TWI555822B - 用於磷光有機發光裝置之主體材料 - Google Patents

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Description

用於磷光有機發光裝置之主體材料
本發明係關於適宜於作為OLED中之主體材料的化合物，特別係包含芳基鍺烷及芳基矽烷基團之化合物。
所主張之本發明係由代表及/或聯合一或多個以下成員依據聯合大學法人研究協定所創作完成：密西根大學、普林斯敦大學、南加大、世界顯示器公司(Universal Display Corporation)之董事會。本協議係在本發明創作日及該日之前生效，且本發明係在本協議範疇內從事活動之結果。
使用有機材料之光電子裝置因為諸多原因而越來越受歡迎。用以製造此等裝置之多種材料係相對便宜的，所以有機光電子裝置具有超越無機裝置之成本優勢之潛力。此外，有機材料之固有特性，例如其撓性，可使其很好地適合於特殊應用，例如可撓性基板上之製造。有機光電子裝置之實例包括有機發光裝置(OLED)、有機光電晶體管、有機光電電池及有機光偵測器。對於OLED，該有機材料可具有超過習用材料之性能優勢。例如用適當之摻雜劑通常可容易地調整有機發光層發光之波長。
當施加電壓穿過該裝置時，OLED使用發光之薄有機薄膜。OLED正在成為越來越多令人關注之用於如平面顯示器、照明及背光源之應用之技術。諸多OLED材料及組態係描述於美國專利案號5,844,363,6,303,238及5,707,745，該等專利案係以全文引用之方式併入本文。
磷光發光分子之一種應用係全色顯示器。此顯示器之工業標準需要經調適以發出被稱為「飽和」顏色之特殊顏色之像素。特別而言，該等標準需要飽和之紅色、綠色及藍色之像素。可使用此項技術熟知之CIE座標測量顏色。
綠色發光分子之一個實例係表示為Ir(ppy)3之參(2-苯基吡啶)銥，其具有以下結構：
在此及稍後本文之圖中，吾人將自氮至金屬(此處係Ir)之配位鍵描繪為直線。
如本文所使用之術語「有機」包括可用以製造光電子裝置之聚合材料以及小分子有機材料。「小分子」係指非聚合物之任意有機材料，且「小分子」實際上可相當大的。小分子在一些情況下可包括重複單元。例如，使用長鏈烷基基團作為取代基不會將分子從該「小分子」類移除。亦可將小分子併入聚合物中，例如其作為聚合物主鏈上之側基或作為該主鏈之部分。小分子亦可作為樹枝狀聚合物之核心部分，該樹枝狀聚合物係由在該核心部分上構成之一系列化學殼組成。該樹枝狀聚合物之核心部分可為螢光或磷光小分子發射體。樹枝狀聚合物可為「小分子」，且據信目前用於OLED之領域之全部樹枝狀聚合物均為小分子。
如本文所使用之「頂部」意指離基板最遠，而「底部」意指離該基板最近。將第一層描述為「配置於」第二層之上，該第一層配置得離基板較遠處。除非詳細說明該第一層係「接觸」該第二層，否則介於該第一與第二層之間可存在其他層。例如可將陰極描述為「配置於」陽極之上，即使介於其間存在多層有機層。
如本文所使用之「溶液可處理」意指能在呈溶液或懸浮液形式之液體介質中溶解、分散或傳輸及/或從中沉積之能力。
當據信配位基直接有助於發光材料之光活性特性時，該配位基被稱為「光活性」。當據信配位基不能有助於發光材料之光活性特性時，該配位基可被稱為「輔助」，雖然輔助配位基可改變光活性配位基之特性。
如本文所使用者及為一熟習此項技術者大體上理解者，如果第一能階更接近真空能階，則第一「最高佔用分子軌域」(HOMO)或「最低未佔用分子軌域」(LUMO)能階係「大於」或「高於」第二HOMO或LUMO能階。因為遊離電位(IP)作為相對於真空能階之負能量測量值，較高之HOMO能階相應於具有較小絕對值之IP(較小負值之IP)。同樣，較高之LUMO能階相應於具有較小絕對值之電子親和力(EA)(較小負值之EA)。在該頂部為真空能階之常規能階圖上，材料之該LUMO能階係高於該相同材料之HOMO能階。「較高」之HOMO或LUMO能階顯示比「較低」之HOMO或LUMO能階更接近該圖頂部。
如本文所使用者及為一熟習此項技術者大體上理解者，如果第一功函數具有較高之絕對值，該第一功函數係係「大於」或「高於」第二功函數。因為功函數一般作為相對真空能階之負數而測量，其意指「較高」之功函數係較大之負值。在頂部為真空能階之常規能階圖上，「較高」之功函數描繪為在該向下之方向中離真空能階較遠。因此，HOMO及LUMO能階之定義遵循與功函數不同之規則。
OLED之更多細節及上述該等定義可見美國專利案號7,279,704，該案係以全文引用之方式併入本文中。
提供下式I之化合物： 其中Ar及Ar'獨立地選自由苯基、聯苯基、萘基、二苯并噻吩及二苯并呋喃組成之群，其等可視情況另外經取代。Z係選自Si及Ge。L係單鍵或包括芳基、胺基或其組合，且L可視情況另外經取代。
A係直接鍵結至Z之基團且其係選自由二苯并呋喃、二苯并噻吩、氮雜二苯并呋喃、氮雜二苯并噻吩、二苯并硒吩、氮雜二苯并硒吩及其組合組成之群，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群之至少一種基 團取代，且其中可視情況使該取代稠合至直接鍵結至Z之基團。
B含有選自由咔唑、氮雜咔唑及其組合組成之群之基團，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一種基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至咔唑或氮雜咔唑基團。
在一態樣中，A係選自由以下組成之群：
在一態樣中，B係選自由以下組成之群： Y1及Y2獨立地選自由O、S及Se組成之群，X1至X10獨立地選自由CR'及N組成之群，且其中各苯并環含有至多一個N。R'係選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群。R係選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳基、雜芳基、芳氧基、胺基、及其組合組成之群。
在一態樣中，L係選自由以下組成之群：
在一態樣中，L係單鍵。在另一態樣中，L含有至少一個直接鍵結至Z之苯基。
在一態樣中，Ar及Ar'係苯基。在另一態樣中，Ar、Ar'係獨立地經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一種基團取代。
在一態樣中，該化合物係選自由化合物1至化合物11組成之群。
提供第一裝置。在一態樣中，該第一裝置包括有機發光裝置，其另外包括陽極、陰極及位於該陽極與該陰極之間之有機層，其包括具有下式之化合物： 其中Ar及Ar'係獨立地選自由苯基、聯苯基、萘基、二苯并噻吩及二苯并呋喃組成之群，其係視情況另外經取代。 Z係選自Si及Ge。L係單鍵或包括芳基、胺基或其組合，且L係視情況另外經取代。
A係直接鍵結至Z之基團且其係選自由二苯并呋喃、二苯并噻吩、氮雜二苯并呋喃、氮雜二苯并噻吩、二苯并硒吩、氮雜二苯并硒吩及其組合組成之群，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群之至少一種基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至直接鍵結至Z之基團。
B含有選自由咔唑、氮雜咔唑及其組合組成之群之基團，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一種基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至咔唑或氮雜咔唑基團。
