咔唑類衍生物在有機電致發光器件中的應用研究進展*

楊 森，馬 欣，李奎，楊振強

(河南省科學院化學研究所有限公司,河南 鄭州 450002)

有機電致發光(ОLED)作為新型顯示技術具有成本低、重量輕、柔性可彎曲等優點[1],目前已趨于成熟,在電子終端產品中得到了廣泛應用[2-8],但在產業化過程中仍有許多問題亟待解決,如器件的發光效率和使用壽命等[9]。咔唑類衍生物具有良好的熱穩定性和光電性能,結構易修飾且能形成均勻、穩定的無定型態薄膜,常用于構建熒光材料以及器件的結構單元[10-14],因此相關研究對新型發光材料的開發及應用具有重要意義[15-17]。本文總結了近年來咔唑衍生物在有機光電材料領域的研究進展情況。

1 咔唑類衍生物在ОLED器件中的應用

1.1 咔唑類衍生物作為發光材料的應用

深圳大學楊楚羅等[18]發明了一種咔唑并芳環熱活化延遲熒光材料,結構如圖1 所示。通過器件性能測試發現,該發光材料延遲壽命短,外量子效率高,對于藍光和黃光器件的開發應用具有重要的指導意義。日本株式會社半導體能源研究所竹田恭子等[19]開發了一種具有二苯并咔唑骨架A 和兩個胺骨架結構的有機化合物(圖2),系列研究表明該化合物能發射藍色熒光,可用于構建色純度高、壽命長、發光效率高且驅動電壓低的器件。三星電子株式會社李韓壹等[20]得到了一種含咔唑的有機化合物(圖3),并將該通式表示的化合物作為發光材料,制造出的綠色熒光有機發光二極管在驅動電壓、發光效率、壽命等特性上表現優異。韓國SFC 株式會社朱性塤等[21]開發了一種吲哚并咔唑衍生物,結構如圖4 所示,隨后將該通式所表示的化合物用作ОLED 器件中的發光材料,實現了器件的高效率和長壽命。

圖1 一種咔唑并芳環熱活化延遲熒光材料的結構通式Fig.1 The general structural formula of a carbazolo aromatic ring thermally activated delayed fluorescent material

圖2 一種含二苯并咔唑和胺骨架的有機化合物的結構通式Fig.2 The general structural formula of an organic compound containing dibenzocarbazole and amine skeleton

圖3 一種含咔唑結構的有機化合物的結構通式Fig.3 The general structural formula of an organic compound containing a carbazole structure

圖4 一種含吲哚并咔唑衍生物的有機化合物的結構通式Fig.4 The general structural formula of an organic compound containing indolocarbazole derivatives

1.2 咔唑類衍生物作為空穴注入材料的應用

空穴型材料在ОLED 器件中用量能夠占到50%～ 60%的比例,含有此類材料的空穴傳輸層起著提高空穴在器件中的傳輸效率、將電子阻擋在發光層的作用,可實現載流子的最大復合。目前常用的空穴注入材料熱穩定性較差,影響了ОLED 器件的產業化應用,因此需要開發出高效的空穴注入材料。

北京燕化集聯光電技術有限公司黃春雪等[22]合成出了一種含有咔唑環的化合物,并在咔唑環上引入了N 原子和芳胺取代基,該結構如圖5 所示,組裝成器件后的性能測試結果表明該化合物可充當空穴傳輸材料以實現成膜性好、空穴遷移率高的效果。江蘇三月光電科技有限公司李崇等[23]制備了一種以咔唑并環為核心的化合物(圖6),該化合物可保持高的膜層穩定性,能夠提升ОLED 器件的光電性能和使用壽命,具有良好的應用效果和產業化前景。日本株式會社半導體能源研究所門間裕史等[24]利用鈴木-宮浦反應得到了一種新穎的具有空穴傳輸性的二苯并[c,g]咔唑衍生物(圖7),可充當空穴注入材料制備發光效率高、使用壽命長的器件。

圖5 一種含咔唑環的有機化合物的結構通式Fig.5 The general structural formula of an organic compound containing a carbazole ring

圖6 一種以咔唑并環為核心的有機化合物的結構通式Fig.6 The general structural formula of an organic compound with a carbazolo ring as the core

圖7 一種二苯并[c,g]咔唑衍生物的結構通式Fig.7 The general structural formula of a dibenzo[c,g]carbazole derivative

1.3 咔唑類衍生物作為電子注入材料的應用

電子注入材料能夠將電子載流子由陰極傳遞并注入到發光層,其性能對ОLED 器件的發光效率具有較大影響。日本捷恩智株式會社的小野洋平等[25]開發了一種苯并[c]咔唑化合物(圖8),并將其作為電子注入材料,獲得了發光性能優異、使用壽命長的器件,在顯示裝置上實現了高性能的全彩顯示。

圖8 一種苯并[c]咔唑化合物的結構通式Fig.8 The general structural formula of a benzo[c]carbazole compound

1.4 咔唑類衍生物作為電子阻擋材料的應用

景。日本株式會社半導體能源研究所門間裕史等[24]利用鈴木-宮浦反應得到了一種新穎的具有空穴傳輸性的二苯并[c,g]咔唑衍生物(圖7),可充當空穴注入材料制備發光效率高、使用壽命長的器件。

圖9 一種以咔唑衍生物為核心的有機化合物的結構通式Fig.9 The general structural formula of an organic compound with carbazole derivatives as the core

圖10 一種以咔唑為核心的有機化合物的結構通式Fig.10 The general structural formula of an organic compound with carbazole as the core

1.5 咔唑類衍生物作為覆蓋層材料的應用

長春海譜潤斯科技有限公司周雯庭等[29]合成出了結構如圖11 所示的咔唑衍生物,該化合物具備耐高溫、耐紫外光的特點,作為覆蓋層材料能夠有效延長器件的使用壽命,從而提高器件的發光效率。武漢華星光電半導體顯示技術有限公司王彥杰[30]設計出了一種吲哚并[3,2,1-jk]咔唑衍生物的合成路線,該類化合物結構如圖12 所示(其中Ar1 和Ar2 中至少有一種為吲哚并咔唑結構),該化合物作為覆蓋層材料可顯著提高發光器件的效率,從而為性能優異的頂發射性藍光器件覆蓋層材料的選擇拓寬了范圍。

圖11 一種咔唑衍生物的結構通式Fig.11 The general structural formula of a carbazole derivative

圖12 一種吲哚并[3,2,1-jk]咔唑衍生物的結構通式Fig.12 The general structural formula of an indolo[3,2,1-jk]carbazole derivative

2 總結與展望

咔唑不僅有著較大的π 電子共軛體系、很強的電子轉移能力和剛性稠環結構,其咔唑環上還易于引入多種功能基,這使得咔唑類衍生物在ОLED 器件中具有非常廣泛的應用,在不同功能層中都有著顯著的性能特點,因此相關領域的研究非常活躍,取得了許多重要的研究成果。今后咔唑類衍生物在ОLED 器件領域的研究重點仍需集中在提高器件的發光效率以及延長器件的使用壽命等方面。

綜上所述,咔唑類衍生物有著極大的發展前景和寬廣的潛在應用。我們有理由相信,隨著學科間的交叉融合,咔唑類衍生物在ОLED 器件領域的開發與應用將更為活躍,相關研究必將取得更大突破,越來越多的咔唑類衍生物將得到實際應用并進一步擴大ОLED的產業化進程。