一种以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物、制备方法及其
在有机电致发光器件上的应用
技术领域
本发明涉及一种以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物、制备方法及其在有机电致发光器件上的应用,属于半导体技术领域。
背景技术
有机电致发光(OLED:Organic Light Emission Diodes)器件技术既可以用来制造新型显示产品,也可以用于制作新型照明产品,有望替代现有的液晶显示和荧光灯照明,应用前景十分广泛。
OLED发光器件犹如三明治的结构,包括电极材料膜层,以及夹在不同电极膜层之间的有机功能材料,各种不同功能材料根据用途相互叠加在一起共同组成OLED发光器件。作为电流器件,当对OLED发光器件的两端电极施加电压,并通过电场作用有机层功能材料膜层中的正负电荷,正负电荷进一步在发光层中复合,即产生OLED电致发光。
当前,OLED显示技术已经在智能手机,平板电脑等领域获得应用,进一步还将向电视等大尺寸应用领域扩展,但是,和实际的产品应用要求相比,OLED器件的发光效率,使用寿命等性能还需要进一步提升。
对于OLED发光器件提高性能的研究包括:降低器件的驱动电压,提高器件的发光效率,提高器件的使用寿命等。为了实现OLED器件的性能的不断提升,不但需要从OLED器件结构和制作工艺的创新,更需要OLED光电功能材料不断研究和创新,创制出更高性能OLED的功能材料。
应用于OLED器件的OLED光电功能材料从用途上可划分为两大类,即电荷注入传输材料和发光材料,进一步,还可将电荷注入传输材料分为电子注入传输材料、电子阻挡材料、空穴注入传输材料和空穴阻挡材料,还可以将发光材料分为主体发光材料和掺杂材料。
为了制作高性能的OLED发光器件,要求各种有机功能材料具备良好的光电特性,譬如,作为电荷传输材料,要求具有良好的载流子迁移率,高玻璃化转化温度等,作为发光层的主体材料要求材料具有良好双极性,适当的HOMO/LUMO能阶等。
构成OLED器件的OLED光电功能材料膜层至少包括两层以上结构,产业上应用的OLED器件结构,则包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层等多种膜层,也就是说应用于OLED器件的光电功能材料至少包含空穴注入材料,空穴传输材料,发光材料,电子传输材料等,材料类型和搭配形式具有丰富性和多样性的特点。另外,对于不同结构的OLED器件搭配而言,所使用的光电功能材料具有较强的选择性,相同的材料在不同结构器件中的性能表现,也可能完全迥异。
因此,针对当前OLED器件的产业应用要求,以及OLED器件的不同功能膜层,器件的光电特性需求,必须选择更适合,具有高性能的OLED功能材料或材料组合,才能实现器件的高效率、长寿命和低电压的综合特性。就当前OLED显示照明产业的实际需求而言,目前OLED材料的发展还远远不够,落后于面板制造企业的要求,作为材料企业开发更高性能的有机功能材料显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的之一,是提供一种以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物。本发明提供的化合物具有较高的玻璃化温度和分子热稳定性,合适的HOMO和LUMO能级,较高Eg,通过器件结构优化,可有效提升OLED器件的光电性能以及OLED器件的寿命。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物,该化合物的结构如通式(1)所示:
其中,o、p均等于0或1,且o、p不同时为0;Ar1、Ar2分别独立地表示为取代或未取代的C6-60芳基、含有一个或多个杂原子的取代或未取代的5-60元杂芳基,所述杂原子为氮、氧或硫;Ar3、Ar4分别独立地表示为单键、取代或未取代的C6-60亚芳基、含有一个或多个杂原子的取代或未取代的5~60元杂亚芳基,所述杂原子为氮、氧或硫;
通式(1)中,R1、R2分别独立地表示为通式(2)所示结构;
其中,表示为-、=或R3和R4分别独立的表示为氢原子、通式(3)或通式(4)所示的结构;
通式(3)中,a选自中的一种;X1、X2、X3分别为氧原子、硫原子、硒原子、C1-10直链或支链烷基取代的亚烷基、芳基取代的亚烷基、烷基取代的亚胺基或芳基取代的亚胺基中的一种;
通式(3)或通式(4)分别独立地通过CL1-CL2键、CL2-CL3键、CL3-CL4键、CL’1-CL’2键、CL’2-CL’3键或CL’3-CL’4键与通式(2)连接。
