CN110386920A - 化合物和包含所述化合物的有机半导体层、有机电子器件、显示装置和照明装置 - Google Patents

化合物和包含所述化合物的有机半导体层、有机电子器件、显示装置和照明装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种化合物和包含所述化合物的有机半导体层、有机电子器件、显示装置和照明装置。具体地,本申请涉及一种式(I)的化合物、包含所述化合物的半导体层、包含所述半导体层的有机电子器件以及包含所述有机电子器件的显示器或照明装置,其中R1至R10和/或Ar4中的至少一者是式(II)的基团,其中式(II)中的星号符号“*”表示具有式(II)的基团的结合位置;L选自取代或未取代的C6至C18芳亚基;Ar1选自取代或未取代的C3至C24杂芳基,其中所述杂芳基包含至少两个N原子;Ar2和Ar3独立地选自取代或未取代的C6至C24芳基和/或取代或未取代的C4至C24杂芳基,其中彼此不同地选择Ar2和Ar3;Ar4选自取代或未取代的C1至C16烷基、取代或未取代的C6至C24芳基、取代或未取代的C2至C24杂芳基和具有通式(II)的基团;R1至R10独立地选自H、D、F、C1至C20烷基、C6至C20芳基、C2至C20杂芳基和具有式(II)的基团;并且R1和R2,或者R2和R3,或者R3和R4,或者R5和R6,可彼此独立地形成稠环或稠环体系。

Description

化合物和包含所述化合物的有机半导体层、有机电子器件、显 示装置和照明装置
技术领域
本申请涉及一种化合物和包含所述化合物的有机半导体层、有机电子器件、显示装置和照明装置。具体地,本申请涉及一种化合物和包含所述化合物的有机半导体层。本申请还涉及包含所述半导体层的有机电子器件。另外,本申请还涉及包含所述有机电子器件的显示装置和照明装置。
背景技术
作为自发光器件的有机发光二极管(OLED)具有宽视角、优异的对比度、快速的响应、高亮度、优异的工作电压特征和色彩再现性。典型的OLED包含阳极、空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、电子传输层(ETL)和阴极,它们依序地层叠在基底上。在这方面,HTL、EML和ETL是由有机和/或有机金属化合物形成的薄膜。
当将电压施加于阳极和阴极时,从阳极电极注入的空穴经由HTL移动到EML,并且从阴极电极注入的电子经由ETL移动到EML。空穴和电子在EML中重新组合以产生激子。当激子从激发态降到基态时,发出光。应平衡空穴和电子的注入和流动,使得具有上述结构的OLED具有优异的效率。
EP 3 312 899 A1涉及一种包括至少两个电子传输层的ETL叠层的有机发光二极管(OLED)和制造所述有机发光二极管的方法以及包含所述OLED的装置,其中第一电子传输层(135)包含电荷传输化合物,并且第二电子传输层(34)包含吖啶化合物和碱金属盐和/或碱金属有机络合物。
WO 2015/083948 A1提供了一种可以改进元件的发光效率、稳定性和寿命的新型化合物;使用所述新型化合物的有机电子元件;以及它们的电子器件。
KR 2016 0059 336 A提供了一种元件发光效率高、元件驱动电压低且可以改进元件寿命的化合物;使用所述化合物的有机电子元件;以及它们的电子器件。另外,该化合物由化学式1表示:
在其中包含的杂芳基上对称取代的吖啶化合物用于有机电子学应用中,特别是用作电子传输材料。相应的化合物通常具有非常高的熔点且不具有可测量的玻璃化转变温度(Tg)。在不受理论束缚的情况下,非常高的熔点与缺乏Tg的结合可表明化合物具有高结晶性。高结晶性在有机电子学中的应用中不是优选的,因为结晶性可对有机半导体层的导电性和形态学稳定性不利。特别是,在还包含掺杂剂的有机半导体层中,基质化合物的高结晶性可导致组合物分层。另外,仍然需要改进用于有机电子器件中的多种相应化合物的电子性质,特别是提供LUMO不那么负的化合物。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供克服现有技术缺点的新型有机电子器件和用于该新型有机电子器件中的化合物,特别是提供如下的新型化合物,该新型化合物具有改进的形态学性质,特别是熔点和/或玻璃化转变温度和/或电子性质,所述新型化合物可适用于改进有机电子器件的性能,特别是当用于电子传输层中时更是情况如此。
通过式(I)的化合物实现了上述目的,
其中R1至R10和/或Ar4中的至少一者是具有式(II)的基团,
其中式(II)中的星号符号“*”表示具有式(II)的基团的结合位置;
L选自取代或未取代的C6至C18芳亚基;
Ar1选自取代或未取代的C3至C24杂芳基,其中所述杂芳基包含至少两个N原子;
Ar2和Ar3独立地选自取代或未取代的C6至C24芳基和/或取代或未取代的C4至C24杂芳基,其中彼此不同地选择Ar2和Ar3
Ar4选自取代或未取代的C1至C16烷基、取代或未取代的C6至C24芳基、取代或未取代的C2至C24杂芳基和具有通式(II)的基团;
R1至R10独立地选自H、D、F、C1至C20烷基、C6至C20芳基、C2至C20杂芳基和具有式(II)的基团;并且R1和R2,或者R2和R3,或者R3和R4,或者R5和R6,可彼此独立地形成稠环或稠环体系;
其中,在各个被取代的基团中,取代基各自独立地选自D、F、C1至C20直链烷基、C3至C20支链烷基、C3至C20环状烷基、C1至C20直链烷氧基、C3至C20支链烷氧基、C1至C12直链氟化烷基、C1至C12直链氟化烷氧基、C3至C12支链的氟化的环状烷基、C3至C20氟化环状烷基、C3至C12氟化环状烷氧基、CN、RCN、C6至C20芳基、C2至C20杂芳基、OR、SR、(C=O)R、(C=O)NR2、SiR3、(S=O)R、(S=O)2R、(P=O)R2
其中每个R独立地选自C1至C20直链烷基、C1至C20烷氧基、C1至C20硫代烷基、C3至C20支链烷基、C3至C20环状烷基、C3至C20支链烷氧基、C3至C20环状烷氧基、C3至C20支链硫代烷基、C3至C20环状硫代烷基、C6至C20芳基C2至C20杂芳基。
在上式中,苯并吖啶部分和各Rn基团、各Ar4基团之间的单键与星号符号“*”和L部分之间的单键相同。
彼此不同地选择Ar2和Ar3。也就是说,Ar2和Ar3在化学上是不同的。换言之,两个基团都选自取代或未取代的C6至C24芳基或者取代或未取代的C4至C24杂芳基,但对于Ar2和Ar3选择的基团不能相同。其中相同地选择Ar2和Ar3的化合物(不是根据本发明的,且是现有技术已知的)在此处被称为“对称取代的”。其中彼此不同地选择Ar2和Ar3的本发明化合物被称为“不对称取代的”。
发明人已经令人吃惊地发现,不对称取代的式(I)化合物具有有利的熔点、玻璃化转变温度、标准起始温度和/或电子性质,特别是特征在于不那么负的LUMO,其改进所述化合物在有机半导体材料和有机电子器件中的可用性。
关于式(I)的化合物,可排除由下式表示的化合物中的一种或多种:
在本发明化合物中,L可选自苯亚基、联苯亚基、三联苯亚基、菲亚基、联三苯叉亚基和萘亚基;或者选自苯亚基、联苯亚基和萘亚基;或者选自苯亚基和联苯亚基。以这种方式,可以实现式(I)化合物的热性质和电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
在本发明化合物中,Ar1可选自三嗪和嘧啶。或者,Ar1可选自三嗪、吡嗪和嘧啶。以这种方式,可以实现式(I)化合物的电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
Ar1可不含咔唑和/或吲哚并咔唑基团。
在本发明化合物中,Ar3可以是联苯基、萘基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基;或者,Ar3可选自具有式(III)和(IV)的以下基团:
以这种方式,可以实现式(I)化合物的电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
在本发明化合物中,Ar3可以是取代的苯基或联苯基,其中如果在Ar2上存在取代基,则与Ar2上的取代基不同地选择在Ar3上的取代基。Ar3上的取代基可选自CN。或者,Ar3选自–C6H5CN。
在本发明化合物中,Ar3可以是联苯基、萘基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基、取代的苯基或取代的联苯基;或者,Ar3可选自具有式(III)、(IV)、(V)和(VI)的以下基团:
以这种方式,可以实现式(I)化合物的电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
在本发明化合物中,Ar1可以是三嗪、吡嗪或嘧啶并且Ar3可选自式(III)至(VI);或者,Ar1可以是嘧啶并且Ar3可选自式(III)至(VI)。以这种方式,可以实现式(I)化合物的电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。在本发明化合物中,Ar2可以是苯基。以这种方式,可以实现式(I)化合物的电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
在本发明化合物中,Ar2可以是苯基且Ar3可以是联苯基或–C6H5CN。以这种方式,可以实现式(I)化合物的电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
在发明的化合物中,Ar4可选自苯基、联苯基、三联苯基和萘基以及具有式(II)的基团;或者,Ar4选自式(II)。以这种方式,可以实现式(I)化合物的形态学特性和电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
在本发明的化合物中,Ar4可选自苯基、联苯基、三联苯基和萘基,并且R1至R10,或者R9,独立地选自H、D和具有式(II)的基团。以这种方式,可以实现式(I)化合物的形态学特性和电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
在本发明的化合物中,R1和R2可一起形成稠环,或者R1和R2一起形成六元稠环。以这种方式,可以实现式(I)化合物的形态学特性和电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
本发明的式(I)化合物可具有以下式(Ia)、式(Ib)、式(Ic)和式(Id)中的一种:
以这种方式,可以实现式(I)化合物的形态学特性和电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
L、Ar1、Ar2和Ar3可以是未取代的。由此,当式(I)化合物在高真空中蒸发和在基底上沉积时,可以获得有机电子器件的尤其有利的性能。
式(I)的化合物可以具有式(Ia)、式(Ib)、式(Ic)和式(Id)中的一种,其中R1至R10是H且Ar4选自式(II)。优选地,式(I)的化合物可具有式(Ia),其中R3至R10是H且Ar4选自式(II)。
在式(I)化合物中,R1至R10可以是H且Ar4可以是式(II)。
本发明的化合物可具有以下结构A-1到A-15中的一种:
以这种方式,可以实现式(I)化合物的形态学特性和电子结构的精细调节以进一步改进所述化合物在有机电子器件的有机半导体层中的可用性,特别是在电子传输层中的可用性。
所述目的还可通过包含本发明的式(I)化合物的有机半导体层来实现。
所述有机半导体层可由式(I)化合物组成。
包含式(I)化合物或由式(I)化合物组成的有机半导体层可以是非发光的。
有机半导体层还可包含金属、金属盐或者碱金属或碱土金属络合物;或者有机碱金属或碱土金属络合物;或者8-羟基喹啉锂或碱金属硼酸盐。另外,所述目的通过包含本发明的有机半导体层的有机电子器件来实现。
包含本发明的有机半导体层的有机电子器件还可包含阳极、阴极和发光层。
在有机电子器件中,包含式(I)化合物的有机半导体层可被布置在阳极和阴极之间。
有机半导体层可被布置在发光层和阴极之间。如果有机半导体层以这种方式被布置,它可起到电子传输层的作用。
在有机电子器件中,有机半导体层可以与发光层直接接触。
有机电子器件还可包含空穴阻挡层,其中所述空穴阻挡层与发光层直接接触,并且包含式(I)化合物的有机半导体层被布置在空穴阻挡层和阴极之间。
有机半导体层可被布置在空穴阻挡层和阴极之间,并且可与空穴阻挡层和阴极直接接触。
在有机电子器件中,有机半导体层还可包含金属、金属盐或者碱金属或碱土金属络合物,或者有机碱金属或碱土金属络合物,或者8-羟基喹啉锂或碱金属硼酸盐。
所述目的还通过有机半导体材料来实现,所述有机半导体材料包含式(I)化合物和金属,金属盐,或者碱金属或碱土金属络合物,或者有机碱金属或碱土金属络合物,或者8-羟基喹啉锂或碱金属硼酸盐,
其中R1至R10和/或Ar4中至少一者是具有式(II)的基团:
其中式(II)中的星号符合“L”表示具有式(II)的基团的结合位置:
L选自取代或未取代的C6至C18芳亚基;
Ar1选自取代或未取代的C3至C24杂芳基,其中所述杂芳基包含至少两个N原子;
Ar2和Ar3独立地选自取代或未取代的C6至C24芳基和/或取代或未取代的C4至C24杂芳基;
其中彼此不同地选择Ar2和Ar3
Ar4选自取代或未取代的C1至C16烷基,取代或未取代的C6至C24芳基,取代或未取代的C2至C24杂芳基以及具有通式(II)的基团;
R1至R10独立地选自H、D、F、C1至C20烷基、C6至C20芳基、C2至C20杂芳基和具有式(II)的基团;并且R1与R2,或者R2与R3,或者R3与R4,或者R5与R6,可以彼此独立地形成稠环或稠环体系;
其中,在各个被取代的基团中,取代基各自独立地选自D、F、C1至C20直链烷基、C3至C20支链烷基、C3至C20环状烷基、C1至C20直链烷氧基、C3至C20支链烷氧基、C1至C12直链氟化烷基、C1至C12直链氟化烷氧基、C3至C12支链的氟化的环状烷基、C3至C20氟化环状烷基、C3至C12氟化环状烷氧基、CN、RCN、C6至C20芳基、C2至C20杂芳基、OR、SR、(C=O)R、(C=O)NR2、SiR3、(S=O)R、(S=O)2R、(P=O)R2;其中R各自独立地选自C1至C20直链烷基、C1至C20烷氧基、C1至C20硫代烷基、C3至C20支链烷基、C3至C20环状烷基、C3至C20支链烷氧基、C3至C20环状烷氧基、C3至C20支链硫代烷基、C3至C20环状硫代烷基、C6至C20芳基和C2至C20杂芳基。
所述目的还通过包含所述有机半导体材料的有机半导体层来实现。
包含有机半导体材料或由有机半导体材料组成的有机半导体层可以是非发光的。
另外,所述目的通过包含含有所述有机半导体材料的本发明有机半导体层的有机电子器件来实现。
包含含有有机半导体材料的本发明有机半导体层的有机电子器件还可包含阳极、阴极和发光层。
在有机电子器件中,包含有机半导体材料的有机半导体层可被布置在阳极和阴极之间。
包含有机半导体材料的有机半导体层可被布置在发光层和阴极之间。如果有机半导体层以这种方式布置,它可起到电子传输层的作用。
有机电子器件还可包含空穴阻挡层,其中所述空穴阻挡层与发光层直接接触,并且包含有机半导体材料的有机半导体层被布置在空穴阻挡层和阴极之间。
包含有机半导体材料的有机半导体层可被布置在空穴阻挡层和阴极之间,并且可与空穴阻挡层和阴极直接接触。
另外,所述目的通过包含本发明的有机电子器件的显示装置来实现。
最后,所述目的通过包含本发明的有机电子器件的照明装置来实现。
