CN103840083A - 有机发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有机发光器件,所述有机发光器件包含阳极、阴极以及介于阳极和阴极之间的发光层,其中该发光层包含磷光发光材料和非发射性的过渡金属络合物,其中非发射性的过渡金属络合物的HOMO能级比所述磷光发光材料的HOMO能级更远离真空能级不多于0.2eV。所述非发射性过渡金属络合物具有式(IV):M1L11 q1L21 r1L31 s1(IV)其中M1是选自39至48和72至80号元素的金属,并且L11、L21和L31各自是配位基团;q1是正整数;r1和s1各自独立地是0或正整数;以及(a1.q1)+(b1.r1)+(c1.s1)的总和等于M上的可用配位点的数目,其中a1是L11上的配位点的数目,b1是L21上的配位点的数目并且c1是L31上的配位点的数目。
Description
技术领域
本申请涉及发光器件,更具体涉及有机发光器件及其制备方法。
发明背景
对于在器件例如有机发光二极管(OLED)、有机光响应器件(特别是有机光伏器件和有机光传感器)、有机晶体管和存储器阵列器件中的应用,含有活性有机材料的电子器件正引起越来越多的关注。含有活性有机材料的器件提供诸如低重量、低功率消耗和柔性的益处。此外,可溶有机材料的使用允许在器件制造中利用溶液加工,例如喷墨印刷、柔性版或凹版印刷或者旋涂。
OLED可以包含带有阳极的基底、阴极以及介于阳极和阴极之间的一个或多个有机发光层。
在器件工作期间空穴通过阳极被注入器件并且电子通过阴极被注入器件。发光材料的最高已占分子轨道(HOMO)中的空穴和最低未占分子轨道(LUMO)中的电子结合从而形成激子,所述激子以光的形式释放其能量。
合适的发光材料包括小分子、聚合物和树枝状分子(dendrimeric)材料。合适的发光聚合物包括聚(亚芳基亚乙烯基)例如聚(对亚苯基亚乙烯基)和聚亚芳基类例如聚芴类。
发光层可以包含半导电主体材料和发光掺杂剂,其中能量从主体材料转移至发光掺杂剂。例如,J.Appl.Phys.65,3610,1989公开了用荧光发光掺杂剂掺杂的主体材料(即,其中通过单线态激子的衰变而发出光的发光材料)。
磷光掺杂剂(即,其中通过三线态激子的衰变而发出光的发光掺杂剂)也是已知的。已知的磷光掺杂剂包括重过渡金属的络合物。
US 2004/0155238公开了在惰性主体材料中的空穴传输性磷光掺杂剂和电子传输性噁二唑的器件。据报道仅从掺杂剂发出光。
发明内容
在第一方面,本发明提供一种有机发光器件,所述器件包含阳极、阴极以及介于阳极和阴极之间的发光层,其中该发光层包含磷光发光材料和非发射性的过渡金属络合物。
在第二方面,本发明提供一种组合物,其包含磷光发光材料、主体材料和非发射性过渡金属络合物。
在第三方面,本发明提供一种配制物,其包含根据第二方面的组合物和至少一种溶剂。
在第四方面,本发明提供了形成根据所述第一方面的有机发光器件的方法,该方法包括如下步骤:在阳极和阴极之一的上方形成发光层,和在发光层上方形成阳极和阴极中的另一个。
非发射性过渡金属络合物可以是固有能发磷光但是当在本发明的器件中使用时不发出磷光的材料。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明,其中:
图1说明了根据本发明实施方案的OLED;
图2说明了图1器件的发光层材料的最低三线态激发态能级;
图3A说明了图1器件的HOMO和LUMO能级;
图3B说明了根据本发明又一实施方案的器件的HOMO和LUMO能级;
图4是根据本发明实施方案的器件和比较器件的亮度相对于电压的坐标图;
图5是根据本发明实施方案的器件和比较器件的电流密度相对于电压的坐标图;并且
图6显示了根据本发明实施方案的器件和比较器件的电致发光光谱。
具体实施方案
未按比例绘制的图1概括说明了根据本发明实施方案的OLED。该OLED承载于基底1上并且包含阳极2、阴极4以及介于阳极和阴极之间的发光层3。可以在阳极和阴极之间提供其它层(未显示),包括但不限于:电荷传输层、电荷阻挡层和电荷注入层。该器件可以含有多于一个的发光层。
包括一个或多个的其它层的示例性OLED结构包括以下:
阳极/空穴注入层/发光层/阴极
阳极/空穴传输层/发光层/阴极
阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光层/阴极
阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/阴极
在一个优选的实施方案中,OLED包含空穴注入层和空穴传输层中的至少一个,任选地包含它们两者。
发光层3包含磷光发光材料和空穴传输的过渡金属络合物。发光层3进一步优选地包含主体材料,优选为电荷传输性主体材料,最优选为电子传输性主体材料。
图2说明了图1器件的发光层3中的材料的三线态能级。
空穴传输性金属络合物的激发三线态能级T1(T1HTMC)高于主体材料的激发三线态能级(T1Host),并且T1Host高于磷光发光材料的激发三线态能级(T1Emitter)。在操作中,在T1HTMC或者T1Host上形成的三线态激子可以被转移到磷光发光材料,并且来自发光层3的基本上所有磷光发光hν来自于该磷光发光材料。将理解的是,空穴传输的过渡金属络合物可以是固有地能够发出磷光的材料。然而,主体材料和磷光发射体都具有比空穴传输的过渡金属络合物的T1能级更低的T1能级并且因此在空穴传输的过渡金属络合物上形成的三线态不经历辐射衰变而是直接地或者通过主体材料转移到磷光发射体。
