一种电子传输材料及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种电子传输材料，包括式Ⅰ所表示的化合物：式Ⅰ；其中，R1和R2独立选自含氮或氧原子的杂环结构基团或C5～C60多环芳基共轭结构基团。该材料作为电子传输材料应用于有机电致发光器件中获得了高效的电致发光性能。

权利要求

1.一种电子传输材料，其特征在于，为以下结构式：

2.一种有机电致发光器件，包括电子传输层，其特征在于，所述电子传输层的材料为权利要求1所述电子传输材料。

3.根据权利要求2所述有机电致发光器件，其特征在于，包括依次叠加的氧化铟锡导电玻璃衬底、空穴注入层，空穴传输层，发光层、所述电子传输层、电子注入层和阴极层。

说明书

一种电子传输材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型电子传输材料，特别涉及一种用于有机电致发光器件(OLED)的电子传输材料的制备，以及该材料在有机电致发光器件中的应用。

背景技术

[0002] 近年来，有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)成为国内外非常热门的新兴平面显示器，这是因为OLED显示器具有自发光、广视角(达175℃以上)、短反应时间、高发光率、广色域、低工作电压(3～10V)、面板薄、可制作大尺寸与可挠曲的面板及制程简单等特性，而且它具有低成本的潜力。它被认为是下一代超薄平面显示设备的新星。虽然现在全世界有许多研究机构和公司投入了大量的精力去研究和开发有机电致发光器件，但是和人们的预期相比，其产业化程度还相差甚远，尚有许多关键问题没有得到真正解决，如色纯度、发光稳定性、有缘驱动技术和封装技术等方面，还存在着一定的问题，使得有机电致发光器件的寿命短，效率较低。

[0003] 有机发光器件主要有正负两电极层，以及夹在两电极层中间的发光层、空穴传输层和电子传输层等一层或几层所组成。应用于有机电致发光器件的功能层相对应材料可分别称为发光材料、空穴传输材料和电子传输材料。在有机电致发光中，电子和空穴的复合而激发的有机分子，不受自旋选择定律的限制，理论上按照统计分布，产生激发三重态和激发单重态的比例是3:1。因此在荧光电致发光中，有75％的激发态能量丢失。然而如果利用磷光电致发光材料，就可以充分利用所有的激发态，从而促进OLED效率大幅度提高。在全色显示领域中，蓝光作为三基色之一，不但是白光的重要组成部分，也可以作为激发光以实现绿光以及红光的显示。但是蓝色磷光发光材料相比与绿色和红光磷光发光材料，由于能带较宽，载流子注入与激子限制相对比较困难，造成效率较低。

[0004] 为了提升有机电致发光器件的性能，对电子传输材料的研究十分重要。选择电子传输材料必须满足以下几个要求：1、有可逆的电化学还原和足够的还原电位，这是因为电子在有机薄膜中传导的过程是一连串的氧化还原反应；2、良好的电子移动率，这样才能将电荷再结合区域；3、良好的成膜性和热稳定性；4、良好的光稳定性。

[0005] 虽然目前已经有很多有机发光器件的电子传输材料，但是能满足以上条件的电子传输材料还不多见。

发明内容

[0006] 本发明为了解决上述的技术问题是提供一种电子传输材料，该化合物用于有机电致发光器件，能显著提高器件的效率。

[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电子传输材料，包括式Ⅰ所表示的化合物：

[0008]

[0009] 其中，R1和R2独立选自含氮或氧原子的杂环结构基团或C5～C60多环芳基共轭结构基团。

[0010] 本发明还提供一种电子传输材料的制备方法，包括以下两个反应步骤：

[0011]

[0012] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0013] 本发明如上所述一种电子传输材料的制备方法，进一步，步骤1和步骤2的反应条件是在碱性环境、催化剂、氮气或惰性气体保护下及0～120℃的条件下反应5～30小时。