本发明提供的有机化合物的结构使得电子和空穴在发光层的分布更加平衡,在恰当的HOMO能级下,提升了空穴注入和传输性能;在合适的LUMO能级下,又起到了电子阻挡的作用,提升激子在发光层中的复合效率;作为OLED发光器件的发光功能层材料使用时,9,9-二芳基-9H-芴搭配本发明范围内的含氮杂七元环衍生物支链可有效提高激子利用率和高荧光辐射效率,降低高电流密度下的效率滚降,降低器件电压,提高器件的电流效率和寿命;本发明的有机化合物的支链为二苯并的七元环结构,此结构具有高的三线态能级(T1),作为电子阻挡材料使用,可有效阻挡发光层的激子能量传递至空穴传输层中,提高激子在发光层中的复合效率;作为发光层主体材料时,高的三线态可使能量充分有效的传递至掺杂材料中,提高能量利用率,从而提高器件发光效率。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,通式(1)中,Ar1、Ar2分别独立地表示为苯基、联苯基或萘基中的一种;所述Ar3、Ar4分别独立表示为亚苯基、亚萘基、亚联苯基或单键中的一种。
进一步,所述化合物选自通式(5)、通式(6)、通式(7)或通式(8)的化合物,
其中使用的符号和标记具有权利要求1中给出的含义。
进一步,所述化合物选自通式(9)、通式(10)、通式(11)或通式(12)的化合物,
其中使用的符号和标记具有权利要求1中给出的含义。
进一步,所述化合物选自通式(13)、通式(14)、通式(15)或通式(16)的化合物,
其中使用的符号和标记具有权利要求1中给出的含义。
进一步,所述化合物选自通式(17)、通式(18)、通式(19)或通式(20)的化合物,
其中使用的符号和标记具有权利要求1中给出的含义。
进一步,所述通式(2)表示为通式(21)、通式(22)或通式(23),
其中使用的符号和标记具有权利要求1中给出的含义
进一步,所述化合物的具体结构式为:
中的任意一种。
本发明的目的之二,是提供上述以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物的制备方法。本发明的有机化合物的制备方法简单,市场前景广阔,适合规模化推广应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种上述以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物的制备方法,包括:
当Ar3、Ar4为单键时,制备过程中发生的反应方程式为:
具体制备过程包括以下步骤:
1)称取原料Ⅰ和H-R1,甲苯溶解;其中,所述原料Ⅰ和H-R1的摩尔比为1:(1.2~1.5);
2)向上述反应体系中加入Pd2(dba)3、三叔丁基膦和叔丁醇钠,得混合溶液;其中,Pd2(dba)3与原料Ⅰ的摩尔比为(0.006~0.02):1,三叔丁基膦与原料Ⅰ的摩尔比为(0.006~0.02):1,叔丁醇钠与原料Ⅰ的摩尔比为(2.0~3.0):1;
3)在惰性气氛下,将上述反应物的混合溶液于反应温度95~110℃下反应10~24小时,冷却并过滤反应溶液,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Ⅱ;
4)将中间体Ⅱ和H-R2用甲苯溶解;其中,所述中间体Ⅱ与H-R2的摩尔比为1:(1.2~1.5);
5)向步骤4)中的反应体系中加入Pd2(dba)3、三叔丁基膦和叔丁醇钠,得混合溶液;其中,所述Pd2(dba)3与中间体Ⅱ的摩尔比为(0.005~0.01):1,所述三叔丁基膦与中间体Ⅱ的摩尔比为(0.005~0.02):1,所述叔丁醇钠与中间体Ⅱ的摩尔比为(1.5~3.0):1;
6)在惰性气体的保护下,将步骤5)的混合溶液于95~110℃的温度条件下反应10~24h,自然冷却至室温,并过滤反应溶液,滤液旋蒸至无溶剂,过中性硅胶柱,得到目标化合物;
当Ar3、Ar4不为单键时,制备过程中发生的反应方程式为:
具体制备过程包括以下步骤:
1)以原料Ⅰ和硼酸化合物R1-Ar3-B(OH)2为原料,甲苯溶解;其中,所述甲苯用量为每克原料Ⅰ使用30-50ml甲苯,所述原料Ⅰ与硼酸化合物的摩尔比为1:(1.0~1.5);
2)向步骤1)的反应体系中加入Pd(PPh3)4和碳酸钠;其中,所述Pd(PPh3)4与原料Ⅰ的摩尔比为(0.005~0.01):1,所述碳酸钠与原料Ⅰ的摩尔比为(1.5~3.0):1;
3)在氮气保护下,将上述混合溶液于95~110℃,反应10~24小时,自然冷却至室温,并过滤反应溶液,滤液进行减压旋蒸,过中性硅胶柱,得到中间体Ⅲ;
4)以中间体Ⅲ和硼酸化合物R2-Af4-B(OH)2为原料,甲苯溶解;其中,所述甲苯用量为每克中间体Ⅲ使用30-50ml甲苯,所述中间体Ⅲ与硼酸化合物的摩尔比为1:(1.0~1.5);
5)向步骤4)的反应体系中加入Pd(PPh3)4和碳酸钠,得混合溶液;其中,所述Pd(PPh3)4与中间体Ⅲ的摩尔比为(0.005~0.01):1,所述碳酸钠与中间体Ⅲ的摩尔比为(1.5~3.0):1;
6)在氮气保护下,将上述混合溶液于95~110℃,反应10~24小时,自然冷却至室温,并过滤反应溶液,滤液进行减压旋蒸,过中性硅胶柱,得到目标化合物。
