CN110872313A - 含硅螺环结构的化合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含硅螺环结构的化合物及其应用,该化合物具有如式(1)所示的结构通式。该化合物稳定性好、发光效率高、寿命长、合成简单。

Description

含硅螺环结构的化合物及其应用
本申请要求于2018年12月10日提交中国专利局、申请号为2018115004215、发明名称为“一类含硅螺环结构的化合物、高聚物、混合物、组合物及其有机电子器件”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及光电材料领域,特别是涉及一类含硅螺环结构的化合物、高聚物、混合物、组合物及其有机电子器件。
背景技术
有机半导体材料具有结构多样性、制造成本相对较低、光电性能优越等特性,在有机发光二极管 (OLED)等光电器件(例如平板显示器和照明)方面的应用具有巨大的潜力。
为了提高有机发光二极管的发光性能,推进有机发光二极管大范围产业化进程,各类有机光电性能材料体系已被广泛地开发。但OLED的性能,特别是寿命和稳定性仍有待进一步提高。高效稳定的有机光电性能材料急需被开发出来。
磷光发光材料能够同时利用单线态和三线态激子发光,使用磷光发光材料的有机发光二极管可以取得几乎100%的内部电致发光量子效率,因而成为目前业界的主流发光材料体系,特别是红绿光。但红绿光磷光发光材料自身易受电荷传输不平衡和聚集诱导淬灭的影响,要获得高效长寿命的发光二极管,主体材料是关键。
主体材料在发光层中发挥着能量传输和激子分散等重要作用。在激子分散方面,主体材料包含具有一定位阻的结构,能够有效阻止分子与分子间形成密堆积,降低激子淬灭的几率。而在能量传输方面,在分子结构中,适当搭配一些空穴或电子传输的基团,有利于能量传输。
在现有技术中,硅螺环结构单元常用作扭曲结构单元应用到主体材料中,如专利US2004209115A1、 US2006134425A1等所述,利用硅螺环结构单元作为核心架构,能够获得不错的器件性能,如通过进一步调整硅螺环的结构,将有望进一步提高材料器件性能。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种含硅螺环结构的化合物及其应用,旨在解决现有的有机电子元件性能及器件性能偏低的问题。
本发明的技术方案如下:
一类如下通式(1)所示的含硅螺环结构的化合物,
Figure BDA0002271422170000011
其中,
A的结构如式(2)所示:
Figure BDA0002271422170000012
Z1每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、Si(R6R7)、C=N(R6)、C=C(R6R7)、P(R6)、P(=O)R6、 S、S=O或SO2,或单键;
Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、Si(R6R7)、C=N(R6)、C=C(R6R7)、P(R6)、P(=O)R6、 S、S=O或SO2
Ar1~Ar4每次出现时分别独立选自环原子数5~30的芳香基团或杂芳香基团;
R1~R7每次出现时分别独立选自H、D、F、CN、烯基、炔基、胺基、硝基、酰基、烷氧基、羰基、砜基、取代或未取代的碳原子数1~30的烷基、取代或未取代的碳原子数3~30的环烷基、取代或未取代的环原子数5~60的芳香基团或杂芳香基团。
一种高聚物,所述高聚物包含至少一个重复单元,所述重复单元包含如上述的化学式(1)所示的结构单元。
一种混合物,所述混合物包括一种上述的化合物或高聚物,及至少一种有机功能材料,所述的有机功能材料选自空穴注入材料(HIM)、空穴传输材料(HTM)、电子传输材料(ETM)、电子注入材料(EIM)、电子阻挡材料(EBM)、空穴阻挡材料(HBM)、发光体(Emitter)、主体材料(Host)或有机染料。
一种组合物,所述组合物包括一种上述的含硅螺环结构的化合物或高聚物,及至少一种有机溶剂。
一种有机电子器件,所述有机电子器件至少包括一种如上述的含硅螺环结构的化合物或高聚物或混合物。
有益效果:本发明将硅螺环结构单元用作扭曲结构单元应用到主体材料中,利用硅螺环结构单元作为核心架构,通过改变侧基,得到一系列含硅螺环结构的化合物,丰富了主体材料的种类。按照本发明的含硅螺环结构的化合物用于OLED中,特别是作为发光层材料,能提供较优器件性能。其可能的原因如下,但不限于此,本发明的含硅螺环结构的化合物通过对硅螺环结构进行优化,同时适当搭配电子和/或空穴传输单元,使其既具有较好的激子分散能力,又能实现较好的能量传输作用,从而有效提高相关材料和器件的效率和寿命。
具体实施方式
本发明提供一种含硅螺环结构的化合物及其应用。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明中,组合物和印刷油墨,或油墨具有相同的含义,它们之间可以互换。
在本发明中,主体材料,基质材料,Host或Matrix材料具有相同的含义,它们之间可以互换。
在本发明中,“取代”表示被取代基中的氢原子被取代基所取代。
在本发明中,“环原子数”表示原子键合成环状而得到的结构化合物(例如,单环化合物、稠环化合物、交联化合物、碳环化合物、杂环化合物)的构成该环自身的原子之中的原子数。该环被取代基所取代时,取代基所包含的原子不包括在成环原子内。关于以下所述的“环原子数”,在没有特别说明的条件下也是同样的。例如,苯环的环原子数为6,萘环的环原子数为10,噻吩基的环原子数为5。
在本发明中,芳香族环系或芳香基团或芳香基或芳族指至少包含一个芳香环的烃基,包括单环基团和多环的环系统。杂芳香族环系或杂芳香基团或杂芳香基或杂芳族指包含至少一个杂芳环的烃基(含有杂原子),包括单环基团和多环的环系统。这些多环的环可以具有两个或多个环,其中两个碳原子被两个相邻的环共享,即稠环。多环的这些环种,至少一个是芳香族的或杂芳香族的。对于本发明的目的,芳香族或杂芳香族环系不仅包括芳香基或杂芳香基的体系,而且,其中多个芳基或杂芳基也可以被短的非芳族单元间断(<10%的非H原子,优选小于5%的非H原子,比如C、N或O原子)。因此,比如9,9'-螺二芴,9,9-二芳基芴,三芳胺,二芳基醚等体系,对于该发明目的同样认为是芳香族环系。
具体地,芳香族环系的例子有:苯、萘、蒽、菲、二萘嵌苯、并四苯、芘、苯并芘、三亚苯、苊、芴、及其衍生物。
具体地,杂芳香族环系的例子有:呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、吡咯、吡唑、三唑、咪唑、恶唑、恶二唑、噻唑、四唑、吲哚、咔唑、吡咯并咪唑、吡咯并吡咯、噻吩并吡咯、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃、苯并异恶唑、苯并异噻唑、苯并咪唑、吡啶、吡嗪、哒嗪、嘧啶、三嗪、喹啉、异喹啉、邻二氮萘、喹喔啉、菲啶、伯啶、喹唑啉、喹唑啉酮、及其衍生物。
在本发明实施例中,有机材料的能级结构,三线态能级ET、HOMO、LUMO起着关键的作用。以下对这些能级的做介绍:
HOMO和LUMO能级可以通过光电效应进行测量,例如XPS(X射线光电子光谱法)和UPS(紫外光电子能谱)或通过循环伏安法(以下简称CV)。最近,量子化学方法,例如密度泛函理论(以下简称DFT),也成为行之有效的计算分子轨道能级的方法。
有机材料的第一三线态能级T1可通过低温时间分辨发光光谱来测量,或通过量子模拟计算(如通过 Time-dependent DFT)得到,比如通过商业软件Gaussian 03W(GaussianInc.)计算得到。
应该注意,HOMO、LUMO、T1的绝对值取决于所用的测量方法或计算方法,甚至对于相同的方法,不同评价的方法,例如在CV曲线上起始点和峰点可给出不同的HOMO/LUMO值。因此,合理有意义的比较应该用相同的测量方法和相同的评价方法进行。本发明实施例的描述中,HOMO、LUMO、T1的值是基于Time-dependent DFT的模拟,但不影响其他测量或计算方法的应用。
在发明中,(HOMO-1)定义为第二高的占有轨道能级,(HOMO-2)为第三高的占有轨道能级,以此类推。 (LUMO+1)定义为第二低的未占有轨道能级,(LUMO+2)为第三低的占有轨道能级,以此类推。
本发明首先提供了一种含硅螺环结构的化合物,其结构通式如式(1)所示,
Figure BDA0002271422170000031
其中,
A的结构如式(2)所示,
Figure BDA0002271422170000032
Z1每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、Si(R6R7)、C=N(R6)、C=C(R6R7)、P(R6)、P(=O)R6、 S、S=O或SO2,或单键;
Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、Si(R6R7)、C=N(R6)、C=C(R6R7)、P(R6)、P(=O)R6、 S、S=O或SO2
Ar1~Ar4每次出现时分别独立选自环原子数5~30的芳香基团或杂芳香基团;
R1~R7每次出现时分别独立选自H、D、F、CN、烯基、炔基、胺基、硝基、酰基、烷氧基、羰基、砜基、取代或未取代的碳原子数1~30的烷基、取代或未取代的碳原子数3~30的环烷基、取代或未取代的环原子数5~60的芳香基团或杂芳香基团。
在一些优选的实施例中,R1~R7每次出现时独立选自D、CN、取代或未取代的碳原子数1~18的烷基、取代或未取代的碳原子数3~18的环烷基、取代或未取代的环原子数为5~30芳香基团或杂芳香基团;在更加优选的实施例中,R1~R7分别独立选自D、取代或未取代的碳原子数1~12的烷基、取代或未取代的环原子数为5~20芳香基团或杂芳香基团;在最为优选的实施例中,R1~R7分别独立选自D、取代或未取代的碳原子数1~6的烷基、取代或未取代的环原子数为5~15芳香基团或杂芳香基团。
