CN108530443A - 一种邻菲啰啉衍生物及其有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种邻菲啰啉衍生物及其有机电致发光器件,涉及有机光电材料技术领域。该类化合物制备方法简单、原料易得,具有很好的热稳定性和化学稳定性,同时具有很好的成膜性和空穴传输能力。该类化合物具有适合的最高已占据分子轨道能级、高T1值和高折射率,作为发光辅助层应用于OLED器件中,可以实现发光层内的电荷均衡,能够显著地提高器件的发光效率、耐热性和使用寿命,同时还能有效降低器件的驱动电压,是一类性能优良的OLED材料。
Description
技术领域
本发明涉及有机光电材料技术领域,具体涉及一种邻菲啰啉衍生物及其有机电致发光器件。
背景技术
有机发光二极管(OLED)作为现今研发热点,与阴极射线管(CRT)和液晶显示器(LCD)相比,具有高亮度、高对比度、高清晰度、宽视角、宽色域、低功耗、宽温度、发光效率高、反应时间短、透明、柔性等优势,具有很好的应用前景。OLED器件是双注入型发光器件,其结构如三明治的结构,由氧化铟锡阳极、金属阴极和二者之间的有机物层组成,将电能直接转化为有机半导体材料分子的光能,采用的是电致发光物理机制,无需背光灯,具有自发光的特性,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。
OLED有机材料分为发光材料、空穴传输材料、电子传输材料等。其中,空穴传输材料通常具有低的最高已占据分子轨道(HOMO)值,大部分具有低T1值,使得在发光层中生成的激子扩散到空穴传输层界面或者空穴传输层侧,导致在发光层内界面的发光或者发光层内的电荷不均衡,从而在空穴传输层的界面上发光,最终使有机电气元件的色纯度及发光效率变低,并且使用寿命变短。向发光层和空穴传输层之间引入发光辅助层,可以有效避免上述技术问题,这是因为发光辅助层的最高已占据分子轨道能级介于空穴传输层的最高已占据分子轨道能级和发光层的最高已占据分子轨道能级之间,且具有高T1值,在驱动电压范围内还具有适当的空穴迁移率。但是,目前作为发光辅助层的材料有限,仍需OLED工作者们研发出有效的可作为发光辅助层的材料。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明提供一种邻菲啰啉衍生物及其有机电致发光器件。
本发明提供了一种邻菲啰啉衍生物,结构式如式(I)所示:
其中,L选自单键、C6~C30取代或未取代的二价芳基、C3-C30取代或未取代的二价杂芳基;Ar1、Ar2独立地选自C6~C60的取代或未取代的芳基、C3~C60的取代或未取代的杂芳基,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环。
优选的,所述L选自单键或者如下基团:
其中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8独立地选自氢、氰基、氟原子、甲氧基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基。
优选的,所述的Ar1、Ar2独立地选自以下基团,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环:
其中,Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10、Z11、Z12、Z13、Z14、Z15、Z16、Z17独立地选自氢、氘、氰基、氟原子、甲氧基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、苯基、萘基、菲基、蒽基、联苯基;A为并联在苯环上的苯环。
优选的,所述的邻菲啰啉衍生物如通式(I-A)、(I-B)、(I-C)、(I-D)、(I-E)、(I-F)、(I-G)、(I-H)、(I-I)所示:
其中,Ar1、Ar2独立地选自C6~C60的取代或未取代的芳基、C3~C60的取代或未取代的杂芳基,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环。
最优选的,所述的邻菲啰啉衍生物选自如下所示HT1~HT91中的任意一种:
本发明还提供一种有机电致发光器件,所述有机电致发光器件包括阴极、阳极和置于所述阴极与所述阳极之间的一个或多个有机物层;所述有机物层中含有所述的邻菲啰啉衍生物。
优选的,所述的有机物层中含有发光辅助层;所述的发光辅助层中含有所述的邻菲啰啉衍生物。
更优选的,所述的有机物层中同时含有空穴传输层;所述的空穴传输层中含有所述的邻菲啰啉衍生物。
本发明的有益效果:
本发明提供的邻菲啰啉衍生物,其结构特点是邻菲啰啉通过单键、芳基或者杂芳基与芳胺基相连,增加分子的空间位阻,同时改变分子的电子云分布,使分子具有很好的热稳定性和化学稳定性,还具有很好的成膜性和空穴传输能力。该材料具有适合的最高已占据分子轨道能级、高T1值及高折射率,作为发光辅助层应用于OLED器件中,可以实现发光层内的电荷均衡,能够提高OLED器件的发光效率、耐热性和使用寿命,并且能够降低OLED器件的驱动电压,是一类性能优良的OLED材料。
具体实施方式
本发明首先提供一种邻菲啰啉衍生物,结构式(I)如下:
其中,L选自单键、C6~C30取代或未取代的二价芳基、C3-C30取代或未取代的二价杂芳基;Ar1、Ar2独立地选自C6~C60的取代或未取代的芳基、C3~C60的取代或未取代的杂芳基,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环。
本发明所述的芳基是指芳烃分子的一个芳核碳上去掉一个氢原子后,剩下的基团的总称,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、芘基、芴基或苯并菲基等,但不限于此。
本发明所述杂芳基是指芳基中的一个或多个芳核碳被杂原子替换得到的基团的总称,所述杂原子包括但不限于氧、硫或氮原子,所述杂芳基可以为单环杂芳基或稠环杂芳基,例如可以选自吡啶基、喹啉基、咔唑基、噻吩基、苯并噻吩基、呋喃基、苯并呋喃基、嘧啶基、苯并嘧啶基、咪唑基或苯并咪唑基等,但不限于此。
本发明所述的二价芳基是指芳烃分子的两个芳核碳上各去掉一个氢原子后,剩下的二价基团的总称,其可以为二价单环芳基或二价稠环芳基,例如可选自亚苯基、亚联苯基、亚三联苯基、亚萘基、亚蒽基、亚菲基、亚芘基、亚芴基或亚苯并菲基等,但不限于此。
本发明所述二价杂芳基是指二价芳基中的一个或多个芳核碳被杂原子替换得到的基团的总称,所述杂原子包括但不限于氧、硫或氮原子,所述二价杂芳基可以为二价单环杂芳基或二价稠环杂芳基,例如可以选自亚吡啶基、亚喹啉基、亚咔唑基、亚噻吩基、亚苯并噻吩基、亚呋喃基、亚苯并呋喃基、亚嘧啶基、亚苯并嘧啶基、亚咪唑基或亚苯并咪唑基等,但不限于此。
本发明所述的含氮五元杂环是指取代或未取代的咔唑。
优选的,所述L选自单键或者如下基团:
其中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8独立地选自氢、氰基、氟原子、甲氧基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基。
优选的,所述的Ar1、Ar2独立地选自以下基团,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环:
其中,Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10、Z11、Z12、Z13、Z14、Z15、Z16、Z17独立地选自氢、氘、氰基、氟原子、甲氧基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、苯基、萘基、菲基、蒽基、联苯基;A为并联在苯环上的苯环。
优选的,所述的邻菲啰啉衍生物如通式(I-A)、(I-B)、(I-C)、(I-D)、(I-E)、(I-F)、(I-G)、(I-H)、(I-I)所示:
其中,Ar1、Ar2独立地选自C6~C60的取代或未取代的芳基、C3~C60的取代或未取代的杂芳基,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环。
具体的,所述的邻菲啰啉衍生物优选选自如下所示HT1~HT91中的任意一种:
以上列举了本发明所述邻菲啰啉衍生物的一些具体结构形式,但本发明并不局限于所列这些化学结构,凡是以式(I)所示结构为基础,L以及Ar1、Ar2为如上所限定的基团都应包含在内。
本发明所述的邻菲啰啉衍生物的制备方法,可通过如下合成路线制备得到:
其中,L选自单键、C6~C30取代或未取代的二价芳基、C3-C30取代或未取代的二价杂芳基;Ar1、Ar2独立地选自C6~C60的取代或未取代的芳基、C3~C60的取代或未取代的杂芳基,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环。
将5-溴-8-喹啉胺(Y)与1,3-丙二醇发生分子间成环反应,再通过硼酸酯化及Suzuki反应等一系列反应,得到中间体A;中间体A与含有所述的Ar1和Ar2的芳胺化合物反应,即可得到目标化合物(I)。
本发明对上述各反应的反应条件没有特殊的限制,采用本领域技术人员所熟知的反应条件即可,该制备方法简单,原料易得。
本发明进一步提供一种有机电致发光器件,所述的有机电致发光器件包括阴极、阳极和置于所述阴极与所述阳极之间的一个或多个有机物层;所述有机物层中含有本发明所述的邻菲啰啉衍生物,所述有机物层中优选包含空穴注入层、空穴传输层、发光辅助层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层中的至少一层;优选的,所述有机物层中含有发光辅助层,所述发光辅助层位于发光层和阳极之间,并且含有所述的邻菲啰啉衍生物;优选的,所述有机物层中同时含有空穴传输层,所述空穴传输层位于所述发光辅助层和阳极之间,并且含有所述的邻菲啰啉衍生物。
