CN114685357A - 一种芳胺咔唑类化合物及包含该化合物的有机电致发光器件 - Google Patents

一种芳胺咔唑类化合物及包含该化合物的有机电致发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种芳胺咔唑类化合物及包含该化合物的有机电致发光器件。所述化合物的结构如通式(1)所示。本发明芳胺咔唑类化合物中间以芳香环为桥连，并且咔唑和芳胺分散连接在芳香环上，具有优异的空穴传输能力、膜相态稳定性和耐候性。通过使用新的芳胺咔唑类化合物来形成有机电致发光器件的空穴传输材料时，可显示出器件性能的提高，例如器件效率提升、驱动电压降低和寿命延长等效果。

Description

一种芳胺咔唑类化合物及包含该化合物的有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种芳胺咔唑类化合物及包含该化合物的有机电致发光器件。
背景技术
有机电致发光器件(OLED)中的载流子(空穴和电子)在电场的驱动下分别由器件的两个电极注入到器件中，并在有机发光层中相遇复合发光。高性能的有机电致发光器件，要求各种有机功能材料具备良好的光电特性。譬如，作为电荷传输材料，要求具有良好的载流子迁移率。现有的有机电致发光器件中使用的空穴注入层材料以及空穴传输层材料的注入和传输特性相对较弱，空穴注入和传输速率与电子注入和传输速率不匹配，导致复合区域偏移较大，不利于器件的稳定性。另外，空穴注入层材料和空穴传输层材料合理的能级匹配是提高器件效率和器件寿命的重要因素，因此如何调节空穴和电子的平衡度、调节复合区域，一直是本领域的一项重要课题。
蓝色有机电致发光器件一直是全色OLED发展中的软肋，截止目前蓝光器件的效率和寿命等性能一直难以得到全面提高，因此，如何提高该类器件性能仍然是该领域面临的至关重要的问题和挑战。目前市场上所使用的蓝光主体材料多为偏电子性主体，因此为了调节发光层的载流子平衡，需要空穴传输材料具有优异的空穴传输性能。空穴注入和传输越好，调节复合区域会向远离电子阻挡层侧偏移，从而远离界面发光，使得器件性能提高，寿命增加。因此要求空穴传输区域材料具有高空穴注入性、高空穴迁移率、高电子阻挡性和高电子耐候性。
空穴传输材料因为具有较厚的膜厚，因此材料的耐热性和非晶性会对器件的寿命产生至关重要的影响。耐热性较差的材料在蒸镀过程中易发生分解，污染蒸镀腔体且损坏器件寿命；膜相态稳定性较差的材料，在器件使用过程中会发生结晶，降低器件使用寿命。因此，要求空穴传输材料在使用过程中具有较高的膜相态稳定性和分解温度。但是，对用于有机电致发光器件的稳定且有效的有机材料层的材料的开发尚未充分实现。因此，需要不断开发一种新的材料以更好地适用于有机电致发光器件的性能需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种芳胺咔唑类化合物及包含该化合物的有机电致发光器件。本发明芳胺咔唑类化合物中间以芳香环为桥连，并且咔唑和芳胺分散连接在芳香环上，具有优异的空穴传输能力、膜相态稳定性和耐候性。通过使用新的芳胺咔唑类化合物来形成有机电致发光器件的空穴传输材料时，可显示出器件性能的提高，例如器件效率提升、驱动电压降低和寿命延长等效果。
本发明具体技术方案如下：
一种芳胺咔唑类化合物，所述化合物的结构如通式(1)所示：
Figure BDA0002868056100000021
所述Ar1至Ar4分别独立的表示为取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的二联苯基、取代或未取代的三联苯基、取代或未取代的二苯并呋喃基；
虚线表示两个基团以单键形式连接或不连接；当虚线表示为两个基团不连接时，L、L0、L1、L2表示为单键或亚苯基、亚萘基或亚联苯基；当虚线表示两个基团连接时，L1、L2分别独立的表示为亚苯基、亚萘基或亚联苯基，L和L0分别独立的表示为亚苯基、亚萘基、亚联苯基或单键；
所述R1表示为苯基、萘基或联苯基；
所述R2表示为氢原子、氘原子、取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的苯并呋喃基、取代或未取代的二苯并呋喃基，取代方式为并环或单键取代。
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4和R2所表示的基团中所述的“取代”选自氢原子、氕、氘、氚、氰基、卤素原子、C1-10的烷基、C6-30芳基、含有一个或多个杂原子的5至30元杂芳基中的一种或多种。
优选的，所述通式(1)的芳胺类结构选自通式(2)-通式(4)所示的结构：
Figure BDA0002868056100000022
所述Ar1至Ar4分别独立的表示为取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的二联苯基、取代或未取代的三联苯基、取代或未取代的二苯并呋喃基；
所述R1表示为苯基、萘基或联苯基；
所述R2表示为氢原子、氘原子、取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的苯并呋喃基或取代或未取代的二苯并呋喃基，取代方式为并环或单键取代。
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4和R2所表示的基团中所述的“取代”选自氢原子、氕、氘、氚、氰基、卤素原子、C1-10的烷基、C6-30芳基、含有一个或多个杂原子的5至30元杂芳基中的一种或多种。