在一些优选的实施例中,所述含硅螺环结构的化合物的结构通式选自式(2-1)或式(2-2):
Figure BDA0002271422170000033
在一些优选的实施例中,所述含硅螺环结构的化合物中Ar1~Ar4分别独立选自如下所示结构基团中的一种:
Figure BDA0002271422170000034
其中,
X1每次出现时分别独立选自CR8或N;
Y1每次出现时分别独立选自N(R9)、C(R9R10)、Si(R9R10)、C(=O)、S或O;
R8~R10每次出现时分别独立选自H、D、F、CN、烯基、炔基、胺基、硝基、酰基、烷氧基、羰基、砜基、取代或未取代的碳原子数1~30的烷基、取代或未取代的碳原子数3~30的环烷基、取代或未取代的环原子数5~60芳香基团或杂芳香基团;相邻的R8之间彼此形成脂族、芳族或杂芳族环系。
在一些优选的实施例中,Ar1~Ar4均选自环原子为6的芳香基团或杂芳香基团。
在一些优选的实施例中,Ar1~Ar4中至少有一个选自
Figure BDA0002271422170000041
在一优选的实施例中,Ar1~Ar4中至少有两个选自
Figure BDA0002271422170000042
优选地,Ar3和Ar4选自
Figure BDA0002271422170000043
在一些优选的实施例中,Ar1~Ar4中至少有一个选自环原子数为9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;在一些优选的实施例中,Ar1~Ar4中至少有两个选自环原子数为9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;在一些优选的实施例中,Ar1~Ar4中至少有三个选自环原子数为9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;优选地,所述稠环芳香基团或稠环杂芳香基团选自:
Figure BDA0002271422170000044
更优选地,所述芳香基团或稠环杂芳香基团选自:
Figure BDA0002271422170000045
在一些优选的实施例中,Ar1选自环原子数为9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;在一些优选的实施例中,Ar3选自环原子数为9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;在一些优选的实施例中,Ar2选自环原子数为9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;在一些优选的实施例中,Ar3和Ar4选自环原子数为9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;在一些优选的实施例中,Ar1及Ar3和Ar4中选自环原子数为 9-18的稠环芳香基团或稠环杂芳香基团;优选地,所述稠环芳香基团或稠环杂芳香基团选自
Figure BDA0002271422170000046
Figure BDA0002271422170000047
优选地,所述稠环芳香基团或稠环杂芳香基团选自
Figure BDA0002271422170000048
Figure BDA0002271422170000049
在一些优选的实施例中,所述Ar1~Ar4分别独立选自如下所示结构基团中的一种:
Figure BDA00022714221700000410
在一些优选的实施例中,Ar1和Ar2选自苯,更优选地,所述含硅螺环结构的化合物的结构通式选自式 (3-1)-(3-4)中的任意一种:
Figure BDA0002271422170000051
其中:
Z1每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、S或SO2;Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、 O、S、S=O或SO2
在一个优选的实施例中,当Z1选自单键时,Z2优选自C(R6R7)、N(R6)、O、S、S=O或SO2;更优选地,Z2优选自C(R6R7)、N(R6)、O、S;进一步地,Z2优选自C(R6R7)或N(R6);进一步地,当Z1选自单键时,所述化合物结构通式选自式(Ⅰ)-(Ⅴ)中的任意一种:
Figure BDA0002271422170000052
在一些更优选的实施例中,Ar1-Ar4均选自苯,所述含硅螺环结构的化合物的结构通式选自式(4-1)- (4-4)中的任意一种:
Figure BDA0002271422170000053
在一些优选的实施例中,Z1每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、S或SO2;Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、S、S=O或SO2
在一些优选的实施例中,Z1和Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)或N(R6)。
在一些优选的实施例中,Z1选自C(R6R7),Z2选自C(R6R7)、N(R6)、O或S;
在一些优选的实施例中,Z1选自N(R6),Z2选自C(R6R7)、N(R6)、O或S;更优选地,Z1选自N(R6), Z2选自N(R6)。
在一些优选的实施例中,Z1选自O或S,Z2选自C(R6R7)、N(R6)、O或S;更优选地,Z1选自O或S, Z2选自N(R6)。
在一些优选的实施例中,R1~R7包含一种或多种缺电子基团A和/或一种或多种富电子基团D。
在一些优选的实施例中,所述含硅螺环结构的化合物的R1~R7至少一个包含吸电子基团A,优选地, R1~R7分别独立选自如下所示结构基团中的一种:
Figure BDA0002271422170000054
其中,X2每次出现时分别独立选自N或CR11;优选地,至少一个X2选自N;
Y2每次出现时分别独立选自N(R11)、C(R11R12)、Si(R11R12)、O、C=N(R11)、C=C(R11R12)、P(R11)、P(=O) R11、S、S=O或SO2;R11~R12每次出现时分别独立选自H、D、F、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、杂烷基、芳香基或杂芳香基;
在一些优选的实施方案中,所述缺电子基团A为如下的化学式的结构单元:
Figure BDA0002271422170000061
在一些更优选的实施方案中,所述缺电子基团A为如下的化学式的结构单元:
Figure BDA0002271422170000062
在一些优选的实施方案中,所述富电子基团D为如下的化学式的结构单元:
Figure BDA0002271422170000063
其中,Y3每次出现时分别独立选自N(R12)、C(R12R13)、Si(R12R13)、O、C=N(R12)、C=C(R12R13)、P(R12)、 P(=O)R12、S或SO2
Y4每次出现时分别独立选自单键、N(R12)、C(R12R13)、Si(R12R13)、O、C=N(R12)、C=C(R12R13)、P(R12)、 P(=O)R12、S或SO2
X2、Y2含义同上。;
R12~R15每次出现时分别独立选自H、D、F、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、杂烷基、芳基或杂芳基;
Ar5每次出现时分别独立选自碳原子数5~40的芳香基团或杂芳香基团。
优选地,所述富电子基团D为如下的化学式的结构单元:
Figure BDA0002271422170000064
更优选地,所述富电子基团D为如下的化学式的结构单元:
Figure BDA0002271422170000065
在一些优选的实施例中,R1~R7至少一个选自如下所示结构基团:
Figure BDA0002271422170000071
在一些优选的实施例中,R6选自吸电子基团;在一些优选的实施例中,R1-R5至少有一个选自
Figure BDA0002271422170000072
优选地,R1或R5选自
Figure BDA0002271422170000073
下面举例按照本发明的通式(1)所示的化合物的具体例子,但并不限定于:
Figure BDA0002271422170000074
Figure BDA0002271422170000081
Figure BDA0002271422170000091
在一些优选的实施例中,所述含硅螺环结构的化合物的T1≥2.2eV,优选地,T1≥2.4eV,更优选地, T1≥2.5eV,最优选地,T1≥2.6eV。
在一些优选的实施例中,所述含硅螺环结构的化合物的玻璃化温度Tg≥100℃,优选地,Tg≥120℃,更优选地,Tg≥140℃,进一步优选地,Tg≥160℃,最优选地,Tg≥180℃。
在一些优选的实施例中,所述含硅螺环结构的化合物部分被氘代,优选为10%的H被氘代,更优选为 20%的H被氘代,进一步优选为30%的H被氘代,最优选为40%的H被氘代。
在一个优选的实施例中,本发明的含硅螺环结构的化合物是一种小分子材料,用于蒸镀性OLED器件,其分子量≤1000mol/kg,优选地≤900mol/kg,更优选地≤850mol/kg,进一步优选地≤800mol/kg,最优选地≤700mol/kg。