在一態樣中，該有機層係發光層且式I之化合物係主體。在另一態樣中，該有機層另外包含發光摻雜劑。在一態樣中，該發光摻雜劑係具有選自由以下組成之群之至少一種配位基之過渡金屬錯合物： 其中Ra、Rb及Rc可代表單、二、三或四取代。
Ra、Rb及Rc係獨立地選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷 基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群，且其中Ra、Rb及Rc之兩個相鄰取代基可視情況連結以形成稠環。
在一態樣中，該發光摻雜劑具有該式： D係5-或6-員碳環或雜環，且R1、R2及R3係獨立地代表單、二、三或四取代。R1、R2及R3各獨立地選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群。X-Y代表另一配位基且n係1、2或3。R1可視情況鍵結至環D。
在另一態樣中，該裝置另外包括非發光層之第二有機層且具有式I之該化合物係該第二有機層中之材料。
在一態樣中，該第二有機層係阻擋層且具有式I之該化合物係該第二有機層中之阻擋材料。
在一態樣中，該第二有機層係電子傳輸層且具有式I之該化合物係該第二有機層中之電子傳輸材料。
在一態樣中，該第一裝置係消費型產品。在另一態樣 中，該第一裝置係有機發光裝置。
一般而言，OLED包括至少一層配置於陽極與陰極之間且電連接至該陽極及陰極之有機層。當施加電流時，該陽極注入電洞且該陰極將電子注入至該(等)有機層中。該等經注入之電洞及電子各向著帶相反電荷的電極移動。當電子及電洞定位在相同分子上時，形成「激子」，其係經定域之具有激發能量態之電子電洞對。當激子鬆弛時藉由光電發射機制發光。在某些情況下，該激子可定位在準分子或激發複合物(exciplex)上。亦可出現非輻射機制，例如熱弛豫，但其一般視為不希望的。
初始的OLED使用例如揭示於美國專利案號4,769,292之自其單重態發光(「螢光」)之發光分子，該案係以全文引用之方式併入本文中。螢光發光一般發生在少於10納秒之時間範圍內。
最近，已證明具有自三重態發光(「磷光」)之發光材料之OLED。Baldo等人之「Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices」，Nature，第395期，第151頁至第154頁(1998)(「Baldo-I」)及Baldo等人之「Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence」，Appl.Phys.Lett.，第75期，第3本，第4頁至第6頁(1999)(「Baldo-II」)，此等文獻係以全文引用之方式併入本文中。磷光係更詳細得描述於美國專利案號7,279,704第5列 至第6列，該案係以引用之方式併入本文中。
圖1顯示有機發光裝置100。不一定按比例畫該等圖。裝置100可包括基板110、陽極115、電洞注入層120、電洞傳輸層125、電子阻擋層130、發光層135、電洞阻擋層140、電子傳輸層145、電子注入層150、保護層155及陰極160。陰極160係具有第一傳導性層162及第二傳導性層164之複合陰極。藉由按順序沉積所描述之該等層可製造裝置100。該等多種層之特性及功能以及實例材料係更詳細描述於US 7,279,704第6列至第10列，該案係以引用之方式併入本文中。
該等層之各個之更多之實例係可利用的。例如，撓性及透明基板-陽極組合係描述於美國專利案號5,844,363，該案係以全文引用之方式併入本文中。p型摻雜之電洞傳輸層之實例係經F.sub.4-TCNQ以50：1之莫耳比率摻雜之m型MTDATA，其係揭示於美國專利申請公開案號2003/0230980，該案係以全文引用之方式併入本文中。發光及主體材料之實例係揭示於Thompson等人之美國專利案號6,303,238，該案係以全文引用之方式併入本文中。n型摻雜之電子傳輸層之實例係經Li以1：1之莫耳比率摻雜之BPhen，其係揭示於美國專利申請公開案號2003/0230980，該案係以全文引用之方式併入本文中。以全文引用之方式併入本文中之美國專利案號5,703,436及5,707,745揭示包括具有如上方具有透明、導電、濺鍍沉積之Mg：Ag之金屬之薄層之複合陰極之陽極之實例。阻擋層 之理論及用途係更詳細描述於美國專利案號6,097,147及美國專利申請公開案號2003/0230980，該等案係以全文引用之方式併入本文中。注入層之實例係提供於美國專利申請公開案號2004/0174116，該案係以全文引用之方式併入本文中。保護層之描述可見美國專利申請公開案號2004/0174116，該案係以全文引用之方式併入本文中。
圖2顯示倒置式OLED 200。該裝置包括基板210、陰極215、發光層220、電洞傳輸層225及陽極230。藉由按順序沉積所描述之該等層可製造裝置200。因為最普通之OLED組態具有配置在陽極上之陰極，且該裝置200具有沉積在陽極230下之陰極215，裝置200被稱為「倒置式」OLED。與所描述之關於裝置100之彼等相似之材料可用於裝置200之相應之層。圖2提供如何自裝置100之基板刪除一些層之一個實例。
藉由非限制之實例提供圖1及2說明之簡單層狀結構，且理解本發明之實施例可用於廣泛多種之其他結構中。所描述之該等特別材料及結構本質上係示範性的，且可使用其他材料及結構。藉由以不同方式組合所描述之多種層可獲得功能性OLED，或基於設計、性能及成本因素可全部刪除該等層。亦可包括無特別描述之其他層。可使用該等特別描述之材料以外的材料。雖然本文所提供之諸多實例描述包括單一材料之多種層，但暸解可使用材料之組合，例如主體及摻雜劑之混合物或更一般之混合物。該等層亦可具有多種子層。不希望嚴格限制本文對該等多種層給定之 名稱。例如，在裝置200中，電洞傳輸層225傳輸電洞及將電洞注入發光層220中，且可描述其為電洞傳輸層或電洞注入層。在一實施例中，OLED可描述為具有配置於陰極與陽極之間之「有機層」。此有機層可包括單一層，或例如關於圖1及2所描述可另外包括不同有機材料之多層。
亦可使用無特別描述之結構及材料，例如揭示於Friend等人之美國專利案號5,247,190之由聚合材料組成之OLED(PLED)，該案係以全文引用之方式併入本文中。經由另外之實例，可使用具有單一有機層之OLED。可堆疊OLED，例如描述於Forrest等人之美國專利案號5,707,745，該案係以全文引用之方式併入本文中。該OLED結構可背離圖1及2說明之簡單層狀結構。例如該基板可包括具有角度之反射表面以提高外部耦合，例如如描述於Forrest等人之美國專利案號6,091,195之臺式結構，及/或描述於Bulovic等人之美國專利案號5,834,893之凹槽結構，該等案係以全文引用之方式併入本文中。
