CN104725373A - 磷光化合物、制备方法以及有机发光二极管器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磷光化合物，其结构式如下。本发明的磷光化合物三线态能级在2.80以上，作为磷光主体使用，三线态能级大于掺杂材料三线态能级2.7ev，没有能量逆转，得到高效磷光器件。本发明的具有高三线态能量的蓝色磷光化合物，并使用所述的蓝色磷光化合物作为有机发光二极管的发光层的主体，由此促进了发光层中的能量转移，并改进了有机发光二极管的蓝色发射效率和使用寿命。

Description

磷光化合物、制备方法以及有机发光二极管器件

技术领域

本发明属于有机电子发光材料领域，涉及一种磷光化合物和一种有机发光二极管(OLED)器件，更具体而言，涉及一种因高三线态能量和宽能带隙而具有提高发光效率的磷光化合物和一种使用该磷光化合物的OLED器件。

背景技术

近几年来，对有机电致发光器件进行了广泛研究和开发。在这种发光元件的基本结构中，含发光物质的层插在一对电极之间，通过施加电压到该元件上，可获得来自发光物质的光发射。

由于这种发光元件是自发光元件，因此它们相对于液晶显示器在高像素可见性和省去对背光需求的方面具有优势，由此被视为适合于平板显示元件。发光元件同样是高度优势的，因为它们是薄且重量轻的。非常高速的应答是这种元件的特征之一。

此外，由于可以以薄膜形式形成这种发光元件，因此可以提供平面光发射。因此，可容易地形成具有大面积的元件。这是难以采用以白炽灯和LED为代表的点光源或以荧光灯为代表的线性光源获得的特征。因此，发光元件还具有大的潜力作为可应用于照明的平面光源等。

通过有机化合物形成的激发态可以是单线态或三线态。来自单线态激发态(S^＊)的发射是荧光，而来自三线态激发态(T^＊)的发射被称为磷光。另外，认为发光元件内其统计生成比为S^＊∶T^＊＝1∶3。在将单线态激发态的能量转变为光发射的化合物中，在室温下没有观察到来自三线态激发态的发射，而仅仅观察到来自单线态激发态的发射。因此，认为使用荧光化合物的发光元件的内两字效率具有25％的理论极限，基于为1∶3的S^＊与T^＊之比。因此有机电致磷光材料是近来受人瞩目的一类材料，是具有高的发光效率和发光亮度的有机电致发光材 料，它通过引入重金属原子的方法，利用了室温下原本禁阻的三重态跃迁，从而使内部量子效率理论能够达到100％，是单一荧光材料的4倍(1、Cao Y.，Parker I.D.，Heeger J.，Nature，1999，397：414-417.2、Wohlgenann M.，et al.Nature，2001，409：494-497.)。有机电致磷光材料常用的重金属原子多为过渡金属，其中以铱的应用最广、研究最为详细，这是因为金属铱配合物具有高的效率、室温下较强的磷光发射以及可以通过配体结构的调整而调节发光波长使电致发光器件的颜色覆盖整个可见光区。因此设计研究合成新型高效的金属铱配合物，对开发磷光材料具有重大意义。

但是，掺杂剂的效率因猝灭现象剧烈降低，因而对于不具有主体的掺杂剂的发光层存在限制。因此，期望的是，通过掺杂剂和具有更高热稳定性和三线态能量的主体来形成发光材料层。

在包含磷光化合物的OLED器件中，来自阳极的空穴和来自阴极的电子在发光材料层的主体处结合。发生主体的单线态激子向掺杂剂的单线态或三线态能级的能级跃迁，并发生来自主体的三线态激子向掺杂剂的三线态能级的能级跃迁。跃迁至掺杂剂的单线态能级的激子再次跃迁至掺杂剂的三线态能级。掺杂剂的三线态能级的激子跃迁至基态，使发光层发光。

为实现跃迁至掺杂剂的高效能级跃迁，主体的三线态能量应该大于掺杂剂的三线态能量。当主体的三线态能级小于掺杂剂的三线态能量时，发生由掺杂剂至主体能量的反跃迁，使发光效率降低。

广泛应用于主体的CBP具有2.6eV的三线态能级，约有-6.3eV的最高能级，和约-2.8eV的最低能级。因此利用三线态能级2.8eV，最高能级-5.8eV和最低能级-3.0eV的蓝光掺杂剂FCNIr，会发生掺杂剂至主体的能级反跃迁，使发光效率降低。特别是，发光效率降低的发生在低温条件下更显著。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种磷光化合物，所述的磷光化合物具有高的三线态能量和宽 的能带隙。