本发明还涉及一种高聚物,其中至少有一个重复单元包含有如通式(1)所示的结构。在某些实施例中,所述的高聚物是非共轭高聚物,其中如通式(1)所示的结构单元在侧链上。在另一个优选的实施例中,所述的高聚物是共轭高聚物。
本文中所定义的术语“小分子”是指不是聚合物,低聚物,树枝状聚合物,或共混物的分子。特别是,小分子中没有重复结构。小分子的分子量≤3000克/摩尔,较好是≤2000克/摩尔,最好是≤1500克/摩尔。
高聚物,即Polymer,包括均聚物(homopolymer),共聚物(copolymer),镶嵌共聚物(block copolymer)。另外在本发明中,高聚物也包括树状物(dendrimer),有关树状物的合成及应用请参见[Dendrimers and Dendrons,Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,2002,Ed.George R.Newkome,Charles N.Moorefield,Fritz Vogtle.]。
共轭高聚物(conjugated polymer)是一高聚物,它的主链backbone主要是由C原子的sp2杂化轨道构成,著名的例子有:聚乙炔polyacetylene和poly(phenylenevinylene),其主链上的C原子的也可以被其他非C 原子取代,而且当主链上的sp2杂化被一些自然的缺陷打断时,仍然被认为是共轭高聚物。另外在本发明中共轭高聚物也包括主链上包含有芳基胺(aryl amine)、芳基磷化氢(aryl phosphine)及其他杂环芳烃(heteroarmotics)、有机金属络合物(organometallic complexes)等。
本发明还涉及一种混合物,包括如一种上述的含硅螺环结构的化合物或高聚物,以及至少另一种有机功能材料。所述的另一种的有机功能材料,包括空穴(也称电洞)注入或传输材料(HIM/HTM)、空穴阻挡材料(HBM)、电子注入或传输材料(EIM/ETM)、电子阻挡材料(EBM)、有机主体材料(Host)、单重态发光体(荧光发光体)、有机热激发延迟荧光材料(TADF材料)、三重态发光体(磷光发光体),特别是发光有机金属络合物,和有机染料。例如在WO2010135519A1、US20090134784A1和WO 2011110277A1中对各种有机功能材料有详细的描述,并将此3专利文件中的全部内容并入本文作为参考。有机功能材料可以是小分子和高聚物材料。
在一个优选的实施例中,所述的混合物包含一种本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物,还包含一种磷光发光体。这里本发明的含硅螺环结构的化合物可以作为主体,磷光发光体重量百分比为≤30wt%,优选为≤25wt%,最优选为≤20wt%。
在另一个优选的实施例中,所述的混合物包含一种本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物,还包含另一种主体材料和一种磷光发光体。这里本发明的含硅螺环结构的化合物作为共主体材料,含硅螺环结构的化合物重量百分比≥10wt%,优选为≥20wt%,更优选为≥30wt%,最优选为≥40wt%。
在一个较为优选的实施例中,所述的混合物包含一种本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物,还包含一种磷光发光体和一种主体材料。这里本发明的含硅螺环结构的化合物可以作为辅助发光材料,其与磷光发光体的重量比为1:2~2:1,或含硅螺环结构的化合物的T1高于所述的磷光发光体。
在一个较为优选的实施例中,所述的混合物包含一种本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物,和另一种TADF材料。
在另一些优选的实施例中,所述的混合物包含一种本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物,和另一种ETM材料。
下面对三重态主体材料,三重态发光体及TADF材料作一些较详细的描述,但不限于此:
①三重态主体材料(Triplet Host)
三重态主体材料的例子并不受特别的限制,任何金属络合物或含硅螺环结构的化合物都可能被用作为主体,只要其三重态能级比发光体,特别是三重态发光体或磷光发光体更高。
可用作三重态主体(Host)的金属络合物的例子包括(但不限于)如下的一般结构:
Figure BDA0002271422170000101
M是一金属;(Y5-Y6)是一两齿配体,Y5和Y6独立地选自C,、N、O、P和S;L是一个辅助配体; m是一整数,其值从1到此金属的最大配位数;在一个优选的实施方案中,可用作三重态主体的金属络合物有如下的形式:
Figure BDA0002271422170000102
(O-N)是一两齿配体,其中金属与O和N原子配位,m是一整数,其值从1到此金属的最大配位数;
在一个较为优选的实施例中,M可选于Ir和Pt。
可作为三重态主体的含硅螺环结构的化合物的例子选自包含有环芳香烃基的化合物,例如苯、联苯、三苯基苯、苯并芴;包含有芳香杂环基的化合物,如二苯并噻吩、二苯并呋喃、二苯并硒吩、呋喃、噻吩、苯并呋喃、苯并噻吩、苯并硒吩、咔唑、二苯并咔唑、吲哚咔唑、吡啶吲哚、吡咯二吡啶、吡唑、咪唑、三唑类、恶唑、噻唑、恶二唑、恶三唑、二恶唑、噻二唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪类、恶嗪、恶噻嗪、恶二嗪、吲哚、苯并咪唑、吲唑、恶唑、二苯并恶唑、苯异恶唑、苯并噻唑、喹啉、异喹啉、邻二氮杂萘、喹唑啉、喹喔啉、萘、酞、蝶啶、氧杂蒽、吖啶、吩嗪、吩噻嗪、吩恶嗪、苯并呋喃吡啶、呋喃并吡啶、苯并噻吩吡啶、噻吩吡啶、苯并硒吩吡啶和硒吩苯并二吡啶;包含有2~10环结构的基团,它们可以是相同或不同类型的环芳香烃基团或芳香杂环基团,并彼此直接或通过至少一个以下的基团连结在一起,如氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、磷原子、硼原子、链结构单元和脂肪环基团。其中,每个Ar 可以进一步被取代,取代基可选为氢、氘、氰基、卤素、烷基、烷氧基、氨基、烯、炔、芳烷基、杂烷基、芳香基和杂芳香基。
在一个较为优选的实施方案中,三重态主体材料包含至少一个以下所示基团化合物:
Figure BDA0002271422170000103
其中,当Y多次出现时,Y各自独立地选于C(R)2或NR或O或S;当X多次出现时,X各自独立地选于CR或N,Ar1~Ar3选于芳香基团或杂芳香基团,R可选于如下的基团:氢、氘、卤原子(F,Cl,Br,I)、氰基、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、杂烷基、芳基和杂芳基,n选自1~20的整数。
在下面的表中列出合适的三重态主体材料的例子,但不局限于:
Figure BDA0002271422170000111
②三重态发光体(Triplet Emitter)
三重态发光体也称磷光发光体。在一个较为优选的实施方案中,三重态发光体是具有通式M(L)n的金属络合物,其中M是一金属原子,L每次出现时可以是相同或不同,是一有机配体,它通过一个或多个位置键接或配位连接到金属原子M上,n是1~6之间的整数。优选地,三重态发光体包含有螯合配体,即配体,通过至少两个结合点与金属配位,更优选地,三重态发光体包含有两个或三个相同或不同的双齿或多齿配体,螯合配体有利于提高金属络合物的稳定性。
在一个优选的实施方案中,可用作三重态发光体的金属络合物有如下所示的形式:
Figure BDA0002271422170000112
金属原子M选于过渡金属元素或镧系元素或锕系元素,优选为Ir、Pt、Pd、Au、Rh、Ru、Os、Re、Cu、Ag、Ni、Co、W或Eu,更优选为Ir、Au、Pt、W或Os。
Ar1、Ar2每次出现时可以是相同或不同的环状基团,其中Ar1至少包含有一个施主原子,即有一孤对电子的原子,如氮,通过它环状基团与金属配位连接;其中Ar2至少包含有一个碳原子,通过它环状基团与金属连接;Ar1和Ar2由共价键联接在一起,可各自携带一个或多个取代基团,它们也可再通过取代基团联接在一起;L’每次出现时可以是相同或不同,是一个双齿螯合的辅助配体,最好是单阴离子双齿螯合配体;q1可以是0、1、2或3,优选为2或3;q2可以是0、1、2或3,优选为1或0。有机配体的例子可选自苯基吡啶衍生物或7,8-苯并喹啉衍生物。所有这些有机配体都可能被取代,例如被烷基鏈或含氟或硅取代。辅助配体优选为乙酸丙酮或苦味酸。
一些三重态发光体的材料极其应用的例子可在下述专利文件和文献中找到:WO200070655, WO200141512,WO200202714,WO200215645,WO2005033244,WO2005019373,US20050258742, US20070087219,US20070252517,US2008027220,WO2009146770,US20090061681,US20090061681, WO2009118087,WO2010015307,WO2010054731,WO2011157339,WO2012007087,WO201200708, WO2013107487,WO2013094620,WO2013174471,WO 2014031977,WO 2014112450,WO2014007565,WO 2014024131,Baldo etal.Nature(2000),750,Adachi et al.Appl.Phys.Lett.(2001),1622,Kido etal.Appl.Phys. Lett.(1994),2124,Wrighton et al.J.Am.Chem.Soc.(1974),998,Ma etal.Synth.Metals(1998),245。特此将上述列出的专利文件和文献中的全部内容并入本文作为参考。在下面的表中列出一些合适的三重态发光体的例子:
