一种有机化合物及包含其的电子元件和电子装置

文档序号:628098 发布日期:2021-05-11 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 一种有机化合物及包含其的电子元件和电子装置 (Organic compound, electronic element containing organic compound and electronic device ) 是由 马林楠 于 2021-01-20 设计创作,主要内容包括:本申请涉及一种有机化合物及其电子元件和电子装置,属于有机电致发光技术领域。本发明的有机电致发光材料,分子内包含金刚烷基团与吲哚并咔唑衍生物的结构,增加共轭体系的电子密度,进而提高了有机化合物的空穴传导效率并且降低有机电致发光的驱动压力。将本发明的有机电致发光材料应用于有机电致发光器件的功能层时,能够显著改善有机电致发光器件的性能。(The application relates to an organic compound, an electronic element and an electronic device thereof, belonging to the technical field of organic electroluminescence. The organic electroluminescent material of the invention contains the structures of adamantyl groups and indolocarbazole derivatives in molecules, increases the electron density of a conjugated system, further improves the hole conduction efficiency of organic compounds and reduces the driving pressure of organic electroluminescence. When the organic electroluminescent material is applied to the functional layer of the organic electroluminescent device, the performance of the organic electroluminescent device can be obviously improved.)

一种有机化合物及包含其的电子元件和电子装置

技术领域

本申请涉及有机电致发光技术领域,具体而言,涉及一种有机化合物及包含其的电子元件和电子装置。

背景技术

随着电子技术的发展和材料科学的进步,用于实现电致发光或者光电转化的电子元器件的应用范围越来越广泛。该类电子元器件通常包括相对设置的阴极和阳极,以及设置于阴极和阳极之间的功能层。该功能层由多层有机或者无机膜层组成,且一般包括能量转化层、位于能量转化层与阳极之间的空穴传输层、位于能量转化层与阴极之间的电子传输层。

以有机电致发光器件为例,其一般包括依次层叠设置的阳极、空穴传输层、作为能量转化层的电致发光层、电子传输层和阴极。当阴阳两极施加电压时,两电极产生电场,在电场的作用下,阴极侧的电子向电致发光层移动,阳极侧的空穴也向发光层移动,电子和空穴在电致发光层结合形成激子,激子处于激发态向外释放能量,进而使得电致发光层对外发光。

由于许多原因,使用有机材料的光电器件变得越来越受欢迎。用于制造这种装置的许多材料相对便宜,因此有机光电装置具有比无机装置更具成本优势的潜力。此外,有机材料的固有特性,例如它们的柔韧性,可使它们非常适合于特定应用,例如在柔性基板上制造。有机光电器件的实例包括有机发光二极管/器件(OLED),有机光电晶体管,有机光伏电池和有机光电探测器。对于OLED,有机材料可具有优于传统材料的性能优势。例如,有机发光层发光的波长通常可以用适当的掺杂剂容易地调谐。

现有技术中,US20160260908A1、KR102048609B1等公开了可以在有机电致发光器件中制备发光层的材料。然而,依然有必要继续研发新型的材料,以进一步提高电子元器件的性能。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术中的不足,提供一种有机化合物及包含其的电子元件和电子装置,可提高发光效率,延长器件寿命。

为实现上述发明目的,本申请采用如下技术方案:

根据本申请的第一个方面,提供了一种有机化合物,所述有机化合物的结构式由化学式1、化学式2和化学式3所示的结构组成:

其中,*表示化学式1与化学式2连接的连接点、化学式1与化学式3稠合的连接点;

R1、R2、R3和R4彼此相同或不同,且分别独立地选自氘、卤素、氰基、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为3-10的环烷基、碳原子数为6-12的芳基、碳原子数为3-12的杂芳基;

R1、R2、R3、R4以Ri表示,n1~n4以ni表示,ni表示Ri的个数,i为变量,表示1、2、3和4,当i为2、3和4时,ni选自0、1、2、3或4;当i为1时,ni选自0、1、2或3;且当ni大于1时,任意两个ni相同或不同;

L选自单键、碳原子数为6-30的取代或未取代的亚芳基、或者碳原子数为3-30的取代或未取代的亚杂芳基;

Ar选自碳原子数为6-30的取代或未取代的芳基、或者碳原子数为3-30的取代或未取代的杂芳基;

所述L和Ar中的取代基相同或不同,且各自独立地选自氘、卤素、氰基、碳原子数为3~12的杂芳基、碳原子数为6~12的芳基、三甲基硅基、碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的卤代烷基、碳原子数为3~10的环烷基、碳原子数为1~10的烷氧基。