该空穴传输的过渡金属络合物如果不与具有相似或者更低T1能级的磷光发光材料接触,则其本身可以为能够发磷光的材料。通过使用这样的空穴传输材料,可以使三线态激子向非辐射衰变路径的损失最小化。
图2中说明的材料的三线态激发态能级满足以下不等式以提供三线态激子向磷光发光材料的有效转移。
T1HTMC>T1主体>T1发射体
然而,将理解的是,T1主体(T1Host)可以与T1HTMC相同或者比T1HTMC高出至多2kT,并且T1发射体(T1Emitter)可以与T1主体和/或T1HTMC相同或者比T1主体和/或T1HTMC高出至多2kT。
可以在很弱的T1至S0跃迁(即磷光)的能量的“选通”(gated)低温光致发光测量中确定主体、发射体和HTU各自的T1能级。通过用光脉冲延迟激发之后的感测,从而允许区分光致发光与荧光,来进行光取样。
图3A说明了图1器件的发光层3中的材料的HOMO能级(H)和LUMO能级(L)。
主体材料的HOMO能级太深以致不能为磷光发光材料提供有效的空穴传输。主体材料的HOMO可以比磷光发光材料的HOMO能级深至少0.4eV或至少0.5eV(更远离真空)。
在图3A的实施方案中所说明的空穴传输的过渡金属络合物和磷光发光材料的HOMO能级是相似的。空穴传输的过渡金属络合物的HOMO能级优选比磷光发光材料的HOMO能级深不超过0.2eV以及可以比磷光发光材料的HOMO能级浅至多0.2eV。任选地,空穴传输的过渡金属络合物的HOMO能级在5.0-5.4eV范围内,任选地5.1-5.3eV。
图3B说明了根据本发明又一实施方案的发光器件的HOMO和LUMO能级。在该实施方案中,在阳极2和发光层3之间提供空穴传输材料HT的空穴传输层5。图3A中描述了发光层3的材料的能级。空穴传输材料HT的HOMO能级优选比空穴传输材料HTMC的HOMO能级深不超过0.3eV,以及优选比空穴传输材料HTMC的HOMO能级浅不超过0.2eV。
在操作中,使从阳极注入的空穴通过空穴传输层5(如果存在的话)传输到发光层3中,以及从阴极4注入电子使其进入主体材料的LUMO。通过磷光发光材料或通过空穴传输的过渡金属络合物来提供发光层3中的空穴传输。虽然空穴传输可以通过磷光发光材料单独来提供,但本发明人已惊讶地发现在磷光发光材料之外存在空穴传输的过渡金属络合物可以改善器件性能。不希望受任何理论束缚,据认为空穴位于空穴传输的过渡金属络合物的金属的d-轨道上,并且通过空穴传输的过渡金属络合物的配体在空间上(sterically)保护这些d-轨道,所述配体防止与发光层其它成分的潜在有害的相互作用。
此外,通过提供与磷光发射体分隔的空穴传输的过渡金属络合物,可以得到更宽广范围的有效的发光组合物。例如,如果溶液加工的发光层中的磷光发射体的浓度受磷光发射体在给定溶剂或溶剂混合物中的相对较低溶解度的限制,那么可以将该磷光发射体与不同的、相对较高溶解度的空穴传输的过渡金属络合物结合使用,以使得发光层中空穴传输的效率不受磷光发射体的溶解度的限制。
本文中任何地方所描述的HOMO和LUMO能级可以是通过方波循环伏安法(SQ CV)测量的HOMO和LUMO能级。
将关于正向和反向扫描的施加电位相对于所产生电流进行绘图给出典型的循环伏安图。可以使用该循环伏安图来建立材料的HOMO和/或LUMO能级。
在SQWV中的激励信号由叠加在具有阶跃高度(例如,4mV)的阶梯波形上的对称方波脉冲(例如,幅度为25mV)组成,其中方波的正向脉冲与阶梯的阶跃相一致。通过取正向电流和反向电流的差值而获得产生的电流。峰高度与电活性物质的浓度成正比。用于HOMO和LUMO测量的示例性频率是15Hz。方波伏安图中的氧化/还原事件(HOMO/LUMO)呈峰的形状,其中峰最大值描述该事件的发生(氧化还原电位)。
将材料的溶液旋涂在具有约70nm厚度的玻璃碳电极上。将电极转移到具有参比电极(通常为Ag/AgCl)的电化学电池中,以及Pt对电极,将它们两者都浸入具有0.1M支持电解质(典型为TBAPF6)的MeCN中。在负电位区域中(相对Ag/AgCl)玻璃碳电极上旋涂的材料的测量产生还原电流(LUMO能级),并且正区域起因于氧化电流(HOMO能级)。相对标准分子(二茂铁)的HOMO能级(等于-4.8eV)对所有测量值进行重参照(re-reference)。
可以通过类似样式来执行材料的溶液CV,但是不使用旋涂膜而是将溶解的材料用于电化学电池中。
循环伏安法描述于A.J.Bard,L.R.Faulkner,ElectrochemicalMethods.Fundamentals and Applications,second ed.,Wiley,NewYork,2001,Voltammetric Techniques,Samuel P.Kounaves,TuftsUniversity,第720页,和Anal.Chem.,1969,41(11),第1362-1365页。
磷光发光材料
磷光发光材料优选为发光过渡金属络合物,并且可以是红色、黄色、绿色或蓝色发光材料,条件是磷光发光材料的T1能级高于或低于空穴传输的过渡金属络合物的T1能级至多2kT,优选地磷光发光材料的T1能级等同于空穴传输的过渡金属络合物的T1能级。任选地,为了避免发射体的猝灭,空穴传输的过渡金属络合物的T1能级为比磷光发射体的T1能级高出至少0.1eV或至少0.2eV。
蓝色发光材料可以具有峰值在400-490nm范围内的光致发光光谱。
绿色发磷光材料可以具有峰值在大于490至560nm范围内的光致发光光谱。
