CN114989201A - 一种芳香稠杂环类化合物及其应用以及包含该化合物的有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芳香稠杂环类化合物及其应用以及包含该化合物的有机电致发光器件，所述芳香稠杂环类化合物由式(1)所示，其中，Xa表示B或P＝O；Xb、Xc各自独立地表示O、S、Se、N‑R6、P‑R7、C‑R8R9、Si‑R10R11；环A表示取代或未取代的芳基、杂芳基；R1、R2相互连接形成取代或未取代的五元芳香杂环。本发明提供的此类化合物作为有机电致发光器件的发光层的客体材料，通过在B‑N芳香稠杂环中引入五元芳香杂环，增加发光分子的平面性和刚性，抑制非辐射跃迁，提高辐射跃迁速率，从而提高器件的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及有机电致发光技术领域，特别涉及一种芳香稠杂环类化合物及其应用，以及包含该芳香稠杂环类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：Organic Light Emitting Devices)，是一种类似三明治结构的电流驱动式薄膜器件，在阳极和阴极之间夹杂单层或者多层有机功能材料层。OLED在电场的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层，当二者在发光层相遇复合时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。OLED具有自发光、视角广、色域广、响应时间短、发光效率高、工作电压低、成本低廉、生产工艺简单等特点，可以制作成大尺寸和/或柔性超薄面板，是一种发展迅速、工艺集成度较高的新型显示技术，目前已经广泛应用于电视、智能手机、平板电脑、车载显示、照明等显示产品中，还将进一步应用在大尺寸显示、柔性屏等创意显示产品中。
应用于OLED器件的有机光电材料在用途上可以分为发光层材料和辅助功能层材料，其中，发光层材料中包括客体材料(又称为发光材料、掺杂材料)和主体材料(又称为基质材料)，发光材料根据不同的能量传递方式，分成荧光材料、磷光材料和热活化延迟荧光材料，辅助功能层材料按照电子或者空穴传输速度不同的性质，又分成电子注入材料、电子传输材料、空穴阻挡材料、电子阻挡材料、空穴传输材料、空穴注入材料。
显示产品中应用的OLED器件主要由不同功能层构建的红、绿、蓝三原色器件，通过电路控制从而实现五彩缤纷的产品。而红、绿、蓝三原色器件中蓝光器件的最难开发，特别是市场对蓝光的性能要求越来越高。在显示面板上为了匹配红绿光获得高亮度白光，通常会将蓝光的发光面积做大，但大的发光面积会降低显示面板整体的像素密度。因此，提高蓝光的发光效率是降低发光面积的最有效的方法之一。
因此，本领域亟待开发出高发光效率的蓝光材料。基于此种考虑，本发明采用一种芳香稠杂环类化合物直接提高蓝光发光材料的发光效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了：1)一种用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，所述化合物由式(1)所示：
其中，Xa表示B或P＝O；Xb、Xc各自独立地表示O、S、Se、N-R6、P-R7、C-R8R9、Si-R10R11；
环A表示取代或未取代的芳基、杂芳基；
R1、R2相互连接形成取代或未取代的五元芳香杂环；
R3-R11各自独立地表示氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基、或取代或未取代的杂芳基。
2)根据1)所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，其中所述化合物由式(2)所示：
其中Z表示O、S、或N-R12；Ra、Rb、R12-R14各自独立地表示氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基、或取代或未取代杂芳基，其中当Z表示N-R12时，R12可以与R13或R14相互连接而形成环状结构。
3)根据1)或2)所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，其中Ra、Rb、R3～R14各自独立地表示氢原子、取代或未取代的碳原子数1～50的烷基、取代或未取代的成环碳原子数3～50的环烷基、取代或未取代的碳原子数1～20的烷氧基、取代或未取代的成环碳原子数6～50的芳基、取代或未取代的成环碳原子数为2～30的杂芳基。
4)根据1)所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，所述化合物中“取代或未取代”中的“取代”是指取代基独立地选自氘原子、氚原子、卤素原子、氰基、硝基、羟基、碳原子数1～10的1价烷基或者环烷基、碳原子数6～30的1价单环芳基或者稠环芳基、碳原子数2～50的1价杂环基或者稠环杂芳基。
