CN109867646A - 一种杂环化合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机电致发光材料领域，公开了一种杂环化合物及其应用。本发明所提供的杂环化合物具有式(B)所示的结构，其优点在于：该类化合物可以作为有机电致发光器件的蓝光或深蓝光发光材料，弥补了现有蓝光发光材料的不足；该类化合物作为发光材料具有非常匹配的空穴‑电子传输率，有利于提高材料的发光效率和器件稳定性；此外，该类化合物具有非常高的键解离能，有利于延长显示器件的驱动寿命；具有非常高的辐射跃迁速率常数，有利于延长有机发光二极管器件的驱动寿命。
Description
技术领域
本发明属于有机电致发光材料领域，特别涉及一种杂环化合物及其应用。
背景技术
近年来，具有电致发光性质的有机发光二极管得到了深入研究和开发。在有机发光二极 管元件的基础结构中，包含发光材料的薄膜层设置于第一电极和第二电极之间，通过向该元 件施加电压，从发光材料中获得光发射。
由于有机发光二极管元件的上述自主发光特性，其相对于液晶显示器具有像素能见度高、 不需要背光源等优点，因而极其适合作为平板显示器元件，轻薄和快速响应是有机发光二极 管元件的优势。此外，由于有机发光二极管元件还可以为薄膜形式，因此还可利用有机发光 二极管实现大面积的平面光发射、以及作为照明灯的表面光源。
有机发光二极管的工作原理是：通过向一对电极之间的含有发光材料的薄膜层中注入来 自阴极的电子和来自阳极的空穴而进行驱动。从阴极注入的电子和从阳极注入的空穴在含有 发光材料的薄膜层中重新结合而形成分子激发态，分子激发态释放能量后重新回到基态。有 机化合物的激发态可以是单重激发态或三重激发态，光发射可以是从任一激发态产生。
发光元件的发射波长由基态与激发态之间的能量差，即能隙决定。因此，通过对产生光 发射的分子结构进行适当选择或改性，可以获得任何颜色的光。当使用能够发射红、蓝和绿 色光(是光的三种原色)的发光元件制造发光器件时，发光器件能够显示全色。因此，制造 高性能全色发光器件需要红色、蓝色和绿色发光材料，并且要求这些发光材料均具有良好的 寿命和发射效率。近年来，本领域内已获得了不少性能优异的红色和绿色发光材料。但是， 对于具有良好的发光寿命和发射效率的蓝色发光材料还有待开发。
发明内容
本发明的目的在于为克服上述不足提供一种杂环化合物及其应用，其可以作为蓝色发光 材料，并具有良好的发射效率和发光寿命。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明的实施方式提供了一种杂环化合物，其具有式(B)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；A具有式(S1)或式(S2)所示的结构：
X选自O或S；R9-R15各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
可选地，所述C6-C30杂芳基选自二苯并噻吩或二苯并呋喃；所述取代或未取代的C6-C30 芳基选自如式(1-1)至(1-29)之一的结构：
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B1)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；R1-R8各自独立地选自氢原子、氘 原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9-R15各自独立地选自氢 原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B1-1)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9、R11、R14各 自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的 C6-C30杂芳基。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B1-2)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R11选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B1-3)所示的结构：
其中，Ar1、Ar2各自独立地选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B2)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9-R15各自独立地选自 氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳 基。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B2-1)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9、R12、R14各 自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的 C6-C30杂芳基。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B2-2)所示的结构：
其中，Ar1、Ar2各自独立地选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R12、R14各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代 或未取代的C6-C30杂芳基。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物具有式(B2-3)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R14、R16-R22各 自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基。
