CN109796450A - 一种以吡啶并吲哚为核心的化合物及其在电致发光器件上的应用 - Google Patents
一种以吡啶并吲哚为核心的化合物及其在电致发光器件上的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种如通式(1)的有机化合物及其在电致发光器件中的应用。本发明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。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种以吡啶并吲哚为核心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 EmissionDiodes)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。OLED发光器件作为电流器件，当对其两端电极施加电压，并通过电场作用有机层功能材料膜层中的正负电荷时，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器件的发光效率和使用寿命等性能还需要进一步提升。
目前对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，创制出更高性能的OLED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，分别为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性能，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括空穴注入材料、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、性能更高的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。就当前的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
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种以吡啶并吲哚为核心的化合物及其在有机电致发光器件上的应用。本发明化合物含有吡啶并吲哚结构，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：一种以吡啶并吲哚为核心的化合物，该化合物结构如通式(1)所示：
一种以含氮五元环为核心的化合物，其特征在于，该化合物结构如通式(1)所示：
其中，X1、X2、X3、X4分别独立的表示为C-H或N原子，且至少有一个表示为N原子；
Ar、Ar2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；
Ar1分别独立的表示为单健、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亚杂芳基中的一种；
R1在与并环连接时，通过CL1-CL2键、CL2-CL3键、CL3-CL4键与并环连接；
R1表示为氢原子、通式(2)、通式(3)、通式(4)或通式(5)中结构；
通式(2)和通式(3)中，X5、X6、X7分别独立的表示为氧原子、硫原子、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(5)中，R2、R3分别独立的表示为苯基、萘基、二联苯基、三联苯基、咔唑基、呋喃基、吡啶基、菲基、蒽基、二苯并呋喃、二苯并噻吩、9,9-二甲基芴或N-苯基咔唑中的一种，R2和R3相同或者不同；
*表示通式(2)、通式(3)、通式(4)与CL1-CL2键、CL2-CL3键、CL3-CL4键并环连接的键位。
进一步，通式(1)可用通式(6)、通式(7)、通式(8)或通式(9)的任一种表示：
进一步，Ar、Ar2分别表示为苯基、萘基、联苯基、蒽基、呋喃基、咔唑基、萘啶基、喹啉基、噻吩基、吡啶基、苝基、9,9-二甲基芴基、菲基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基中的一种；
Ar1表示为单键、亚苯基、亚萘基、亚联苯基、亚蒽基、亚呋喃基、亚咔唑基、亚萘啶基、亚喹啉基、亚噻吩基、亚吡啶基、亚苝基、亚9,9-二甲基芴基、亚菲基、亚二苯并呋喃基、亚二苯并噻吩基中的一种。
进一步，通式(1)中的用通式(10)、通式(11)、通式(12)、通式(13)或通式(14)中的任一种表示：
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，制备所述化合物的反应方程式为：
具体制备方法为：1)将原料A和中间体B溶解在甲苯中，得到第一混合溶液，其中，所述甲苯用量为每克原料A使用30-50ml甲苯，所述原料A与中间体B的摩尔比为1:(1.0～1.5)；
2)向1)的第一混合溶液中加入Pd(PPh3)4和碳酸钠，得第二混合溶液，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，将第二混合溶液于95～110℃，反应10～24小时，自然冷却至室温，并过滤反应溶液，将滤液进行减压旋蒸，过中性硅胶柱，得到目标产物。
本发明还提供一种如上所述的化合物在制备有机电致发光器件中的应用。
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，所述功能层含有上述吡啶并吲哚的化合物。
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传输层/电子阻挡层，所述空穴传输层/电子阻挡层含有上述的吡啶并吲哚的化合物。
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吡啶并吲哚的化合物。
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：
本发明化合物以吡啶并吲哚为母核，连接对称或非对称的刚性基团，破坏分子的结晶性，避免分子间的聚集作用，具有高的玻璃化温度，材料在OLED器件应用时，可保持高的膜层稳定性，提高OLED器件使用寿命。
本发明化合物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/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，吡啶并吲哚搭配本发明范围内的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。
本发明所述化合物在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，1为透明基板层，2为ITO阳极层，3为空穴注入层，4为空穴传输层，5为电子阻挡层，6为发光层，7为空穴阻挡层/电子传输层，8为电子注入层，9为阴极反射电极层。
