CN109574911A - 一种有机发光材料及其制备方法和其在器件中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机电致发光(OLED)显示领域，特别涉及一种有机发光材料及其制备方法与在器件中的应用，所述有机材料结构如通式I所示。本发明以稠环化合物为中心，以含氟原子的(苯胺为端基)，通过在多环芳香族化合物的活泼位置，引入具有空穴传输性能的取代基(9‑(2‑氟苯基)‑N‑苯基‑9H‑咔唑‑3‑胺)，获得了一类具有空穴传输性能的新型OLED材料。该类材料具有高的空穴迁移率，较好的薄膜稳定性和适合的分子能级，可以被应用在有机电致发光领域，作为空穴传输材料使用。

Description

一种有机发光材料及其制备方法和其在器件中的应用
技术领域
本发明涉及一种新型有机材料，及其在有机电致发光器件中的应用，属于有机电致发光显示技术领域。
背景技术
有机电致发光(OLED)材料在信息显示材料、有机光电子材料等领域中的应用具有极大的研究价值和美好的应用前景。随着多媒体信息技术的发展，对平板显示器件性能的要求越来越高。目前主要的显示技术有等离子显示器件、场发射显示器件和有机电致发光显示器件(OLED)。其中，OLED具有自身发光、低电压直流驱动、全固化、视角宽、颜色丰富等一系列优点，与液晶显示器件相比，OLED不需要背光源，视角更宽，功耗低，其响应速度是液晶显示器件的1000倍，因此，OLED具有更广阔的应用前景。
目前报道的有机空穴传输材料由于分子量普遍较小，材料的玻璃化温度较低，在材料使用过程中，反复充电放电，材料容易结晶，薄膜的均一性被破坏，从而影响材料使用寿命。因此，开发稳定高效的有机空穴传输材料，从而降低驱动电压，提高器件发光效率，延长器件寿命，具有很重要的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供可进行低电压驱动、长寿命并且已高效率化的OLED元件、以及可提供这样的OLED元件的化合物。
具体而言，本发明首先提出了一种新型的有机发光材料，其具有如通式I所示结构：
在通式I中，Ar选自：
M为1-4的整数；
表示取代位。
优选的，在通式I中：
Ar选自：
m为1或2。
作为进一步优选的技术方案，所述有机材料选自如下化合物的一种：
其中，m为1-4的整数。
上述有机材料由于苯环上含有氟原子，从而可以增大分子间的距离，防止化合物之间的缔合，降低了分子的堆砌的几率。蒸镀时不容易发生结晶化，应用到OLED器件中可有效提高OLED成品率，降低驱动电压，提高了发光效率，增加了寿命。
本发明同时提供了上述有机发光材料的制备方法，其反应历程如下:
包括如下步骤：
1)以化合物1-1为起始原料，与发生偶联反应，得到化合物1-2；
2)化合物1-2与Br-Ar-Br发生偶联反应，得到化合物1。
其中，Ar和m的具体指代同上关于有机发光材料的限定。
上述的步骤本领域技术人员可采用已知的常见手段来实现，如选择合适的催化剂，溶剂，确定适宜的反应温度，时间等，本发明对此不作特别限定。
作为优选地，上述制备方法包括如下步骤：
1)以化合物1-1为起始原料，以甲苯为溶剂，以三(二苯苄基丙酮)二钯和三叔丁基膦为催化剂，叔丁醇钠为碱，氮气保护，控温100-110℃，化合物1-1与发生偶联反应，得到化合物1-2；
2)以二甲苯为溶剂，以三(二苯苄基丙酮)二钯和三叔丁基膦为催化剂，叔丁醇钠为碱，氮气保护，控温110-120℃，化合物1-2与Br-Ar-Br发生偶联反应，得到化合物1；
其中，Ar和m的具体指代同上关于有机发光材料的限定。
上述Br-Ar-Br、叔丁醇钠和三(二苯苄基丙酮)二钯等均可以通过公开商业途径或者文献中本身已知的方法合成得到。
本发明进一步提供了上述有机发光材料在有机电致发光器件中的应用。
优选地，本发明所述的有机材料在有机电致发光器件中用作空穴传输材料。
本发明还提供了一种有机电致发光器件，其有机功能层中包括上述通式化合物，该类化合物用作有机功能层中的空穴传输材料。
优选地，上述有机电致发光器件由下至上依次由透明基片、阳极层、空穴传输层、有机发光层、电子传输层、电子注入层和阴极层组成。
进一步优选地：
构成所述透明基片的材料为玻璃基板或柔性基片；
基片可以使用传统有机发光器件中的基板，例如：玻璃或塑料。
和/或，构成所述阳极层的材料为无机材料；其中，所述无机材料具体为氧化铟锡(ITO)、氧化锌、氧化锡锌、金、银或铜中的至少一种，优选氧化铟锡(ITO)；
在本发明的器件制作中优选选用玻璃基板，ITO作阳极材料。
和/或，构成所述空穴传输层的材料为式I所示的化合物；
和/或，构成所述有机发光层的材料由主体材料组成；
其中，所述主体材料为如下化合物中的任意一种：
和/或，构成所述电子传输层的材料选自以下化合物中的任意一种：
