CN110590777A - 空穴传输材料、电致发光器件及空穴传输材料的制备方法 - Google Patents

空穴传输材料、电致发光器件及空穴传输材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种空穴传输材料、电致发光器件及空穴传输材料的制备方法。空穴传输材料为基于螺吖啶的空穴传输材料，其包含氮元素的芳香族有机基团。所述空穴传输材料通过反应液配制步骤、空穴传输材料合成步骤、萃取步骤、分离提纯步骤制得，并应用于电致发光器件的空穴传输层，该空穴传输层具有非常高的空穴迁移率，提高了有机电致发光器件的发光效率。

Description

空穴传输材料、电致发光器件及空穴传输材料的制备方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种空穴传输材料、电致发光器件及空穴传输材料的制备方法。
背景技术
有机电致发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)以其主动发光不需要背光源、发光效率高、可视角度大、响应速度快、温度适应范围大、生产加工工艺相对简单、驱动电压低，能耗小，更轻更薄，柔性显示等优点以及巨大的应用前景，吸引了众多研究者的关注。
在OLED中，起主导作用的发光客体材料至关重要。早期的OLED使用的发光客体材料为荧光材料，由于在OLED中单重态和三重态的激子比例为1:3，因此基于荧光材料的OLED的理论内量子效率(IQE)只能达到25％，极大的限制了荧光电致发光器件的应用。重金属配合物磷光材料由于重原子的自旋轨道耦合作用，使得它能够同时利用单重态和三重态激子而实现100％的IQE。然而，通常使用的重金属都是Ir、Pt等贵重金属，并且重金属配合物磷光发光材料在蓝光材料方面尚有待突破。
对于目前使用的顶发射OLED器件中，空穴传输材料作为最厚的一层，其能级以及空穴迁移率一直存在矛盾的关系，开发匹配能级以及高迁移率的空穴传输材料迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种空穴传输材料、电致发光器件及空穴传输材料的制备方法，解决了在顶发射OLED器件中空穴传输材料的能级以及空穴迁移率存在矛盾的问题。
为了实现以上目的，本发明提供了一种空穴传输材料，其化学结构通式如下：
其中，R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团。
进一步地，所述R1、R2选自下述有机基团中的任意一种：
本发明还提供一种空穴传输材料的制备方法，包括以下步骤：
反应液配置步骤，将第一原料、含有R1的第二原料、含有R2的第三原料和催化剂置于强碱环境的反应容器中，获得反应液；所述R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团；所述第一原料的化学结构式如下：
在所述第一原料的化学结构式中，R3和R4表示为Cl、Br或I中的任一种；
空穴传输材料合成步骤，在110℃～130℃进行反应，获得一具有所述空穴传输材料的混合溶液；
萃取步骤，将所述混合溶液冷却至室温，萃取所述混合溶液中的所述空穴传输材料，得一混合物；
分离纯化步骤，将所述萃取步骤制得的所述混合物分离纯化得一白色粉末，获得所述空穴传输材料，其化学结构通式为
其中R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团。
进一步，所述R1和R2选自下述有机基团中的任意一种：
进一步地，所述反应液配制步骤中，先将所述第一原料、所述第二原料、所述第三原料、所述醋酸钯以及所述三叔丁基膦四氟硼酸盐一起放置于所述反应容器中，然后将所述反应容器通过过渡舱到氩气气氛的手套箱中，在所述手套箱中加入所述叔丁醇钠，加入试先除水除氧的甲苯，得到所述反应液。
进一步地，所述分离纯化步骤中包括：使用展开剂，通过硅胶柱层析方法将所述混合物进行纯化处理，得到所述空穴传输材料；其中，所述硅胶柱层析方法中的展开剂为二氯甲烷和正已烷，所述二氯甲烷和正已烷的体积比为1:5。
进一步地，所述第一原料与所述第二原料的摩尔比为1：1-1：3；和/或，所述第一化合物与所述第三化合物的摩尔比为1：1-1：3。
本发明还提供一种电致发光器件，其包括以上所述的空穴传输材料。
进一步地，所述电致发光二极管包括空穴传输层，所述空穴传输层所用材料为所述空穴传输材料。
进一步地，所述电致发光二极管还包括：衬底层；空穴注入层，设于所述衬底层一侧表面；所述空穴传输层，设于所述空穴注入层远离所述衬底层一侧表面；电子阻挡层，设于所述空穴传输层远离所述空穴注入层一侧表面；发光层，设于所述电子阻挡层远离所述空穴传输层一侧表面；空穴阻挡层，设于所述发光层远离所述电子阻挡层一侧表面；电子传输层，设于所述空穴阻挡层发光层远离所述发光层一侧表面；电子注入层，设于所述电子传输层远离所述空穴阻挡层一侧表面；半透明电极，设于所述电子注入层远离所述电子传输层一侧表面；光耦合输出层，设于所述半透明电极远离所述电子注入层一侧表面。