所述L、L0、L1和L2分别独立的选自单键、亚苯基、亚萘基或亚联苯基；
优选的，所述化合物的具体结构如下：
Figure BDA0002868056100000031
Figure BDA0002868056100000041
Figure BDA0002868056100000051
Figure BDA0002868056100000061
Figure BDA0002868056100000071
一种有机电致发光器件，包括阳极、空穴传输区域、发光区域、电子传输区域和阴极，所述空穴传输区域包含前述所述的芳胺咔唑类化合物。
优选的，所述空穴传输区域依次包括空穴注入层、空穴传输层和电子阻挡层；所述空穴注入层和空穴传输层包括前述任一项所述的芳胺咔唑类化合物。
优选的，所述发光区域包含主体材料和客体材料，其中所述主体材料包含蒽基团，客体材料为荧光材料；所述空穴注入层为前述任一项所述的芳胺咔唑类化合物和P型掺杂材料的混合膜层。
优选的，所述电子传输区域包含由以下通式(5)所示的氮杂环化合物：
Figure BDA0002868056100000081
通式(5)中，Ar5、Ar6、Ar7彼此独立地选自取代或未取代的C6-C30芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30杂环基，所述杂原子选自N、O或S；
L3选自单键、取代或未取代的C6-C30亚芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30亚杂环基，所述杂原子各自独立地选自N、O或S；
n表示1或2；
X1、X2、X3彼此独立地表示N或CH，X1、X2、X3中的至少一个表示N。
优选的，所述通式(5)所示的氮杂环化合物选自通式(5-1)所示化合物：
Figure BDA0002868056100000082
其中，Ar5、Ar6、Ar7彼此独立地选自取代或未取代的C6-C30芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30杂环基，所述杂原子选自N、O或S；
L3选自单键、取代或未取代的C6-C30亚芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30亚杂环基，所述杂原子各自独立地选自N、O或S；
X1、X2、X3彼此独立地表示N或CH，X1、X2、X3中的至少一个表示N。
优选的，前述所述的“取代或未取代的C6-C30芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30杂环基”中的取代选自9，9-二甲基芴基、苯基、芘基、菲基、萘基、咔唑基、苯并菲基、二苯并呋喃基等。
优选的，所述电子传输区域包括电子传输层和电子注入层，其中所述电子传输层包含前述任一项所述的氮杂环化合物。
优选的，所述电子注入层为N型金属材料。
有益效果
本发明通过组合空穴和电子注入\传输性能、薄膜稳定性和耐候性优异的材料制作有机电致发光器件，有助于提升电子和空穴的复合效率，提升激子利用率，所得器件具有低驱动电压并且长寿命。
本发明的芳胺咔唑类化合物，中间以芳香环为桥连的芳胺咔唑类型，并且芳胺和咔唑基团分散连接在芳香环上，使得本发明申请化合物有优异的空穴迁移能力。
本发明的芳胺咔唑类化合物，因为咔唑基为较大的刚性基团，因此本发明申请化合物具有较高的玻璃化转变温度、具有优异的膜相态稳定性和优异的高温耐候性，使得器件不会因为点亮过程中产生的热量而使得器件老化或结晶。
在本发明的有机电致发光器件中，空穴传输区域包含如上所述的芳胺咔唑类化合物，因为具有较强的空穴注入传输能力和适宜的能级，空穴可以有效传输并注入至发光层，可以实现有机电致发光器件的低驱动电压下的高效率发光。
此外，本发明的芳胺咔唑类化合物通过与氮杂环类电子传输材料组合，使得电子和空穴处于一个最佳平衡状态，在具有较高效率的同时还具有较优异的寿命，尤其是器件的高温寿命。
附图说明
图1根据本发明的一个实施方案所述的有机电致发光器件的剖面图。
1表示阳极；10表示空穴传输区域，2表示空穴注入层，3表示空穴传输层，4表示电子阻挡层；5表示发光区域；20表示电子传输区域，6表示电子传输层，7表示电子注入层；8表示为阴极；9表示覆盖层；30表示有机电致发光器件。
图2是化合物66的核磁氢谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，如无相反说明，则所有操作均在室温、常压条件实施。
在本发明中，除非另有说明，HOMO意指分子的最高占据轨道，LUMO意指分子的最低空轨道。此外，本说明书中所涉及的“HOMO能级的差值”和“LUMO能级的差值”意指每个能量值的绝对值的差值。此外，在本发明中，HOMO和LUMO能级用绝对值表示，并且能级之间的比较也是比较其绝对值的大小，本领域技术人员知晓能级的绝对值越大，则该能级的能量越低。
在本发明中，当层或元件称为在另一层或者基板“之上”时，该层或元件可直接位于该另一层或者基板之上，或者也可存在中间层。此外，还将理解，当层称为在两个层“之间”时，该层可以是这两个层之间的唯一的层，或者也可存在一个或者多个中间层。全文中相同的附图标记表示相同的元件。
在本发明中，在描述电极和有机电致发光器件，以及其他结构体时，所采用的“上”、“下”、“顶”和“底”等表示方位的词，仅表示在某种特定状态的方位，并不意味相关的结构仅只能按所述方位存在；相反，如果结构体可以变换位置，例如倒置，则结构体的方位作相应改变。具体而言，在本发明中，电极的“底”、“下”侧是指电极在制备过程中靠近基板的一侧，而远离基板的相对一侧为“顶”、“上”侧。