构成所述电子注入层的材料选自LiF,Li2O，MgO，Al2O3中的一种，优选LiF。
构成所述阴极的材料选自锂、镁、银、钙、锶、铝、铟、铜、金和银中的一种，优选铝。
具体的，
所述空穴传输层的厚度为10-50nm，优选为40nm；
所述有机发光层的厚度为10-100nm，优选为30nm；
所述电子传输层的厚度为10-30nm，优选为20nm；
所述电子注入层的厚度为5-30nm，优选为10nm；
所述阴极的厚度为50-110nm，优选为60nm。
本发明提供的新型OLED材料以稠环化合物为中心，以含氟原子的(苯胺为端基)，通过在多环芳香族化合物的活泼位置，引入具有空穴传输性能的取代基(9-(2-氟苯基)-N-苯基-9H-咔唑-3-胺)，获得了一类具有空穴传输性能的新型OLED材料。该类材料具有高的空穴迁移率，较好的薄膜稳定性和适合的分子能级，可以被应用在有机电致发光领域，作为空穴传输材料使用。
具体实施方式
本发明中所用的三叔丁基膦、叔丁醇钠、三(二苯苄基丙酮)二钯、二溴多环芳烃等化工原料均可在国内化工产品市场方便买到。
在本发明中的化合物合成都可参照实施例1方法进行。下面阐述本发明中部分主要化合物的合成方法。
实施例1
(化合物1)的合成
合成路线如下：
1)化合物1-2的合成
1000毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠46.1g(0.48mol)、2-苯胺27.94g(纯度99％，0.3mol)、68.04g的3-溴-9-(2-氟苯基)-9H-咔唑(纯度99％，0.2mol)和甲苯400ml。再次氩气置换后依次加入3ml三叔丁基膦和0.46g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，开搅拌加热升温至100℃，控温100-110℃反应5小时。降温至30℃后经硅胶柱抽滤得滤液，旋蒸滤液，用二氯甲烷溶解后，用4mol/L盐酸溶液洗涤两次，分液，用无水硫酸钠进行干燥，抽滤，旋蒸滤液，得到64.84g黄色产物，纯度99％，产率92％。
2)化合物1的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠18.1g(0.188mol)、9，10-二溴蒽26.4g(纯度99％，0.0785mol)和二甲苯100ml。再次氩气置换后依次加入1.6ml三叔丁基膦和0.23g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，加热升温至110℃。开始滴加在由71.54g的9-(2-氟苯基)-N-苯基-9H-咔唑-3-胺(纯度99％，0.203mol)和100ml二甲苯组成的溶液，控温110-120℃。降温至50℃，加入100m去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮沸几次，得到51.75g黄色产物，纯度99％，产率75％。
产物MS(m/e)：879；元素分析(C62H40F2N4)：理论值C：84.72％，H：4.59％，N：6.37％，F：4.32％；实测值C：84.73％，H：5.66％，N：4.60％，F：4.31％。
实施例2
(化合物2)的合成
合成路线如下：
1)化合物2-1的合成
1000毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠46.1g(0.48mol)、2-苯胺23.7g(纯度99％，0.3mol)、68.04g的3-溴-9-(2-氟苯基)-9H-咔唑(纯度99％，0.2mol)和甲苯400ml。再次氩气置换后依次加入3ml三叔丁基膦和0.46g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，开搅拌加热升温至100℃，控温100-110℃反应5小时。降温至30℃后经硅胶柱抽滤得滤液，旋蒸滤液，用二氯甲烷溶解后，用4mol/L盐酸溶液洗涤两次，分液，用无水硫酸钠进行干燥，抽滤，旋蒸滤液，得到62.02g黄色产物，纯度99％，产率88％。
2)化合物2的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠18.1g(0.188mol)、9，10-二溴-2-甲基蒽27.48g(纯度99％，0.0785mol)和二甲苯100ml。再次氩气置换后依次加入1.6ml三叔丁基膦和0.23g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，加热升温至110℃。开始滴加在由71.54g的9-(2-氟苯基)-N-苯基-9H-咔唑-3-胺(纯度99％，0.203mol)和100ml二甲苯组成的溶液，控温110-120℃。降温至50℃，加入100m去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮沸几次，得到50.47g黄色产物，纯度99％，产率72％。
