一种白光发光材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于发光与显示技术领域，具体涉及一种白光发光材料及其制备方法和应用。

背景技术：

白光发光二极管由于具有发光效率高、能耗低、使用寿命长等诸多优势逐渐取代了传统的白炽灯和日光灯，主要应用于照明和显示器等方面。近年来，关于白光发光材料的研究很多，例如，利用稀土配位聚合物合成出高能效的白光发光材料，稀土配位聚合物是一类结构新颖的复合材料，具有结构多样、可调节性强、性能丰富等特点。例如，钨酸盐由于其具有稳定的化学性质和低的声子能量，已经被证实是重要的光学材料。再例如，钒酸盐作为无机荧光材料越来越受到人们的关注，它具有很好的化学稳定性和热稳定性，同时也是具有高发光效率的荧光合成材料，因此具有非常广泛的应用。

cn106633089a公开了一种tb³⁺/eu³⁺掺杂稀土配位聚合物白光发光材料及其制备方法，该发明采用2,5-二羟基对苯二甲酸作为有机配体，利用简单的溶剂热合成法，通过掺杂两种不同比例稀土金属离子合成。本发明所制备的配合物在室温中370nm的紫外光激发下能够产生eu³⁺离子的特征红光发射和配体的蓝光发射，通过调节配合物中eu³⁺离子的含量可以调节红光发射和蓝光发射的相对强度，进而实现配合物的白光发射。本发明制备方法简单，原料易得，可作为一种新型的白光发光材料。

cn107245335b公开了一种钨酸盐基白光发光材料及其制备方法和应用，其化学式为ba0.05sr0.94-zwo4:0.01tm³⁺zdy³⁺，所述的z＝0.01-0.06。在352-366nm的激发波长下发光在白光区，特别是354nm激发下，z＝0.03时，荧光粉的发光最接近标准白光，色坐标为(0.321,0.347)，色温为6000k。因此，本发明的ba0.05sr0.94-zwo4:0.01tm³⁺zdy³⁺可作为近紫外芯片激发白光的应用材料。

cn101805612a公开了一种镓掺杂钒酸钇白光发光材料的制备方法，其具体步骤为：按照摩尔比为0.5-5％称取氧化镓和氧化钇，同时称取五氧化二钒的物质的量满足氧化钇与五氧化二钒的摩尔比在76-99.6％范围内，将称量的药品放在玛瑙研钵中充分混合研磨，然后装入氧化铝坩埚中，将其放入程序可控的马弗炉中煅烧，升温速度为3-5℃/min，在空气气氛中分别于800℃-1200℃煅烧，保温3小时，自然冷却至室温，取出样品，研磨后即为镓掺杂钒酸钇白光发光材料。本发明采用高温固相法制备发光材料，制备方法简单，制备条件低，原材料的价格低廉，易于工业化生产，所得到的产品纯度高。可广泛应用于led、低压汞灯和x射线探测器领域。

但上述现有技术中的白光发光材料的制备方法还是相对复杂，且往往需要多种材料同时掺杂使用，并且在现有技术中关于白光发光材料的报道还是很有限的，因此，开发出一种新型的制备方法简单且成本低的白光发光材料是很有意义的。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型的白光发光材料及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种白光发光材料，所述白光发光材料的化学结构式如式(i)所示：

所述-r选自-och3或-cooch3。

本发明所提供的白光发光材料为上述结构的化合物，是一种新型的变温可调光致发光光谱的有机小分子材料，将其应用于二极管发光领域，只需在制备时合理控制基板的温度和加热时间，由于材料不同部位受热程度不均一而发出不同颜色的光，其混合产生白光，因此最终实现白光发光。本发明只需使用单一的有机发光材料就能够实现二极管的白光发光，相对于现有技术，大大节约了原料和制作工艺成本，同时为白光有机发光二极管的使用提供了新的思路和策略。

第二方面，本发明提供一种如上所述的白光发光材料的制备方法，所述制备方法为：以三(4-碘苯基)胺和4-甲氧基苯乙炔为原料或以三(4-碘苯基)胺和4-乙炔基苯甲酸甲酯为原料，在保护性气体保护下，在pd/cu混合催化剂的催化下进行偶联反应，得到所述白光发光材料。

