CN109988155A - 一种磷光主体化合物及其使用该化合物的有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磷光主体化合物和其使用该化合物的有机电致发光器件。一种磷光主体化合物，其结构式如I所示，其结构式如式I所示，上述的结构式I中，X为O或S，Z独立地选自以下结构：其中，Ar独立地选自C6‑C30芳基、C2‑C30杂芳基中的一种。本发明使用I所示的化学式作为有机发光二极管器件(有机电致发光器件)的发光层的主体材料，具有优异的色纯度和亮度以及延长的耐久性效果。

Description

一种磷光主体化合物及其使用该化合物的有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及一种磷光主体化合物及其使用该化合物的有机电致发光器件，更具体而言，涉及一种具有优异的色纯度和高亮度及发光效率的可溶的磷光主体化合物以及使用该化合物的OLED器件。
背景技术
近来，对于平板显示器(例如液晶显示器和等离子显示面板)的需求在增加。但是，这些平板显示器与阴极射线管(CRT)相比具有较低的响应时间和较窄的视角。
有机发光二极管(OLED)器件是能够解决以上问题并占地较小的下一代平板显示器之一。
0LED器件的元件可以在柔性基板(例如塑料基板)上形成。另外， OLED器件在视角、驱动电压、能耗和色纯度方面具有优势。侧外，OLED 器件足以产生全色图像。
通常，OLED器件的发光二极管包括阳极、空穴注入层(HIL)、空穴输送层(HTL)、发光材料层(EML)、电子输送层(ETL)、电子注入层(EIL) 和阴极。
OLED器件通过以下方式发光：由作为电子注入电极的阴极和由作为空穴注入电极的阳极分别将电子和空穴注入发光化合物层中，从而使电子与空穴复合以产生激子，并使激子由激发态跃迁至基态。
发光原理可以分为荧光发光和磷光发光。在荧光发光中，单线态激发状态的有机分子跃迁至基态，由此发出光。另一方面，在磷光发光中，三线态激发状态的有机分子跃迁至基态，由此发出光。
当发光材料层发射对应于能带隙的光时，具有0自旋的单线态激子和具有1自旋的三线态激子以1:3的比例产生。有机材料的基态为单线态，这使单线态激子可以跃迁至基态并伴随发光。但是，由于三线态激子不能发生伴随发光的跃迁，因此使用荧光材料的OLED器件的内量子效率被限制在25％以内。
另一方面，如果自旋轨道耦合动量很高，则单线态和三线态混合以使得在单线态和三线态之间产生系间跨越，并且三线态激子也可以跃迁至基态并伴随发光。磷光材料可以使用三线态激子和单线态激子，以使得使用磷光材料的OLED器件可以具有100％的内量子效率。
近来，已将铱络合物，例如双(2-苯基喹啉)(乙酰丙酮)铱(Ⅲ) (Ir(2-phq)2(acac))、双(2-苯并[b]噻吩-2-基吡啶)(乙酰丙酮)铱(Ⅲ) (Ir(btp)2(acac))和三(2-苯基喹啉)铱(Ⅲ)Ir(2-phq)3掺杂剂引入。
为了利用磷光材料获得高电流发光效率(Cd/A),需要优异的内部量子效率、高的色纯度和长寿命。特别是，参照图1，色纯度越高，即，CIE(X) 越高，颜色灵敏度越差。结果，在高内量子效率下，非常难获得发光效率。因此，需要具有优异色纯度(CIE(X)≥0.65)和高发光效率的新型红色磷光化合物。
另一方面，除了上述的铱络合物之外，例如，4,4-N,N咔唑联苯(CBP) 或其他金属络合物用作红色磷光化合物。然而，这些化合物在溶剂中不具有理想的溶解度，因而不能通过溶液工艺来形成发光层。发光层应当通过沉积工艺形成，因此，制造过程极为复杂，工艺效率也极低。另外，沉积工艺中的废料非常多，导致生产成本增大。
发明内容
本发明针对一种磷光主体化合物和其使用该化合物的有机电致发光器件。它们基本解决了现有技术中的局限和缺陷带来的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种磷光主体化合物，所述主体磷光化合物具有优异的纯色度、高亮度和优异的发光效率。
本发明的另一个目的是提供具有改进的发光效率的OLED。