在本说明书中，术语“取代”是指在指定原子或基团上的一个或多个氢原子被指定的基团替代，条件是在现有情况下不超出指定原子的正常化合价。
在本说明书中，术语“C6-C30芳基”或“C6-C30亚芳基”是指具有6至30个环碳原子的完全不饱和的单环、多环或稠合多环(也即，共用一对相邻碳原子的环)体系。
在本说明书中，术语“C5-C30杂环基”是指具有5至30个环碳原子且包含至少一个选自N、O以及S的杂原子的饱和、部分饱和或完全不饱和的环状基团，其包括但不限于杂芳基、杂环烷基、稠环或其组合。当杂环基为稠环时，杂环基的每一环或全部环可包含至少一个杂原子。
更确切而言，取代或未取代的C6-C30芳基和/或取代或未取代的C5-C30杂环基是指取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的稠四苯基、取代或未取代的芘基、取代或未取代的二联苯基、取代或未取代的对联三苯基、取代或未取代的间联三苯基、取代或未取代的
Figure BDA0002868056100000101
基、取代或未取代的联亚三苯基、取代或未取代的苝基、取代或未取代的茚基、取代或未取代的呋喃基、取代或未取代的噻吩基、取代或未取代的吡咯基、取代或未取代的吡唑基、取代或未取代的咪唑基、取代或未取代的三唑基、取代或未取代的噁唑基、取代或未取代的噻唑基、取代或未取代的噁二唑基、取代或未取代的噻二唑基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的吡嗪基、取代或未取代的三嗪基、取代或未取代的苯并呋喃基、取代或未取代的苯并噻吩基、取代或未取代的苯并咪唑基、取代或未取代的吲哚基、取代或未取代的喹啉基、取代或未取代的异喹啉基、取代或未取代的喹唑啉基、取代或未取代的喹喏啉基、取代或未取代的萘啶基、取代或未取代的苯并噁嗪基、取代或未取代的苯并噻嗪基、取代或未取代的吖啶基、取代或未取代的啡嗪基、取代或未取代的啡噻嗪基、取代或未取代的啡噁嗪基、取代或未取代的茀基、取代或未取代的二苯并呋喃基、取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的咔唑基、其组合或前述基团组合的稠环，但不限于此。
在本说明书中，取代或未取代的C6-C30亚芳基或取代或未取代的C5-C30亚杂环基分别是指如上文所定义且具有两个连接基团的取代或未取代的C6-C30芳基或取代或未取代的C5-C30杂环基，例如取代或未取代的亚苯基、取代或未取代的亚萘基、取代或未取代的亚蒽基、取代或未取代的亚菲基、取代或未取代的亚稠四苯基、取代或未取代的亚芘基、取代或未取代的亚二联苯基、取代或未取代的亚对联三苯基、取代或未取代的亚间联三苯基、取代或未取代的亚
Figure BDA0002868056100000102
基、取代或未取代的亚联亚三苯基、取代或未取代的亚苝基、取代或未取代的亚茚基、取代或未取代的亚呋喃基、取代或未取代的亚噻吩基、取代或未取代的亚吡咯基、取代或未取代的亚吡唑基、取代或未取代的亚咪唑基、取代或未取代的亚三唑基、取代或未取代的亚噁唑基、取代或未取代的亚噻唑基、取代或未取代的亚噁二唑基、取代或未取代的亚噻二唑基、取代或未取代的亚吡啶基、取代或未取代的亚嘧啶基、取代或未取代的亚吡嗪基、取代或未取代的亚三嗪基、取代或未取代的亚苯并呋喃基、取代或未取代的亚苯并噻吩基、取代或未取代的亚苯并咪唑基、取代或未取代的亚吲哚基、取代或未取代的亚喹啉基、取代或未取代的亚异喹啉基、取代或未取代的亚喹唑啉基、取代或未取代的亚喹喏啉基、取代或未取代的亚萘啶基、取代或未取代的亚苯并噁嗪基、取代或未取代的亚苯并噻嗪基、取代或未取代的亚吖啶基、取代或未取代的亚啡嗪基、取代或未取代的亚啡噻嗪基、取代或未取代的亚啡噁嗪基、取代或未取代的亚茀基、取代或未取代的亚二苯并呋喃基、取代或未取代的亚二苯并噻吩基、取代或未取代的亚咔唑基、其组合或前述基团组合的稠环，但不限于此。
在本说明书中，空穴特征是指当施加电场时能够供给电子且归因于根据最高占用分子轨域(HOMO)水准的导电特征，阳极中形成的空穴易于注入发光层中且在发光层中传输的特征。
在本说明书中，电子特征是指当施加电场时能够接受电子且归因于根据最低未占分子轨域(LUMO)水准的导电特征，阴极中形成的电子易于注入发光层中且在发光层中传输的特征。
有机电致发光器件
本发明提供了一种使用通式(1)的芳胺类化合物的有机电致发光器件。
在本发明的一个示例性的实施方案中，有机电致发光器件可包括阳极、空穴传输区域、发光区域、电子传输区域和阴极。
本发明的有机电致发光器件可以是底发光有机电致发光器件、顶发光有机电致发光器件和叠层有机电致发光器件，对此不做特定限制。
在本发明的有机电致发光器件中，还可使用任何常用于有机电致发光器件的基板。其实例为透明基板，如玻璃或透明塑料基板；不透明基板，如硅基板；柔性聚酰亚胺(PI)膜基板。不同基板具有不同的机械强度、热稳定性、透明性、表面光滑度、防水性。根据基板的性质不同，其使用方向不同。在本发明中，优选使用透明基板。基板的厚度没有特别限制。
阳极