除非另有說明，否則該等多種實施例之任一層可藉由任一適宜之方法沉積。對於該等有機層，較佳之方法包括如描述於美國專利案號6,013,982及6,087,196之熱蒸鍍、噴墨(該等案係以全文引用之方式併入本文中)，如描述於Forrest等人之美國專利案號6,337,102之有機氣相沉積(OVPD)(該案係以全文引用之方式併入本文中)及如描述於美國專利申請案序號10/233,470之藉由有機有機蒸汽噴印(OVJP)之沉積(該案係以全文引用之方式併入本文中)。其 他適宜之沉積方法包括旋轉式塗覆及其他基於溶液之方法。基於溶液之方法較佳係在氮或惰性氛圍下進行。對於該等其他層，較佳之方法包括熱蒸鍍。較佳之圖案化之方法包括如描述於美國專利案號6,294,398及6,468,819之經由遮罩之沉積、冷焊接(該等案係以全文引用之方式併入本文中)，及與一些如噴墨及OVJD之沉積方法相關之圖案化。可使用其他方法。可改良將沉積之該等材料以使其與特殊沉積方法相容。例如，支鏈或無支鏈及較佳含由至少3個碳之取代基(如烷基及芳基基團)可用於小分子中以增強其經受溶液處理之能力。可使用具有20個或更多之碳之取代基，且3至20個碳係較佳之範圍。具有不對稱結構之材料可比對稱結構之彼等具有更佳之溶液可加工性，因為對稱材料可具有較低之再結晶傾向。可使用樹枝狀聚合物取代基以增強小分子經受溶液處理之能力。
根據本發明之實施例製造之裝置可併入包括平板顯示器、電腦監視器、電視機、廣告牌、用於內部或外部照明及/或信號之燈、平視顯示器、完全透明之顯示器、可撓式顯示器、雷射印表機、電話機、行動電話、個人數位助理(PDA)、膝上型電腦、數字照相機、攝錄影機、取景器、微型顯示器、運載工具、較大範圍之壁面、劇院及露天大型運動場之螢幕或標識之廣泛多種消費型產品中。可使用多種控制機構控制根據本發明製造之裝置，包括被動矩陣式及主動式矩陣。諸多該等裝置欲在對人類舒適之溫度範圍下使用，例如18℃至30℃，更佳係在室溫下(20至 25℃)。
本文所描述之該等材料及結構可具有除了OLED裝置以外之應用。例如，其他如有機太陽能電池及有機光偵測器之光電子裝置可利用該等材料及結構。更一般而言，如有機電晶體之有機裝置可利用該等材料及結構。
對於此項技術，該等術語鹵代、鹵素、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基烷基、雜環基、芳基、芳族基及雜芳基係已知的，且其定義於US 7,279,704第31列至第32列，該案係以全文引用之方式併入本文中。
提供下式I之化合物： Ar及Ar'獨立地選自由苯基、聯苯基、萘基、二苯并噻吩及二苯并呋喃組成之群，其等可視情況另外經取代。Z係選自Si及Ge。L係單鍵或包括芳基、胺基或其組合，且L係視情況另外經取代。
A係直接鍵結至Z之基團且其係選自由二苯并呋喃、二苯并噻吩、氮雜二苯并呋喃、氮雜二苯并噻吩、二苯并硒吩、氮雜二苯并硒吩及其組合組成之群，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群之至少一種基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至直接鍵結至Z之基團。
B含有選自由咔唑、氮雜咔唑及其組合組成之群之基團，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一種基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至咔唑或氮雜咔唑基團。
「芳基」基團係芳族全碳基團，其中可含有一或多個稠環。僅經由實例且沒有任何限制，示範性芳基基團可為苯基、萘、菲、碗烯(corannulene)等。「雜芳基」基團係含有至少一個雜原子之「芳基」基團。僅經由實例且沒有任何限制，示範性雜芳基基團可為吡啶、喹啉、啡啉、氮雜碗烯(azacorannulene)等。「芳基」及「雜芳基」基團二者都可具有連接其至其他片段之多附接點。
在一實施例中，A係選自由以下組成之群：
在一實施例中，B係選自由以下組成之群： Y1及Y2獨立地選自由O、S及Se組成之群，X1至X10獨立地選自由CR'及N組成之群，且其中各雜芳環含有至多一個N。R'係選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群。R係選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳基、雜芳基、芳氧基、胺基、及其組合組成之群。在本文所揭示之化學結構中該等虛線代表能夠經由基團上之任意位置形成與另一原子之單鍵的鍵。
在一些實施例中，A基團作為電子傳輸體及鍵結單元(L)且B基團作為電洞傳輸體。
應暸解當分子片段描述為取代基或者附接至另一部分時，其名稱可寫為如同其係片段(例如萘基、二苯并呋喃基)或如同其係完整分子(例如萘、二苯并呋喃)。如本文所使用者，取代基或附接片段之該等不同命名方式係視為相當的。
如本文所使用之片段含有以下結構： 其係稱為DBX基團，即二苯并X，X係本文所描述之任一原子或基團。在該DBX基團中，A1至A8可包括碳或氮。
在一實施例中，L係選自由以下組成之群：
在一實施例中，L係單鍵。在另一實施例中，L含有至少一個直接鍵結至Z之苯基。
在一實施例中，Ar及Ar'係苯基。在另一實施例中，Ar、Ar'係獨立地經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷 基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一種基團取代。
本文所揭示之式I之新穎化合物含有兩個不同之部分：基團A及B，其與芳基矽烷或芳基鍺烷間隔基連接，形成不對稱結構。所謂「不對稱」，其係意指上述之基團A及B具有不同之結構。當用於OLED裝置時，式I之化合物具有多種有利之特性。首先，包含兩個相異之部分允許微調所得化合物之能階，其可有助於自相鄰層之電荷注入且藉由該等發射體摻雜劑調節電荷捕集。其次，該等兩個不同之部分可獨立地經選擇以具有如電子及/或電洞傳輸特性，產生具有兩極電荷傳輸特點之化合物。該等特點不僅可抑制操作電壓，而且可平衡電子及電洞通量以獲得延伸之電荷重組區域。第三，該芳基矽烷及芳基鍺烷間隔件打斷介於基團A與B之間之共軛，殘留較高之三重態能量於該整體分子，且因此有效減少淬滅。
式I之化合物較已知之對稱類似物具有額外優勢，因為式I之化合物較不易結晶。因此，式I之化合物具有經改善之膜均勻性，在不受理論限制下據信其係在介於OLED中之發射體與主體材料之間之相分離減少之結果。式I之新穎化合物可用以改善OLED裝置性能參數，例如發射光譜線形、效率及壽命。此外，式I之化合物亦傾向於可溶於如甲苯、二甲苯及3-苯氧基甲苯之有機溶劑中，且其經得起低成本照明應用極度需要之溶液處理。
在一實施例中，該化合物係選自由以下組成之群：
表1列出經選擇之式I化合物及對照化合物之三重態能階。由在77 K下之2-甲基四氫呋喃中之相應之化合物之10-4 M之溶液中所收集之磷光光譜之最高能量0-0之振動帶之最大值測量該三重態能量。雖然CC-4含有矽烷單元，但CC-4具有與CC-1實質上相同之分子三重態能量(2.76比2.78 eV)。相反，具有該直接連接至矽烷單元之二苯并噻吩部分之化合物1具有為2.99 eV之較高之三重態能量，其表明該直接連接可維持該二苯并噻吩部分之較高之三重態能量。其可由都具有約3.0 eV之三重態能量之化合物2至4、CC-2及CC-3進一步證實。應注意在化合物5具有較化合物1至4更低之三重態能量(2.81 eV)，在不受理論限制下，據信由含有伸聯苯基橋聯之聯咔唑基團之存在限制。
提供第一裝置。在一實施例中，該第一裝置包括有機發光裝置，其另外包括陽極、陰極及位於該陽極與該陰極之間之有機層，其包括具有下式之化合物： Ar及Ar'係獨立地選自由苯基、聯苯基、萘基、二苯并噻吩及二苯并呋喃組成之群，其係視情況另外經取代。Z係選自Si及Ge。L係單鍵或包括芳基、胺基或其組合，且L係視情況另外經取代。