优选地，所述保护性气体为氮气。

优选地，所述pd/cu混合催化剂为四(三苯基膦)钯和碘化亚铜组成的催化剂。

优选地，所述四(三苯基膦)钯和碘化亚铜的摩尔比为1:(2-10)，例如1:2、1:1.5、1:3、1:4、1:5、1:6、1:6.4、1:7、1:8、1:9或1:10等，优选1:6.4。

优选地，所述偶联反应的溶剂体系为四氢呋喃和三乙胺的混合溶剂。

优选地，所述四氢呋喃和三乙胺的体积比为(2-6):1，例如2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、30:7、4.5:1、5:1或6:1等，优选30:7。

优选地，所述偶联反应在70-90℃下进行，例如70℃、72℃、75℃、78℃、80℃、82℃、84℃、85℃、88℃或90℃等，优选70℃。

优选地，所述偶联反应完成后还对反应产品进行柱层析纯化。

第三方面，本发明提供一种白光有机发光二极管，所述白光有机发光二极管包括依次层叠的基板、阳极层、空穴注入层、白光发光层、电子传输层、电子注入层和阴极层；所述白光发光层材料为如上所述的白光发光材料。

优选地，所述阳极层材料包括ito(氧化铟锡)、fto(掺氟氧化锡)、金或石墨烯。

优选地，所述空穴注入层材料包括聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)、n,n’-二苯基-n,n’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(npb)、三(4-咔唑-9-基苯基)胺(tcta)或三氧化钼。

优选地，所述电子传输层材料包括tpbi、红菲咯啉(bphen)或b3pypb。

优选地，所述电子注入层材料包括氟化锂、氟化铯或8-羟基喹啉锂。

优选地，所述阴极层材料包括铝、银、镁银合金或钙。

优选地，所述镁银合金中镁和银的质量比为1:(8-12)，例如1:8、1:9、1:10、1:11或1:12等。

优选地，所述基板包括玻璃薄膜、石英薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚乙烯对苯二酸酯薄膜或金属薄膜。

优选地，所述阳极层的厚度为100-300nm，例如100nm、120nm、150nm、180nm、200nm、220nm、250nm或300nm等。

优选地，所述空穴注入层的厚度为10-30nm，例如10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、22nm、25nm、28nm或30nm等。

优选地，所述白光发光层的厚度为20-60nm，例如20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm或60nm等。

所述白光发光层的厚度特定选择在20-60nm范围内，是因为超过此厚度会使得器件电阻变高，在器件工作时会产生过高热量影响出光颜色，小于此厚度会使发光材料太少，以至于发光效率会降低。

优选地，所述电子传输层的厚度为20-60nm，例如20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm或60nm等。

优选地，所述电子注入层的厚度为0.2-0.8nm，例如0.2nm、0.25nm、0.3nm、0.35nm、0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm或0.8nm等。

优选地，所述阴极层的厚度为80-200nm，例如80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、140nm、150nm、180nm或200nm等。

第四方面，本发明提供一种如上所述的白光有机发光二极管的制备方法，所述制备方法为：取带有阳极层的基板材料，然后在阳极层上依次制备形成空穴注入层、白光发光层、电子传输层、电子注入层和阴极层，得到所述白光有机发光二极管。

优选地，所述制备形成的方式包括热蒸镀、旋涂、刷涂、喷涂、辊涂、印刷或喷墨打印中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述制备方法包括如下步骤：

(1)取带有阳极层的基板材料，在阳极层材料表面旋涂上空穴注入层材料，形成空穴注入层；

(2)将步骤(1)得到的产品加热；

(3)将白光发光材料热真空蒸镀于步骤(2)得到产品的空穴注入层上，形成白光发光层；

(4)对步骤(3)得到的产品进行加热，然后降温；

(5)在步骤(4)得到产品的白光发光层上依次蒸镀电子传输层、电子注入层和阴极层，得到所述白光有机发光二极管。

优选地，步骤(1)所述在阳极层材料表面旋涂上空穴注入层材料之前，将带有阳极层的基板材料依次放置在纯净水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗5-20min，例如5min、8min、10min、12min、15min、18min或20min等。