按照本发明,采用的器件结构优选的,可以为:ITO透明玻璃作为阳极;4,4',4”-三[2-萘基苯基氨基]三苯基胺(2-TNATA)作为空穴注入层;N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)或本发明化合物(HT1~HT91)作为空穴传输层;本发明化合物(HT1~HT91)作为发光辅助层;4,4'-二(9-咔唑)联苯(CBP)与二(1-苯基-异喹啉)(乙酰丙酮)合铱((piq)2Ir(acac))以95:5的重量比的混合物作为发光层;双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝(BAlq)作为空穴阻挡层;8-羟基喹啉铝(Alq3)作为电子传输层;LiF作为电子注入层;Al作为阴极。
所述有机电致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。
通过以下实施例,更详尽地解释本发明,但不希望因此限制本发明。在该描述的基础上,本领域普通技术人员将能够在不付出创造性劳动的情况下,在所公开的整个范围内实施本发明和制备根据本发明的其他化合物。
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:中间体A的制备
中间体A-1的制备:
将22.31g(100mmol)5-溴-8-喹啉胺(Y)、7.61g(100mmol)1,3-丙二醇、1.12g(5mmol)醋酸钯、1.21g(5mmol)2,4,6-三甲吡啶、1.14g(10mmol)三氟乙酸,在氧气氛下(1atm),升温至150℃,反应12小时。反应结束后,过滤,滤液浓缩,通过柱层析法纯化,得到中间体A-1。
中间体A-2的制备:
将20.73g(80mmol)中间体A-1、24.88g(96mmol)联硼酸频那醇酯、1.76g(2.4mmol)[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯和23.56g(240mmol)乙酸钾溶解于525ml甲苯中,在氩气氛下,回流反应12小时,冷却至室温后,过硅藻土漏斗,去除溶剂,残渣在庚烷中重结晶,得到中间体B(23.27g,76mmol);将22.96g(75mmol)中间体B、21.25g(75mmol)对溴碘苯、1.75g(1.5mmol)四(三苯基膦)钯、215ml甲苯和105ml碳酸钠水溶液(2M)投入烧瓶中,回流反应8小时,冷却至室温,用甲苯萃取,有机相用饱和食盐水洗涤,干燥,通过柱层析法纯化,最后得到中间体A-2。
中间体A-3~A-9均可以通过中间体A-2的制备方法制备得到。
实施例2:化合物HT1的制备
氩气氛下,将12.96g(50mmol)中间体A-1、14.07g(50mmol)二(4-叔丁基苯基)胺、9.60g(100mmol)叔丁醇钠溶于500ml脱水甲苯中,搅拌下加入0.23g(1mmol)醋酸钯、0.20g(1mmol)三苯基膦,在80℃下反应8小时。冷却后,通过硅藻土/硅胶漏斗过滤,滤液通过减压蒸馏去除有机溶剂,所得残渣在甲苯中重结晶,干燥,即可得到21.14g(46mmol)化合物HT1,产率为92%。质谱m/z:460.59(计算值:459.64)。理论元素含量(%)C32H33N3:C,83.62;H,7.24;N,9.14。实测元素含量(%):C,83.59;H,7.22;N,9.16。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例3:化合物HT15的制备
将中间体A-1替换成为等摩尔量的中间体A-2,将二(4-叔丁基苯基)胺替换成为等摩尔量的二(4-联苯基)胺,其他步骤均与实施例2相同,即可得到化合物HT15。质谱m/z:576.85(计算值:575.72)。理论元素含量(%)C42H29N3:C,87.62;H,5.08;N,7.30。实测元素含量(%):C,87.60;H,5.05;N,7.28。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例4:化合物HT24的制备
将中间体A-1替换成为等摩尔量的中间体A-3,将二(4-叔丁基苯基)胺替换成为等摩尔量的N,N,N’-三苯基联苯二胺,其他步骤均与实施例2相同,即可得到化合物HT24。质谱m/z:665.64(计算值:666.83)。理论元素含量(%)C48H34N4:C,86.46;H,5.14;N,8.40。实测元素含量(%):C,86.44;H,5.16;N,8.42。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例5:化合物HT35的制备