优选地，可在基板上形成阳极。在本发明中，阳极与阴极彼此相对。阳极可由具有较高功函数以帮助空穴注入的导体制成，可为例如金属，诸如镍、铂、铜、锌、银或其合金；金属氧化物，诸如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)以及氧化铟锌(IZO)；金属与金属氧化物的组合，诸如ZnO与Al或ITO与Ag；导电聚合物，诸如聚(3-甲基噻吩)、聚(3，4-(乙烯-1，2-二氧基)噻吩)以及聚苯胺，但不限于此。阳极的厚度取决于所使用的材料，通常为50-500nm，优选为70-300nm，且更优选为100-200nm，在本发明中优选使用金属与金属氧化物的组合ITO与Ag。
阴极
阴极可由具有较低功函数以帮助电子注入的导体制成，可为例如金属或其合金，诸如镁、钙、钠、钾、钛、铟、铝、银、锡，以及其组合；多层结构材料，诸如LiF/Al、Li2O/Al以及BaF2/Ca，但不限于此。阴极的厚度取决于所使用的材料，通常为10-50nm，优选为15-20nm。
发光区域
在本发明中，发光区域可设置在阳极与阴极之间，且可以包含至少一种主体材料和至少一种客体材料。作为本发明的有机电致发光器件的发光区域的主体材料和客体材料，均可以使用现有技术中公知的用于有机电致发光器件的发光层材料。所述主体材料可为例如噻唑衍生物、苯并咪唑衍生物、聚二烷基芴衍生物或4，4′-双(9-咔唑基)联苯(CBP)。主体材料可以使用包含蒽基团的化合物。所述客体材料可为例如喹吖啶酮、香豆素、红荧烯、苝及其衍生物、苯并吡喃衍生物、罗丹明衍生物或氨基苯乙烯衍生物。
在本发明的一个优选的实施方案中，发光区域中包含一种或两种主体材料化合物。
在本发明的一个优选的实施方案中，发光区域中包含两种主体材料化合物，且两种主体材料化合物会形成激基复合物。
在本发明的一个优选的实施方案中，所用的发光区域的主体材料选自以下化合物BH1-BH11中的一种或多种：
Figure BDA0002868056100000111
在本发明中，发光区域可包含磷光或荧光客体材料以改善有机电致发光器件的荧光或磷光特性。磷光客体材料的具体实例包括铱、铂等的金属络合物，对于荧光客体材料，可使用本领域中通常使用的那些。在本发明的一个优选的实施方案中，所用的发光膜层的客体材料选自以下化合物BD-1至BD-10之一：
Figure BDA0002868056100000121
在本发明的发光区域中，所使用的主体材料与客体材料的比例为99∶1-70∶30，优选为99∶1-85∶15且更优选为97∶3-87∶13，基于质量计。
发光区域的厚度可以是10-50nm、优选是15-30nm，但厚度不限于这一范围。
空穴传输区域
在本发明的有机电致发光器件中，空穴传输区域设置在阳极和发光区域之间，其包括空穴注入层、空穴传输层和电子阻挡层。
空穴注入层
空穴注入层(也称为阳极界面缓冲层)中所使用的空穴注入材料是在低电压下，能够从阳极充分接受空穴的材料，并且空穴注入材料的最高占据分子轨道(HOMO)优选为在阳极材料的功函数和邻近的有机材料层的HOMO之间的一个值。在本发明的一个优选的实施方案中，空穴注入层为主体有机材料和和P型掺杂材料的混合膜层。为了使空穴顺畅地从阳极注入到有机膜层，主体有机材料的HOMO能级必须和P型掺杂材料具备一定特征，才有望实现主体材料和掺杂材料之间的电荷转移态的发生，实现空穴注入层和阳极之间的欧姆接触，从而实现空穴从电极到空穴注入层的高效注入。这个特征总结为：主体材料的HOMO能级与P型掺杂材料的LUMO能级的差值≤0.4eV。因此，对于不同HOMO能级的空穴类主体材料而言，需要选择不同的P型掺杂材料与之匹配，才能实现界面的欧姆接触，提升空穴注入效果。
优选地，主体有机材料的具体实例包括：金属卟啉、低聚噻吩、芳胺类的有机材料、六腈六氮杂苯并菲、喹吖啶酮类有机材料、苝类有机材料、蒽醌、和聚苯胺类和聚噻吩类导电聚合物；但不限于此。优选地，主体有机材料为芳胺类的有机材料。
优选地，P型掺杂材料为选自以下的具有电荷传导性的化合物：醌衍生物或金属氧化物，如氧化钨和氧化钼，但不限于此。
在本发明的一个优选的实施方案中，所用的P型掺杂材料选自以下化合物HI-1至HI-8中的任一种：
Figure BDA0002868056100000131
在本发明的一个实施方案中，所使用的主体有机材料与P型掺杂材料的比例为99∶1-95∶5，优选为99∶1-97∶3，基于质量计。
在本发明的一个优选的实施方案中，空穴注入层为芳胺类化合物和P型掺杂材料的混合膜层，所述芳胺类化合物为通式(1)的芳胺类化合物。
本发明的空穴注入层的厚度可以是5-20nm、优选是8-15nm，但厚度不限于这一范围。
空穴传输层
在本发明的有机电致发光器件中，空穴传输层可设置于空穴注入层之上。所述空穴传输材料是合适的具有高空穴迁移率的一种材料，其可接受来自阳极或空穴注入层的空穴，并且将所述空穴传送至发光层中。其具体实例包括：芳胺类有机材料、导电聚合物、同时具有共轭部分和非共轭部分的嵌段共聚物等，但不限于此。在一个优选的实施方案中，空穴传输层包含与空穴注入层相同的芳胺类化合物。
本发明的空穴传输层的厚度可以是80-200nm、优选是100-150nm，但厚度不限于这一范围。
电子阻挡层
在本发明的有机电致发光器件中，电子阻挡层可设置于空穴传输层和发光层之间，且尤其接触发光层。设置电子阻挡层以接触发光层，且因此，可精确控制发光层与空穴传输层的界面上的空穴转移。在本发明的一个实施方案中，电子阻挡层材料选自咔唑类芳胺衍生物。电子阻挡层的厚度可为5-20nm、优选是8-15nm，但厚度不限于这一范围。
本发明并非否定传统空穴类材料的基板搭配原理，而是在传统材料筛选的物性参数基础上的进一步叠加，亦即承认HOMO能级、载流子迁移率、膜相态稳定性、材料的耐热稳定性等对于有机电致发光器件空穴注入效率的影响效果。在此基础上，进一步增加了材料筛选条件，进而通过选择更优异的有机电致发光材料用在器件的搭配上，提升了制备高性能有机电致发光器件的材料选择精准度。