图2为器件在不同温度下测量的效率图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
中间体B可以通过下述方程式合成，以中间体B1的合成为例：
(1)称取原料B和原料C，用体积比为1.5～3.0:1的甲苯乙醇混合溶剂溶解；再加入Na2CO3水溶液、Pd(PPh3)4；在氮气保护下，将上述混合溶液于95～100℃下，搅拌反应10～24小时，然后冷却至室温、过滤反应溶液，滤液旋蒸，过硅胶柱，得到中间体S1；所述原料C与原料B的摩尔比为1:1.5～3.0；Pd(PPh3)4与原料C的摩尔比为0.006～0.02:1，Na2CO3与原料C的摩尔比为2.0～3.0:1；
(2)在氮气保护下，称取中间体S1，用四氢呋喃搅拌溶解；将混合溶液用冰盐浴降温至0℃，缓慢滴加新制的对应格式试剂的四氢呋喃溶液，室温反应6～12小时，取样点板，显示无中间体S1剩余，反应完全；自然放置至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体S2；所述中间体S1与格式试剂的摩尔比为1:2～4；
(3)在氮气保护下，称取中间体S2，用体积比为1:2.0～4.0的浓H3PO4与水的混合液作为溶剂，溶解，室温反应6～12小时，取样点板，显示无中间体S2剩余，反应完全；加入NaOH水溶液中和至pH＝7，加入二氯甲烷萃取，分层，取有机相过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体S3；所述中间体S2与浓磷酸的摩尔比为1:3～6；
(4)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，依次加入0.04mol中间体S3、0.05mol联硼酸频那醇酯、0.06mol乙酸钾、0.002mol Pd(dppf)Cl2、100ml 1,4-二氧六环，搅拌混合，加热至80℃，反应24小时，取样点板，显示无中间体S3剩余，反应完全；自然冷却至室温，加水后有固体析出，过滤，取滤饼用真空干燥箱烘干，然后过中性硅胶柱，得到硼酸酯化合物，用四氢呋喃溶解，加入0.05mol高碘酸钠，用HCl水溶液调节pH至2，室温搅拌水解12小时，取样点板，显示无硼酸酯化合物剩余，水解完全，加水稀释反应液，用乙酸乙酯萃取，分层，取有机相减压蒸馏至无馏分，然后用正己烷洗涤，得到中间体B1；HPLC纯度99.2％，收率65.9％；
元素分析结构(分子式C27H22BNO2)：理论值C,80.41；H,5.50；N,2.68；B,3.47；O,7.93；测试值：C,80.43；H,5.52；N,2.69；B,3.49；O,7.95。
HPLC-MS(m/z)：理论值为403.17，实测值403.19。
以中间体B6的合成为例:
(1)在250ml的三口瓶中，加入原料B、100ml乙酸，搅拌溶解，用冰盐浴降温至0℃；称取0.05mol Br2溶于50ml乙酸，将溴的乙酸溶液缓慢滴加至上述反应体系中，滴加结束后，升至室温，搅拌反应12小时；取样点板，显示无原料A剩余，反应完全；加NaOH水溶液中和反应液，用二氯甲烷萃取，分层，取有机相过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体1-1，HPLC纯度99.3％，收率68.9％；
(2)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.05mol中间体1-1、0.06mol苯硼酸、100ml甲苯，搅拌混合，再加入0.0025mol Pd(PPh3)4、0.075mol碳酸钾、50ml水和乙醇1:1的混合液，搅拌升温至120℃，回流反应24小时，取样点板，显示无中间体1-1剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液分层，取有机相减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体1-2，HPLC纯度99.3％，收率68.2％；
(3)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.04mol中间体1-2、0.05mol三苯基膦、100ml邻二氯苯，搅拌混合，加热至180℃，反应12小时，取样点板，显示无中间体1-2剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体1-3，HPLC纯度99.2％，收率75.5％；
(4)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.03mol中间体1-3、溴苯、150ml甲苯，搅拌混合，再加入0.09mol叔丁醇钠、0.002molPd2(dba)3、0.002mol三叔丁基膦，搅拌加热至115℃，回流反应24小时，取样点板，显示无中间体1-3剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体1-4，HPLC纯度99.1％，收率65.9％；
(5)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，依次加入0.04mol中间体1-4、0.05mol联硼酸频那醇酯、0.06mol乙酸钾、0.002mol Pd(dppf)Cl2、100ml 1,4-二氧六环，搅拌混合，加热至80℃，反应24小时，取样点板，显示无中间体1-4剩余，反应完全；自然冷却至室温，加水后有固体析出，过滤，取滤饼用真空干燥箱烘干，然后过中性硅胶柱，得到硼酸酯化合物，用四氢呋喃溶解，加入0.05mol高碘酸钠，用HCl水溶液调节pH至2，室温搅拌水解12小时，取样点板，显示无硼酸酯化合物剩余，水解完全，加水稀释反应液，用乙酸乙酯萃取，分层，取有机相减压蒸馏至无馏分，然后用正己烷洗涤，得到中间体G9；HPLC纯度99.2％，收率65.9％；
元素分析结构(分子式C30H21BN2O2)：理论值C,79.66；H,4.68；N,6.19；B,2.39；O,7.07；测试值：C,79.69；H,4.58；N,6.24；B,2.439；O,7.13。
HPLC-MS(m/z)：理论值为452.17，实测值452.29。
由原料B、中间体Ⅰ、中间体Ⅱ、中间体Ⅲ和中间体B，具体结构如表1所示；
表1
实施例1：化合物9的合成：
在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.01mol原料A1，0.012mol中间体B6，150ml甲苯搅拌混合，然后加入0.02mol碳酸钠，1×10-4molPd(PPh3)4，加热至105℃，回流反应24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，HPLC纯度99.2％，收率78.5％；
