CN106632498A - 含铱配合物的深蓝色磷光材料与应用 - Google Patents

含铱配合物的深蓝色磷光材料与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含铱配合物的磷光材料及应用，该磷光材料的结构通式如式I‑1所示，本发明提供的磷光材料具有好的成膜性能和较短磷光寿命，同时具有发光效率高、热稳定性和高色纯度，具有重要的应用价值。

Description

含铱配合物的深蓝色磷光材料与应用
技术领域
本发明属于有机电致发光显示技术领域，涉及一种含铱配合物的深蓝色磷光材料与应用。
背景技术
有机电致发光(简称EL)，是一种由电能激发有机材料而发光的现象。早在1963年，美国纽约大学的M.Pope等人首先发现了有机化合物单晶蒽的电致发光现象。1987年，美国的柯达公司的邓青云博士(C.W.Tang)利用有机电致发光的原理，用8-羟基喹啉铝(Alq3)为发光层，真空蒸镀制成了低驱动电压(约10V)、高效率(1.5lm/W)、高亮度(1000cd/m 2)的多层式结构有机发光器件(Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)。
根据所使用的有机材料的不同，OLED器件单元可分为小分子器件和高分子器件两种，其中小分子器件常常具有多层夹心结构，每层分别承担不同的功能，如空穴传输层负责传输空穴，发光层负责发光，电子传输层负责传输电子等，保证各个功能层之间相互匹配，是获得性能优良的小分子器件的重要条件。发光机制的不同，小分子器件又可分为荧光器件和磷光器件两种。由于电子和空穴从电极注入时，具有随机性，因此当电子和空穴在有机发光分子中再结合后，会因电子自旋对称方式的不同，产生两种激发态，一种是“非自旋对称”的单重激发态，由单重激发态跃迁回基态的发光现象为荧光发光，另一种是“自旋对称”的三重激发态，由三重激发态跃迁回基态的发光现象为磷光发光。
有机电致发光材料分为两大类：有机电致荧光材料和有机电致磷光材料，其中有机电致荧光是单重态激子辐射失活的结果，与光致发光不同，在有机电致发光过程中，三线态激子和单线态激子是同时生成的。通常单线态激子和三线态激子的生成比例是1：3，而根据量子统计的禁计的禁阻效应，三线态激子主要发生非辐射衰减，对发光贡献极小，只有单线态激子辐射发光，因此，对有机/聚合物电荧光器件来说，发光效率难以提高的根本原因在于发光过程为单线态激子的发光。
在有机发光器件研究的早期，人们即提出了三线态发光的设想，Forrest小组用八乙基卟啉铂掺杂在小分子主体材料八羟基喹啉铝中制成了红色电致磷光发光器件，外量子效率达到4％，至此，电致磷光的研究开始得到学术界极大的关注，并在随后的几年里有机电致磷光研究得到了迅速发展。其中铱配合物因其三线态寿命较短，具有较好的发光性能，是开发得最多也是应用前景最好的一种磷光材料，由于磷光材料在固体中有较强的三线态猝灭，一般都是用铱配合物作为掺杂客体材料，用较宽带隙的材料作掺杂主体材料，通过能量转移或直接将激子陷在客体上发光获得高发光效率。如：已知的作为三原色(RGB)的(acac)Ir(btp)2、Ir(ppy)3和Firpic等，Baldo等，Appl.Phys.Lett.,Vol 75,No.1,4,1999；WO 00/70655；WO 02/7492；韩国公开专利2004-14346。
有机电致绿色磷光材料是研究的最早，也是发展最成熟的一类材料。2004年Hino＝等用旋涂的方式制作了磷光器件，外量子效率最大为29cd/A，这种简单器件结构实现的高效率可归因于材料良好的成膜性和主体到客体材料的能量转移。Adachi等将(ppy)2Ir(acac)掺杂到TAZ中，以HMTPD作为空穴传输层，获得了最大外量子效率为20％，能量效率为65lm/W的绿光器件，经计算，其内量子效率几乎接近100％，三线态激子和单线态激子同时得到利用。但是迄今为止报道了一些用于红色发光物质或绿色发光物质的优异的常规铱络合物，铱络合物作为蓝色发光物质还很少，因为这些化合物与其他发光物质相比寿命相当短，其技术水平仍在大规模生产的初级阶段。具体地说，蓝色磷光剂大规模生产的可能性非常低，除非开发出一种能使蓝色磷光剂表现出最佳性能的主体。
总而言之，目前用于OLED显示技术中的蓝光金属铱磷光配合物无法同时满足高色纯度和高发光效率的要求，新型配体的开发应用是解决这一问题的有效途径。
