CN104177358A - 双极性蓝光磷光材料及其制备方法和有机电致发光器件 - Google Patents

双极性蓝光磷光材料及其制备方法和有机电致发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机半导体材料领域，其公开了一种双极性蓝光磷光材料及其制备方法和有机电致发光器件；该材料的结构式为本发明提供的双极性蓝光磷光材料，同时具有空穴传输性质和电子传输性质，使在发光层中空穴和电子的传输平衡，且该材料还具有较高的三线态能级，能有效的防止发光过程中能量回传给主体材料，大大提高了发光效率。

Description

双极性蓝光磷光材料及其制备方法和有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及有机半导体材料，尤其涉及一种双极性蓝光磷光材料及其制备方法。本发明还涉及一种发光层材质采用该双极性蓝光磷光材料作为主体材料的有机电致发光器件。
背景技术
有机电致发光器件具有驱动电压低、响应速度快、视角范围宽以及可通过化学结构微调改变发光性能使色彩丰富，容易实现分辨率高、重量轻、大面积平板显示等优点,被誉为“21世纪平板显示技术”，成为材料、信息、物理等学科和平板显示领域研究的热点。未来高效的商业化有机发光二极管将很可能会含有有机金属磷光体，因为它们可以将单线态和三线态激子均捕获，从而实现100%的内量子效率。然而，由于过渡金属配合物的激发态激子寿命相对过长，导致不需要的三线态-三线态（T1-T1）在器件实际工作中淬灭。为了克服这个问题，研究者们常将三线态发光物掺杂到有机主体材料中。
近年来，绿色和红色磷光OLED器件展示出令人满意的电致发光效率。而高效的蓝色磷光器件却很少，主要原因是缺乏同时具有较好的载流子传输性能和较高的三线态能级（ET）的主体材料。
发明内容
基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种发光效率较高、载流子传输能力强，且传输平衡性好的双极性蓝光磷光材料。
本发明还提供该双极性蓝光磷光材料的制备方法。
本发明进一步提供使用该双极性蓝光磷光材料作为发光层主体材料的有机电致发光器件。
为实现上述目的，本发明提供的双极性蓝光磷光材料，其结构式如下：
即10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)。
该双极性蓝光磷光材料的制备方法，包括如下步骤:
分别提供如下结构式表示的化合物A和B，
A：即2,9-二碘-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉；
B：即10H-吩噻嗪；
在无氧环境下，将化合物A溶解在有机溶剂中，然后再往有机溶剂中加入化合物B、无机碱以及催化剂，接着在70～120℃下反应6～15小时后，停止反应并冷却到室温，分离提纯反应液，得到结构式为的双极性蓝光磷光材料；
该步骤中：
所述无氧环境，其环境气氛包括氩气、氮气中的至少一种；
所述催化剂为铜（Cu）粉、碘化亚铜（CuI）、氧化亚铜（Cu2O）其中的一种；所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:10～1:5；
所述无机碱选自碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、碳酸铯(Cs2CO3)及磷酸钾(K3PO4)中的至少一种；所述碱与所述化合物A的摩尔比为2:1～2.5:1。
在优选的实施例中，有机溶剂选自溶剂为四氢呋喃(THF)、乙腈(MeCN)、甲苯(Tol)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的至少一种；
化合物A和B摩尔比为1:2～1:2.4；
对所述双极性蓝光磷光材料的分离提纯，包括：反应停止后，过滤反应液，并用水洗得到固体滤物，获得粗产物，所述粗产物采用正己烷为淋洗液经硅胶层析柱分离，得到所述双极性蓝光磷光材料。
上述制备方法原理简单，操作简便，对设备要求低，可广泛推广应用。
本发明的又一目的在于提供上述双极性蓝光磷光材料在有机电致发光器件中的应用。
该有机电致发光器件，包括基底，在基底一表面依次层叠设置有阳极层、空穴注入层、空穴传输/电子阻挡层、发光层、电子传输/空穴阻挡层、电子注入层、阴极层；其中：
基底材质为玻璃；
阳极层的材质为铟锡氧化物（ITO），其与玻璃结合后，称为ITO玻璃；
空穴注入层的材质为酞菁铜（CuPc）；
空穴传输/电子阻挡层的材质为N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺（TPD）；
发光层的材质为双[3,5-二氟-2-(2-吡啶基-KN)苯基-KC][四(1H-吡唑基-KN1)硼酸(1-)-KN2,KN2’]-铱(III)（FIr6）按照15%的质量分数加入到结构式为的双极性蓝光磷光材料（用P表示）中组成的掺杂混合材料，表示为P:FIr6；
电子传输/空穴阻挡层的材质为4,7-二苯基-1,10-菲罗啉（BPhen）；
电子注入层的材质为LiF；
阴极层的材质为Al；
因此，该有机电致发光器件的结构为：
玻璃/ITO/CuPc/TPD/P:FIr6/BPhen/LiF/Al；其中，斜杆表示为层状结构。
ITO是采用磁控溅射工艺制备在玻璃表面，其他各功能层则采用真空蒸镀工艺制备得到。
本发明提供的双极性蓝光磷光材料，同时具有空穴传输性质和电子传输性质，使在发光层中空穴和电子的传输平衡，且该材料还具有较高的三线态能级，能有效的防止发光过程中能量回传给主体材料，大大提高了发光效率；另外，该材料还具有较好的热稳定性。
