CN100362006C

CN100362006C - 树枝状铱配合物及使用该化合物的有机电致发光器件

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Publication number: CN100362006C
Application number: CNB2005100171400A
Authority: CN
Inventors: 王利祥; 丁军桥; 程延祥; 苏光平; 王兴东; 谢志元; 耿延侯
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: CN1772757A

Abstract

本发明涉及可溶液加工的绿光树枝状铱配合物及使用该化合物的有机电致发光器件，属于有机电致发光技术领域。该化合物由铱配合物核、咔唑单元构成的树枝和表面基团三部分构成：其中，R₁及R₂独立地选自氢、氟、三氟甲基、甲基或叔丁基；R₃为表面基团，独立地选自C1-C30的烷基或C1-C20的烷氧基；n为树枝状配合物的代数，独立地选自0、1、2和3；X是二齿配体。该树枝状铱配合物以具有空穴传输能力的咔唑单元为树枝，具有很好的载流子传输能力，可以用其制成高效的掺杂和非掺杂的有机电致发光器件。

Description

树枝状铱配合物及使用该化合物的有机电致发光器件

技术领域

本发明涉及可溶液加工的绿光树枝状铱配合物及使用该化合物的有机电致发光器件，属于有机电致发光技术领域。

技术背景

有机电致发光是目前国际上十分活跃的研究领域，其器件已成功应用于数码照相机、手机、mp3等电子产品显示器。目前，有机电致发光的研究和开发工作主要集中在两个方面：高效率有机电致发光材料的合成和器件制造工艺的改善。

根据发光原理的不同，有机电致发光材料可以分为荧光材料和磷光材料两大类。对于磷光材料，由于可以充分利用包括单线态和三线态在内的所有能量形式，大幅度提高器件的效率，理论上可以使器件的内量子效率达到100％。因此，利用过渡金属配合物作为发光材料成为提高器件效率的一种很好的手段。

然而，对于这类磷光类材料，器件一般采用将其掺杂在主体材料中，用真空共蒸镀的方法制备。这就导致了器件的制备工艺复杂，成本高，从而限制了其在大面积平板显示上的应用。为此，开发出高效的、可溶液加工的全色显示磷光材料显得尤为迫切。目前，实现溶液加工的途径有共混、高分子化和树枝状结构三条途径：

共混虽然可以实现溶液加工，但同时却不可避免的产生相分离现象；将配合物通过共价键引入到高分子中，可以避免由简单共混所导致的相分离现象，使材料达到了分子水平上的分散。然而，由于聚合过程中所带来的缺陷，不可避免的导致器件效率的降低；

树枝状分子具有以下的特点：结构规整，组成精确；有隔离效应，可以避免磷光材料的自身猝灭；容易引入功能基团，将主体和客体融为一体，实现非掺杂器件。同时，树枝的引入，可以不改变中间核的电子和发光性能。目前，P.L.Burn领导的研究小组报导了以苯环为树枝的绿光铱配合物，并以此获得了高效的溶液加工的掺杂的有机电致发光器件。其代表性的文献是：用于发光二极管的绿光树枝状磷光配合物(S.-C.Lo等，先进材料，2002年，第十四卷，第十三到十四期，第975页)(Green phosphorescent dendrimer for light-emitting diodes)(S.-C.Lo等，Advanced Materials Vol 14，No 13-14，p975(2002))。然而，这类以苯环为树枝的绿光铱配合物不能很好的传输载流子，尤其是难以获得高效的非掺杂的有机电致发光器件。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明以具有空穴传输能力的咔唑单元为树枝，开发出新型的绿光树枝状铱配合物，并用于构造掺杂的和非掺杂的有机电致发光器件，获得了很好的效果。

本发明的目的之一是提供一种可溶液加工的绿光树枝状铱配合物；本发明的目的之二是提供一种使用上述的该化合物的有机电致发光器件(简称：有机EL器件)。

为了实现本发明的目的之一，提供了一种具有化学式(1)的树枝状铱配合物，其特征在于，该化合物由铱配合物核、咔唑单元构成的树枝和表面基团三部分构成：

其中，R₁及R₂独立地选自氢、氟、三氟甲基、甲基或叔丁基；R₃为表面基团，独立地选自C1-C30的烷基或C1-C20的烷氧基；n为树枝状配合物的代数，独立地选自0、1、2和3；X是二齿配体。