本申请的化合物结构主要是金刚烷基团与吲哚并咔唑衍生物相结合,吲哚基团与咔唑基团稠合形成核心基团,吲哚并咔唑衍生物作为有机发光层的主体材料时,由于其较大的电子云密度,使发光层的空穴迁移率得以提升,有助于有机发光层中的电子与空穴达到平衡,提高电致发光器件的发光效率以及降低有机电致发光器件的驱动电压。金刚烷基团有较大的空间体积和较强的刚性,可以降低共轭结构之间的相互作用力,减少分子之间的堆积,从而提高电流效率。金刚烷与吲哚并咔唑衍生物进行结合,增加了分子间的自由度,使得在无定形态下不易结晶,更为稳定,并与咔唑基团进行键合,降低了分子对称性,改善本申请中化合物的成膜性,从而提高电流效率和发光效率。

根据本申请的第二个方面,提供一种电子元件,包括阳极、阴极、以及介于阳极与阴极之间的至少一层功能层,功能层包含上述的有机化合物。

根据本申请的第三个方面,提供一种电子装置,包括上述的电子元件。

应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。

附图说明

附图是用来提供对本申请的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的

具体实施方式

一起用于解释本申请,但并不构成对本申请的限制。

在附图中:

图1是本申请的有机电致发光器件的一实施方式的结构示意图。

图2是本申请一实施方式的电子装置的结构示意图。

附图标记说明

100、阳极;200、阴极;300、功能层;310、空穴注入层;320、空穴传输层;321、第一空穴传输层;322、第二空穴传输层;330、有机电致发光层;340、空穴阻挡层;350、电子传输层;360、电子注入层;400、电子装置。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而,示例实施例能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整,并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

在图中,为了清晰,可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构,因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本申请的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下,不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本申请的主要技术创意。

本申请提供了一种有机化合物,该有机化合物的结构式由化学式1、化学式2和化学式3所示的结构组成:

其中,*表示化学式1与化学式2连接的连接点、化学式1与化学式3稠合的连接点;

R1、R2、R3和R4彼此相同或不同,且分别独立地选自氘、卤素、氰基、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为3-10的环烷基、碳原子数为6-12的芳基、碳原子数为3-12的杂芳基;

R1、R2、R3、R4以Ri表示,n1~n4以ni表示,ni表示Ri的个数,i为变量,表示1、2、3和4,当i为2、3和4时,ni选自0、1、2、3或4;当i为1时,ni选自0、1、2或3;且当ni大于1时,任意两个ni相同或不同;

L选自单键、碳原子数为6-30的取代或未取代的亚芳基、或者碳原子数为3-30的取代或未取代的亚杂芳基;

Ar选自碳原子数为6-30的取代或未取代的芳基、或者碳原子数为3-30的取代或未取代的杂芳基;

所述L和Ar中的取代基相同或不同,且各自独立地选自氘、卤素、氰基、碳原子数为3~12的杂芳基、碳原子数为6~12的芳基、三甲基硅基、碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的卤代烷基、碳原子数为3~10的环烷基、碳原子数为1~10的烷氧基。

在本申请中,“*表示化学式1与化学式2连接的连接点、化学式1与化学式3稠合的连接点”意指式2通过连接位点*连接在式1中任一连接位点*上,式3通过连接位点*连接在式1中任意相邻的两个位点*上。

在本申请中,所述的环指的是饱和或不饱和的环,例如环己烷、环戊烷、6至12元的芳环或5至12元的杂芳环等,但不限于此。

在本申请中,所采用的描述方式“各……独立地为”与“……分别独立地为”和“……独立地选自”可以互换,均应做广义理解,其既可以是指在不同基团中,相同符号之间所表达的具体选项之间互相不影响,也可以表示在相同的基团中,相同符号之间所表达的具体选项之间互相不影响。例如,“其中,各q独立地为0、1、2或3,各R”独立地选自氢、氘、氟、氯”,其含义是:式Q-1表示苯环上有q个取代基R”,各个R”可以相同也可以不同,每个R”的选项之间互不影响;式Q-2表示联苯的每一个苯环上有q个取代基R”,两个苯环上的R”取代基的个数q可以相同或不同,各个R”可以相同也可以不同,每个R”的选项之间互不影响。

在本申请中,“取代或未取代的”这样的术语是指,在该术语后面记载的官能团可以具有或不具有取代基(下文为了便于描述,将取代基统称为Rc)。例如,“取代或未取代的芳基”是指具有取代基Rc的芳基或者非取代的芳基。其中上述的取代基即Rc例如可以为氘、卤素、氰基、碳原子数为3~20的杂芳基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为3~12的三烷基硅基,碳原子数为1~10的烷基,碳原子数为1~10的卤代烷基,碳原子数为3~10的环烷基,碳原子数为2~10的杂环烷基、碳原子数为1~10的烷氧基,任选地,任意两个所述取代基相互连接以与它们所连接的原子一起形成3~15元的饱和或不饱和环。在本申请中,“取代的”官能团可以被上述Rc中的一个或2个以上的取代基取代;当同一个原子上连接有两个取代基Rc时,这两个取代基Rc可以独立地存在或者相互连接以与所述原子形成环;当官能团上存在两个相邻的取代基Rc时,相邻的两个取代基Rc可以独立地存在或者与其所连接的官能团稠合成环。