[0014] 本发明如上所述一种电子传输材料的制备方法，进一步，所述催化剂为Pd(dppf)2Cl2、Pd(PPh3)4和Pd(PPh3)2Cl2中的一种或任意几种。

[0015] 本发明如上所述一种电子传输材料的制备方法，进一步，所述碱性环境通过氢化钠、叔丁醇钾、叔丁醇钠、丁基锂的正己烷溶液、醋酸钾、磷酸钾、碳酸钾或碳酸铯中的一种或任意几种的混合提供。

[0016] 本发明还提供一种有机电致发光器件，包括电子传输层，所述电子传输层的材料为上述的电子传输材料。

[0017] 本发明如上所述一种有机电致发光器件，包括依次叠加的氧化铟锡导电玻璃衬底、空穴注入层，空穴传输层，发光层、上述的电子传输层、电子注入层和阴极层。

[0018] 本发明合成的上述电子传输材料的部分具体结构如下：

[0019]

[0020]

[0021]

[0022]

[0023] OLED发光器件结构，含有至少一个发光层，根据任选的原则在该层中设置空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和/或电子注入层。OLED发光器件包括如下所述的层结构：

[0024] (1)阳极/有机发光层/电子传输层/阴极；

[0025] (2)阳极/空穴注入层/有机发光层/电子传输层/阴极；

[0026] (3)阳极/空穴传输层/有机发光层/电子传输层/阴极；

[0027] (4)阳极/空穴注入层/空穴传输层/有机发光层/电子传输层/阴极。

[0028] 制作OLED显示器中，各层可通过蒸镀法、旋涂法或浇铸法等方法将材料制成薄膜来形成。以所述方式形成的各层的膜厚并无特别限定，可对应材料的性质而适宜设定，通常为2nm～5000nm的范围。再者，将发光材料薄膜化的方法容易获得均匀的膜层、且不易生成针孔的经验而言，优选蒸镀法。蒸镀条件一般优选在舟皿，加热温度50℃～400℃、真空度10-6Pa～10-3Pa、蒸镀速度0.01nm/s～50nm/s,基板温度-150℃～300℃、膜厚5nm～5um的范围内适宜设定。

[0029] 阳极具有将空穴注入到空穴传输层4的功能，阳极通常由以后物质构成：如铝、金、银、镍、钯或铂等金属；如氧化铟、氧化锡、氧化锌、铟锡复合氧化物、铟锌复合氧化物等金属氧化物；如碘化铜等金属卤化物；炭黑；或部分导电高分子等。

[0030] 空穴传输层是从阳极注入空穴的高效率并且能够有效地传输注入的空穴的材料。因此，需要该材料的电离势低、对可见光的透过性高、空穴迁移率高、性质稳定，还需要在制备或者使用时不易产生的光成为阱(trap)的杂质。另外由于与发光层5相接触，需要空穴传输层4不使来自发光层5的光消光，且不与发光层5之间形成激基复合物而降低效率常见的空穴传输材料可以举出以N4,N4'-二(萘-1-基)-N4,N4'-二苯基-[1,1'-联苯]-4,4'-二胺(NPB)为代表的含有两个以上的叔胺的芳香族二胺、三苯胺类具有星形放射结构的芳香胺类化合物、咔唑类衍生物等。这些化合物即可以单独使用，也可以混合使用两种以上。

[0031] 作为在空穴注入材料功能材料，可以从OLED发光器件的空穴传输层所知材料中选择任意的材料进行使用。

[0032] 发光层由发光物质形成，其中，在施加了电场的电极之间，这种发光物质因空穴和电子的再结合而激发，从而表现出强发光。通常发光层5含有作为发光物质的掺杂型材料和基质材料。为了得到高效率OLED发光器件，其发光层可采用的一种掺杂材料，或采用多种掺杂材料。掺杂材料可为单纯的荧光或磷光材料，或由不同的荧光和磷光搭配组合而成，发光层可为单一的发光层材料，也可以为叠加在一起的复合发光层材料。