黄色发磷光材料可以具有峰值在大于560至590nm范围内的光致发光光谱。
红色发磷光材料在其光致发光发射光谱内具有在大于590至750nm附近的峰。
示例性的磷光发光材料包括含有式(I)的取代或未取代的络合物的金属络合物。
ML1 qL2 rL3 s
(I)
其中M是金属;各L1,L2和L3是配位基团;q为正整数;r和s各自独立地为0或正整数;并且(a.q)+(b.r)+(c.s)的总和等于M上的可用配位点的数目,其中a是L1上的配位点数目,b是L2上的配位点数目,并且c是L3上的配位点数目。
重元素M引发强烈的自旋轨道耦合从而允许快速的系统间蹿跃(crossing)以及从三重态或更高态的发射。合适的重金属M包括d-区金属,特别是第2行和第3行中的那些金属,即39到48号元素和72到80号元素,特别是钌、铑、钯、铼、锇、铱、铂和金。特别优选铱。
示例性的配体L1、L2和L3包括碳或氮的给体,例如卟啉或式(II)的二齿配体:
其中Ar5和Ar6可以相同或不同,并且独立地选自取代或未取代的芳基或杂芳基;X1和Y1可以相同或不同,并且独立地选自碳或氮;并且Ar5和Ar6可以稠合在一起。其中X1是碳并且Y1是氮的配体为优选的,特别是其中Ar5为单环或仅为N和C原子的稠合杂芳族的配体,例如吡啶基或异喹啉,并且Ar6为单环或稠合芳族,例如苯基或萘基。
下面说明二齿配体的实例:
其中R1和R2各自独立地为取代基。
Ar5和Ar6各自可以独立地带有一个或多个取代基。这些取代基中的两个或更多个可以连接而形成环,例如芳环。
适合与d-区元素一起使用的另外配体L1、L2、L3包括二酮根(diketonate),特别是乙酰丙酮根(acac);三芳基膦和吡啶,其各自可以被取代。
式(I)的金属络合物可以是均配的(homoleptic)或混配的(heteroleptic)。均配的金属络合物可以仅包含式(II)的配体,其中所有配体是相同的。混配的配体可以仅包含式(II)的配体,其中式(X)的两个或更多个配体是不同的,或者可以包含一个或多个式(II)的配体以及一个或者多个另外的配体。
L1、L2和L3各自可以独立地是未取代的或者取代有一个或多个取代基。示例性的取代基包括C1-40羟基,例如C1-20烷基或取代有一个或多个C1-20烷基的芳基(例如苯基);氟或三氟甲基;C1-20烷氧基;咔唑,当用作发射材料时可以使用其来辅助向络合物的空穴传输;以及树突(dendron)。
氟或三氟甲基取代基可以蓝移金属络合物的发射。树突如烃基树突可以用于获得或者增强金属络合物的溶液加工性,例如WO 02/66552中所公开的。
一种发光的树枝状聚合物(dendrimer)包含发光核心,如式(I)的络合物,其取代有一个或多个树突,其中每个树突包含分支点和两个或更多个树枝状分支。优选地,树突至少部分地共轭,并且分支点和树枝状分支中的至少之一包含芳基或杂芳基基团,例如苯基基团。在一种设置中,分支点基团和分支基团都是苯基,并且每个苯基可独立地取代有一个或多个取代基,例如C1-20烷基或烷氧基。
树突可以具有任选取代的式(III)
其中BP表示用于连接到核心的分支点,并且G1代表第一代分支基团。
树突可以是第一、第二、第三或更高代树突。G1可以被两个或更多个第二代分支基团G2取代,如此继续,正如在任选取代的式(IIIa)中:
其中u为0或1;如果u为0则v为0,或者如果u为1则v可以是0或1;BP表示用于连接到核心的分支点,并且G1、G2和G3代表第一代、第二代和第三代树突分支基团。在一个优选实施方案中,BP和G1、G2…Gn各自为苯基,并且每个苯基BP、G1、G2…Gn-1为3,5-联结的苯基。
优选的树突是式(IIIb)的取代或未取代的树突:
其中*代表树突至核心的附着点。
BP和/或任何基团G可以取代有一个或多个取代基,例如一个或多个C1-20烷基或烷氧基基团。
可以按发光层的至少0.5重量%的量提供磷光发射体,任选地在1-50重量%的范围内,任选地在1-40重量%的范围内。
空穴传输的过渡金属络合物
示例性的空穴传输过渡金属络合物包括式(IV)的金属络合物:
M1L11 q1L21 r1L31 s1
(IV)
其中M1是选自元素39至48和72至80的金属,特别是钌、铑、钯、铼、锇、铱、铂和金。铱是优选的。
L11、L21和L31各自是配位基团;q1是正整数;r1和s1各自独立地是0或正整数;以及(a1.q1)+(b1.r1)+(c1.s1)的总和等于M上可用配位点的数目,其中a1是L11上的配位点的数目,b1是L21上的配位点的数目并且c1是L31上的配位点的数目。
优选地,L11、L21和L31各自分别选自L1、L2和L3,并且q1、r1和s1各自如关于式(I)的q、r和s所述。因此,空穴传输的过渡金属络合物和磷光材料可以都是过渡金属络合物,条件是空穴传输的过渡金属络合物具有比磷光材料更高的T1能级。空穴传输的过渡金属络合物可以是固有能发射蓝色磷光的材料(但其在本发明的器件中是非发射性的)并且磷光材料可以是绿色、红色和黄色磷光材料中的一种或多种。
可以按发光层中的等于或大于1重量%的量提供空穴传输的过渡金属络合物,任选地在1-40摩尔%的范围内。
主体材料
主体材料可以是聚合物或者非聚合的化合物。
磷光材料和空穴传输的过渡金属络合物可以各自与主体材料混合,或者磷光材料和空穴传输的过渡金属络合物中的一者或两者可以结合到主体材料。在主体材料是聚合物的情况下,磷光材料和/或空穴传输的过渡金属络合物可以被共价结合,作为:聚合物的侧链基团;聚合物的主链重复单元;或聚合物的封端基团。