下文将说明本发明的其他特征和优点，部分特征和优点将从描述中变得明显易懂，或者可以通过实施本发明而获知。本发明的目的和其他优点将凭借说明书和其权利要求及附图中所特别指出的结构来实现或达到。
为了实现这些及其他优点以及本发明的目的，如本文所具体表达和概括描述的，本发明提供一种下式的磷光主体化合物：
本发明提供一种磷光主体化合物，其结构式如I所示，
上述的结构式I中，X为O或S，Z独立地选自以下结构：
其中，Ar独立地选自C6-C30芳基、C2-C30杂芳基中。
进一步的，所述的C6-C30芳基选自苯基、萘基、联苯基、三联苯基和菲基中的一种。
进一步的，所述的C2-C30杂芳基选自吡啶基、联吡啶基、喹啉基、异喹啉基、菲咯啉基和三嗪基中的一种。
进一步的，所述的Ar独立地选自以下基团之一：(可以取代以下基团任何一个原本有活性氢的位置)
进一步的，所述的磷光化合物独立地选自下列化合物：
进一步的，所述的有机电致发光器件顺次包括沉积的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，所述磷光主体化合物作为发光层的主体材料。
本发明的优点在于：本发明使用I所示的化学式作为有机发光二极管器件(有机电致发光器件)的发光层的主体材料，具有优异的色纯度和亮度以及延长的耐久性效果。
附图说明
图1为有机电发光二极管发光色度和可见度关系图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
由于结构式如I的红色磷光化合物均具有优异的纯色度、高亮度和优异的发光效率，现以RH-001、RH-007、RH-082和RH-089制备方法和测试结果为例，证明本发明提供的技术方案和达到的技术效果。
以下实施方案中，NPB为4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯氨基]联苯，CBP 为4,4’-N，N’-二咔哇联苯，CuPc为酞菁铜，LiF氟化锂，ITO为氧化铟锡，Alq3为三(8-羟基喹啉)铝。
LC-MS:液相色谱-质谱联用仪，M/Z：质子数/电荷数的比值。
下面为在本发明的实施方案中使用的化合物铜(Ⅱ)酞菁(CuPc)，NPB， (btp)2Ir(acac)，Alq3和CBP的结构式。
形成例
1.中间体I-1的合成：
在圆底烧瓶中,将10-氨菲基-9-甲酸(30g,126.4mmol)和尿素(53.2g,885.1mmol)放在一起,在160℃下搅拌。通过TLC确认反应后,将反应混合物冷却至100℃,加入水(100mL),搅拌混合物1小时。反应完成后,减压过滤所得固体,用水洗涤,然后干燥,得到中间体I-1(20.6g,收率62％)。 LC-MS：M/Z 263.3(M+H)+。
2.中间体I-2的合成：
将上述合成得到的中间体I-1(20g,76.3mmol)在圆底烧瓶中室温下溶于 POCl3(50mL),缓慢滴加N,N-二异丙基乙胺(24.7g,190.7mmol),然后在 90℃下搅拌。当反应完成时,浓缩反应混合物,向其中加入冰水(200mL), 然后在室温下搅拌1小时。减压过滤所得固体并干燥,得到中间体I-2(16.0g, 收率85％)。LC-MS：M/Z 300.2(M+H)+。
3.中间体I-3的合成：
在500mL反应瓶中加入中间体I-2(10.0g,33.4mmol),(9-苯基-9H-咔唑 -3-基)硼酸(9.6g,33.4mmol),碳酸钾(11.6g,83.6mmol),四三苯基膦钯 (5mol％),1,4-二氧六环(140mL)和水(70mL)。反应体系升温至60℃,氮气保护下反应十小时。将反应液倒入450mL甲醇中,过滤析出的固体。用氯苯溶解析出的固体,用装有硅藻土和硅胶粉的漏斗过滤。过滤得到的橙色液体浓缩蒸干并用甲醇重结晶得到中间体I-3(11.0g,收率65％)LC-MS：M/Z507.0(M+H)+。
4.RH-001的合成：