发明内容
本发明的目的是提一种高色纯度和发光效率含铱配合物的磷光材料。
为了解决上述问题，本发明采用技术方案是这样的，一种含铱配合物的磷光材料，该磷光材料为如式I-1所示的化合物：
其中，R1选自氢原子、氰基，硝基，氟和三氟甲基中的任意一种；
M选自金属铱原子；
Ar1、Ar2和Ar3分别选自取代的或未取代的C6-C10芳基、取代的或未取代的C6-C10杂环芳基中的任意一种。
优选地，取代的或未取代的芳基中，芳基选自苯基；取代的或未取代的杂环芳基中，杂环芳基选自吡啶。
取代的C6-C10芳基或取代的C6-C10杂环芳基中，取代基选自甲基，异丙基，氰基，苯基，磺基，卤代甲基或卤素。
式I-1的化合物具体结构式为：
本发明还提供了一种有机电致发光器件，由下至上依次由透明基片、阳极层、空穴注入层、空穴传输层、有机发光层、电子传输层和阴极层组成；其中，所述有机发光层的材料上述的磷光材料和主体材料构成；磷光材料与主体材料质量比为1-10:100；所述的主体材料为式m-CBP,m-NBP或TDATA所示的化合物：
其中，透明基片为玻璃柔性基片；
构成阳极层材料为无机材料或有机导电聚合物；所述无机材料为氧化锆锡、氧化锆、氧化锡锆、白金、锆或锌；所述有机导电聚合物选自聚噻吩、聚苯乙烯撑和聚(噻吩[3，2-b]吡咯)中的至少一种。
构成空穴注入层的材料为CBP，所述CBP的结构式如式ⅰ下：
构成所述空穴传输层的材料为NPB；NPB的结构式如式ⅱ所示：
构成电子传输层的材料为式Alac3、Liq或BPPy所示的化合物：
优选地，磷光材料与主体材料质量比为5:100。
所述空穴注入层的厚度为30-40nm，优选为35nm，所述空穴传输层的厚度为5-15nm，优选为10nm；所述有机发光层的厚度为20-80nm，优选为40nm；所述电子传输层的厚度为10-30nm，优选为20nm；所述阴极层的厚度为80-100nm，优选为90nm。
有益效果：
1、本发明提供一种与常规的蓝色磷光材料相比概念完全不同的蓝色磷光材料，即以芳香族-咪唑-芳香族为核心的三归化结构铱(III)络合物，再以金属铱为中心构成推电子-吸电子-推电子的特效结构，与常规蓝色磷光材料相比，本发明的蓝色磷光材料具有更优异的寿命从而有利于普通使用、并且即使在低掺杂浓度下仍具有高效发光特性的磷光化合物。
2、本发明提供的蓝色磷光材料具有成膜性能优异，发光效率高等特点，而且原料易得，制备简便，总体收率高，大大降低的磷光材料的成本。
3、3、本发明并提供有机电致发光器件，采用了本发明所述的蓝色磷光材料作为发光掺杂剂，发光效率更高。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。所述方法如无特别说明均为常规方法、所用原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
本发明提供的式I-1所示化合物，其制备方法可按如下反应式制备而得：
其中，AB＝NaF，NaNO2,，NaCN，NaCF3，KF，KNO2,，KCN或KCF3。
实施例1化合物JGF-31的制备方法
1)称取4.5g 7-吡啶-6(5H)-菲啶酮溶于100mL甲苯后，加入到三口瓶之中，温度降至0～5度之后，缓慢加入五氯化磷5.7g，加入完毕温度回升至100度，反应时间为12小时，待反应完毕，温度降至室温，加入饱和碳酸钠水溶液进行萃取，减压蒸馏有机溶剂得到G-3化合物4.0g，收率为97％。
2)称取4.0g G-3与1.7g硝酸钠溶于150mL四氢呋喃后，加入到三口瓶之中，温度升至35度反应6小时，待反应完毕，温度降至室温，缓慢加入1.0g硼氢化钠反应时间为8小时，待反应完毕减压蒸馏有机溶剂，加入二氯甲烷与水进行萃取，得到减压蒸馏有机溶剂得到G-4化合物3.2g，收率为89％。
3)称取3.2g G-4与3.9g 2-溴-1-(4-吡啶)乙酮溶于100mL N,N-二甲基甲酰胺后，加入到三口瓶之中，温度升至145度反应24小时，待反应完毕，温度降至室温缓慢加入0.44mL溴水溶液反应时间为4小时，待反应完毕加入过量蒸馏水，过滤，干燥得到G-5化合物5.4g，收率为88％。
4)称取5.4g G-5与1.2g氟化钾溶于50mL N,N-二甲基甲酰胺后，加入到三口瓶之中，温度降至145度反应时间为24小时，待反应完毕，加入过量蒸馏水，过滤，干燥，得到G-6化合物3.8g，收率为84％。