可选地，本发明的实施方式所提供的杂环化合物，其具有选自L1-L300之一的结构：
本发明的实施方式还提供一种有机发光二极管，所述有机发光二极管的发光层材料包含 上述杂环化合物。
可选地，所述杂环化合物为所述有机发光二极管的发光层中的主体发光材料或客体发光 材料。
相对于现有技术而言，本发明的实施方式所提供的杂环化合物的显著优点在于：(1)该 类化合物可以作为有机电致发光器件的蓝光(或深蓝光)发光材料，弥补了现有蓝色发光材 料的不足。(2)具有非常匹配的空穴-电子传输率(即-0.1eV<＝λh-λe<＝0.1eV)，有利于提高 材料的发光效率和器件稳定性。(3)具有非常高的键解离能，有利于提高显示器件的驱动寿 命。(4)具有非常高的辐射跃迁速率常数Kr>107(s-1)，有利于提高有机发光二极管器件的驱 动寿命。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的各具体实 施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中， 为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于 以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明各权利要求所要求保护的技术方案。
化合物
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；A具有式(S1)或式(S2)所示的结构：
X选自O或S；R9-R15各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所述C6-C30杂芳基选自二苯并噻吩或二苯并呋喃；所 述取代或未取代的C6-C30芳基选自如式(1-1)至(1-29)之一的结构：
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B1)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；R1-R8各自独立地选自氢原子、氘 原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9-R15各自独立地选自氢 原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B1-1)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9、R11、R14各 自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的 C6-C30杂芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B1-2)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R11选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B1-3)所示的结构：
其中，Ar1、Ar2各自独立地选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B2)所示的结构：
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、 C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9-R15各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B2-1)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R9、R12、R14各 自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的 C6-C30杂芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B2-2)所示的结构：
Ar1、Ar2各自独立地选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R12、 R14各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未 取代的C6-C30杂芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有式(B2-3)所示的结构：
其中，Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；X选自O或S；R14、R16-R22各 自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基。
在本发明的一些具体实施方式中，所提供的杂环化合物具有选自L1-L300之一的结构：
通用合成路线：
本发明的具体实施例也提供上述的制备方法，其经如下通用合成路线合成：
按照Suzuki-Miyaura反应使用四(三苯基膦)钯(0)作为催化剂，使蒽衍生物的溴化物与二 苯并呋喃或二苯并噻吩衍生物的有机硼化物发生化学耦合。
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R9-R15各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取 代或未取代的C6-C30杂芳基。
合成示例：
以下提供在本发明公开化合物的制备方法。但是本公开内容不意图限于本文中所叙述的 方法的任一种。所属领域的技术人员可容易地修改所叙述的方法或者利用不同的方法来制备 所公开的化合物的一种或多种。下列方面仅是示例性的，且不意图限制本公开内容的范围。 温度、催化剂、浓度、反应物组成、以及其它工艺条件可改变，并且对于期望的配合物，本 公开内容所属领域的技术人员可以容易的选择合适的反应物和条件。