在250mL三口烧瓶中加入中间体I-3(5g,9.9mmol),7H-二苯并[c,g]咔唑 (3.2g,11.9mmol),三(二亚苄基丙酮)二钯(4mol％),三叔丁基膦(8mol％),叔丁醇钾(3.3g,29.6mmol)和邻二甲苯(80mL)。反应体系升温至120℃,氮气保护下反应12小时。反应完成后,将反应液冷却至室温,用邻二氯苯和水萃取。有机层用无水硫酸镁干燥,浓缩,重结晶所得粗品过硅胶柱得到 RH-001(5.5g,收率76％)。LC-MS：M/Z 737.9(M+H)+。
5.中间体I-4的合成：
在500mL反应瓶中加入中间体I-2(10.0g,33.4mmol),9-(4-联苯基)-3-硼酸咔唑(12.1g,33.4mmol),碳酸钾(11.6g,83.6mmol),四三苯基膦钯(5mol％), 1,4-二氧六环(140mL)和水(70mL)。反应体系升温至60℃,氮气保护下反应十小时。将反应液倒入450mL甲醇中,过滤析出的固体。用氯苯溶解析出的固体,用装有硅藻土和硅胶粉的漏斗过滤。过滤得到的橙色液体浓缩蒸干并用甲醇重结晶得到中间体I-4(12.1g,收率62％)LC-MS：M/Z583.1(M+H)+。
6.RH-007的合成：
在250mL三口烧瓶中加入中间体I-4(5g,8.6mmol),7H-二苯并[c,g]咔唑 (2.8g,10.3mmol),三(二亚苄基丙酮)二钯(4mol％),三叔丁基膦(8mol％),叔丁醇钾(3.2g,28.2mmol)和邻二甲苯(80mL)。反应体系升温至120℃,氮气保护下反应12小时。反应完成后,将反应液冷却至室温,用邻二氯苯和水萃取。有机层用无水硫酸镁干燥,浓缩,重结晶所得粗品过硅胶柱得到 RH-007(5.0g,收率71％)。LC-MS：M/Z 814.0(M+H)+。
7.中间体I-5的合成：
在500mL反应瓶中加入中间体I-2(10.0g,33.4mmol),(9-苯基-9H-咔唑 -2-基)硼酸(9.6g,33.4mmol),碳酸钾(11.6g,83.6mmol),四三苯基膦钯 (5mol％),1,4-二氧六环(140mL)和水(70mL)。反应体系升温至60℃,氮气保护下反应十小时。将反应液倒入450mL甲醇中,过滤析出的固体。用氯苯溶解析出的固体,用装有硅藻土和硅胶粉的漏斗过滤。过滤得到的橙色液体浓缩蒸干并用甲醇重结晶得到中间体I-5(11.3g,收率65％)LC-MS：M/Z507.0(M+H)+。
8.RH-082的合成：
在250mL三口烧瓶中加入中间体I-5(5g,9.9mmol),7H-二苯并[c,g]咔唑 (3.2g,11.9mmol),三(二亚苄基丙酮)二钯(4mol％),三叔丁基膦(8mol％),叔丁醇钾(3.3g,29.6mmol)和邻二甲苯(80mL)。反应体系升温至120℃,氮气保护下反应12小时。反应完成后,将反应液冷却至室温,用邻二氯苯和水萃取。有机层用无水硫酸镁干燥,浓缩,重结晶所得粗品过硅胶柱得到RH-091(5.3g,收率73％)。LC-MS：M/Z 737.9(M+H)+。
9.中间体I-6的合成：
在500mL反应瓶中加入中间体I-2(10.0g,33.4mmol),9-(4-联苯基)-2-硼酸咔唑(12.1g,33.4mmol),碳酸钾(11.6g,83.6mmol),四三苯基膦钯(5mol％), 1,4-二氧六环(140mL)和水(70mL)。反应体系升温至60℃,氮气保护下反应十小时。将反应液倒入450mL甲醇中,过滤析出的固体。用氯苯溶解析出的固体,用装有硅藻土和硅胶粉的漏斗过滤。过滤得到的橙色液体浓缩蒸干并用甲醇重结晶得到中间体I-6(11.7g,收率60％)LC-MS：M/Z583.1(M+H)+。
10.RH-088的合成：
在250mL三口烧瓶中加入中间体I-6(5g,8.6mmol),7H-二苯并[c,g]咔唑(2.8g,10.3mmol),三(二亚苄基丙酮)二钯(4mol％),三叔丁基膦(8mol％),叔丁醇钾(3.2g,28.2mmol)和邻二甲苯(80mL)。反应体系升温至120℃,氮气保护下反应12小时。反应完成后,将反应液冷却至室温,用邻二氯苯和水萃取。有机层用无水硫酸镁干燥,浓缩,重结晶所得粗品过硅胶柱得到 RH-097(4.9g,收率71％)。LC-MS：M/Z 814.0(M+H)+。
实施方案
1.第一实施方案