5)称取3.8g G-6与1.2g三乙酰丙酮铱溶于2-丙三醇15ml后，加入到三口瓶中，加入完毕后升温至220℃，整个滴加反应温度保持在220度～240度，继续反应36小时，待反应完毕，降温至室温加入二氯甲烷和水进行萃取，减压蒸馏有机溶剂用丙酮重结晶得到JGF-31化合物1.7g，收率为63％。
(1)JGF-31：1HNMR(δ、CDCl3)：7.81～7.82(m,3H)，7.89-7.90(m,3H),8.02-8.16(m,9H)，8.61(m,3H),8.75(m,6H),8.86(s,3H),9.56(s,3H)。
(2)证实反应得到的物质确实是化合物JGF-31；
(3)玻璃化温度(DSC)：196.6；
(4)UV最大吸收波长(DCM)：308nm,316nm；
(5)磷光发射波长(DCM)：442nm。
实施例2化合物JGF-32的制备方法
1)称取4.8g 9-氟-6(5H)-菲啶酮溶于100mL甲苯后，加入到三口瓶之中，温度降至0～5度之后，缓慢加入五氯化磷5.6g，加入完毕温度回升至100度，反应时间为12小时，待反应完毕，温度降至室温，加入饱和碳酸钠水溶液进行萃取，减压蒸馏有机溶剂得到G-1化合物5.0g，收率为96％。
2)称取5.0g G-1与1.5g硝酸钠溶于150mL四氢呋喃后，加入到三口瓶之中，温度升至35度反应5小时，待反应完毕，温度降至室温，缓慢加入0.8g硼氢化钠反应时间为6小时，待反应完毕减压蒸馏有机溶剂，加入二氯甲烷与水进行萃取，得到减压蒸馏有机溶剂得到G-2化合物4.0g，收率为88％。
3)称取4.0g G-2与4.1g 2-溴-1-(4-氟苯)乙酮溶于100mL N,N-二甲基甲酰胺后，加入到三口瓶之中，温度升至145度反应24小时，待反应完毕，温度降至室温缓慢加入0.46mL溴水溶液反应时间为3小时，待反应完毕加入过量蒸馏水，过滤，干燥得到G-3化合物6.6g，收率为86％。
4)称取6.6g G-3与氟化钠溶于50mL N,N-二甲基甲酰胺后，加入到三口瓶之中，温度降至145度反应时间为24小时，待反应完毕，加入过量蒸馏水，过滤，干燥，得到G-4化合物5.0g，收率为89％。
5)称取5.0g G-4与1.4g三乙酰丙酮铱溶于2-丙三醇15ml后，加入到三口瓶中，加入完毕后升温至220℃，整个滴加反应温度保持在220度～240度，继续反应36小时，待反应完毕，降温至室温加入二氯甲烷和水进行萃取，减压蒸馏有机溶剂用丙酮重结晶得到JGF-32化合物2.4g，收率为69％。
(1)JGF-32：1HNMR(δ、CDCl3)：7.11(s,3H),7.26～7.38(m 6H)，7.42(s,3H)，7.62～7.63(m,3H)，7.75～7.76(m,3H)，8.09-8.10(m,3H),8.16-8.17(m,6H),8.61-8.62(m,3H)。
(2)证实反应得到的物质确实是化合物JGF-32；
(3)玻璃化温度(DSC)：164.5；
(4)UV最大吸收波长(DCM)：306nm,314nm；
(5)磷光发射波长(DCM)：431nm。
实施例3
一种有机电致发光器件，由下至上依次由透明基片、阳极层、空穴注入层、空穴传输层、有机发光层、电子传输层和阴极层组成；
其中，透明基片为玻璃柔性基片；
构成阳极层材料为氧化锆锡；
构成空穴注入层的材料为CBP，所述CBP的结构式如式ⅰ下，
所述空穴注入层的厚度为35nm：
构成所述空穴传输层的材料为NPB；NPB的结构式如式ⅱ所示：
所述空穴传输层的厚度10nm；
有机发光层的材料由实施例2所得的化合物JGF-32和化合物TDATA构成，两者的质量比为5:100；
有机发光层的厚度为40nm
构成电子传输层的材料为式Liq所示的化合物：
所述电子传输层的厚度为20nm；
构成阴极层的材料为镁/银合金层，所述阴极层的厚度为90nm
具体的制备方法包括如下步骤：
1)将涂布了ITO导电层的玻璃基片在清洗剂中超声处理60分钟，在去离子水中冲洗，在丙酮/乙醇混合溶剂中超声30分钟，在洁净的环境下烘烤至完全干燥，用紫外光清洗机照射20分钟，并用低能阳离子束轰击表面。
2)把上述处理好的ITO玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-5～8×10-3Pa，在阳极层上继续分别蒸镀化合物CBP作为空穴注入层，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀膜厚为35nm；