上述化学式(1)的化合物的优选实例具有以下的化学式(1a)或化学式(1b)：

其中，R₁及R₂独立地选自氢、氟、三氟甲基、甲基或叔丁基；R₃为表面基团，独立地选自C1-C30的烷基或C1-C20的烷氧基；R₄和R₅独立地选自三氟甲基、甲基、叔丁基或苯基；n为树枝状配合物的代数，独立地选自0、1、2和3。

其中，R₁及R₂独立地选自氢、氟、三氟甲基、甲基或叔丁基；R₃为表面基团，独立地选自C1-C30的烷基或C1-C20的烷氧基；n为树枝状配合物的代数，独立地选自0、1、2和3。

上述化学式(1)的绿光树枝状铱配合物的优选实例包括具有以下化学式(2)至(4)的化合物。

下面描述化学式(1)的化合物的合成方法，其步骤和条件如下：

1、具有化学式(5)的配体LG_n和IrCl₃·nH₂O反应形成氯桥的前体；和

2、由以上步骤1得到的氯桥前体与具有化学式(6)的配体或具有化学式(5)的配体LG_n反应得到化学式(1a)或化学式(1b)树枝状铱配合物；

所述的步骤1的反应温度为100℃～140℃，反应时间为24～72小时，反应溶剂使用乙二醇独乙醚和水的混合溶剂，两者的比例为3∶1；为了改善体系的溶解性，可以加入1～50％的四氢呋喃；具有化学式(5)的配体LG_n与配合物IrCl₃·nH₂O的摩尔比为2～5，优选2～2.5；

所述的步骤2中，当氯桥前体与具有化学式(6)的配体反应得到具有化学式(1a)的树枝状铱配合物时，反应温度为80℃～140℃，反应时间为24～72小时，反应溶剂使用醇类衍生物，优选乙二醇独乙醚或乙二醇独甲醚；为了改善体系的溶解性，可以加入1～50％的氯仿；具有化学式(6)的配体与氯桥前体的摩尔比为2～10，优选3～6；催化剂使用碱性化合物，优选Na₂CO₃；

所述的步骤2中，当氯桥前体与具有化学式(5)的配体LG_n反应得到具有化学式(1b)的树枝状铱配合物时，反应温度为180℃～200℃，反应时间为48～96小时，反应溶剂使用高沸点的醇类衍生物，优选甘油；同时，为了改善体系的溶解性，可以加入10～50％的一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇等衍生物，优选三缩四乙二醇；具有化学式(5)的配体LG_n与氯桥前体的摩尔比为2～5，优选2～2.5；催化剂使用碱性化合物，优选K₂CO₃。

为了实现本发明的目的之二，提供一种使用上述化学式(1)的树枝状铱配合物的有机电致发光器件。本发明的有机电致发光器件的发射层采用溶液旋涂的方法制备，其工艺如下：将树枝状铱配合物本身或将其掺杂在主体材料中，溶解于氯仿或甲苯中，旋涂在经聚噻吩衍生物(PEDOT)修饰的ITO玻璃表面，制备成发光层；在器件组装上，旋涂完发光层后可直接蒸镀金属电极，制成单层器件；也可以在金属电极与发光层之间加入空穴阻挡或电子传输层，构造多层器件；上面所述的主体材料为咔唑类衍生物，包含化学式(7)至化学式(9)的化合物：

附图说明

图1给出实施例4制造的有机EL器件的发光效率随电流密度的变化曲线；

图2给出实施例5制造的有机EL器件的发光效率随电流密度的变化曲线；

图3给出实施例6制造的有机EL器件的发光效率随电流密度的变化曲线；

图4给出实施例7制造的有机EL器件的发光效率随电流密度的变化曲线；

图5给出实施例4、5和7制造的有机EL器件的EL谱。

具体实施方式

参考以下实施例详细描述本发明。

合成实施例1：化学式(2)的化合物的合成

反应式1：

1、氯桥前体的合成

配体LG₁(603mg，1.10mmol)和IrCl₃·3H₂O(176mg，0.50mmol)溶于15mL乙二醇独乙醚、5mL蒸馏水和0.5mLTHF，反复换气3次，在氩气保护下搅拌加热，回流反应48h后，过滤，得到的沉淀以乙醇和蒸馏水洗涤，干燥，得到不纯的氯桥前体。

