，其中该第一发光层为发光层并且包含式II结构的化合物为发光掺杂剂。此外，该器件的该第一有机层可以进一步包含主体材料。
此外，还提供了器件，其中该器件包含为非发光层的第二有机层，并且包含式II结构的化合物为该第二有机层中的非发光材料。优选地，该第二有机层为空穴注入或传输层并且包含式II结构的化合物为空穴注入或传输材料。
另一方面，提供了器件，其中该器件包含含有配体L的化合物，该配体L具有下式：
A为五元或六元芳环或杂芳环。RA可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。RA选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、芳基和杂芳基。配体L与具有大于40的原子序数的金属配合。优选地，该金属为Ir。
提供了特定的器件，其中配体L选自：
R4和R5可以表示单取代、二取代、三取代、四取代或五取代。R4和R5选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。
还提供了含有化合物的器件，该化合物包含选自化合物71-化合物78的配体。
还提供了含有化合物的器件，该化合物包含含有2-氮杂三亚苯配体的Ir配合物，包括含有选自化合物79G-化合物96G的化合物的器件。还提供了含有具体化合物的器件，包括含有选自化合物79-化合物96的化合物的器件。
此外，还提供了包含器件的消费产品。该器件进一步包含阳极、阴极以及位于该阳极和该阴极之间的第一有机层。该第一有机层进一步包含上述包含式I结构的化合物。针对具有式I的化合物描述为优选的取代基选择也优选用于包含式I结构的化合物的器件中。这些选择包括针对R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R’1、R’2和A所述的那些。
R1、R2和R3可以表示单取代、二取代、三取代或四取代。R1、R2和R3独立地选自氢、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。R1、R2和R3的至少之一为芳基或杂芳基。
本文中所述的可以用于有机发光器件中的特定层的材料可以与器件中存在的多种其它材料组合使用。例如，本文中公开的发光掺杂剂可以与多种主体、传输层、阻挡层、注入层、电极和可以存在的其它层组合使用。所述的或下述的材料是可以与本文中公开的化合物组合使用的材料的非限制性实例，本领域技术人员可以容易地查阅文献来确定可以组合使用的其它材料。
除了本文中公开的材料，和/或与本文中公开的材料相组合，可以在OLED中使用很多空穴注入材料、空穴传输材料、主体材料、掺杂剂材料、激子/空穴阻挡层材料、电子传输和电子注入材料。可以在OLED中与本文中公开的材料组合使用的材料的非限制性实例列于下表2中。表2列举了非限制性的材料类别、每一类化合物的非限制性实例和公开这些材料的文献。
表2
实验
化合物实施例
实施例1.化合物1的合成
步骤1.4-(联苯-2-基)-2-甲氧基吡啶的合成。将4-氯-2-甲氧基吡啶(3.0g，21.03mmol)、2-联苯硼酸(5.0g，25.23mmol)、Pd2(dba)3(381mg，0.414mmol)、2-二环己基膦基-2’,6’-二甲氧基联苯(681mg，1.66mmol)、甲苯(250mL)和K3PO4.H2O(14.57g，63.09mmol)在水(25mL)中的浆液的经过氮气吹扫的混合物回流18小时。在混合物冷却至室温后后，将有机层用无水Na2SO4干燥，过滤，并在真空下浓缩。将残余物通过二氧化硅快速色谱(己烷：乙酸乙酯)纯化，并用乙酸乙酯重结晶，得到4-(联苯-2-基)-2-甲氧基吡啶(4.2g，76.5％)。
步骤2.3-甲氧基二苯并[f,h]异喹啉的合成。将4-(联苯-2-基)-2-甲氧基吡啶(2.9g，10.9mmol)、碘(281mg，1.1mmol)和甲苯加入装有磁力搅拌、空气鼓泡器和紫外灯的双壁石英光化学反应器中。将温和的空气鼓泡通过溶剂，同时将其照射15小时。将反应混合物通过二氧化硅快速色谱(己烷：乙酸乙酯)纯化，并在MeOH中进行超声处理，得到3-甲氧基二苯并[f,h]异喹啉(0.5g，17％)。
步骤3.二苯并[f,h]3-羟基异喹啉的合成。将3-甲氧基二苯并[f,h]异喹啉(1.0g，3.9mmol)和盐酸吡啶(4.5g，39mmol)在约220℃加热1.5小时。将反应冷却并加水。将得到的固体过滤、用水洗涤并在真空中干燥，得到二苯并[f,h]3-羟基异喹啉(0.91g，95％)。
