CN110256449A - 一种热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧光器件 - Google Patents

一种热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧光器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧光器件，其中热活化延迟荧光材料包括电子给体和电子受体；所述电子受体中具有环三聚亚胺基团。本发明的有益效果在于本发明的热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧光器件，热活化延迟荧光材料中的受体含有环三聚亚胺基团，其具有较大的平面结构，能够有效抑制非辐射跃迁，提高材料的光致发光量子产率(PLQY)。

Description

一种热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧 光器件
技术领域
本发明涉及化学领域，特别涉及一种热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧光器件。
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能否产业化的关键因素。通常发光层材料由主体和客体发光材料组成，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红光和绿光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。
对于TADF材料，小的ΔEST以及高的光致发光量子产率(PLQY)是制备高效率OLED的必要条件。目前，绿光和天蓝光TADF材料已经获得不错的外量子效率(EQE)；但是波长TADF材料由于能隙规则(Energy gap law)，无法获得优异的器件性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧光器件以解决由于现有技术中的热活化延迟荧光材料局限于能隙规则(Energy gap law)从而无法获得优异的器件性能的问题。
解决上述问题的技术方案是：本发明提供了一种热活化延迟荧光材料，包括电子给体和电子受体；所述电子受体中具有环三聚亚胺基团。
进一步的，所述电子受体的分子结构式包括以下结构式中的一种：
进一步的，所述电子给体的分子结构式包括以下结构式中的一种：
进一步的，当所述电子给体的结构式为电子受体的结构式为热活化延迟荧光材料的对应的分子结构式为
本发明还提供了一种热活化延迟荧光材料的制备方法，包括提供电子个体和具有环三聚亚胺基团的电子受体化合形成所述热活化延迟荧光材料。
进一步的，具体步骤包括将2,8,14-三溴代环三聚亚胺受体、4-(二苯基氨基)-苯硼酸、甲苯和2.5M碳酸钾水溶液加入到的三口瓶中，用氩气进行抽换气，得到第一溶液；在所述第一溶液中加入四三苯基磷钯，在80℃的温度下回流反应24h，得到第二溶液；冷却至室温后，将所述第二溶液用二氯甲烷进行萃取、水洗、干燥、过滤和旋干得到第四溶液；用硅胶对所述第四溶液进行柱层析得到目标化合物。
进一步的，所述柱层析的淋洗液为石油醚和二氯甲烷的混合物。
本发明还提供了一种电致热激活延迟荧光器件，其具有所述热活化延迟荧光材料。
进一步的，所述电致热激活延迟荧光器件还包括衬底，所述衬底为设有导电薄膜的玻璃层；注入层，设于所述衬底上；空穴传输层，设于所述注入层上；发光层，设于所述空穴传输层上，所述发光层所用材料为所述热活化延迟荧光材料；电子传输层，设于所述发光层上；阴极层，设于所述电子传输层上。
进一步的，所述注入层的材料为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲；所述空穴传输的材料为4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]；所述电子传输层的材料为1,3,5-三(3-(3-吡啶基)苯基)苯；所述阴极层的材料为氟化锂和铝。
本发明的优点是：本发明的热活化延迟荧光材料及其制备方法、电致热激活延迟荧光器件，热活化延迟荧光材料中的受体含有环三聚亚胺基团，其具有较大的平面结构，能够有效抑制非辐射跃迁，提高材料的光致发光量子产率(PLQY)；同时这类材料的受体含有大量的氮原子，由于其具有空的p轨道，可以和苯环形成p-π共轭，从而增加其系间窜越和反系间窜越速率；此外，增加受体的吸电子能力，减少电子给体D和电子受体A之间最高已占分子轨道HOMO和最低未占分子轨道LUMO的重叠程度，从而获得小的最低单重态和三重能级差(ΔEST)和高的光致发光量子产率(PLQY)的长波长“热活化延迟荧光”(TADF)材料。通过高分辨质谱以及元素分析对它们的结构进行确认，然后对它们的光物理性能进行了详细的研究，最后基于这些发光材料制备了一系列高性能的深红光热活化延迟荧光材料。
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是实施例1中的热活化延迟荧光材料的荧光发射光谱。
图2是实施例2中的电致热激活延迟荧光器件示意图。
图中
1电致热激活延迟荧光器件；
10衬底； 20注入层；
30空穴传输层； 40发光层；
50电子传输层； 60阴极层；
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。
实施例1
本实施例中，本发明的热活化延迟荧光材料包括电子给体D和电子受体A，其中电子受体A具有含环三聚亚胺基团，如图1所示，为本实施例中的热活化延迟荧光材料的荧光发射光谱。
含有环三聚亚胺基团的受体具有大的平面结构，能够有效抑制非辐射跃迁，提高材料的光致发光量子产率(PLQY)；同时这类分子的受体含有大量的氮原子，由于其具有空的p轨道，可以和苯环形成p-π共轭，从而增加其系间窜越和反系间窜越速率；此外，增加受体的吸电子能力，减少电子给体D和电子受体A之间最高已占分子轨道HOMO和最低未占分子轨道LUMO的重叠程度，从而获得小的最低单重态和三重能级差(ΔEST)和高的光致发光量子产率(PLQY)的长波长“热活化延迟荧光”(TADF)材料。通过高分辨质谱以及元素分析对它们的结构进行确认，然后对它们的光物理性能进行了详细的研究，最后基于这些发光材料制备了一系列高性能的深红光TADF OLED。
本实施例中，所述电子受体A的分子结构式为
所述电子给体D的分子结构式为
所述电子受体A和电子给体D合成D-A结构通式的热活化延迟荧光材料的分子结构式为；
在本发明的其余实施例中，所述电子受体A的分子结构式还可以为以下结构式中的至少一种：
电子给体D的分子结构式还可以为以下结构式中的至少一种：
通过电子给体D和电子受体A的排列组合，总有108个不同结构的热活化延迟荧光材料分子。
为了更好的解释本发明，本实施例中还详细说明了本发明的热活化延迟荧光材料的制备方法，其具体制备步骤如下：
将5.81g，10mmol的2,8,14-三溴代环三聚亚胺受体、9.54g，33mmol的4-(二苯基氨基)-苯硼酸、40mL甲苯和20mL的2.5M碳酸钾水溶液加入到250mL的三口瓶中，用氩气进行抽换气，得到第一溶液。
然后在所述第一溶液加入0.96g，0.8mmol的四三苯基磷钯，在80℃的温度下进行回流反应24h，得到第二溶液。
将所述第二溶液冷却至室温后，将第二溶液用DCM(二氯甲烷)进行萃取三次，水洗三次，并用无水硫酸钠干燥，过滤，旋干。用200-300目的硅胶进行柱层析，淋洗液为石油醚和二氯甲烷的混合物，其体积比为1：1，得到深红色固体4.06g即本实施例中的热活化延迟荧光材料，其产率为81％。
实施例2
本发明的电致热激活延迟荧光器件采用实施例1中的热活化延迟荧光材料，通过所述热活化延迟荧光材料的高效率、弱滚降、长波长的特性制备的电致热激活延迟荧光器件具有高效率、长寿命、高精度的特点。
具体的，如图2所示，本实施例中，所述电致热激活延迟荧光器件1包括衬底10、注入层20、空穴传输层30、发光层40、电子传输层50、阴极层60。其中，所述衬底10为设有导电薄膜11的玻璃层。
所述注入层20设于所述衬底10上，其材料为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲。
所述空穴传输层30设于所述注入层20上，其材料为4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]。
所述发光层40设于所述空穴传输层30上，所述发光层40所用材料为所述热活化延迟荧光材料。
所述电子传输层50设于所述发光层40上，其材料为1,3,5-三(3-(3-吡啶基)苯基)苯。
所述阴极层60设于所述电子传输层50上，其材料为氟化锂和铝，其中，氟化锂和铝的厚度范围分别为0.1nm至500nm。
其中，本实施例中，所述氟化锂和铝的厚度分别为1nm和100nm。
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 (10)