2、化学式(2)的化合物的合成

将步骤1得到的氯桥前体、配体LG₁(329mg，0.60mmol)、无水碳酸钾(345mg，2.50mmol)、甘油25mL和三缩四乙二醇5mL，加入50ml圆底烧瓶中，在氩气保护下，升温至190～200℃，反应72小时。冷却到室温，加入蒸馏水，用二氯甲烷萃取，反复水洗，无水Na₂SO₄干燥，过滤，旋转蒸发掉溶剂，柱分离提纯，得到产物210mg(产率23％)。

3、化学式(2)的化合物的结构分析

通过NMR、MALDI-TOF和元素分析确定了该树枝状配合物的结构。

¹H NMR(300 MHz，D₆-DMSO)[ppm]：δ8.36(s，6H)，8.05(t，J＝7.3Hz，6H)，7.95(d，J＝8.5Hz，3H)，7.74(d，J＝8.0Hz，3H)，7.57(s，12H)，7.37(d，J＝8.2Hz，3H)，7.29(t，J＝7.2Hz，3H)，7.03(t，J＝7.5Hz，3H)，6.86(d，J＝7.4Hz，3H)，6.78(d，J＝8.0Hz，3H)，6.72(d，J＝7.4Hz，3H)，6.65(t，J＝7.4Hz，3H)，6.36(d，J＝8.2Hz，3H)，1.45(s，54H).

MALDI-TOF 1832.2(M+H⁺).

Anal.Calcd for C₁₁₇H₁₀₈N₉Ir：C，76.69；H，5.94；N，6.88.Found：C，76.69；H，5.95；N，6.60.

合成实施例2：化学式(3)的化合物的合成

反应式2：

1、氯桥前体的合成

配体LG₂(1089mg，1.10mmol)和IrCl₃·3H₂O(176mg，0.50mmol)溶于15mL乙二醇独乙醚、5mL蒸馏水和5mLTHF，反复换气3次，在氩气保护下搅拌加热，回流反应60h后，过滤，得到的沉淀以乙醇和蒸馏水洗涤，干燥，得到不纯的氯桥前体。

2、化学式(3)的化合物的合成

将步骤1得到的氯桥前体、配体LG₂(594mg，0.60mmol)、无水碳酸钾(345mg，2.50mmol)、甘油25mL和三缩四乙二醇9mL，加入50ml圆底烧瓶中，在氩气保护下，升温至190～200℃，反应96小时。冷却到室温，加入蒸馏水，用二氯甲烷萃取，反复水洗，无水Na₂SO₄干燥，过滤，旋转蒸发掉溶剂，柱分离提纯，得到产物189mg(产率12％)。

3、化学式(3)的化合物的结构分析

通过NMR、MALDI-TOF和元素分析确定了该树枝状配合物的结构。

¹H NMR(300MHz，d₆-DM8O)[ppm]：δ8.74(s，6H)，8.30(s，12H)，8.08(d，J＝6.2Hz，3H)，7.94(d，J＝8.9Hz，6H)，7.87-7.90(m，3H)，7.78(d，J＝8.0Hz，6H)，7.49(d，J＝8.8Hz，18H)，7.36(d，J＝8.5Hz，18H)，7.06-7.12(m，3H)，6.91(d，J＝6.8Hz，6H)，6.72-6.78(m，6H)，6.44(d，J＝6.2Hz，3H)，1.42(s，108H).

MALDI-TOF 3160.1(M+H⁺).

Anal.Calcd for C₂₁₃H₁₉₈N₁₅Ir：C，80.95；H，6.32；N，6.65.Found：C，80.86；H，6.54；N，6.47.