在本申请中,取代或未取代的官能团的碳原子数,指的是所有碳原子数。举例而言,若L选自取代的碳原子数为12的亚芳基,则亚芳基及其上的取代基的所有碳原子数为12。例如:Ar为则其碳原子数为10;L为其碳原子数为12。

在本申请中,当没有另外提供具体的定义时,“杂”是指在一个官能团中包括至少1个B、N、O、S、P、Si或Se等杂原子且其余原子为碳和氢。未取代的烷基可以是没有任何双键或三键的“饱和烷基基团”。

在本申请中,“烷基”可以包括直链烷基或支链烷基。烷基可具有1至10个碳原子,在本申请中,诸如“1至10”的数值范围是指给定范围中的各个整数;例如,"1至10个碳原子”是指可包含1个碳原子、2个碳原子、3个碳原子、4个碳原子、5个碳原子、6个碳原子、7个碳原子、8个碳原子、9个碳原子、10个碳原子的烷基。此外,烷基可为取代的或未取代的。

优选地,烷基选自碳原子数为1~5的烷基,具体施例包括但不限于,甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基和戊基。

在本申请中,环烷基指的是含有脂环结构的饱和烃,包含单环和稠环结构。环烷基可具有3~10个碳原子,诸如“3至10”的数值范围是指给定范围中的各个整数;例如,“3至10个碳原子”是指可包含3个碳原子、4个碳原子、5个碳原子、6个碳原子、7个碳原子、8个碳原子、9个碳原子或10个碳原子的环烷基。环烷基还可分为单环一只有一个环、双环一两个环、或多环一三个或以上环。环烷基还可分为两个环共用一个碳原子一螺环、两个环共用两个碳原子一稠环和两个环共用两个以上碳原子一桥环。此外,环烷基可为取代的或未取代的。例如,环己烷基。

在本申请中,芳基指的是衍生自芳香碳环的任选官能团或取代基。芳基可以是单环芳基(例如苯基)或多环芳基,换言之,芳基可以是单环芳基、稠环芳基、通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个单环芳基、通过碳碳键共轭连接的单环芳基和稠环芳基、通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个稠环芳基。即,除非另有说明,通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个芳香基团也可以视为本申请的芳基。其中,稠环芳基例如可以包括双环稠合芳基(例如萘基)、三环稠合芳基(例如菲基、芴基、蒽基)等。芳基中不含有B、N、O、S、P、Se和Si等杂原子。举例而言,在本申请中,联苯基、三联苯基等为芳基。芳基的实例可以包括但不限于,苯基、萘基、芴基、蒽基、菲基、联苯基、三联苯基、四联苯基、五联苯基、苯并[9,10]菲基、芘基、苯并荧蒽基、基等。本申请的“芳基”可含有6~30个碳原子,在一些实施例中,芳基中的碳原子数可以是6~20个,在另一些实施例中芳基中的碳原子数可以是6~12个。举例而言,本申请中,芳基的碳原子数量可以是6个、12个、13个、14个、15个、18个、20个、24个、25个、30个,当然,碳原子数还可以是其他数量,在此不再一一列举。在本申请中,联苯基可以理解为苯基取代的芳基,也可以理解为未取代的芳基。

在本申请中,涉及的亚芳基是指芳基进一步失去一个氢原子所形成的二价基团。

在本申请中,取代的芳基可以是芳基中的一个或者两个以上氢原子被诸如氘原子、卤素、氰基、叔丁基、杂芳基、烷基、环烷基、烷氧基等基团取代。应当理解地是,取代的芳基的碳原子数,指的是芳基和芳基上的取代基的碳原子总数,例如碳原子数为18的取代的芳基,指的是芳基及其取代基的总碳原子数为18。

在本申请中,作为取代基的芳基,具体实例包括但不限于:苯基、萘基、蒽基、菲基、联苯基、螺二芴基等等。

在本申请中,杂芳基是指环中包含至少一个杂原子的一价芳香环或其衍生物,杂原子可以是B、O、N、P、Si、Se和S中的至少一种。杂芳基可以是单环杂芳基或多环杂芳基,换言之,杂芳基可以是单个芳香环体系,也可以是通过碳碳键共轭连接的多个芳香环体系,且任一芳香环体系为一个芳香单环或者一个芳香稠环。示例地,杂芳基可以包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、噁唑基、噁二唑基、三唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、吖啶基、哒嗪基、吡嗪基、喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基、吩噁嗪基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡嗪并吡嗪基、异喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、噻吩并噻吩基、苯并呋喃基、菲咯啉基、异噁唑基、噻二唑基、苯并噻唑基、吩噻嗪基、硅芴基、二苯并呋喃基以及N-芳基咔唑基(如N-苯基咔唑基)、N-杂芳基咔唑基(如N-吡啶基咔唑基)、N-烷基咔唑基(如N-甲基咔唑基)等,而不限于此。其中,噻吩基、呋喃基、菲咯啉基等为单个芳香环体系类型的杂芳基,N-芳基咔唑基、N-杂芳基咔唑基为通过碳碳键共轭连接的多环体系类型的杂芳基。本申请的“杂芳基”可含有3-30个碳原子,在一些实施例中,杂芳基中的碳原子数可以是3-20个,在另一些实施例中芳基中的碳原子数可以是3-12个。举例而言,其碳原子数量可以是3个、4个、5个、7个、12个、13个、18个、20个、24个、25个或30个,当然,碳原子数还可以是其他数量,在此不再一一列举。