根据本发明,下文表1中所示的结构是最优选的。
其它层
根据本发明,除了上面已提及的层之外,有机电子器件还可包含其它层。各个层的示例性实施方式如下所述:
基底
基底可以是在电子器件诸如有机发光二极管的制造中常用的任何基底。如果光要穿过所述基底发出,则该基底应该是透明的或半透明的材料,例如玻璃基底或透明塑料基底。如果光要穿过顶部表面发出,所述基底可以是透明材料以及非透明材料二者,例如玻璃基底、塑料基底、金属基底或硅基底。
阳极电极
在本发明的有机电子器件中包含的第一电极或第二电极可以是阳极电极。阳极电极可通过沉积或溅射用于形成阳极电极的材料来形成。用于形成阳极电极的材料可以是高逸出功材料,以便促进空穴注入。阳极材料还可选自低逸出功材料(即铝)。阳极电极可以是透明电极或反射电极。透明的传导性氧化物诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌铝(AlZO)和氧化锌(ZnO)可用于形成阳极电极。阳极电极还可使用金属形成,所述金属通常是银(Ag)、金(Au)或金属合金。
空穴注入层
空穴注入层(HIL)可通过真空沉积、旋涂、印刷、浇铸、狭缝式模头挤出涂布、朗缪尔-布洛杰特(LB)沉积等形成在阳极电极上。当使用真空沉积形成HIL时,沉积条件可根据用于形成HIL的化合物以及HIL的期望结构或热特性而改变。然而,总的来说,用于真空沉积的条件可包括100℃至500℃的沉积温度、10-8至10-3托(1托等于133.322Pa)的压力、以及0.1至10nm/秒的沉积速率。
当使用旋涂或印刷形成HIL时,涂布条件可根据用于形成HIL的化合物以及HIL的期望结构和热特性而改变。例如,涂布条件可包括约2000rpm至约5000rpm的涂布速度,以及约80℃至约200℃的热处理温度。在涂布之后进行热处理以除去溶剂。
HIL可由常用于形成HIL的任何化合物形成。可用于形成HIL的化合物的实例包括酞菁化合物诸如铜酞菁(CuPc),4,4',4"-三(3-甲基苯基苯基氨基)三苯基胺(m-MTDATA),TDATA,2T-NATA,聚苯胺/十二烷基苯磺酸(Pani/DBSA),聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸酯)(PEDOT/PSS),聚苯胺/樟脑磺酸(Pani/CSA)和聚苯胺/聚(4-苯乙烯磺酸酯)(PANI/PSS)。
所述HIL可以包含p型掺杂剂或由p型掺杂剂组成,并且所述p型掺杂剂可以选自四氟-四氰基醌二甲烷(F4TCNQ)、2,2'-(全氟代萘-2,6-二亚基)二丙二腈或2,2',2”-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(对氰基四氟苯基)乙腈),但不限于此。所述HIL可以选自掺杂有p型掺杂剂的空穴传输基质化合物。已知的掺杂的空穴传输材料的典型实例是:铜酞菁(CuPc),其HOMO能级约为-5.2eV,其掺杂有四氟-四氰基醌二甲烷(F4TCNQ),其LUMO能级约为-5.2eV;掺杂有F4TCNQ的锌酞菁(ZnPc)(HOMO=-5.2eV);掺杂有F4TCNQ的α-NPD(N,N'-双(萘-1-基)-N,N'-双(苯基)-联苯胺);掺杂有2,2'-(全氟代萘-2,6-二亚基)二丙二腈的α-NPD。所述p型掺杂剂浓度可以选自1重量%至20重量%,更优选为3重量%至10重量%。
所述HIL的厚度可以在约1nm至约100nm、例如约1nm至约25nm的范围内。当所述HIL的厚度在这个范围内时,所述HIL可具有出色的空穴注入特性而没有驱动电压的实质性损失。
空穴传输层
空穴传输层(HTL)可以通过真空沉积、旋涂、狭缝式模头挤出涂布、印刷、浇铸、Langmuir-Blodgett(LB)沉积等形成在所述HIL上。当所述HTL通过真空沉积或旋涂来形成时,用于沉积和涂布的条件可以与用于形成所述HIL的条件相似。然而,用于真空或溶液沉积的条件可以根据用于形成所述HTL的化合物而变化。
所述HTL可以由常用于形成HTL的任何化合物形成。可以适合地使用的化合物公开在例如Yasuhiko Shirota和Hiroshi Kageyama,Chem.Rev.2007,107,953-1010中,并通过参考并入本文。可用于形成所述HTL的化合物的实例是:咔唑衍生物,例如N-苯基咔唑或聚乙烯咔唑;联苯胺衍生物,例如N,N'-双(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基-[1,1-联苯]-4,4'-二胺(TPD)或N,N'-二(萘-1-基)-N,N'-二苯基联苯胺(α-NPD);和基于三苯基胺的化合物,例如4,4',4"-三(N-咔唑基)三苯基胺(TCTA)。在这些化合物中,TCTA可以传输空穴并抑制激子扩散到所述EML中。
所述HTL的厚度可以在约5nm至约250nm、优选地约10nm至约200nm、更优选地约20nm至约190nm、更优选地约40nm至约180nm、更优选地约60nm至约170nm、更优选地约80nm至约160nm、更优选地约100nm至约160nm、更优选地约120nm至约140nm的范围内。所述HTL的优选厚度可以为170nm至200nm。
当所述HTL的厚度在这一范围内时,所述HTL可具有出色的空穴传输特性而没有驱动电压的实质性损失。
电子阻挡层
电子阻挡层(EBL)的功能是防止电子从发光层转移到所述空穴传输层并由此将电子束缚到所述发光层。因此,效率、工作电压和/或寿命得以改进。通常,所述电子阻挡层包含三芳基胺化合物。所述三芳基胺化合物可具有比所述空穴传输层的LUMO能级更接近真空能级的LUMO能级。所述电子阻挡层可具有比所述空穴传输层的HOMO能级更远离真空能级的HOMO能级。所述电子阻挡层的厚度可以在2nm至20nm之间选择。
如果所述电子阻挡层具有高的三重态能级,它也可以被描述为三重态控制层。
所述三重态控制层的功能是在使用绿色或蓝色磷光发光层的情况下减少三重态的淬灭。由此,可以实现从磷光发光层的更高的发光效率。所述三重态控制层选自具有比相邻发光层中的磷光发光体的三重态能级更高的三重态能级的三芳基胺化合物。用于所述三重态控制层的合适化合物,特别是所述三芳基胺化合物,描述在EP 2 722 908A1中。
发光层(EML)
所述EML可以通过真空沉积、旋涂、狭缝式模头挤出涂布、印刷、浇铸、LB沉积等形成在所述HTL上。当所述EML使用真空沉积或旋涂来形成时,用于沉积和涂布的条件可以与用于形成所述HIL的条件相似。然而,用于沉积和涂布的条件可根据用于形成所述EML的化合物而变化。
所述发光层可不包含所述式(I)的化合物。
所述发光层(EML)可以由主体和发光体掺杂剂的组合形成。所述主体的实例是Alq3、4,4'-N,N'-二咔唑-联苯(CBP)、聚(n-乙烯基咔唑)(PVK)、9,10-二(萘-2-基)蒽(ADN)、4,4',4”-三(咔唑-9-基)-三苯基胺(TCTA)、1,3,5-三(N-苯基苯并咪唑-2-基)苯(TPBI)、3-叔丁基-9,10-二-2-萘基蒽(TBADN)、二苯乙烯基芳亚基(DSA)和双(2-(2-羟基苯基)苯并噻唑)锌(Zn(BTZ)2)。
所述发光体掺杂剂可以是磷光或荧光发光体。由于它们较高的效率,磷光发光体和通过热激活延迟荧光(TADF)机制发光的发光体可以是优选的。所述发光体可以是小分子或聚合物。
红色发光体掺杂剂的实例是PtOEP、Ir(piq)3和Btp2lr(acac),但不限于此。这些化合物是磷光发光体,然而,也可以使用红色荧光发光体掺杂剂。
绿色磷光发光体掺杂剂的实例是Ir(ppy)3(ppy=苯基吡啶)、Ir(ppy)2(acac)、Ir(mpyp)3
蓝色磷光发光体掺杂剂的实例是F2Irpic、(F2ppy)2Ir(tmd)和Ir(dfppz)3和三联芴。4.4'-双(4-二苯基氨基苯乙烯基)联苯(DPAVBi)、2,5,8,11-四-叔丁基苝(TBPe)是蓝色荧光发光体掺杂剂的实例。