3)在上述空穴注入层上继续蒸镀化合物NPB为空穴传输层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为10nm；
4)在空穴传输层上继续蒸镀一层实施例2所得化合物JGF-32和化合物mCBP作为器件的发光层，化合物JGF-32与mCBP的蒸镀速率比为1：100，化合物JGF-32的用量为mCBP质量的5％，蒸镀速率为0.2nm/s，蒸镀所得有机发光层的膜厚为40nm；
5)在有机发光层上继续蒸镀一层化合物Liq作为器件的电子传输层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为20nm；
6)在电子传输层之上依次蒸镀镁/银合金层作为器件的阴极层，其中镁/银合金层的蒸镀速率为1.0～2.0nm/s，蒸镀膜厚为90nm，镁和银的质量比为1：9，得到本发明提供的器件OLED-1。
按照与上相同的步骤，仅将步骤4)所用JGF-32替换为化合物JGF-44，得到本发明提供的OLED-2；
所得器件OLED-1至OLED-4的性能检测结果如表1所示。
尽管结合优选实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，应当理解，在本发明构思的引导下，本领域技术人员可进行各种修改和改进，所附权利要求概括了本发明的范围。

Claims (10)

1.一种含铱配合物的磷光材料，其特征在于，该磷光材料为如式I-1所示的化合物，
其中，R1选自氢原子，氰基，硝基，氟和三氟甲基中的任意一种；
M选自金属铱原子；
Ar1、Ar2和Ar3分别选自取代的或未取代的C6-C10芳基、取代的或未取代的C6-C10杂环芳基中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的磷光材料，其特征在于，取代的或未取代的芳基中，芳基选自苯基。
3.根据权利要求1所述的磷光材料，其特征在于，取代的或未取代的杂环芳基中，杂环芳基选自吡啶。
4.根据权利要求1-3任意权利要求所述的的磷光材料，其特征在于，取代的C6-C10芳基或取代的C6-C10杂环芳基中，取代基选自甲基，氰基，磺基，卤代甲基或卤素。
5.根据权利要求4所述的所述的磷光材料，其特征在于，式I-1的化合物具体结构式为：
6.一种有机电致发光器件，其特征在于，由下至上依次由透明基片、阳极层、空穴注入层、空穴传输层、有机发光层、电子传输层和阴极层组成；其中，所述有机发光层的材料由权利要求5所述的磷光材料和主体材料构成；磷光材料与主体材料质量比为1-10:100；所述的主体材料为式m-CBP,m-NBP或TDATA所示的化合物：
7.根据权利要求6所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，透明基片为玻璃柔性基片；
构成阳极层材料为无机材料或有机导电聚合物；所述无机材料为氧化锆锡、氧化锆、氧化锡锆、白金、锆或锌；所述有机导电聚合物选自聚噻吩、聚苯乙烯撑和聚(噻吩[3，2-b]吡咯)中的至少一种。
构成空穴注入层的材料为CBP，所述CBP的结构式如式ⅰ下：
构成所述空穴传输层的材料为NPB；NPB的结构式如式ⅱ所示：
构成电子传输层的材料为式Alac3、Liq或BPPy所示的化合物：
8.根据权利要求6所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，磷光材料与主体材料质量比为5:100。
9.根据权利要求6所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴注入层的厚度为30-40nm，所述空穴传输层的厚度为5-15nm，所述有机发光层的厚度为20-80nm，所述电子传输层的厚度为10-30nm；所述阴极层的厚度为80-100nm。
10.根据权利要求9所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴注入层的厚度为35nm；所述空穴传输层的厚度为10nm；所述有机发光层的厚度为40nm；所述电子传输层的厚度为20nm；所述阴极层的厚度为90nm。
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