电子传输区域
在本发明的有机电致发光器件中，电子传输区域设置在发光区域和阴极之间，其包括电子传输层和电子注入层，但不限于此。
电子注入层
电子注入层可设置在电子传输层和阴极之间。电子注入层材料通常是优选具有低功函数的材料，使得电子容易地注入有机功能材料层中。优选地，电子注入层材料为N型金属材料。作为本发明的有机电致发光器件的电子注入层材料，可以使用现有技术中公知的用于有机电致发光器件的电子注入层材料，例如，锂；锂盐，如8-羟基喹啉锂、氟化锂、碳酸锂或叠氮化锂；或铯盐，氟化铯、碳酸铯或叠氮化铯。本发明的电子注入层的厚度可以是0.1-5nm、优选为0.5-3nm且更优选为0.8-1.5nm，但厚度不限于这一范围。
电子传输层
电子传输层可设置在发光膜层或(若存在的话)空穴阻挡层之上。电子传输层材料是一种容易接收阴极的电子并将接收的电子转移至发光层的材料。优选具有高的电子迁移率的材料。作为本发明的有机电致发光器件的电子传输层，可以使用现有技术中公知的用于有机电致发光器件的电子传输层材料，例如，以Alq3、BAlq和LiQ为代表的羟基喹啉衍生物的金属络合物、各种稀土金属络合物、三唑衍生物、2，4-双(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)-6-(萘-2-基)-1，3，5-三嗪(CAS号：1459162-51-6)等三嗪衍生物、2-(4-(9，10-二(萘-2-基)蒽-2-基)苯基)-1-苯基-1H-苯并[d]咪唑(CAS号：561064-11-7，俗称LG201)等咪唑衍生物、噁二唑衍生物等。
在本发明的优选的有机电致发光器件中，电子传输层包含通式(5)的氮杂环衍生物：
Figure BDA0002868056100000141
其中，Ar5、Ar6和Ar7彼此独立地表示取代或未取代的C6-C30芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30杂环基，所述杂原子彼此独立地选自N、O或S；
L3选自取代或未取代的C6-C30亚芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30亚杂环基，所述杂原子各自独立地选自N、O或S；
n表示1或2；
X1、X2、X3彼此独立地表示N或CH，条件是X1、X2、X3中的至少一个基团表示N。
优选地，通式(5)的氮杂环化合物由通式(5-1)表示：
Figure BDA0002868056100000142
其中，Ar5、Ar6、Ar7、X1、X2、X3、L3各自如上文所定义。
在本发明的一个优选的实施方案中，电子传输层包含选自以下的化合物中的任一种：
Figure BDA0002868056100000143
Figure BDA0002868056100000151
在本发明的一个更优选的实施方案中，电子传输层包含选自以下的化合物中的任一种：
Figure BDA0002868056100000152
Figure BDA0002868056100000161
本发明的电子传输层的厚度可以为10-80nm、优选为20-60nm且更优选为25-45nm，但厚度不限于这一范围。
覆盖层
为了提高有机电致发光器件的出光效率，还可在器件的阴极上增加一层光取出层(即CPL层，也称为覆盖层)。根据光学吸收、折射原理，CPL覆盖层材料的折射率应越高越好，且吸光系数应越小越好。可使用本领域公知的任何材料作为CPL层材料，例如Alq3，或N4，N4′-二苯基-N4，N4′-二(9-苯基-3-咔唑基)联苯-4，4′-二胺。CPL覆盖层的厚度通常为5-300nm，优选为20-100nm且更优选为40-80nm。
本发明的有机电致发光器件还可包括封装结构。封装结构可为防止外界物质例如湿气和氧气进入有机电致发光器件的有机层的保护结构。封装结构可为例如罐，如玻璃罐或金属罐；或覆盖有机层整个表面的薄膜。
在下文中，描述根据本发明的一个实施例所述的有机电致发光器件。
在附图中，为清楚起见，层、膜、基板、区域等的厚度经放大。在整篇说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。应理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称作“位于”另一元件“上”时，其可直接位于另一元件上或也可存在插入元件。相比之下，当元件被称作“直接位于”另一元件“上”，不存在插入元件。
图1为根据本发明的一个实施例所述的有机电致发光器件的示意性截面图。
参看图1，根据本发明的一个实施例所述的有机电致发光器件30包含彼此相对的阳极1和阴极8，依次设置在阳极1与阴极8之间的空穴传输区域10、发光区域5和电子传输区域20，以及设置在阴极之上的覆盖层9，其中空穴传输区域10包含空穴注入层2、空穴传输层3和电子阻挡层4，电子传输区域20包含电子传输层6和电子注入层7。
本发明还涉及一种制备有机电致发光器件的方法，其包括在基板上相继层压阳极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、有机膜层、电子传输层、电子注入层和阴极，以及任选地覆盖层。关于此点，可使用真空沉积、真空蒸镀、旋涂、浇铸、LB法、喷墨印刷、激光印刷或LITI等方法，但不限于此。在本发明中，优选使用真空蒸镀法来形成所述各个层。本领域技术人员可根据实际需要常规选择真空蒸镀法中的各个工艺条件。