基于100重量份的主体计,所述发光体掺杂剂的量可以在约0.01至约50重量份的范围内。或者,所述发光层可以由发光聚合物组成。所述EML可以具有约10nm至约100nm,例如约20nm至约60nm的厚度。当所述EML的厚度在这个范围内时,所述EML可具有出色的发光,而没有驱动电压的实质性损失。
空穴阻挡层(HBL)
空穴阻挡层(HBL)可以通过使用真空沉积、旋涂、狭缝式模头挤出涂布、印刷、浇铸、LB沉积等形成在所述EML上,以便防止空穴扩散到所述ETL中。当所述EML包含磷光掺杂剂时,所述HBL也可以具有三重态激子阻挡功能。所述空穴阻挡层可以是本发明的有机半导体层,所述有机半导体层包含由如上所定义的通式(I)表示的本发明的化合物或者由所述化合物组成。
所述HBL也可被命名为辅助ETL或a-ETL。
当所述HBL使用真空沉积或旋涂来形成时,用于沉积和涂布的条件可以与用于形成所述HIL的条件相似。然而,用于沉积和涂布的条件可根据用于形成所述HBL的化合物而变化。可以使用常用于形成HBL的任何化合物。用于形成HBL的化合物的实例包括二唑衍生物、三唑衍生物和菲咯啉衍生物。
所述HBL可以具有约5nm至约100nm,例如约10nm至约30nm的厚度。当所述HBL的厚度在这个范围内时,所述HBL可具有出色的空穴阻挡性质,而没有驱动电压的实质性损失。
电子传输层(ETL)
根据本发明的OLED可以包含电子传输层(ETL)。根据本发明,所述电子传输层可以是本发明的有机半导体层,所述有机半导体层包含由如上所定义的通式(I)表示的本发明化合物。
根据多种不同的实施方式,所述OLED可包含电子传输层或电子传输层叠层,所述叠层包含至少一个第一电子传输层和至少一个第二电子传输层。
通过合适地调整所述ETL的特定层的能级,可以控制电子的注入和传输,并且可以高效阻挡空穴。因此,所述OLED可以具有长的寿命。
所述有机电子器件的电子传输层可以包含由如上所定义的通式(I)表示的化合物作为有机电子传输基质(ETM)材料。除了所述由通式(I)表示的化合物之外,所述电子传输层还可以包含本领域中已知的其它ETM材料。同样地,所述电子传输层可以包含所述由通式(I)表示的化合物作为唯一的电子传输基质材料。在本发明的有机电子器件包含超过一个电子传输层的情况下,所述由通式(I)表示的化合物可以包含在仅仅一个所述电子传输层中、超过一个所述电子传输层中或所有所述电子传输层中。根据本发明,除了所述ETM材料之外,所述电子传输层还可以包含至少一种如下所定义的添加剂。
此外,所述电子传输层可以包含一种或多种n型掺杂剂。所述添加剂可以是n型掺杂剂。所述添加剂可以是碱金属、碱金属化合物、碱土金属、碱土金属化合物、过渡金属、过渡金属化合物或稀土金属。在另一个实施方式中,所述金属可以是选自Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Sm、Eu、Tb、Dy和Yb中的一种。在另一个实施方式中,所述n型掺杂剂可以是选自Cs、K、Rb、Mg、Na、Ca、Sr、Eu和Yb中的一种。在一个实施方式中,所述碱金属化合物可以是8-羟基喹啉锂(LiQ)、四(1H-吡唑-1-基)硼酸锂或2-(二苯基磷酰基)苯酚锂。对适用于所述ETM的化合物(其可以在除了如上所定义的由通式(I)表示的本发明的化合物之外使用)没有特别限制。在一个实施方式中,所述电子传输基质化合物由共价键合的原子组成。优选地,所述电子传输基质化合物包含至少6个、更优选地至少10个离域电子的共轭体系。在一个实施方式中,所述离域电子的共轭体系可以包含在芳族或杂芳族结构部分中,如在例如文献EP 1 970 371 A1或WO 2013/079217 A1中所公开的。
电子注入层(EIL)
可以促进电子从所述阴极注入的任选的EIL,可以形成在所述ETL上,优选地直接形成在所述电子传输层上。用于形成所述EIL的材料的实例包括本领域中已知的8-羟基喹啉锂(LiQ)、LiF、NaCl、CsF、Li2O、BaO、Ca、Ba、Yb、Mg。用于形成所述EIL的沉积和涂布条件与用于形成所述HIL的条件相似,但是所述沉积和涂布条件可根据用于形成所述EIL的材料而变化。所述EIL可以是包含所述式(I)的化合物的有机半导体层。
所述EIL的厚度可以在约0.1nm至约10nm的范围内,例如在约0.5nm至约9nm的范围内。当所述EIL的厚度在这个范围内时,所述EIL可具有令人满意的电子注入性能而没有驱动电压的实质性损失。
阴极电极
如果存在阴极电极的话,所述阴极电极形成在所述EIL上。所述阴极电极可以由金属、合金、导电化合物或其混合物形成。所述阴极电极可以具有低逸出功。例如,所述阴极电极可以由锂(Li)、镁(Mg)、铝(Al)、铝(Al)-锂(Li)、钙(Ca)、钡(Ba)、镱(Yb)、镁(Mg)-铟(In)、镁(Mg)-银(Ag)等形成。或者,所述阴极电极可以由透明导电氧化物例如ITO或IZO形成。
所述阴极电极的厚度可以在约5nm至约1000nm的范围内,例如在约10nm至约100nm的范围内。当所述阴极电极的厚度在约5nm至约50nm的范围内时,所述阴极电极可以是透明或半透明的,即使它由金属或金属合金形成。
应该理解,所述阴极电极不是电子注入层或所述电子传输层的一部分。
电荷产生层/空穴产生层
电荷产生层(CGL)可包含p型层和n型层。中间层可被布置在p型层和n型层之间。
通常,电荷产生层是接合n型电荷产生层(电子产生层)和空穴产生层的pn结。pn结的n侧产生电子并将电子注入在阳极方向上的相邻的层中。类似地,pn结的p侧产生空穴并将空穴注入在阴极方向上的相邻的层中。
电荷产生层被用于在两个电极之间包含两个或更多个发光层的串联器件例如串联OLED中。在包含两个发光层的串联OLED中,n型电荷产生层为邻近阳极布置的第一发光层提供电子,而空穴产生层为布置在第一发光层与阴极之间的第二发光层提供空穴。
用于空穴产生层的合适基质材料可以是通常用作空穴注入和/或空穴传输基质材料的材料。另外,用于空穴产生层的p型掺杂剂可使用常规材料。例如,p型掺杂剂可以选自以下中的一种:四氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷((F4-TCNQ),四氰基醌二甲烷的衍生物,轴烯衍生物,碘,FeCl3,FeF3和SbCl5。另外,主体可以选自以下中的一种:N,N'-二(萘-1-基)-N,N-二苯基-联苯胺(NPB),N,N'-二苯基-N,N'-双(3-甲基苯基)-1,1-联苯-4,4'-二胺(TPD)和N,N',N'-四萘基-联苯胺(TNB)。p型电荷产生层可由CNHAT组成。
n型电荷产生层可以是包含式(I)化合物的层。n型电荷产生层可以是纯n型掺杂剂例如正电性金属,或者可由掺杂有n型掺杂剂的有机基质材料组成。在一个实施方式中,n型掺杂剂可以是碱金属、碱金属化合物、碱土金属、碱土金属化合物、过渡金属、过渡金属化合物或稀土金属。在另一个实施方案中,金属可以是选自以下中的一种:Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Sm、Eu、Tb、Dy和Yb。更具体地,n型掺杂剂可以是选自以下中的一种:Cs、K、Rb、Mg、Na、Ca、Sr、Eu和Yb。用于电子产生层的合适基质材料可以是通常用作用于电子注入层或电子传输层的基质材料的材料。基质材料可以是例如选自以下中的一种:三嗪化合物、羟基喹啉衍生物如三(8-羟基喹啉)铝、吲哚衍生物和硅杂环戊二烯衍生物。
空穴产生层被布置为与n型电荷产生层直接接触。
有机发光二极管(OLED)
根据本发明的有机电子器件可以是有机发光器件。