产物MS(m/e)：893.03；元素分析(C63H42F2N4)：理论值C：84.73％，H：4.74％，F：4.25％；N：6.27％；实测值C：84.74％，H：4.73％，F：4.26％；N：6.26％。
实施例3
(化合物3)的合成
合成路线如下：
1)化合物3-1的合成
1000毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠
46.1g(0.48mol)、2-苯胺23.7g(纯度99％，0.3mol)、68.04g的3-溴-9-(2-氟苯基)-9H-咔唑(纯度99％，0.2mol)和甲苯400ml。再次氩气置换后依次加入3ml三叔丁基膦和0.46g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，开搅拌加热升温至100℃，控温100-110℃反应5小时。降温至30℃后经硅胶柱抽滤得滤液，旋蒸滤液，用二氯甲烷溶解后，用4mol/L盐酸溶液洗涤两次，分液，用无水硫酸钠进行干燥，抽滤，旋蒸滤液，得到65.55g黄色产物，纯度99％，产率93％。
2)化合物3的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠18.1g(0.188mol)、6,12-二溴屈30.31g(纯度99％，0.0785mol)和二甲苯100ml。再次氩气置换后依次加入1.6ml三叔丁基膦和0.23g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，加热升温至110℃。开始滴加在由72.3g的9-(2-氟苯基)-N-苯基-9H-咔唑-3-胺(纯度99％，0.203mol)和100ml二甲苯组成的溶液，控温110-120℃。降温至50℃，加入100m去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮沸几次，得到56.84g黄色产物，纯度99％，产率78％。
产物MS(m/e)：928.34；元素分析(C66H42F2N4)：理论值C：85.32％，H：4.56％，F：4.09％；N：6.03％；实测值C：85.31％，H：4.57％，F：4.10；N：6.02％。
实施例4
(化合物4)的合成
合成路线如下：
1)化合物4-1的合成
1000毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠46.1g(0.48mol)、2-苯胺27.94g(纯度99％，0.3mol)、68.04g的3-溴-4-氟-9-苯基-9H-咔唑(纯度99％，0.2mol)和甲苯400ml。再次氩气置换后依次加入3ml三叔丁基膦和0.46g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，开搅拌加热升温至100℃，控温100-110℃反应5小时。降温至30℃后经硅胶柱抽滤得滤液，旋蒸滤液，用二氯甲烷溶解后，用4mol/L盐酸溶液洗涤两次，分液，用无水硫酸钠进行干燥，抽滤，旋蒸滤液，得到65.55g黄色产物，纯度99％，产率93％。
2)化合物4的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠18.1g(0.188mol)、3,8-二溴-[1,10]邻菲罗啉26.53g(纯度99％，0.0785mol)和二甲苯100ml。再次氩气置换后依次加入1.6ml三叔丁基膦和0.23g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，加热升温至110℃。开始滴加在由72.3g的9-(2-氟苯基)-N-苯基-9H-咔唑-3-胺(纯度99％，0.203mol)和100ml二甲苯组成的溶液，控温110-120℃。降温至50℃，加入100m去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮沸几次，得到53.94g黄色产物，纯度99％，产率78％。
产物MS(m/e)：880.98；元素分析(C60H38F2N6)：理论值C：81.80％，H：4.35％，F：4.31％；N：9.54％；实测值C：81.78％，H：4.37％，F：4.31％；N：9.54％。
实施例5
(化合物5)的合成
合成路线如下：
1)化合物5-1的合成