5)根据1)的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，所述芳香稠杂环类化合物选自如下结构：
6)一种有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件包括阳极、阴极以及位于所述阳极和阴极之间的至少一层的有机薄膜，所述有机薄膜中含有1)～5)中任一项所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物。
7)根据6)所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机薄膜包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、激子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层中任意一种或者至少两种组合，且所述发光层含有1)～5)中任一项所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物。
8)根据7)所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述用于有机电致发光器件的芳香稠杂环类化合物用作发光层的客体材料。
本发明的有益效果包括，通过在B-N芳香稠杂环中引入五元芳香杂环，增加发光分子的平面性和刚性，抑制非辐射跃迁，提高辐射跃迁速率，从而提高器件的发光效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明组合物应用的有机电致发光器件结构示意图，其中，器件各层结构代表含义如下：
1、透明基板层，2、ITO阳极层，3、空穴注入层，4、空穴传输层A，5、空穴传输层B(或者电子阻挡层)，6、发光层，7、电子传输层B(或者空穴阻挡层)，8、电子传输层A，9、电子注入层，10、阴极反射电极层。
具体实施方式
下面将以多个合成实施例为例来进一步说明本发明的原理和特征，所举的实施例只用于解释本发明，但并非用于限定本发明的范围。
合成实施例：D29
将二(4-叔丁基苯基)胺3.62g(20mmol，1.0eq)、间溴碘苯6.79g(24mmol，1.2eq)、再加入碘化亚铜0.38g(2mmol，0.1eq)、碳酸钾4.14g(30mmol，3eq)和50mL二甲苯加入到反应瓶中。对反应体系抽换气三次，氮气保护下，加热搅拌，150℃反应24h。停止反应，冷至室温，硅藻土过滤。旋蒸除掉溶剂，硅胶柱分离，乙酸乙酯/石油醚(1:20)淋洗，旋干溶剂，真空干燥得到6.79g目标产物L29，产率78％，白色固体，质谱测得分子量为m/z＝435.2(M+H)+。
将L29 6.53g(15mmol，1.0eq)、对叔丁基苯胺4.58g(18mmol，1.2eq)、再加入0.30g(0.30mmol,0.02eq)的三(二亚苄基丙酮)二钯、2.87g(30mmol,2.00eq)的叔丁醇钠加入到反应瓶中。对反应体系抽换气三次，氮气保护，再用针管加入1.20mL(1.20mmol,0.08eq)三叔丁基膦的甲苯溶液(1mol/L)和50ml的二甲苯。氮气保护下，加热搅拌，140℃反应12h。停止反应，冷至室温，加入100ml去离子水，用乙酸乙酯萃取三次。旋蒸除掉溶剂，硅胶柱分离，乙酸乙酯/石油醚(1:20)淋洗，旋干溶剂，真空干燥得到5.74g目标产物M29，产率76％，白色固体，质谱测得分子量为m/z＝504.7(M+H)+。
将M29 5.05g(10mmol，1.0eq)、3,4-二溴噻吩2.90g(12mmol，1.2eq)、再加入0.20g(0.20mmol,0.02eq)的三(二亚苄基丙酮)二钯、1.92g(20mmol,2.00eq)的叔丁醇钠加入到反应瓶中。对反应体系抽换气三次，氮气保护，再用针管加入0.80mL(0.80mmol,0.08eq)三叔丁基膦的甲苯溶液(1mol/L)和50ml的甲苯。氮气保护下，加热搅拌，120℃反应12h。停止反应，冷至室温，加入100ml去离子水，用乙酸乙酯萃取三次。旋蒸除掉溶剂，硅胶柱分离，乙酸乙酯/石油醚(1:20)淋洗，旋干溶剂，真空干燥得到4.80g目标产物N29，产率72％，淡黄色固体，质谱测得分子量为m/z＝664.9(M+H)+。