上述双极性蓝光磷光材料的制备方法，采用了较简单的合成路线，从而减少工艺流程，原材料价廉易得，使得制造成本降低。
附图说明
图1为实施例6制得的有机电致发光器件结构示意图；
图2为实施例6制得的有机电致发光器件效率-亮度曲线图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明专利的内容，下面通过具体的实例和图例来进一步说明本发明的技术案，具体包括材料制备和器件制备，但这些实施实例并不限制本发明，其中，化合物A、化合物B均从市场上购买得到。
实施例1：本实施例的双极性蓝光磷光化合物，为：10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)，结构式如下：
该化合物的制备工艺如下：
在氮气保护下，将2,9-二碘-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(46.7g,80mmol)溶解在200mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，然后加入10H-吩噻嗪（31.2g,160mmol），碳酸钾（31.8g,160mmol），碘化亚铜（1.52g,8mmol）。混合物在120℃下搅拌反应6小时。停止反应冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗固体三次，粗产物采用淋洗液正己烷经硅胶层析柱分离，再在真空下50℃干燥24h，得到灰白色固体10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)。产率为73%。质谱：m/z726.2（M++1）；元素分析（%）C48H30N4S2:理论值：C79.30,H4.61,N7.71,S8.82；实测值：C79.36,H4.50,N7.4,S8.87.
实施例2：本实施例的双极性蓝光磷光化合物，为：10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)，结构式如下：
该化合物的制备工艺如下：
在氮气保护下，将2,9-二碘-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(46.7g,80mmol)溶解在200mL甲苯(Tol)溶液中，然后加入10H-吩噻嗪（35.0g,176mmol），碳酸铯（57.2g,176mmol），铜粉（0.768g,12mmol）。混合物在110℃下搅拌反应9小时。停止反应冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗固体三次，粗产物采用淋洗液正己烷经硅胶层析柱分离，再在真空下50℃干燥24h，得到灰白色固体10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)。产率为80%。
实施例3：本实施例的双极性蓝光磷光化合物，为：10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)，结构式如下：
该化合物的制备工艺如下：
在氮气保护下，将2,9-二碘-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(46.7g,80mmol)溶解在200mL乙腈(MeCN)溶液中，然后加入10H-吩噻嗪（38.2g,192mmol），磷酸钾（39g,184mmol），氧化亚铜（2.3g,16mmol）。混合物在90℃下搅拌反应12小时。停止反应冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗固体三次，粗产物采用淋洗液正己烷经硅胶层析柱分离，再在真空下50℃干燥24h，得到灰白色固体10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)。产率为78%。
实施例4：本实施例的双极性蓝光磷光化合物，为：：10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)，结构式如下：
该化合物的制备工艺如下：
在氮气保护下，将2,9-二碘-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(46.7g,80mmol)溶解在200mL四氢呋喃(THF)溶液中，然后加入10H-吩噻嗪（36.6g,184mmol），碳酸钠（20.4g,192mmol），碘化亚铜（2.6g,13.6mmol）。混合物在70℃下搅拌反应15小时。停止反应冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗固体三次，粗产物采用淋洗液正己烷经硅胶层析柱分离，再在真空下50℃干燥24h，得到灰白色固体10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)。产率为83%。
实施例5：本实施例的双极性蓝光磷光化合物，为：10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)，结构式如下：
该化合物的制备工艺如下：