合成实施例3：化学式(4)的化合物的合成

反应式3：

1、氯桥前体的合成

配体LG₂(1.09g，1.10mmol)和IrCl₃·3H₂O(176mg，0.50mmol)溶于15mL乙二醇独乙醚、5mL蒸馏水和5mLTHF，反复换气3次，在氩气保护下搅拌加热，升温至130～140℃，回流反应72h后，过滤，得到的沉淀以乙醇和蒸馏水洗涤，干燥，柱分离提纯，得到氯桥前体。

2、化学式(4)的化合物的合成

将步骤1得到的氯桥前体、乙酰丙酮(60mg，0.60mmol)、无水碳酸钠(265mg，2.50mmol)、乙二醇独乙醚9mL和氯仿3mL，加入50ml圆底烧瓶中，在氩气保护下，回流反应48小时。冷却到室温，加入蒸馏水，用二氯甲烷萃取，反复水洗，无水Na₂SO₄干燥，过滤，旋转蒸发掉溶剂，柱分离提纯，得到产物362mg(产率32％)。

3、化学式(4)的化合物的结构分析

通过NMR、MALDI-TOF和元素分析确定了该树枝状配合物的结构。

¹H NMR(300 MHz，d₆-DMSO)[ppm]：δ8.74(s，4H)，8.26-8.29(m，12H)，8.18(d，J＝8.6Hz，2H)，8.08(d，J＝8.2Hz，2H)，7.94(d，J＝8.6 Hz，4H)，7.78 (d，J＝8.9Hz，4H)，7.67(t，J＝5.0Hz，2H)，7.47-7.51(m，14H)，7.36(d，J＝8.6Hz，8H)，6.84(d，J＝7.6Hz，2H)，6.69(t，J＝7.2Hz，2H)，6.61(t，J＝7.3Hz，2H)，6.46(d，J＝7.5 Hz，2H)，5.35(s，1H)，1.86(s，6H)，1.42(s，72H).

MALDI-TOF 2270.2(M+H⁺).

Anal.Calcd for C₁₁₇H₁₀₈N₉Ir：C，77.78；H，6.17；N，6.17.Found：C，77.69；H，6.34；N，6.08.

有机EL器件实施例1：

对于给出的实施例，使用化学式(2)的树枝状铱配合物组装单层器件，器件的结构为：ITO/PEDOT(50nm)/化学式(2)的树枝状铱配合物/Ca(10nm)/Al(100nm)。器件的组装工艺如下：

1、导电高分子聚噻吩衍生物(PEDOT)以3000转/分钟的速度旋涂在预先清洗的ITO玻璃表面后，在120℃下烘30min，形成50nm厚的空穴注入双层电极，并且改善ITO玻璃表面的平整性。

2、化学式(2)的树枝状铱配合物溶于氯仿中，配成10毫克/毫升的溶液，以1200转/分钟的速度旋涂在PEDOT上作为发光层。

3、在真空的条件下，在发光层上直接蒸镀Ca/Al电极。

所得的EL器件的性能如下：最大发光效率为0.30 cd/A，最大功率效率为0.0561m/W，最大亮度920cd/m²，发射峰值为528 nm，色坐标CIE值x＝0.39，y＝0.58。

有机EL器件实施例2：

对于该实施例，使用化学式(3)的树枝状铱配合物组装单层器件，器件的结构为：ITO/PEDOT(50nm)/化学式(3)的树枝状铱配合物/Ca(10nm)/Al(100nm)。器件组装的工艺条件同实施例1。

所得的EL器件的性能如下：最大发光效率为0.60 cd/A，最大功率效率为0.12lm/W，最大亮度1015cd/m²，发射峰值为532 nm，色坐标CIE值x＝0.40，y＝0.57。

有机EL器件实施例3：

对于该实施例，使用化学式(4)的树枝状铱配合物组装单层器件，器件的结构为：ITO/PEDOT(50nm)/化学式(4)的树枝状铱配合物/Ca(10nm)/Al(100nm)。器件组装的工艺条件同实施例1。

所得的EL器件的性能如下：最大发光效率为0.46 cd/A，最大功率效率为0.096lm/W，最大亮度360cd/m²，发射峰值为536 nm，色坐标CIE值x＝0.40，y＝0.58。

有机EL器件实施例4：

对于给出的实施例，使用化学式(2)的树枝状铱配合物组装双层器件，器件的结构为：ITO/PEDOT(50nm)/化学式(2)的树枝状铱配合物/TPBI(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。器件的组装工艺如下：

