CN109748880A - 一种含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物及其在有机电致发光器件上的应用 - Google Patents

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王芳
李崇
张兆超
张小庆
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Jiangsu Sunera Technology Co Ltd
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Jiangsu Sanyue Optoelectronic Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物及其在有机电致发光器件上的应用,本化合物因含有螺二甲基蒽芴结构,具有很强的刚性,而且在连接含氮六元杂环长支链结构后,使得该化合物具有分子间不易结晶、聚集、具有良好成膜性等特点;本发明化合物因母核具有双极性,支链为吸电子基团,而支链基团吸电子能力的强弱不同,因此,材料的HOMO能级有所不同,可作为不同功能层材料使用;另外,本发明化合物具有较高的三线态能级,可有效阻挡能量损失、并利于能量传递。因此,本发明化合物作为有机电致发光功能层材料应用于OLED器件后,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。

Description

一种含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物及其在有机电 致发光器件上的应用
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其是涉及一种含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物及其在有机电致发光器件上的应用。
背景技术
有机电致发光(OLED:Organic Light Emission Diodes)器件技术不仅可以用来制造新型显示产品,还可以用于制作新型照明产品,并有望替代现有的液晶显示和荧光灯照明,具有十分广泛的应用前景。OLED发光器件是一种三明治结构,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。
目前,OLED显示技术已经在智能手机,平板电脑等领域获得应用,还将进一步向电视等大尺寸应用领域扩展,但是,OLED器件的发光效率,使用寿命等性能和产品的应用要求相比,还有待进一步提升。对于OLED发光器件提高性能的研究主要包括: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器件性能的不断提升,不仅需要对OLED器件结构和制作工艺进行创新,还需要对OLED光电功能材料进行不断研究和创新,以创造出更高性能的OLED功能材料。应用于OLED器件的OLED光电功能材料从用途上大致可划分为两大类,即电荷注入传输材料和发光材料,电荷注入传输材料又可以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,而发光材料包括主体发光材料和掺杂材料。为了制作高性能的OLED发光器件,各种有机功能材料必须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必须具备良好的双极性,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
针对现有技术存在的上述问题,本申请人提供了一种含有螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物及其在有机电致发光器件上的应用。本发明化合物含有螺二甲基蒽芴结构,具有较高的玻璃化转变温度和分子热稳定性,合适的HOMO和LUMO能级,应用于OLED器件制作后,可有效提高器件的发光效率和OLED器件的使用寿命。
本发明的技术方案如下:一种含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物,该化合物的结构如通式(1)所示:
其中,Ar1、Ar2分别独立的表示为经取代或未经取代的C6至C30亚芳基、经取代或未经取代的C5至C30杂亚芳基中的一种;Z表示为N原子或CH,且至少一个Z为N原子;
R1、R2、R3、R4分别独立的表示为经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C5至C30杂芳基中的一种;所述杂原子为氮、氧或硫;R1、R2、R3、R4可以相同或不同;
m、n分别独立的表示为数字0或1,且m+n≥1。
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)可用通式(2)、通式(3)或通式(4)中的任一种表示:
进一步,通式(1)至通式(4)中的用通式(5)、通式(6)、通式(7)、通式(8)或通式(9)中的任一种表示:
进一步,所述Ar1、Ar2可独立的表示为单键、亚苯基、亚联苯基、亚吡啶基或亚萘基中的一种;Ar1、Ar2可以相同或不同;
进一步,R1、R2、R3、R4可独立的表示为苯基、联苯基、萘基、9,9-二甲基芴基、二苯并呋喃基、N-苯基咔唑基、吡啶基、苯基吡啶基、喹啉基、异喹啉基、菲罗啉基、苯并咪唑基、苯并恶唑基、吡啶并吲哚基、喹喔啉基或萘啶基中的一种。优选的,R1、R2、R3、R4分别独立的表示为:
中的一种。
进一步,所述化合物的具体结构式为:
中的任一种。
本发明还提供一种如上所述的化合物的制备方法,制备过程中发生的反应方程式为:
上述反应方程式的具体反应过程为:
1)以原料A和硼酸化合物为原料,甲苯溶解,所述甲苯用量为每克原料A使用30-50ml甲苯,其中,所述原料A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A的摩尔比为(0.005~0.01):1,所述碳酸钠与原料A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N;
4)以中间体N和硼酸化合物为原料,甲苯溶解,所述甲苯用量为每克中间体N使用30-50ml甲苯,其中,所述中间体N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,其中,所述Pd(PPh3)4与中间体N的摩尔比为(0.005~0.01):1,所述碳酸钠与中间体N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至少一层功能层含有上述含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物。
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,所述有机电致发光器件包括空穴阻挡层/电子传输层,所述空穴阻挡层/电子传输层含有上述的含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物。
进一步,所述有机电致发光器件,包括发光层,所述发光层含有上述的含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物。