1.一种热活化延迟荧光材料，其特征在于，包括电子给体和电子受体；所述电子受体中具有环三聚亚胺基团。
2.根据权利要求1所述的热活化延迟荧光材料，其特征在于，所述电子受体的分子结构式包括以下结构式中的一种：
3.根据权利要求1所述的热活化延迟荧光材料，其特征在于，所述电子给体的分子结构式包括以下结构式中的一种：
4.根据权利要求1所述的热活化延迟荧光材料，其特征在于，
当所述电子给体的结构式为
电子受体的结构式为
热活化延迟荧光材料的对应的分子结构式为
5.一种热活化延迟荧光材料的制备方法，其特征在于，包括
提供电子个体和具有环三聚亚胺基团的电子受体化合形成所述热活化延迟荧光材料。
6.根据权利要求5所述的热活化延迟荧光材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括
将2,8,14-三溴代环三聚亚胺受体、4-(二苯基氨基)-苯硼酸、甲苯和2.5M碳酸钾水溶液加入到的三口瓶中，用氩气进行抽换气，得到第一溶液；
在所述第一溶液中加入四三苯基磷钯，在80℃的温度下回流反应24h，得到第二溶液；
冷却至室温后，将所述第二溶液用二氯甲烷进行萃取、水洗、干燥、过滤和旋干得到第四溶液；
用硅胶对所述第四溶液进行柱层析得到目标化合物。
7.根据权利要求6所述的热活化延迟荧光材料的制备方法，其特征在于，所述柱层析的淋洗液为石油醚和二氯甲烷的混合物。
8.一种电致热激活延迟荧光器件，其特征在于，其具有如权利要求1所述的热活化延迟荧光材料。
9.根据权利要求8所述的电致热激活延迟荧光器件，其特征在于，还包括衬底，所述衬底为设有导电薄膜的玻璃层；
注入层，设于所述衬底上；
空穴传输层，设于所述注入层上；
发光层，设于所述空穴传输层上，所述发光层所用材料为所述热活化延迟荧光材料；
电子传输层，设于所述发光层上；
阴极层，设于所述电子传输层上。
10.根据权利要求9所述的电致热激活延迟荧光器件，其特征在于，所述注入层的材料为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲；
所述空穴传输的材料为4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]；
所述电子传输层的材料为1,3,5-三(3-(3-吡啶基)苯基)苯；
所述阴极层的材料为氟化锂和铝。
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