本发明的目的之三,是提供一种有机电致发光器件。本发明提供的有机化合物在OLED器件应用时,通过器件结构优化,可保持高的膜层稳定性,可有效提升OLED器件的光电性能以及OLED器件的寿命。本发明所述化合物在OLED发光器件中具有良好的应用效果和产业化前景。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种有机电致发光器件,至少一层功能层含有上述以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,所述功能层为发光层和/或电子阻挡层和/或空穴传输层。
本发明的目的之四,是提供一种照明或显示元件。本发明的有机电致发光器件可以应用在照明或显示原件,器件的电流效率,功率效率和外量子效率均得到很大改善;同时,对于器件寿命提升非常明显,在OLED发光器件中具有良好的应用效果,具有良好的产业化前景。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种照明或显示元件,包括如上所述的有机电致发光器件。
本发明的有益效果是:
1.本发明的有机化合物的结构使得电子和空穴在发光层的分布更加平衡,在恰当的HOMO能级下,提升了空穴注入和传输性能;在合适的LUMO能级下,又起到了电子阻挡的作用,提升激子在发光层中的复合效率;作为OLED发光器件的发光功能层材料使用时,9,9-二芳基-9H-芴搭配本发明范围内的含氮杂七元环衍生物支链可有效提高激子利用率和高荧光辐射效率,降低高电流密度下的效率滚降,降低器件电压,提高器件的电流效率和寿命;本发明的有机化合物的支链为二苯并的七元环结构,此结构具有高的三线态能级(T1),作为电子阻挡材料使用,可有效阻挡发光层的激子能量传递至空穴传输层中,提高激子在发光层中的复合效率;作为发光层主体材料时,高的三线态可使能量充分有效的传递至掺杂材料中,提高能量利用率,从而提高器件发光效率。
2.本发明的有机化合物的制备方法简单,市场前景广阔,适合规模化推广应用。
3.本发明提供的有机化合物在OLED器件应用时,通过器件结构优化,可保持高的膜层稳定性,可有效提升OLED器件的光电性能以及OLED器件的寿命。本发明所述化合物在OLED发光器件中具有良好的应用效果和产业化前景。
4.本发明的有机电致发光器件可以应用在照明或显示原件,器件的电流效率,功率效率和外量子效率均得到很大改善;同时,对于器件寿命提升非常明显,在OLED发光器件中具有良好的应用效果,具有良好的产业化前景。
附图说明
图1为本发明所列举的材料应用于OLED器件的结构示意图,其中,各标号所代表的部件如下:
1、透明基板层,2、ITO阳极层,3、空穴注入层,4、空穴传输层,5、电子阻挡层,6、发光层,7、空穴阻挡/电子传输层,8、电子注入层,9、阴极反射电极层。
图2为本发明的OLED器件在不同温度下测量的效率曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1:中间体Cn的合成:
(1)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.1mol原料I、0.15mol原料J、0.3mol叔丁醇钠、1×10-3mol Pd2(dba)3、1×10-3mol三叔丁基膦、150mL甲苯,加热至95℃,回流反应24小时,取样点板,反应完全;自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Sn。
(2)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入150mL液氨、0.05mol中间体Sn、0.15mol叔丁醇钾,将反应溶液置于500w氙灯下进行光化学反应1小时,加入硝酸铵淬灭反应,液氨蒸发完后残余物加入水,水相用二氯甲烷萃取,无水硫酸镁干燥,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Cn。
实施例2:中间体Dn的合成:
(1)称取原料K、苯硼酸,用体积比为(2~3):1的甲苯乙醇混合溶剂溶解,在惰性气氛下,加入碳酸钾水溶液、四三苯基磷钯,在95~110℃下反应10~24小时,冷却至室温,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Tn;其中原料K与苯硼酸摩尔比例为1:(1.2~1.5);溴化物原料K与碳酸钾的摩尔比为1:(2.0~3.0);原料K与四三苯基磷钯的摩尔比为1:(0.01~0.02);
(2)将氯化亚锡溶于50mL的浓盐酸中,将氯化亚锡的浓盐酸溶液缓慢滴入中间体Tn中,在室温下搅拌,取样点板直至反应完全;向反应混合液滴加2M NaOH的水溶液,直至pH调制8~10,过滤,滤渣用二氯甲烷溶解,加入饱和氯化钠溶液洗涤3~5次,取有机相,减压旋蒸得到中间体Un;所述氯化亚锡与中间体Tn的比例为(2~4):1;