本发明还提供一种照明或显示元件,包括如上所述的有机电致发光器件。
本发明有益的技术效果在于:
本发明化合物以螺二甲基蒽芴为骨架,连接含氮六元杂环长支链结构,由于支链基团吸电子能力强弱不同,使化合物整体结构的HOMO能级可自由调整,HOMO能级浅的化合物可作为空穴阻挡层/电子传输层材料使用;HOMO能级深的材料可作为偏电子型发光层主体材料使用。
另外,螺二甲基蒽芴基团为双性基团,支链为长链结构,破坏了分子结构的对称性,避免了分子间的聚集作用;专利CN106467486A公开了一种含有二甲基蒽有机化合物及其应用,公开化合物10位的两个芳基基团各自独立,立体空间可自由旋转,造成材料成膜后易积聚结晶,而本发明化合物两个苯基相连成螺芴,避免了基团自由旋转,增强了中心母核基团的刚性,本发明化合物的支链基团也具有很强刚性,因此,分子不易聚集结晶、具有良好的成膜性,并具有高的玻璃化温度及热稳定性,所以,本发明化合物应用于OLED器件时,可保持材料成膜后的膜层稳定性,提高OLED器件使用寿命。
另外,本发明化合物具有较高的三线态能级,可有效阻挡能量损失、利于能量传递。因此,本发明所述化合物作为有机电致发光功能层材料应用于OLED器件后,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,能够非常明显的提升器件的寿命,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,其中,1为透明基板层,2为ITO阳极层,3为空穴注入层,4为空穴传输或电子阻挡层,5为发光层,6为空穴阻挡或电子传输层,7为电子注入层,8为阴极反射电极层。
图2为器件在不同温度下测量的效率曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例,对本发明进行具体描述。
以中间体A合成为例:
(1)氮气氛围下,称取原料B溶解于四氢呋喃中,再将原料C及四(三苯基膦)钯加入,搅拌混合物,再加入碳酸钾水溶液,将上述反应物的混合溶液于反应温度70-90℃下,加热回流5-20小时。反应结束后,冷却加水、混合物用二氯甲烷萃取,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤并在减压下浓缩,所得残余物过硅胶柱纯化,得到中间体I;
原料B与原料C的摩尔比为1:(1.0~1.5),四(三苯基膦)钯与原料B的摩尔比为(0.001~0.02):1,碳酸钾与原料B的摩尔比为(1.0~2.0):1,原料B与THF的用量比为1g:(10~30)ml。
(2)氮气氛围下,称取中间体I溶解于四氢呋喃中,再将原料D及四(三苯基膦)钯加入,搅拌混合物,再加入碳酸钾水溶液,将上述反应物的混合溶液于反应温度70-90℃下,加热回流5-20小时。反应结束后,冷却加水、混合物用二氯甲烷萃取,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤并在减压下浓缩,所得残余物过硅胶柱纯化,得到中间体II;
(3)氮气氛围下,称取中间体II溶解于四氢呋喃中,再将原料E及四(三苯基膦)钯加入,搅拌混合物,再加入碳酸钾水溶液,将上述反应物的混合溶液于反应温度70-90℃下,加热回流5-20小时。反应结束后,冷却加水、混合物用二氯甲烷萃取,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤并在减压下浓缩,所得残余物过硅胶柱纯化,得到中间体III;
中间体II与原料E的摩尔比为1:(1.0~1.5),四(三苯基膦)钯与中间体II的摩尔比为(0.001~0.02):1,碳酸钾与中间体II的摩尔比为(1.0~2.0):1,中间体II与THF的用量比为1g:(10~30)ml。
氮气氛围下,称取中间体III溶解于四氢呋喃(THF)中,再将双(频哪醇根基)二硼、(1,1’-双(二苯基膦)二茂铁)二氯钯(II)以及乙酸钾加入,搅拌混合物,将上述反应物的混合溶液于反应温度70-90℃下加热回流5-10小时;反应结束后,加水冷却、且将混合物过滤并在真空烘箱中干燥。将所获得的残余物过硅胶柱分离纯化,得到中间体A;
上述化合物结构中所涉及的Ar1、Ar2、R1、R2的定义与说明书发明内容部分中的定义相同。
以中间体A8合成为例:
(1)在250mL三口瓶中,通入氮气,加入0.04mol原料2,4,6-三氯吡啶,150ml的THF,0.05mol 4-联苯硼酸,0.0004mol四(三苯基膦)钯,搅拌,然后加入0.06mol的K2CO3水溶液(2M),加热至80℃,回流反应10小时,取样点板,反应完全。自然冷却,用200ml二氯甲烷萃取,分层,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱纯化,得到中间体X,HPLC纯度99.5%,收率75.4%。元素分析结构(分子式C17H11Cl2N):理论值C,68.02;H,3.69;Cl,23.62;N,4.67;测试值:C,68.02;H,3.68;Cl,23.64;N,4.66。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为299.03,实测值为299.45。
(2)在250mL三口瓶中,通入氮气,加入0.02mol中间体X,120ml的THF,0.025mol 9,9-二甲基芴-2-硼酸,0.0002mol四(三苯基膦)钯,搅拌,然后加入0.03mol的K2CO3水溶液(2M),加热至80℃,回流反应10小时,取样点板,反应完全。自然冷却,用200ml二氯甲烷萃取,分层,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱纯化,得到中间体Y,HPLC纯度99.1%,收率67.3%。元素分析结构(分子式C32H24ClN):理论值C,83.92;H,5.28;Cl,7.74;N,3.06;测试值:C,83.93;H,5.27;Cl,7.75;N,3.05。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为457.16,实测值为457.54。
(3)在250mL三口瓶中,通入氮气,加入0.02mol中间体Y,150ml的THF,0.025mol对氯苯硼酸,0.0002mol四(三苯基膦)钯,搅拌,然后加入0.03mol的K2CO3水溶液(2M),加热至80℃,回流反应10小时,取样点板,反应完全。自然冷却,用200ml二氯甲烷萃取,分层,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱纯化,得到中间体Z,HPLC纯度99.2%,收率67.1%。元素分析结构(分子式C38H28ClN):理论值C,85.46;H,5.28;Cl,6.64;N,2.62;测试值:C,85.44;H,5.29;Cl,6.63;N,2.64。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为533.19,实测值为533.67。