优选地，步骤(2)所述加热是指将步骤(1)得到的产品加热至130-170℃(例如130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃或170℃等)，然后保持10-20min(例如10min、12min、14min、15min、16min、18min或20min等)。

优选地，步骤(3)所述热真空蒸镀时的气压是10^-5-10^-4pa，例如10^-5pa、2×10^-5pa、4×10^-5pa、6×10^-5pa、8×10^-5pa或10^-4pa等。

优选地，步骤(3)所述热真空蒸镀的速率为0.1-0.5埃/秒，例如0.1埃/秒、0.2埃/秒、0.3埃/秒、0.4埃/秒或0.5埃/秒等。

优选地，步骤(4)所述加热是指在10s内升温至120-230℃(例如120℃、150℃、160℃、180℃、200℃、210℃、220℃或230℃等)，然后保持10s-1min(例如10s、20s、30s、40s、50s或1min等)。

所述加热通过对产品基板进行加热来进行，其加热的温度和时间需控制在上述条件下，才能使得产品发白光，若温度不及120℃或持续时间不及10s会使产品最终发蓝光；若温度超过230℃或持续时间超过1min会使产品最终发红光。

优选地，步骤(4)所述降温是指在3min内降温至20-30℃(例如20℃、22℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等)。

只有在满足上述降温条件下才能使得发光材料受热后的发光颜色在白光范围内。

作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将带有阳极层的基板材料依次放置在纯净水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗5-20min；

(2)在步骤(1)清洗后的阳极层材料表面旋涂上空穴注入层材料，形成空穴注入层；

(3)将步骤(2)得到的产品加热至130-170℃，然后保持10-20min；

(4)将白光发光材料在10^-5-10^-4pa的气压和0.1-0.5埃/秒的速率下热真空蒸镀于步骤(3)得到产品的空穴注入层上，形成白光发光层；

(5)对步骤(4)得到的产品进行加热，使其在10s内升温至120-230℃，然后保持10s-1min，然后降温，使其在3min内降温至20-30℃；

(6)在步骤(5)得到产品的白光发光层上依次蒸镀电子传输层、电子注入层和阴极层，得到所述白光有机发光二极管。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过一步法合成了一种新型的温度敏感的发光材料，基于这种温度敏感特性，将其应用于二极管发光领域，只需合理控制基板的温度和加热时间，由于材料不同部位受热程度不均一而发出不同颜色的光，其混合产生白光，因此最终实现白光发光。本发明只需使用单一的有机发光材料就能够实现二极管的白光发光，相对于现有技术，大大节约了原料成本和制作工艺成本，同时为白光有机发光二极管的使用提供了新的思路和策略。

附图说明

图1是实施例1中化合物的氢谱表征图；

图2是实施例1中化合物的碳谱表征图；

图3是实施例2中化合物的氢谱表征图；

图4是实施例2中化合物的碳谱表征图；

图5是白光有机发光二极管的亮度-电流密度-电压曲线图；

图6是白光有机发光二极管的发射光谱-电流密度曲线图；

图7是白光有机发光二极管的颜色坐标图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例合成一种白光发光材料，所述白光发光材料的化学结构式如下所示：

其制备方法包括如下步骤：

(1)将5.0mmol三(4-碘苯基)胺、21.0mmol4-甲氧基苯乙炔、30.0ml四氢呋喃、7.0ml三乙胺放入装有搅拌棒的100ml双颈烧瓶中，并连接回流管；

(2)用真空泵将上述反应混合物抽真空，使得压强达到1x10^-2pa后，通入氮气，重复抽气和通氮气三次，保持反应体系氮气氛围；

(3)将0.125mmol四(三苯基膦)钯和0.8mmol碘化亚铜在氮气环境下加入上述反应液中；

(4)将上述反应混合物在氮气保护下加热至70℃，保持回流10小时。然后用旋转蒸发仪蒸干溶剂，用少量乙酸乙酯洗涤得到黄色粉末。通过柱层析法纯化(硅胶柱型号：烟台江友f-254200-300目，流动相为二氯甲烷与正己烷的混合溶剂，二氯甲烷与正己烷的体积比为1:30)，得到白色固体粉末，即所述白光发光材料。

对得到的白色固体粉末进行碳谱和氢谱表征，氢谱数据如图1所示，具体为：¹hnmr(布鲁克600mhz,氘代氯仿)δ7.45(双重峰,j＝7.1hz,6h),7.43–7.38(多重峰,6h),7.09–7.02(多重峰,6h),6.91–6.85(多重峰,6h),3.83(单重峰,9h)。

碳谱数据如图2所示，具体为：¹³cnmr(布鲁克151mhz,氘代氯仿)化学位移δ159.73,146.68,133.16,132.80,124.19,118.41,115.73,114.21,89.41,88.13,55.51.