根据本发明的一个方面,提供了一种有机发光二极管(OLED),其包括:基底、形成在基底上的阳极电极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、包含式(I)化合物的有机半导体层和阴极电极。
根据本发明的另一方面,提供了一种OLED,其包括:基底、形成在基底上的阳极电极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、包含式(I)化合物的有机半导体层和阴极电极。
根据本发明的另一方面,提供了一种OLED,其包括:基底、形成在基底上的阳极电极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、包含式(I)化合物的有机半导体层、电子注入层和阴极电极。
根据本发明的多种实施方式,可以在基底上或在顶部电极上提供布置在上述层之间的OLED层。
根据一个方面,OLED可以包括以下层结构:基底,其与阳极电极相邻布置,阳极电极与第一空穴注入层相邻布置,第一空穴注入层与第一空穴传输层相邻布置,第一空穴传输层与第一电子阻挡层相邻布置,第一电子阻挡层与第一发光层相邻布置,第一发光层与第一电子传输层相邻布置,第一电子传输层与n型电荷产生层相邻布置,n型电荷产生层与空穴产生层相邻布置,空穴产生层与第二空穴传输层相邻布置,第二空穴传输层与第二电子阻挡层相邻布置,第二电子阻挡层与第二发光层相邻布置,在第二发光层与阴极电极之间布置有任选的电子传输层和/或任选的电子注入层。
根据本发明的有机半导体层可以是电子传输层、第一电子传输层、n型电荷产生层和/或第二电子传输层。
例如,根据图2的OLED可以通过以下方法形成,其中
在基底(110)上,阳极(120)、空穴注入层(130)、空穴传输层(140)、电子阻挡层(145)、发光层(150)、空穴阻挡层(155)、电子传输层(160)、电子注入层(180)和阴极电极(190)按顺序依次形成。
有机电子器件
根据本发明的有机电子器件包含有机半导体层,所述有机半导体层包含根据式(I)的化合物。
根据一个实施方式的有机电子器件可包括基底,阳极层,包含式(I)化合物的有机半导体层和阴极层。
根据一个实施方式的有机电子器件包含至少一个含有至少一种式(I)化合物的有机半导体层,至少一个阳极层,至少一个阴极层和至少一个发光层,其中所述有机半导体层优选地布置在发光层和阴极层之间。
根据本发明的有机发光二极管(OLED)可包括阳极,空穴传输层(HTL),发光层(EML),包含至少一种式(I)化合物的电子传输层(ETL)和阴极,它们顺序地层叠在基底上。在这方面,HTL、EML和ETL是由有机化合物形成的薄膜。
根据一个实施方式的有机电子器件可以是发光器件、薄膜晶体管、电池、显示器件或光伏电池,并且优选是发光器件。
根据本发明的另一方面,提供了一种制造有机电子器件的方法,所述方法使用:
-至少一个沉积源、优选两个沉积源、更优选至少三个沉积源。
可适用的沉积方法包括:
-通过真空热蒸发的沉积;
-通过溶液处理的沉积,优选地所述处理选自旋涂、印刷、浇铸和/或
-狭缝式模头挤出涂布。
根据本发明的多个实施方式,提供了以下方法,所述方法使用:
-第一沉积源,以释放根据本发明的式(I)化合物,和
-第二沉积源,以释放金属、金属盐或者碱金属或碱土金属络合物,或者有机碱金属或碱土金属络合物,或者8-羟基喹啉锂或碱金属硼酸盐。
所述方法包括形成有机半导体层的步骤;因此,对于有机发光二极管(OLED):
-通过从第一沉积源释放根据本发明的式(I)化合物,并且从第二沉积源释放金属、金属盐或者碱金属或碱土金属络合物,或者有机碱金属或碱土金属络合物,或者8-羟基喹啉锂或碱金属硼酸盐,来形成有机半导体层。
根据本发明的多个实施方式,所述方法还可包括在阳极电极和第一电子传输层之间在阳极电极上形成发光层和选自以下的至少一个层:形成空穴注入层、形成空穴传输层或形成空穴阻挡层。
根据本发明的多个实施方式,所述方法还可包括形成有机发光二极管(OLED)的步骤,其中
-在基底上形成第一阳极电极,
-在第一阳极电极上形成发光层,
-在发光层上形成电子传输层叠层结构,任选地在发光层上形成空穴阻挡层,并形成有机半导体层,
-最后形成阴极电极,
-任选的空穴注入层,空穴传输层和空穴阻挡层按顺序依次形成在第一阳极电极和发光层之间,
-在有机半导体层和阴极电极之间形成任选的电子注入层。
根据本发明的多个实施方式,该方法还可包括在有机半导体层上形成电子注入层。然而,根据本发明的OLED的多个实施方式,OLED可以不包含电子注入层。
根据多个实施方式,OLED可具有以下层结构,其中所述层具有以下顺序:
阳极,空穴注入层,第一空穴传输层,第二空穴传输层,发光层,任选的空穴阻挡层,包含根据本发明的式(I)化合物的有机半导体层,任选的电子注入层和阴极。
根据本发明的另一个方面,提供了一种电子装置,其包括至少一种根据本申请所述的任何实施方式的有机发光器件,优选地,所述电子装置包括在本申请中描述的实施方式之一中的有机发光二极管。更优选地,所述电子装置是显示装置。
在一个实施方式中,根据本发明的包含含有根据式(I)化合物的有机半导体层的有机电子器件还可包含含有轴烯化合物和/或醌二甲烷化合物的层。
在一个实施方式中,轴烯化合物和/或醌二甲烷化合物可以被一个或多个卤素原子和/或一个或多个吸电子基团取代。吸电子基团可选自腈基,卤代烷基,或者可选自全卤代烷基,或者可选自全氟化烷基。吸电子基团的其它实例可以是酰基、磺酰基或磷酰基。
可选地,酰基、磺酰基和/或磷酰基可包括卤代和/或全卤代烃基。在一个实施方式中,全卤化烃基可以是全氟化烃基。全氟化烃基的实例可以是全氟甲基,全氟乙基,全氟丙基,全氟异丙基,全氟丁基,全氟苯基,全氟甲苯基;包含卤代烃基的磺酰基的实例可以是三氟甲基磺酰基,五氟乙基磺酰基,五氟苯基磺酰基,七氟丙基磺酰基,九氟丁基磺酰基等。
在一个实施方式中,轴烯和/或醌二甲烷化合物可包含在空穴注入、空穴传输和/或空穴产生层中。
在一个实施方式中,轴烯化合物可具有式(XX)和/或醌二甲烷化合物可具有式(XXIa)或(XXIb):
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R11、R12、R15、R16、R20、R21独立地选自上述吸电子基团,并且R9、R10、R13、R14、R17、R18、R19、R22、R23和R24独立地选自H、卤素和上述吸电子基团。
在下文中,参考实施例更详细地说明实施方式。然而,本公开不限于以下实施例。现在将详细参考示例性方面。
如上所述,本发明的式(I)化合物包含至少一个式(II)的基团。基团R1至R10和/或基团Ar4中的每一个可以是具有式(II)的基团。但是,这些基团中也可只有一个具有式(II)。在式(II)中,星号符号和基团L之间的单键是与各基团Rn、各Ar4和苯并吖啶部分(即,式(I)的没有基团R1至R10和Ar4的核部分)之间的单键相同的单键。
本发明化合物的特征在于基团Ar2和Ar3不相同,即彼此不同地进行选择。与本领域已知的已知“对称取代的”化合物相比,这些“不对称取代的”化合物显示出优异的性质。在“不对称取代的”化合物的基团中,已经发现上面详细提到的化合物的具体基团是特别有利的。在考虑下面给出的具体实例的教导时,其它细节是清楚的。
本文使用的术语“稠环体系”是指以下结合情况,其中基团R1和R2或者R2和R3或者R3和R4中的两个一起形成与具有式(I)结构的其余部分稠合的第一环,并且其中,另外地,至少一个第二环与第一环稠合。同样地,第三环、第四环等可以稠合到第一环或稠环体系的其它稠环中的一个。稠环体系上包含的碳原子总数可不超过40,或者不超过30,或者不超过20。这种稠环体系的示例性化合物是上述结构(Id)的一部分。
在本说明书中,当没有另外提供定义时,“烷基”可以指脂族烃基。烷基可以指没有任何双键或三键的“饱和烷基”。本文所用的术语“烷基”应包括直链以及支链和环状的烷基。例如,C3-烷基可选自正丙基和异丙基。同样,C4-烷基包括正丁基、仲丁基和叔丁基。同样,C6-烷基包括正己基和环己基。