在本申请中,涉及的亚杂芳基是指杂芳基进一步失去一个氢原子所形成的二价基团。

在本申请中,取代的杂芳基可以是杂芳基中的一个或者两个以上氢原子被诸如氘原子、卤素基团、氰基、芳基、杂芳基、烷基、环烷基、烷氧基等基团取代。应当理解地是,取代的杂芳基的碳原子数,指的是杂芳基和杂芳基上的取代基的碳原子总数。

在本申请中,作为取代基的杂芳基,具体实例包括但不限于:吡啶基、嘧啶基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基。

本申请中,不定位连接键是指从环体系中伸出的单键其表示该连接键的一端可以连接该键所贯穿的环体系中的任意位置,另一端连接化合物分子其余部分。

举例而言,如下式(f)中所示地,式(f)所表示的萘基通过两个贯穿双环的不定位连接键与分子其他位置连接,其所表示的含义,包括如式(f-1)~式(f-10)所示出的任一可能的连接方式。

再举例而言,如下式(X')中所示地,式(X')所表示的二苯并呋喃基通过一个从一侧苯环中间伸出的不定位连接键与分子其他位置连接,其所表示的含义,包括如式(X'-1)~式(X'-4)所示出的任一可能的连接方式。

本申请中的不定位取代基,指的是通过一个从环体系中央伸出的单键连接的取代基,其表示该取代基可以连接在该环体系中的任何可能位置。例如,下式(Y)中所示的,式(Y)所表示的取代基R基通过一个不定位连接键与喹啉环连接,其所表示的含义,包括如式(Y-1)~式(Y-7)所示出的任一可能的连接方式。

在本申请中,卤素可以为氟、氯、溴、碘。

下文中对于不定位连接或不定位取代的含义与此处相同,后续将不再进行赘述。

在本申请中,所述有机化合物具有如下所示的结构:

在本申请的一种实施方式中,所述L选自单键、碳原子数为6~12的取代或未取代的亚芳基、或者碳原子数为3~16的取代或未取代的亚杂芳基;

优选地,所述L中的取代基选自氘、氟、氰基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯基、萘基、联苯基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基。

在本申请的一种实施方式中,L选自单键、取代或未取代的亚苯基、取代或未取代的亚萘基、取代或未取代的亚联苯基、取代或未取代的亚吡啶基、取代或未取代的亚嘧啶基、取代或未取代的亚三嗪基、取代或未取代的亚喹唑啉基、取代或未取代的亚喹喔啉基、取代或未取代的亚苯并喹喔啉基、取代或未取代的亚二苯并喹喔啉基;

优选地,所述L中的取代基选自氘、氟、氰基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯基、萘基、联苯基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基。

在本申请的一种实施方式中,所述L选自单键、取代或未取代的基团P,未取代的基团P选自如下基团所组成的组:

其中,表示化学键;取代的基团P中具有一个或多个的取代基,所述取代基选自:氘、氟、氰基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯基、萘基、联苯基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基;当基团P中的取代基个数大于1时,各取代基相同或不同。

在本申请的一种实施方式中,L选自单键或者如下基团所组成的组:

在本申请的一种实施方式中,所述Ar选自碳原子数为6~25的取代或未取代的芳基、或者碳原子数为5~20的取代或未取代的杂芳基;

优选地,所述Ar中的取代基选自氘、氟、氰基、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯基、萘基、咔唑基、芴基。

在本申请的一种实施方式中,所述Ar选自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、取代或未取代的三联苯基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的二苯并呋喃基、取代或未取代的咔唑基、取代或未取代的N-苯基咔唑基、取代或未取代的喹啉基、取代或未取代的异喹啉基、取代或未取代的喹喔啉基、取代或未取代的苯并咪唑基、取代或未取代的菲咯啉基、取代或未取代的苯并喹喔啉基、取代或未取代的苯并喹啉基;

优选地,所述Ar中的取代基各自独立地选自氘、氟、氰基、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯基、萘基、咔唑基、芴基。

在本申请的一种实施方式中,所述Ar选自取代或未取代的基团T,未取代的基团T选自如下基团所组成的组:

取代的基团T具有一个或两个以上的取代基,基团T中的取代基独立地选自氘、氟、氰基、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯基、萘基、咔唑基、芴基。

在本申请的一种实施方式中,所述Ar选自如下基团所组成的组:

在本申请的一种实施方式中,R1、R2、R3、R4相同或不同,且各自独立地选自氘、氟、氰基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、苯基、萘基、联苯基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、咔唑基。

在本申请的一种实施方式中,所述有机化合物选自如下化合物所形成的组:

本申请还提供一种电子元件,用于实现光电转换或者电光转化。该电子元件包括相对设置的阳极和阴极,以及介于阳极与阴极之间的至少一层功能层,该功能层包含本申请的有机化合物。

在本申请一种具体实施方式中,如图1所示,本申请的有机电致发光器件包括阳极100、阴极200、以及介于阳极层与阴极层之间的至少一层功能层300,该功能层300包括空穴注入层310、空穴传输层320、有机电致发光层330、空穴阻挡层340、电子传输层350以及电子注入层360;空穴传输层320包括第一空穴传输层321和第二空穴传输层322;空穴注入层310、空穴传输层320、有机电致发光层330、空穴阻挡层340、电子传输层350以及电子注入层360可以依次形成在阳极100上,有机电致发光层330可以含有本申请第一方面所述的有机化合物,优选含有化合物1-104中的至少一种。

可选地,阳极100包括以下阳极材料,其优选地是有助于空穴注入至功能层中的具有大逸出功(功函数,work function)材料。阳极材料具体实例包括:金属如镍、铂、钒、铬、铜、锌和金或它们的合金;金属氧化物如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO);组合的金属和氧化物如ZnO:Al或SnO2:Sb;或导电聚合物如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亚乙基-1,2-二氧基)噻吩](PEDT)、聚吡咯和聚苯胺,但不限于此。优选包括包含氧化铟锡(铟锡氧化物,indium tin oxide)(ITO)作为阳极的透明电极。

可选地,空穴传输层320可以包括一种或者多种空穴传输材料,空穴传输材料可以选自咔唑多聚体、咔唑连接三芳胺类化合物或者其他类型的化合物,本申请对此不做特殊的限定。举例而言,在本申请的一种实施方式中,空穴传输层320包括第一空穴传输层321和第二空穴传输层322,第一空穴传输层321由化合物NPB组成,第二空穴传输层322由化合物PAPB组成。

可选地,有机电致发光层330可以由单一发光材料组成,也可以包括主体材料和客体材料。可选地,有机电致发光层330由主体材料和客体材料组成,注入有机发光层330的空穴和电子可以在有机发光层330复合而形成激子,激子将能量传递给主体材料,主体材料将能量传递给客体材料,进而使得客体材料能够发光。

在本申请的一种实施方式中,有机电致发光层330的主体材料由本申请所提供的有机化合物和RH-N组成;在本申请的另一种实施方式中,有机电致发光层330的主体材料由本申请所提供的有机化合物和RH-P组成。本申请提供的有机化合物结构主要是金刚烷基团与吲哚并咔唑衍生物相结合,吲哚基团与咔唑基团稠和形成核心基团,吲哚并咔唑衍生物作为有机发光层的主体材料时,由于其较大的电子云密度,使发光层的空穴迁移率得以提升,有助于有机发光层中的电子与空穴达到平衡,提高电致发光的发光效率以及降低有机电致发光的驱动压力。金刚烷基团有较大的空间体积和较强的刚性,可以降低共轭结构之间的相互作用力,减少分子之间的堆积,从而提高电流效率。金刚烷与吲哚并咔唑衍生物进行结合,增加了分子间的自由度,使得在无定形态下不易结晶,更为稳定,并与咔唑基团进行键合,降低了分子对称性,改善本申请中化合物的成膜性,从而提高效率,有效的保护有机发光材料。

有机电致发光层330的客体材料可以为具有缩合芳基环的化合物或其衍生物、具有杂芳基环的化合物或其衍生物、芳香族胺衍生物或者其他材料,本申请对此不做特殊的限制。举例而言,在本申请的一种实施方式中,有机发光层330的客体材料可以为Ir(piq)2(acac)。

电子传输层350可以为单层结构,也可以为多层结构,其可以包括一种或者多种电子传输材料,电子传输材料可以选自苯并咪唑衍生物、噁二唑衍生物、喹喔啉衍生物或者其他电子传输材料,本申请对此不做特殊的限定。举例而言,在本申请的一种实施方式中,电子传输层350可以由ET-06和LiQ组成。

可选地,阴极200包括以下阴极材料,其是有助于电子注入至功能层中的具有小逸出功的材料。阴极材料的具体实例包括:金属如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅或它们的合金;或多层材料如LiF/Al、Liq/Al、LiO2/Al、LiF/Ca、LiF/Al和BaF2/Ca,但不限于此。优选包括包含银和镁的金属电极作为阴极200。