将中间体A-1替换成为等摩尔量的中间体A-4,将二(4-叔丁基苯基)胺替换成为等摩尔量的咔唑,其他步骤均与实施例2相同,即可得到化合物HT35。质谱m/z:498.31(计算值:497.60)。理论元素含量(%)C36H23N3:C,86.90;H,4.66;N,8.44。实测元素含量(%):C,86.87;H,4.64;N,8.48。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例6:化合物HT46的制备
将中间体A-1替换成为等摩尔量的中间体A-5,将二(4-叔丁基苯基)胺替换成为等摩尔量的N-双苯基-4-N',N'-二苯基-1,4-二苯胺,其他步骤均与实施例2相同,即可得到化合物HT46。质谱m/z:716.01(计算值:716.89)。理论元素含量(%)C52H36N4:C,87.12;H,5.06;N,7.82。实测元素含量(%):C,87.20;H,5.03;N,7.79。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例7:化合物HT62的制备
将中间体A-1替换成为等摩尔量的中间体A-7,将二(4-叔丁基苯基)胺替换成为等摩尔量的N-苯基-2-蒽胺,其他步骤均与实施例2相同,即可得到化合物HT62。质谱m/z:538.86(计算值:537.67)。理论元素含量(%)C39H27N3:C,87.12;H,5.06;N,7.82。实测元素含量(%):C,87.09;H,5.02;N,7.80。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例8:化合物HT73的制备
将中间体A-1替换成为等摩尔量的中间体A-8,将二(4-叔丁基苯基)胺替换成为等摩尔量的4,4’-而甲氧基二笨胺,其他步骤均与实施例2相同,即可得到化合物HT73。质谱m/z:510.26(计算值:511.63)。理论元素含量(%)C34H29N3O2:C,79.82;H,5.71;N,8.21;O,6.25。实测元素含量(%):C,79.85;H,5.68;N,8.23;O,6.28。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例9:化合物HT83的制备
将中间体A-1替换成为等摩尔量的中间体A-9,将二(4-叔丁基苯基)胺替换成为等摩尔量的N-苯基-2-萘胺,其他步骤均与实施例2相同,即可得到化合物HT83。质谱m/z:510.84(计算值:509.56)。理论元素含量(%)C34H21F2N3:C,80.14;H,4.15;F,7.46;N,8.25。实测元素含量(%):C,80.08;H,4.13;F,7.43;N,8.27。上述结果证实获得产物为目标产品。
实施例10:发光器件1的制备
首先,在形成于有机基板的ITO层(阳极)上以60nm的厚度真空沉积2-TNATA来形成空穴注入层;在上述空穴注入层上以60nm的厚度真空蒸镀NPB来形成空穴传输层;之后,在空穴传输层上以20nm的厚度真空蒸镀化合物HT1作为发光辅助层;接着,在上述发光辅助层上以重量比为95:5的CBP和(piq)2Ir(acac)真空沉积作为发光层,厚度为30nm;接着,在上述发光层上以10nm的厚度真空沉积BAlq来形成空穴阻挡层;在上述空穴阻挡层上以40nm的厚度真空沉积Alq3来形成电子传输层;然后,以0.2nm的厚度沉积LiF作为电子注入层;最后,以150nm的厚度沉积Al来形成阴极。
实施例11:发光器件2的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT2,其他步骤均与实施例10相同。
实施例12:发光器件3的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT20,其他步骤均与实施例10相同。
实施例13:发光器件4的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT26,其他步骤均与实施例10相同。
实施例14:发光器件5的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT37,其他步骤均与实施例10相同。
实施例15:发光器件6的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT50,其他步骤均与实施例10相同。
实施例16:发光器件7的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT61,其他步骤均与实施例10相同。
实施例17:发光器件8的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT74,其他步骤均与实施例10相同。
实施例18:发光器件9的制备