本发明的有益效果是：本发明通过巧妙的分子设计，在基于螺吖啶的空穴传输材料的结构基础上，采用了合理的制备方法，提高了材料的合成效率，合成了一系列具有合适前线轨道能级的空穴传输材料，由于该物质具有强的给电子能力，在配上其他给电子基团，得到的材料都具有非常高的空穴迁移率，提高了有机电致发光器件的发光效率。
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是本发明实施例所述空穴传输材料的合成方法流程图。
图2是本发明实施例所述电致发光器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。然而本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例，下文实施例的说明并非用来限制本发明的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供了一种空穴传输材料，其化学结构通式如下：
其中R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团。
本实施例中，所述R1、R2选自下述有机基团中的任意一种：
本实施例提供了一系列具有合适前线轨道能级的空穴传输材料，由于该物质具有强的给电子能力，在配上其他给电子基团，具有非常高的空穴迁移率，提高了空穴传输材料的空穴迁移率。
请参阅图1，图1揭示了本发明空穴传输材料的制备方法。本发明空穴传输材料的制备包括如下步骤，S10反应液配置，S20空穴传输材料合成，S30 萃取，以及S40分离纯化。
步骤S10，反应液配置步骤，将第一原料与含有R1的第二原料、含有R2 的第三原料混合，添加催化剂置于强碱环境的反应容器中，获得反应液；所述 R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团；所述第一原料的化学结构式如下：
在所述第一原料的化学结构式中，R3和R4表示为Cl、Br或I中的任一种；
所述R1和R2选自下述有机基团中的任意一种：
所述含有R1的第二原料、含有R2的第三原料为咔唑、二苯胺、9,9’-二甲基吖啶中的至少一种；所述催化剂为醋酸钯和三叔丁基膦四氟硼酸盐；所述强碱为叔丁醇钠。所述叔丁醇钠，作为强碱广泛应用于化工、医药、农药及有机合成中的缩合、重排和开环等反应中；由于所述叔丁醇钠高度易燃、遇水反应剧烈等性能，通常将所述叔丁醇钠保存在惰性气氛的手套箱中。所述醋酸钯和所述三叔丁基膦四氟硼酸盐反应生产三叔丁基膦钯，所述三叔丁基膦钯性能比较活泼，很难保存，但是却是本反应的重要催化剂。
所述反应液配制具体步骤如下，先将所述第一原料、所述第二原料、所述第三原料、所述醋酸钯以及所述三叔丁基膦四氟硼酸盐一起放置于所述反应容器中，然后将所述反应容器通过过渡舱到氩气气氛的手套箱中，在所述手套箱中加入所述叔丁醇钠，加入试先除水除氧的甲苯，得到所述反应液。为了避免所述叔丁醇钠及所述三叔丁基膦钯化学活性影响反应进行，需要试先将手套箱内部气氛改为氩气气氛，并同时在手套箱反应容器中加入除水除氧的甲苯，制得反应液。
步骤S20，空穴传输材料合成，在110℃～130℃进行反应，获得一具有所述空穴传输材料的混合溶液，为了保证催化剂和所述叔丁醇钠的活性和安全性能，所述反应过程均在手套箱中进行。
步骤S30，萃取，将反应液倒入冰水混合物中，并加入二氯甲烷进行多次萃取；多次萃取后合并有机相，得到混合物。
步骤S40，分离纯化，使用展开剂，通过硅胶柱层析方法将混合物进行纯化处理，制得的所述混合物分离纯化得一白色粉末，既为所述空穴传输材料；所述展开剂为二氯甲烷和正已烷，所述二氯甲烷和所述正烷的体积比为1:5。
所述纯化步骤获得所述空穴传输材料，其化学结构通式为
其中R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团。
所述R1、R2选自下述有机基团中的任意一种：
其中所述第一原料与所述第二原料的摩尔比为1：1-1：3；和/或，所述第一化合物与所述第三化合物的摩尔比为1：1-1：3。
本实施例在基于螺吖啶的空穴传输材料的结构基础上，采用了合理的制备方法，提高了材料的合成效率，合成了一系列具有合适前线轨道能级的空穴传输材料，由于该物质具有强的给电子能力，在配上其他给电子基团，得到的材料都具有非常高的空穴迁移率。
本实施例中，所述空穴传输材料的制备方法用以下三个具体实施例进行说明。
实施例1
本发明提供了一种空穴材料的制备方法，合成路线如下：