Cn中的下标数字n指的是相应的烷基、芳亚基、杂芳亚基或芳基中的碳原子总数。
本文所用的术语“芳基”或“芳亚基”应包括苯基(C6-芳基),稠合芳族化合物如萘、蒽、菲、并四苯等。还包括联苯和低聚苯或多苯,如三联苯等。还应包括任何其它芳族烃取代基,例如芴基等。“芳亚基”或“杂芳亚基”是指与两个其它部分连接的基团。在本说明书中,术语“芳基”或“芳亚基”可以指包含至少一个烃芳族部分的基团,并且所述烃芳族部分的所有元素可以具有形成共轭的p-轨道,例如苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基、芴基等。芳基或芳亚基可包括单环或稠环的多环(即,共用相邻的碳原子对的环)官能团。
本文所用的术语“杂芳基”是指其中至少一个碳原子被杂原子取代的芳基,所述杂原子优选选自N,O,S,B或Si。
Cn-杂芳基中的下标数字n仅指除杂原子数之外的碳原子数。在本文中,显然C3杂芳亚基是包含三个碳原子的芳族化合物,比如吡唑、咪唑、唑、噻唑等。
术语“杂芳基”可以指具有至少一个杂原子的芳族杂环,并且烃杂芳族部分的所有元素可以具有形成共轭的p-轨道。杂原子可以选自N、O、S、B、Si、P、Se,优选N、O和S。杂芳亚基环可以包含至少1至3个杂原子。优选地,杂芳亚基环可包含至少1至3个分别选自N、S和/或O的杂原子。
本文使用的术语“杂芳基”应包括吡啶,喹啉,喹唑啉,吡啶,三嗪,苯并咪唑,苯并噻唑,苯并[4,5]噻吩并[3,2-d]嘧啶,咔唑,呫吨,吩嗪,苯并吖啶,二苯并吖啶等。
在本说明书中,单键是指直接键。
本文所用的术语“氟化的”是指其中烃基中包含的至少一个氢原子被氟原子取代的烃基。其中所有氢原子被氟原子取代的氟化基团被称为全氟化基团,并且特别用术语“氟化的”来表示。
就本发明而言,如果基团中包含的一个氢原子被另一个基团代替,则该基团被另一个基团“取代”,其中另一个基团是取代基。
就本发明而言,关于一个层在两个其它层之间的表述“在......之间”并不排除可以布置在一个层和两个其它层之一之间的其它层的存在。就本发明而言,关于两个层彼此直接接触的表述“直接接触”意味着在这两个层之间不再布置其它层。沉积在另一层顶部的一个层被认为与该层直接接触。
关于本发明的有机半导体层以及关于本发明化合物,实验部分中提到的化合物是最优选的。
本发明的有机电子器件/装置可以是有机电致发光器件(OLED),有机光伏器件(OPV),照明装置或有机场效应晶体管(OFET)。照明装置可以是用于照明、辐射、发信号或投影的任何装置。它们相应地被分类为照明、辐射、信号和投影装置。照明装置通常包括光辐射源、将辐射通量沿所需方向传输到空间的装置、以及将部件连接成单个装置并保护辐射源和光传输系统免受损坏和环境影响的壳体。
根据另一方面,根据本发明的有机电致发光器件可包括多于一个的发光层,优选两个或三个发光层。包括多于一个发光层的OLED也被描述为串联OLED或层叠OLED。
有机电致发光器件(OLED)可以是底部发光器件或顶部发光器件。
另一方面涉及包含至少一种有机电致发光器件(OLED)的装置。
包括有机发光二极管的装置例如是显示器或照明面板。
在本发明中,除非在权利要求或本说明书的其它地方给出不同的定义,否则应当应用以下定义的术语,这些定义如下。
在本说明书的上下文中,与基质材料有关的术语“不同的”或“不同”是指基质材料的结构式不同。
术语“OLED”和“有机发光二极管”同时使用并具有相同的含义。这里使用的术语“有机电致发光器件”可以包括有机发光二极管以及有机发光晶体管(OLET)。
当在本文中使用时,“重量百分数”、“wt.-%”、“以重量计的百分数”、“重量%”及其变体是指将组合物、组分、物质或试剂表示为相应电子传输层的该组分、物质或试剂的重量除以其相应的电子传输层的总重量并乘以100。应该理解,相应电子传输层和电子注入层的所有组分、物质和试剂的总重量百分数的量被选择成使其不超过100重量%。
当在本文中使用时,“体积百分数”、“vol.-%”、“以体积计的百分数”、“体积%”及其变体是指将组合物、组分、物质或试剂表示为相应电子传输层的该组分、物质或试剂的体积除以其相应电子传输层的总体积并乘以100。应该理解,阴极层的所有组分、物质和试剂的总体积百分数的量被选择成使其不超过100体积%。
不论是否明确指示,本文中的所有数值被假定用术语“约”修饰。当在本文中使用时,术语“约”是指数值可发生的变化。不论是否用术语“约”修饰,权利要求都包括所述量的等同物。
应该指出,当在本说明书和权利要求书中使用时,单数形式“一个”、“一种”、“一者”、“该”和“所述”包括复数个/种所指物,除非内容明确陈述不是如此。
术语“没有”、“不含有”、“不包含”不排除杂质。杂质对本发明所实现的目的没有技术影响。
在本说明书的上下文中,术语“基本上不发光”或“不发光”是指化合物或层对来自器件的可见发光光谱的贡献相对于可见发光光谱小于10%,优选小于5%。可见发光光谱是波长为约≥可见发光光谱至约≤约见发光光谱的发光光谱。
优选地,包含式I化合物的有机半导体层是基本上不发光的或不发光的。
工作电压,也称为U,以伏特(V)为单位,在10毫安/平方厘米(mA/cm2)下测量。
坎德拉/安培效率,也称为cd/A效率,以坎德拉/安培为单位,在10毫安/平方厘米(mA/cm2)下测量。
外量子效率,也称为EQE,以百分比(%)来测量。
颜色空间由坐标CIE-x和CIE-y(国际照明委员会1931)来描述。对于蓝色发光,CIE-y特别重要。较小的CIE-y表示较深的蓝色。
最高占据分子轨道(也称为HOMO)和最低未占分子轨道(也称为LUMO)以电子伏特(eV)测量。
术语“OLED”、“有机发光二极管”、“有机发光器件”、“有机光电子器件”和“有机发射二极管”同时使用并具有相同的含义。
术语“使用寿命”和“寿命”同时使用并具有相同的含义。
阳极电极和阴极电极可以描述为阳极/阴极或者阳极电极/阴极电极或者阳极层/阴极层。
室温,也称为环境温度,为23℃。
附图说明
参考以下示例性实施方式及附图,本发明的这些和/或其他方面及优势将变得显而易见并且更容易理解,其中:
图1是根据本发明的一个示例性实施方式的有机发光二极管(OLED)的示意性截面图。
图2是根据本发明的一个示例性实施方式的OLED的示意性截面图。
图3是根据本发明的一个示例性实施方式的包含电荷产生层的叠层OLED的示意性截面图。
具体实施方式
下文将详细参考本发明的示例性实施方式,且本发明的实施例示于附图中,其中相同的附图标记始终指示相同的要素。下面为了解释本发明的各方面,将参考附图对示例性实施方式进行说明。
本文中,当第一元件称作形成或设置在第二元件“上”或“上面”时,第一元件能够直接布置在第二元件上,或者一个或多个其他元件可以布置在其间。当第一元件称作“直接”形成或设置在第二元件“上”或“上面”时,在其间没有设置其他元件。
图1是根据一个本发明示例性实施方案的有机发光二极管(OLED)100的示意性截面图。OLED 100包括基底110、阳极120、空穴注入层(HIL)130、空穴传输层(HTL)140、发光层(EML)150、电子传输层(ETL)160。电子传输层(ETL)160形成在EML 150上。在电子传输层(ETL)160上,设置电子注入层(EIL)180。阴极190直接设置在电子注入层(EIL)180上。
能够使用任选的电子传输层叠层(ETL)代替单个电子传输层160。
图2是根据本发明另一示例性实施方案的OLED 100的示意性截面图。图2与图1的不同之处在于,图2的OLED 100包含电子阻挡层(EBL)145和空穴阻挡层(HBL)155。
参考图2,OLED 100包括基底110、阳极120、空穴注入层(HIL)130、空穴传输层(HTL)140、电子阻挡层(EBL)145、发光层(EML)150、空穴阻挡层(HBL)155、电子传输层(ETL)160、电子注入层(EIL)180和阴极电极190。
