CN110092800B - 热活化延迟荧光分子材料及其合成方法、电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热活化延迟荧光分子材料及其合成方法、有机电致发光器件，通过合成含吲哚并苯并硒杂芳环给体的热活化延迟荧光分子，既能够增加给体的给电子能力，能够有效抑制非辐射跃迁速率，从而提高分子的发光量子产率(PLQY)；又能够增加电子给体和电子受体之间的扭转角，同时减小最高占有分子轨道(HOMO)和最低占有分子轨道(LUMO)之间的电子云重叠，从而获得较小的ΔEST。本发明的有机电致发光器件，采用本发明制备的热活化延迟荧光分子材料，其发光效率高，而且使用寿命长。

Description

热活化延迟荧光分子材料及其合成方法、电致发光器件

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体为一种热活化延迟荧光分子材料及其合成方法、电致发光器件。

背景技术

有机发光二极管(organic lighting-emitting diodes,OLEDs)，由于主动发光、可视角度大、相应速度快、温度适应范围宽、驱动电压低、功耗小、亮度大、生产工艺简单、轻薄、且可以柔性显示等优点，在OLED显示和照明领域表现出巨大的应用前景，吸引了科研工作者和公司的关注。目前，三星、LG已经实现OLEDs应用在手机上。在OLED中，发光层材料的优劣是OLED能否产业化起决定作用。通常的发光层材料由主体和客体发光材料，而发光材料的发光效率和寿命是发光材料好坏的两个重要指标。早期的OLED发光材料为传统荧光材料，由于在OLED中单重态和三重态的激子比例为1:3，而传统荧光材料只能利用单重态激子发光，因此，传统荧光材料的OLED理论内量子效率为25％。金属配合物磷光材料由于重原子的自旋轨道耦合效应，使得其能够实现单重态激子和三重态激子的100％利用率；并且现在也已经用在和绿光OLED显示上。但是，磷光材料通常要使用重金属Ir、Pt、Os等贵重金属，不仅成本高，而且毒性较大。此外，高效、长寿命的磷光金属配合物材料仍旧是极大的挑战。2012年，Adachi等人提出了“热活化延迟荧光”(TADF)机理的纯有机发光分子，通过合理的D-A结构分子设计，使得分子具有较小的最低单重态和三重能级差(ΔEST)，这样三重态激子可以通过反系间窜越(RISC)回到单重态，再通过辐射跃迁至基态而发光，从而能够同时利用单、三重态激子，可以实现激子的100％的利用率，同时不需要重金属的参与。并且TADF材料结构设计丰富，其材料大部分物理性质容易调节，以获得满足要求的高效、长寿命的有机发光材料。

大部分的TADF分子设计都是D(给体)-A(受体)型结构。而且给体通常为二苯胺、咔唑和吖啶或其衍生物结构。咔唑和受体A的扭转角合适，但是咔唑的给电子能力太弱；二苯胺的给电子能力适中，但是和受体A的扭转角太小；吖啶的给电子能力很强，但是和受体的扭转角太大。扭转角大，虽然会使得RISC速率大，但是材料的光致发光量子效率(PLQY)会降低；给电子能力太弱，会使得D和A之间的电荷转移差，D和A之间的HOMO与LUMO重叠程度太大，导致ΔEST较大。

发明内容

为解决上述技术问题：本发明提供一种热活化延迟荧光分子材料及其合成方法、有机电致发光器件，合成含吲哚并苯并硒杂芳环给体的热活化延迟荧光分子，既能够增加给体的给电子能力，能够有效抑制非辐射跃迁速率，从而提高分子的发光量子产率(PLQY)；又能够增加电子给体和电子受体之间的扭转角，同时减小最高占有分子轨道(HOMO)和最低占有分子轨道(LUMO)之间的电子云重叠，从而获得较小的ΔEST。本发明的有机电致发光器件，采用本发明制备的热活化延迟荧光分子材料，其发光效率高，而且使用寿命长。

解决上述问题的技术方案是：一种热活化延迟荧光分子材料，包括电子给体和电子受体，其中，所述电子给体中含有吲哚并苯硒并杂芳环结构。

进一步地，所述电子给体的结构包括以下结构中的一种：

进一步地，所述电子受体的结构包括以下结构中的一种：

本发明还提供一种热活化延迟荧光分子材料合成方法，包括以下步骤：将含有吲哚并苯硒并杂芳环结构的电子给体原料、电子受体原料、叔丁醇钠以及催化剂置于反应容器中，使用氩气对所述反应容器进行抽换气；加入溶剂至所述反应容器中并进行回流反应24h，冷却得到第一混合溶液；使用二氯甲烷对所述第一混合溶液进行3次萃取、3次水洗，并通过无水硫酸钠进行干燥、过滤以及浓缩得到目标化合物；通过使用200-300目的硅胶对所述目标化合物溶液进行柱层析，并用淋洗液淋洗，最后分离纯化得到所述热活化延迟荧光分子材料。