在Varian Liquid State NMR仪器上于CDCl3或DMSO-d6溶液中以400MHZ纪录1H图谱， 以100MHZ纪录13C NMR图谱，化学位移参照残留的氘代(protiated)溶剂。如果CDCL3用作 溶剂，则采用四甲基硅烷(δ＝0.00ppm)作为内标纪录1H NMR图谱；采用DMSO-d6(δ ＝77.00ppm)作为内标纪录13C NMR图谱。如果将H2O(δ＝3.33ppm)用作溶剂，则采用残 留的H2O(δ＝3.33PPM)作为内标纪录1H NMR图谱；采用DMSO-d6(δ＝39.52ppm)作为内 标纪录13CNMR图谱。使用下列缩写(或其组合)来解释1H NMR的多重性：S＝单重，D＝ 双重，T＝三重，Q＝四重，P＝五重，M＝多重，BR＝宽。
实施例1:L2的制备
在三口瓶中加入一定量的D2和K2后，安装上机械搅拌棒，通入氮气20分钟，在氮气的保护下加入催化剂Pd(PPh3)4 0.25-3mol％，2M碱溶液0.018mol，加热回流，反应5-10小时， 反应后抽滤，甲苯洗，乙醇洗。二甲苯重结晶后得到纯度99％以上的粉末。为进一步提高L2 的纯度，采用真空升华仪进行一次或多次升华，可以得到纯度大于99.5％的L2产品。
采用CDCL3用作溶剂，四甲基硅烷(δ＝0.00ppm)作为内标纪录1H NMR图谱。
1H NMR(400MHZ,DMSO-d6)：
7.32ppm(12H,p),7.38-7.41ppm(4H,t),7.48ppm(2H,d),7.54ppm(2H,d),7.63-7.71ppm(14H,m)。
实施例2:L5的制备
在三口瓶中加入一定量的D5和K5后，安装上机械搅拌棒，通入氮气20分钟，在氮气的保护下加入催化剂Pd(PPh3)40.25-3mol％，2M碱溶液0.018mol，加热回流，反应5-10小时，反应后抽滤，甲苯洗，乙醇洗。二甲苯重结晶后得到纯度99％以上的粉末。为进一步提高L5的纯度，采用真空升华仪进行一次或多次升华，可以得到纯度大于99.5％的L5产品。
采用CDCL3用作溶剂，四甲基硅烷(δ＝0.00ppm)作为内标纪录1H NMR图谱。
1H NMR(400MHZ,DMSO-d6)：
7.19-7.22ppm(4H,q),7.32ppm(12H,t),7.41-7.48ppm(8H,p),7.67ppm(8H,p)。
实施例3:L155的制备
在三口瓶中加入一定量的D155和K155后，安装上机械搅拌棒，通入氮气20分钟，在氮气的保护下加入催化剂Pd(PPh3)4 0.25-3mol％，2M碱溶液0.018mol，加热回流，反应5-10小时，反应后抽滤，甲苯洗，乙醇洗。二甲苯重结晶后得到纯度99％以上的粉末。为进一步提高L155的纯度，采用真空升华仪进行一次或多次升华，可以得到纯度大于99.5％的L155产品。
采用CDCL3用作溶剂，四甲基硅烷(δ＝0.00ppm)作为内标纪录1H NMR图谱。
1H NMR(400MHZ,DMSO-d6)：
7.22ppm(2H,t),7.32-7.39ppm(14H,m),7.48-7.53ppm(6H,q),7.67-7.74ppm(10H,m)。
实施例4L32的制备
在三口瓶中加入一定量的D32和K32后，安装上机械搅拌棒，通入氮气20分钟，在氮气的保护下加入催化剂Pd(PPh3)4 0.25-3mol％，2M碱溶液0.018mol，加热回流，反应5-12小时，反应后抽滤，甲苯洗，乙醇洗。二甲苯重结晶后得到纯度99％以上的粉末。为进一步提高L32的纯度，采用真空升华仪进行一次或多次升华，可以得到纯度大于99.5％的L32产品。
采用CDCL3用作溶剂，四甲基硅烷(δ＝0.00ppm)作为内标纪录1H NMR图谱。
1H NMR(400MHZ,DMSO-d6)：
1.67ppm(12H,s),7.28-7.41ppm(14H,m),7.48ppm(2H,d),7.55-7.60ppm(4H,q),7.67-6.71ppm(10H,m) ,6.84ppm(2H,d),7.77ppm(2H,s),,7.90ppm(2H,d)。
实施例5：L52的制备
在三口瓶中加入一定量的D52和K52后，安装上机械搅拌棒，通入氮气30分钟，在氮气的保护下加入催化剂Pd(PPh3)4 0.25-3mol％，2M碱溶液0.018mol，加热回流，反应5-12小时，反应后抽滤，甲苯洗，乙醇洗。二甲苯重结晶后得到纯度99％以上的粉末。为进一步提高L52的纯度，采用真空升华仪进行一次或多次升华，可以得到纯度大于99.5％的L52产品。
采用CDCL3用作溶剂，四甲基硅烷(δ＝0.00ppm)作为内标纪录1H NMR图谱。
1H NMR(400MHZ,DMSO-d6)：
1.67ppm(6H,s),7.13-7.19ppm(2H,m),7.28-7.49ppm(10H,m),7.55ppm(1H,d),7.60ppm(1H,q), 7.67-7.71ppm(5H,m),7.77ppm(1H,s),7.84ppm(1H,d),7.90ppm(1H,d)。
实施例6：L58的制备
在三口瓶中加入一定量的D58和58K后，安装上机械搅拌棒，通入氮气30分钟，在氮气的保护下加入催化剂Pd(PPh3)4 0.25mol％-3mol％,2M碱溶液0.018mol，加热回流，反应5-12小时，反应后抽滤，甲苯洗，乙醇洗。二甲苯重结晶后得到纯度99％以上的粉末。为进一步提高L58的纯度，采用真空升华仪进行一次或多次升华，可以得到纯度大于99.5％的L58 产品。
采用CDCL3用作溶剂，四甲基硅烷(δ＝0.00ppm)作为内标纪录1H NMR图谱。
1H NMR(400MHZ,DMSO-d6)：
7.06-7.19ppm(13H,m),7.28-7.55ppm(15H,m),7.60ppm(1H,q),7.67-7.71ppm(4H,m),7.77ppm(1H,s), 8.84ppm(1H,d),7.90ppm(1H,d)。
需要说明的是，除上述实施例1-6中所制备的化合物外，本发明所提供的其他化合物也 可参考通用合成路线，遵循类似实施例1-6的原理、方法和步骤制备得到。
发光性能
