CN110317187B - 一种有机主体材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机主体材料，其具有如通式I所示的结构。本发明提供的新型有机主体材料以二苯并呋喃为中心，由于二苯并呋喃是一个较好的电子传输单元，因此该材料同时具有空穴传输性质和电子传输性质，实在传输发光层中空穴和电子的传输平衡；还具有较高的三线态能级，有效的防止发光过程中能量回传给主体材料，从而提高了其发光效率。

Description

一种有机主体材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及有机电致发光显示技术领域，具体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。
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。
高效的商业化有机发光二极管应用含有有机金属铱配合物的磷光体，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，而且容易发生发光材料的浓度淬灭效应，导致不必要的三线态-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，高效的磷光器件很少，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的主体材料。
发明内容
本发明的目的在于提供可进行低电压驱动、长寿命的OLED化合物，以及使用了此类化合物并且已高效率化的OLED元件。
为了开发具有前述性质的化合物及使用了此类化合物的OLED元件，结果发现，通过利用通式I表示的化合物，可达到上述目的。
即，本发明提出了一种有机主体材料，其具有如通式I所示结构：
Figure BDA0002145275260000021
通式I所示的二苯并呋喃主体结构上，任意一个苯环同时被1个芳香基团Ar和m个甲基取代，所述m可选自1、2或3。
作为本发明的一种优选方案，通式I所示结构如下所示：
Figure BDA0002145275260000022
其中，m代表苯环上甲基的取代个数，可选自1、2或3。
具体而言，1、2或3个甲基可取代式I’所示结构的1、2或3号位置上的氢原子。
Figure BDA0002145275260000023
当m＝1时，甲基可取代式I’所示结构的1、2、3任意一个位置上的氢原子，即所述有机材料可选自如式I’-1～I’-3所示的结构，优选为如式I’-2所示的结构。
Figure BDA0002145275260000024
当m＝2时，甲基可取代式I’所示结构的1、2、3号任意两个位置上的氢原子，即所述有机材料可选自如式I’-4～I’-6所示的结构。
Figure BDA0002145275260000025
当m＝3时，甲基可取代式I’所示结构的1、2和3号共三个位置上的氢原子，即所述有机材料可选自如式I’-7所示的结构：
Figure BDA0002145275260000031
所述通式I中Ar代表含有n个苯环和/或芳杂环的芳香基团。所述芳香基团可以是取代或未取代的单环芳烃，也可以是取代或未取代的多环芳烃；所述多环芳烃可以是多苯代脂烃、联苯型多环芳烃或稠环芳烃。所述n代表1、2、3、4或5，优选为3、4或5。所述Ar中可以含有S原子和/或N原子，优选含有1～3个N原子。
本发明对Ar代表的基团进行优选，以进一步提高材料的综合性能。具体而言，Ar可选自如下基团：
Figure BDA0002145275260000032
Figure BDA0002145275260000041
优选地，Ar可选自如下基团：
Figure BDA0002145275260000042
Figure BDA0002145275260000051
进一步优选地，Ar可选自如下基团：
Figure BDA0002145275260000052
上述各取代基团中，
Figure BDA0002145275260000053
表示取代位。
本发明进一步优选通式I所示有机材料选自如下通式I-1～I-9所示的化合物：
Figure BDA0002145275260000061
Figure BDA0002145275260000071
所述通式I-1～I-9中，m各自独立地代表1、2或3，甲基的具体取代方式如上文所述。
上述有机材料由于二苯并呋喃是一个较好的给电子单元，实现在传输发光层中空穴和电子的传输平衡；还具有较高的三线态能级，有效的防止发光过程中能量回传给主体材料，从而提高了其发光效率。上述新型小分子有机电致发光材料具有适当的分子质量，良好的薄膜稳定性，用甲基取代苯环上的原子提高了材料化学稳定性。HOMO-LUMO能隙也可以通过氟化来改变,从而优化载流子的注入,调节电致发光的工作电压和效率。
本发明同时提供了通式I所示有机主体材料的制备方法。
所述制备方法的反应历程如下:
Figure BDA0002145275260000072
包括如下步骤：
以化合物A为起始原料，与
Figure BDA0002145275260000073
发生偶联反应，得到化合物I；其中，m为1至3的整数。
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。
作为本发明的一种优选方案，上述制备方法包括如下步骤：
以化合物A为起始原料，以甲苯为溶剂，以双三苯基膦二氯化钯为催化剂，碳酸钠为碱，氮气保护，控温70-100℃，化合物A与
Figure BDA0002145275260000081
发生偶联反应，得到化合物I。
上述溶剂、催化剂、碱等原料均可以通过公开商业途径或者本领域已知的方法合成得到。
本发明进一步提供了通式I所示的有机主体材料在有机电致发光器件中的应用。本发明优选所述有机主体材料在有机电致发光器件中用作发光层的发光主体材料。
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本发明通式I所示的有机主体材料。本发明优选所述有机主体材料用作有机功能层中有机发光层的发光主体材料。所述有机发光层的厚度可以为10～100nm，优选为40～80nm。
作为本发明的一种优选方案，上述有机电致发光器件由下至上依次包括透明基片、阳极层、空穴传输层、以通式I所示化合物作为主体材料的有机发光层、电子传输层、电子注入层和阴极层。
