CN110903302A - 一种占吨类oled材料及其合成方法与应用 - Google Patents

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曹占广
刘阳
班全志
李继响
罗忠林
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Abstract

本发明涉及一种占吨类OLED材料，具有如通式I～III所示的任意一种结构。本发明提供的OLED材料及其应用以迫占吨并占吨为母核，此类化合物具有较宽的带隙、高的T1能级和适当的最高占有分子轨道(HOMO)能级。这类化合物热稳定性高，在升华过程中不易分解。而且具有较高的玻璃化转变温度，可以保持所形成膜的相稳定性。通过引入位阻较大的基团，进一步使得该类发光材料不易结晶、淬灭，成膜性良好。本发明提供的OLED材料优选用于有机电致发光器件中发光层的主体材料。

Description

一种占吨类OLED材料及其合成方法与应用
技术领域
本发明涉及有机电致发光显示技术领域，具体涉及一种占吨类OLED材料及其合成方法与应用。
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。
迫呫吨并呫吨(Peri-xP1nthenoxP1nthene,PXX)是一种稠环芳香化合物，该化合物及其衍生物的二价阳离子具有22个π电子，而且它的共轭体系也具有22个原子(20个碳原子和2个氧原子)，非常稳定。迫呫吨并呫吨在电荷转移配合物中常被用作电子给体，因此具有作为空穴传输材料的潜力。默克公司发明该类相关化合物增加了电子器件的效率和寿命，但是该公司所发明的结构不稳定，容易淬灭、结晶，成膜性不好。目前，亟待提供一种高效率、长寿命、不容易淬灭、结晶，成膜性好的荧光主体材料。
发明内容
本发明的目的在于提供不易淬灭、结晶，成膜性好的OLED主体材料，以及使用这种化合物的OLED元件。
具体而言，本发明提出了一种OLED材料，其具有如通式I～III所示的任意一种结构：
Figure BDA0002294084610000011
所述通式I～III中，X、Y各自独立地代表S原子或Se原子，X、Y可以相同或不同。
作为本发明的一种具体实施方式，X、Y均代表S原子。
作为本发明的一种具体实施方式，X、Y均代表Se原子。
所述通式I～III中，R1取代其所在苯环上的任意一个或两个位置上的H原子，R2取代其所在苯环上的任意一个、两个或三个位置上的H原子，R3取代其所在苯环上的任意一个、两个或三个位置上的H原子，R4取代其所在苯环上的任意一个、两个或三个位置上的H原子。
所述R1、R2、R3、R4各自独立地代表-H、-F、-Cl、-Br、-I、-N(Ar)、-C(＝O)Ar、-P(＝O)Ar、-S(＝O)Ar、-S(＝O)2Ar、-OAr、-SAr、-CN、-NO2、具有1～40个碳原子的烷基、具有1～40个碳原子的烷氧基或具有1～40个碳原子的硫带烷氧基。
所述具有1～40个碳原子的烷基具体可以是具有1～40个碳原子的直链烷基，具有3～40个碳原子的支链烷基，或具有3～40个碳原子的环状烷基。
所述具有1～40个碳原子的烷氧基具体可以是具有1～40个碳原子的直链烷氧基，具有3～40个碳原子的支链烷氧基，或具有3～40个碳原子的环状烷氧基。
所述具有1～40个碳原子的硫代烷氧基具体可以是具有1～40个碳原子的直链硫代烷氧基，具有3～40个碳原子的支链硫代烷氧基，或具有3～40个碳原子的环状硫代烷氧基。
所述R1、R2、R3、R4各自代表的基团可以各不相同，可以其中任意两个相同且与其余两个各不相同，可以其中任意三个相同且与其余一个不同，也可以四个都相同。
作为本发明的一种具体实施方式，所述R1、R2、R3、R4均代表H原子。
本发明通式I～III中对Ar1、Ar2各自的取代位置进行优选，以提高化合物的综合性能。
具体而言：
所述通式II中，Ar1、Ar2各自具体的取代位置优选如通式II-1～II-3所示。
Figure BDA0002294084610000021
所述通式III中，Ar1、Ar2各自具体的取代位置优选如通式III-1～III-6所示。
Figure BDA0002294084610000031
作为本发明的一种具体实施方式，所述OLED材料具有如通式II-1所示的结构。
作为本发明的一种具体实施方式，所述OLED材料具有如通式II-1’所示的结构：
Figure BDA0002294084610000032
作为本发明的一种具体实施方式，所述OLED材料具有如通式II-1”所示的结构：
Figure BDA0002294084610000033
本发明所述Ar1、Ar2各自独立地代表具有苯环和/或芳杂环的具有吸电子性质的芳香基团或者代表H原子，Ar1、Ar2可以相同或不同，且Ar1、Ar2不同时为H原子。
优选地，所述Ar1、Ar2各自独立地选自如下基团：
Figure BDA0002294084610000041
更优选地，所述Ar1、Ar2各自独立地选自如下基团：
Figure BDA0002294084610000042
Figure BDA0002294084610000051
所述Ar1、Ar2各自代表的取代基团可以相同，也可以不同。
上述各取代基团中，
