CN108911942A - 一种基于芴与蒽的化合物及其用途和有机电致发光器件 - Google Patents

一种基于芴与蒽的化合物及其用途和有机电致发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于芴与蒽的化合物，具有如下结构式：该化合物具有较好的热稳定性、高发光效率、高发光纯度，可以应用于有机电致发光器件、太阳能电池、有机薄膜晶体管或有机光感受器领域，采用该基于芴与蒽的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。

Description

一种基于芴与蒽的化合物及其用途和有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及有机电致发光材料领域，具体涉及一种基于芴与蒽的化合物及其用途，还涉及一种有机电致发光器件。
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。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。
在三原色(红，蓝，绿)当中，红光和绿光材料最近已经取得了很大的发展，也符合面板的市场需求。对于稳定且高效的蓝光材料还是很少，由于蓝光的高能隙，使得对于材料的要求更高，又由于蓝色磷光材料的稳定性和光纯度存在的问题，因此开发高效稳定的蓝色荧光材料尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种基于芴与蒽的化合物，其为具有如下结构式I的化合物：
其中，Ar选自取代或者未取代的C6-C30的芳基，取代或者未取代的C3-C30的杂芳基，取代或者未取代的C18-C30的三芳香胺基、取代或者未取代的C12-C30的咔唑基。
可选的，所述Ar选自苯基、二苯基苯基、萘基、萘基苯基、联苯基、三并苯基、蒽基、菲基、芘基、苝基、荧蒽基、苊基、苊烯基、(9,9-二烷基)芴基、(9,9-二取代或者未取代的芳基)芴基、取代或者未取代的二苯并噻吩基、取代或者未取代的二苯并呋喃基、三芳香胺基，以及取代或者未取代的咔唑基。
可选的，基于芴与蒽的化合物具体包括下列结构式1-32的化合物：
本发明的基于芴与蒽的化合物可以通过Suzuki偶联反应制备得到。
本发明的基于芴与蒽的化合物可以应用于有机电致发光器件、太阳能电池、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、空穴阻挡层、电子注入层或电子传输层中的至少一层，所述有机层中至少一层含有如上述的基于芴与蒽的化合物。
其中有机层为发光层；
或者有机层为发光层和电子传输层；
或者有机层为发光层、电子传输层和电子注入层；
或者有机层为空穴传输层和发光层；
或者有机层为空穴注入层、空穴传输层和发光层；
或者有机层为空穴传输层、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、阻挡层、发光层、电子传输层和电子注入层；
或者有机层为空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和空穴阻挡层；
或者有机层为空穴传输层、发光层、电子注入层和空穴阻挡层；
优选地，其中如结构式I所述的基于芴与蒽的化合物所在的层为发光层。
如结构式I所述的基于芴与蒽的化合物单独使用，或和其它化合物混合使用；如结构式I所述的基于芴与蒽的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中的两种或两种以上的化合物；单独使用一种选自结构式1-32的基于芴与蒽的化合物，或同时使用两种以上选自结构式1-32的基于芴与蒽的化合物。
进一步可选地，本发明的有机电致发光器件包含阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极，其中发光层中含有一种或一种以上的结构式I的化合物；进一步优选地，发光层中含有一种或一种以上的结构式1-32的化合物。
本发明的结构式I的化合物可以作为无掺杂单一发光层或掺杂发光层，其中结构式I化合物作为主体材料，其重量百分比为20-99.9％，优选为80-99％，更优选为90-99％；作为客体材料时，其重量百分比为0.1-50％，优选为0.5-10％。
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在使用本发明具有结构式I的化合物时，可以使用搭配其他材料，如空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阻挡层等，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。除本发明的具有结构式I化合物外，可以包括其他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。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、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。可以选择或者搭配如下化合物，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Alq3，8-羟基喹啉锂)、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，可以有效的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所述的基于芴与蒽的化合物，具有较好热稳定性，高发光效率，高发光纯度。采用该基于芴与蒽的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为本发明实施例的化合物1的核磁共振氢谱图；
图2为本发明的实施例的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的合成路线
中间体A的合成方法
三口瓶中，加入苯甲酰氯(30.8g，0.22mol)、干燥的二氯甲烷(250mL)，在氮气保护，温度为0℃的条件下，加入三氯化铝(35g，0.26mol)，再分批加入2-溴-9,9二甲基芴(54.6g，0.2mol)，加毕搅拌2小时，加水猝灭反应，有机相水洗分液后过硅胶，旋干，粗产物用乙醇重结晶，得到类白色固体57g，产率76％。
中间体B的合成方法
在烧瓶中，加入中间体A(37.6g，100mmol)，无水四氢呋喃(400mL)，在氮气保护下冷却至0℃，缓慢加入2-联苯基溴化镁格式试剂(120mmol)，加热回流搅拌3小时，冷却，然后缓慢加入1N的稀盐酸溶液，调节pH值至7，用二氯甲烷萃取、干燥、浓缩、加入冰醋酸和浓盐酸，加热回流5小时，冷却、除去溶剂、加水、用二氯甲烷萃取、干燥、浓缩，粗产物经柱层析纯化得到产物36g，产率70％。
化合物1的合成方法
在烧瓶中，依次加入中间体B(1.5g,3.9mmol)、9-苯基-10-蒽硼酸(1.2g,3.9mmol)、碳酸钾(1.4g,10mmol)、四三苯基磷(50mg)、四氢呋喃(30mL)、水(10mL)，在氮气保护下加热回流5小时，冷却、除去四氢呋喃、用二氯甲烷萃取、用无水硫酸钠干燥、过滤、浓缩，产品用甲苯重结晶得到1.7g，产率为63％。化合物1的核磁共振氢谱图如图1所示。
其他实施例的合成方法与化合物1一致，均是以中间体B作为原料，再与其他的蒽硼酸反应，具体如下表1：
表1
实施例7
有机电致发光器件的制备
使用实施例1制备的化合物制备OLED，制备方法如下：
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。
蒸镀化合物NPB，形成60nm厚的空穴传输层130。
在空穴传输层上蒸镀40nm厚的发光层140。其中，以化合物3作为主体发光材料，以重量百分比为3％的BUBD-1作为掺杂客体材料。
在发光层上蒸镀20nm厚的Alq3作为电子传输层150。
蒸镀1nm LiF为电子注入层160和100nm Al作为器件阴极170。
根据上述方法制备出的有机电致发光器件的结构示意图如图2所示，将所制备的器件用Photo Research PR650光谱仪测得在200mA/cm2的电流密度下的电流效率为7.9cd/A。
实施例8
该实施例制备器件的方法与实施例7一样，区别之处在于采用化合物2代替实施例7的化合物1。
根据上述方法制备出的有机电致发光器件的结构示意图如图2所示，所制备的器件用Photo Research PR650光谱仪测得在200mA/cm2的电流密度下的电流效率为7.6cd/A。
实施例9
该实施例制备器件的方法与实施例7一样，区别之处在于采用化合物3代替实施例7的化合物1。
根据上述方法制备出的有机电致发光器件的结构示意图如图2所示，所制备的器件用Photo Research PR650光谱仪测得在200mA/cm2的电流密度下的电流效率为8.1cd/A。
实施例10
该实施例制备器件的方法与实施例7一样，区别之处在于采用化合物15代替实施例7的化合物1。
根据上述方法制备出的有机电致发光器件的结构示意图如图2所示，所制备的器件用Photo Research PR650光谱仪测得在200mA/cm2的电流密度下的电流效率为7.5cd/A。
实施例11
该实施例制备器件的方法与实施例7一样，区别之处在于采用化合物20代替实施例7的化合物1。
根据上述方法制备出的有机电致发光器件的结构示意图如图2所示，所制备的器件用Photo Research PR650光谱仪测得在200mA/cm2的电流密度下的电流效率为7.8cd/A。
实施例12
该实施例制备器件的方法与实施例7一样，区别之处在于采用化合物29代替实施例7的化合物1。
根据上述方法制备出的有机电致发光器件的结构示意图如图2所示，所制备的器件用Photo Research PR650光谱仪测得在200mA/cm2的电流密度下的电流效率为7.2cd/A。
比较例
该实施例制备器件的方法与实施例7一样，区别之处在于采用化合物BH代替实施例7的化合物1。
根据上述方法制备出的有机电致发光器件的结构示意图如图2所示，所制备的器件用Photo Research PR650光谱仪测得在200mA/cm2的电流密度下的电流效率为5.8cd/A。
根据上述实施例实验结果，可知：在相同的亮度条件下，应用本发明的化合物制备的有机电致发光器件的电流效率远高于比较例，因此，本发明的化合物具有高的稳定性，且制备的有机电致发光器件具有高的效率和光纯度。
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)