1000毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠46.1g(0.48mol)、2-苯胺27.94g(纯度99％，0.3mol)、68.04g的3-溴-4-氟-9-苯基-9H-咔唑(纯度99％，0.2mol)和甲苯400ml。再次氩气置换后依次加入3ml三叔丁基膦和0.46g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，开搅拌加热升温至100℃，控温100-110℃反应5小时。降温至30℃后经硅胶柱抽滤得滤液，旋蒸滤液，用二氯甲烷溶解后，用4mol/L盐酸溶液洗涤两次，分液，用无水硫酸钠进行干燥，抽滤，旋蒸滤液，得到65.55g黄色产物，纯度99％，产率93％。
2)化合物5的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠18.1g(0.188mol)、2,7-二溴-芘28.26g(纯度99％，0.0785mol)和二甲苯100ml。再次氩气置换后依次加入1.6ml三叔丁基膦和0.23g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，加热升温至110℃。开始滴加在由72.3g的9-(2-氟苯基)-N-苯基-9H-咔唑-3-胺(纯度99％，0.203mol)和100ml二甲苯组成的溶液，控温110-120℃。降温至50℃，加入100m去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮沸几次，得到55.29g黄色产物，纯度99％，产率78％。
产物MS(m/e)：903.03；元素分析(C64H40F2N4)：理论值C：85.12％，H：4.46％，F：4.21％；N：6.20％；实测值C：85.10％，H：4.48％，F：4.21％；N：6.20％。
实施例6
(化合物6)的合成
合成路线如下：
1)化合物6-1的合成
1000毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠46.1g(0.48mol)、2-苯胺27.94g(纯度99％，0.3mol)、68.04g的3-溴-4-氟-9-苯基-9H-咔唑(纯度99％，0.2mol)和甲苯400ml。再次氩气置换后依次加入3ml三叔丁基膦和0.46g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，开搅拌加热升温至100℃，控温100-110℃反应5小时。降温至30℃后经硅胶柱抽滤得滤液，旋蒸滤液，用二氯甲烷溶解后，用4mol/L盐酸溶液洗涤两次，分液，用无水硫酸钠进行干燥，抽滤，旋蒸滤液，得到65.55g黄色产物，纯度99％，产率93％。
2)化合物6的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氩气置换后依次加入叔丁醇钠18.1g(0.188mol)、2,7’-二溴-螺二芴37.22g(纯度99％，0.0785mol)和二甲苯100ml。再次氩气置换后依次加入1.6ml三叔丁基膦和0.23g三(二苯苄基丙酮)二钯。加完后，加热升温至110℃。开始滴加在由72.3g的9-(2-氟苯基)-N-苯基-9H-咔唑-3-胺(纯度99％，0.203mol)和100ml二甲苯组成的溶液，控温110-120℃。降温至50℃，加入100m去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮沸几次，得到62.28g黄色产物，纯度99％，产率78％。
产物MS(m/e)：1017.17；元素分析(C73H46F2N4)：理论值C：86.20％，H：4.56％，F：3.74％；N：5.51％；实测值C：86.19％，H：4.57％，F：3.74％；N：5.51％。
依据实施例1-6的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性操作，可以合成以下化合物：
其中，m为1-4的整数。
实施例7制备器件OLED-1～OLED-4
本实施例提供了制备器件OLED-1～OLED-4的方法，包括如下步骤：
1)将涂布了ITO导电层的玻璃基片在清洗剂中超声处理30分钟，在去离子水中冲洗，在丙酮/乙醇混合溶剂中超声30分钟，在洁净的环境下烘烤至完全干燥，用紫外光清洗机照射10分钟，并用低能阳离子束轰击表面。
2)把上述处理好的ITO玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-5～9×10-4Pa，在上述阳极层膜上蒸镀一层实施例1制备所得归属式I的化合物1为空穴传输层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀膜厚为40nm；