在磷光材料和/或空穴传输的过渡金属络合物被提供作为侧基的情况下,可以直接将其结合到聚合物的主链或者通过间隔基团从主链间隔开。示例性的间隔基团包括C1-20烷基,芳基-C1-20烷基和C1-20烷氧基。
如果将磷光材料和/或空穴传输的过渡金属络合物键合到包含共轭重复单元的主体聚合物,那么其可被结合到所述聚合物使得在共轭重复单元和磷光材料和/或空穴传输的过渡金属络合物之间不存在共轭,或者使得在共轭重复单元和磷光材料和/或空穴传输的过渡金属络合物之间共轭程度是有限的。
主体材料优选地具有比磷光发射体的T1能级高至少0.05eV或至少0.1eV的T1能级。主体材料优选地具有比空穴传输的过渡金属络合物的T1能级低至少0.05eV或至少0.1eV的T1能级。
示例性的主体聚合物包括具有非共轭主链的聚合物,所述非共轭主链带有离开非共轭主链的电荷传输侧基,例如聚(9-乙烯基咔唑),以及在聚合物主链中包含共轭重复单元的聚合物。如果聚合物的主链包含共轭重复单元,那么可以限制聚合物主链中的重复单元之间的共轭程度以维持三线态能级足够高从而避免磷光发射的显著猝灭。
共轭聚合物的示例性重复单元包括:任选取代的单环和多环的亚芳基重复单元,其公开于例如Adv.Mater.200012(23)1737-1750,并且包括:1,2-亚苯基、1,3-亚苯基和1,4-亚苯基重复单元,其公开于J.Appl.Phys.1996,79,934;2,7-芴重复单元,其公开于EP0842208;茚并芴重复单元,其公开于例如Macromolecules2000,33(6),2016-2020;以及螺芴重复单元,其公开于例如EP 0707020。这些重复单元中的每一种是任选取代的。取代基的实例包括增溶基团如C1-20烷基或烷氧基;吸电子基团如氟、硝基或者氰基;以及用于提高聚合物的玻璃化转变温度(Tg)的取代基。
一类示例性的亚芳基重复单元是任选取代的芴重复单元,如式(V)的重复单元。
其中R9在每次出现时是相同的或不同的,并且是H或取代基,以及其中两个基团R9可以连接而形成环。
每个R9优选是取代基,并且每个R9可独立地选自如下:
-任选取代的烷基,任选地C1-20烷基,其中一个或多个不相邻的C原子可以被任选取代的芳基或杂芳基、O、S、取代的N、C=O或-COO-替换;
-任选取代的芳基或杂芳基;
-芳基或杂芳基的直链或支链,所述基团各自可以独立地被取代,例如式-(Ar6)r的基团,其中每个Ar6独立地选自芳基或杂芳基,r为至少2并且基团-(Ar6)r形成芳族或者杂芳族基团的直链或支链,例如3,5-二苯基苯,其中每个苯基可以取代有一个或多个C1-20烷基。
-可交联基团,例如包含双键的基团如乙烯基或者丙烯酸酯基团;或者苯并环丁烷基团。
在R9包括芳基或杂芳基环体系、或者芳基或杂芳基环体系的直链或支链的情况下,所述或者每个芳基或杂芳基环体系可以取代有一个或多个取代基R3,所述取代基R3选自:
烷基例如C1-20烷基,其中一个或多个不相邻的C原子可以被O、S、取代的N、C=O和-COO-替换,并且该烷基的一个或多个H原子可以被F或芳基或任选地取代有一个或多个基团R4的杂芳基替换,
NR5 2、OR5、SR5,以及
氟、硝基和氰基;
其中每个R4独立地为烷基,例如C1-20烷基,其中一个或多个不相邻的C原子可以被O、S、取代的N、C=O和-COO-替换,并且该烷基的一个或多个H原子可以被F替换,并且每个R5独立地选自C1-20烷基和芳基或任选地取代有一个或多个烷基的杂芳基。
芴单元的一个或多个芳族碳原子的任选取代基优选地选自:烷基,例如C1-20烷基,其中一个或多个不相邻的C原子可以被O、S、NH或取代的N、C=O和-COO-替换;任选取代的芳基;任选取代的杂芳基;烷氧基;烷硫基(alkylthio);氟;氰基和芳烷基。特别优选的取代基包括C1-20烷基和取代或未取代的芳基,例如苯基。所述芳基的任选取代基包括一个或多个C1-20烷基基团。
当存在时,取代的N在每次出现时可以独立地为NR6,其中R6是烷基;任选为C1-20烷基或者任选取代的芳基或杂芳基。芳基或杂芳基R6的任选取代基可以是C1-20烷基。
优选地,每个R9选自C1-40烃基(包括C1-20烷基)、未取代的苯基以及取代有一个或多个C1-20烷基基团的苯基。
如果作为聚合物的侧链提供磷光发射体,那么至少一个R9可以包含磷光发射体,所述磷光发射体要么直接结合到式(V)的芴单元的9位要么通过间隔基团从9位间隔开。
式(V)的重复单元可以是式(Va)的2,7-连接的重复单元。
式(V)的重复单元的共轭程度可能受如下的限制:(a)通过3-和/或6-位连接重复单元以限制跨重复单元的共轭程度,和/或(b)用一个或多个另外的取代基R9在与其连接位置邻近的一个或多个位置取代重复单元的芳族碳原子,以便以邻近的一个或多个重复单元产生扭曲,例如在3位和6位之一或两者带有C1-20烷基取代基的2,7-连接的芴。
另一类示例性的亚芳基重复单元是亚苯基重复单元,例如式(VI)的亚苯基重复单元:
其中w是0、1、2、3或4,任选地1或2,并且R10在每次出现时独立地是取代基,任选为上文关于式(V)所述的取代基R9,例如C1-20烷基和未取代的或者取代有一个或多个C1-20烷基基团的苯基。
式(VI)的重复单元可以是1,4-连接的、1,2-连接的、或者1,3-连接的。
如果式(VI)的重复单元是1,4-连接的并且如果v是0,那么式(VI)的重复单元与一个或两个相邻重复单元的共轭程度可以是相对较高的。