(4)在250mL三口瓶中,通入氮气,加入0.02mol中间体Z溶解于150ml四氢呋喃中,再将0.024mol双(频哪醇根基)二硼、0.0002mol(1,1’-双(二苯基膦)二茂铁)二氯钯(II)以及0.05mol乙酸钾加入,搅拌混合物,将上述反应物的混合溶液于反应温度80℃下,加热回流5小时;反应结束后,冷却并加入100ml水、且将混合物过滤并在真空烘箱中干燥。将所获得的残余物过硅胶柱分离纯化,得到中间体A8;HPLC纯度99.6%,收率91.2%。元素分析结构(分子式C44H40BNO2):理论值C,84.47;H,6.44;B,1.73;N,2.24;O,5.11;测试值:C,84.47;H,6.45;B,1.71;N,2.25;O,5.12。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为625.32,实测值为625.74。
以中间体A8的合成方法制备中间体A,具体结构如表1所示。
表1
实施例1:化合物3的合成:
在250mL三口瓶中,通入氮气,加入0.01mol原料A1,150ml的THF,0.015mol中间体A1,0.0001mol四(三苯基膦)钯,搅拌,然后加入0.02mol的K2CO3水溶液(2M),加热至80℃,回流反应15小时,取样点板,反应完全。自然冷却,用200ml二氯甲烷萃取,分层,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱纯化,得到目标化合物,HPLC纯度99.1%,收率77.3%。元素分析结构(分子式C49H35N3):理论值C,88.39;H,5.30;N,6.31;测试值:C,88.47;H,5.36;N,6.35。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为665.28,实测值为665.34。
实施例2:化合物13的合成:
在250mL三口瓶中,通入氮气,加入0.01mol原料A2,150ml的THF,0.015mol中间体A1,0.0001mol四(三苯基膦)钯,搅拌,然后加入0.02mol的K2CO3水溶液(2M),加热至80℃,回流反应15小时,取样点板,反应完全。自然冷却,用200ml二氯甲烷萃取,分层,萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,滤液旋蒸,过硅胶柱纯化,得到目标化合物,HPLC纯度99.1%,收率77.3%。元素分析结构(分子式C49H35N3):理论值C,88.39;H,5.30;N,6.31;测试值:C,88.47;H,5.36;N,6.35。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为665.28,实测值为665.35。
实施例3:化合物25的合成:
化合物25的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A3替换原料A1,用中间体A2替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C55H39N3):理论值C,89.04;H,5.30;N,5.66;测试值:C,89.11;H,5.28;N,5.65。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为741.31,实测值为741.39。
实施例4:化合物43的合成:
化合物43的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A3替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C58H43N3):理论值C,89.08;H,5.54;N,5.37;测试值:C,89.12;H,5.58;N,5.31。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为781.35,实测值为781.43。
实施例5:化合物48的合成:
化合物48的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A4替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C61H43N3):理论值C,89.56;H,5.30;N,5.14;测试值:C,89.52;H,5.38;N,5.15。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为817.35,实测值为817.41。
实施例6:化合物56的合成:
化合物56的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A5替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C47H33N5):理论值C,84.53;H,4.98;N,10.49;测试值:C,84.61;H,5.01;N,10.53。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为667.27,实测值为667.35。
实施例7:化合物62的合成:
化合物62的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A6替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C62H43N5):理论值C,86.79;H,5.05;N,8.16;测试值:C,86.81;H,5.06;N,8.19。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为857.35,实测值为857.39。
实施例8:化合物68的合成:
化合物68的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A7替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C57H39N5):理论值C,86.23;H,4.95;N,8.82;测试值:C,86.27;H,4.98;N,8.87。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为793.32,实测值为793.39。
实施例9:化合物74的合成:
化合物74的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A8替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C66H49N):理论值C,92.59;H,5.77;N,1.64;测试值:C,92.63;H,5.83;N,1.69。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为855.39,实测值为855.43。
实施例10:化合物78的合成:
化合物78的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A9替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C49H35N3):理论值C,88.39;H,5.30;N,6.31;测试值:C,88.42;H,5.36;N,6.37。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为665.28,实测值为665.35。