本发明的另一个目的是提供一种具有提高的发光效率的OLED。

本发明的磷光化合物，其结构式如下：

其中，A、B、C中只有一个是杂原子N，其它为C原子；

1、2、3、4中只有一个是杂原子N，其它为C原子；

Ar为C6-30的取代或未取的芳基、杂芳基或稠环芳基。

5、6、7、8表示I咔唑啉环与II咔唑环上C原子偶联的位置。

所述Ar为下列结构式：

优选：Ar为苯基，萘基，苯基取代的苯基或萘基，杂芳基或稠环芳基。

优选：I咔唑啉环与II咔唑环连接于6或7的位置，

优选：

其中，Ar为苯基。

优选A或B为N原子。

上述磷光化合物的合成方法，将I咔唑啉环、II咔唑环分别制备成溴代物、硼酸或硼酸酯，通过SUZUKI偶联反应键接在一起。

所述I咔唑啉环溴代物采用如下方法制得：I咔唑啉与溴代吡啶反应生成N原子取代咔唑啉，然后再经NBS溴代而得到。 

一种有机发光二极管器件，包括：第一电极；与所述的第一电极相对的第二电极；发光层在第一电极和第二电极之间，所述的发光层包含上述磷光化合物。

所述发光层材料包括主体和掺杂体，所述磷光化合物作为主体材料。

所述磷光化合物作为蓝色磷光主体材料。

在本发明的化合物的通式中A、B、C三个位置是氮原子所在位置，分别构成的结构是2-吡啶，3-吡啶，4-吡啶。

I咔唑环的1，2，3，4位是氮原子，分别构成了咔唑啉的4个同分异构体：

II咔唑环的5，6，7，8位是两个环偶联的位置。

本发明的磷光化合物三线态能级在2.80以上，作为磷光主体使用，三线态能级大于掺杂 材料三线态能级2.7ev，没有能量逆转，得到高效磷光器件。

本发明的具有高三线态能量的蓝色磷光化合物，并使用所述的蓝色磷光化合物作为有机发光二极管的发光层的主体，由此促进了发光层中的能量转移，并改进了有机发光二极管的蓝色发射效率和使用寿命。

附图说明

图1为实施例1的D结构的核磁图，

图2为图1中的局部放大图，

图3为实施例1中化合物1的核磁图，

图4为实施例3中A结构核磁

图5为实施例4中A结构核磁

具体实施方式

本发明提供一种新型磷光材料，为使本发明的目的、技术方案、效果更加清晰、完备，以下是对本发明的进一步详细说明。应当理解，此处的实施例只用来解释本发明，并不限制本发明，所有符合本发明范围的都在保护之内。下面涉及到的化合物A、B、E根据文献报道来合成(Chem.Commun.，2013，49，5948--5950)，得到结构用核磁确认。

实施例1、第一主体的制备

中间体C的合成：

0.1mol A，0.2mol B，叔丁醇钠0.2mol，0.002mol醋酸钯分别加入2L四口瓶，1L甲苯加入2L四口瓶，搅拌，充氮气30分钟，加入1ML(50％甲苯溶液)三叔丁基膦，加热回流4小时，冷却、过滤得到母液。浓缩母液，得到浅黄色固体。质谱(ESI，245.3)

中间体D的合成：

0.1molC溶于300ML DMF，50度全溶解，滴加0.1mol NBS，随着滴加，逐渐析出灰白色固体。N BS滴完，搅拌过夜，冷却过滤，得到灰白色固体。检测见核磁谱图1，局部放大图见图2。

化合物1的合成：

0.1mol D、0.1mol E加入2L四口瓶，加入甲苯400ML、乙醇200ML、水200ML，搅拌，分批加入碳酸钾0.2mol，充氮气30分钟，加入乙酸钯0.5G，三叔丁基膦(50％甲苯溶液)1ML，回流过夜。冷却，过滤，得到浅黄色固体，质谱检测486.5(MODI-TOF)

(HNMR(CDCl3，8.73，1H，8.45，3H，8.35-8.40，3H，7.99，1H，7.90，1H，7.75-7.78，1H，7.62-7.64，4H，7.4-7.5，4H，7.42，3H)见图2。

实施例2：第二主体的制备

化合物2的合成：

0.1mol D、0.1molE2加入过1L四口瓶，加入甲苯400ML、乙醇200ML、水200ML，搅拌，分批加入碳酸钾0.2mol，充氮气30分钟，加入乙酸钯0.5G，三叔丁基膦1ML，回流过夜。冷却，过滤，得到浅黄色固体，质朴检测486.5(MODI-TOF)

核磁

HNMR(CDCl3，8.74，1H，8.46，3H，8.36-8.41，3H，7.98，1H，7.91，1H，7.77-7.79，1H，7.65-7.67，4H，7.5-7.6，4H，7.47，3H)。

实施例3、第三主体合成

将δ-咔唑啉替代化合物1的α-咔唑啉，得到化合物3。

其中A3的核磁图见图4。

核磁

HNMR(CDCl3，8.77，1H，8.48，3H，8.38-8.42，3H，7.99，1H，7.92，1H，7.75-7.78，1H，7.63-7.67，4H，7.4-7.5，4H，7.42，3H)