Figure BDA0002294084610000052
或“---”表示取代位。
作为本发明的具体实施方式，所述OLED材料选自如下具体结构的化合物：
Figure BDA0002294084610000053
Figure BDA0002294084610000061
Figure BDA0002294084610000071
Figure BDA0002294084610000081
Figure BDA0002294084610000091
Figure BDA0002294084610000101
Figure BDA0002294084610000111
Figure BDA0002294084610000121
Figure BDA0002294084610000131
Figure BDA0002294084610000141
本发明同时提供了所述OLED材料的制备方法。
当通式I中Ar1、Ar2代表的基团相同，即Ar1、Ar2均为Ar时，合成通式I所示化合物的方法包括如下步骤：以化合物P-I为原料，与Ar发生偶联反应，得到化合物I；
其反应历程为：
Figure BDA0002294084610000142
当通式I中Ar1、Ar2代表的基团不同时，合成通式I所示化合物的方法包括如下步骤：以化合物P-I’为原料，先后与Ar1、Ar2发生偶联反应，得到化合物I；
其反应历程为：
Figure BDA0002294084610000151
当通式II中Ar1、Ar2代表的基团相同，即Ar1、Ar2均为Ar时，合成通式II所示化合物的方法包括如下步骤：以化合物P-II为原料，与Ar发生偶联反应，得到化合物II；
其反应历程为：
Figure BDA0002294084610000152
当通式II中Ar1、Ar2代表的基团不同时，合成通式II所示化合物的方法包括如下步骤：以化合物P-II’为原料，先后与Ar1、Ar2发生偶联反应，得到化合物II；
其反应历程为：
Figure BDA0002294084610000153
当通式III中Ar1、Ar2代表的基团相同，即Ar1、Ar2均为Ar时，合成通式III所示化合物的方法包括如下步骤：以化合物P-III为原料，与Ar发生偶联反应，得到化合物III；
其反应历程为：
Figure BDA0002294084610000154
Figure BDA0002294084610000161
当通式III中Ar1、Ar2代表的基团不同时，合成通式III所示化合物的方法包括如下步骤：以化合物P-III’为原料，先后与Ar1、Ar2发生偶联反应，得到化合物III；
其反应历程为：
Figure BDA0002294084610000162
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。
上述制备通式I～III任意一种代表的化合物的方法中，当Ar1、Ar2代表的基团相同，即Ar1、Ar2均为Ar时，作为本发明的一种优选实施方式，所述方法包括：以二甲苯为反应溶剂，以氯化亚铜为催化剂，氢氧化钾为碱，氮气保护，控温75～85℃，原料与Ar发生偶联反应，得到目标化合物。
上述制备通式I～III任意一种代表的化合物的方法中，当Ar1、Ar2代表的基团不同时，作为本发明的一种优选实施方式，所述方法包括：先以二甲苯为反应溶剂，以氯化亚铜为催化剂，氢氧化钾为碱，氮气保护，控温75～85℃，原料与Ar1发生偶联反应，得到中间产物；再以甲苯为溶剂，以乙酸钯和三叔丁基膦为催化剂，叔丁醇钾为碱，氮气保护，控温90～120℃，所述中间产物与Ar2发生偶联反应，得到目标化合物。
本发明采用的溶剂、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。
本发明同时保护所述OLED材料在有机电致发光器件中的应用。优选地，所述OLED材料用作发光层中的主体材料。
本发明同时保护一种有机电致发光器件，其发光层中含有本发明所述OLED材料。具体而言，本发明保护的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、本发明所述OLED材料作为主体材料的发光层、电子传输层、电子注入层和阴极层。
本发明提供的OLED材料以占吨迫占吨为中心，具有高的T1能级、窄的带隙和浅的最高占有分子轨道(HOMO)能级的新型化合物。迫呫吨并呫吨容易升华,在空气中很稳定,不会发生氧化分解。在空气中具有很高的热稳定性和较高的玻璃化转变温度。通过引入位阻较大的基团，使得该类发光材料不易结晶、淬灭，成膜性良好。
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。
根据本发明的一些实施方式，本发明的制备有机电致发光器件的优选的溶剂选自甲苯、DMF或这些溶剂的混合物。试剂均为分析纯试剂，中间体在网上商城购买或者从外包公司定制合成。
实施例1
Figure BDA0002294084610000171
(化合物II-1-7)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002294084610000172
化合物II-1-7的合成