1.一种基于芴与蒽的化合物，其特征在于，具有如下结构式I的化合物：
其中，Ar选自取代或者未取代的C6-C30的芳基，取代或者未取代的C3-C30的杂芳基，取代或者未取代的C18-C30的三芳香胺基、取代或者未取代的C12-C30的咔唑基。
2.如权利要求1所述的基于芴与蒽的化合物，其特征在于，所述Ar选自苯基、二苯基、萘基、萘基苯基、联苯基、三并苯基、蒽基、菲基、芘基、苝基、荧蒽基、苊基、苊烯基、(9,9-二烷基)芴基、(9,9-二取代或者未取代的芳基)芴基、取代或者未取代的二苯并噻吩基、取代或者未取代的二苯并呋喃基、三芳香胺基，以及取代或者未取代的咔唑基。
3.如权利要求1所述的基于芴与蒽的化合物，其特征在于，具体包括下列结构式1-32的化合物：
4.权利要求1所述的基于芴与蒽的化合物在有机电致发光器件中的应用。
5.一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、空穴阻挡层、电子注入层或电子传输层中的至少一层，其特征在于，所述有机层中至少一层含有如权利要求1所述的基于芴与蒽的化合物。
6.如权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，单独使用一种选自如权利要求3所述的结构式1-32的基于芴与蒽的化合物，或同时使用两种以上选自如权利要求3所述的结构式1-32的基于芴与蒽的化合物。
7.如权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，如权利要求1所述的基于芴与蒽的化合物所在的层为发光层。
8.如权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，如权利要求1所述的基于芴与蒽的化合物作为无掺杂地单一发光层。
9.如权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，如权利要求1所述的基于芴与蒽的化合物作为掺杂发光层。
10.如权利要求9所述的有机电致发光器件，其特征在于，若所述基于芴与蒽的化合物为主体材料时，其重量百分比为20-99.9％；若所述基于芴与蒽的化合物为客体材料时，其重量百分比为0.1-50％。
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