如果w至少是1,和/或重复单元是1,2-或1,3-连接的,那么式(VI)的重复单元与一个或两个相邻重复单元的共轭程度可以是相对较低的。在一种优选设置中,式(VI)的重复单元是1,3-连接的,并且w是0、1、2或3。在另一种优选设置中,式(VI)的重复单元具有式(VIa):
主体聚合物可以是具有高电子亲和性(1.8eV或更高,优选2eV或更高,更加优选2.2eV或更高)和高电离电位(5.8eV或更高)的电子传输主体。合适的电子传输基团包括公开于例如Shirota andKageyama,Chem.Rev.2007,107,953-1010中的基团。
三嗪类形成一类示例性的电子传输单元,例如通过(杂)芳基基团之一作为侧基连接的任选取代的二-或三-(杂)芳基三嗪。其它示例性的电子传输单元是嘧啶类和吡啶类;亚砜类和膦氧化物;苯甲酮类;和硼烷,它们各自可以是未取代的或者取代有一个或多个取代基,例如一个或多个C1-20烷基。
示例性的电子传输单元具有式(VII):
其中Ar4、Ar5和Ar6在每次出现时独立地选自芳基或杂芳基,它们各自可以独立地为未取代的或者取代有一个或多个取代基;z大于或等于1,任选为1、2或3;并且X在每次出现时为N或CR7,其中R7是H或取代基,优选为H或C1-10烷基。
在一个优选的实施方案中,所有3个基团X均为N并且Ar4、Ar5和Ar6各自为未取代或取代的苯基。
如果所有三个基团X均是CR7那么Ar4、Ar5和Ar6中至少一个优选为包含N的杂芳族基团。
Ar4、Ar5和Ar6中的任何一个可以独立地取代有一个或多个取代基。优选的取代基选自于由如下构成的组R11:
烷基,例如C1-20烷基,其中一个或多个不相邻的C原子可以被O、S、取代的N、C=O和-COO-替换,并且该烷基的一个或多个H原子可以被F或任选取代有一个或多个基团R4的杂芳基或芳基替换;
任选地取代有一个或多个基团R4的杂芳基或芳基;
NR5 2、OR5、SR5,
氟、硝基和氰基;
其中每个R4独立地为烷基,例如C1-20烷基,其中一个或多个不相邻的C原子可以被O、S、取代的N、C=O和-COO-替换,并且该烷基的一个或多个H原子可以被F替换,并且每个R5独立地选自C1-20烷基和任选地取代有一个或多个烷基的杂芳基或芳基。
当存在时,R11或R4中的取代的N在每次出现时可以独立地分别为NR6或CR6 2,其中R6是C1-20烷基或者任选取代的芳基或杂芳基。芳基或杂芳基R6的任选的取代基是C1-20烷基。
Ar4、Ar5和Ar6优选为苯基,其各自可以独立地是未取代的或者取代有一个或多个C1-20烷基。
可以作为通过聚合相应的单体形成的不同重复单元来提供电子传输单元。作为替代,电子传输重复单元ET单元可以形成较大重复单元的一部分,例如式(VIII)的重复单元:
其中CT代表共轭电荷传输基团;每个Ar3独立地代表未取代或者取代的芳基或杂芳基;q至少是1,任选为1、2或3;并且每个Sp独立地代表在Ar3和CT之间的共轭中形成中断的间隔基团。
Sp优选地是支化、线性或环状的C1-20烷基。
示例性的CT基团可以是上述式(VII)的单元。
Ar3优选地是未取代或取代的芳基,任选地是未取代或取代的苯基或芴。Ar3的任选取代基可以选自如上所述的R3,并且优选地选自一个或多个C1-20烷基取代基。
q优选为1。
电荷传输和电荷阻挡的层
可以在阳极和发光层之间提供空穴传输层。类似地,可以在阴极和发光层之间提供电子传输层。
类似地,可以在阳极和发光层之间提供电子阻挡层以及在阴极和发光层之间提供空穴阻挡层。可以将传输层和阻挡层结合使用。取决于其HOMO和LUMO能级,单一层可以不但传输空穴和电子之一而且阻挡空穴和电子中的另一个。
电荷传输层或电荷阻挡层可以是交联的,特别是如果从溶液沉积覆盖所述电荷传输或电荷阻挡层的层。用于该交联的可交联基团可以是包含活性双键如乙烯基或者丙烯酸酯基团的可交联基团,或者苯并环丁烷基团。
可以选择空穴传输层的HOMO能级以便在相邻层(例如发光层)的0.2eV之内,任选地在0.1eV之内,以便在这些层之间提供对于空穴传输的小势垒。
示例性的空穴传输材料可以是电子亲和性为2.9eV以及电离电位为5.8eV以下(优选为5.7eV以下)的材料。
任选地,本发明的器件具有包含空穴传输聚合物的空穴传输层,该空穴传输聚合物包含式(IX)的重复单元:
其中Ar8和Ar9在每次出现时独立地选自取代或未取代的芳基或杂芳基,g大于或等于1,优选为1或2,R13是H或者取代基,优选为取代基,并且c和d各自独立地为1、2或者3。
当g>1时在每次出现时可以相同或不同的R13优选地选自烷基(例如C1-20烷基)、Ar10、Ar10基团的支链或直链、或者直接结合到式(VIII)的N原子或通过间隔基团从其间隔开的可交联单元,其中Ar10在每次出现时独立地为任选取代的芳基或杂芳基。示例性的间隔基团是C1-20烷基、苯基和苯基-C1-20烷基。
在式(IX)的重复单元中Ar8、Ar9和Ar10(如果存在)中的任何一个可以通过直接键或二价连接原子或基团连接至Ar8、Ar9和Ar10中的另一个。优选的二价连接原子和基团包括O;S;取代的N;和取代的C。
Ar8、Ar9和Ar10(如果存在)中的任何一个可以取代有一个或多个取代基。示例性的取代基是取代基R10,其中每个R10可以独立地选自:
-取代或未取代的烷基,任选为C1-20烷基,其中一个或多个不相邻的C原子可以被任选取代的芳基或杂芳基、O、S、取代的N、C=O或-COO-替换,并且一个或多个H原子可以被F替换;以及
-直接连接到Ar8、Ar9或Ar10或者通过间隔基团从其间隔开的可交联基团,例如包含双键的基团如乙烯基或者丙烯酸酯基团;或者苯并环丁烷基团。