实施例11:化合物85的合成:
化合物85的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A10替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C57H41N):理论值C,92.52;H,5.59;N,1.89;测试值:C,92.57;H,5.63;N,1.94。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为739.32,实测值为739.45。
实施例12:化合物88的合成:
化合物88的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A11替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C60H45N):理论值C,92.39;H,5.82;N,1.80;测试值:C,92.43;H,5.83;N,1.85。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为779.36,实测值为779.45。
实施例13:化合物91的合成:
化合物91的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A12替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C55H39N):理论值C,92.53;H,5.51;N,1.96;测试值:C,92.57;H,5.54;N,1.99。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为713.31,实测值为713.37。
实施例14:化合物95的合成:
化合物95的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A13替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C63H43NO):理论值C,91.16;H,5.22;N,1.69;O,1.93;测试值:C,91.19;H,5.23;N,1.68;O,1.97。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为829.33,实测值为829.37。
实施例15:化合物102的合成:
化合物102的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A14替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C64H45N3):理论值C,89.79;H,5.30;N,4.91;测试值:C,89.83;H,5.28;N,4.97。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为855.36,实测值为855.41。
实施例16:化合物113的合成:
化合物113的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A15替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C57H41N):理论值C,92.52;H,5.59;N,1.89;测试值:C,92.48;H,5.54;N,1.95。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为739.32,实测值为739.36。
实施例17:化合物116的合成:
化合物116的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A16替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C60H45N):理论值C,92.39;H,5.82;N,1.80;测试值:C,92.41;H,5.78;N,1.81。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为779.36,实测值为779.41。
实施例18:化合物124的合成:
化合物124的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A17替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C62H43N3):理论值C,89.72;H,5.22;N,5.06;测试值:C,89.79;H,5.26;N,5.05。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为829.35,实测值为829.43。
实施例19:化合物133的合成:
化合物133的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A18替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C49H35N3):理论值C,88.39;H,5.30;N,6.31;测试值:C,88.42;H,5.35;N,6.37。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为665.28,实测值为665.33。
实施例20:化合物137的合成:
化合物137的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A19替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C56H40N2):理论值C,90.78;H,5.44;N,3.78;测试值:C,90.79;H,5.47;N,3.79。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为740.32,实测值为740.47。
实施例21:化合物144的合成:
化合物144的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A20替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C62H43N3):理论值C,89.72;H,5.22;N,5.06;测试值:C,89.75;H,5.25;N,5.07。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为829.35,实测值为829.43。
实施例22:化合物155的合成:
化合物155的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A21替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C49H35N3):理论值C,88.39;H,5.30;N,6.31;测试值:C,88.41;H,5.35;N,6.35。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为665.28,实测值为665.32。