合成步骤包括：反应液制备步骤S10，向250mL反应容器中加入第一原料 (3.83g，5mmol)、咔唑(2.00g，12mmol)、醋酸钯(0.18g，0.8mmol) 以及三叔丁基膦四氟硼酸盐(0.68g，2.4mmol)，然后将所述反应容器通过过渡舱到手套箱中，所述手套箱内部气氛为氩气气氛，再次将叔丁醇钠 (NaOt-Bu 1.16g，12mmol)在手套箱中加入至反应容器中，继续向反应容器中加入100mL事先除水除氧的甲苯，得一反应液。
空穴传输材料的合成步骤S20，将反应容器在110℃～130℃进行反应13～ 25个小时得一混合溶液。所述反应过程均在手套箱中进行。其中反应温度优选为120℃，反应时间优选为24小时。
萃取步骤S30，将混合溶液将冷却至室温后倒入200mL冰水中，二氯甲烷萃取三次，得一混合物。
分离纯化步骤S40，将萃取步骤制得的混合物的有机相合并，放入填充硅胶的硅胶柱中，通过体积比为1:5的二氯甲烷和正己烷的混合液进行硅胶柱的冲洗，将收集的洗液进行干燥蒸发，得白色粉末3.3g，即为所述空穴传输材料。此方法制得的空穴传输材料的产率70％，质谱分析MS(EI)m/z:[M]+: 940.38。
实施例2
本发明提供了一种空穴材料的制备方法，合成路线如下：
合成步骤包括：反应液制备步骤S10，向250mL反应容器中加入第一原料 (3.83g，5mmol)、二苯胺(2.03g，12mmol)、醋酸钯(0.18g，0.8mmol) 以及三叔丁基膦四氟硼酸盐(0.68g，2.4mmol)，然后将反应容器通过过渡舱到手套箱中，所述手套箱内部气氛为氩气气氛，再次将叔丁醇钠(NaOt-Bu 1.16g，12mmol)在手套箱中加入至反应容器中，继续向反应容器中加入100mL 事先除水除氧的甲苯，得一反应液。
空穴传输材料的合成步骤S20，将反应容器在110℃～130℃进行反应13～ 25个小时得一混合溶液。所述反应过程均在手套箱中进行。其中反应温度优选为120℃，反应时间优选为24小时。
萃取步骤S30，将混合溶液将冷却至室温倒入200mL冰水中，二氯甲烷萃取三次，得一混合物。
分离纯化步骤S40，将萃取步骤制得的混合物的有机相合并，放入填充硅胶的硅胶柱中，通过体积比为1:5的二氯甲烷和正己烷的混合液进行硅胶柱的冲洗，将收集的洗液进行干燥蒸发，得白色粉末3.4g，即为所述空穴传输材料。此方法制得的空穴传输材料的产率72％，质谱分析MS(EI)m/z:[M]+: 944.40。
实施例3
本发明提供了一种空穴材料的制备方法，合成路线如下：
合成步骤包括：反应液制备步骤S10，向250mL反应容器中加入第一原料 (3.83g，5mmol)、9,9’-二甲基吖啶(2.50g,12mmol)、醋酸钯(0.18g， 0.8mmol)以及三叔丁基膦四氟硼酸盐(0.68g，2.4mmol)，然后将反应容器通过过渡舱到手套箱中，所述手套箱内部气氛为氩气气氛，再次将叔丁醇钠 (NaOt-Bu 1.16g，12mmol)在手套箱中加入至反应容器中，继续向反应容器中加入100mL事先除水除氧的甲苯，得一反应液。
空穴传输材料的合成步骤S20，将反应容器在110℃～130℃进行反应13～ 25个小时得一混合溶液。所述反应过程均在手套箱中进行。其中反应温度优选为120℃，反应时间优选为24小时。
萃取步骤S30，将混合溶液将冷却至室温倒入200mL冰水中，二氯甲烷萃取三次，得一混合物。
分离纯化步骤S40，将萃取步骤制得的混合物的有机相合并，放入填充硅胶的硅胶柱中，通过体积比为1:5的二氯甲烷和正己烷的混合液进行硅胶柱的冲洗，将收集的洗液进行干燥蒸发，得白色粉末4.1g，即为所述空穴传输材料。此方法制得的空穴传输材料的产率80％，质谱分析MS(EI)m/z:[M]+:1024.41。
本发明三个具体实施例制得的空穴传输材料的理论电化学能级如下表1所示。
HOMO(eV) LUMO(eV)
实施例1 -5.53 -2.50
实施例2 -5.61 -2.51
实施例3 -5.58 -2.52
表1
由此可知此方法合成的空穴传输材料性能稳定可靠，具有非常高的空穴迁移率。
本发明其中一实施例中还提供了一种电致发光器件100，如图2所示，电致发光器件100包括：衬底层101、空穴注入层102、空穴传输层103、电子阻挡层104、发光层105、空穴阻挡层106、电子传输层107、电子注入层108、半透明电极109、光耦合输出层110，其中所述空穴传输层103所用材料为前述实施例所揭示的空穴传输材料。