A係直接鍵結至Z之基團且其係選自由二苯并呋喃、二苯并噻吩、氮雜二苯并呋喃、氮雜二苯并噻吩、二苯并硒吩、氮雜二苯并硒吩及其組合組成之群，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群之基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至直接鍵結至Z之基團的至少一個苯并環。
B含有選自由咔唑、氮雜咔唑及其組合組成之群之基團，其可視情況另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至咔唑或氮雜咔唑基團。
在一實施例中，該有機層係發光層且式I之化合物係主體。在另一實施例中該有機層另外包括發光摻雜劑。在一實施例中，該發光摻雜劑係具有選自由以下組成之群之至 少一個配位基之過渡金屬錯合物： 其中Ra、Rb及Rc可代表單、二、三或四取代。
Ra、Rb及Rc係獨立地選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群，且其中Ra、Rb及Rc之兩個相鄰取代基可視情況連結以形成稠環。
在一實施例中，該發光摻雜劑具有下式： D係5-或6-員碳環或雜環，且R1、R2及R3係獨立地代表單、二、三或四取代。R1、R2及R3各獨立地選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群。X-Y代表另一配位基，且n係1、2或3。R1可視情況鍵結至環D。
在另一實施例中，該裝置另外包括非發光層之第二有機層且具有式I之該化合物係該第二有機層中之材料。
在一實施例中，該第二有機層係阻擋層且具有式I之該化合物係該第二有機層中之阻擋材料。
在一實施例中，該第二有機層係電子傳輸層且具有式I 之該化合物係該第二有機層中之電子傳輸材料。
在一實施例中，該第一裝置係消費型產品。在另一實施例中，該第一裝置係有機發光裝置。
裝置實例
以下顯示用於裝置實例之材料之結構：
如下係本文描述之對照化合物之結構：
全部實例裝置係由高度真空(<10-7 Torr)之熱蒸鍍(VTE)製造。該陽極電極係800 Å之氧化銦錫(ITO)。陰極由10 Å之LiF及隨後之1,000 Å之Al所組成。在製造後，全部裝置 立刻在氮手套箱(<1 ppm之H2O及O2)中用由環氧樹脂密封之玻璃蓋封裝，且在該封裝中併入吸濕劑。
用於實例及對照裝置實例之OLED裝置之有機堆疊具有以下結構：從該ITO表面，作為電洞注入層之100 Å之化合物HIL，作為電洞傳輸層(HTL)之300 Å之NPD，作為發光層(EML)之300 Å之經15重量百分比之摻雜劑D1或摻雜劑D2摻雜之式I之化合物CC-1、CC-2、CC-3或CC-4之化合物，作為阻擋層(BL)之50 Å之化合物BL或式I之化合物及作為電子傳輸層(ETL)之400 Å之Alq。該等裝置結構顯示於圖4。
表2係該裝置數據之彙總，其中摻雜物D1係發射體。該發光效率(LE)、外部量子效率(EQE)及功率效率(PE)係在1000尼特下測量，同時該壽命(LT80%)定義為在20 mA/cm2之恒定電流密度下該裝置衰減至其起始亮度之80%所需要之時間。在一些實施例中，含有矽烷橋聯之該等化合物證明較高之效率，例如裝置實例1至5及對照裝置實例2及3相較於對照裝置實例1。在不受理論之限制下，該等結果可部分歸因於破壞由矽烷橋聯之共軛及個別分子之較高之三重態能量之保持性。此外，由四苯基矽烷單元引入之位阻現象亦可防止可降低在該固態下之三重態能量的不利之分子間堆疊。該主體之高三重態能量有效限制在該等發射體上之激子，其導致較高之效率。
此外，具有含有DBX及咔唑二者部分之不對稱之矽烷主體(即具有Z=Si之式I之化合物)之裝置具有較具有對稱之矽烷主體之彼等(裝置實例1至5比對照裝置實例2及3)經改善之壽命。裝置實例1、2及4具有對照裝置實例2兩倍之壽命。該壽命提高係歸因於有助以平衡電荷通量之式I之該等化合物之雙極特性。在不受理論之限制下，據信已平衡之電子/電洞通量擴延該電荷重組區域，其可藉由抑制或減少激子淬滅保持在高亮度下之高效率。藉由允許更大量之分子具有電荷傳輸、激子形成及發光之作用，經擴展之電荷重組區域亦延長該裝置之壽命。此外，如裝置實例6至10所說明者，式I之化合物亦可用於該等電洞阻擋層。 因為式I之化合物可作為主體及該電洞阻擋層中之電洞阻擋材料，期望將該等材料合併入光學裝置中以減少裝置製造成本。
應注意化合物1至4具有高三重態能量且其係適宜於作為較深之藍色發射體。為了說明，表3係該發光層包括摻雜有15重量百分比之摻雜劑D2的式I之化合物之裝置數據之彙總。該發光效率(LE)、外部量子效率(EQE)及功率效率(PE)係在1000尼特下測量，同時該壽命(LT80%)定義為在恒定電流密度下該裝置衰減至其2000尼特之起始亮度之80%所需要的時間。
裝置實例11至14亦顯示良好效率，其表明該主體之三重態能量係充分高以致於不淬滅該較深之藍色摻雜劑之發光。
與其他材料之組合
本文描述之可用於有機發光裝置中之特殊層的該等材料可與存在該裝置之廣泛之多種材料組合使用。例如本文所揭示之發光摻雜劑可用以與主體、傳輸層、阻擋層、注入 層、電極及可存在之其他層之結合。以下所描述或所提及之材料係可用於與本文揭示之化合物之組合之材料的非限制實例，且熟悉本技術之人士可參考該文獻以確定可組合使用之其他材料。
HIL/HTL：
待用於本發明之電洞注入/傳輸材料未受特別限制，且可使用任一化合物，只要該化合物通常係用作電洞注入/傳輸材料即可。該材料之實例包括但不限制於酞菁或卟啉衍生物、芳香胺衍生物、吲哚并咔唑衍生物、含有氟代烴之聚合物、具有傳導性摻雜劑之聚合物、如PEDOT/PSS之傳導性聚合物、衍生自如膦酸及矽烷衍生物之化合物之自我組合之單體、如MoOx之金屬氧化物衍生物、如1,4,5,8,9,12-六氮雜聯伸三苯六甲腈之p型半導體有機化合物、金屬錯合物及可交聯之化合物。
用於HIL或HTL之芳香胺衍生物之實例包括但不限制於以下一般結構：
Ar1至Ar9各選自組成如苯、聯苯、聯三苯、聯伸三苯、 萘、蒽、萉、菲、茀、芘、、苝、薁之芳香烴環化合物之基團，組成如二苯并噻吩、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、吲哚并咔唑、吡啶基吲哚、吡咯并二吡啶、吡唑、咪唑、三唑、噁唑、噻唑、噁二唑、噁三唑、二噁唑、噻二唑、吡啶、嗒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、噁嗪、噁噻嗪、噁二嗪、吲哚、苯并咪唑、吲唑、吲噁嗪、苯并噁唑、苯并異噁唑、苯并噻唑、喹啉、異喹啉、啉、喹唑啉、喹噁啉、萘啶、酞嗪、喋啶、二苯并哌喃、吖啶、啡嗪、啡噻嗪、啡噁嗪、苯并呋喃并吡啶、呋喃并二吡啶、苯并噻吩并吡啶、噻吩并二吡啶、苯并硒吩并吡啶及硒吩并二吡啶之芳香族雜環化合物之基團；組成2至10個選自該芳香烴環狀基團及芳香族雜環基團之相同類型或不同類型之基團之環狀結構單元之基團且其直接或經由氧原子、氮原子、硫原子、矽原子、磷原子、硼原子、鏈結構單元及該脂肪族環狀基團中之至少一者鍵結至彼此。其中各Ar另外經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之取代基取代。
在一實施例中，Ar1至Ar9係獨立地選自由以下組成之群：
k係自1至20之整數；X1至X8係C(包括CH)或N；Ar1具有以上定義之相同基團。