1升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠40.07g(0.378mol)、菲[9,10-d]噻唑-2-基硼酸58.59g(纯度99％，0.21mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.5g Pd132。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由47.2g化合物P1(纯度99％，0.1mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-90℃。降温至室温，加入100ml去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮洗几次，过滤得到62.4g淡黄色固体，纯度99％，产率80％。
产物MS(m/e)：780；元素分析(C50H24N2S4)：理论值C：76.89％；H：3.10％；N：3.59％；S：16.42％；实测值C：76.88％；H：3.11％；N：3.59％；S：16.42％。
实施例2
Figure BDA0002294084610000181
(化合物II-1-12)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002294084610000182
化合物II-1-12的合成
1升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠40.07g(0.378mol)、(4-(1-苯基-1H-苯并[d]咪唑-2-基)苯基)硼酸65.94g(纯度99％，0.21mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.5g Pd132。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由56.6g化合物P1(纯度99％，0.1mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-90℃。降温至室温，加入100ml去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮洗几次，过滤得到76.63g淡黄色固体，纯度99％，产率81％。
产物MS(m/e)：946；元素分析(C58H34N4Se2)：理论值C：73.73％；H：3.63％；N：5.93％；Se：16.71％；实测值C：73.72％；H：3.64％；N：5.93％；Se：16.71％。
实施例3
Figure BDA0002294084610000183
(化合物II-1-21)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002294084610000184
Figure BDA0002294084610000191
化合物II-1-21的合成
1升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠40.07g(0.378mol)、苯并[d]恶唑-2-基硼酸17.93g(纯度99％，0.11mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.5gPd132。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由39.1g化合物P1(纯度99％，0.1mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-90℃。降温至室温，加入100ml去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮洗几次，过滤得到33.62g淡黄色固体，纯度99％，产率78％。
产物MS(m/e)：431；元素分析(C27H13NOS2)：理论值C：75.15％；H：3.04％；N：3.25％；O：3.71％；S：14.86％；实测值C：75.14％；H：3.05％；N：3.25％；O：3.71％；S：14.86％。
实施例4
Figure BDA0002294084610000192
(化合物II-1-26)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002294084610000193
化合物II-1-26的合成
1升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠40.07g(0.378mol)、(6-苯基吡啶-3-基)硼酸60.27g(纯度99％，0.21mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.5gPd132。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由56.6g化合物P1(纯度99％，0.1mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-90℃。降温至室温，加入100ml去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮洗几次，过滤得到47.04g淡黄色固体，纯度99％，产率80％。