实施例4、

按照化合物1，2的合成工艺，很容易得到化合物4。

其中A4的核磁图见图5

核磁

HNMR(CDCl3，8.71，1H，8.42，3H，8.35-8.41，3H，7.99，1H，7.92，1H，7.71-7.74，1H，7.62-7.64，4H，7.4-7.5，4H，7.29，3H)。

实施例5

测定根据本发明实施方法的由上述合成例制备的第一至第四主体材料以及由以下化学式表示的比较例的材料在低温(例如，77K)下的紫外吸收光谱和光致发光光谱，其显示结果在下面表中。

表1：

从表1可以看出，主体二到主体四三线态都高于2.92ev，可以满足蓝色磷光材料主体的要求。

以下描述使用由上述的第一和第二主体材料所形成的蓝色磷光化合物以及比较例的材料作为蓝色主体的有机发光二极管性能测试。

实施例6

对ITO基板进行图案化，使其发光面积3mm×3mm，然后进行清洗。将ITO基板放入真空室中后，使底压为1X10^-6托。然后，在用于形成阳极的ITO上，形成厚度为约50埃的HATCN用于空穴注入层，形成厚度为约550埃的NPD用于空穴传输层，形成厚度为约100埃的TAPC用于空穴注入层，形成厚度为约300埃的第一主体材料和掺杂浓度为约15％的FCNIr用于发光层。然后，形成厚度为400埃的TmPyPb用于电子输送层，形成厚度为约5埃的LiF用于电子注入层，并形成1100埃的Al层阴极。然后，使用UV固化性封装剂和吸湿剂进行封装工序，形成发光二极管。

实施例7

采用与上述相同的制造工艺，制造有机发光二极管，唯一不同的是采用第二主体作为发光主体。

比较例

采用与制造例1相同的工艺，制造有机发光二极管，唯一不同的是采用比较例主体作为发光主体。

表2

如表2所示，可以确认，与比较例相比，根据实施例1、2制造的有机发光二极管在显示相同水平的色坐标时，显示出发光效率、量子效率和使用寿命的改进。特别是，极大提高了有机发光二极管的使用寿命。

如上所述，本发明的具有高三线态能量的蓝色磷光化合物，并使用所述的蓝色磷光化合物作为有机发光二极管的发光层的主体，由此促进了发光层中的能量转移，并改进了有机发光二极管的蓝色发射效率和使用寿命。

尽管本发明的实施方式已经通过参考其众多的描述实施方式进行说明，不过应当理解，本领域的技术人员可以设计将落入本申请公开原理的范围之内的许多其他的改进和实施方式。更具体而言，各种变化和改进在本公开、附图和所附权利要求的范围之内的主题组合排列的构成部分和/或排列方面是可能的。除了构成部分和/或排列方面的变化和改进，替换性应用对于本领域的技术人员来说也将是显而易见的。

Claims (10)

1.磷光化合物，其结构式如下：

其中，A、B、C中只有一个是杂原子N，其它为C原子；

1、2、3、4中只有一个是杂原子N，其它为C原子；

Ar为C6-30的取代或未取的芳基、杂芳基或稠环芳基。

5、6、7、8表示I咔唑啉环与II咔唑环上C原子偶联的位置。

2.根据权利要求1所述的磷光化合物，所述Ar为下列结构式：

3.根据权利要求2所述的磷光化合物，其中Ar为苯基，萘基，苯基取代的苯基或萘基，杂芳基或稠环芳基。

4.根据权利要求3所述的磷光化合物，所述I咔唑啉环与II咔唑环连接于6或7的位置。

5.根据权利要求4所述的磷光化合物，其结构式如下：

其中，Ar为苯基。

6.权利要求1-5任一所述磷光化合物的合成方法，将I咔唑啉环、II咔唑环分别制备成溴代物、硼酸或硼酸酯，通过S UZU KI偶联反应键接在一起。

7.根据权利要求6所述的合成方法，所述I咔唑啉环溴代物采用如下方法制得：I咔唑啉与溴代吡啶反应生成N原子取代咔唑啉，然后再经NBS溴代而得到。

8.一种有机发光二极管器件，包括：第一电极；与所述的第一电极相对的第二电极；发光层在第一电极和第二电极之间，所述的发光层包含权利要求1-5任一磷光化合物。

9.根据权利要求8所述的有机发光二极管器件，所述发光层的材料包括主体和掺杂体，所述磷光化合物作为主体材料。

10.根据权利要求8所述的有机发光二极管器件，所述磷光化合物作为蓝色磷光主体材料。