步骤4.三氟甲磺酸二苯并[f,h]异喹啉-3-基酯的合成。在氮气下、在0℃将三氟甲磺酸酐(5.2g，19mmol)加入二苯并[f,h]3-羟基异喹啉(0.91g，3.7mmol)、吡啶(1.2g，15mmol)和二氯甲烷100mL的混合物中，并在室温下搅拌过夜。将反应用饱和NaHCO3骤停。将有机层用水洗涤并用Na2SO4干燥。将残余物通过二氧化硅快速色谱(己烷：乙酸乙酯)纯化，得到(1.1g，79％)。
步骤5.4-(3-溴苯基)二苯并[b,d]噻吩的合成。将1,3-二溴苯(18.63g，78.92mmol)、二苯并{b,d}噻吩-4-基硼酸(6.0g，26.3mmol)、Pd(PPh3)4(304mg，0.414mmol)、甲苯(200mL)和K3CO3(10.9g，78.92mmol)在水(20mL)中的浆液的经过氮气吹扫的混合物回流23小时。在混合物冷却至室温后，将有机层用水洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤，并在真空下浓缩。将残余物通过真空蒸馏(球管)然后通过二氧化硅快速色谱(己烷：二氯甲烷)纯化，得到4-(3-溴苯基)二苯并[b,d]噻吩(3.5g，39.2％)。
步骤6.2-(3-(二苯并[b,d]噻吩-4-基)苯基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷的合成。将4-(3-溴苯基)二苯并[b,d]噻吩(2.4g，7.07mmol)、4,4,4’,4’,5,5,5’,5’-八甲基-2,2’-二(1,3,2-二氧杂环戊硼烷(3.58g，14mmol)、Pd(dppf)Cl2(114mg，0.14mmol)和KOAc(2.08g，21.2mmol)的经过氮气吹扫的混合物在二氧六环(100mL)中在90℃加热18小时。在混合物冷却至室温后，加入乙酸乙酯并将有机层用水洗涤，用盐水洗涤，用无水Na2SO4干燥，并过滤。将C盐(Celite)加入滤液中，然后通过真空浓缩。将残余物通过二氧化硅快速色谱(己烷：二氯甲烷)然后通过真空蒸馏(球管)纯化，以除去过量的4,4,4’,4’,5,5,5’,5’-八甲基-2,2’-二(1,3,2-二氧杂环戊硼烷，然后用己烷：乙酸乙酯结晶，得到2-(3-(二苯并[b,d]噻吩-4-基)苯基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷(1.62g，59％)。
步骤7.3-(3-(二苯并[b,d]噻吩-4-基)苯基)二苯并[f,h]异喹啉的合成。制备步骤4的产物三氟甲磺酸二苯并[f,h]异喹啉-3-基酯(1.1g，2.9mmol)、步骤6的产物2-(3-(二苯并[b,d]噻吩-4-基)苯基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷(1.5g，3.8mmol)、一水合磷酸三钾(2.0g，8.8mmol)、150mL甲苯和15mL水的混合物，并用氮气鼓泡20分钟。然后向混合物加入三(二亚苄基丙酮)二钯(0)(27mg，0.029mmol)和2-二环己基膦基-2’,6’-二甲氧基联苯(48mg，0.12mmol)。将反应混合物用氮气鼓泡另外20分钟，然后回流过夜。在冷却至室温后，向反应混合物中加入2-(3-(二苯并[b,d]噻吩-4-基)苯基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷(1.3g，3.4mmol)、三(二亚苄基丙酮)二钯(0)(60mg，0.066mmol)和2-二环己基膦基-2’,6’-二甲氧基联苯(100mg，0.24mmol)。将反应混合物用氮气鼓泡30分钟，然后回流过夜。然后将混合物冷却至室温。收集有机层并用MgSO4干燥。将粗产物通过硅胶柱纯化，得到白色固体化合物1(1.0g，71％产率)。
实施例2.化合物79的合成
配体3-苯基二苯并[f,h]异喹啉的合成。使以上化合物1合成步骤4中合成的三氟甲磺酸二苯并[f,h]异喹啉-3-基酯化合物与苯基硼酸在化合物1合成步骤7中所述的Suzuki反应条件下反应，得到配体3-苯基二苯并[f,h]异喹啉。
铱配合物化合物79的合成。将与Ir(acac)3在乙二醇中混合的3-苯基二苯并[f,h]异喹啉配体在氮气下加热回流过夜，得到化合物79。配体与Ir(acac)3的摩尔比为约3.5比1。
器件实施例