在研究荧光小分子化合物的电子结构时，电子间的相互影响非常重要，密度泛函理论 (DFT)已被广泛用于研究π共轭体系，且采用DFT方法研究本发明所提供化合物的光电性 能的结果要比其他的方法更为准确。对化合物分子的基态、阳离子态和阴粒子态下的几何结 构的优化，采用DFT//B3LYP/6-31G(d)的方法，对化合物的激发态的几何结构采用DFT//B3LYP/6-31G(d)的方法获得。在基态和激发态几何结构的基础上，采用含时密度泛函理 论(TDDFT)方法计算了这些化合物的吸收和发射光谱。通过上述的计算方法，可以获得所研 究化合物的各种性质，包括电离能IP、电子亲和势EA、重组能λ、最高占据轨道HOMO、最低占据轨道LUMO和能隙Eg。
对有机发光器件来说，空穴和电子能有效平衡地注入和传输是非常重要的。分子的电离 能和电子亲和势分别是用来评估空穴和电子的注入能力的。下表2列出了计算得到的部分化合 物的垂直电离能IP(v)和绝热电离能IP(A)、垂直电子亲和势EA(v)和绝热电子亲和势EA(A)、 空穴抽取能HEP及电子抽取能EEP。垂直电离能IP(v)是指在中性分子几何构型下阳离子和 分子的能量差；绝热电离能IP(A)是指在中性和阳离子几何构型下的能量差；垂直电子亲和势 EA(v)是指在中性和阴离子几何构型下的能量差；绝热电子亲和势EA(A)是指在中性和阴离子 几何构型下的能量差；空穴抽取能HEP是指阳离子几何构型下分子和阳离子的能量差；电子 抽取能EEP是指在阴离子几何构型下分子和阴离子的能量差。一般来说，对于小分子有机材 料，电离能越小，空穴的注入就越容易；而电子亲和势越大，电子的注入就越容易。
从微观角度看，有机薄膜中电荷的传输机理可以描述为自传输的过程。其中，一个电子 或空穴从一个带电子分子转移到相邻的中性分子上。根据Marcus理论，电荷的迁移率可以表 示为：
其中，T代表温度；V代表指前因子，是两种粒子之间的耦合矩阵元；λ是重组能；Kb是波尔兹曼常数。显然，λ和V是决定Ket值的重要因素。一般地，在非晶态下电荷的转移 范围是有限的，V值的变化很小。所以，迁移率的大小主要由指数上的λ来决定。λ越小， 迁移率越大。为了研究方便，忽略外部环境的影响，主要讨论的是内重组能。
根据计算推导，内重组能最终可以表示为：
λhole＝IP(v)-HEP
λelectron＝EEP-EA(v)
一般有机材料中，由于自旋度不同而造成S1激发态和T1激发态能量不同，且ES1能量要 比ET1能量大0.5～1.0ev，造成纯有机荧光材料发光效率低下。热延迟荧光TADF材料，由于 独特分子设计，将HOMO-LUMO轨道进行分离，降低二者电子交换能，理论上可以实现ΔEST ∽0。为了有效评估本发明中材料的热延迟荧光效果，进行ΔEST评估，利用TDDFT方法，得到了本发明所提供化合物的最低单重态激发能Es和最低三重态激发能ET的差值ΔEST。
f@S1-S0，定义为激子在S1->S0的跃迁阵子强度，其意义为：f@S1-S0越大，意味着激子 在S1->S0的跃迁辐射速率Kr越大；反之，f@S1-S0越小，意味着激子在S1->S0的跃迁辐射 速率Kr越小。如果激子在S1->S0的跃迁辐射速率Kr越大，则降低了激子在S1->S0的跃迁非 辐射速率Knr，有利提高材料的发光效率，激子要么用于光辐射，要么被非辐射湮灭(例如， 热失活)。
以如上方法计算本发明所提供的化合物的HOMO能级、LUMO能级，HOMO和LUMO 的电子云分布、S1、T1和ΔEST能级，下表1以部分化合物为例给出了具体的光物理信息数据：
表1.光物理信息数据
根据上述计算结果，本发明的所提供的杂环化合物具有较低的T1能级和高S1能级(S1>2.7eV)，同时，该类杂环化合物作为客体发光材料时，具有最高62.5％的内部量子效率， 这些光电性质有利于该类化合物具有较好的光电性能。
本发明所提供的杂环化合物的另一方面优点在于，以非常简单的分子设计使所提供的化 合物达到匹配的空穴传输性能或电子传输性能的特性(即-0.1eV<＝λh-λe<＝0.1eV)，有利于 提高材料的发光效率和器件稳定性。
下表2以部分化合物为例给出了详细的IPV,IPA,EAV,EAA,HEP,EEP,λh,λe计算表。
表2.IPV,IPA,EAV,EAA,HEP,EEP,λh,λe计算表
从计算的空穴重组能和电子重组能来判断，对于L1分子：[电子重组能λe-空穴重组能λ h]＝0.02eV，因此，L1分子是一个非常理想的空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这 样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件的空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED 发光效率和寿命。
对于L2分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.03eV，因此，L2分子是一个非常理想的 空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件的 空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L3分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.06eV，因此，L3分子是一个非常理想的 空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件的 空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L4分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.03eV，因此，L4分子是一个非常理想的 空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件的 空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L5分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.03eV，因此，L5分子是一个非常理想的 空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件的 