使ITO玻璃基板图案化,以具有3mm×3mm的发光区域。然后,洗涤图案化的ITO玻璃基板。
随后将该基板安放在真空室。标准压力设定为1×10-6托。此后,在ITO 基板上以CuPcNPB
RH-001+(btp)2Ir(acac)((5％)Alq3 LiF和Al的顺序形成有机物质的层。
在0.9mA下,亮度等于1103d/m2(6.2V)。此时,CIEx＝0.659,y＝0.330。
2.第二实施方案
使ITO玻璃基板图案化,以具有3mm×3mm的发光区域。然后,洗涤图案化的ITO玻璃基板。
随后将该基板安放在真空室。标准压力设定为1×10-6托。此后,在ITO 基板上以CuPcNPB
RH-007+(btp)2Ir(acac)(5％)Alq3 LiF和Al的顺序形成有机物质的层。
在0.9mA下,亮度等于1062cd/m2(6.3V)。此时,CIEx＝0.659y＝0.331。
3.第三实施方案
使ITO玻璃基板图案化,以具有3mm×3mm的发光区域。然后,洗涤图案化的ITO玻璃基板。
随后将该基板安放在真空室。标准压力设定为1×10-6托。此后,在ITO 基板上以CuPcNPB
RH-082+(btp)2Ir(acac)(5％)Alq3 LiF和Al的顺序形成有机物质的层。
在0.9mA下,亮度等于1158cd/m2(6.1V)。此时，CIEx＝0.659,y＝0.329。
4.第四实施方案
使ITO玻璃基板图案化,以具有3mm×3mm的发光区域。然后,洗涤图案化的ITO玻璃基板。
随后将该基板安放在真空室。标准压力设定为1×10-6托。此后,在ITO 基板上以CuPcNPB
RH-088+(btp)2Ir(acac)(5％)Alq3 LiF和Al的顺序形成有机物质的层。
在0.9mA下,亮度等于1082cd/m2(6.2V)。此时,CIEx＝0.660,y＝0.330。
5.对比例
使ITO玻璃基板图案化,以具有3mm×3mm的发光区域。然后,洗涤图案化的ITO玻璃基板。
随后将该基板安放在真空室。标准压力设定为1×10-6托。在ITO基板上以CuPcNPB
CPB+(btp)2Ir(acac)(5％)Alq3 LiF和Al的顺序形成有机物质的层。
在0.9mA下,亮度等于780cd/m2(7.5V)。此时,CIEx＝0.659,y＝0.329。
如图1所示随有机电致发光器件的色纯度增加(即随色度坐标的X值变得更大)可见度降低。
依据上述实施方案和对比例,效率,色度坐标,和亮度的特性显示在下表1中。
表1
如表1所示,甚至当色纯度高时,该器件在低电压下也高效率地运行。并且,与对比例相比,第二实施方案的电流效率增加40％以上。
通过使用式1所示的化合物作为有机电致发光器件的发光层,本发明提供具有优异的色纯度和亮度以及延长的耐久性的有机电致发光器件。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种磷光主体化合物，其特征在于：其结构式如式I所示，
上述的结构式I中，Z独立地选自以下结构：
其中，Ar独立地选自C6-C30芳基、C2-C30杂芳基中的一种。
2.根据权利要求1所述的磷光主体化合物，其特征在于：所述的C6-C30芳基选自苯基、萘基、联苯基、三联苯基和菲基中的一种。
3.根据权利要求1所述的磷光主体化合物，其特征在于：所述的C2-C30杂芳基选自吡啶基、联吡啶基、喹啉基、异喹啉基、菲咯啉基和三嗪基中的一种。
4.根据权利要求1所述的磷光主体化合物，其特征在于:所述的Ar独立地选自以下：
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的磷光主体化合物，其特征在于：所述的磷光化合物独立地选自下列化合物：
6.一种使用权利要求1-5中任意一项所述的磷光主体化合物的有机电致发光器件，其特征在于：所述的有机电致发光器件顺次包括沉积的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，所述磷光主体化合物作为发光层的主体材料。
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