Figure BDA0002271422170000121
③热激活延迟荧光发光材料(TADF)
传统有机荧光材料只能利用电激发形成的25%单线态激子发光,器件的内量子效率较低(最高为 25%)。尽管磷光材料由于重原子中心强的自旋-轨道耦合增强了隙间穿越,可以有效利用电激发形成的单线态激子和三线态激子发光,使器件的内量子效率达到100%。但磷光材料昂贵,材料稳定性差,器件效率滚降严重等问题限制了其在OLED中的应用。热激活延迟荧光发光材料是继有机荧光材料和有机磷光材料之后发展的第三代有机发光材料。该类材料一般具有小的单线态-三线态能级差(ΔEst),三线态激子可以通过反隙间穿越转变成单线态激子发光。这可以充分利用电激发下形成的单线态激子和三线态激子。器件内量子效率可达到100%。同时材料结构可控,性质稳定,价格便宜、不需要贵金属,在OLED领域的应用前景广阔。
TADF材料需要具有较小的单线态-三线态能级差ΔEst,ΔEst<0.3eV,优选为ΔEst<0.25eV,更优选为ΔEst< 0.20eV,最优选为ΔEst<0.1eV。在一个较为优选的实施方案中,TADF材料有比较小的ΔEst,在另一个较为优选的实施方案中,TADF有较好的荧光量子效率。一些TADF发光的材料可在下述专利文件中找到: CN103483332(A),TW201309696(A),TW201309778(A),TW201343874(A),TW201350558(A), US20120217869(A1),WO2013133359(A1),WO2013154064(A1),Adachi,et.al.Adv.Mater.,21,2009,4802, Adachi,et.al.Appl.Phys.Lett.,98,2011,083302,Adachi,et.al.Appl.Phys.Lett.,101,2012,093306,Adachi, et.al.Chem.Commun.,48,2012,11392,Adachi,et.al.NaturePhotonics,6,2012,253,Adachi,et.al.Nature,492, 2012,234,Adachi,et.al.J.Am.Chem.Soc,134,2012,14706,Adachi,et.al.Angew.Chem.Int.Ed,51,2012,11311,Adachi,et.al.Chem.Commun.,48,2012,9580,Adachi,et.al.Chem.Commun.,48,2013,10385,Adachi, et.al.Adv.Mater.,25,2013,3319,Adachi,et.al.Adv.Mater.,25,2013,3707,Adachi,et.al.Chem.Mater.,25, 2013,3038,Adachi,et.al.Chem.Mater.,25,2013,3766,Adachi,et.al.J.Mater.Chem.C.,1,2013,4599,Adachi,et.al.J.Phys.Chem.A.,117,2013,5607,特此将上述列出的专利或文章文件中的全部内容并入本文作为参考。
下面的表中列出一些合适的TADF发光材料的例子:
Figure BDA0002271422170000131
本发明的另一个目的是为印刷OLED提供材料解决方案。
用于这个目的,本发明的含硅螺环结构的化合物,其分子量≥700mol/kg,优选为≥800mol/kg,更优选为≥900mol/kg,进一步优选为≥1000mol/kg,最优选为≥1100mol/kg。
在另一些优选的实施例中,本发明的含硅螺环结构的化合物,在25℃时,在甲苯中的溶解度≥10mg/ml,优选为≥15mg/ml,最优选为≥20mg/ml。
本发明还进一步涉及一种组合物或油墨,包含有一种本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物及至少一种有机溶剂。
用于印刷工艺时,油墨的粘度,表面张力是重要的参数。合适的油墨的表面张力参数适合于特定的基板和特定的印刷方法。
在一个优选的实施例中,本发明的油墨在工作温度或在25℃下的表面张力大小为19dyne/cm~50 dyne/cm,优选为22dyne/cm~35dyne/cm,最优选为25dyne/cm~33dyne/cm。
在另一个优选的实施例中,本发明的油墨在工作温度或25℃下的粘度为1cps~100cps,优选为1cps~ 50cps,更优选为1.5cps~20cps,最优选为4.0cps~20cps,如此配制的组合物将便于喷墨印刷。
粘度可以通过不同的方法调节,如选取合适的溶剂和油墨中功能材料的浓度。本发明的包含有所述地金属有机配合物或高聚物的油墨可方便人们将印刷油墨按照所用的印刷方法在适当的范围调节。一般地,按照本发明的组合物包含的功能材料的重量百分比为0.3wt%~30wt%,优选为0.5wt%~20wt%,更优选为 0.5wt%~15wt%,进一步优选为0.5wt%~10wt%,最优选为1wt%~5wt%范围。
在一些实施例中,本发明的油墨中,所述至少一种有机溶剂选自基于芳香族或杂芳香族的溶剂,特别是脂肪族链/环取代的芳香族溶剂、或芳香族酮溶剂,或芳香族醚溶剂。
适合本发明的溶剂的例子有,但不限于:基于芳香族或杂芳香族的溶剂:对二异丙基苯、戊苯、四氢萘、环己基苯、氯萘、1,4-二甲基萘、3-异丙基联苯、对甲基异丙苯、二戊苯、三戊苯、戊基甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二乙苯、间二乙苯、对二乙苯、1,2,3,4-四甲苯、1,2,3,5-四甲苯、1,2,4,5- 四甲苯、丁苯、十二烷基苯、二己基苯、二丁基苯、对二异丙基苯、1-甲氧基萘、环己基苯、二甲基萘、 3-异丙基联苯、对甲基异丙苯、1-甲基萘、1,2,4-三氯苯、1,3-二丙氧基苯、4,4-二氟二苯甲烷、1,2-二甲氧基-4-(1-丙烯基)苯、二苯甲烷、2-苯基吡啶、3-苯基吡啶、N-甲基二苯胺、4-异丙基联苯、α,α-二氯二苯甲烷、4-(3-苯基丙基)吡啶、苯甲酸苄酯、1,1-双(3,4-二甲基苯基)乙烷、2-异丙基萘、二苄醚等;基于酮的溶剂:1-四氢萘酮,2-四氢萘酮,2-(苯基环氧)四氢萘酮,6-(甲氧基)四氢萘酮,苯乙酮、苯丙酮、二苯甲酮、及它们的衍生物,如4-甲基苯乙酮、3-甲基苯乙酮、2-甲基苯乙酮、4-甲基苯丙酮、3-甲基苯丙酮、 2-甲基苯丙酮,异佛尔酮、2,6,8-三甲基-4-壬酮、葑酮、2-壬酮、3-壬酮、5-壬酮、2-癸酮、2,5-己二酮、佛尔酮、二正戊基酮;芳族醚溶剂:3-苯氧基甲苯、丁氧基苯、苄基丁基苯、对茴香醛二甲基乙缩醛、四氢 -2-苯氧基-2H-吡喃、1,2-二甲氧基-4-(1-丙烯基)苯、1,4-苯并二噁烷、1,3-二丙基苯、2,5-二甲氧基甲苯、 4-乙基本乙醚、1,2,4-三甲氧基苯、4-(1-丙烯基)-1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、缩水甘油基苯基醚、二苄基醚、4-叔丁基茴香醚、反式-对丙烯基茴香醚、1,2-二甲氧基苯、1-甲氧基萘、二苯醚、2-苯氧基甲醚、 2-苯氧基四氢呋喃、乙基-2-萘基醚、戊醚c己醚、二辛醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁基甲醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇乙基甲醚、三乙二醇丁基甲醚、三丙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚;酯溶剂:辛酸烷酯、癸二酸烷酯、硬脂酸烷酯、苯甲酸烷酯、苯乙酸烷酯、肉桂酸烷酯、草酸烷酯、马来酸烷酯、烷内酯、油酸烷酯等。
进一步,本发明的油墨中,所述至少一种溶剂可选自:脂肪族酮,例如,2-壬酮、3-壬酮、5-壬酮、 2-癸酮、2,5-己二酮、2,6,8-三甲基-4-壬酮、佛尔酮、二正戊基酮等;或脂肪族醚,例如,戊醚、己醚、二辛醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁基甲醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇乙基甲醚、三乙二醇丁基甲醚、三丙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚等。
在另一些实施例中,所述的印刷油墨进一步包含另一种有机溶剂。另一种有机溶剂的例子包括(但不限于):甲醇、乙醇、2-甲氧基乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、邻二氯苯、四氢呋喃、苯甲醚、吗啉、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1,4-二氧杂环己烷、丙酮、甲基乙基酮、1,2-二氯乙烷、3-苯氧基甲苯、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢萘、萘烷、茚和/或它们的混合物。
在一个优选的实施方案中,本发明的组合物是一溶液。
在另一个优选的实施方案中,本发明的组合物是一悬浮液。
本发明实施例中的组合物中可以包括本发明的含硅螺环结构的化合物或其混合物,含硅螺环结构的化合物或其混合物重量百分比为0.01wt%~20wt%,优选为0.1wt%~15wt%,进一步优选为0.2wt%~10wt%,最优选为0.25wt%~5wt%。
