CN111018921B - 一种金属络合物及包含金属络合物的电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种金属络合物及包含金属络合物的电致发光器件。该金属络合物含有金属和配体构成的新颖结构。将该金属络合物应用于电致发光装置中,尤其是在空穴注入层,空穴传输层等中,可以提高器件发光性能并有效提高其使用寿命。

Description

一种金属络合物及包含金属络合物的电致发光器件
技术领域
本发明涉及用于有机电子器件的化合物,例如有机发光器件。更特别地,涉及一种金属络合物以及包含金属络合物的电致发光器件和化合物配方。
背景技术
有机电子器件包括但是不限于下列种类:有机发光二极管(OLEDs),有机场效应晶体管(O-FETs),有机发光晶体管(OLETs),有机光伏器件(OPVs),染料-敏化太阳能电池(DSSCs),有机光学检测器,有机光感受器,有机场效应器件(OFQDs),发光电化学电池(LECs),有机激光二极管和有机电浆发光器件。
1987年,伊斯曼柯达的Tang和Van Slyke报道了一种双层有机电致发光器件,其包括芳基胺空穴传输层和三-8-羟基喹啉-铝层作为电子传输层和发光层(Applied PhysicsLetters,1987,51(12):913-915)。一旦加偏压于器件,绿光从器件中发射出来。这个发明为现代有机发光二极管(OLEDs)的发展奠定了基础。最先进的OLEDs可以包括多层,例如电荷注入和传输层,电荷和激子阻挡层,以及阴极和阳极之间的一个或多个发光层。由于OLEDs是一种自发光固态器件,它为显示和照明应用提供了巨大的潜力。此外,有机材料的固有特性,例如它们的柔韧性,可以使它们非常适合于特殊应用,例如在柔性基底制作上。
OLED可以根据其发光机制分为三种不同类型。Tang和van Slyke发明的OLED是荧光OLED。它只使用单重态发光。在器件中产生的三重态通过非辐射衰减通道浪费了。因此,荧光OLED的内部量子效率(IQE)仅为25%。这个限制阻碍了OLED的商业化。1997年,Forrest和Thompson报告了磷光OLED,其使用来自含络合物的重金属的三重态发光作为发光体。因此,能够收获单重态和三重态,实现100%的IQE。由于它的高效率,磷光OLED的发现和发展直接为有源矩阵OLED(AMOLED)的商业化作出了贡献。最近,Adachi通过有机化合物的热激活延迟荧光(TADF)实现了高效率。这些发光体具有小的单重态-三重态间隙,使得激子从三重态返回到单重态的成为可能。在TADF器件中,三重态激子能够通过反向系统间穿越产生单重态激子,导致高IQE。
OLEDs也可以根据所用材料的形式分类为小分子和聚合物OLED。小分子是指不是聚合物的任何有机或有机金属材料。只要具有精确的结构,小分子的分子量可以很大。具有明确结构的树枝状聚合物被认为是小分子。聚合物OLED包括共轭聚合物和具有侧基发光基团的非共轭聚合物。如果在制造过程中发生后聚合,小分子OLED能够变成聚合物OLED。
已有各种OLED制造方法。小分子OLED通常通过真空热蒸发来制造。聚合物OLED通过溶液法制造,例如旋涂,喷墨印刷和喷嘴印刷。如果材料可以溶解或分散在溶剂中,小分子OLED也可以通过溶液法制造。
OLED的发光颜色可以通过发光材料结构设计来实现。OLED可以包括一个发光层或多个发光层以实现期望的光谱。绿色,黄色和红色OLED,磷光材料已成功实现商业化。蓝色磷光器件仍然具有蓝色不饱和,器件寿命短和工作电压高等问题。商业全彩OLED显示器通常采用混合策略,使用蓝色荧光和磷光黄色,或红色和绿色。目前,磷光OLED的效率在高亮度情况下快速降低仍然是一个问题。此外,期望具有更饱和的发光光谱,更高的效率和更长的器件寿命。
有机电致发光器件近年来被广泛运用,其成本低廉,便于加工且具有可弯曲性等优点使该类材料具有优秀的开发潜力。传统的有机电致发光器件一般由阴阳电极和介于电极之间的有机材料层所构成。而有机层通常可以使用不同材料构成多层结构以提高器件的效率及使用寿命。多层有机材料可以由空穴注入层,空穴传输层,发光层,电子传输层,电子注入层等构成。其中空穴注入层HIL的HOMO能级往往与ITO电极功函数较为接近,在发光器件中使用相符的空穴注入材料可使空穴更易自阳极注入有机层,从而起到降低驱动电压延长使用寿命提高发光性能之效果。故而近年来对于空穴注入材料的开发愈加受到人们关注。
在先前的技术报道中,将三价铁卤化盐(如FeCl3,FeBr3等)应用在空穴注入层和空穴传输层可以有效降低器件的驱动电压并提高其稳定性。但由于无机盐的特性使该类材料有着玻璃转化温度较低,成膜性较差等缺陷,且氯、溴等卤素原子的存在使得器件使用寿命下降较为严重,严重影响了该类材料在工业界的应用。
本发明公开了一类金属络合物,以及有机层中包含了这类金属络合物的电致发光器件。这种金属络合物保留了过渡金属盐类在电化学上的性能优势,并克服了其寿命差等缺陷,而引入不同结构的配体也方便对金属络合物以及器件的性质进行调节。将该类金属络合物应用于电致发光器件有机层中的空穴注入层、空穴传输层等,可在增强发光性能同时有效提高器件使用寿命。该类金属络合物成本低廉,加工方便。通过改变配体结构可以实现对材料电子密度,玻璃转化温度及热稳定性等性质的可控调节,具有较大的商业价值和应用前景。
发明内容
本发明旨在提供一类新型金属络合物及包含该金属络合物作为特定层的电致发光器件来解决至少部分上述问题。通过改变金属和配体结构以及取代集团,尤其金属的氧化态及配体的缺电子性,可以有效调节金属络合物热力学,电化学性能及HOMO/LUMO能级。将该类材料应用于电致发光装置中,尤其是在空穴注入层,空穴传输层,空穴阻挡层或电子传输层中,可以提高器件发光性能并有效延长其使用寿命。