可选地,在阳极100和空穴传输层320之间还可以设置有空穴注入层310,以增强向空穴传输层320注入空穴的能力。空穴注入层310可以选用联苯胺衍生物、星爆状芳基胺类化合物、酞菁衍生物或者其他材料,本申请对此不做特殊的限制。举例而言,在本申请的一种实施方式中,空穴注入层310由HAT-CN组成;在本申请的另一种实施方式中,空穴注入层310也由F4-TCNQ组成。

可选地,在阴极200和电子传输层350之间还可以设置有电子注入层360,以增强向电子传输层350注入电子的能力。电子注入层360可以包括有碱金属硫化物、碱金属卤化物等无机材料,或者可以包括碱金属与有机物的络合物。举例而言,在本申请的一种实施方式中,电子注入层360为LiQ。

本申请还提供一种电子装置,该电子装置包括本申请所述的电子元件。

举例而言,如图2所示,本申请提供的电子装置为第一电子装置400,该第一电子装置400包括上述有机电致发光器件实施方式所描述的任意一种有机电致发光器件。该电子装置可以为显示装置、照明装置、光通讯装置或者其他类型的电子装置,例如可以包括但不限于电脑屏幕、手机屏幕、电视机、电子纸、应急照明灯、光模块等。由于第一电子装置400具有上述有机电致发光器件,因此具有相同的有益效果,本申请在此不再赘述。

下面将结合实施例详细描述本发明,但是,以下描述是用于解释本发明,而不是以任意方式限制本发明的范围。

合成实施例

所属领域的专业人员应该认识到,本发明所描述的化学反应可以用来合适地制备许多本发明的其他化合物,且用于制备本发明的化合物的其它方法都被认为是在本发明的范围之内。例如,根据本发明那些非例证的化合物的合成可以成功地被所属领域的技术人员通过修饰方法完成,如适当的保护干扰基团,通过利用其他已知的试剂除了本发明所描述的,或将反应条件做一些常规的修改。另外,本发明所公开的反应或已知的反应条件也公认地适用于本发明其他化合物的制备。

化合物1的合成

通过以下合成路线合成化合物1

向装有机械搅拌、温度计、球形冷凝管的三口瓶中通入氮气(0.100L/min)置换15min,加入1,5-二溴-2-氯4-氟苯(0.20mol,58.6g)(反应物A-1)、3-溴咔唑(0.20mol,50g)(反应物A-2)、DMF(500mL),缓慢加入(0.6mol,195.5g)碳酸铯,开启搅拌,升温至175-185℃反应6h,反应结束后,冷却至室温。用二氯甲烷萃取分离有机相,水洗至中性,使用无水硫酸镁干燥有机相,过滤后将滤液减压蒸馏浓缩;以淋洗剂EA:Hept=1:10过柱,得到白色固体产物中间体I-1(42.0g,53%)。

参考中间体I-1的反应路线,将反应物A-1、反应物B-1、反应物C-1替代1,5-二溴-2-氯4-氟苯(反应物A-1),反应物A-2、反应物B-2、反应物C-2、反应物D-2替代3-溴咔唑(反应物A-2)制备中间体II-1、中间体III-1、中间体IV-1和中间体V-1,其中,各中间体的编号、结构、合成收率等展示在表1中。

表1

(2)中间体I-2的合成

向装有机械搅拌、温度计、球形冷凝管的三口瓶中通入氮气(0.100L/min)置换15min,加入中间体I-1(0.175mol,90.2g)、烯丙基氯化[1,3-双(2,6-二异丙基苯)咪唑-2-基]钯(0.0035mol,2.1g)、碳酸钾(0.525mol,72.5g)、DMAc(800mL),开启搅拌,升温至125-135℃反应12h,反应结束后,冷却至室温。用二氯甲烷萃取分离有机相,水洗至中性,使用无水硫酸镁干燥有机相,过滤后将滤液减压蒸馏浓缩;以淋洗剂DCM:Hept=1:4过柱,得到白色固体产物中间体I-2(56.9g,75%)。

参考中间体I-2的反应路线,将中间体II-2、中间体III-1、中间体IV-1和中间体V-1替代中间体I-1制备中间体II-2、中间体III-2、中间体IV-2和中间体V-2,其中,各中间体的编号、结构、合成收率等展示在表2中。

表2

(3)中间体I-3的合成

向装有机械搅拌、温度计、球形冷凝管的三口瓶中通入氮气(0.100L/min)置换15min,加入I-2(0.131mol,56.9g)、2-硝基苯硼酸(0.131mol,21.9g)(反应物A-3)、碳酸钾(0.262mol,36.2g)、四(三苯基膦)钯(0.001mol,1.5g)、TBAB(0.0026mol,0.84g),并加入甲苯(300mL)、乙醇(150mL)和水(100mL)的混合溶剂。开启搅拌,回流反应12h,反应结束后,冷却至室温。用甲苯萃取分离有机相,水洗至中性,使用无水硫酸镁干燥有机相,过滤后将滤液减压蒸馏浓缩;以淋洗剂DCM:Hept=1:5过柱,得到白色固体产物中间体I-3(53.0g,85%)。