3)在空穴传输层上继续蒸镀ADN作为主体材料，作为器件的有机发光层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀所得有机发光层的膜厚为30nm；
4)在有机发光层上继续蒸镀一层化合物BCP作为器件的电子传输层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀膜厚为20nm；
5)在电子传输层之上继续蒸镀一层LiF作为器件的电子注入层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀膜厚为10nm；
6)在电子注入层之上继续蒸镀一层Al作为器件的阴极，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀膜厚为60nm；得到本发明提供的OLED器件，记为OLED-1；
按照与上相同的步骤，将步骤2)中的化合物1替换为实施例2制备所得化合物2，得到本发明提供的OLED-2；
按照与上相同的步骤，将步骤2)中的化合物1替换为实施例3制备所得化合物3，得到本发明提供的OLED-3；
按照与上相同的步骤，将步骤2)中的化合物1替换为NPB，得到对比器件OLED-4；
NPB(对比化合物1)
所得器件OLED-1至OLED-4的性能检测结果如表1所示。
表1、OLED-1至OLED-4的性能检测结果
由上可知，利用本发明提供的式I所示有机材料制备成的器件OLED-1至OLED-4的起亮电压更低，在亮度相同的条件下，电流效率明显比NPB作为空穴传输材料的器件OLED-4高很多，而且器件的寿命明显延长很多。
尽管结合实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，应当理解，在本发明构思的引导下，本领域技术人员可进行各种修改和改进，所附权利要求概括了本发明的范围。

Claims (10)

1.一种有机发光材料，其特征在于：其结构如通式I所示：
其中，Ar选自：
其中，m为1-4的整数；
表示取代位。
2.根据权利要求1所述的有机发光材料，其特征在于：在通式I中:
Ar选自：
和/或，m为1或2。
3.根据权利要求1或2所述的有机发光材料，其特征在于：所述有机发光材料选自如下化合物的一种：
4.权利要求1-3任一项所述的有机发光材料的制备方法，其特征在于：反应历程如下:
包括如下步骤：
1)以化合物1-1为起始原料，与发生偶联反应，得到化合物1-2；
2)化合物1-2与Br-Ar-Br发生偶联反应，得到化合物1；
其中，Ar和m的指代同权利要求1-3任一项所述。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)以化合物1-1为起始原料，以甲苯为溶剂，以三(二苯苄基丙酮)二钯和三叔丁基膦为催化剂，叔丁醇钠为碱，氮气保护，控温100-110℃，化合物1-1与发生偶联反应，得到化合物1-2；
2)以二甲苯为溶剂，以三(二苯苄基丙酮)二钯和三叔丁基膦为催化剂，叔丁醇钠为碱，氮气保护，控温110-120℃，化合物1-2与Br-Ar-Br发生偶联反应，得到化合物1；
其中，Ar和m的指代同权利要求1-3任一项所述。
6.权利要求1-3任一项所述有机发光材料在有机电致发光器件中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述有机发光材料在所述有机电致发光器件中用作空穴传输材料。
8.一种有机电致发光器件，其特征在于：包括由权利要求1-3任一项所述有机发光材料制成的空穴传输层。
9.根据权利要求8所述的有机电致发光器件，其特征在于：所述有机电致发光器件由下至上依次由透明基片、阳极层、空穴传输层、有机发光层、电子传输层、电子注入层和阴极层组成；
优选：
所述透明基片的材料为玻璃基板或柔性基片；
和/或；构成所述阳极层的材料选自氧化铟锡、氧化锌、氧化锡锌、金、银或铜中的至少一种；
和/或；构成所述有机发光层的主体材料为如下化合物中的任意一种：
和/或，构成所述电子传输层的材料选自以下化合物中的任意一种：
和/或；构成所述电子注入层的材料选自LiF,Li2O，MgO或Al2O3中的一种；
和/或；构成所述阴极的材料选自锂、镁、银、钙、锶、铝、铟、铜、金和银中的一种。
10.根据权利要求9所述的有机电致发光器件，其特征在于：所述空穴传输层的厚度为10-50nm；所述有机发光层的厚度为10-100nm；所述电子传输层的厚度为10-30nm；所述电子注入层的厚度为5-30nm；所述阴极的厚度为50-110nm。
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