产物MS(m/e)：716；元素分析(C42H24N2Se2)：理论值C：70.59％；H：3.39％；N：3.92％；Se：22.10％；实测值C：70.58％；H：3.40％；N：3.92％；Se：22.10％。
实施例5
Figure BDA0002294084610000201
(化合物II-1-49)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002294084610000202
化合物II-1-49的合成
1升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠40.07g(0.378mol)、(3,5-二(吡啶-3-基)苯基)硼酸30.36g(纯度99％，0.11mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.5g Pd132。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由39.1g化合物P1(纯度99％，0.1mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-90℃。降温至室温，加入100ml去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮洗几次，得到44.61g淡黄色固体，纯度99％，产率82％。
产物MS(m/e)：544；元素分析(C36H20N2S2)：理论值C：79.38％，H：3.70％；N：5.14％；S：11.77％；实测值C：79.37％；H：3.71％；N：5.14％；S：11.77％。
实施例6
Figure BDA0002294084610000203
(化合物II-1-65)的合成
合成路线如下：
Figure BDA0002294084610000211
化合物II-1-65-1的合成
1升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠20.03g(0.19mol)、苯并[d]噻唑-2-基硼酸19.69g(纯度99％，0.11mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.25gPd132。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由47.2g化合物P1(纯度99％，0.1mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-90℃。降温至室温，加入100ml去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮洗几次，过滤得到26.2g淡黄色固体，纯度99％，产率50％。
化合物II-1-65的合成
1升三口瓶，配磁力搅拌，氮气置换后依次加入碳酸钠20.03g(0.19mol)、(1-苯基-1H-苯并[d]咪唑-2-基)硼酸26.18g(纯度99％，0.11mol)和甲苯100ml。再次氮气置换后依次加入0.25g Pd132。加完后，加热升温至80℃。开始滴加在由52.4g化合物II-1-65-1(纯度99％，0.1mol)和100ml甲苯组成的溶液，控温75-90℃。降温至室温，加入100ml去离子水水解，搅拌10分钟，过滤，滤饼用DMF反复煮洗几次，过滤得到53.04g淡黄色固体，纯度99％，产率83％。
产物MS(m/e)：639；元素分析(C40H21N3S3)：理论值C：75.09％；H：3.31％；N：6.57％；S：15.03％；实测值C：75.08％；H：3.32％；N：6.57％；S：15.03％。
依据实施例1～实施例6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，可以合成上文中II-1-1～II-1-122所示的化合物。
制备器件OLED-1～OLED-6
(1)将涂布了ITO透明导电层的玻璃板在商用清洗剂中超声处理，在去离子水中冲洗，在丙酮∶乙醇混合溶剂(体积比1∶1)中超声除油，在洁净环境下烘烤至完全除去水份，用紫外光和臭氧清洗，并用低能阳离子束轰击表面；
(2)把上述带有阳极的玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-5～9×10-3PP1，在上述阳极层膜上真空蒸镀HATCN作为第一空穴注入层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀总膜厚为1nm；接着蒸镀第二空穴注入层HT01，蒸镀速率为0.1nm/s，厚度为40nm；
Figure BDA0002294084610000221
(3)在上述空穴注入层膜上蒸镀一层NPB为空穴传输层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为20nm；
Figure BDA0002294084610000222