式(IV)的优选的重复单元具有式1-3:
在一种优选的设置中,R13是Ar10并且Ar8、Ar9和Ar10各自独立地并且任选地取代有一个或多个C1-20烷基。Ar8、Ar9和Ar10优选为苯基。
在另一种优选的设置中,连接至两个N原子的式1的中央Ar9基团为可以是未取代的或者取代有一个或多个取代基R10的多环芳香族基团。示例性的多环芳香族基团是萘、苝、蒽和芴。
在另一种优选的设置中,Ar8和Ar9是苯基,其各自可以取代有一个或多个C1-20烷基,并且R13是-(Ar10)r,其中r至少是2,并且其中基团-(Ar10)r形成芳族或杂芳族基团的直链或支链,例如3,5-二苯基苯,其中每个苯基可以取代有一个或多个C1-20烷基。在另一种优选的设置中,c、d和g各自是1并且Ar8和Ar9是通过氧原子连接而形成吩噁嗪环的苯基。
包含式(IX)重复单元的聚合物可以是均聚物或者是包含式(IX)的一个或多个重复单元和一个或多个其它共聚重复单元的共聚物。示例性的共聚重复单元是亚芳基共聚重复单元,例如上文所述的式(V)和(VI)的重复单元。包含式(IX)的一个或多个重复单元的共聚物可以含有10-80mol%、任选地20-50mol%的式(IX)的重复单元。
如果存在,那么位于发光层和阴极之间的电子传输层优选地具有约2.5-3.5eV的LUMO能级,其通过方波循环伏安法测得。例如,可以在离阴极最近的发光层与阴极之间提供一氧化硅或二氧化硅的层或者其它薄介电层。厚度在0.2-2nm的范围内。可以使用循环伏安法测量HOMO和LUMO能级。
电子传输层可以含有包含任选取代的亚芳基重复单元链例如芴重复单元链的聚合物。
如果在磷光发光层的邻近提供电荷传输层,那么该电荷传输层的材料的三线态能级优选地与磷光发光材料相同或高于磷光发光材料。
白色OLED
本发明的OLED可以例如发射白光。
发射的白光可以具有与黑体在2500-9000K范围内的温度下发射的光相当的CIE x坐标以及在所述黑体发射光的CIE y坐标的0.05或0.025之内的CIE y坐标,任选地具有与黑体在2700-4500K范围内的温度下发射的光相当的CIE x坐标。
可以通过来自下述的发射提供白光:磷光发射体,以及与磷光发射体的发射一起提供白光的一种或多种荧光或磷光材料。
发射白光的OLED可以具有发射白光的单一发光层,或者可以含有两个或更多个发光层,其中从所述两个或更多个层发出的光结合从而提供白光。
聚合物合成
制备共轭聚合物(例如上文所述的包含式(V)-(IX)中的一个或多个重复单元的聚合物)的优选方法包括“金属嵌插”,其中将金属络合物催化剂的金属原子插嵌在芳基或杂芳基与单体的离去基团之间。示例性的金属嵌插方法是如例如WO 00/53656中所述的Suzuki聚合,以及如例如以下文献中所述的Yamamoto聚合:T.Yamamoto,“Electrically Conducting And Thermally Stableπ-ConjugatedPoly(arylene)s Prepared by Organometallic Processes″,Progressin Polymer Science1993,17,1153-1205。在Yamamoto聚合的情形中,使用镍络合物催化剂;在Suzuki聚合的情形中,使用钯络合物催化剂。
例如,在通过Yamamoto聚合来合成线型聚合物中,使用具有两个反应性卤素基团的单体。类似地,根据Suzuki聚合方法,至少一个反应性基团是硼衍生物基团例如硼酸或硼酸酯,并且其它反应性基团是卤素。优选的卤素为氯、溴和碘,最优选溴。
因此将意识到本申请通篇所说明的重复单元可衍生自带有适当离去基团的单体。同样地,可通过适当离去基团的反应将端基或侧基连接到聚合物。
Suzuki聚合可以用来制备区域规则(regioregular)、嵌段和无规共聚物。具体地,当一个反应性基团为卤素而另一个反应性基团为硼衍生物基团时,可以制备均聚物或无规共聚物。作为替代,当第一单体的两个反应性基团均为硼而第二单体的两个反应性基团均为卤素时,可以制备嵌段或区域规则的共聚物。
作为卤根的替代,其它能参与金属嵌插的离去基团包括磺酸和磺酸酯例如甲苯磺酸酯(tosylate)、甲磺酸酯(mesylate)和三氟甲磺酸酯(triflate)。
空穴注入层
可以在OLED的阳极和发光层之间提供导电性空穴注入层(其可以由导电性有机材料或无机材料形成),以便改善从阳极向一层或多层半导体聚合物中的空穴注入。掺杂的有机空穴注入材料的实例包括任选取代的、掺杂的聚(乙烯二氧噻吩)(PEDT),尤其是用下列掺杂的PEDT:电荷平衡聚酸(polyacid),如EP 0901176和EP 0947123中所公开的聚苯乙烯磺酸酯(PSS)、聚丙烯酸或氟化磺酸,例如Nafion如US 5723873和US 5798170中公开的聚苯胺;和任选取代的聚噻吩或聚(噻吩并噻吩)。导电性无机材料的实例包括过渡金属氧化物,如VOx、MoOx和RuOx,其公开于Journal of Physics D:Applied Physics(1996),29(11),2750-2753。
阴极