参考中间体I-3的反应路线,将中间体II-2、中间体III-2、中间体IV-2和中间体V-2替代中间体I-2,反应物A-3、反应物B-3替代2-硝基苯硼酸(反应物A-3)制备中间体II-3、中间体III-3、中间体IV-3和中间体V-3,其中,各中间体的编号、结构、合成收率等展示在表3中。

表3

(4)中间体I-4的合成

向装有机械搅拌、温度计、恒压滴加漏斗的三口瓶中通氮气(0.100L/min)置换15min,加入放置有镁条(3.2g,0.133mol)和1,2-二溴乙烷(0.2g)的四氢呋喃溶液(50mL),开启搅拌,降温至0℃至-10℃,滴加溶有中间体I-3(53.0g,0.111mol)的四氢呋喃溶液(400mL),滴加完毕后升至室温,搅拌3h,除去残余镁条,减压蒸馏除去四氢呋喃,得到固体加入溶剂二氯甲烷(100mL),在氮气保护下,室温缓慢滴加溶有1-溴金刚烷(23.66g,0.111mol)的二氯甲烷(100mL)溶液,回流反应2h,降至室温,将反应液加入2mol/L盐酸中,分离有机相,水相用正庚烷萃取,合并有机相水洗,硫酸镁干燥、过滤,将滤液减压蒸馏除去溶剂;使用二氯甲烷/正庚烷体系对粗品进行硅胶柱色谱提纯,得到无色油状物中间体I-4(36.5g,62%)。

参考中间体I-4的反应路线,将中间体II-3、中间体III-3、中间体IV-3和中间体V-3替代中间体I-3制备中间体II-4、中间体III-4、中间体IV-4和中间体V-4,其中,各中间体的编号、结构、合成收率等展示在表4中。

表4

(5)中间体I-4的合成

向装有机械搅拌、温度计、球形冷凝管的三口瓶中通入氮气(0.100L/min)置换15min,加入中间体I-4(0.068mol,36.5g)、PPh3(0.17mol,44.59g)、二氯苯(300mL),开启搅拌,回流反应5h,反应结束后,冷却至室温。用二氯甲烷和去离子水萃取分离有机相,使用无水硫酸镁干燥有机相,过滤后,将滤液减压蒸馏除去溶剂;使用二氯甲烷/正庚烷体系对粗品进行硅胶柱色谱提纯,得到白色固体产物中间体I(16.0g,51%)。

参考中间体I的反应路线,将中间体II-4、中间体III-4、中间体IV-4和中间体V-4替代中间体I-4制备中间体II、中间体III、中间体IV和中间体V,其中,各中间体的编号、结构、合成收率等展示在表5中。

表5

(6)化合物1的合成

向装有机械搅拌、温度计、球形冷凝管的三口瓶中通入氮气(0.100L/min)置换15min,加入中间体I(16g,0.034mol)、4-溴联苯(7.9g,0.034mol)(反应物A-4)、甲苯(130mL),开启搅拌,回流30min,降温至70-80℃,加入三(二亚苄基丙酮)二钯(0.3g,0.0003mol)、2-二环己基磷-2',6'-二甲氧基联苯(0.272g,0.0006mol)以及叔丁醇钠(4.9g,0.051mol),升温至105-110℃反应3h,反应结束后,冷却至室温。用甲苯萃取分离有机相,水洗至中性,使用无水硫酸镁干燥有机相,过滤后将滤液减压蒸馏除去溶剂;使用甲苯体系对粗品进行重结晶提纯,得到白色固体化合物1(16.9g,81%)。LC-MS(ESI):m/z=617.29[M+H]+

参考化合物1的反应路线,使用反应物A-4、反应物B-4、反应物C-4、反应物D-4、反应物E-4、反应物F-4、反应物G-4、反应物H-4、反应物I-4、反应物J-4、反应物K-4、反应物L-4、反应物M-4、反应物N-4、反应物O-4、反应物P-4、反应物Q-4、反应物R-4、反应物S-4、反应物T-4、反应物U-4、反应物V-4、反应物W-4和反应物X-4替代反应物A-4,使用中间体I、中间体II、中间体III、中间体IV和中间体V替代中间体I制备下列化合物,各化合物的编号、结构、表征及合成收率等展示在表6中。