进一步地，所述给体基团原料为12H-苯基[4,5]硒吩并[3,2-a]咔唑；所述受体基团原料为2-(4-溴代苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪；所述催化剂包括三(二亚苄基丙酮)二钯和三叔丁基膦·四氟硼酸盐；所述给体基团原料、所述受体基团原料以及叔丁醇钠的摩尔比为2:2:5；所述三(二亚苄基丙酮)二钯和所述三叔丁基膦·四氟硼酸盐摩尔比为1:4；所述溶剂为无水甲苯；所述淋洗液为石油醚和二氯甲烷。

本发明还一种电致发光器件，包括所述的热活化延迟荧光分子材料。

进一步地，所述电致发光器件包括第一电极；电子注入层，设于所述第一电极上；空穴传输层，设于所述电子注入层上；发光层，设于所述空穴传输层上，所述发光层所用材料包括所述热激活延迟荧光分子材料；电子传输层，设于发光层上；第二电极，设于所述电子传输层上。

进一步地，所述发光层中还包括1,3-二(9H-咔唑-9-基)苯。

进一步地，所述第一电极为阳极，其所用材料为氧化铟锡；所述第二电极为阴极，其所用材料为氟化锂或铝中的一种。

进一步地，所述电子注入层所用材料为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲；所述电子传输层所用材料为1,3,5-三(3-(3-吡啶基)苯基)苯；所述空穴传输层所用材料为4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯。

本发明的有益效果是：本发明提供一种热活化延迟荧光分子材料及其合成方法、有机电致发光器件，合成含吲哚并苯并硒杂芳环给体的热活化延迟荧光分子，既能够增加给体的给电子能力，能够有效抑制非辐射跃迁速率，从而提高分子的发光量子产率(PLQY)；又能够增加电子给体和电子受体之间的扭转角，同时减小最高占有分子轨道(HOMO)和最低占有分子轨道(LUMO)之间的电子云重叠，从而获得较小的ΔEST。本发明的有机电致发光器件，采用本发明制备的热活化延迟荧光分子材料，其发光效率高，而且使用寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。

图1是本发明实施例中的制备方法制得的热活化延迟荧光分子材料的荧光光谱图。

图2是本发明实施例中电致发光器件结构图。

附图标记：

10 电致发光器件；

1 第一电极； 2 电子注入层；

3 空穴传输层； 4 发光层；

5 电子传输层； 6 第二电极。

具体实施方式

以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

本发明提供一种热活化延迟荧光分子材料，包括电子给体和电子受体，其中，所述电子给体中含有吲哚并苯硒并杂芳环结构。所述热活化延迟荧光分子材料具有以下结构通式：

所述电子给体的结构包括以下结构中的一种：

所述电子受体的结构包括以下结构中的一种：

为了更加清楚的解释本发明，下面结合本发明的热活化延迟荧光分子材料合成方法对所述热活化延迟荧光分子材料进行进一步解释。

在本发明一实施例中，以制备目标化合物一(本发明的一种热活化延迟荧光分子材料)为例，详细说明本发明的热活化延迟荧光分子材料制备方法。其中目标化合物一的结构通式如下：

本发明的热活化延迟荧光分子材料制备方法包括以下步骤：

S1、将含有吲哚并苯硒并杂芳环结构的给体基团原料、受体基团原料、叔丁醇钠以及催化剂置于反应容器中，使用氩气对所述反应容器进行抽换气。

所述反应容器为100ml的施兰克(Schlenk)瓶。所述给体基团原料为12H-苯基[4,5]硒吩并[3,2-a]咔唑、2-(4-溴代苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪；所述受体基团原料为2-(4-溴代苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪；所述催化剂为三(二亚苄基丙酮)二钯和三叔丁基膦·四氟硼酸盐；所述给体基团原料、所述受体基团原料以及叔丁醇钠的摩尔比为2:2:5；所述三(二亚苄基丙酮)二钯和所述三叔丁基膦·四氟硼酸盐摩尔比为1:4。

S2、加入溶剂至所述反应容器中并进行回流反应24h，冷却得到第一混合溶液；所述溶剂为无水甲苯(40mL)。

S3、使用二氯甲烷对所述第一混合溶液进行3次萃取、3次水洗，并通过无水硫酸钠进行干燥、过滤以及浓缩得到目标化合物；

S4、通过使用200-300目的硅胶对所述目标化合物溶液进行柱层析，并用淋洗液淋洗，最后分离纯化得到所述热活化延迟荧光分子材料。所述淋洗液为石油醚和二氯甲烷(4:1，V/V)。