用於HIL或HTL之金屬錯合物之實例包括但不限制於以下通式：
M為原子量大於40之金屬；(Y1-Y2)係雙牙配位基，Y1及Y2獨立地選自C、N、O、P及S；L係輔助配位基；m係自1至可附接該金屬之該配位基之最大數量的整數值；且m+n係可附接該金屬之配位基的最大數量。
在一態樣中，(Y1至Y2)係2-苯基吡啶衍生物。
在另一態樣中，(Y1至Y2)係碳烯配位基。
在另一態樣中，M係選自Ir、Pt、Os及Zn。
在另外之態樣中，該金屬錯合物在溶液中具有最小之氧化電位，相對於Fc+/Fc對小於約0.6 V。
主體：
本發明之有機EL裝置之發光層較佳係至少含有作為發光材料之金屬錯合物，且其可含有使用該金屬錯合物作為摻雜劑材料之主體材料。該主體材料之實例非特別受限制， 且可使用任何金屬錯合物或有機化合物，只要該主體之三重態能量係大於該摻雜劑即可。
用作主體之金屬錯合物之實例較佳係具有以下之通式：
M係金屬；(Y3-Y4)係雙牙配位基，Y3及Y4獨立地選自C、N、O、P及S；L係輔助配位基；m係自1至可附接於該金屬之配位基之最大數量之整數值；且m+n係可附接於該金屬之配位基之最大數量。
在一態樣中，該等金屬錯合物係：
(O-N)係具有配位至原子O及N之金屬之雙牙配位基。
在另一態樣中，M係選自Ir及Pt。
在另一態樣中，(Y3-Y4)係碳烯配位基。
用作主體之有機化合物之實例係選自由以下組成之群：如苯、聯苯、聯三苯、聯伸三苯、萘、蒽、萉、菲、茀、芘、、苝、薁之芳香烴環化合物，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、吲哚并咔唑、吡啶基吲哚、吡咯并二吡啶、吡唑、咪唑、三唑、噁唑、噻唑、噁二唑、噁三唑、二噁唑、噻二唑、吡啶、嗒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、噁嗪、噁噻嗪、噁二嗪、吲哚、苯并咪唑、吲唑、吲噁 嗪、苯并噁唑、苯并異噁唑、苯并噻唑、喹啉、異喹啉、啉、喹唑啉、喹噁啉、萘啶、酞嗪、喋啶、二苯并哌喃、吖啶、啡嗪、啡噻嗪、啡噁嗪、苯并呋喃并吡啶、呋喃并二吡啶、苯并噻吩并吡啶、噻吩并二吡啶、苯并硒吩并吡啶及硒吩并二吡啶之芳香族雜環化合物；及2至10個選自該芳香烴環狀基團及芳香族雜環基團之相同類型或不同類型之基團之環狀結構單元且其等係直接或經由氧原子、氮原子、硫原子、矽原子、磷原子、硼原子、鏈結構單元及該脂肪族環狀基團中之至少一者彼此鍵結。其中各基團進一步經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之取代基取代。
在一態樣中，主體化合物之分子中含有至少一個以下基團：
R1至R7獨立地選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群，當其係芳基或雜芳基時，其具有如上述Ar之相似定義。
K係自0至20之整數。
X1至X8係選自C(包括CH)或N。
HBL：
電洞阻擋層(HBL)可用以減少離開該發光層之電洞及/或激子之數量。在裝置中此阻擋層之存在可導致相比缺少阻擋層之相似裝置實質上較高之效率。阻擋層亦可用以限制發光至OLED之希望之區域。
在一態樣中，用於HBL之化合物含有用作上述主體之相同分子。
在另一態樣中，用於HBL之化合物的分子中含有至少一個以下基團：
k係自0至20之整數；L係輔助配位基，m係自1至3之整 數。
ETL：
電子傳輸層(ETL)可包括能夠傳輸電子之材料。電子傳輸層係固有的(無摻雜)或經摻雜的。摻雜可用以增強傳導性。不特別限制該ETL材料之實例，且可使用任何金屬錯合物或有機化合物，只要其通常用以傳輸電子即可。
在一態樣中，用於ETL之化合物的分子中含有至少一個以下基團：
R1係選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群，當其係芳基或雜芳基時，其具有如上述Ar之相似定義。
Ar1至Ar3具有如上述Ar之相似定義。
K係自0至20之整數。
X1至X8係選自C(包括CH)或N。
在另一態樣中，用於ETL之該等金屬錯合物含有但不限 制於以下通式：
(O-N)或(N-N)係具有配位至原子O、N或N、N之金屬之雙牙配位基；L係輔助配位基；m係自1至可附接於該金屬之配位基之最大數量之整數值。
在用於該OLED裝置之各層之任何上述化合物中，該等氫原子可部分或完全氘化。
除本文所揭示之該等材料外及/或與之組合，諸多電洞注入材料，電洞傳輸材料、主體材料、摻雜材料、激子/電洞阻擋層材料、電子傳輸及電子注入材料可用於OLED中。可與本文所揭示之材料組合用於OLED中之材料之非限制實例係列表於下表4。表4列出材料之非限制類別、每一類別之化合物之非限制實例及揭示該等材料之參考文獻。
實驗
貫穿本文所使用之化學縮寫係如以下所示：dba係二苯 亞甲基丙酮，EtOAc係乙酸乙酯，dppf係1,1'-雙(聯苯基膦基)二茂鐵，DCM係二氯甲烷，SPhos係二環己基(2',6'-二甲氧基-[1,1'-聯苯基]-3-基)膦，THF係四氫呋喃。
化合物1之合成：
在-78℃下，在100 mL之THF中之9-(3-溴苯基)-9H-咔唑(5 g，15.52 mmol)與4-溴二苯并[b,d]噻吩(4.08 g，15.52 mmol)之溶液中一滴一滴地添加在己烷中之正丁基鋰溶液(2.5 M，21.34 mL，34.1 mmol)，且攪拌達1小時。將二苯基二氯矽烷(3.19 mL，15.52 mmol)溶解於THF(10 mL)且一滴一滴地添加至該經鋰化之混合物中。允許整晚加溫該化合物至室溫，用水及NH4Cl溶液淬滅，用EtOAc萃取，在Na2SO4上乾燥及過濾。該溶劑蒸發時，該固體從DCM再結晶以產生如白色固體之化合物1(3.4 g，36%)。
化合物2之合成：
在-78℃下，將己烷中之正丁基鋰溶液(2.5 M，9.48 mL，23.70 mmol)一滴一滴添加至醚(70 mL)中之二苯并[b,d]噻吩(4.80 g，26.1 mmol)之溶液中，且允許該溶液加溫至室溫且隨後在35℃之油浴中加熱2小時以產生二苯并[b,d]噻吩-4-基鋰之紅色溶液。
藉由在-78℃下將己烷中之正丁基鋰溶液(2.5 M，9.48 mL，23.70 mmol)添加至醚(70 mL)中之1,3-二溴苯(2.56 mL，21.20 mmol)之溶液中隨後在該溫度下攪拌達3.5小時，在另一燒瓶種製備間溴苯基鋰之溶液。在-78℃下將該間溴苯基鋰溶液一滴一滴地添加至醚(70 mL)中之二氯二苯基矽烷(4.88 mL，23.70 mmol)溶液中。在一滴一滴地導入以上所製備之二苯并[b,d]噻吩-4-基鋰溶之前，在該溫度下攪拌該形成之反應溶液達2小時。允許整晚緩慢加溫該所得溶液至室溫。其用水淬滅，用醚萃取且在Na2SO4上乾燥。該溶劑蒸發時，藉由在矽膠上用己烷/DCM(9/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色粉末之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]噻吩-4-基)二苯基矽烷(3.84 g，31%)。