表6

部分化合物核磁数据如下表7所示

表7

有机电致发光器件的制备和性能评估

实施例1

红色有机电致发光器件

将厚度为的阳极ITO基板切割成40mm(长)×40mm(宽)×0.7mm(厚)的尺寸,采用光刻工序,将其制备成具有阴极200、阳极100以及绝缘层图案的实验基板,利用紫外臭氧以及O2:N2等离子进行表面处理,以增加阳极(实验基板)的功函数,并采用有机溶剂清洗ITO基板表面,以清除ITO基板表面的浮渣及油污。

在实验基板上真空蒸镀化合物F4-TCNQ(结构式见下文)以形成厚度为的空穴注入层(HIL);并在空穴注入层上方真空蒸镀化合物NPB,以形成厚度为的第一空穴传输层(HTL1)。在第一空穴传输层上真空蒸镀PAPB,形成厚度为的第二空穴传输层(HTL2)。

在第二空穴传输层(HTL2)上,将RH-N:化合物1:Ir(piq)2(acac)以50%:50%:3%的比例进行共同蒸镀,形成厚度为的红光发光层(EML)。

将ET-06(结构式见下文)和LiQ(结构式见下文)以1:1的重量比进行混合,并可通过真空蒸镀工艺形成厚的电子传输层(ETL)。随后,将LiQ蒸镀在电子传输层上以形成厚度为的电子注入层(EIL)。

将镁(Mg)和银(Ag)以1:9的蒸镀速率混合,真空蒸镀在电子注入层(EIL)上,形成厚度为的阴极200。

此外,在上述阴极上作为保护层蒸镀一层厚度为的CP-05(结构式见下文),形成覆盖层(CPL),从而完成有机发光器件的制造。

其中,F4-TCNQ、NPB、PAPB、RH-N、Ir(piq)2(acac)、ET-06、LiQ、CP-05、化合物A、化合物B、化合物C、化合物RH-P、化合物D、化合物E和化合物F的结构式如下:

表8

实施例2-17

除了在形成发光层(EML)时,采用表9中所示的化合物替代化合物1以外,采用与实施例1相同的方法制作红色有机电致发光器件。

实施例18

在实施例1的基础上,在形成有机发光层时,改变发光层材料,将实施例1中的RH-N:化合物X:Ir(piq)2(acac)以50%:50%:3%(蒸镀速率)的比例进行共同蒸镀变为化合物X:RH-P:Ir(piq)2(acac)以50%:50%:3%(蒸镀速率)的比例进行共同蒸镀,形成厚度为的红色有机发光层(EML)。

实施例19-25

除了在形成发光层(EML)时,采用表9中所示的化合物替代化合物70以外,采用与实施例1相同的方法制作红色有机电致发光器件。

对比例1

利用化合物A替代化合物1形成发光层(EML),采用与实施例1相同的方法制作红色有机电致发光器件。

对比例2

利用化合物B替代化合物1形成发光层(EML),采用与实施例1相同的方法制作红色有机电致发光器件。

对比例3

利用化合物C替代化合物1形成发光层(EML),采用与实施例1相同的方法制作红色有机电致发光器件。

对比例4

利用化合物RH-P替代化合物1形成发光层(EML),采用与实施例1相同的方法制作红色有机电致发光器件。

对比例5

利用化合物D替代化合物70形成发光层(EML),采用与实施例18相同的方法制作红色有机电致发光器件。

对比例6

利用化合物E替代化合物70形成发光层(EML),采用与实施例18相同的方法制作红色有机电致发光器件。

对比例7

利用化合物E替代化合物70形成发光层(EML),采用与实施例18相同的方法制作红色有机电致发光器件。

其中,IVL(电流、电压、亮度)数据对比、T95寿命是20mA/cm2电流密度下的测试结果。

表9:红色有机电致发光器件的性能测试结果

根据上述表9的结果可知,作为发光层的化合物的实施例1至17与已公知的化合物所对应的器件比较例1至4相比有机电致发光器件的电压降低了0.12V,电流效率(Cd/A)至少提高了14.29%,外量子效率至少提高了15.38%,寿命至少提高了8.25%,最高的寿命最少可提高146h。作为发光层的化合物的实施例18至25与已公知的化合物所对应的器件比较例4至7相比有机电致发光器件的电压降低了0.25V,发光效率(Cd/A)至少提高了18.15%,外量子效率至少提高了18.15%,寿命至少提高了11.25%,最高的寿命最少可提高为122h。因此本化合物具有兼顾提高发光效率及提高寿命的特点。由上述数据可知,采用本申请的有机化合物作为电子元件的发光层,该电子元件的发光效率(Cd/A)、外量子效率(EQE)以及寿命(T95)都有显著的提高。因此,在有机电致发光层中使用本申请的有机化合物可制备得到高发光效率、长寿命的有机电致发光器件。

应可理解的是,本申请不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本申请能够具有其他实施方式,并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本申请的范围内。应可理解的是,本说明书公开和限定的本申请延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本申请的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了己知用于实现本申请的最佳方式,并且将使本领域技术人员能够利用本申请。

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