本发明还涉及所述组合物作为涂料或印刷油墨在制备有机电子器件时的用途,特别优选的是通过打印或涂布的制备方法。
其中,适合的打印或涂布技术包括(但不限于)喷墨打印,喷印(NozzlePrinting),活版印刷,丝网印刷,浸涂,旋转涂布,刮刀涂布,辊筒印花,扭转辊印刷,平版印刷,柔版印刷,轮转印刷,喷涂,刷涂或移印,狭缝型挤压式涂布等。首选的是喷墨印刷,喷印及凹版印刷。溶液或悬浮液可以另外包括一个或多个组份例如表面活性化合物,润滑剂,润湿剂,分散剂,疏水剂,粘接剂等,用于调节粘度,成膜性能,提高附着性等。有关打印技术,及其对有关溶液的相关要求,如溶剂及浓度,粘度等,的详细信息请参见 Helmut Kipphan主编的《印刷媒体手册:技术和生产方法》(Handbook of Print Media:Technologies andProduction Methods),ISBN 3-540-67326-1。
本发明进一步涉及一种有机电子器件是电致发光器件,其中包含一基片,一阳极,至少一发光层,一阴极,选择性的还可包含一空穴传输层。在某些实施例中,在所述的空穴传输层中包含一按照本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物。在一个优选的实施方案中,在所述的发光层中包含一本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物,更加优选的,在所述的发光层中包含一本发明的含硅螺环结构的化合物或高聚物,及至少一种发光材料,发光材料可优选于荧光发光体,磷光发光体,TADF材料。
下面对电致发光器件的器件结构做一描述,但不限于此。
基片可以是不透明或透明。一个透明的基板可以用来制造一个透明的发光元器件。基片可以是刚性的或弹性的。基片可以是塑料、金属、半导体晶片或玻璃,优选为有一个平滑表面的基片,无表面缺陷的基板是特别理想的选择。
在一个优选的实施例中,基片是柔性的,可选于聚合物薄膜或塑料,其玻璃化温度Tg≥150℃,优选为≥200℃,更优选为≥250℃,最优选为≥300℃。合适的柔性基板的例子有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 和聚乙二醇(2,6-萘)(PEN)。
阳极可包含一导电金属或金属氧化物,或导电聚合物。阳极可以容易地注入空穴到空穴注入层(HIL) 或空穴传输层(HTL)或发光层中。
在一个的实施例中,阳极的功函数和发光层中的发光体或作为HIL或HTL或电子阻挡层(EBL)的p型半导体材料的HOMO能级或价带能级的差的绝对值小于0.5eV,优选为小于0.3eV,最优选为小于0.2eV。阳极材料的例子包含但不限于:Al、Cu、Au、Ag、Mg、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Pt、ITO、铝掺杂氧化锌 (AZO)。阳极材料可以使用任何合适的技术沉积,如一合适的物理气相沉积法,包含射频磁控溅射,真空热蒸发,电子束(e-beam)等。在某些实施例中,阳极是图案结构化的。图案化的ITO导电基板可在市场上买到,并且可以用来制备根据本发明的器件。
阴极可包含一导电金属或金属氧化物。阴极可以容易地注入电子到EIL或ETL或直接到发光层中。在一个的实施例中,阴极的功函数和发光层中发光体或作为电子注入层(EIL)或电子传输层(ETL)或空穴阻挡层(HBL)的n型半导体材料的LUMO能级或导带能级的差的绝对值小于0.5eV,优选为小于0.3eV,最优选为小于0.2eV。原则上,所有可用作OLED的阴极的材料都可能作为本发明器件的阴极材料。阴极材料的例子包含但不限于:Al、Au、Ag、Ca、Ba、Mg、LiF/Al、MgAg合金、BaF2/Al、Cu、Fe、Co、Ni、 Mn、Pd、Pt、ITO等。阴极材料可以使用任何合适的技术沉积,如一合适的物理气相沉积法,包含射频磁控溅射,真空热蒸发,电子束(e-beam)等。
OLED还可以包含其他功能层,如空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、电子阻挡层(EBL)、电子注入层(EIL)、电子传输层(ETL)、空穴阻挡层(HBL)。适合用于这些功能层中的材料在前面有详细的描述。
在另一个优选的实施例中,本发明的发光器件中,其电子传输层(ETL)或空穴阻挡层(HBL)包含本发明的含硅螺环结构化合物或高聚物,并且通过溶液加工的方法制备而成。
本发明的发光器件,其发光波长为300nm~1000nm,优选为350nm~900nm,最优选为400nm~800nm。
本发明还涉及电致发光器件在各种电子设备中的应用,包含,但不限于,显示设备,照明设备,光源,传感器。
下面将结合优选实施例对本发明进行说明,但本发明并不局限于下述实施例,应当理解,所附权利要求概括在本发明的范围里,在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到,对本发明的各实施例所进行的一定的改变,都将被本发明的权利要求书的范围所覆盖。
具体实施例
本发明的含硅螺环结构的化合物的合成方法举例,但本发明并不局限于下述实施例。
实施例1:化合物(M1)的合成:
Figure BDA0002271422170000151
合成路线:
Figure BDA0002271422170000161
1)中间体M1-2的合成:氮气环境下,将(31.0g,100mmol)的化合物M1-1和250mL无水四氢呋喃加入到500mL的三口瓶中,降温到-78℃,缓慢滴加200mmol正丁基锂,反应2小时,一次性注入(17.0 g,100mmol)的SiCl4,让反应自然升到室温,继续反应4小时,加入纯净水淬灭反应,旋走大部分溶剂后,用二氯甲烷萃取并水洗3遍,收集有机相,旋干后重结晶,产率80%。
2)中间体M1-4的合成:氮气环境下,将(23.3g,60mmol)的化合物M1-3和200mL无水四氢呋喃加入到500mL的三口瓶中,降温到-78℃,缓慢滴加120mmol正丁基锂,反应2小时,一次性注入(15.0 g,60mmol)的化合物M1-2,让反应自然升到室温,继续反应4小时,加入纯净水淬灭反应,旋走大部分溶剂后,用二氯甲烷萃取并水洗3遍,收集有机液拌硅胶过柱进行纯化,产率70%。
3)中间体M1-5的合成:氮气环境下,将(16.4g,40mmol)的化合物M1-4和150mL无水四氢呋喃加入到250mL的三口瓶中,降温到-78℃,缓慢滴加45mmol正丁基锂,反应2小时,一次性注入45mmol 硼酸三甲酯,让反应自然升到室温,继续反应12小时,加入纯净水淬灭反应,旋走大部分溶剂后,用二氯甲烷萃取并水洗3遍,收集有机相,旋干后重结晶,产率80%。
4)化合物M1-7的合成:氮气环境下,将(9.4g,25mmol)的化合物M1-5和(5.0g,25mmol)的化合物M1-6,(2.08g,1.8mmol)四(三苯基磷)钯,(1.3g,4mmol)四丁基溴化铵,(1.2g,30mmol)氢氧化钠,(15mL)水和(100mL)甲苯加入250mL的三口瓶中,加热80℃搅拌反应12小时,结束反应,将反应液旋转蒸发掉大部分溶剂,用二氯甲烷溶解水洗3遍,收集有机液拌硅胶过柱进行纯化,产率70%。
5)化合物M1-8的合成:氮气环境下,将(6.8g,15mmol)的化合物M1-7和(23.6g,20mmol)的三乙基磷加入150mL两口瓶中,加热190℃搅拌反应12小时,结束反应,将反应液减压蒸馏掉大部分溶剂,用二氯甲烷溶解水洗3遍,收集有机液拌硅胶过柱进行纯化,产率85%。
6)化合物M1的合成:氮气环境下,将(4.2g,10mmol)化合物M1-8、(3.2g,10mmol)化合物 M1-9、(2.86g,15mmol)碘化亚铜、(1.71g,15mmol)反式环己二胺、(9.6g,30mmol)磷酸钾和80mL 甲苯加入到150mL三口瓶中,加热搅拌至110℃反应12小时,结束反应,冷却到室温,将滤液进行抽滤,旋转蒸发掉大部分溶剂,用二氯甲烷溶解水洗3遍,收集有机液拌硅胶过柱进行纯化,产率75%。
实施例2:化合物(M2)的合成:
Figure BDA0002271422170000162
合成路线:
Figure BDA0002271422170000171
1)化合物M2的合成:在氮气保护下,将(0.36g,15mmol)NaH固体加入150mL三空瓶中,加入30 mL的无水THF,搅拌10min,缓慢加入(4.2g,10mmol)的化合物M1-8,常温搅拌1小时,一次性加入 (2.67g,10mmol)化合物M2-1,继续反应12小时。反应结束后,将反应液倒置冰水中,用二氯甲烷溶解水洗3遍,收集有机液拌硅胶过柱进行纯化,产率75%。
实施例3:化合物(M3)的合成:
Figure BDA0002271422170000172
合成路线:
Figure BDA0002271422170000173
1)中间体M3-2的合成:依照化合物M1-2的合成方法,将化合物M3-1替代化合物M1-1,产率75%。
2)中间体M3-3的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M3-2替代化合物M1-2,产率70%。
3)中间体M3-4的合成:依照化合物M1-5的合成方法,将化合物M3-3替代化合物M1-4,产率75%。
4)中间体M3-5的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M3-4替代化合物M1-5,产率70%。
5)中间体M3-6的合成:依照化合物M1-8的合成方法,将化合物M3-5替代化合物M1-7,产率80%。
6)化合物M3的合成:依照化合物M1的合成方法,将化合物M3-6和M3-7替代化合物M1-8和M1-9,产率70%。