(3)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.1mol中间体Un、0.15mol原料L、0.3mol叔丁醇钠、1×10-3mol Pd2(dba)3、1×10-3mol三叔丁基膦、150mL甲苯,加热至95℃,回流反应24小时,取样点板,反应完全;自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Vn。
(4)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入150mL液氨、0.05mol中间体Vn、0.15mol叔丁醇钾,将反应溶液置于500w氙灯下进行光化学反应1小时,加入硝酸铵淬灭反应,液氨蒸发完后残余物加入水,水相用二氯甲烷萃取,无水硫酸镁干燥,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Dn。
实施例3:中间体En的合成:
(1)称取原料M1、原料N1,加入磷酸钾水溶液、铜纳米粒子和甲苯,在110℃下反应2小时,冷却至室温,经乙酸乙酯萃取,后经水洗,干燥,过硅胶柱,得到中间体Y1;其中原料M1与原料N1摩尔比例为1:(1.0~1.4);原料M1与磷酸钾的摩尔比为1:(2.0~3.0);
(2)250mL的三口瓶,在0℃通入氮气气氛下,将甲基碘化镁和中间体Y1加入四氢呋喃中,室温下搅拌2h,将反应混合物冷却至0℃,加入饱和氯化铵淬灭反应,搅拌30min,在真空中挥发。残余物用氯仿萃取,无水硫酸镁干燥,过滤,真空中挥发溶剂,粗产物加入乙酸乙酯和乙酸的混合溶液中,室温下搅拌3h,真空中出去可挥发物,0℃下将硼烷四氢呋喃络合物与四氢呋喃加入粗产物中,室温下搅拌1h,降温至0℃后,将过氧化氢和氢氧化钠混合溶液小心加入其中,室温下搅拌30min,然后将反应混合物倒入水中,然后用二氯甲烷萃取,后经水,盐水洗,无水硫酸镁干燥,过滤,过硅胶柱,得到中间体Y2;其中甲基碘化镁与中间体Y1摩尔比例为2:(1.0~1.3)。
(3)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入中间体Y2,五氧化二磷,甲苯,加热回流20min,混合物冷却至室温,后在冰水浴中向溶液中缓慢加入质量分数为20%的浓水,分层,有机相用无水硫酸镁干燥,过硅胶柱,得到中间体Y3;其中中间体Y2与五氧化二磷摩尔比例为1:(14~18)。
(4)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.1原料I、0.15mol中间体Y3、0.3mol叔丁醇钠、1×10-3mol Pd2(dba)3、1×10-3mol三叔丁基膦、150mL甲苯,加热至95℃,回流反应24小时,取样点板,反应完全;自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Y4,HPLC纯度98.4%,收率69.2%。
(5)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入150mL液氨、0.05mol中间体Y4、0.15mol叔丁醇钾,将反应溶液置于500w氙灯下进行光化学反应1小时,加入硝酸铵淬灭反应,液氨蒸发完后残余物加入水,水相用二氯甲烷萃取,无水硫酸镁干燥,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体E1,HPLC纯度95.7%,收率58.4%。
实施例4:中间体Fn的合成:
(1)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.1mol原料O、0.15mol原料P、0.3mol叔丁醇钠、1×10-3mol Pd2(dba)3、1×10-3mol三叔丁基膦、150mL甲苯,加热至95℃,回流反应24小时,取样点板,反应完全;自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Wn。
(2)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入150mL液氨、0.05mol中间体Wn、0.15mol叔丁醇钾,将反应溶液置于500w氙灯下进行光化学反应1小时,加入硝酸铵淬灭反应,液氨蒸发完后残余物加入水,水相用二氯甲烷萃取,无水硫酸镁干燥,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Fn。
实施例5:中间体Gn的合成:
(1)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.04mol原料Q、0.06mol二溴取代的Ar、0.12mol叔丁醇钠、4×10-4mol Pd2(dba)3、4×10-4mol三叔丁基膦、150mL甲苯,加热回流24小时,取样点板,反应完全;自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体Xn。