证明该化合物被成功合成。

实施例2

本实施例合成一种白光发光材料，所述白光发光材料的化学结构式如下所示：

其制备方法包括如下步骤：

(1)将5.0mmol三(4-碘苯基)胺、21.0mmol4-乙炔基苯甲酸甲酯、30.0ml四氢呋喃、7.0ml三乙胺放入装有搅拌棒的100ml双颈烧瓶中，并连接回流管；

(2)用真空泵将上述反应混合物抽真空，使得压强达到1x10^-2pa后，通入氮气，重复抽气和通氮气三次，保持反应体系氮气氛围；

(3)将0.125mmol四(三苯基膦)钯和0.8mmol碘化亚铜在氮气环境下加入上述反应液中；

(4)将上述反应混合物在氮气保护下加热至70℃，保持回流10小时。然后用旋转蒸发仪蒸干溶剂，用少量乙酸乙酯洗涤得到黄色粉末。通过柱层析法纯化(硅胶柱型号：烟台江友f-254200-300目，流动相为二氯甲烷与正己烷的混合溶剂，二氯甲烷与正己烷的体积比为1:30)，得到白色固体粉末，即所述白光发光材料。

对得到的白色固体粉末进行氢谱和碳谱表征，氢谱数据如图3所示，具体为：¹hnmr(布鲁克600mhz,氘代氯仿)化学位移δ8.02(双重峰j＝8.3hz,6h),7.57(双重峰,j＝8.4hz,6h),7.46(双重峰,j＝8.6hz,6h),7.10(双重峰,j＝8.7hz,6h),3.93(单重峰,9h)。

碳谱数据如图4所示，具体为：¹³cnmr(布鲁克151mhz,氘代氯仿)化学位移δ166.57,146.96,133.05,131.40,129.55,129.36,128.09,124.11,117.58,92.26,88.77,52.24。

证明该化合物被成功合成。

实施例3

本实施例提供一种白光有机发光二极管，其制备方法包括如下步骤：

(1)将带有200nm阳极材料ito的玻璃基板依次放置在纯净水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15min；

(2)在步骤(1)清洗后的ito材料表面旋涂上20nm厚的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)；

(3)将步骤(2)得到的产品放置在加热台上加热至150℃，然后保持15min；

(4)将实施例1制得的材料在10^-5pa的气压和0.5埃/秒的速率下热真空蒸镀于步骤(3)产品的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)层上，形成40nm的白光发光层；

(5)对步骤(4)得到的产品进行加热，使其在10s内升温至150℃，然后保持20s，然后降温，使其在3min内降温至25℃；

(6)在步骤(5)得到产品的白光发光层上依次蒸镀40nm的tpbi层、0.5nm的氟化锂层和130nm的铝层，得到所述白光有机发光二极管。

实施例4

本实施例提供一种白光有机发光二极管，其制备方法包括如下步骤：

(1)将带有100nm阳极材料ito的玻璃基板依次放置在纯净水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗20min；

(2)在步骤(1)清洗后的ito材料表面旋涂上30nm厚的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)；

(3)将步骤(2)得到的产品放置在加热台上加热至130℃，然后保持20min；

(4)将实施例2制得的材料在10^-5pa的气压和0.3埃/秒的速率下热真空蒸镀于步骤(3)产品的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)层上，形成60nm的白光发光层；

(5)对步骤(4)得到的产品进行加热，使其在10s内升温至200℃，然后保持10s，然后降温，使其在3min内降温至25℃；

(6)在步骤(5)得到产品的白光发光层上依次蒸镀20nm的tpbi层、0.8nm的氟化锂层和80nm的铝层，得到所述白光有机发光二极管。

实施例5

本实施例提供一种白光有机发光二极管，其制备方法包括如下步骤：

(1)将带有300nm阳极材料ito的玻璃基板依次放置在纯净水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15min；