实施例4:化合物(M4)的合成:
Figure BDA0002271422170000181
合成路线:
Figure BDA0002271422170000182
1)中间体M4-2的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M4-1替代化合物M1-6,产率70%。
2)中间体M4-3的合成:在氮气保护下,将(14.0g,30mmol)化合物M4-2和30ml甲基磺酸加入到 150mL两口瓶中,加热到100℃反应4h,冷却至室温,将反应液倒入100mL纯净水中,用NaOH将反应液中和到PH中性,用二氯甲烷萃取并水洗3遍,收集有机相,旋干后重结晶,产率80%。
3)中间体M4-5的合成:氮气环境下,将(4.6g,20mmol)的化合物M4-4和80mL无水四氢呋喃加入到150mL的三口瓶中,降温到-78℃,缓慢滴加20mmol正丁基锂,反应2小时,一次性加入(8.7g,20 mmol)的化合物M4-3,让反应自然升到室温,继续反应12小时,往反应液一次性加入稀盐酸,继续反应 0.5小时,旋走大部分溶剂后,用二氯甲烷萃取并水洗3遍,收集有机相,旋干后,无需进一步提纯,直接作为下一步反应的原料。
4)化合物M4的合成:将上一步的反应产物M4-5、(40mL)乙酸和(10mL)盐酸加入100mL的三口瓶中,加热110℃搅拌反应4小时,结束反应,将反应液倒置200mL纯净水中,搅拌沉淀后抽滤,先后用水和乙醇冲洗滤渣,收集滤渣重结晶,两步产率合65%。
实施例5:化合物(M5)的合成:
Figure BDA0002271422170000183
合成路线:
Figure BDA0002271422170000191
1)中间体M5-2的合成:依照化合物M2的合成方法,将化合物M5-1替代化合物M1-8。
2)中间体M5-3的合成:依照化合物M1-2的合成方法,将化合物M5-2替代化合物M1-1,产率70%。
3)中间体M5-4的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M5-3替代化合物M1-2,产率65%。
4)中间体M5-6的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M5-4和M5-5替代化合物M1-6和 M1-5,产率70%。
5)化合物M5的合成:在氮气保护下,将(7.1g,10mmol)化合物M5-6和50ml无水四氢呋喃加入到150mL两口瓶中,冰浴下缓慢加入(2.4g,20mmol)甲基溴化镁,让反应自然升至室温,继续反应2小时,加入氯化铵水溶液淬灭反应,旋转蒸发掉大部分溶剂,用二氯甲烷溶解并水洗3遍,收集有机液,旋干,加入30mL的醋酸和5mL的盐酸,加热回流反应2小时,反应结束后,将反应液倒入200mL纯净水中,用二氯甲烷萃取并水洗3遍,收集有机液,收集有机液拌硅胶过柱进行纯化,产率65%。
实施例6:化合物(M6)的合成:
Figure BDA0002271422170000192
合成路线:
Figure BDA0002271422170000193
1)中间体M6-2的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M1-4和M6-1替代化合物M1-6和 M1-5,产率75%。
2)中间体M6-3的合成:将(12.7g,40mmol)的化合物M6-2、80mL的氢溴酸和20mL水加入到 250mL的三口瓶中,加热回流反应7小时,待反应结束后,降温,抽滤,先后用水、碳酸氢钠水溶液、水冲洗滤渣,收集滤渣后烘干,产率85%。
3)中间体M6-4的合成:在空气环境下,将(17.5g,30mmol)的化合物M6-3、(0.34g,1.5mmol) 的Pd(OAc)2、3mmol的IPr、(8.3g,60mmol)的碳酸钾、(2.8g,15mmol)的2,4,6-三甲基苯甲酸钠和60mL 三甲基苯加入到150mL三口瓶中,加热到120℃搅拌反应24小时,将反应液降到室温,用乙酸乙酯萃取并用水洗3遍,收集有机相,旋转蒸发掉大部分溶剂,用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率80%。
4)中间体M6-5的合成:依照化合物M1-5的合成方法,将化合物M6-4替代化合物M1-4,产率70%。
5)化合物M6的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M6-5和M6-6替代化合物M1-5和 M1-6,产率70%。
实施例7:化合物(M7)的合成:
Figure BDA0002271422170000201
合成路线:
Figure BDA0002271422170000202
1)中间体M7-2的合成:依照化合物M1-2的合成方法,将化合物M7-1替代化合物M1-1,产率70%。
2)中间体M7-3的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M7-2替代化合物M1-2,产率70%。
3)中间体M7-4的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M7-3和M6-1替代化合物M1-6和 M1-5,产率75%。
4)中间体M7-5的合成:依照化合物M6-3的合成方法,将化合物M7-4替代化合物M6-2,产率80%。
5)中间体M7-6的合成:依照化合物M6-4的合成方法,将化合物M7-5替代化合物M6-3,产率75%。
6)中间体M7-7的合成:将(8.7g,20mmol)的化合物M7-6和40mL三氯甲烷加入到100mL的三口瓶中,冰浴下缓慢滴加入(3.5g,20mmol)的N-溴代丁二酰亚胺的20mL氯仿溶液,反应4小时,待反应结束后,将反应液倒置于200mL水中,用二氯甲烷萃取,并水洗3遍,收集有机相,旋干,用二氯甲烷和乙醇混合溶液重结晶,产率85%。
7)化合物M7的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M7-7和两倍量的M7-8替代化合物 M1-6和M1-5,产率75%。
实施例8:化合物(M8)的合成:
Figure BDA0002271422170000211
合成路线:
Figure BDA0002271422170000212
1)中间体M8-2的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M1-4和M8-1替代化合物M1-6和 M1-5,产率70%。
2)中间体M8-3的合成:氮气环境下,将100mL硫酸加入到250mL的三口瓶中,冰浴,缓慢加入(28.2 g,60mmol)的化合物M8-2,搅拌反应1小时,结束反应,将反应液缓慢加入到600mL的冰水中,抽滤,滤渣先后用水、碳酸氢钠水溶液、水、乙醇冲洗多次,滤渣用二氯甲烷/乙醇混合溶剂进行重结晶提纯,产率75%。
3)中间体M8-4的合成:依照化合物M1-5的合成方法,将化合物M8-3替代化合物M1-4,产率75%。
4)化合物M8的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M8-4和M8-5替代化合物M1-5和 M1-6,产率75%。
实施例9:化合物(M9)的合成:
Figure BDA0002271422170000213
合成路线:
Figure BDA0002271422170000221
1)中间体M9-2的合成:氮气环境下,将(27.4g,60mmol)的化合物M1-4、(7.6g,60mmol)的化合物M9-1、(0.68g,3mmol)的Pd(OAc)2、9mmol的DPEPhos、(5.8g,60mmol)的叔丁醇钠和150mL 三甲基苯加入到250mL三口瓶中,加热到100℃搅拌反应24小时,将反应液降到室温,用乙酸乙酯萃取并用水洗3遍,收集有机相,旋转蒸发掉大部分溶剂,用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率80%。
2)中间体M9-3的合成:氮气环境下,将(24.6g,40mmol)的化合物M9-2、(0.34g,1,5mmol)的 Pd(OAc)2、3mmol的PCy3-HBF4、(11.1g,80mmol)的碳酸钾和80mL N,N-二甲基乙酰胺加入到250mL 三口瓶中,加热到130℃搅拌反应24小时,将反应液降到室温,将反应液倒置400mL水中,抽滤,滤渣用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率75%。
3)中间体M9-5的合成:依照化合物M1的合成方法,将化合物M9-3和M9-4替代化合物M1-8和 M1-9,产率80%。
4)中间体M9-6的合成:将(9.9g,20mmol)的化合物M9-5和60mL二甲基甲酰胺(DMF)加入到 150mL的三口瓶中,搅拌,冰浴下缓慢加入(3.6g,20mmol)N-溴代丁二酰亚胺(NBS)的20mLDMF 溶液,继续反应4小时。待反应结束,将反应液倒置300mL纯净水中,待固体析出完全后,进行抽滤,滤渣用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率85%。
5)化合物M9的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M9-7和M9-6替代化合物M1-5和 M1-6,产率80%。
实施例10:化合物(M10)的合成:
Figure BDA0002271422170000222
合成路线:
Figure BDA0002271422170000223