其中，构成所述透明基片的材料可选用玻璃基片或柔性基片，具体可以使用传统有机发光器件中的基板，例如玻璃基板或塑料基板，优选用玻璃基板。
构成所述阳极层的材料可选用无机材料，具体可选用氧化铟锡(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)。
构成所述空穴传输层的材料由空穴材料组成，所述空穴材料可选用如下化合物中的任意一种：
Figure BDA0002145275260000082
构成所述有机发光层的主体材料为本发明通式I所示的化合物。所述有机发光层中还含有发光材料，可选用Ir(PiQ)3，结构如下：
Figure BDA0002145275260000091
构成所述电子传输层的材料可以选自如下化合物中的任意一种：
Figure BDA0002145275260000092
构成所述电子注入层的材料可以选自LiF、Li2O、MgO、Al2O3中的一种，优选为LiF。
构成所述阴极的材料选可以自锂、镁、银、钙、锶、铝、铟、铜、金和银中的一种，优选铝。
为了确保所述发光器件内各层的材料之间发挥协同作用，本发明还对所述发光器件内各层的厚度进行优选，以使得所述发光器件发挥最佳的综合效果。
具体而言，所述空穴传输层的厚度可以为10～50nm，优选为27～33nm；所述有机发光层的厚度可以为10～100nm，优选为40～80nm；所述电子传输层的厚度可以为10～30nm，优选为18～22nm；所述电子注入层的厚度可以为5～30nm，优选为9～11nm；所述阴极层的厚度可以为50～200nm，优选为100～200nm。
本发明提供的新型OLED材料以二苯并呋喃为中心，由于二苯并呋喃是一个较好的给电子单元，实现在传输发光层中空穴和电子的传输平衡；还具有较高的三线态能级，有效的防止发光过程中能量回传给主体材料，从而提高了其发光效率。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
Figure BDA0002145275260000101
(化合物I-9-2)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002145275260000102
化合物I-9-2的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠19.93g(0.188mol)、(4-(二苯氨基)苯基)硼酸28.91g(纯度99％，0.1mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.23g双三苯基膦二氯化钯。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由39.17g含4-溴-2-甲基二苯并呋喃(纯度99％，0.15mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-80℃。降温至室温，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39.14g白色固体，纯度99％，产率92％。
产物MS(m/e)：425.52；元素分析(C31H23NO)：理论值C：87.50％，H：5.45％，N：3.29％，O：3.76％；实测值C：87.49％，H：5.46％，N：3.29％，O：3.76％。
实施例2
Figure BDA0002145275260000111
(化合物I-7-2)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002145275260000112
化合物I-7-2的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠
19.93g(0.188mol)、(4-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)苯基)硼酸35.3g(纯度99％，0.1mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.23g双三苯基膦二氯化钯。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由39.17g化合物A(纯度99％，0.15mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-80℃。降温至室温，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44.55g白色固体，纯度99％，产率91％。
产物MS(m/e)：489.57；元素分析(C34H23N3O)：理论值C：83.41％，H：4.74％，O：3.27％，N：8.58％；实测值C:83.40％，H：4.75％，O：3.27％，N：8.58％。
实施例3
Figure BDA0002145275260000121
(化合物I-5-2)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002145275260000122
化合物I-5-2的合成
500毫升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠
19.93g(0.188mol)、(9-苯基-9H-咔唑-3-基)硼酸28.71g(纯度99％，0.1mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.23g双三苯基膦二氯化钯。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由39.17g含4-溴-2-甲基二苯并呋喃(纯度99％，0.15mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-80℃。降温至室温，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33.88g白色固体，纯度99％，产率80％。