140℃下在N2下加熱間二甲苯(50 mL)中之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]噻吩-4-基)二苯基矽烷(3.4 g，6.52 mmol)、9H-3,9'-聯咔唑(2.4 g，7.17 mmol)、Pd2(dba)3(0.119 g，0.130 mmol)、SPhos(0.107 g，0.261 mmol)及第三丁醇鈉(1.253 g，13.04 mmol)之混合物整晚。冷卻至室溫後，其通過Celite®之較短之栓塞，且用甲苯及DCM洗滌。蒸發該經組合之有機溶液且藉由在矽膠上用己烷/DCM(7.5/2.5，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色粉末之化合物2(4.2g，83%)。
化合物3之合成：
在-78℃下將己烷中之正丁基鋰溶液(2.5 M，9.48 mL，23.70 mmol)一滴一滴地添加至醚(50 mL)中之二苯并[b,d]呋喃(4.98 g，29.6 mmol)中且允許加溫該溶液至室溫且攪 拌達20小時以產生二苯并[b,d]呋喃-4-基鋰溶液。在-78℃下將己烷中之正丁基鋰溶液(2.5 M,9.48 mL,23.70 mmol)一滴一滴地添加至醚(50 mL)中之1,3-二溴苯(2.56 mL，21.20 mmol)之溶液中。在-78℃下添加至醚(50.0 mL)中之二氯二苯基矽烷(4.88 mL,23.70 mmol)溶液中之前，在該溫度下攪拌該反應溶液達3.5小時。在一滴一滴地導入以上所製備之二苯并[b,d]呋喃-4-基鋰溶液之前，在該溫度下攪拌該所得之反應溶液達2小時。允許整晚緩慢加溫該反應混合物至室溫同時用水淬滅，用醚萃取且在Na2SO4上乾燥。該溶劑之過濾及蒸發時，藉由在矽膠上用己烷/DCM(9/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色粉末之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]呋喃-4-基)二苯基矽烷(6.2 g，52%)。
在140℃下氮氣下使間二甲苯(50 mL)中之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]呋喃-4-基)二苯基矽烷(3 g，5.93 mmol)、9H-咔唑(0.992 g，5.93 mmol)、Pd2(dba)3(0.109 g，0.119 mmol)、SPhos(0.097 g，0.237 mmol)及第三丁醇鈉(1.1 g，11.87 mmol)之懸浮液回流整晚。冷卻至室溫後，其通過Celite®之較短之栓塞且用甲苯及DCM洗滌。蒸發該經組合之溶液且藉由在矽膠上用己烷/DCM(7.5/2.5，v/v)作為洗提液進行管柱層析且自DCM之沉澱純化該殘留物以產 生如白色粉末之化合物3(3.2 g，91%)。
化合物4之合成：
在140℃下加熱間二甲苯(50 mL)中之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]呋喃-4-基)二苯基矽烷(2.75 g，5.44 mmol)、9H-3,9'-聯咔唑(1.81 g，5.44 mmol)、Pd2(dba)3(0.10 g，0.10 mmol)、SPhos(0.089 g，0.22 mmol)及第三丁醇鈉(1.05 g，10.88 mmol)之懸浮液整晚。冷卻至室溫後，其通過Celite®之較短之栓塞，且用甲苯及DCM洗滌。蒸發該經組合之溶液，藉由在矽膠上用己烷/DCM(8/2，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色粉末之化合物4(3.5 g，85%)。
化合物5之合成：
在N2下回流二噁烷(300 mL)中之1-(3-溴-9H-咔唑-9-基)乙酮(13.80 g，47.9 mmol)、4,4,4',4',5,5,5',5'-八甲基-2,2'-雙(1,3,2-二噁環戊硼烷)(14.59 g，57.5 mmol)、乙酸鉀(9.40 g，96 mmol)、dppf(0.585 g，0.958 mmol)及Pd2(dba)3(0.877 g，0.958 mmol)之混合物溶液整晚。冷卻至室溫後，用水(250 mL)稀釋且用EtOAc萃取(3×70 mL)。分離該有機相且在Na2SO4上乾燥。蒸發除去該溶劑時，藉由在矽膠上用己烷/EtOAc(9/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物且從相同溶劑將其再結晶以產生如白色結晶之1-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼烷-2-基)-9H-咔唑-9-基)乙酮(10.5 g，65%)。
在N2下回流甲苯(100 mL)及水(20 mL)中之1-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼烷-2-基)-9H-咔唑-9-基)乙酮(10.00 g，29.8 mmol)、1,3-二溴苯(17.59 g，74.6 mmol)、Pd(PPh3)4(0.689 g，0.597 mmol)及K2CO3(12.37 g，89 mmol)之混合物溶液整晚。冷卻至室溫後，分離該有機相且蒸發該溶劑。藉由在矽膠上用己烷/DCM(1/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色固體之1- (3-(3-溴苯基)-9H-咔唑-9-基)乙酮(2.5 g，23%)。
在N2下回流在甲苯(180 mL)及水(5 mL)中之1-(3-(3-溴苯基)-9H-咔唑-9-基)乙酮(2.50 g，6.86 mmol)、9-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼烷-2-基)苯基)-9H-咔唑(2.53 g，6.86 mmol)、Pd2(dba)3(0.063 g，0.069 mmol)、(SPhos)(0.056 g，0.137 mmol)及K3PO4(4.74 g，20.59 mmol)之混合物溶液整晚。冷卻至室溫後，分離該有機溶液。蒸發該溶劑時，藉由在矽膠上用己烷/DCM(1/1至1/4，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色固體之1-(3-(3'-(9H-咔唑-9-基)-[1,1'-聯苯基]-3-基)-9H-咔唑-9-基)乙酮(3.2 g，89%)。
回流THF(50 mL)、水(50 mL)及乙醇(50 mL)中之1-(3-(3'-(9H-咔唑-9-基)-[1,1'-聯苯基]-3-基)-9H-咔唑-9-基)乙酮(3.30 g，6.27 mmol)及KOH(3.5 g，62.7 mmol)之混合物溶液達1小時。冷卻至室溫後，其用水稀釋且用EtOAc萃取 (4×50 mL)。將該等有機溶離分組合，在Na2SO4上乾燥且濃縮以引發如白色固體之3-(3'-(9H-咔唑-9-基)-[1,1'-聯苯基]-3-基)-9H-咔唑(2.6 g，86%)之沉澱。
在N2下回流二甲苯(150 mL)中之3-(3'-(9H-咔唑-9-基)-[1,1'-聯苯基]-3-基)-9H-咔唑(2.70 g，5.57 mmol)、(3-溴苯基)(二苯并[b,d]呋喃-4-基)二苯基矽烷(2.82 g，5.57 mmol)、第三丁醇鈉(1.071 g，11.14 mmol)、Pd2(dba)3(0.102 g，0.111 mmol)及SPhos(0.091 g，0.223 mmol)之混合物溶液達18小時。冷卻至室溫後，添加10% NaHSO3之水溶液(100 mL)且攪拌達1小時。分離該有機相且在Na2SO4上乾燥。蒸發該溶劑時，藉由在矽膠上用己烷/DCM(7/3，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色粉末之化合物5(3.3 g，65%)。