1)化合物M10的合成:依照化合物M1的合成方法,将化合物M9-3和M10-1替代化合物M1-8和 M1-9,产率75%。
实施例11:化合物(M11)的合成:
Figure BDA0002271422170000231
合成路线:
Figure BDA0002271422170000232
1)中间体M11-2的合成:将(16.4g,40mmol)的化合物M1-4、(3.8g,40mmol)的化合物M11-1、 (13.4g,80mmol)的CsOH﹒H2O和80mL的二甲基亚砜(DMSO)加入到150mL的三口瓶中,加热到 150℃搅拌反应24小时。待反应结束,将反应液倒置300mL纯净水中,待固体析出完全后,进行抽滤,滤渣用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率80%。
2)中间体M11-3的合成:将(12.7g,30mmol)的化合物M11-2、(0.4g,1.8mmol)的Pd(OAc)2、(2.1 g,15mmol)的碳酸钾和30mL的特戊酸加入到150mL的三口瓶中,加热到120℃搅拌反应48小时。待反应结束,将反应液倒置200mL纯净水中,用二氯甲烷萃取并用水洗3遍,收集有机相,旋转蒸发掉大部分溶剂,用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率70%。
3)中间体M11-4的合成:将(8.4g,20mmol)的化合物M11-3、(0.3g,2mmol)的三氯化铁和60mL 的三氯甲烷加入到150mL的三口瓶中,冰浴,先缓慢滴加入20mmol液溴的20mL三氯甲烷溶液,让反应自然升到室温,继续搅拌反应4小时。待反应结束,用亚硫酸氢钠水溶液淬灭反应,用二氯甲烷萃取并用水洗3遍,收集有机相,旋转蒸发掉大部分溶剂,用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率70%。
4)化合物M11的合成:将(5g,10mmol)的化合物M11-4、(2g,10mmol)的化合物M11-5、(0.24 g,1mmol)的NiCl2﹒6H2O、(0.8g,12mmol)的锌粉、(0.31g,2mmol)的2,2-联吡啶、10mL的水和50 mL的DMSO加入到150mL的三口瓶中,加热到70℃搅拌反应15小时。待反应结束,将反应液倒置300 mL纯净水中,待固体析出完全后,进行抽滤,滤渣用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率80%。
实施例12:化合物(M12)的合成:
Figure BDA0002271422170000233
合成路线:
Figure BDA0002271422170000241
1)中间体M12-2的合成:依照化合物M1-2的合成方法,将化合物M12-1替代化合物M1-1,产率75%。
2)中间体M12-3的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M12-2替代化合物M1-2,产率70%。
3)中间体M12-4的合成:将(13.3g,30mmol)的化合物M12-3、30mL双氧水和30mL醋酸加入到 150mL的三口瓶中,加热到100℃搅拌反应4小时。把反应液降到室温,然后倒置于200mL水中,待固体析出完全后,抽滤,滤渣用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率85%。
4)中间体M12-6的合成:将(9.5g,20mmol)的化合物M12-4、(2.2g,20mmol)的化合物M12-5、 (2.3g,40mmol)的氢氧化钾和50mL DMSO加入到150mL的三口瓶中,加热到130℃搅拌反应24小时。把反应液降到室温,然后倒置于200mL水中,待固体析出完全后,抽滤,滤渣用二氯甲烷/乙醇混合溶液重结晶,产率80%。
5)化合体M12的合成:氮气环境下,将(5g,10mmol)的化合物M12-6、10mmol的叔丁醇钾、20 mL乙醚、40mL无水四氢呋喃加入到150mL的三口瓶中,缓慢滴加20mL的丁基锂,室温搅拌反应12 小时,加入20mL的水淬灭反应,旋走大部分溶剂,用二氯甲烷溶解并用水洗3遍,收集有机液,拌硅胶进行柱层析提纯,产率60%。
实施例13:化合物(M13)的合成:
Figure BDA0002271422170000242
合成路线:
Figure BDA0002271422170000251
1)中间体M13-2的合成:依照化合物M5-2的合成方法,将化合物M13-1替代化合物M2-1,产率70%。
2)中间体M13-3的合成:依照化合物M1-2的合成方法,将化合物M13-2替代化合物M1-1,产率65%。
3)中间体M13-4的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M13-3替代化合物M1-2,产率65%。
4)中间体M13-5的合成:依照化合物M9-2的合成方法,将化合物M13-4替代化合物M1-4,产率75%。
5)中间体M13-6的合成:依照化合物M9-3的合成方法,将化合物M13-5替代化合物M9-2,产率70%。
6)化合物M13的合成:依照化合物M1的合成方法,将化合物M13-6和M9-4替代化合物M1-8和 M1-9,产率80%。
实施例14:化合物(M14)的合成:
Figure BDA0002271422170000252
合成路线:
Figure BDA0002271422170000261
1)中间体M14-2的合成:依照化合物M1-2的合成方法,将化合物M14-1替代化合物M1-1,产率75%。
2)中间体M14-3的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M14-2替代化合物M1-2,产率70%。
3)中间体M14-5的合成:依照化合物M12-6的合成方法,将化合物M14-3和M14-4替代化合物M12-4 和M12-5,产率80%。
4)化合物M14的合成:依照化合物M12-7的合成方法,将化合物M14-5替代化合物M12-6,产率70%。
实施例15:化合物(M15)的合成:
Figure BDA0002271422170000262
合成路线:
Figure BDA0002271422170000263
1)化合物M15-3的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M15-1和M15-2替代化合物M1-5 和M1-6,产率70%。
2)中间体M15-4的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M15-3替代化合物M1-1,产率65%。
3)中间体M15-5的合成:依照化合物M1-5的合成方法,将化合物M15-4替代化合物M1-4,产率70%。
4)中间体M15-6的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M15-5替代化合物M1-5,产率75%。
5)中间体M15-7的合成:依照化合物M1-8的合成方法,将化合物M15-6替代化合物M1-7,产率80%。
6)化合物M15的合成:依照化合物M1的合成方法,将化合物M15-7和M2-1替代化合物M1-8和 M1-9,产率70%。
实施例16:化合物(M16)的合成:
Figure BDA0002271422170000271
合成路线:
Figure BDA0002271422170000272
1)化合物M16-2的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M16-1和M15-2替代化合物M1-5 和M1-6,产率65%。
2)中间体M16-3的合成:依照化合物M1-4的合成方法,将化合物M16-2替代化合物M1-1,产率60%。
3)中间体M16-4的合成:依照化合物M1-5的合成方法,将化合物M16-3替代化合物M1-4,产率70%。
4)中间体M16-5的合成:依照化合物M1-7的合成方法,将化合物M16-4替代化合物M1-5,产率70%。
5)中间体M16-6的合成:依照化合物M1-8的合成方法,将化合物M16-5替代化合物M1-7,产率80%。
6)化合物M16的合成:依照化合物M1的合成方法,将化合物M16-6和M9-4替代化合物M1-8和 M1-9,产率80%。
一、有机化合物的能量结构
有机材料的能级可通过量子计算得到,比如利用TD-DFT(含时密度泛函理论),通过软件 Gaussian09W(Gaussian Inc.)计算得到。首先用半经验方法“Ground State/DFT/Default Spin/B3LYP/6-31G(d)”(Charge 0/Spin Singlet)来优化分子几何结构,然后有机分子的能量结构由TD-DFT(含时密度泛函理论)方法算得“TD-SCF/DFT/Default Spin/B3PW91”与基组“6-31G(d)”(Charge 0/Spin Singlet)。 HOMO和LUMO能级按照下面的校准公式计算,S1和T1直接使用。
HOMO(eV)=((HOMO(G)×27.212)-0.9899)/1.1206
LUMO(eV)=((LUMO(G)×27.212)-2.0041)/1.385
其中HOMO(G)和LUMO(G)是Gaussian 09W的直接计算结果,单位为Hartree。结果如表一所示:
表一 各材料的HOMO能级、LUMO能级、T1和S1
材料 HOMO[eV] LUMO[eV] T1[eV] S1[eV]
HATCN -9.04 -5.08 2.32 3.17