优选地,包含式(I)的化合物的有机半导体层可以是ETL。
图3是根据本发明另一示例性实施方案的串联OLED 200的示意性截面图图。图3与图2的不同之处在于,图3的OLED 100还包含电荷产生层(CGL)和第二发光层(151)。
参考图3,OLED 200包含基底110、阳极120、第一空穴注入层(HIL)130、第一空穴传输层(HTL)140、第一电子阻挡层(EBL)145、第一发光层(EML)150、第一空穴阻挡层(HBL)155、第一电子传输层(ETL)160、n型电荷产生层(n型CGL)185、空穴产生层(p型电荷产生层;p型GCL)135、第二空穴传输层(HTL)141、第二电子阻挡层(EBL)146、第二发光层(EML)151、第二空穴阻挡层(EBL)156、第二电子传输层(ETL)161、第二电子注入层(EIL)181和阴极190。
优选地,包含式(I)的化合物的有机半导体层可以是第一ETL、n型CGL和/或第二ETL。
尽管未在图1、图2和图3中示出,但是可以在阴极电极190上进一步形成密封层,以密封OLED 100和200。此外,可以对其应用多种其他变体。
下文中,将参考如下实例来详细描述本发明的一个或多个示例性实施方案。然而,这些实例不旨在限制本发明的一个或多个示例性实施方案的目的和范围。
实验数据
式(I)的化合物的制备
可以按下述制备式(I)的化合物。
将碳酸钾(20mmol,2当量)溶于~10ml去离子水中,将溶液用N2脱气30分钟。将二烷(40ml)在100ml三口圆底烧瓶中用N2脱气30分钟。然后在正氮气压力下向烧瓶中加入相应的芳基硼酸酯(10mmol,1当量)、氯三嗪(22mmol,1.1当量)和四(三苯基膦)钯(0)(0.2mmol,0.02当量)。使用注射器添加脱气的碳酸钾溶液,将氮气吹扫的回流冷凝器连接到烧瓶上,并将反应混合物加热至90℃并搅拌12小时。将混合物冷却至室温,过滤收集沉淀物,用水、甲醇洗涤,在40℃下真空干燥,得到粗产物,所述粗产物可通过用适当溶剂重结晶或研磨进一步提纯。通过在高真空中升华实现最终提纯。
熔点
熔点(mp)确定为由上述TGA-DSC测量的DSC曲线或单独的DSC测量(MettlerToledo DSC822e,在纯氮气流下在10K/min的加热速率下将样品从室温加热至完全熔化。将4~6mg样品放入带有盖子的40μL Mettler Toledo铝盘中,在盖子中刺入<1mm的孔)的峰值温度。
式(I)的化合物的熔点可选自约260℃~约350℃,优选为约270℃~约330℃,还优选为约280℃~约320℃。
玻璃化转变温度
如2010年3月公开的DIN EN ISO 11357中记载的那样,在Mettler Toledo DSC822e示差扫描热量计中在氮气下以10K每分钟的加热速率测量玻璃化转变温度(Tg)。
式(I)的化合物的玻璃化转变温度可选自约115℃~约200℃,优选为约120℃~约190℃,还优选为约125℃~约180℃。
还原电位
通过循环伏安法利用恒电位装置Metrohm PGSTAT30和软件Metrohm AutolabGPES在室温下确定还原电位。在经氩气脱气的、干燥的待测物质的0.1M THF溶液中,在氩气气氛下,使用Ag/AgCl准标准电极(Metrohm银棒电极)(由包覆有氯化银且直接浸入测量溶液中的银线构成),在铂工作电极之间利用0.1M的四丁基六氟磷酸铵支持电解质,以100mV/s的扫描速率测量特定化合物下给出的氧化还原电位。第一次运行在工作电极所设定的电位的最宽范围下完成,然后在随后的运行中适当地调整该范围。最后三次运行在添加作为标准物的二茂铁(浓度为0.1M)的情况下完成。在通过用对应于所研究化合物的阴极峰和阳极峰的电位的平均值减去所观测到的标准Fc+/Fc氧化还原电对的阴极电位和阳极电位的平均值后,最终得到上述报告值。全部研究的化合物以及所报告的比较化合物均显示了清楚的可逆电化学性质。
标准起始温度
通过将100mg化合物装载到VTE源中确定标准起始温度(TRO)。作为VTE源,使用由Kurt J.Lesker公司(www.lesker.com)或CreaPhys GmbH(http://www.creaphys.com)提供的用于有机材料的点源。在小于10-5毫巴的压力下以15K/分钟的恒定速率加热VTE源,且利用热电偶的情况下测量VTE源内部的温度。利用QCM检测器检测化合物的蒸发,所述QCM检测器检测化合物在该检测器的石英晶体上的沉积物。以埃每秒计量在石英晶体上的沉积速率。为了确定标准起始温度,以VTE源温度对沉积速率作图。标准起始温度为在QCM检测器上发生显著的沉积时的温度。为了得到准确的结果,将VTE源加热冷却三次并且仅使用由第二次运行和第三次运行得到的结果来确定标准起始温度。
为了实现对有机化合物的蒸发速率的良好控制,标准起始温度可在200℃~255℃的范围内。如果标准起始温度低于200℃,则蒸发有可能太快而由此导致难以进行控制。如果标准起始温度大于255℃,则蒸发速率可能太低,这可能导致节拍时间低并且由于经受蒸发温度的时间延长而可能发生VTE源中的有机化合物的分解。
标准起始温度是对化合物的挥发性的间接测量。标准起始温度越高,化合物的挥发性越低。
式(I)的化合物的标准起始温度可选自约230℃~约300℃,优选为约240℃~约290℃。
偶极矩
如下给出含有N原子的分子的偶极矩
其中qi为分子中的原子i的局部电荷和位置。
由半经验分子轨道法确定偶极矩。
在程序包TURBOMOLE V6.5(TURBOMOLE GmbH,Litzenhardtstrasse 19,76135Karlsruhe,德国)中实施,使用杂化泛函B3LYP,在气相中使用6-31G*基组,对分子结构的几何结构进行优化。如果一个以上的构型是可行的,则选择具有最小总能量的构型来确定分子的键长。
式(I)的化合物的偶极矩可选自约3德拜~约6德拜,优选为约3.2德拜~约6德拜,还优选为约3.4德拜~约6德拜。
HOMO和LUMO
利用程序包TURBOMOLE V6.5计算HOMO和LUMO。通过应用杂化泛函B3LYP,在气相中使用6-31G*基组,确定分子结构的优化的几何结构及HOMO和LUMO能级。如果一个以上的构型是可行的,则选择具有最小总能量的构型。
式(I)的化合物的HOMO可选自约-5.4eV~约-5.9eV,优选为约-5.5eV~约-5.8eV,还优选为约-5.6eV~约-5.7eV。
式(I)的化合物的LUMO可选自约-1.8eV~约-2.1eV,优选为约-1.85eV~约-2.08eV,还优选为约-1.9eV~约-2.05eV。
制造OLED的一般程序
在实施例1至5和比较例1中,为了制造顶部发光OLED器件,将玻璃基底切割成50mm×50mm×0.7mm的尺寸,利用异丙醇进行5分钟的超声清洗且然后用纯水进行5分钟的超声清洗,并且用UV臭氧再次清洗30分钟以制备基底。在10-5毫巴~10-7毫巴的压力下将100nm的Ag沉积在基底上以形成阳极。
接着,将92体积%的联苯-4-基(9,9-二苯基-9H-芴-2-基)-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-胺(CAS 1242056-42-3)与8体积%的2,2',2”-(环丙烷-1,2,3-三叉基)三(2-(对氰基四氟苯基)乙腈)真空沉积在阳极上,形成厚度为10nm的空穴注入层(HIL)。接着,将联苯-4-基(9,9-二苯基-9H-芴-2-基)-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-胺真空沉积在HIL上,形成厚度为118nm的空穴传输层(HTL)。