实施例23:化合物156的合成:
化合物156的制备方法同实施例1,不同之处在于用原料A2替换原料A1,用中间体A22替代中间体A1。
元素分析结构(分子式C56H40N2):理论值C,90.78;H,5.44;N,3.78;测试值:C,90.74;H,5.45;N,3.75。ESI-MS(m/z)(M+):理论值为740.32,实测值为740.37。
本有机化合物在发光器件中使用,具有较高的Tg(玻璃化转变温度)和三线态能级(T1),合适的HOMO、LUMO能级,不仅可以作为空穴阻挡层/电子电子传输层材料使用,还可作为发光层材料使用。对本发明化合物及现有材料分别进行热性能、T1能级以及HOMO能级测试,结果如表2所示。
表2
注: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;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;最高占据分子轨道HOMO能级是由电离能量测试系统(IPS3)测试,测试为大气环境。
由上表数据可知,对比目前应用的CBP和TPBi材料,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;具有高的三线态能级,可以阻挡发光层能量损失,从而提升器件发光效率。同时本发明材料和应用材料具有相似的HOMO能级。因此,本发明含有螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的有机材料在应用于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1~23和器件比较例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1~23、器件比较例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,所不同的是器件实施例1~13对器件中的发光层材料做了变换;器件实施例14~23对器件的空穴阻挡/电子传输层材料做了变换,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,一种有机电致发光器件,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80nm,该层为空穴传输层/电子阻挡层4;d)在空穴传输/电子阻挡层4之上蒸镀发光层5,主体材料为本发明化合物3和化合物GH,掺杂材料为Ir(ppy)3,化合物3、GH和Ir(ppy)3三者质量比为为50:50:10,厚度为30nm;e)在发光层5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6使用;f)在空穴阻挡/电子传输层6之上,真空蒸镀电子注入层LiF,厚度为1nm,该层为电子注入层7;g)在电子注入层7之上,真空蒸镀阴极Al(100nm),该层为阴极反射电极层8;按照上述步骤完成电致发光器件的制作后,测量器件的驱动电压,电流效率,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:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物13、GH和Ir(ppy)3按重量比40:60:12混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例3:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物25、GH和Ir(ppy)3按重量比70:30:8混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例4:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物48、GH和Ir(ppy)3按重量比30:70:15混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例5:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物74、GH和Ir(ppy)3按重量比50:50:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例6:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物85、GH和Ir(ppy)3按重量比60:40:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例7:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物91、GH和Ir(ppy)3按重量比50:50:12混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例8:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物95、GH和Ir(ppy)3按重量比40:60:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例9:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物113、GH和Ir(ppy)3按重量比50:50:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例10:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物124、GH和Ir(ppy)3按重量比50:50:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例11:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物137、GH和Ir(ppy)3按重量比70:30:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例12:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物144、GH和Ir(ppy)3按重量比50:50:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例13:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:化合物156、GH和Ir(ppy)3按重量比50:50:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例14:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物43)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例15:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物56)