在氮气保护下，将2,9-二碘-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(46.7g,80mmol)溶解在200mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，然后加入10H-吩噻嗪（33.4g,168mmol），磷酸钾（42.4g,200mmol），铜粉（1g,16mmol）。混合物在100℃下搅拌反应15小时。停止反应冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗固体三次，粗产物采用淋洗液正己烷经硅胶层析柱分离，再在真空下50℃干燥24h，灰白色固体10,10’-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)。产率为75%。
实施例6：本实施例为有机电致发光器件，其采用上述实施例1至5任一制得的10,10'-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)（用P表示）作为发光层的主体材料。
该有机电致发光器件，如图1所示，包括依次层叠结构：基底1/导电阳极层2/空穴注入层3/（空穴传输/电子阻挡层）4/发光层5/（电子传输/空穴阻挡层）6/电子注入层7/阴极层8；其中，斜杆表示层状结构。
上述有机电致发光器件的功能层材质及厚度如下：
基底1采用玻璃；
导电阳极层2采用ITO（氧化铟锡化合物），厚度150nm；ITO制备在玻璃表面后，简称ITO玻璃；
空穴注入层3的材质为酞菁铜（CuPc），厚度为30nm；
空穴传输/电子阻挡层4的材质为N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺（TPD），厚度为20nm；
发光层5的材质为双[3,5-二氟-2-(2-吡啶基-KN)苯基-KC][四(1H-吡唑基-KN1)硼酸(1-)-KN2,KN2’]-铱(III)（FIr6）用作客体发光材料，按照15%的质量比掺杂到10,10'-(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉-2,9-二基)二(10H-吩噻嗪)（用P表示）主体材料中得到的掺杂混合材料，表示为P:FIr6，厚度为20nm；
电子传输/空穴阻挡层6的材质为4,7-二苯基-1,10-菲罗啉（BPhen），厚度为30nm；
电子注入层7的材质为氟化锂（LiF），厚度为1nm；
阴极层8的材质为铝（Al），厚度为100nm。
上述有机电致发光器件可以表示为：
玻璃/ITO/CuPc/TPD/P:FIr6/BPhen/LiF/Al；其中，斜杆表示层状结构
该有机电致发光器件，其制备工艺如下：
首先，在清洗干净的玻璃表面通过磁控溅射制备一层ITO层，得到ITO玻璃；
其次，将ITO玻璃移至真空蒸镀设备中，在ITO层表面依次层叠CuPc、TPD、P:FIr6、BPhen、LiF、Al；
待上述工艺步骤完成后，得到有机电致发光器件。
有机电致发光器件的电流-亮度-电压特性是由带有校正过得硅光电二极管的Keithley源测量系统（Keithley2400Sourcemeter、Keithley2000Cuirrentmeter）完成的。
测试结果为，如图2所示，该有机电致发光器件的最大电流效率为9.4cd/A，最大亮度为24250cd/m2。结果表明本发明的聚合物主体材料性能较好，是一种很有发展前景的蓝光主体材料。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种双极性蓝光磷光材料，其特征在于，其结构式为：
2.一种双极性蓝光磷光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别提供如下结构式表示的化合物A和B，
A：B：
在无氧环境下，将化合物A溶解在有机溶剂中，然后再往有机溶剂中加入化合物B、无机碱以及催化剂，接着在70～120℃下反应6～15小时后，停止反应并冷却到室温，分离提纯反应液，得到结构式为的双极性蓝光磷光材料；其中，化合物A和B摩尔比为1:2～1:2.4。
3.根据权利要求2所述的双极性蓝光磷光材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、乙腈、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的双极性蓝光磷光材料的制备方法，其特征在于，所述无机碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯及磷酸钾中的至少一种；所述无机碱与所述化合物A的摩尔比为2:1～2.5:1。
5.根据权利要求2所述的双极性蓝光磷光材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为铜粉、碘化亚铜、氧化亚铜中的一种；所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:10～1:5。
6.根据权利要求2所述的双极性蓝光磷光材料的制备方法，其特征在于，对所述双极性蓝光磷光材料的分离提纯，包括：反应停止后，过滤反应液，并用水洗得到固体滤物，获得粗产物，所述粗产物采用正己烷为淋洗液经硅胶层析柱分离，得到所述双极性蓝光磷光材料。
7.一种有机电致发光器件，其特征在于，其发光层的材质为双[3,5-二氟-2-(2-吡啶基-KN)苯基-KC][四(1H-吡唑基-KN1)硼酸(1-)-KN2,KN2’]-铱按照15%的质量分数加入到结构式为的双极性蓝光磷光材料中组成的掺杂混合材料。
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