[0033] 发光层的主体材料不但需要具备双极性的电荷传输性质，同时需要恰当的能阶，将激发能量有效地传递到客体发光材料，这一类的材料可以举出二苯乙烯基芳基衍生物、均二苯乙烯衍生物、咔唑衍生物、三芳基胺衍生物、蒽衍生物、芘衍生物、六苯并苯衍生物等。

[0034] 相对于主体材料，客体材料的掺入量优选为0.01重量％以上，20重量％以下。这一类的材料可以举出铱、钉、铂、铼、钯等的金属配合物。

[0035] 组成上述OLED发光器件的电子传输层的材料，采用本发明电子传输材料作为OLED器件的电子传输层，可以选择如1,3,5-三(1-萘基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBI)等苯并咪唑类衍生物，三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)等金属配合物,2-(4，-叔丁苯基)-5-(4，-联苯基)-1,3,4-噁二唑(PBD)等噁二唑衍生物,4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(BPhen)等二氮杂菲衍生物，三唑衍生物，喹啉衍生物，喹喔啉衍生物等。

[0036] 上述OLED发光器件可使用的阴极材料可选用功函数小于4eV的金属、合金、导电性化合物以及它们的混合物。其具体例为铝、钙、镁、锂、镁合金、铝合金等。为了高效地获取OLED的发光，较理想的是将电极的至少一者的透过率设为10％以上。阴极可通过干法如真空蒸镀、气相沉积或溅射形成。

[0037] 本发明的有益效果是：

[0038] 本发明合成的电子传输材料应用于有机电致发光器件中获得了高效的电致发光性能，其主要优点如下：

[0039] 1、该类材料分子空间结构为扭曲非平面结构，有效避免了分子紧密积聚，具有较高的荧光量子效率。

[0040] 2、具有很好的热稳定性，玻璃化转变温度和分解温度都很高，容易形成良好的无定形薄膜，应用在电致发光器件中，可以获得更加稳定的效果和更长的使用寿命。

[0041] 3、该类材料具有适合的分子能级，HOMO能级在6.4eV左右，具有一定的空穴阻挡功能。

附图说明

[0042] 图1为本发明一种新型电子传输材料OLED器件结构示意图；

[0043] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0044] 1、透明基板层，2、透明电极层，3、空穴注入层，4、空穴传输层，5、发光层，6、电子传输层，7、电子注入层，8、阴极。

具体实施方式

[0045] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0046] 化合物样品制备的实施例：

[0047] 实施例110,13-双(2-萘基)苯并吲哚[1,2,3-gh][1,10]菲啰啉(化合物1)的合成：

[0048]

[0049] 化合物1的制备：

[0050] 取10,13-二溴苯并吲哚[1,2,3-gh][1,10]菲啰啉(4.6g,10.0mmol)、2-萘硼酸(3.8g，22.0mmol)，碳酸钾(4.2g，30.0mmol)和10g水，用60mL甲苯和30mL乙醇溶解，通氮气搅拌1小时，以除去反应瓶中的氧气。然后加入Pd(PPh3)40.230g(2.0mmol)，强力搅拌下回流，反应过程通过TLC跟踪检测。反应完毕后，200mL乙酸乙酯萃取水相，有机相减压脱溶剂至无馏分，用纯甲苯对残留物进行柱层析纯化，再经甲苯乙醇重结晶得到化合物1(3.9g，70.14％)。进一步粗产品在化学气相沉积系统中350℃升华提纯，得到3.5g白色固体粉末，产率为62.95％。使用DEI-MS来识别该化合物，分子式C42H24N2，检测值[M+1]+＝557.47,计算值556.65。

[0051] 实施例213-(2-萘基)-10-(4-(2-萘基)苯基)苯并吲哚[1,2,3-gh][1,10]菲啰啉(化合物2)的合成：

[0052]