产物MS(m/e)：423.50；元素分析(C31H21NO)：理论值C：87.92％，H：5.00％，N：3.31％，O：3.78％；实测值C:87.90％，H:5.02％，N：3.31％，O：3.78％。
试验过程中所用中间体(4-(二苯氨基)苯基)硼酸等均可从北京燕化集联光电技术有限公司购买所得。
依据实施例1、实施例2和实施例3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：
Figure BDA0002145275260000131
Figure BDA0002145275260000141
Figure BDA0002145275260000151
Figure BDA0002145275260000161
Figure BDA0002145275260000171
Figure BDA0002145275260000181
Figure BDA0002145275260000191
Figure BDA0002145275260000201
实施例4
本实施例按照如下步骤制备OLED器件：
(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NPB为空穴传输层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀膜厚为30nm；
Figure BDA0002145275260000211
(3)在空穴传输层上继续蒸镀实施例1中提供的化合物I-9-2作为主体材料，Ir(PiQ)3作为掺杂材料(即发光材料)，掺杂浓度为5％，形成器件的有机发光层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀所得有机发光层的膜厚为30nm；
Figure BDA0002145275260000212
(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40nm；
Figure BDA0002145275260000213
(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(3)中的化合物I-9-2替换为实施例2制备所得化合物I-7-2，得到本发明提供的OLED-2。
按照与上相同的步骤，将步骤(3)中的化合物I-9-2替换为实施例3制备所得化合物I-5-2，得到本发明提供的OLED-3。
按照与上相同的步骤，将步骤(3)中的化合物I-9-2替换为对比化合物1(结构如下所示)，得到对比器件OLED-4。
Figure BDA0002145275260000221
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
Figure BDA0002145275260000222
由以上结果可知，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-3的工作电压更低，在亮度相同的条件下，电流效率明显比对比化合物1作为有机发光主体材料的器件OLED-4高很多。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种有机主体材料，其特征在于，具有如通式I所示的结构：
Figure FDA0003213817260000011
所述通式I中，m代表甲基取代的个数，选自1～3的整数；
Ar选自如下基团：
Figure FDA0003213817260000012
Figure FDA0003213817260000021
2.根据权利要求1所述的有机主体材料，其特征在于，具有如下I’-1～I’-7所示的结构：
Figure FDA0003213817260000022
3.根据权利要求1或2所述的有机主体材料，其特征在于，Ar选自如下基团：
Figure FDA0003213817260000023
Figure FDA0003213817260000031
4.根据权利要求1所述的有机主体材料，其特征在于，Ar选自如下基团：
Figure FDA0003213817260000032
Figure FDA0003213817260000041
5.根据权利要求1所述的有机主体材料，其特征在于，选自如下具体化合物：
Figure FDA0003213817260000042
Figure FDA0003213817260000051
Figure FDA0003213817260000061
Figure FDA0003213817260000071
Figure FDA0003213817260000081
Figure FDA0003213817260000091
Figure FDA0003213817260000101
6.权利要求1～5任意一项所述有机主体材料的制备方法，其特征在于，反应历程如下：
Figure FDA0003213817260000102
包括如下步骤：
以化合物A为起始原料，与
Figure FDA0003213817260000111
发生偶联反应，得到化合物I；其中，m为1至3的整数。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
以化合物A为起始原料，以甲苯为溶剂，以双三苯基膦二氯化钯为催化剂，碳酸钠为碱，氮气保护，控温70-100℃，化合物A与
Figure FDA0003213817260000112
发生偶联反应，得到化合物I。
8.权利要求1～5任意一项所述有机主体材料在有机电致发光器件中的应用，其特征在于，所述有机主体材料在有机电致发光器件中用作发光层的发光主体材料。
9.一种有机电致发光器件，其有机功能层中包括权利要求1～5任意一项所述的有机主体材料，所述有机主体材料用作有机功能层中有机发光层的发光主体材料。
10.根据权利要求9所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机发光层的厚度为10～100nm。
11.根据权利要求10所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机发光层的厚度为40～80nm。
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