(2)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.02mol中间体Xn,40mL四氢呋喃溶解完全,冷却至-78℃,然后向反应体系中加入15mL的1.6mol/L正丁基锂的四氢呋喃溶液,在-78℃下反应3h后加入0.024mol硼酸三异丙酯,反应2h,然后将反应体系升至0℃,加入50mL的2mol/L盐酸溶液,搅拌3h,反应完全,加入乙醚萃取,萃取液加入无水硫酸镁干燥,旋蒸,用乙醇溶剂重结晶,得到中间体Gn。
实施例中所需的中间产物合成原料如表1。
表1实施例中所需的中间产物合成原料
实施例6:化合物1的合成:
合成路线:
250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.01mol 9,9-二苯基-2-溴芴、0.015mol原料B1、0.03mol叔丁醇钠、1×10-4mol Pd2(dba)3、1×10-4mol三叔丁基膦、150mL甲苯,加热回流24小时,取样点板,反应完全;自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到目标产物,HPLC纯度96.7%,收率68.1%。
HRMS(EI):理论值为559.2300,实测值为559.2330。
实施例7:化合物3的合成:
合成路线:
按实施例6中的合成方法制备化合物3,不同点在于用9,9-二苯基-4-溴芴;所得目标产物HPLC纯度94.3%,收率63.7%;
HRMS(EI):理论值为559.2300,实测值为559.2330。
实施例8:化合物7的合成:
合成路线:
250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.01mol 9,9-二苯基-2-溴芴、0.015mol中间体G1,用30mL-50mL甲苯溶解,然后加入0.03mol Na2CO3水溶液(2M),通氮气搅拌1小时,然后加入0.0001mol Pd(PPh3)4,加热回流15小时,取样点板,反应完全。自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到目标产物,HPLC纯度96.5%,收率74.1%。
HRMS(EI):理论值为635.2613,实测值为635.2601。
实施例9:化合物10的合成:
合成路线:
化合物10的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体C1替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度92.3%,收率67.5%;
HRMS(EI):理论值为649.2406,实测值为649.2413。
实施例10:化合物12的合成:
合成路线:
化合物12的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体C2替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度91.5%,收率72.2%;
HRMS(EI):理论值为675.2926,实测值为675.2933。
实施例11:化合物15的合成:
合成路线:
化合物15的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体C3替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度96.1%,收率73.4%;
HRMS(EI):理论值为675.2926,实测值为675.2914。
实施例12:化合物19的合成:
合成路线:
化合物19的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体C4替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度93.4%,收率65.2%;
HRMS(EI):理论值为799.3239,实测值为799.3210。
实施例13:化合物34的合成:
合成路线:
化合物34的制备方法同实施例8,不同之处在于用中间体G2替换中间体G1;所得目标产物HPLC纯度92.5%,收率73.2%;
HRMS(EI):理论值为751.3239,实测值为751.3214。
实施例14:化合物36的合成:
化合物36的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体C6替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度91.3%,收率59.7%;
HRMS(EI):理论值为724.2878,实测值为724.2864。
实施例15:化合物49的合成:
合成路线:
化合物49的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体D1替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度94.5%,收率67.2%;
HRMS(EI):理论值为739.2511,实测值为739.2526。
实施例16:化合物67的合成:
合成路线:
化合物67的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体D2替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度97.1%,收率70.2%;
HRMS(EI):理论值为791.3552,实测值为791.3546。
实施例17:化合物104的合成:
合成路线:
(1)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入0.1mol[1,1'-联苯]-2-胺、0.15mol 3,4-二溴-9.9-二甲-9H-氧杂蒽、0.3mol叔丁醇钠、1×10-3mol Pd2(dba)3、1×10- 3mol三叔丁基膦、150mL甲苯,加热至95℃,回流反应24小时,取样点板,反应完全;自然冷却,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体H1,HPLC纯度95.1%,收率61.3%。
HRMS(EI):理论值为455.0885,实测值为455.0869。
(2)250mL的三口瓶,在通入氮气的气氛下,加入150mL液氨、0.05mol中间体H1、0.15mol叔丁醇钾,将反应溶液置于500w氙灯下进行光化学反应1小时,加入硝酸铵淬灭反应,液氨蒸发完后残余物加入水,水相用二氯甲烷萃取,无水硫酸镁干燥,滤液旋蒸,过硅胶柱,得到中间体H2,HPLC纯度93.8%,收率69.1%。
HRMS(EI):理论值为375.1623,实测值为375.1647。
(3)化合物104的制备方法同实施例1,不同之处在于用中间体H2替换原料B1;所得目标产物HPLC纯度96.1%,收率53.7%;
HRMS(EI):理论值为691.2875,实测值为691.2862。
实施例18:化合物131的合成:
合成路线:
化合物131的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体F1替换原料B1;用9,9-二苯基-3-溴芴替换原料9,9-二苯基-2-溴芴;所得目标产物HPLC纯度91.3%,收率58.2%;
HRMS(EI):理论值为609.2457,实测值为609.2473。
实施例19:化合物136的合成:
合成路线:
化合物136的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体F2替换原料B1;用9,9-二苯基-3-溴芴替换原料9,9-二苯基-2-溴芴;所得目标产物HPLC纯度94.2%,收率57.2%;
HRMS(EI):理论值为659.2613,实测值为659.2641。
实施例20:化合物141的合成:
合成路线:
化合物141的制备方法同实施例6,不同之处在于用中间体E1替换原料B1;用9,9-二苯基-3-溴芴替换原料9,9-二苯基-2-溴芴;所得目标产物HPLC纯度91.7%,收率59.2%;
HRMS(EI):理论值为675.2562,实测值为675.2580。
本发明化合物在发光器件中使用,可以作为电子阻挡层材料,也可以作为发光层主客体材料使用。对本发明化合物分别进行热性能、T1能级、HOMO能级的测试,检测结果如表2所示。
表2检测结果
注:上表中的“/”表示为未进行该项测试(电子阻挡层材料的荧光量子效率的高低对OLED器件性能的影响较小);玻璃化温度Tg由示差扫描量热法(DSC,德国耐驰公司DSC204F1示差扫描量热仪)测定,升温速率10℃/min;热失重温度Td是在氮气气氛中失重1%的温度,在日本岛津公司的TGA-50H热重分析仪上进行测定,氮气流量为20mL/min;三线态能级T1是由日立的F4600荧光光谱仪测试,材料的测试条件为2×10-5的甲苯溶液;最高占据分子轨道HOMO能级及最低占据分子轨道LUMO能级是由光电子发射谱仪(AC-2型PESA)测试,测试为大气环境。
由上表数据可知,本发明的有机化合物具有高的玻璃转化温度,可提高材料膜相态稳定性,进一步提高器件使用寿命;具有高的T1能级,可以阻挡发光层能量损失,从而提升器件发光效率;合适的HOMO能级可以解决载流子的注入问题,可降低器件电压。因此,本发明以一种以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物在应用于OLED器件的不同功能层后,可有效提高器件的发光效率及使用寿命。