[0053] 化合物A的制备：

[0054] 取10,13-二溴苯并吲哚[1,2,3-gh][1,10]菲啰啉(4.6g,10.0mmol)、2-萘硼酸(1.4g，8.0mmol)，碳酸钾(2.1g，15.0mmol)和10g水，用60mL甲苯和30mL乙醇溶解，通氮气搅拌1小时，以除去反应瓶中的氧气。然后加入Pd(PPh3)40.115g(1.0mmol)，强力搅拌下回流，反应过程通过TLC跟踪检测。反应完毕后，200mL乙酸乙酯萃取水相，有机相减压脱溶剂至无馏分，用纯甲苯对残留物进行柱层析纯化，再经甲苯乙醇重结晶得到化合物A(2.4g，46.80％)。

[0055] 化合物2的制备

[0056] 取化合物A(5.1g,10.0mmol)、4-(2-萘基)苯硼酸(2.8g，11mmol)、碳酸钾(2.1g，15mmol)和10g水，用60mL甲苯和30mL乙醇溶解，通氮气搅拌1小时，以除去反应瓶中的氧气。
然后加入Pd(PPh3)40.120g(1.0mmol)，强力搅拌下回流，反应过程通过TLC跟踪检测。反应完毕后，200mL乙酸乙酯萃取水相，有机相减压脱溶剂至无馏分，用纯甲苯对残留物进行柱层析纯化，再经甲苯乙醇重结晶得到化合物2(7.3g，92.40％)。进一步粗产品在化学气相沉积系统中320℃升华提纯，得到4.7g类白色固体粉末，产率为74.60％。使用DEI-MS来识别该化合物，分子式C48H28N2，检测值[M+1]+＝633.54,计算值632.75。

[0057] 按照化合物样品制备的实施例1和2中所述的方法制备新型有机光电材料(化合物1-33)，相关化合物MS数据如下表。

[0058]

[0059]

[0060]

[0061] 以下为本发明部分化合物应用OLED器件电子传输层实施例。

[0062] 为了方便比较本发明所提供化合物作为电子传输材料的性能，本发明设计了一个简单的OLED器件，空穴注入层材料和空穴传输层材料分别可选择Hat-CN和NPB。发光层选择Alq3，电子传输层选择BPhen。其中Hat-CN、NPB、BPhen和Alq3的结构分别为：

[0063]

[0064] 以下为本发明部分化合物应用OLED器件电子传输层实施例。

[0065] 为了方便比较本发明所提供化合物作为电子传输材料的性能，本发明设计了一个简单的OLED器件，空穴注入层材料和空穴传输层材料分别可选择Hat-CN和NPB。发光层选择Alq3，电子传输层选择BPhen。其中Hat-CN、NPB、BPhen和Alq3的结构分别为：

[0066]

[0067] 图1是本发明OLED材料应用的器件结构，其中1为透明基板层，2为透明电极层，3为空穴注入层，4为空穴传输层，5为发光层，6为电子传输层，7为电子注入层，8为阴极。

[0068] 器件实施例1

[0069] a)清洗透明基板层上的阳极：分别用去离子水、丙酮、乙醇超声清洗各15分钟，然后在等离子体清洗器中处理2分钟；

[0070] b)在阳极上真空蒸镀空穴注入层，所用材料为Hat-CN，厚度为50nm；

[0071] c)在空穴注入层3之上，通过真空蒸镀方式蒸镀NPB，其膜厚为10nm，这层有机材料作为空穴传输层4使用。

[0072] d)在空穴传输层4之上共同蒸镀发光层5，材料选用Alq3，厚度为30nm；

[0073] e)在发光层化合物之上，真空蒸镀的电子传输层6为本发明所提供化合物1，厚度为30nm；

[0074] f)在电子传输层6之上，真空蒸镀电子注入层LiF，厚度为0.5nm，该层为电子注入层7；

[0075] g)在电子注入层7之上，真空蒸镀阴极Al，厚度为100nm，该层为阴极8。

[0076] 如上述完成电致发光器件后，测量器件的驱动电压，量子效率、电流效率、功率效率和亮度，其结果在表1中。

[0077] 器件实施例2

[0078] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物2为材料。器件实施例2所制作的有机电致发光器件的结果在表1中。