另外，需要说明的是，本发明所述的用于形成各个层的材料均可以单独成膜而作为单层使用，也可以与其他材料混合后成膜而作为单层使用，还可以为单独成膜的层之间的层叠结构、混合后成膜的层之间的层叠结构或者单独成膜的层与混合后成膜的层的层叠结构。
本发明还涉及一种包括本发明的有机电致发光器件的具有红、绿、蓝三像素的全色显示装置，特别是平板显示装置。所述显示装置还可以包括至少一个薄膜晶体管。薄膜晶体管可以包括栅电极、源电极和漏电极、栅极绝缘层以及活性层，其中源电极和漏电极中的一个可以电连接到有机电致发光器件的阳极。活性层可以包括晶体硅、非晶硅、有机半导体或氧化物半导体，但是其不限于此。
本文中已经公开了示例性的实施方案，虽然其中使用了特定的术语，但是这些术语仅用于且仅解释为一般和描述性含义，而并非出于限制的目的。在一些情况下，如随着本申请的递交而对本领域普通技术人员所显而易见的，除非具体地表示，否则结合特定实施方案描述的特征、特性和/或元件可单独地使用或者与结合其他实施方案描述的特征、特性和/或元件组合使用。相应地，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可在形式和细节方面作出多种变化。
以下实施例旨在更好地解释本发明，但本发明的范围不限于此。
实施例
除非另有说明，在以下实施例和对比例中所使用的各种材料均是市售可得的，或可通过本领域技术人员已知的方法获得。
式(1)的化合物的制备
实施例1：化合物1的合成共三步骤：
步骤(1)
Figure BDA0002868056100000171
步骤(2)
Figure BDA0002868056100000172
步骤(3)
Figure BDA0002868056100000173
在500ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.012mol原料A，0.01mol中间体B，0.02mol碳酸钠，150ml甲苯和45ml H2O，搅拌混合，然后加入1×10-4mol四(三苯基膦)钯Pd(pph3)4，加热至105℃，回流反应24小时，取样点板，薄层色谱板上无原料B的点，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(硅胶100-200目，洗脱液：氯仿∶正己烷＝1∶2(体积比))，得到中间体M。元素分析结构(分子式C24H15BrClN)：测试值：C，66.60；H，3.45；Br，18.49；Cl，8.18；N，3.27。LC-MS([M+H]+)：实测值为432.20。
在500ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.012mol中间体M，0.01mol原料C，0.02mol碳酸钠，150ml甲苯和45ml H2O，搅拌混合，然后加入1×10-4mol四(三苯基膦)钯Pd(pph3)4，加热至105℃，回流反应24小时，取样点板，薄层色谱板上无原料C的点，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(硅胶100-200目，洗脱液：氯仿∶正己烷＝1∶2(体积比))，得到中间体P。元素分析结构(分子式C42H29ClN2)：测试值：C，84.50；H，4.90；Cl，5.93；N，4.68。LC-MS([M+H]+)：实测值为597.43。
500ml的三口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.012mol原料D，0.01mol中间体P，0.03mol叔丁醇钾，1×10-4mol三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3，1×10-4mol三苯基膦，150ml甲苯，加热回流12小时，取样点板，显示反应完全。自然冷却，过滤，滤液旋蒸，过硅胶柱(硅胶100-200目，洗脱液：氯仿∶正己烷＝1∶2(体积比))，得到目标化合物1。元素分析结构(分子式C54H39N3)：测试值：C，88.83；H，5.40；N，5.77。LC-MS([M+H]+)：实测值为730.45。
以与实施例1相同的方法制备下列化合物(所用原料均由中节能万润股份有限公司提供)，合成原料如下表1所示。本发明所使用的空穴传输层材料的合成参照专利CN110577511A，所用原料均由中节能万润提供。
为了对实施例制备的化合物进行结构分析，利用LC-MS测量分子量如表1：
表1
Figure BDA0002868056100000181
Figure BDA0002868056100000191
Figure BDA0002868056100000201
上表中，编号9中的实施例的含义为与实施例1操作相同，只替换对应的原料即可；编号22实施例的含义为：步骤(1)与实施例1操作相同；步骤(2)与实施例1的步骤(2)操作相同，仅步骤(2)所用原料C更换；然后重复步骤(2)即可得到目标化合物；编号31实施例含义为：步骤(1)与实施例1操作相同；第(2)步是重复步骤(1)，然后进行步骤(3)，步骤(3)与实施例(1)步骤(3)操作相同，仅步骤(3)所用原料D更换为该实施例中的原料，得到化合物。
检测方法
玻璃化转变温度Tg：通过差示扫描量热法(DSC，德国耐驰公司DSC204F1差示扫描量热仪)测定，升温速率10℃/min。