(2)在步骤(1)清洗后的ito材料表面旋涂上10nm厚的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)；

(3)将步骤(2)得到的产品放置在加热台上加热至170℃，然后保持10min；

(4)将实施例1制得的材料在10^-4pa的气压和0.5埃/秒的速率下热真空蒸镀于步骤(3)产品的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)层上，形成20nm的白光发光层；

(5)对步骤(4)得到的产品进行加热，使其在10s内升温至170℃，然后保持30s，然后降温，使其在3min内降温至25℃；

(6)在步骤(5)得到产品的白光发光层上依次蒸镀60nm的tpbi层、0.2nm的氟化锂层和200nm的铝层，得到所述白光有机发光二极管。

实施例6

本实施例提供一种白光有机发光二极管，其制备方法包括如下步骤：

(1)将带有200nm阳极材料石墨烯的玻璃基板依次放置在纯净水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15min；

(2)在步骤(1)清洗后的石墨烯材料表面旋涂上20nm厚的三氧化钼；

(3)将步骤(2)得到的产品放置在加热台上加热至150℃，然后保持15min；

(4)将实施例1制得的材料在10^-5pa的气压和0.5埃/秒的速率下热真空蒸镀于步骤(3)产品的三氧化钼层上，形成40nm的白光发光层；

(5)对步骤(4)得到的产品进行加热，使其在10s内升温至120℃，然后保持1min，然后降温，使其在3min内降温至20℃；

(6)在步骤(5)得到产品的白光发光层上依次蒸镀40nm的红菲咯啉层、0.5nm的氟化铯层和130nm的镁银合金层，得到所述白光有机发光二极管。

实施例7

本实施例提供一种白光有机发光二极管，其制备方法包括如下步骤：

(1)将带有200nm阳极材料金的玻璃基板依次放置在纯净水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15min；

(2)在步骤(1)清洗后的金材料表面旋涂上20nm厚的tcta；

(3)将步骤(2)得到的产品放置在加热台上加热至150℃，然后保持15min；

(4)将实施例2制得的材料在10^-5pa的气压和0.5埃/秒的速率下热真空蒸镀于步骤(3)产品的tcta层上，形成40nm的白光发光层；

(5)对步骤(4)得到的产品进行加热，使其在10s内升温至230℃，然后保持10s，然后降温，使其在3min内降温至30℃；

(6)在步骤(5)得到产品的白光发光层上依次蒸镀40nm的b3pypb层、0.5nm的8-羟基喹啉锂层和130nm的银层，得到所述白光有机发光二极管。

实施例8

评价实验：

本实施例对实施例3和实施例4制得的白光有机发光二极管进行性能评价，具体包括：

(1)亮度-电流密度-电压曲线测试，具体方法为：在有机发光二极管的正负极两端连接吉时利2634型号源表，调整正负极之间电压进行扫描，扫描区域为0-15v，记录电流值和电压值。通过pr670亮度计读出相应的亮度值，画出亮度-电流密度-电压曲线。

测试结果如图5所示(图中箭头指圈定曲线的纵坐标为右侧的亮度)，由图可知：发光二极管的开启电压为6v左右，最大亮度约为2000cd/m²。

(2)发射光谱-电流密度曲线测试，具体方法为：在有机发光二极管的正负极两端连接吉时利2634型号源表，调整模式为电流源模式，调整电流密度值为1ma/cm²到50ma/cm²，使用海洋光谱仪2000测试发光二极管的光谱。

测试结果如图6所示，由图可知：在不同电流密度条件下，发光光谱的峰值没有较大偏移，证明发光二极管的颜色稳定性优良。

(3)颜色坐标测试，具体方法为：在有机发光二极管的正负极两端连接吉时利2634型号源表，调整模式为电流源模式，调整电流密度值为10ma/cm²，使用海洋光谱仪2000测试发光二极管的光谱，并且通过spectrasuite软件测量出颜色坐标。

测试结果如图7所示，由图可知：取代基-r为-och3时发光二极管的颜色坐标在(0.2938，0.3104)，取代基-r为-cooch3时发光二极管的颜色坐标在(0.3483，0.3509)。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种白光发光材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。