元素分析结构(分子式C47H30N4)：理论值C,86.74；H,4.65；N,8.61；测试值：C,86.87；H,4.57；N,8.79。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为650.78，实测值为650.99。
实施例2：化合物11的合成：
在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.01mol原料A1，0.012mol中间体B8，150ml甲苯搅拌混合，然后加入0.02mol碳酸钠，1×10-4molPd(PPh3)4，加热至105℃，回流反应24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，HPLC纯度99.2％，收率78.5％；
元素分析结构(分子式C41H25N3O)：理论值C,85.54；H,4.38；N,7.30；O,2.78；测试值：C,85.49；H,4.37；N,2.75；O,2.76。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为575.67，实测值为575.97。
实施例3：化合物19的合成：
化合物19的制备方法同实施例1，不同之处在于用中间体B1替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C44H31N3)：理论值C,87.82；H,5.19；N,6.98；测试值：C,87.89；H,5.17；N,6.95。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为601.75，实测值为601.87。
实施例4：化合物31的合成：
化合物31的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A2替代原料A1，用中间体B2替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C44H31N3)：理论值C,87.82；H,5.19；N,6.98；测试值：C,87.89；H,5.17；N,6.95。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为601.75，实测值为601.87。
实施例5：化合物32的合成：
化合物32的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A2替代原料A1，用中间体B9替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C41H25N3S)：理论值C,83.22；H,4.26；N,7.10,S,5.42；测试值：C,83.27；H,4.29；N,7.18,S,5.39。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为591.73，实测值为591.98。
实施例6：化合物34的合成：
化合物34的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A2替代原料A1，用中间体B5替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C47H30N4)：理论值C,86.74；H,4.65；N,8.61；测试值：C,86.87；H,4.57；N,8.79。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为650.78，实测值为650.81。
实施例7：化合物54的合成：
化合物54的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A3替代原料A1。
元素分析结构(分子式C47H30N4)：理论值C,86.74；H,4.65；N,8.61；测试值：C,86.87；H,4.57；N,8.79。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为650.78，实测值为650.79。
实施例8：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A3替代原料A1，用中间体B8替代中间体B6。
素分析结构(分子式C41H25N3O)：理论值C,85.54；H,4.38；N,7.30；O,2.78；测试值：C,85.49；H,4.37；N,2.75；O,2.76。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为575.67，实测值为575.89。
实施例9：化合物65的合成：
化合物65的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A3替代原料A1，用中间体B1替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C44H31N3)：理论值C,87.82；H,5.19；N,6.98；测试值：C,87.89；H,5.17；N,6.95。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为601.75，实测值为601.95。
实施例10：化合物77的合成：
化合物77的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A4替代原料A1。
元素分析结构(分子式C47H30N4)：理论值C,86.74；H,4.65；N,8.61；测试值：C,86.87；H,4.57；N,8.79。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为650.78，实测值为650.61。
实施例11：化合物79的合成：
化合物79的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A4替代原料A1，用中间体B9替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C41H25N3S)：理论值C,83.22；H,4.26；N,7.10,S,5.42；测试值：C,83.27；H,4.29；N,7.18,S,5.39。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为591.73，实测值为591.68。
实施例12：化合物80的合成：
化合物80的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A4替代原料A1，用中间体B8替代中间体B6。
素分析结构(分子式C41H25N3O)：理论值C,85.54；H,4.38；N,7.30；O,2.78；测试值：C,85.49；H,4.37；N,2.75；O,2.76。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为575.67，实测值为575.77。