HOMO能级：通过电离能量测试系统(IPS3)测试，测试为真空环境。
Eg能级：基于材料单膜的紫外分光光度(UV吸收)基线与第一吸收峰的上升侧作切线，用切线和基线交叉点数值算出。
空穴迁移率：将材料制成单电荷器件，用空间电荷(导致的)受限电流法(SCLC)测得。
三线态能级T1：材料溶于甲苯溶液，通过日立F4600荧光光谱仪进行测试。
具体的物性测试结果参见表2。
表2
Figure BDA0002868056100000211
由上表2数据可知，本发明的化合物具有合适的HOMO能级、较高的空穴迁移率和较宽的带隙(Eg)，可实现具有高效率、低电压及长寿命的有机电致发光器件。
制备有机电致发光器件
在以下制备过程中所涉及到的材料的分子结构式如下所示：
Figure BDA0002868056100000221
器件对比例1
按照以下步骤制备有机电致发光器件：
a)使用透明玻璃作为基板，对其上的阳极层(ITO(15nm)/Ag(150nm)/ITO(15nm))进行洗涤，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)在经洗涤的阳极层上，分别将空穴传输材料HT1和P型掺杂材料HI1放在两个蒸镀源中，在真空度1.0E-5Pa压力下，控制化合物HT1的蒸镀速率为
Figure BDA0002868056100000222
控制P型掺杂材料HI1的蒸镀速率为
Figure BDA0002868056100000223
共同混蒸形成空穴注入层，厚度为10nm；
c)在空穴注入层上，通过真空蒸镀的方式蒸镀空穴输层，空穴传输层材料为化合HT1，厚度为120nm；
d)在空穴传输层上，通过真空蒸镀的方式蒸镀电子阻挡层EB-1，其厚度为10nm；
e)在电子阻挡层上，通过真空蒸镀的方式蒸镀发光层材料，主体材料为BH1，客体材料为BD1，质量比为97：3，厚度为20nm；
f)在发光层上，通过真空蒸镀方式蒸ET1和LiQ，ET1和LiQ质量比为50：50，厚度为30nm，该层作为电子传输层；
g)在电子传输层上，通过真空蒸镀方式蒸镀LiF，厚度为1nm，该层为电子注入层；
h)在电子注入层之上，真空蒸镀Mg∶Ag(1∶9)电极层，厚度为16nm，该层为阴极层；
i)在阴极层之上，真空蒸镀CPL材料CPL-1，厚度为70nm。
器件对比例2-3
按照器件对比例1的方法进行，不同之处在于将步骤b)/c)中的有机材料分别替换成如表3所示的有机材料。
器件对比例4-6
按照器件对比例1的方法进行，不同之处在于将b)/c)/f)中的有机材料分别替换成如表3所示的有机材料。
器件制备实施例1--21
按照器件对比例1的方法进行，不同之处在于将步骤b)/c)中的有机材料分别替换成如表3所示的有机材料。
器件制备实施例22-42
按照器件对比例1的方法进行，不同之处在于将b)/c)/f)中的有机材料分别替换成如表3所示的有机材料。
表3
Figure BDA0002868056100000231
Figure BDA0002868056100000241
Figure BDA0002868056100000251
上表中以实施例1行为例，第二列表格中的“1：HI1(3％10nm)”表示空穴注入层所用的材料为化合物(1)和P型掺杂材料HI1，3％指的是P型掺杂材料HI1占空穴注入层所用的材料的重量比：10nm表示的是该层的厚度；第三列表格中的“1(120nm)”表示所用材料为化合物(1)，该层厚度为120nm。以此类推其他表格中的含义。
如上所述制备OLED发光器件后，用公知的驱动电路将阴极和阳极连接起来，测量器件的各项性能。实施例1-42及对比例1-6的器件测量性能结果如表4所示。
表4
Figure BDA0002868056100000261
Figure BDA0002868056100000271
注：LT95指的是在壳度为1200nits情况下，器件壳度衰减到原有壳度的95％所用的时间；
电压、电流效率和色坐标是使用IVL(电流-电压-亮度)测试系统(苏州弗士达科学仪器有限公司)测试的；电流密度为10mA/cm2；
寿命测试系统为日本系统科研有限公司EAS-62C型OLED寿命测试系统。
高温寿命是指器件在80℃条件下，在亮度为1000nits情况下，器件亮度衰减到原有亮度的80％所用的时间；
由表4对比例1-3，器件实施例1-21的结果可以看出，使用本发明的芳胺咔唑类化合物作为空穴注入和空穴传输层材料，由于具有较高的载流子传输速率，有效降低了器件电压，并提升了器件寿命。
由表4对比例4-6，器件实施例22-42的结果可以看出，本发明的芳胺咔唑类化合物与特定的电子传输层材料组合使用，该种搭配方式有效提升了器件的效率和寿命。
本发明的化合物含有一个或多个咔唑基团，可以有效提高材料的玻璃化转变温度，又因为该基团有较高的耐热稳定性，因此本发明申请化合物具有优异的膜相态稳定性和蒸镀稳定性，使得器件在高温条件下的界面稳定性得到有效改善，器件具有优异的高温寿命。
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)

1.一种芳胺咔唑类化合物，其特征在于，所述化合物的结构如通式(1)所示：
Figure FDA0002868056090000011
所述Ar1至Ar4分别独立的表示为取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的二联苯基、取代或未取代的三联苯基、取代或未取代的二苯并呋喃基；