阴极选自于具有允许电子注入到发光层内的功函数的材料。其它因素会影响阴极的选择,例如在阴极和发光材料之间的有害相互作用的可能性。阴极可以由单一材料例如铝层组成。作为替代,其可以包含多种金属,例如低功函数材料和高功函数材料的双层,例如在WO98/10621中公开的钙和铝。阴极可以包含单质钡的层,如WO 98/57381、Appl.Phys.Lett.2002,81(4),634和WO 02/84759中公开的。阴极可以包含处在OLED的一个或多个发光层与一层或多层导电材料的阴极层(例如一个或多个金属层)之间的金属化合物的薄层(至多5nm)。示例性的金属化合物包括碱金属或碱土金属的氧化物或氟化物,例如在WO 00/48258中公开的氟化锂;在Appl.Phys.Lett.2001,79(5),2001中公开的氟化钡;以及氧化钡。为了提供电子向器件内的高效注入,阴极优选地具有小于3.5eV、更优选地小于3.2eV、最优选地小于3eV的功函数。金属的功函数可以参见例如Michaelson,J.Appl.Phys.48(11),4729,1977。
阴极可以是不透明的或透明的。透明阴极对于有源矩阵器件是特别有利的,因为穿过此类器件中的透明阳极的发射光至少部分地被位于发光像素下方的驱动电路阻挡。透明阴极包含电子注入材料的层,该层足够薄以致是透明的。通常,该层的横向导电性由于其薄度(thinness)而将是低的。在这种情况下,电子注入材料层与透明导电材料(例如铟锡氧化物)的较厚层结合使用。
将理解的是,透明阴极器件不需要具有透明阳极(当然,除非需要完全透明的器件),并且因此可以用反射材料层例如铝层替换或补充用于底部发光器件的透明阳极。在例如GB 2348316中公开了透明阴极器件的实例。
包封
有机光电器件倾向于对水分和氧气敏感。因此,基底优选地具有用于防止水分和氧气侵入器件的良好阻隔性。基底通常是玻璃,然而可以使用替代性的基底,特别是在器件的柔性为期望的情况下。例如,基底可以包含一个或多个塑料层,例如交替的塑料和介质阻挡层的基底或者薄玻璃和塑料的层叠体。
可以用包封材料(未示出)包封器件以防止水分和氧气的侵入。合适的包封材料包括:玻璃片,具有合适的阻隔性质的膜,例如二氧化硅、一氧化硅、氮化硅或聚合物与电介质的交替叠层或者气密性容器。在透明阴极器件的情况下,可沉积透明包封层如一氧化硅或二氧化硅达到微米级的厚度,但是在一个优选的实施方案中,该层的厚度在20-300nm的范围内。用于吸收可能渗透穿过基底或包封材料的任何大气水分和/或氧气的吸收材料可被设置在基底和包封材料之间。
配制物加工
参照图1,发光层3可以由分散或溶解在溶剂中或者两种以上溶剂的混合物中的磷光发射体、空穴传输过渡金属络合物和主体材料的配制物形成。可以通过沉积所述配制物并蒸发溶剂而形成发光层3。组合物的所有组分可以溶解在所述溶剂或溶剂混合物中(在该种情况下配制物为溶液)或者一种或多种组分可以分散在所述溶剂或溶剂混合物中。单独使用或在溶剂混合物中使用的合适溶剂包括芳族化合物,优选为苯,其可以是未取代的或取代的。优选地,取代基选自卤素(优选为氯)、C1-10烷基和C1-10烷氧基。示例性的溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯和苯甲醚。
由配制物形成层的技术包括印刷和涂覆技术,例如旋涂、浸涂、辊筒印刷、丝网印刷、柔性版印刷、凹版印刷和喷墨印刷。
OLED的多个有机层(例如电荷传输层和发光层)可以通过沉积含有各自层的活性材料的配制物而形成。
在OLED形成期间,可以将该器件的一层交联以防止其部分地或者完全地溶解在用来沉积覆盖层的溶剂中。可被交联的层包括在通过溶液加工形成覆盖的发光层之前的空穴传输层,或者在通过溶液加工形成另一个覆盖的发光层之前的一个发光层的交联。
合适的可交联基团包括包含活性双键如乙烯基或丙烯酸酯基的基团;或者苯并环丁烷基团。当有待交联的层包含聚合物时,可以提供可交联基团作为该聚合物的重复单元的取代基。
涂覆方法例如旋涂特别适合于其中发光层的图案化为不必要的器件—例如用于照明应用或简单的单色分段显示器。
印刷方法例如喷墨印刷特别适合于高信息含量的显示器,特别是全色显示器。可通过如下方式来喷墨印刷器件:在第一电极上方提供图案化的层,和限定用于印刷一种颜色(单色器件的情况)或多种颜色(多色的情况,尤其是全色器件)的凹坑(well)。图案化的层典型地是被图案化以限定凹坑的光刻胶层,如例如EP 0880303中所述。
作为凹坑的替代,可将墨印刷到图案化的层内限定的沟道中。具体而言,可将光刻胶图案化以形成沟道,与凹坑不同之处在于所述沟道在多个像素上方延伸并且其在沟道末端处封闭或开放。
实施例
器件实施例1
制备具有如下结构的器件:
ITO/HIL/HTL/LEL/阴极
其中ITO是承载于玻璃基底上的45nm的铟锡氧化物阳极层,HIL是35nm的空穴注入层,HTL是22nm的空穴传输层以及LEL是100nm厚的发光层。
使用紫外线/臭氧清洁ITO。通过将可商购于Plextronics,Inc的空穴传输材料旋涂来形成HIL。通过将可交联空穴传输聚合物1在邻二甲苯中的0.6重量%溶液旋涂然后进行热交联而形成HTL。通过旋涂磷光聚合物1:空穴传输过渡金属络合物1的71:29重量比组合物的2.5重量%的邻二甲苯溶液而形成LEL。通过沉积第一层氟化钠至约2nm的厚度,然后沉积一层铝至约100nm的厚度,并且最后沉积一层银至约100nm的厚度而形成阴极。
以下说明的空穴传输过渡金属络合物1如US 7659010中所记载。
空穴传输聚合物1通过以下单体的如WO 00/53656中所述的Suzuki聚合而形成:
磷光聚合物1是通过如WO 00/53656中所述的Suzuki聚合而形成的嵌段共聚物。通过单体基团1的聚合而形成第一嵌段,并且通过添加单体基团2而形成第二嵌段。
单体基团1:
单体基团2:
磷光聚合物1具有拴接(tether)至聚合物侧链的磷光发射体。聚合物的主链重复单元形成电子传输主体材料。聚合物的主链单元形成具有约2.5eV的T1能级的主体。被拴接的磷光发射体的T1能级是约2.4eV。空穴传输的过渡金属络合物1具有约2.8eV的T1能级。
比较器件1
根据器件实施例1制备器件,不同之处在于使用比较性过渡金属络合物1代替空穴传输性过渡金属络合物1:
比较性过渡金属络合物1
比较性过渡金属络合物1具有与磷光发射体1相同的核心发光金属络合物。
比较器件2
根据器件实施例1制备器件,不同之处在于仅通过旋涂磷光聚合物1而形成发光层。
参照图4,器件实施例1的为实现给定亮度的驱动电压低于比较聚合物2(其中不存在向磷光聚合物1的添加剂)和比较聚合物1(其中添加剂与磷光聚合物1的磷光发射基团相同)两者。
参照图5,器件实施例1还显示出高于比较器件1或2的电流密度。
不希望受任何理论约束,据认为这种改善可归因于在包含空穴传输过渡金属络合物1的器件中改善的空穴传输。此外,认为空穴传输过渡金属络合物1相对较浅的LUMO(1.87eV,相比于磷光聚合物1的磷光金属络合物发射体的2.2eV)避免了任何显著的电子俘获。
来自空穴传输过渡金属络合物1的蓝色磷光记载于WO2004/101707中。然而,参照图6,器件实施例1以及比较器件1和2的电致发光光谱是非常相似的具有在约520nm处的峰值。CIE(x,y)坐标对于所有3种器件也是相似的,如表1中所示。这表明基本上所有的光是从磷光聚合物1(和/或比较金属络合物1,对于器件实施例1)射出。在光谱的蓝色区域中不存在任何光表明:该光表明没有或几乎没有光从空穴传输的过渡金属络合物1发射。
表1
器件 | CIE-x | CIE-y |
比较器件2 | 0.30 | 0.63 |
比较器件1 | 0.31 | 0.64 |
器件实施例1 | 0.29 | 0.65 |
虽然关于具体的示例性实施方案描述了本发明,然而应意识到在不偏离下列权利要求所述的本发明范围的情况下,本文所公开的特征的各种修改、改变和/或组合对本领域技术人员而言将是明显的。
Claims (20)
1.一种有机发光器件,所述器件包含阳极、阴极以及介于阳极和阴极之间的发光层,其中该发光层包含磷光发光材料和非发射性的过渡金属络合物,其中所述非发射性的过渡金属络合物的HOMO能级比所述磷光发光材料的HOMO能级更远离真空能级不多于0.2eV。
2.根据权利要求1的有机发光器件,其中所述非发射性的过渡金属络合物的最低三线态激发态能级低于或高于所述磷光发光材料的最低三线态激发态能级不超过2kT。
3.根据权利要求1的有机发光器件,其中所述非发射性的过渡金属络合物的最低三线态激发态能级等于所述磷光发光材料的最低三线态激发态能级。
4.根据权利要求1的有机发光器件,其中所述磷光发光材料是过渡金属络合物。
5.根据权利要求4的有机发光器件,其中磷光发光过渡金属络合物具有式(I):
ML1 qL2 rL3 s
(I)
其中M是金属;L1、L2和L3各自是配位基团;q是正整数;r和s各自独立地是0或正整数;以及(a.q)+(b.r)+(c.s)的总和等于M上的可用配位点的数目,其中a是L1上的配位点的数目,b是L2上的配位点的数目并且c是L3上的配位点的数目。
6.根据权利要求1的有机发光器件,其中非发射性过渡金属络合物具有式(IV):
M1L11 q1L21 r1L31 s1
(IV)
其中M1是选自39至48和72至80号元素的金属,并且L11、L21和L31各自是配位基团;q1是正整数;r1和s1各自独立地是0或正整数;以及(a1.q1)+(b1.r1)+(c1.s1)的总和等于M上的可用配位点的数目,其中a1是L11上的配位点的数目,b1是L21上的配位点的数目并且c1是L31上的配位点的数目。
7.根据权利要求1的有机发光器件,其中发光层包含主体材料。
8.根据权利要求7的有机发光器件,其中所述主体材料的HOMO能级比所述磷光发光材料的HOMO能级更远离真空至少0.4eV。
9.根据权利要求7或8的有机发光器件,其中所述主体是聚合物。
10.根据权利要求9的有机发光器件,其中所述主体具有至少部分共轭的主链。
11.根据权利要求9的有机发光器件,其中所述磷光发光材料共价结合至主体聚合物。
12.根据权利要求7的有机发光器件,其中所述主体材料的最低三线态激发态能级位于所述磷光发光材料和非发射性过渡金属络合物的最低三线态激发态能级之间。
13.根据权利要求1的有机发光器件,其中所述磷光发光材料形成所述发光层的0.5-10重量%。
14.根据权利要求1的有机发光器件,其中所述非发射性过渡金属络合物形成所述发光层的1-40重量%。
15.根据权利要求1的有机发光器件,其中在所述阳极和阴极之间提供空穴传输层。
16.一种包含磷光发光材料、主体材料和非发射性过渡金属络合物的组合物,其中所述非发射性的过渡金属络合物的HOMO能级比所述磷光发光材料的HOMO能级更远离真空能级不多于0.2eV。
17.包含根据权利要求16的组合物和至少一种溶剂的配制物。
18.形成根据权利要求1的有机发光器件的方法,该方法包括步骤:在阳极和阴极之一上方形成发光层,以及在发光层上方形成阳极和阴极中的另一个。
19.根据权利要求18的方法,其中通过如下方式形成发光层:沉积包含处在至少一种溶剂中的磷光发光材料和非发射性过渡金属络合物的配制物,并且蒸发所述至少一种溶剂。
20.根据权利要求19的方法,其中该配制物是如权利要求17所述的配制物。
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