经过本实施例的制备方法，具体化学反应方程式如下：

经过所述化学反应方程式最后得到5.78g白色固体，产率92％。

通过本实施例的制备方法制备热活化延迟荧光分子材料，能够有效合成热活化延迟荧光分子材料，同时能够提高合成效率。

为了验证本发明的热活化延迟荧光分子材料的特性是否满足电致发光器件的要求，因此本实施例中将通过本实施例的制备方法得到的热活化延迟荧光分子材料进行光谱实验和光物理数据检测。得到如图1所示的荧光光谱图以及如表1所示的光物理数据。

表1为本发明的热活化延迟荧光分子材料的光物理数据。

	PL Peak(nm)	S<sub>1</sub>(eV)	T<sub>1</sub>(eV)	E<sub>ST</sub>(eV)	PLQY(％)
						目标化合物1	486	2.91	2.77	0.14	90

由图1可知，本发明的目标化合物一的有效波长范围在400-600nm之间，因此，可以在此范围内调节分子的发光光谱。由表1可知，本发明的热活化延迟荧光分子材料具有较小的最低单重态和三重能级差(ΔE_ST)。

如图2所示，本发明还提供了一种电致发光器件10，包括所述的热活化延迟荧光分子材料。

具体的，所述的电致发光器件包括第一电极1、电子注入层2、空穴传输层3、发光层4、电子传输层5、第二电极6。其中，所述电子注入层2设于所述第一电极1上；所述空穴传输层3设于所述电子注入层2上；所述发光层4设于所述空穴传输层3上，所述发光层4所用材料包括所述热活化延迟荧光分子材料以及1,3-二(9H-咔唑-9-基)苯，1,3-二(9H-咔唑-9-基)苯为主体分子，其中掺杂所述热活化延迟荧光分子材料；所述电子传输层5设于所述发光层4上；所述第二电极6设于所述电子传输层5上。

本实施例中，所述第一电极1为阳极，其所用材料为氧化铟锡；所述第二电极6为阴极，其所用材料为氟化锂或铝中的一种。所述电子传输层5所用材料为1,3,5-三(3-(3-吡啶基)苯基)苯；所述空穴传输层3所用材料为4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]，所述电子注入层2所用材料为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲。

表2为采用目标化合物的电致发光器件10的性能数据表。

本发明的电致发光器件10，在发光层4采用所述的热活化延迟荧光分子材料，有效的制作出电致发光器件，提高了电致发光器件的发光效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热活化延迟荧光分子材料，其特征在于，包括电子给体和电子受体，其中，所述电子给体中含有吲哚并苯硒并杂芳环结构；

所述电子受体的结构为：

所述电子给体的结构为：

2.一种热活化延迟荧光分子材料合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

将含有吲哚并苯硒并杂芳环结构的电子给体原料、电子受体原料、叔丁醇钠以及催化剂置于反应容器中，使用氩气对所述反应容器进行抽换气；

加入溶剂至所述反应容器中并进行回流反应24h，冷却得到第一混合溶液；

使用二氯甲烷对所述第一混合溶液进行3次萃取、3次水洗，并通过无水硫酸钠进行干燥、过滤以及浓缩得到目标化合物；

通过使用200-300目的硅胶对所述目标化合物溶液进行柱层析，并用淋洗液淋洗，最后分离纯化得到所述热活化延迟荧光分子材料；其中，所述给体基团原料为12H-苯基[4,5]硒吩并[3,2-a]咔唑；

所述受体基团原料为2-(4-溴代苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪；

所述催化剂为三(二亚苄基丙酮)二钯和三叔丁基膦·四氟硼酸盐；

所述给体基团原料、所述受体基团原料以及叔丁醇钠的摩尔比为2:2:5；

所述三(二亚苄基丙酮)二钯和所述三叔丁基膦·四氟硼酸盐摩尔比为1:4；

所述溶剂为无水甲苯；

所述淋洗液为石油醚和二氯甲烷。

3.一种电致发光器件，其特征在于，包括为权利要求1所述的热活化延迟荧光分子材料。

4.根据权利要求3所述的电致发光器件，其特征在于，包括

第一电极；

电子注入层，设于所述第一电极上；

空穴传输层，设于所述电子注入层上；

发光层，设于所述空穴传输层上，所述发光层所用材料包括所述热激活延迟荧光分子材料；

电子传输层，设于发光层上；

第二电极，设于所述电子传输层上。

5.根据权利要求4所述的电致发光器件，其特征在于，

所述发光层中还包括1,3-二(9H-咔唑-9-基)苯。

6.根据权利要求4所述的电致发光器件，其特征在于，

所述第一电极为阳极，其所用材料为氧化铟锡；所述第二电极为阴极，其所用材料为氟化锂或铝中的一种。

7.根据权利要求4所述的电致发光器件，其特征在于，

所述电子注入层所用材料为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲；

所述电子传输层所用材料为1,3,5-三(3-(3-吡啶基)苯基)苯；

所述空穴传输层所用材料为4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺] 。

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