HTL -5.26 -2.19 2.59 3.22
(M1) -5.74 -2.47 2.56 3.31
(M2) -5.90 -2.94 2.58 3.02
(M3) -5.62 -2.83 2.56 3.05
(M4) -6.01 -2.48 2.61 3.16
(M5) -6.01 -2.72 2.61 3.30
(M6) -5.66 -2.53 2.63 3.18
(M7) -5.38 -2.71 1.78 3.02
(M8) -5.96 -2.88 2.54 3.05
(M9) -5.47 -2.45 2.55 3.11
(M10) -5.80 -2.81 2.57 3.03
(M11) -6.18 -2.71 2.63 3.67
(M12) -6.10 -2.67 2.62 3.58
(M13) -5.53 -2.35 2.58 3.36
(M14) -5.87 -2.62 2.47 2.82
(M15) -5.72 -2.92 2.12 2.91
(M16) -5.65 -2.56 2.45 3.29
Emitter -5.17 -2.32 2.67 2.90
ETM -6.19 -2.82 2.55 3.52
二、OLED器件的制备及表征
在本实施例中,分别用化合物(M2)、(M3)、(M5)、(M8)、(M10)、(M11)、(M12)、Ref-2和Ref-1作为单主体材料,如下的Emitter作为发光材料,HATCN作为空穴注入材料,HTL作为空穴传输材料,ETM 作为电子传输材料,Liq作为电子注入材料,构造成器件结构为ITO/HATCN/HTL/主体材料:Emitter (10%)/ETM:Liq/Liq/Al的电致发光器件。
Figure BDA0002271422170000281
上述材料HATCN、HTL、Emitter、ETM、Liq均是可商业购得,如吉林奥莱德(JilinOLED Material Tech Co.,Ltd,www.jl-oled.com)等,或其合成方法均为现有技术,详见现有技术中的参考文献,在此不再赘述。下面通过具体实施例来详细说明采用上述的OLED器件的制备过程,OLED器件(如表二)的结构为: ITO/HATCN/HTL/主体材料:Emitter(10%)/ETM:Liq/Liq/Al,制备步骤如下:
a、ITO(铟锡氧化物)导电玻璃基片的清洗:使用各种溶剂(例如氯仿、丙酮或异丙醇中的一种或几种)清洗,然后进行紫外臭氧处理;
b、HATCN(30nm),HTL(50nm),主体材料:10%Emitter(40nm),ETM:Liq(30nm),Liq(1nm), Al(100nm)在高真空(1×10-6毫巴)中热蒸镀而成;
c、封装:器件在氮气手套箱中用紫外线硬化树脂封装。
采用表征设备测试实施例1~7和对比例1~2的有机发光二极管的电流电压(J-V)特性,同时记录重要的参数如效率、寿命(见表二)及外部量子效率。
表二 实施例1~7和对比例1~2的OLED器件的效率和寿命
OLED器件 主体材料 效率EQE 寿命T90@1000nits
实施例1 (M2) 1.59 2.26
实施例2 (M3) 1.71 2.53
实施例3 (M5) 1.44 2.05
实施例4 (M8) 1.52 2.14
实施例5 (M10) 1.65 2.37
实施例6 (M11) 1.38 1.90
实施例7 (M12) 1.27 1.78
对比例1 Ref-2 1.03 1.05
对比例2 Ref-1 1 1
从表二可知,以对比例2的有机发光二极管的效率和寿命作为参照,记录实施例1~7和对比例1的外量子效率和寿命相对对比例2的相对值。可见,基于本发明的实施例1~7相对于对比例1~2在器件的外量子效率和寿命均有一定程度的提升,实施例2的器件的发光效率和寿命在同类型器件中是最高的。可见,基于本发明的含硅螺环结构的化合物和混合物制备所得的器件在效率和寿命方面均显著提高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种含硅螺环结构的化合物,其特征在于,结构通式如式(1)所示,
Figure FDA0002271422160000011
其中,
A的结构如式(2)所示,
Figure FDA0002271422160000012
Z1每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、Si(R6R7)、C=N(R6)、C=C(R6R7)、P(R6)、P(=O)R6、S、S=O或SO2,或单键;
Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、Si(R6R7)、C=N(R6)、C=C(R6R7)、P(R6)、P(=O)R6、S、S=O或SO2
Ar1~Ar4每次出现时分别独立选自环原子数5~30的芳香基团或杂芳香基团;
R1~R7每次出现时分别独立选自H、D、F、CN、烯基、炔基、胺基、硝基、酰基、烷氧基、羰基、砜基、取代或未取代的碳原子数1~30的烷基、取代或未取代的碳原子数3~30的环烷基、取代或未取代的环原子数5~60的芳香基团或杂芳香基团。
2.根据权利要求1中所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述含硅螺环结构的化合物的结构通式选自式(2-1)或式(2-2):
Figure FDA0002271422160000013
3.根据权利要求1~2任一项所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述Ar1~Ar4分别独立选自如下所示结构基团中的一种:
Figure FDA0002271422160000014
其中,
X1每次出现时分别独立选自CR8或N;
Y1每次出现时分别独立选自N(R9)、C(R9R10)、Si(R9R10)、C(=O)、S或O;
R8~R10每次出现时分别独立选自H、D、F、CN、烯基、炔基、胺基、硝基、酰基、烷氧基、羰基、砜基、取代或未取代的碳原子数1~30的烷基、取代或未取代的碳原子数3~30的环烷基、取代或未取代的环原子数5~60芳香基团或杂芳香基团。
4.根据权利要求3所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述Ar1~Ar4分别独立选自如下所示结构基团中的一种:
Figure FDA0002271422160000021
5.根据权利要求4所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述含硅螺环结构的化合物的结构通式选自式(3-1)-(3-4)中的任意一种:
Figure FDA0002271422160000022
其中,
Z1每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、S或SO2
Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)、N(R6)、O、S、S=O或SO2
6.根据权利要求5所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述含硅螺环结构的化合物的结构通式选自式(4-1)-(4-4)任意一种:
Figure FDA0002271422160000023
7.根据权利要求5或6所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述Z1和Z2每次出现时分别独立选自C(R6R7)或N(R6)。
8.根据权利要求5或6所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述R1~R7至少一个选自如下所示结构基团:
-F-CN
Figure FDA0002271422160000031
Figure FDA0002271422160000032
其中,X2每次出现时分别独立选自N或CR11
Y2、Y3每次出现时分别独立选自N(R11)、C(R11R12)、Si(R11R12)、O、C=N(R11)、C=C(R11R12)、P(R11)、P(=O)R11、S、S=O或SO2
Y4每次出现时分别独立选自单键、N、N(R11)、C(R11R12)、Si(R11R12)、O、C=N(R11)、C=C(R11R12)、P(R11)、P(=O)R11、S、S=O或SO2
R11~R15每次出现时分别独立选自H、D、F、烷基、烷氧基、氨基、烯基、炔基、芳烷基、杂烷基、芳基或杂芳基;
Ar5每次出现时分别独立选自碳原子数5~40的芳香基团或杂芳香基团。
9.根据权利要求8所述的含硅螺环结构的化合物,其特征在于,所述R1~R7至少一个选自如下所示结构基团:
Figure FDA0002271422160000033
10.一种高聚物,其特征在于,所述高聚物包含至少一个重复单元,所述重复单元包含权利要求1~9任一项所述的式(1)所示的结构单元。
11.一种混合物,其特征在于,所述混合物包括权利要求1~9任一项所述的化合物或权利要求10所述的高聚物,及至少一种有机功能材料,所述有机功能材料选自空穴注入材料、空穴传输材料、电子传输材料、电子注入材料、电子阻挡材料、空穴阻挡材料、发光体、主体材料和有机染料中的至少一种。
12.一种组合物,其特征在于,所述组合物包括权利要求1~9任一项所述的化合物或权利要求10所述的高聚物,及至少一种有机溶剂。
13.一种有机电子器件,其特征在于,所述有机电子器件至少包括权利要求1~9任一项所述的含硅螺环结构的化合物或权利要求10所述的高聚物或权利要求11所述的混合物。
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