2、化学式(2)的树枝状铱配合物溶于氯仿中，配成5毫克/毫升的溶液，以1200转/分钟的速度旋涂在PEDOT上作为发光层。

3、在发光层上蒸镀60nm厚的1，3，5-三(2-N-苯基苯并咪唑基)苯(TPBI)作为空穴阻挡和电子传输层。

4、在电子传输层上蒸镀上LiF/Al电极。

所得的EL器件的性能如下：最大发光效率为23.2 cd/A，最大功率效率为23.1 lm/W，最大亮度6570cd/m²，发射峰值为532 nm，色坐标CIE值x＝0.39，y＝0.58。

有机EL器件实施例5：

对于该实施例，使用化学式(3)的树枝状铱配合物组装双层器件，器件的结构为：ITO/PEDOT(50nm)/化学式(3)的树枝状铱配合物/TPBI(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。器件组装的工艺条件同实施例4。

所得的EL器件的性能如下：最大发光效率为34.7cd/A，最大功率效率为28.7lm/W，最大亮度8075cd/m²，发射峰值为536nm，色坐标CIE值x＝0.40，y＝0.57。

有机EL器件实施例6：

对于该实施例，使用化学式(4)的树枝状铱配合物组装双层器件，器件的结构为：ITO/PEDOT(50nm)/化学式(4)的树枝状铱配合物/TPBI(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。器件组装的工艺条件同实施例4。

所得的EL器件的性能如下：最大发光效率为25.4cd/A，最大功率效率为25.8lm/W，最大亮度4020cd/m²，发射峰值为536nm，色坐标CIE值x＝0.40，y＝0.58。

有机EL器件实施例7：

对于该实施例，将化学式(2)的树枝状铱配合物掺杂在主体材料TCCz中组装双层器件，两者的重量比为2∶3，器件的结构为：ITO/PEDOT(50nm)/化学式(2)的树枝状铱配合物：TCCz(2∶3)/TPBI(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。器件组装的工艺条件同实施例4。

所得的EL器件的性能如下：最大发光效率为59.4 cd/A，最大功率效率为53.4lm/W，最大亮度33500cd/m²，发射峰值为528nm，色坐标CIE值x＝0.38，y＝0.59。

Claims

1.一种具有化学式(1)的树枝状铱配合物，其特征在于，该化合物由铱配合物核、咔唑单元构成的树枝和表面基团三部分构成：

其中，R₁及R₂独立地选自氢、氟、三氟甲基、甲基或叔丁基；R₃为表面基团，独立地选自C1-C30的烷基或C1-C20的烷氧基n为树枝状铱配合物的代数，独立地选自0、1、2和3；X是二齿配体。

2.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，具有化学式(1a)：

其中，R₁及R₂独立地选自氢、氟、三氟甲基、甲基或叔丁基R₃为表面基团，独立地选自C1-C30的烷基或C1-C20的烷氧基；R₄和R₅独立地选自三氟甲基、甲基、叔丁基或苯基n为树枝状铱配合物的代数，独立地选自0、1、2和3。

3.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，具有化学式(1b)：

其中，R₁及R₂独立地选自氢、氟、三氟甲基、甲基或叔丁基；R₃为表面基团，独立地选自C1-C30的烷基或C1-C20的烷氧基；n为树枝状铱配合物的代数，独立地选自0、1、2和3。

4.如权利要求3所述的化合物，其特征在于，具有化学式(2)：

5.如权利要求3所述的化合物，其特征在于，具有化学式(3)：

6.如权利要求2所述的化合物，其特征在于，具有化学式(4)：

7.如权利要求1所述的一种具有化学式(1)的树枝状铱配合物，其特征在于，所述的n为树枝状铱配合物的代数，选择1或2。

8.如权利要求1所述的一种具有化学式(1a)的树枝状铱配合物，其特征在于，其特征在于，所述的n为树枝状铱配合物的代数，选择n为1或2。

9.一种有机电致发光器件，具有在第一电极和第二电极之间形成的一层或多层有机层，其特征在于，其中至少有一层有机层为发射层，它包含有根据权利要求1所述化学式(1)的树枝状铱配合物。

10.如权利要求9述的非掺杂有机电致发光器件，其特征在于，其发射层由根据权利要求1所述化学式(1)的树枝状铱配合物组成。

11.如权利要求9述的掺杂的有机电致发光器件，其特征在于，其发射层由根据权利要求1所述化学式(1)的树枝状铱配合物掺杂在主体材料中组成。