空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L6分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.02eV，因此，L6分子是一个非常理想的 空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件的 空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L7分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.01eV，因此，L7分子是一个非常理想的 空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件的 空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L8分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0eV，因此，L8因此，L1分子是一个非常 理想的空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED 器件的空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L32分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.03eV，因此，L32分子是一个非常理想 的空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件 的空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L52分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.03eV，因此，L52分子是一个非常理想 的空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件 的空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
对于L58分子：[电子重组能λe-空穴重组能λh]＝0.06eV，因此，L58分子是一个非常理想 的空穴/电子传输平衡的双极性有机光电材料，这样的分子好处，在于有利于平衡OLED器件 的空穴/电子载流子的传输平衡，从而提高OLED发光效率和寿命。
化学稳定性：
量子化学计算已经成功地被适用于评估基态或激发态时分子的性质，以及对实验结果进 行化学和光化学反应路径的阐明。密度泛函理论DFT方法来研究中性/正离子/负离子OLED分 子的解离能BDE已经得到了业内的认可(参考文献Chemical Degradation inOrganic light-emitting devices mechanisms and Implications for the Design ofNew Materials,Adv.Mater.2013,25,2114-2129)。
下面优选L1/L2/L7/L8为例说明本发明所公开化合物的第三个优点：非常高的化学稳定性。 如下所示：L1/L2/L7/L8材料的中性分子/正离子/负离子物质的相关化学键的解离能均远远高于 相应的S1/T1能级，说明本发明所提供的杂环化合物具有相当高的化学稳定性。
表3.材料的S1/T1(单位kcal/mol)及BDE数值
由表3可知，本发明所提供的杂环化合物在中性物质/正电荷物种/负电荷电荷物种条件 下，材料自身的的BDE(化学键解离能)均远远大于自身的S1能级。例如，L1负电荷分子的BDE 解离能>104(kcal/mol)>>S1＝74(kcal/mol)，这样的分子是具有非常高的电化学稳定性，有利于保 持高寿命。同样的，L2/L7/L8、及本发明所提供的其他杂环化合物，在中性物质/正电荷物种/ 负电荷电荷物种条件下，其化合物自身的的BDE(化学键解离能)均远远大于自身的S1能级。
荧光辐射跃迁速率：
本发明所提供的杂环化合物的第四个优点是：具有非常高的S1->S0的跃迁辐射速率常数 Kr。下表4中为化合物L1/L2/L7/L8/L32/L52/L58的S1->S0的跃迁辐射速率常数：
表4荧光辐射跃迁速率
| 材料编号 | 荧光辐射速率常数Kr(10<sup>7</sup>/s) |
| L1 | 8.144110186 |
| L2 | 13.60979774 |
| L7 | 7.88156558 |
| L8 | 9.082609218 |
| L32 | 14.18857788 |
| L52 | 10.87927754 |
| L58 | 12.87617547 |
由上表4的数据可知，本发明所提供的杂环化合物具有非常高的荧光辐射跃迁速率常数， 该种性质有利于提高激子在杂环化合物上的光辐射过程，从而增强荧光发光效率和寿命。
器件应用
在本发明的一些具体实施方式中，还提供了上述杂环化合物在有机发光二极管、有机晶 体场、有机太阳能电池、量子点发光二极管中的应用。
在本发明的一些具体实施方式中，还提供了一种有机发光二极管器件，该有机发光二极 管器件的发光层材料包含上述杂环化合物。
有机发光二极管器件示例
(1)本发明的化合物L32作为OLED器件发光层的客体材料
构筑ITO/HIL/HTL/发光层/ETL/EIL/阴极的多层器件结构。为了方便技术人员，理解本发 明的技术优势和器件原理，本发明仅是以最简单的器件结构来说明。
ITO/HIL(10nm)/HTL(30nm)/HTL(30nm)/HOST：L32,3wt％,30nm/ETL(30nm)/LiF(1nm)/Al。
表5.器件的部分性能对比
*效率滚降，这里定义为0.1mA/cm2时的效率到100mA/cm2时的性能变化率。
由表5数据可知，采用本发明所提供化合物的OLED器件性能滚降都比较小，且最大EQE>5％，这是因为，L32是一个空穴传输与电子传输能力相当的TTA材料。
(2)本发明的部分化合物作为OLED器件发光层的主体材料