实施例13：化合物122的合成：
化合物122的制备方法同实施例1，不同之处在于用中间体B13替代中间体B6。
素分析结构(分子式C39H25N3)：理论值C,87.45；H,4.70；N,7.84；测试值：C,87.64；H,4.77；N,7.92。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为535.65，实测值为535.72。
实施例14：化合物126的合成：
化合物126的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A2替代原料A1，用中间体B12替代中间体B6。
素分析结构(分子式C47H32N4)：理论值C,86.48；H,4.94；N,8.58；测试值：C,86.64；H,4.87；N,8.62。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为652.80，实测值为652.87。
实施例15：化合物177的合成：
化合物177的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A5替代原料A1，用中间体B4替代B6。
元素分析结构(分子式C44H31N3)：理论值C,87.82；H,5.19；N,6.98；测试值：C,87.89；H,5.17；N,6.95。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为601.75，实测值为601.83。
实施例16：化合物191的合成：
化合物191的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A2替代原料A1，用中间体B7替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C47H30N4)：理论值C,86.74；H,4.65；N,8.61；测试值：C,86.87；H,4.57；N,8.79。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为650.78，实测值为650.83。
实施例17：化合物220的合成：
化合物220的制备方法同实施例1，不同之处在于用中间体B11替代中间体B6。
素分析结构(分子式C41H25N3O)：理论值C,85.54；H,4.38；N,7.30；O,2.78；测试值：C,85.49；H,4.37；N,2.75；O,2.76。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为575.67，实测值为575.53。
实施例18：化合物221的合成：
化合物227的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A8替代原料A1，用中间体B10替代中间体B6。
元素分析结构(分子式C43H27N3)：理论值C,88.18；H,4.65；N,7.17；测试值：C,88.21；H,4.67；N,7.22。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为585.71，实测值为585.79。
实施例19：化合物224的合成：
化合物232的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A7替代原料A1。
元素分析结构(分子式C47H30N4)：理论值C,86.74；H,4.65；N,8.61；测试值：C,86.87；H,4.57；N,8.79。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为650.78，实测值为650.87。
实施例20：化合物225的合成：
化合物233的制备方法同实施例1，不同之处在于用原料A7替代原料A1，用中间体B3替代中间体B6。
素分析结构(分子式C44H31N3)：理论值C,87.82；H,5.19；N,6.98；测试值：C,87.91；H,5.17；N,6.95。ESI-MS(m/z)(M+)：理论值为601.75，实测值为601.92。
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，不仅可以作为空穴传输层/电子电子阻挡层材料使用，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；最高占据分子轨道HOMO能级及最低占据分子轨道LUMO能级是由电离能测试系统(IPS-3)测试，测试为大气环境。
由上表数据可知，对比目前应用的NPB、CBP和TPAC材料，本发明的有机化合物具有高的玻璃化转变温度，可提高材料膜相态稳定性，进一步提高器件使用寿命；本发明材料和目前应用材料具有相似的HOMO能级的同时，还具有高的三线态能级(T1)，可以阻挡发光层能量损失，从而提升器件发光效率。因此，本发明含有螺二甲基蒽芴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1～20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2～20、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1～9对器件中的发光层材料做了变换；器件实施例10～20对器件的空穴传输/电子阻挡层材料做了变换，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，主体材料为本发明实施例制备的化合物19和化合物GH，掺杂材料为Ir(ppy)3，化合物19、GH和Ir(ppy)3三者质量比为为50:50:10，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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物54和Ir(ppy)3按重量比88:12混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物56和Ir(ppy)3按重量比92:8混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物65、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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物177、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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物191、