以下通过器件实施例1~17和比较例1详细说明本发明合成的OLED材料在器件中的应用效果。本发明所述器件实施例2~17、比较例1与器件实施例1相比所述器件的制作工艺完全相同,并且所采用了相同的基板材料和电极材料,电极材料的膜厚也保持一致,所不同的是器件2-10对器件中的发光层的主体材料做了变换;器件11-15为使用本发明所述材料作为电子阻挡层应用;器件16-17为使用本发明所述材料作为空穴传输层应用。各实施例所得器件的性能测试结果如表3所示。
器件实施例1
如图1所示,一种电致发光器件,其制备步骤包括:
a)清洗透明基板层1上的ITO阳极层2,分别用去离子水、丙酮、乙醇超声清洗各15分钟,然后在等离子体清洗器中处理2分钟;
b)在ITO阳极层2上,通过真空蒸镀方式蒸镀空穴注入层材料HAT-CN,厚度为10nm,这层作为空穴注入层3;
c)在空穴注入层3上,通过真空蒸镀方式蒸镀空穴传输材料NPB,厚度为60nm,该层为空穴传输层4;
d)在空穴传输层4上,通过真空蒸镀方式蒸镀电子阻挡层材料TPAC,厚度为20nm,该层为电子阻挡层5;
e)在电子阻挡层5之上蒸镀发光层6,使用本发明化合物1作为作为主体材料,Ir(ppy)3作为掺杂材料,Ir(ppy)3和化合物1的质量比为10:90,厚度为30nm;
f)在发光层6之上,通过真空蒸镀方式蒸镀电子传输材料TPBI,厚度为40nm,这层有机材料作为空穴阻挡/电子传输层7使用;
g)在空穴阻挡/电子传输层7之上,真空蒸镀电子注入层LiF,厚度为1nm,该层为电子注入层8;
h)在电子注入层8之上,真空蒸镀阴极Al(100nm),该层为阴极反射电极层9。
按照上述步骤完成电致发光器件的制作后,测量器件的电流效率和寿命,其结果见表3所示。相关材料的分子结构式如下所示:
器件实施例2
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物3,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物3的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例3
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物7,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物7的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例4
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物12,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物12的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例5
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物15,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物15的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例6
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物34,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物34的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例7
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物36,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物36的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例8
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物49,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物49的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例9
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物136,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物136的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例10