[0079] 器件实施例3

[0080] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物3为材料。器件实施例3所制作的有机电致发光器件的结果在表1中。

[0081] 器件实施例4

[0082] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物4为材料。器件实施例4所制作的有机电致发光器件的结果在表1中。

[0083] 器件实施例5

[0084] 本实施例器件与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物5为材料。器件实施例5所制作的有机电致发光器件的结果在表1中。

[0085] 器件实施例6

[0086] 本实施例器件与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物6为材料。器件实施例6所制作的有机电致发光器件的结果在表1中。

[0087] 器件实施例7

[0088] 本实施例器件与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物7为材料。器件实施例7所制作的有机电致发光器件的结果在表1中。

[0089] 器件实施例8

[0090] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物8为材料。器件实施例8所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0091] 器件实施例9

[0092] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物9为材料。器件实施例9所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0093] 器件实施例10

[0094] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物10为材料。器件实施例10所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0095] 器件实施例11

[0096] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物11为材料。器件实施例11所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0097] 器件实施例12

[0098] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物12为材料。器件实施例12所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0099] 器件实施例13

[0100] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物13为材料。器件实施例13所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0101] 器件实施例14

[0102] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物14为材料。器件实施例14所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0103] 器件实施例15

[0104] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物15为材料。器件实施例15所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0105] 器件实施例16

[0106] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物16为材料。器件实施例16所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0107] 器件实施例17

[0108] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物17为材料。器件实施例17所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0109] 器件实施例18

[0110] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物18为材料。器件实施例18所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0111] 器件实施例19

[0112] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物19为材料。器件实施例19所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0113] 器件实施例20

[0114] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物20为材料。器件实施例20所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0115] 器件实施例21

[0116] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物21为材料。器件实施例21所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0117] 器件实施例22

[0118] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物22为材料。器件实施例22所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0119] 器件实施例23

[0120] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物23为材料。器件实施例23所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0121] 器件实施例24

[0122] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物24为材料。器件实施例24所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0123] 器件实施例25

[0124] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物25为材料。器件实施例25所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0125] 器件实施例26

[0126] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物26为材料。器件实施例26所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0127] 器件实施例27

[0128] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物27为材料。器件实施例27所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0129] 器件实施例28

[0130] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物28为材料。器件实施例28所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0131] 器件实施例29

[0132] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物29为材料。器件实施例29所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0133] 器件实施例30

[0134] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物30为材料。器件实施例30所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0135] 器件实施例31

[0136] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物31为材料。器件实施例31所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0137] 器件实施例32

[0138] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物32为材料。器件实施例32所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0139] 器件实施例33

[0140] 本实施例与器件实施例1的不同之处在于：制备的有机电致发光器件的电子传输层以本发明所提供的化合物33为材料。器件实施例33所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0141] 器件比较例1

[0142] 器件比较例1和器件实施例1不同的是：有机电致发光器件的电子传输层以BPhen作为电子传送材料。

[0143] 器件比较例2

[0144] 器件比较例2和器件实施例1不同的是：有机电致发光器件无电子传输层。

[0145] 器件比较例1所制作的电致发光器件的结果在表1中。

[0146] 表1

[0147]

[0148]

[0149]

[0150]

[0151] 由表1看，本发明所述光电材料可应用于电致发光器件制作，并且可以获得良好的表现。本发明所述材料作为电致发光器件的电子传输材料使用，其驱动电压均低于使用现有常用的BPhen作为电子传输材料的器件比较例1，更优于无电子传输层的器件比较例2。

[0152] 另外，与器件比较例1和2相比，器件实施例1至33的量子效率、电流效率、功率效率和亮度均获得明显改善。

[0153] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。