所有的实例器件通过高真空(＜10-7Torr)热蒸发进行制作。阳极为约
或
的氧化铟锡(ITO)。阴极由
的LiF以及随后的
的Al组成。所有的器件在制作后立即在氮气手套箱(＜1ppm的H2O和O2)中用环氧树脂密封的玻璃盖进行封装，并在包装中加入吸湿剂。
提供了特定的器件，其中本发明化合物，即化合物1，为主体材料和阻挡层材料，并且E1为发光掺杂剂。器件实施例1-4的有机叠层从ITO表面起依次由作为空穴注入层(HIL)的
E1、作为空穴传输层(HTL)的
4,4’-双-[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(α-NPD)、作为发光层(EML)的
用10-15％的E1(一种Ir磷光化合物)掺杂的化合物1、无阻挡层
或作为阻挡层(BL)的
化合物1以及作为电子传输层(ETL)的
或
Alq3(三-8-羟基喹啉铝)组成。
对比实施例1和2以与器件实施例类似的方式制作，不同之处在于CBP用做主体并且HPT用做BL材料或者不存在阻挡层。
如本文中所使用，下列化合物具有下列结构：
器件结构和器件数据汇总于下表3和表4中。表3示出器件结构，表4示出这些器件的相应测量结果。
下列术语用于表3和4中，并定义于此：
LE是发光效率，它定义为亮度除以OLED的驱动电流密度。EQE为外量子效率，它定义为测得的光子数与穿过结的电子之比。PE为功率效率，它定义为发射的总光通量除以总功率输入。L0为初始亮度，它定义为在某一电流密度下的初始亮度。RT80％为寿命的度量，它定义为在40mA/cm2的恒定电流密度下、在室温下初始亮度L0衰减至其值的80％所需的时间。
表3
表4
对比实施例1和对比实施例2的器件使用针对之前的器件研究中使用的材料的组合进行了优化的厚度和掺杂剂浓度。器件实施例1和器件实施例2具有与对比实施例1和对比实施例2中使用的相同的器件结构和材料浓度，但是本文中提供的新的2-氮杂三亚苯化合物已替代CBP作为主体材料并替代HPT作为阻挡层材料。从这些器件实施例可以看出，化合物1作为绿色磷光OLED中的主体得到高的器件效率(在1000cd/m2下，LE＞40cd/A)，表明与二苯并噻吩连接的氮杂三亚苯具有对于有效的绿色电致磷光足够高的三线态能量。这与以下实验结果一致：化合物1的三线态能量(T1：476nm)足够高以容纳绿色磷光掺杂剂。
和所预测的一样，器件实施例2和对比实施例2的结果表明化合物1主体可以在没有空穴阻挡层的情况下显著提高效率，因为，如2-氮杂三亚苯结构部分的相对较低的LUMO所表明，它是更具电子传输性的材料。
尽管表明了本文中提供的新的2-氮杂三亚苯化合物的总体上有利的性能，但是器件实施例1和2未针对寿命分析进行优化。在器件实施例3和器件实施例4中，将掺杂剂浓度调整为适合这些材料以测量器件寿命。在器件实施例3和4中可以看出，分别与对比实施例1和对比实施例2相比，2-氮杂三亚苯化合物显著改善寿命。此外，器件实施例3和4在改善寿命的同时保持良好的效率。
含有化合物1作为主体的器件的高稳定性在器件实施例3和4中是显著的。对于器件实施例3和对比实施例1，寿命T80％(定义为在40mA/cm2的恒定电流密度下、在室温下初始亮度L0衰减至其值的80％所需的时间)分别为136小时和105小时，器件实施例1具有略微更高的L0。
数据表明，含有氮杂三亚苯的主体是用于磷光OLED的良好的主体和增强层材料，提供了与通常作为主体使用的CBP相比至少类似的效率以及稳定性的改善。含有苯并硒吩的三亚苯的更加共轭的形式，例如通过对亚苯基(例如4,4’-联苯)连接的三亚苯和二苯并硒吩单元，可非常适合于较低能量(黄色至红色)的磷光OLED。
应当理解，本文中所述的多种实施方案仅仅作为示例，不用于限制本发明的范围。例如，在不偏离本发明的精神的情况下，本文中所述的很多材料和结构可以用其它材料和结构替代。因此，要求保护的本发明可以包括对于本领域技术人员而言显而易见的具体实施例和优选实施方案的变化形式。应当理解，关于为什么本发明能够成立的多种理论是非限制性的。
Claims (3)
1.一种化合物，该化合物选自于由如下构成的组：
其中R’1、R’2、R’3、R4、R5、R6、R7和R8是氢。
2.第一器件，其包括有机发光器件，该有机发光器件包含：
阳极；
阴极；以及
位于该阳极和该阴极之间的第一有机层，该第一有机层包含根据权利要求1的化合物。
3.权利要求2的第一器件，其中所述第一器件是消费产品。
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