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为本发明实施例制备的化合物141,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和化合物141的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例11
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的电子阻挡层的材料变为本发明实施例制备的化合物10,发光层的主体材料为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例12
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的电子阻挡层的材料变为本发明实施例制备的化合物19,发光层的主体材料为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例13
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的电子阻挡层的材料变为本发明实施例制备的化合物67,发光层的主体材料为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例14
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的电子阻挡层的材料变为本发明实施例制备的化合物104,发光层的主体材料为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例15
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的电子阻挡层的材料变为本发明实施例制备的化合物131,发光层的主体材料为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例16
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的空穴传输层的材料变为本发明实施例制备的化合物67,发光层的主体材料为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件实施例17
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的空穴传输层的材料变为本发明实施例制备的化合物104,发光层的主体材料为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
器件比较例1
本实施例与器件实施例1的不同之处在于:电致发光器件的发光层主体材料变为公知化合物CBP,掺杂材料为Ir(ppy)3,Ir(ppy)3和CBP的质量比为10:90,所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
表3电致发光器件的检测数据
注:寿命测试系统为本发明所有权人与上海大学共同研究的OLED器件寿命测试仪。
由表3的结果可以看出,本发明所述以含氮杂七元环衍生物为母体的化合物可应用于OLED发光器件制作,并且与比较例相比,无论是效率还是寿命均比已知OLED材料获得较大改观,特别是器件的寿命衰减获得较大的提升。
进一步的,本发明材料制备的的OLED器件在高温下能够保持长寿命,将器件实施例1~17和器件比较例1在85℃进行高温驱动寿命测试,所得结果如表4所示。
表4高温驱动寿命测试
器件编号 |
高温LT95寿命(Hr) |
器件编号 |
高温LT95寿命(Hr) |
器件实施例1 |
37.2 |
器件实施例10 |
39.8 |
器件实施例2 |
40.1 |
器件实施例11 |
29.6 |
器件实施例3 |
39.5 |
器件实施例12 |
29.5 |
器件实施例4 |
37.7 |
器件实施例13 |
29.4 |
器件实施例5 |
39.5 |
器件实施例14 |
30.1 |
器件实施例6 |
41.8 |
器件实施例15 |
28.2 |
器件实施例7 |
40.2 |
器件实施例16 |
18.5 |
器件实施例8 |
40.1 |
器件实施例17 |
19.7 |
器件实施例9 |
40.8 |
器件比较例1 |
8.5 |
从表4的数据可知,器件实施例1~17为本发明材料和已知材料搭配的器件结构,和器件比较例1相比,高温下,本发明提供的OLED器件具有很好的驱动寿命。
进一步的,本发明材料制备的OLED器件在低温下工作时效率也比较稳定,将器件实施例2、7、13和器件比较例1在-10~80℃区间进行效率测试,所得结果如表5和图2所示。
表5效率测试结果
从表5的数据可知,器件实施例2、7、13为本发明材料和已知材料搭配的器件结构,和器件比较例1相比,不仅低温效率高,而且在温度升高过程中,效率平稳升高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。