接着,将N,N-双(4-(二苯并[b,d]呋喃-4-基)苯基)-[1,1':4',1'-三联苯]-4-胺(CAS 1198399-61-9)真空沉积在HTL上,形成厚度为5nm的电子阻挡层(EBL)。
接着,沉积发光层(EML)。将作为EML主体的97体积%的H09(Sun Fine Chemicals(太阳精细化学公司))和作为荧光蓝光掺杂剂的3体积%BD200(Sun Fine Chemicals)沉积在EBL上,形成厚度为20nm的蓝色发光EML。
接着,在EML上沉积2,4-二苯基-6-(4',5',6'-三苯基-[1,1':2',1”:3”,1”':3”',1””-五联苯]-3””-基)-1,3,5-三嗪,形成厚度为5nm的空穴阻挡层(HBL)。
接着,通过基质化合物和碱金属有机络合物的共沉积在空穴阻挡层上形成厚度为31nm的电子传输层(ETL)。ETL的组成如表2中所示。
接着,通过沉积Yb在电子传输层上形成厚度为2nm的电子注入层(EIL)。
在10-7毫巴下以0.01至的速率蒸发Ag,形成厚度为11nm的阴极。
在阴极上形成厚度为75nm的联苯-4-基(9,9-二苯基-9H-芴-2-基)-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-胺的覆盖层。
通过用载玻片包封器件来保护OLED叠层结构免受环境条件的影响。由此,形成空腔,其包括用于进一步保护的吸气材料。
为了评估本发明实施例与现有技术相比的性能,在20℃下测量电流效率。使用Keithley 2635源表测量单元通过提供以V计量的电压并且以mA计量测试中流经器件的电流来确定电流电压特性。在0V至10V的范围内以0.1V的步长改变施加至器件的电压。同样地,通过使用经由Deutsche Akkreditierungsstelle(DAkkS)对各电压值进行了校准的仪器系统公司(Instrument Systems)的CAS-140CT阵列光谱仪测量以cd/m2计的亮度,来确定亮度-电压特性和CIE坐标。通过分别内退亮度-电压特性和电流-电压特性来确定在10mA/cm2下的cd/A效率。
使用Keithley 2400源表在环境条件(20℃)和30mA/cm2下测量器件的寿命LT,并以小时为单位记录。
使用校准的光电二极管测量器件的亮度。寿命LT定义为直到器件的亮度降低到其初始值的97%的时间。
本发明的技术效果
式(I)的化合物的性质
在表1中示出了比较化合物1和式(I)化合物的mp、Tg、TRO、HOMO和LUMO能级以及偶极矩。令人意外的是,式(I)的化合物相比于比较化合物1具有更低的熔点。另外,式(I)的化合物具有在适用于有机电子领域的范围内的玻璃化转变温度。玻璃化转变温度不应当太低,因为这可能会影响有机电子器件的稳定性,特别是例如应用于汽车行业时的在高温下的稳定性。另外,式(I)的化合物的标准起始温度在适用于批量生产的范围内。
令人意外的是,式(I)的化合物的LUMO没有比较化合物1的LUMO那么负。由此,可实现有机电子器件中电荷平衡的精细调节。
在表2中示出了比较例1和实施例1至5的有机半导体层的组成、工作电压、cd/A效率和寿命。
在比较例1中,有机半导体层包含本领域中已知的化合物作为基质化合物并且包含LiQ作为掺杂剂。
在实施例1至5中,有机半导体层包含式(I)的化合物作为基质化合物并且包含LiQ作为掺杂剂。
由表2可以看出,实施例1至5的工作电压低于比较例1的工作电压。cd/A效率相比于比较例1而言得到改善。更低的工作电压和更高的cd/A效率可导致能耗降低。在移动显示装置中,电池的寿命可得到提高。另外,实施例1和2的寿命相比于比较例1而言得到提高。提高的寿命对于器件的长期稳定性是重要的。
总之,式(I)的化合物和包括含有式(I)化合物的有机半导体层的有机电子器件相比于现有技术的情况而言显示优异的性能。
前述说明及从属权利要求中公开的各特征可单独地及以它们的任意组合的方式以它们的多种形式作为实现独立权利要求中所完成的公开的各方面的材料。

Claims (15)

1.一种式(I)的化合物,
其中R1至R10和/或Ar4中的至少一者是具有式(II)的基团,
其中式(II)中的星号符号“*”表示具有式(II)的基团的结合位置;
L选自取代或未取代的C6至C18芳亚基;
Ar1选自取代或未取代的C3至C24杂芳基,其中所述杂芳基包含至少两个N原子;
Ar2和Ar3独立地选自取代或未取代的C6至C24芳基和/或取代或未取代的C4至C24杂芳基,其中彼此不同地选择Ar2和Ar3
Ar4选自取代或未取代的C1至C16烷基、取代或未取代的C6至C24芳基、取代或未取代的C2至C24杂芳基和具有通式(II)的基团;
R1至R10独立地选自H、D、F、C1至C20烷基、C6至C20芳基、C2至C20杂芳基和具有式(II)的基团;并且R1和R2,或者R2和R3,或者R3和R4,或者R5和R6,可彼此独立地形成稠环或稠环体系;
其中,在各个被取代的基团中,取代基各自独立地选自D、F、C1至C20直链烷基、C3至C20支链烷基、C3至C20环状烷基、C1至C20直链烷氧基、C3至C20支链烷氧基、C1至C12直链氟化烷基、C1至C12直链氟化烷氧基、C3至C12支链的氟化的环状烷基、C3至C20氟化环状烷基、C3至C12氟化环状烷氧基、CN、RCN、C6至C20芳基、C2至C20杂芳基、OR、SR、(C=O)R、(C=O)NR2、SiR3、(S=O)R、(S=O)2R、(P=O)R2
其中每个R独立地选自C1至C20直链烷基、C1至C20烷氧基、C1至C20硫代烷基、C3至C20支链烷基、C3至C20环状烷基、C3至C20支链烷氧基、C3至C20环状烷氧基、C3至C20支链硫代烷基、C3至C20环状硫代烷基、C6至C20芳基和C2至C20杂芳基。
2.根据权利要求1所述的化合物,其中L选自苯亚基、联苯亚基、三联苯亚基、菲亚基、联三苯叉亚基和萘亚基。
3.根据权利要求1或2所述的化合物,其中Ar1是三嗪或嘧啶。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的化合物,其中Ar3是联苯基、萘基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的化合物,其中Ar2是苯基。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的化合物,其中Ar4选自苯基、联苯基、三联苯基、萘基和具有式(II)的基团。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的化合物,其中R1和R2一起形成稠环。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的化合物,其中所述式(I)的化合物具有下列式(Ia)、(Ib)、(Ic)和(Id)中的一个,
9.根据前述权利要求中的任一项所述的化合物,其中所述化合物具有以下结构A-1至A-15中的一种,
10.一种有机半导体层,所述有机半导体层包含根据前述权利要求中的任一项所述的式(I)化合物。
11.根据权利要求10所述的有机半导体层,其中所述有机半导体层还包含金属、金属盐或者碱金属或碱土金属络合物;或者有机碱金属或碱土金属络合物;或者8-羟基喹啉锂或碱金属硼酸盐。
12.一种有机电子器件,所述有机电子器件包含根据权利要求10至11所述的有机半导体层。
13.根据权利要求12所述的有机电子器件,所述有机电子器件还包含阳极、发光层和阴极,其中所述有机半导体层布置在所述发光层和所述阴极之间。
14.一种显示装置,所述显示装置包含根据权利要求12或13所述的有机电子器件。
15.一种照明装置,所述照明装置包含权利要求12或13所述的有机电子器件。
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