化合物6之合成：
在N2下回流甲苯(150 mL)及水(50 mL)中之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]噻吩-4-基)二苯基矽烷(3.50 g，6.71 mmol)、9-苯基-3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼烷-2-基)-9H-咔唑(2.478 g，6.71 mmol)、K2CO3(1.9 g，13.42 mmol)及Pd(PPh3)4(0.155 g，0.134 mmol)之混合物溶液整晚。冷卻至室溫後，分離該有機相。蒸發該溶劑時，藉由在矽膠上用己烷/DCM(4/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色固體之化合物6(3.3 g，72%)。
化合物7之合成：
在100℃下加熱甲苯(30 mL)及水(10 mL)中之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]呋喃-4-基)二苯基矽烷(3.5 g，6.92 mmol)、9-苯基-3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼烷-2-基)-9H-咔唑(2.56 g，6.92 mmol)、Pd2(dba)3(0.127 g， 0.138 mmol)、SPhos(0.114 g，0.277 mmol)及K2CO3(2.87 g，20.77 mmol)之混合物整晚。冷卻至室溫後，分離該有機相。蒸發該溶劑時，藉由在矽膠上用己烷/DCM(9/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色固體之化合物7(3.3 g，72%)。
化合物10之合成：
在110℃下加熱二噁烷(350 mL)中之3-溴-9-苯基-9H-咔唑(27.5 g，72.5 mmol)、4,4,4',4',5,5,5',5'-八甲基-2,2'-雙(1,3,2-二噁環戊硼烷)(36.8 g，145 mmol)、Pd2(dba)3(0.664 g，0.725 mmol)、SPhos(1.191 g，2.90 mmol)及乙酸鉀(17.80 g，181 mmol)之混合物溶液直到薄膜層析表明完全轉化。冷卻至室溫後，該反應混合物通過Celite®之栓塞。蒸發該溶劑時，藉由在矽膠上用己烷/EtOAc(97/3至96/4，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該粗產物以產生如白色固體之9-苯基-3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼 烷-2-基)-9H-咔唑(10.4 g，39%)。
在N2下回流甲苯(500 mL)及水(50 mL)中之3-溴-9H-咔唑(6.75 g，27.4 mmol)、9-苯基-3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼烷-2-基)-9H-咔唑(12.15 g，32.9 mmol)、Pd2(dba)3(0.251 g，0.274 mmol)、SPhos(0.450 g，1.097 mmol)及K3PO4(25.3 g，110 mmol)之混合物溶液達10小時。冷卻至室溫後，用二氯甲烷萃取且用鹽水洗滌該反應混合物。該經組合之有機溶液係在Na2SO4上乾燥、過濾且蒸發該溶劑以產生粗產物，其可從DCM/己烷(1/1，v/v，1200 mL)再結晶以產生如黃色固體之9H,9'H-3,3'-聯咔唑(6.66 g，59%)。
在氮氣下回流間二甲苯(50 ml)中之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]噻吩-4-基)二苯基矽烷(2.75 g，5.27 mmol)、9-苯基-9H,9'H-3,3'-聯咔唑(2.154 g，5.27 mmol)、Pd2(dba)3(0.097 g，0.105 mmol)、SPhos(0.087 g，0.211 mmol)及第三丁醇鈉(1.013 g，10.55 mmol)之混合物溶液整晚。冷卻至室溫 後，其通過Celite®之較短之栓塞，用甲苯及DCM洗滌。蒸發該經組合之溶液，且藉由在矽膠上用己烷/DCM(3/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色粉末之化合物10(3.7g，83%)。
化合物11之合成：
在氮氣下回流間二甲苯(50 mL)中之(3-溴苯基)(二苯并[b,d]呋喃-4-基)二苯基矽烷(2.75 g，5.44 mmol)、9-苯基-9H,9'H-3,3'-聯咔唑(2.222 g，5.44 mmol)、Pd2(dba)3(0.100 g，0.109 mmol)、SPhos(0.089 g，0.218 mmol)及第三丁醇鈉(1.046 g，10.88 mmol)之混合物整晚。冷卻至室溫後，其通過Celite®之較短之栓塞，用甲苯及DCM洗滌。蒸發該經組合之溶液，且藉由在矽膠上用己烷/DCM(3/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物以產生如白色粉末之化合物11(3.6 g，79%)。
對照實例：
對照化合物CC-1之合成：
在氮氣下回流甲苯(200 mL)及水(10 mL)中之4-(3-溴苯基)二苯并[b,d]噻吩(7.15 g，21.08 mmol)、9-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁環戊硼烷-2-基)苯基)-9H-咔唑(7.78 g，21.08 mmol)、SPhos(0.173 g，0.422 mmol)、Pd2(dba)3(0.192 g，0.211 mmol)及磷酸鉀單水物(9.71 g，42.2 mmol)之溶液整晚。冷卻至室溫後，分離該有機相且蒸發至乾燥。藉由在矽膠上用己烷/DCM(9/1至1/1，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物，從庚烷再結晶及在真空下昇華以產生如白色結晶之CC-1(6.4g，61%)。
對照化合物CC-2之合成：
將二苯并[b,d]噻吩(10 g，54.3 mmol)溶解於THF(500 mL)中且冷卻該溶液至-78℃。隨後一滴一滴地添加正丁基鋰(40.7 mL，65.1 mmol，在己烷中為1.6 M)。隨後加溫該混合物至室溫且在再冷卻至-78℃之前攪拌達5小時。在分離之燒瓶中，將二氯二苯基矽烷(4.5 mL，21.7 mmol)溶解 於10 mL之THF中且將其一滴一滴地添加至反應混合物，然後允許該反應混合物整晚加溫其至室溫。用EtOH(10 mL)淬滅該反應混合物且全部溶劑在減壓下移除。於所得之殘留物中添加DCM(200 mL)及水(200 mL)且分離該等層。用DCM洗滌該水性層多於兩次且用水及鹽水洗滌經組合之有機物。在減壓下移除該溶劑獲得14.7 g之灰白色固體。該粗產物係在矽膠上用己烷/EtOAc(95/5至90/10，v/v)作為洗提液進行管柱層析以獲得如白色固體之對照化合物CC-2(5.4 g，45%)。