将化合物HT1替换成为化合物HT86,其他步骤均与实施例11相同。
实施例19:发光器件10的制备
首先,在形成于有机基板的ITO层(阳极)上以60nm的厚度真空沉积2-TNATA来形成空穴注入层;在上述空穴注入层上以60nm的厚度真空蒸镀HT1来形成空穴传输层;之后,在空穴传输层上以20nm的厚度真空蒸镀化合物HT2作为发光辅助层;接着,在上述发光辅助层上以重量比为95:5的CBP和(piq)2Ir(acac)真空沉积作为发光层,厚度为30nm;接着,在上述发光层上以10nm的厚度真空沉积BAlq来形成空穴阻挡层;在上述空穴阻挡层上以40nm的厚度真空沉积Alq3来形成电子传输层;然后,以0.2nm的厚度沉积LiF作为电子注入层;最后,以150nm的厚度沉积Al来形成阴极。
实施例20:发光器件11的制备
将HT1替换成为化合物HT2,其他步骤均与实施例19相同。
实施例21:发光器件12的制备
将HT1替换成为化合物HT20,其他步骤均与实施例19相同。
实施例22:发光器件13的制备
将HT1替换成为化合物HT26,其他步骤均与实施例19相同。
实施例23:发光器件14的制备
将HT1替换成为化合物HT37,其他步骤均与实施例19相同。
实施例24:发光器件15的制备
将HT1替换成为化合物HT50,其他步骤均与实施例19相同。
实施例25:发光器件16的制备
将HT1替换成为化合物HT61,其他步骤均与实施例19相同。
实施例26:发光器件17的制备
将HT1替换成为化合物HT74,其他步骤均与实施例19相同。
实施例27:发光器件18的制备
将HT1替换成为化合物HT86,其他步骤均与实施例19相同。
对比实施例:发光器件19的制备
除了未形成发光辅助层这一点外,以与实施例10相同的方法制成了发光器件。
本发明实施例及对比实施例中涉及的化合物如下所示:
本发明实施例制备得到的有机电致发光器件的发光性能如下表所示:
以上结果表明,本发明的邻菲啰啉衍生物作为发光辅助层和空穴传输层,应用于有机电致发光器件中,可以提高器件的发光效率,同时还能降低器件的驱动电压,是一类性能优良的有机发光材料。
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 (8)
1.一种邻菲啰啉衍生物,其特征在于,具有如通式(I)所示结构:
其中,L选自单键、C6~C30取代或未取代的二价芳基、C3-C30取代或未取代的二价杂芳基;Ar1、Ar2独立地选自C6~C60的取代或未取代的芳基、C3~C60的取代或未取代的杂芳基,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环。
2.根据权利要求1所述的邻菲啰啉衍生物,其特征在于,所述L选自单键或者如下基团:
其中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8独立地选自氢、氰基、氟原子、甲氧基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基。
3.根据权利要求1所述的邻菲啰啉衍生物,其特征在于,所述的Ar1、Ar2独立地选自以下基团,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环:
其中,Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10、Z11、Z12、Z13、Z14、Z15、Z16、Z17独立地选自氢、氘、氰基、氟原子、甲氧基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、苯基、萘基、菲基、蒽基、联苯基;A为并联在苯环上的苯环。
4.根据权利要求1所述的邻菲啰啉衍生物,其特征在于,所述的邻菲啰啉衍生物如通式(I-A)、(I-B)、(I-C)、(I-D)、(I-E)、(I-F)、(I-G)、(I-H)、(I-I)所示:
其中,Ar1、Ar2独立地选自C6~C60的取代或未取代的芳基、C3~C60的取代或未取代的杂芳基,或者Ar1与Ar2相连形成含氮五元杂环。
5.根据权利要求1所述的邻菲啰啉衍生物,其特征在于,所述的邻菲啰啉衍生物选自如下所示HT1~HT91中的任意一种:
6.一种有机电致发光器件,其特征在于,包括阴极、阳极和置于所述阴极与所述阳极之间的一个或多个有机物层;所述的有机物层中含有权利要求1~5中任一项所述的邻菲啰啉衍生物。
7.根据权利要求6所述的有机电致发光器件,其特征在于,所述的有机物层中含有发光辅助层;所述的发光辅助层中含有权利要求1~5中任一项所述的邻菲啰啉衍生物。
8.根据权利要求6所述的有机电致发光器件,其特征在于,所述的有机物层中含有空穴传输层;所述的空穴传输层中含有权利要求1~5中任一项所述的邻菲啰啉衍生物。
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