构筑ITO/HIL/HTL/发光层/ETL/EIL/阴极的多层器件结构。为了方便技术人员，理解本发 明的技术优势和器件原理，本发明仅是以最简单的器件结构来说明。
ITO/HIL(10nm)/HTL(80nm)/HTL(10nm)/L：BD001,6wt％,30nm/ETL(30nm)/LiF(1nm)/Al。
这里L作为主体，BD001是一支商业荧光蓝材料。
表6.器件的部分性能对比
由上表6的数据可知，采用本发明所提供化合物的OLED器件的EQE>5％，这是因为，本技术发明提供的材料具有TTA效应，可以将多余的T1能量通过上转换转移给S1而用于客体材料BD001发光。
当材发光料的单线态S1能级大于其三线态能级的2倍，在其电致发光过程中，就可能发 生两个三线态激发子碰撞后产生一个单线态激发子的情况，此即TTA效应。此时，原本浪费 掉的75％T1能量通过上述碰撞方式转移给其S1能量，则增加了37.5％的S1能量，从而提高 该材料的发光效率。在本实施例中，本发明的化合物(例如化合物L11)作为发光层的主体 材料，在电场作用下，其OLED光物理机制为：1)主体材料产生25％S1+75％T1；2)主体材料的75％T1能量通过TTA效应转移给自身的S1激发子，且主体材料的T1低于所述客体 材料、HTL和ETL材料的T1，即将三线态限制在主体材料的T1上(主体材料的T1是最低 的)；3)主体材料S1能量全部转移给发光层内的客体材料S1；4)客体材料的S1用于发光， S1,客体->S0,客体。通过上述TTA作用，显著地提高了OLED的发光效率和延长器件寿命。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实 际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (12)
1.一种杂环化合物，其特征在于，具有式(B)所示的结构：
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；
A具有式(S1)或式(S2)所示的结构：
X选自O或S；
R9-R15各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
2.根据权利要求1所述的杂环化合物，其特征在于，所述C6-C30杂芳基选自二苯并噻吩或二苯并呋喃；所述取代或未取代的C6-C30芳基选自如式(1-1)至(1-29)之一的结构：
3.根据权利要求1所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B1)所示的结构：
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R9-R15各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
4.根据权利要求3所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B1-1)所示的结构：
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R9、R11、R14各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
5.根据权利要求3所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B1-2)所示的结构：
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R11选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
6.根据权利要求3所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B1-3)所示的结构：
其中，
Ar1、Ar2各自独立地选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S。
7.根据权利要求1所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B2)所示的结构：
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
R1-R8各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R9-R15各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
8.根据权利要求7所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B2-1)所示的结构：
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R9、R12、R14各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
9.根据权利要求7所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B2-2)所示的结构：
Ar1、Ar2各自独立地选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R12、R14各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30杂芳基。
10.根据权利要求7所述的杂环化合物，其特征在于，具有式(B2-3)所示的结构：
其中，
Ar1选自氢原子、取代或未取代的C6-C30芳基；
X选自O或S；
R14、R16-R22各自独立地选自氢原子、氘原子、C1-C8烷基、取代或未取代的C6-C30芳基。
11.根据权利要求1所述的杂环化合物，其具有选自L1-L300之一的结构：
12.一种有机发光二极管，其特征在于，所述有机发光二极管的发光层包含权利要求1-11中任一项所述的杂环化合物。
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