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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物220、GH和Ir(ppy)3按重量比30:70:10混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物224、GH和Ir(ppy)3按重量比50:50:8混掺构成)/空穴阻挡/电子传输层7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(厚度：40nm，材料：本发明实施例制备的化合物225、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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物9)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物11)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物31)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物32)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物34)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物77)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物79)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物80)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物122)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物126)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：本发明实施例制备的化合物221)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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：60nm，材料：NPB)/电子阻挡层5(厚度：20nm，材料：TAPC)/发光层6(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7(厚度：35nm，材料：TPBI)/电子注入层8(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2、8、12和器件比较例1在-10～80℃进行效率测试，所得结果如表4、图2所示。
表4
从表4的数据可知，器件实施例2、8、12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。
综上，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 (10)
1.一种以含氮五元环为核心的化合物，其特征在于，该化合物结构如通式(1)所示：
其中，X1、X2、X3、X4分别独立的表示为C-H或N原子，且至少有一个表示为N原子；
Ar、Ar2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；
Ar1表示为单健、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亚杂芳基中的一种；
R1表示为氢原子、通式(2)、通式(3)、通式(4)或通式(5)中结构；
通式(2)和通式(3)中，X5、X6、X7分别独立的表示为氧原子、硫原子、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(5)中，R2、R3分别独立的表示为苯基、萘基、二联苯基、三联苯基、咔唑基、呋喃基、吡啶基、菲基、蒽基、二苯并呋喃、二苯并噻吩、9,9-二甲基芴或N-苯基咔唑中的一种，R2和R3相同或者不同；
*表示通式(2)、通式(3)、通式(4)与通式(1)中的CL1-CL2键、CL2-CL3键、CL3-CL4键并环连接的键位。
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(6)、通式(7)、通式(8)或通式(9)的任一种表示：
3.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于，Ar、Ar2分别独立的表示为苯基、萘基、联苯基、蒽基、呋喃基、咔唑基、萘啶基、喹啉基、噻吩基、吡啶基、苝基、9,9-二甲基芴基、菲基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基中的一种；
Ar1表示为单键、亚苯基、亚萘基、亚联苯基、亚蒽基、亚呋喃基、亚咔唑基、亚萘啶基、亚喹啉基、亚噻吩基、亚吡啶基、亚苝基、亚9,9-二甲基芴基、亚菲基、亚二苯并呋喃基、亚二苯并噻吩基中的一种。
4.根据权利要求1所述的有机化合物，其特征在于，通式(1)中的用通式(10)、通式(11)、通式(12)、通式(13)或通式(14)中的任一种表示：
5.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。
6.一种如权利要求1-5任一所述的化合物的制备方法，其特征在于，制备所述化合物的反应方程式为：
具体制备方法为：1)将原料A和中间体B溶解在甲苯中，得到第一混合溶液，其中，所述甲苯用量为每克原料A使用30-50ml甲苯，所述原料A与中间体B的摩尔比为1:(1.0～1.5)；
2)向1)的第一混合溶液中加入Pd(PPh3)4和碳酸钠，得第二混合溶液，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，将第二混合溶液于95～110℃，反应10～24小时，自然冷却至室温，并过滤反应溶液，将滤液进行减压旋蒸，过中性硅胶柱，得到目标产物。
7.一种有机电致发光器件，包括至少一层功能层，其特征在于，所述功能层含有权利要求1～5任一所述的以吡啶并吲哚为核心的化合物。
8.一种有机电致发光器件，包括空穴传输层/电子阻挡层，其特征在于，所述空穴传输层/电子阻挡层由包含权利要求1～5任一项所述的以吡啶并吲哚为核心的化合物的材料制成。
9.一种有机电致发光器件，包括发光层，其特征在于，所述发光层包括权利要求1～5任一项所述的以吡啶并吲哚为核心的化合物。
10.一种照明或显示的元件，其特征在于，包括如权利要求7～9所述的有机电致发光器件。
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