虚线表示两个基团以单键形式连接或不连接；当虚线表示为两个基团不连接时，L、L0、L1、L2表示为单键或亚苯基、亚萘基或亚联苯基；当虚线表示两个基团连接时，L1、L2分别独立的表示为亚苯基、亚萘基或亚联苯基，L和L0分别独立的表示为亚苯基、亚萘基、亚联苯基或单键；
所述R1表示为苯基、萘基或联苯基；
所述R2表示为氢原子、氘原子、取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的苯并呋喃基、取代或未取代的二苯并呋喃基，取代方式为并环或单键取代；
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4和R2所表示的基团中所述的“取代”选自氢原子、氕、氘、氚、C1-10的烷基、C6-30芳基、含有一个或多个杂原子的5至30元杂芳基中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的芳胺咔唑类化合物，其特征在于，所述通式(1)的芳胺类结构选自通式(2)-通式(4)所示的结构：
Figure FDA0002868056090000012
所述Ar1至Ar4分别独立的表示为取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的二联苯基、取代或未取代的三联苯基、取代或未取代的二苯并呋喃基；
所述R1表示为苯基、萘基或联苯基；
所述R2表示为氢原子、氘原子、取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的苯并呋喃基或取代或未取代的二苯并呋喃基，取代方式为并环或单键取代；
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4和R2所表示的基团中所述的“取代”选自氢原子、氕、氘、氚、氰基、卤素原子、C1-10的烷基、C6-30芳基、含有一个或多个杂原子的5至30元杂芳基中的一种或多种；
所述L、L0、L1和L2分别独立的选自单键、亚苯基、亚萘基或亚联苯基。
3.根据权利要求1所述的芳胺咔唑类化合物，其特征在于，所述化合物的具体结构如下：
Figure FDA0002868056090000021
Figure FDA0002868056090000031
Figure FDA0002868056090000041
Figure FDA0002868056090000051
Figure FDA0002868056090000061
4.一种有机电致发光器件，包括阳极、空穴传输区域、发光区域、电子传输区域和阴极，其特征在于，所述空穴传输区域包含权利要求1-3中任一项所述的芳胺咔唑类化合物。
5.根据权利要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴传输区域依次包括空穴注入层、空穴传输层和电子阻挡层；所述空穴注入层和空穴传输层包括权利要求1-3中任一项所述的芳胺咔唑类化合物。
6.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述发光区域包含主体材料和客体材料，其中所述主体材料包含蒽基团，客体材料为荧光材料；所述空穴注入层为权利要求1-3中任一项所述的芳胺咔唑类化合物和P型掺杂材料的混合膜层。
7.根据权利要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述电子传输区域包含由以下通式(5)所示的氮杂环化合物：
Figure FDA0002868056090000071
通式(5)中，Ar5、Ar6、Ar7彼此独立地选自取代或未取代的C6-C30芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30杂环基，所述杂原子选自N、O或S；
L3选自单键、取代或未取代的C6-C30亚芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30亚杂环基，所述杂原子各自独立地选自N、O或S；
n表示1或2；
X1、X2、X3彼此独立地表示N或CH，X1、X2、X3中的至少一个表示N。
8.根据权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述通式(5)所示的氮杂环化合物选自通式(5-1)所示化合物：
Figure FDA0002868056090000072
其中，Ar5、Ar6、Ar7彼此独立地选自取代或未取代的C6-C30芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30杂环基，所述杂原子选自N、O或S；
L3选自单键、取代或未取代的C6-C30亚芳基，取代或未取代的含有一个或多个杂原子的C5-C30亚杂环基，所述杂原子各自独立地选自N、O或S；
X1、X2、X3彼此独立地表示N或CH，X1、X2、X3中的至少一个表示N。
9.根据权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述电子传输区域包括电子传输层和电子注入层，其中所述电子传输层包含权利要求7-8任一项所述的氮杂环化合物。
10.根据权利要求9所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述电子注入层为N型金属材料。
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