在氮气保护下，将4.66g(7mmol，1.0eq)的中间体N29加入到40mL叔丁基苯中，并在-78℃下向其中滴加8.4mL(21mmol，3.0eq)正丁基锂(2.5M)。滴加完成后，将混合物在60℃下搅拌3小时。在-78℃下滴加三溴化硼3.5g(14mmol，2eq)后，将所得混合物在室温下搅拌1小时，并在0℃下向其中滴加N,N-二异丙基乙胺1.84g(14mmol，2eq)。滴加完成后，将混合物在120℃下搅拌2小时。反应完成后，在室温下向反应混合物中添加乙酸钠水溶液，搅拌，并用乙酸乙酯萃取。旋蒸除掉溶剂，硅胶柱分离，真空干燥得到1.16g产品D29，产率29％，质谱测得分子量为m/z＝594.7(M+H)+。
表1
以下根据本发明的优选方案对涉及到的有机电致发光器件的膜层功能进行说明。
本发明方案所述的有机电致发光器件包含阳极层、阴极层以及阳极和阴极之间的至少一层的有机层。或者，有机层由多层有机化合物层叠构成的膜层。有机层还可以含有无机化合物。
本发明方案所述的有机电致发光器件的有机层中至少一层是发光层。有机层除了发光层，也可以包含其它功能层，例如在阳极层与发光层之间可以存在一层或者多层空穴注入层、空穴传输层、或者电子阻挡层，在两层发光层之间存在激子阻挡层或者具有类似功能的中间层也是可行的，在发光层和阴极层之间存在一层或者多层空穴阻挡层、电子传输层、或者电子注入层。应予说明，这些功能层不是必然存在的。
本发明所述的有机电致发光器件可以是荧光，也可以是荧光和磷光混合器件；可以是具有单一发光的器件，也可以是具有多个发光单元的串联型器件；此外，可以是单色发光器件，也可以是混合色器件，也可以是白色发光器件。
发光层可以包含多个客体材料和多个主体材料。客体材料可以是荧光材料、磷光材料或者热活化延迟荧光材料。主体材料是指在发光层中占有绝大多数组成成分的基质材料，与荧光材料掺杂组合的主体材料称之为“荧光主体”，与磷光材料掺杂组合的主体材料称之为“磷光主体”。应予说明，主体材料的选择并不取决于其分子结构，而是根据作为客体材料的基质材料进行区分。
根据上述实施方案优选如下有机电致发光器件，本发明化合物作为蓝光客体材料使用。上述实施方案的本发明化合物的用途同样适用于有机电子器件。
在本发明的优选实施方案中，有机电致发光器件的发光层中发光材料和主体材料的混合物掺杂比例，发光材料的含量优选0.1重量％～30重量％。
本领域普通技术人员通常已知这些方法，并且能够在不付出创造性劳动的情况下，将这些方法应用于包含本发明组合物的有机电致发光器件。
以下通过器件实施例1～10和器件比较例1～2详细说明本发明组合物在有机电致发光器件中的应用效果，用以验证本发明的组合物的在本领域的技术进展和有益效果。实施例和比较例只是进一步详细地阐述本发明，但本发明所述不受技术条件限制。
器件实施例1：用作蓝光客体材料的有机电致发光器件的制造
将30mm×30mm×1.1mm厚的带氧化铟锡(ITO)透明电极(阳极)的玻璃基板在异丙醇中进行超声波清洗5分钟后，进行紫外光(UV)-臭氧清洗30分钟。ITO的膜厚为130nm。将清洗后的上述玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板架，抽真空至1×10-5～1×10-6Pa，在ITO透明导电层上蒸镀空穴注入层(HIL)，膜厚15nm。在该空穴注入层之上蒸镀空穴传输层A(HTL)，膜厚60nm。继而，在该空穴传输层A之上蒸镀电子阻挡层(EBL)，膜厚5nm。继而，在该电子阻挡层之上共蒸镀发光层(EML)，膜厚20nm。发光层(EML)采用多源共蒸镀的方式蒸镀发光层的发光材料和主体材料，其中发光材料的掺杂浓度为2重量％。为保证发光材料的掺杂浓度准确性，需要等待发光材料和主体材料的蒸镀速率稳定后，再打开遮挡隔板，进行多源共蒸镀。然后在该发光层之上蒸镀空穴阻挡层(HBL)，膜厚5nm。然后在该空穴阻挡层之上蒸镀电子传输材料(ETL)：8-羟基喹啉锂(Liq)＝1：1作为电子传输层，膜厚30nm。此外，在该ETL之上蒸镀电子注入性电极(EIL)Liq，膜厚1nm。然后，在该EIL之上蒸镀金属阴极铝(Al)，膜厚80nm。实施例1的有机电致发光器件结构如图1所示，图1还显示了各功能层的叠加顺序及作用。
所述OLED原则上具有以下层结构：基底/空穴注入层(HIL)/空穴注入层(HTL)/电子阻挡层(EBL)/发光层(EML)/空穴阻挡层(HBL)/电子传输层(ETL)/电子注入层(EIL)和最后的阴极。
所述OLED的确切结构示于表2
表2用于OLED的材料
器件实施例1：
ITO(130)/HATCN(15)/HTL(60)/EBL(5)/BH:D16(20,重量2％)/HBL(10)/ETL:Liq(25，重量50％)/Liq(1)/Al(80)。
器件实施例2-10与器件实施例1的区别仅在于将发光层中所用的本发明D16替换为本发明的其它BD，具体详见表3。
比较例1～2：
本比较例与器件实施例1相比，不同之处在于有机电致发光器件中的BD变更为业内公知且已商业化应用的，所得器件性能测试数据如表3所示。