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例16:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物62)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例17:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物68)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例18:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物78)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例19:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物88)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例20:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物102)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例21:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物116)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例22:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物133)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件实施例23:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:化合物155)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。
器件比较例1:ITO阳极层2(厚度:150nm)/空穴注入层3(厚度:10nm,材料:HAT-CN)/空穴传输层4(厚度:80nm,材料:NPB)/发光层5(厚度:40nm,材料:CBP和Ir(ppy)3按重量比90:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层6(厚度:35nm,材料:TPBI)/电子注入层7(厚度:1nm,材料:LiF)/Al(厚度:100nm)。所得电致发光器件的检测数据见表3所示。
表3
由表3的结果可以看出,本发明有机化合物可应用于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,特别是器件的使用寿命获得较大的提升。
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1、7、17和器件比较例1在-10~80℃进行效率测试,所得结果如表4所示。
表4
从表4的数据可知,器件实施例1、7、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,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。

Claims (11)

1.一种含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物,其特征在于,该化合物的结构如通式(1)所示:
其中,Ar1、Ar2分别独立的表示为经取代或未经取代的C6至C30亚芳基、经取代或未经取代的C5至C30杂亚芳基中的一种;Z表示为N原子或CH,且至少一个Z为N原子;
R1、R2、R3、R4分别独立的表示为经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C5至C30杂芳基中的一种;所述杂原子为氮、氧或硫;R1、R2、R3、R4可以相同或不同;
m、n分别独立的表示为数字0或1,且m+n≥1。
2.根据权利要求1所述的化合物,其特征在于,通式(1)可用通式(2)、通式(3)或通式(4)中的任一种表示:
其中,Ar1、Ar2的涵义如权利要求1所限定。
3.根据权利要求1-2任一项所述的化合物,其特征在于,通式(1)至通式(4)中的用通式(5)、通式(6)、通式(7)、通式(8)或通式(9)中的任一种表示:
其中,R1、R2的涵义如权利要求1所限定。
4.根据权利要求1所述的化合物,其特征在于,Ar1、Ar2可独立的表示为单键、亚苯基、亚联苯基、亚吡啶基或亚萘基中的一种;Ar1、Ar2可以相同或不同;R1、R2、R3、R4可独立的表示为苯基、联苯基、萘基、9,9-二甲基芴基、二苯并呋喃基、N-苯基咔唑基、吡啶基、苯基吡啶基、喹啉基、异喹啉基、菲罗啉基、苯并咪唑基、苯并恶唑基、吡啶并吲哚基、喹喔啉基或萘啶基中的一种。
5.根据权利要求1或4任一项所述的化合物,其特征在于,R1、R2、R3、R4分别独立的表示为:
中的一种。
6.根据权利要求1所述的化合物,其特征在于,所述化合物的具体结构式为:
中的任一种。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的化合物的制备方法,其特征在于,制备过程中发生的反应方程式为:
上述反应方程式的具体反应过程为:
1)以原料A和硼酸化合物为原料,甲苯溶解,所述甲苯用量为每克原料A使用30-50ml甲苯,其中,所述原料A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A的摩尔比为(0.005~0.01):1,所述碳酸钠与原料A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N;
4)以中间体N和硼酸化合物为原料,甲苯溶解,所述甲苯用量为每克中间体N使用30-50ml甲苯,其中,所述中间体N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,其中,所述Pd(PPh3)4与中间体N的摩尔比为(0.005~0.01):1,所述碳酸钠与中间体N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。
8.一种有机电致发光器件,其特征在于,所述有机电致发光器件包括至少一层功能层含有权利要求1~6任一项所述的含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物。
9.根据权利要求8所述的有机电致发光器件,包括空穴阻挡层/电子传输层,其特征在于,所述空穴阻挡层/电子传输层含有权利要求1~6任一项所述的含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物。
10.根据权利要求8所述的有机电致发光器件,包括发光层,其特征在于,所述发光层含有权利要求1~6任一项所述的含螺二甲基蒽芴和含氮六元杂环的化合物。
11.一种照明或显示元件,其特征在于,包括如权利要求8~10任一所述的有机电致发光器件。
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