對照化合物CC-3之合成：
在-78℃下將正丁基鋰(9.7 mL，15.5 mmol，在己烷中為1.6 M)一滴一滴地添加至THF(50 mL)中之9-(3-溴苯基)-9H-咔唑(5 g，15.52 mmol)之溶液中，且在-78℃下攪拌該混合物達2小時。在分離之燒瓶中，將二氯二苯基矽烷(1.5 mL，7.1 mmol)溶解於10 mL之THF中且將其一滴一滴地添加至反應混合物中，然後允許該反應混合物整晚加溫其至室溫。添加EtOAc(50 mL)及水(50 mL)且該等層係分離的。用EtOAc洗滌該水性層多於兩次且用水及鹽水洗滌經組合之有機物。蒸發該溶劑時，藉由在矽膠上用己烷/DCM(7/3，v/v)作為洗提液進行管柱層析純化該殘留物， 從己烷再結晶及在真空(<10-5托)下昇華兩次產生如白色結晶之CC-3(1.7 g，33%)。
暸解本文所描述之多種實施例係僅藉由實例，且不希望限制本發明之範圍。例如在不偏離本發明之精神下，可用其他材料及結構代替本文所描述之多種該等材料及結構。因此申請專利之本發明可包括多種自本文所描述之特別實例及較佳之實施例的變化，對於熟悉本技術之人士其係明顯的。暸解不限制關於為何本發明起作用之原因的多種理論。
100‧‧‧有機發光裝置
110‧‧‧基板
115‧‧‧陽極
120‧‧‧電洞注入層
125‧‧‧電洞傳輸層
130‧‧‧電子阻擋層
135‧‧‧發光層
140‧‧‧電洞阻擋層
145‧‧‧電子傳輸層
150‧‧‧電子注入層
155‧‧‧保護層
160‧‧‧陰極
162‧‧‧第一傳導性層
164‧‧‧第二傳導性層
200‧‧‧倒置式OLED
210‧‧‧基板
215‧‧‧陰極
220‧‧‧發光層
225‧‧‧電洞傳輸層
230‧‧‧陽極
圖1顯示有機發光裝置。
圖2顯示不具有單獨電子傳輸層之倒置式有機發光裝置。
圖3顯示式I之化合物。
圖4顯示合併式I之化合物之樣品OLED裝置結構。

Claims (18)

  1. 一種式I之化合物，其包括： 其中Ar及Ar'係獨立地選自由苯基、聯苯基、萘基、二苯并噻吩及二苯并呋喃組成之群，其等可視情況經進一步取代；其中Z係選自Si及Ge；其中L係單鍵或包括芳基、胺基或其組合；其中L可視情況經進一步取代；其中A係直接鍵結至Z之基團且其係選自由二苯并呋喃、二苯并噻吩、氮雜二苯并呋喃、氮雜二苯并噻吩、二苯并硒吩、氮雜二苯并硒吩及其組合組成之群，其可視情況進一步經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群之至少一個基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至直接鍵結至Z之基團；及其中B含有選自由咔唑、氮雜咔唑及其組合組成之群之基團，其可視情況進一步經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一個基團 取代，且其中可視情況使該取代稠合至咔唑或氮雜咔唑基團。
  2. 如請求項1之化合物，其中A係選自由以下組成之群： 其中B係選自由以下組成之群： 其中Y1及Y2係獨立地選自由O、S及Se組成之群；其中X1至X10係獨立地選自由CR'及N組成之群，且其中各苯并環含有至多一個N；其中R'係選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群；及其中R係選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳基、雜芳基、芳氧基、胺基、及其組合組成之群。
  3. 如請求項1之化合物，其中L係選自由以下組成之群：
  4. 如請求項1之化合物，其中L係單鍵。
  5. 如請求項1之化合物，其中L含有至少一個與Z直接鍵結之苯基。
  6. 如請求項1之化合物，其中Ar及Ar'係苯基。
  7. 如請求項1之化合物，其中Ar、Ar'係獨自地經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一個基團取代。
  8. 如請求項1之化合物，其中該化合物係選自由以下組成之群：
  9. 一種包括有機發光裝置之第一裝置，其進一步包括：陽極；陰極；及配置於該陽極與該陰極之間之有機層，其包括具有下式之化合物： 其中Ar及Ar'係獨立地選自由苯基、聯苯基、萘基、二苯并噻吩及二苯并呋喃組成之群，其等可視情況進一步經取代；其中Z係選自Si及Ge；其中L係單鍵或包括芳基、胺基或其組合；其中L可視情況進一步經取代；其中A係直接鍵結至Z之基團且其係選自由二苯并呋 喃、二苯并噻吩、氮雜二苯并呋喃、氮雜二苯并噻吩、二苯并硒吩、氮雜二苯并硒吩及其組合組成之群，其可視情況進一步經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳硒基、吡啶、三嗪、咪唑、苯并咪唑、腈、異腈及其組合組成之群之至少一個基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至直接鍵結至Z之基團；及其中B含有選自由咔唑、氮雜咔唑及其組合組成之群之基團，其可視情況進一步經選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群之至少一個基團取代，且其中可視情況使該取代稠合至咔唑或氮雜咔唑基團。
  10. 如請求項9之第一裝置，其中該有機層係發光層且該式I之化合物係主體。
  11. 如請求項9之第一裝置，其中該有機層進一步包含發光摻雜劑。
  12. 如請求項11之第一裝置，其中該發光摻雜劑係具有選自由以下組成之群之至少一個配位基之過渡金屬錯合物： 其中Ra、Rb及Rc可代表單、二、三或四取代；其中Ra、Rb及Rc係獨立地選自由氫、氘、鹵基、烷 基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群；及其中Ra、Rb及Rc中之兩個相鄰取代基可視情況結合以形成稠環。
  13. 如請求項9之第一裝置，其中該發光摻雜劑具有下式： 其中D係5-或6-員碳環或雜環；其中R1、R2及R3獨立地代表單、二、三或四取代；其中R1、R2及R3各獨立地選自由氫、氘、鹵基、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、巰基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合組成之群；其中R1可視情況鍵結至環D；其中n係1、2或3；且其中X-Y係另一配位基。
  14. 如請求項9之第一裝置，其中該裝置進一步包括作為非發光層之第二有機層且具有式I之該化合物係該第二有機層中之材料。
  15. 如請求項14之第一裝置，其中該第二有機層係阻擋層且 具有式I之該化合物係該第二有機層中之阻擋材料。
  16. 如請求項9之第一裝置，其中該第二有機層係電子傳輸層且具有式I之該化合物係該第二有機層中之電子傳輸材料。
  17. 如請求項9之第一裝置，其中該第一裝置係消費型產品。
  18. 如請求項9之第一裝置，其中該第一裝置係有機發光裝置。
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