通过标准方法表征所述OLED。为了这个目的，确定电致发光光谱、电流效率(以cd/A度量)、功率效率(以lm/W度量)和外量子效率(EQE，以％度量)，其作为发光密度的函数从呈现朗伯发射特征的电流/电压/发光密度特征线(IUL特征线)计算。在1000cd/m2的亮度下确定所需的电压V1000。CE1000表示在1000cd/m2下达到的电流效率。最后，EQE1000表示在1000cd/m2的工作亮度下的外量子效率，T90表示器件在1000cd/m2的起始亮度下器件亮度减弱到90％的工作时间。将本发明的实施例1～10和比较例1～2的器件性能总结如表3所示。
表3
从表3中可以看出，相对于现有技术，使用本发明的器件实施例1-10，可以在保持OLED的驱动电压同时提高效率和寿命。如D77所在器件实施例5的T90相比于比较例1，提升了近13％；如D213所在器件实施例9的CE1000相比于比较例2，提升了11％。更重要的是本发明的D218器件实施例10的CE1000和T90相对于比较例2效率和寿命都有明显的提升，分别提升了8.8％和17％。通过表3可以看出，通过在B-N芳香稠环中引入芳香杂环，增加发光分子的平面性和刚性，从而提高器件的发光效率。
应当理解，这里描述的各种实施例仅作为示例，并无意图限制本发明的范围。因此，如本领域技术人员所显而易见的，所要求保护的本发明可以包括本文所述的具体实施例和优选实施例的变化。本文所述的材料和结构中的许多可以用其它材料和结构来取代，而不脱离本发明的精神。应理解为，关于本发明为何起作用的各种理论无意为限制性的。
Claims (8)
1.一种用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，所述化合物由式(1)所示：
其中，Xa表示B或P＝O；Xb、Xc各自独立地表示O、S、Se、N-R6、P-R7、C-R8R9、Si-R10R11；
环A表示取代或未取代的芳基、杂芳基；
R1、R2相互连接形成取代或未取代的五元芳香杂环；
R3-R11各自独立地表示氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基、或取代或未取代的杂芳基。
2.根据权利要求1所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，其中所述化合物由式(2)所示：
其中Z表示O、S、或N-R12；Ra、Rb、R12-R14各自独立地表示氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基、或取代或未取代杂芳基，其中当Z表示N-R12时，R12可以与R13或R14相互连接而形成环状结构。
3.根据权利要求1或2所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，其中Ra、Rb、R3～R14各自独立地表示氢原子、取代或未取代的碳原子数1～50的烷基、取代或未取代的成环碳原子数3～50的环烷基、取代或未取代的碳原子数1～20的烷氧基、取代或未取代的成环碳原子数6～50的芳基、取代或未取代的成环碳原子数为2～30的杂芳基。
4.根据权利要求1所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，所述化合物中“取代或未取代”中的“取代”是指取代基独立地选自氘原子、氚原子、卤素原子、氰基、硝基、羟基、碳原子数1～10的1价烷基或者环烷基、碳原子数6～30的1价单环芳基或者稠环芳基、碳原子数2～50的1价杂环基或者稠环杂芳基。
5.根据权利要求1的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物，其特征在于，所述芳香稠杂环类化合物选自如下结构：
6.一种有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件包括阳极、阴极以及位于所述阳极和阴极之间的至少一层的有机薄膜，所述有机薄膜中含有权利要求1～5中任一项所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物。
7.根据权利要求6所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机薄膜包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、激子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层中任意一种或者至少两种组合，且所述发光层含有权利要求1～5中任一项所述的用于有机电子器件的芳香稠杂环类化合物。
8.根据权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述用于有机电致发光器件的芳香稠杂环类化合物用作发光层的客体材料。
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