空穴注入层102设于所述衬底层101一侧表面。空穴传输层103设于空穴注入层102远离衬底层101一侧表面。电子阻挡层104设于所述空穴传输层103 远离所述空穴注入层102一侧表面。发光层105设于所述电子阻挡层104远离所述空穴传输层103一侧表面。空穴阻挡层106设于发光层105远离电子阻挡层104一侧表面。电子传输层107设于空穴阻挡层106远离发光层105一侧表面。电子注入层108设于电子传输层107远离所述空穴阻挡层106一侧表面。半透明电极109设于电子注入层108远离电子传输层107一侧表面。光耦合输出层110设于半透明电极109远离所电子注入层108一侧表面。
当空穴传输层103采用以上三个具体实施例材料时，所述电致发光器件100的性能数据如下表2。
表2
综上所述，电致发光器件100使用本申请揭示的空穴传输材料作为空穴传输层103，可以有效解决目前使用的顶发射电致发光器件100能级以及空穴迁移率一直存在矛盾问题。通过巧妙的分子设计，在基于螺吖啶的空穴传输材料的结构基础上，采用了合理的制备方法，提高了材料的合成效率，合成了一系列具有合适前线轨道能级的空穴传输材料，由于该物质具有强的给电子能力，在配上其他给电子基团，得到的材料都具有非常高的空穴迁移率，从而提高了有机电致发光器件100的发光效率。
以上对本申请实施例所提供的一种空穴传输材料及制备方法、电致发光器件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种空穴传输材料，其特征在于，其化学结构通式如下：
其中，R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团。
2.根据权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，所述R1、R2选自下述有机基团中的任意一种：
3.一种空穴传输材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
反应液配置步骤，将第一原料、含有R1的第二原料、含有R2的第三原料和催化剂置于强碱环境的反应容器中，获得反应液；所述R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团，所述第一原料的化学结构式如下：
在所述第一原料的化学结构式中，R3和R4表示为Cl、Br或I中的任一种；
空穴传输材料合成步骤，在110℃～130℃进行反应，获得一具有所述空穴传输材料的混合溶液；
萃取步骤，将所述混合溶液冷却至室温，萃取所述混合溶液中的所述空穴传输材料，得一混合物；
分离纯化步骤，将所述萃取步骤制得的所述混合物分离纯化得一白色粉末，获得空穴传输材料，其化学结构通式为其中R1、R2为包含氮元素的芳香族有机基团。
4.根据权利要求3所述空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述R1和R2选自下述有机基团中的任意一种：
5.根据权利要求3所述空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述反应液配制步骤中，先将所述第一原料、所述第二原料、所述第三原料、所述醋酸钯以及所述三叔丁基膦四氟硼酸盐一起放置于所述反应容器中，然后将所述反应容器通过过渡舱到氩气气氛的手套箱中，在所述手套箱中加入所述叔丁醇钠，加入试先除水除氧的甲苯，得到所述反应液。
6.根据权利要求3所述空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述分离纯化步骤中包括：
使用展开剂，通过硅胶柱层析方法将所述混合物进行纯化处理，得到所述空穴传输材料；
其中，所述硅胶柱层析方法中的展开剂为二氯甲烷和正已烷，所述二氯甲烷和正已烷的体积比为1:5。
7.根据权利要求3所述的有机传输材料的制备方法，其特征在于，
所述第一化合物与所述第二化合物的摩尔比为1：1-1：3；和/或，
所述第一化合物与所述第三化合物的摩尔比为1：1-1：3。
8.一种电致发光器件，其包括如权利要求1所述的空穴传输材料。
9.根据权利要求8所述的电致发光二极管，其特征在于，包括空穴传输层，所述空穴传输层所用材料为所述空穴传输材料。
10.根据权利要求8所述的电致发光二极管，其特征在于，还包括：
衬底层；
空穴注入层，设于所述衬底层一侧表面；
所述空穴传输层设于所述空穴注入层远离所述衬底层一侧表面；
电子阻挡层，设于所述空穴传输层远离所述空穴注入层一侧表面；
发光层，设于所述电子阻挡层远离所述空穴传输层一侧表面；
空穴阻挡层，设于所述发光层远离所述电子阻挡层一侧表面；
电子传输层，设于所述空穴阻挡层发光层远离所述发光层一侧表面；
电子注入层，设于所述电子传输层远离所述空穴阻挡层一侧表面；
半透明电极，设于所述电子注入层远离所述电子传输层一侧表面；以及
光耦合输出层，设于所述半透明电极远离所述电子注入层一侧表面。
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