(4)在空穴传输层上继续蒸镀实施例1中提供的化合物II-1-7作为主体材料，蒸镀速率为0.1nm/s，Ir(piq)2acac作为掺杂材料(即发光材料)，掺杂浓度为10％，形成器件的有机发光层，蒸镀所得有机发光层的总膜厚为30nm；
Figure BDA0002294084610000223
(5)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0.1nm/s，蒸镀膜厚为30nm；
Figure BDA0002294084610000224
(6)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，蒸镀膜厚为0.5nm；
(7)在电子注入层之上继续蒸镀一层Al作为器件的阴极，蒸镀膜厚为150nm；得到本发明提供的OLED器件，记为器件OLED-1。
按照与上相同的步骤，将步骤(4)中的化合物II-1-7替换为本发明实施例2～6制备所得化合物，得到本发明提供的器件OLED-2～OLED-6。
按照与上相同的步骤，将步骤(4)中的化合物II-1-7替换为对比化合物1(结构如下所示)，得到对比器件OLED-7。
Figure BDA0002294084610000231
对比化合物1
所得器件实施例1至实施例7的性能检测结果如表1所示。
表1：OLED-1至OLED-7的性能检测结果
Figure BDA0002294084610000232
由以上结果可知，利用本发明提供的OLED材料制备成的器件OLED-1至OLED-6的电流效率更高，在亮度相同的条件下，工作电压明显比对比化合物1作为有机发光主体材料的器件OLED-7低很多。
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 (10)

1.一种占吨类OLED材料，其特征在于，具有如通式I～III所示的任意一种结构：
Figure FDA0002294084600000011
所述通式I～III中，X、Y各自独立地代表S原子或Se原子，X、Y可以相同或不同；
所述R1、R2、R3、R4各自独立地代表-H、-F、-Cl、-Br、-I、-N(Ar)、-C(＝O)Ar、-P(＝O)Ar、-S(＝O)Ar、-S(＝O)2Ar、-OAr、-SAr、-CN、-NO2、具有1～40个碳原子的烷基、具有1～40个碳原子的烷氧基或具有1～40个碳原子的硫带烷氧基；
所述Ar1、Ar2各自独立地代表具有苯环和/或芳杂环的具有吸电子性质的芳香基团或者代表H原子，Ar1、Ar2可以相同或不同，且Ar1、Ar2不同时为H原子。
2.根据权利要求1所述的OLED材料，其特征在于，具有如通式II-1～II-3、III-1～III-6所示的任意一种结构：
Figure FDA0002294084600000012
Figure FDA0002294084600000021
3.根据权利要求1或2所述的OLED材料，其特征在于，R1、R2、R3、R4均代表H原子。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的OLED材料，其特征在于，X、Y均代表S原子，或X、Y均代表Se原子。
5.根据权利要求1所述的OLED材料，其特征在于，其具有如通式II-1’或通式II-1”所示的结构：
Figure FDA0002294084600000022
6.根据权利要求1～5任意一项所述的OLED材料，其特征在于，所述Ar1、Ar2各自独立地选自如下基团：
Figure FDA0002294084600000023
Figure FDA0002294084600000031
优选地，所述Ar1、Ar2各自独立地选自如下基团：
Figure FDA0002294084600000032
Figure FDA0002294084600000041
7.根据权利要求1所述的OLED材料，其特征在于，选自如下具体结构的化合物：
Figure FDA0002294084600000042
Figure FDA0002294084600000051
Figure FDA0002294084600000061
Figure FDA0002294084600000071
Figure FDA0002294084600000081
Figure FDA0002294084600000091
Figure FDA0002294084600000101
Figure FDA0002294084600000111
Figure FDA0002294084600000121
Figure FDA0002294084600000131
8.权利要求1～7任意一项所述OLED材料在有机电致发光器件中的应用；优选地，所述OLED材料用作发光层中的主体材料。
9.一种有机电致发光器件，其特征在于，其发光层中含有权利要求1～7任意一项所述OLED材料。
10.一种有机电致发光器件，其特征在于，所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、权利要求1～7任意一项所述OLED材料作为主体材料的发光层、电子传输层、电子注入层和阴极层。
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