咔唑类衍生物在有机电致发光器件中的应用研究进展*

杨 森，马 欣，李奎，杨振强

(河南省科学院化学研究所有限公司,河南 郑州 450002)

有机电致发光(ОLED)作为新型显示技术具有成本低、重量轻、柔性可弯曲等优点[1],目前已趋于成熟,在电子终端产品中得到了广泛应用[2-8],但在产业化过程中仍有许多问题亟待解决,如器件的发光效率和使用寿命等[9]。咔唑类衍生物具有良好的热稳定性和光电性能,结构易修饰且能形成均匀、稳定的无定型态薄膜,常用于构建荧光材料以及器件的结构单元[10-14],因此相关研究对新型发光材料的开发及应用具有重要意义[15-17]。本文总结了近年来咔唑衍生物在有机光电材料领域的研究进展情况。

1 咔唑类衍生物在ОLED器件中的应用

1.1 咔唑类衍生物作为发光材料的应用

深圳大学杨楚罗等[18]发明了一种咔唑并芳环热活化延迟荧光材料,结构如图1 所示。通过器件性能测试发现,该发光材料延迟寿命短,外量子效率高,对于蓝光和黄光器件的开发应用具有重要的指导意义。日本株式会社半导体能源研究所竹田恭子等[19]开发了一种具有二苯并咔唑骨架A 和两个胺骨架结构的有机化合物(图2),系列研究表明该化合物能发射蓝色荧光,可用于构建色纯度高、寿命长、发光效率高且驱动电压低的器件。三星电子株式会社李韩壹等[20]得到了一种含咔唑的有机化合物(图3),并将该通式表示的化合物作为发光材料,制造出的绿色荧光有机发光二极管在驱动电压、发光效率、寿命等特性上表现优异。韩国SFC 株式会社朱性埙等[21]开发了一种吲哚并咔唑衍生物,结构如图4 所示,随后将该通式所表示的化合物用作ОLED 器件中的发光材料,实现了器件的高效率和长寿命。

图1 一种咔唑并芳环热活化延迟荧光材料的结构通式Fig.1 The general structural formula of a carbazolo aromatic ring thermally activated delayed fluorescent material

图2 一种含二苯并咔唑和胺骨架的有机化合物的结构通式Fig.2 The general structural formula of an organic compound containing dibenzocarbazole and amine skeleton

图3 一种含咔唑结构的有机化合物的结构通式Fig.3 The general structural formula of an organic compound containing a carbazole structure

图4 一种含吲哚并咔唑衍生物的有机化合物的结构通式Fig.4 The general structural formula of an organic compound containing indolocarbazole derivatives

1.2 咔唑类衍生物作为空穴注入材料的应用

空穴型材料在ОLED 器件中用量能够占到50%～ 60%的比例,含有此类材料的空穴传输层起着提高空穴在器件中的传输效率、将电子阻挡在发光层的作用,可实现载流子的最大复合。目前常用的空穴注入材料热稳定性较差,影响了ОLED 器件的产业化应用,因此需要开发出高效的空穴注入材料。

北京燕化集联光电技术有限公司黄春雪等[22]合成出了一种含有咔唑环的化合物,并在咔唑环上引入了N 原子和芳胺取代基,该结构如图5 所示,组装成器件后的性能测试结果表明该化合物可充当空穴传输材料以实现成膜性好、空穴迁移率高的效果。江苏三月光电科技有限公司李崇等[23]制备了一种以咔唑并环为核心的化合物(图6),该化合物可保持高的膜层稳定性,能够提升ОLED 器件的光电性能和使用寿命,具有良好的应用效果和产业化前景。日本株式会社半导体能源研究所门间裕史等[24]利用铃木-宫浦反应得到了一种新颖的具有空穴传输性的二苯并[c,g]咔唑衍生物(图7),可充当空穴注入材料制备发光效率高、使用寿命长的器件。

图5 一种含咔唑环的有机化合物的结构通式Fig.5 The general structural formula of an organic compound containing a carbazole ring

图6 一种以咔唑并环为核心的有机化合物的结构通式Fig.6 The general structural formula of an organic compound with a carbazolo ring as the core

图7 一种二苯并[c,g]咔唑衍生物的结构通式Fig.7 The general structural formula of a dibenzo[c,g]carbazole derivative

1.3 咔唑类衍生物作为电子注入材料的应用

电子注入材料能够将电子载流子由阴极传递并注入到发光层,其性能对ОLED 器件的发光效率具有较大影响。日本捷恩智株式会社的小野洋平等[25]开发了一种苯并[c]咔唑化合物(图8),并将其作为电子注入材料,获得了发光性能优异、使用寿命长的器件,在显示装置上实现了高性能的全彩显示。

图8 一种苯并[c]咔唑化合物的结构通式Fig.8 The general structural formula of a benzo[c]carbazole compound

1.4 咔唑类衍生物作为电子阻挡材料的应用

景。日本株式会社半导体能源研究所门间裕史等[24]利用铃木-宫浦反应得到了一种新颖的具有空穴传输性的二苯并[c,g]咔唑衍生物(图7),可充当空穴注入材料制备发光效率高、使用寿命长的器件。

图9 一种以咔唑衍生物为核心的有机化合物的结构通式Fig.9 The general structural formula of an organic compound with carbazole derivatives as the core

图10 一种以咔唑为核心的有机化合物的结构通式Fig.10 The general structural formula of an organic compound with carbazole as the core

1.5 咔唑类衍生物作为覆盖层材料的应用

长春海谱润斯科技有限公司周雯庭等[29]合成出了结构如图11 所示的咔唑衍生物,该化合物具备耐高温、耐紫外光的特点,作为覆盖层材料能够有效延长器件的使用寿命,从而提高器件的发光效率。武汉华星光电半导体显示技术有限公司王彦杰[30]设计出了一种吲哚并[3,2,1-jk]咔唑衍生物的合成路线,该类化合物结构如图12 所示(其中Ar1 和Ar2 中至少有一种为吲哚并咔唑结构),该化合物作为覆盖层材料可显著提高发光器件的效率,从而为性能优异的顶发射性蓝光器件覆盖层材料的选择拓宽了范围。

图11 一种咔唑衍生物的结构通式Fig.11 The general structural formula of a carbazole derivative

图12 一种吲哚并[3,2,1-jk]咔唑衍生物的结构通式Fig.12 The general structural formula of an indolo[3,2,1-jk]carbazole derivative

2 总结与展望

咔唑不仅有着较大的π 电子共轭体系、很强的电子转移能力和刚性稠环结构,其咔唑环上还易于引入多种功能基,这使得咔唑类衍生物在ОLED 器件中具有非常广泛的应用,在不同功能层中都有着显著的性能特点,因此相关领域的研究非常活跃,取得了许多重要的研究成果。今后咔唑类衍生物在ОLED 器件领域的研究重点仍需集中在提高器件的发光效率以及延长器件的使用寿命等方面。

综上所述,咔唑类衍生物有着极大的发展前景和宽广的潜在应用。我们有理由相信,随着学科间的交叉融合,咔唑类衍生物在ОLED 器件领域的开发与应用将更为活跃,相关研究必将取得更大突破,越来越多的咔唑类衍生物将得到实际应用并进一步扩大ОLED的产业化进程。