根据本发明的一个实施例,公开一种电致发光器件,包括:
阳极,
阴极,
以及设置在阳极和阴极之间的有机层,所述有机层包含一种非氧络的金属络合物,所述金属络合物包含由式1表示的配体La
其中所述金属选自由Fe,Sc,Cr,Mn,Y,Zr,Nb,Rh,Pd,Cd,La,Ce,Nd,Sm,Eu,Tb,组成的组;
其中Xa1和Xa2各自独立地选自O,NR,S或Se;
其中R,Ra1,Ra2和Ra3选自由以下组成的组:氢,氘,卤素,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷基,取代或未取代的具有3-20个环碳原子的环烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的杂烷基,取代或未取代的具有7-30个碳原子的芳烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷氧基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳氧基,取代或未取代的具有2-20个碳原子的烯基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳基,取代或未取代的具有3-30个碳原子的杂芳基,取代或未取代的具有3-20个碳原子的烷硅基,取代或未取代的具有6-20个碳原子的芳基硅烷基,取代或未取代的具有0-20个碳原子的胺基,酰基,羰基,羧酸基,酯基,腈基,异腈基,硫基,亚磺酰基,磺酰基,膦基,及其组合;
两个相邻的取代基能任选地连接形成环;
其中所述有机层为空穴注入层,空穴传输层,第一空穴传输层,第二空穴传输层,空穴阻挡层或电子传输层。
根据本发明的另一个实施例,还公开一种金属络合物,其中所述金属络合物具有Fe(La)m[(Lb)e]n[(Lc)f]q的通式,其中Lb和Lc分别是与M配位的第二配体和第三配体,Lb和Lc可以是相同或不同的;
La,Lb和Lc可任选连接形成多齿配体;
其中m是1,2或3,n是0,1或2,q是0,1或2,e是Lb的价态,f是Lc的价态,m+|n×e|+|q×f|是Fe的氧化价态;
其中La独立地选自权利要求14中所列的具体结构La;
其中Lb和Lc各自独立地选自由以下组成的组:
其中
Ra,Rb,和Rc可以表示单,二,三或四取代,或不取代;
Xb选自由以下组成的组:O,S,Se,NRN1,CRC1RC2
Ra,Rb,Rc,RN1,RC1和RC2各自独立地选自由以下组成的组:氢,氘,卤素,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷基,取代或未取代的具有3-20个环碳原子的环烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的杂烷基,取代或未取代的具有7-30个碳原子的芳烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷氧基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳氧基,取代或未取代的具有2-20个碳原子的烯基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳基,取代或未取代的具有3-30个碳原子的杂芳基,取代或未取代的具有3-20个碳原子的烷硅基,取代或未取代的具有6-20个碳原子的芳基硅烷基,取代或未取代的具有0-20个碳原子的胺基,酰基,羰基,羧酸基,酯基,腈,异腈,硫基,亚磺酰基,磺酰基,膦基,及其组合;
两个相邻的取代基任选地连接形成环。
根据本发明的另一实施例,还公开了一种化合物配方,其包含所述金属络合物。
本发明公开的新型金属络合物,可用作电致发光器件的空穴注入、空穴传输等材料。通过改变改变金属和配体结构以及取代集团,可以有效调节金属络合物热力学,电化学性能及HOMO/LUMO能级。将该类材料应用于有机电致发光装置中,尤其是在空穴注入层,空穴传输层,空穴阻挡层或电子传输层中,可以提高器件发光性能并有效延长其使用寿命。
附图说明
图1是可以含有本文所公开的金属络合物或化合物配方的有机发光装置示意图。
图2是可以含有本文所公开的金属络合物或化合物配方的另一有机发光装置示意图。
具体实施方式
OLED可以在各种基板上制造,例如玻璃,塑料和金属。图1示意性、非限制性的展示了有机发光装置100。图不一定按比例绘制,图中一些层结构也是可以根据需要省略的。装置100可以包括基板101、阳极110、空穴注入层120、空穴传输层130、电子阻挡层140、发光层150、空穴阻挡层160、电子传输层170、电子注入层180和阴极190。装置100可以通过依序沉积所描述的层来制造。各层的性质和功能以及示例性材料在美国专利US7,279,704B2第6-10栏有更详细的描述,上述专利的全部内容通过引用并入本文。
这些层中的每一个有更多实例。举例来说,以全文引用的方式并入的美国专利第5,844,363号中公开柔性并且透明的衬底-阳极组合。经p掺杂的空穴输送层的实例是以50:1的摩尔比率掺杂有F4-TCNQ的m-MTDATA,如以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2003/0230980号中所公开。以全文引用的方式并入的颁予汤普森(Thompson)等人的美国专利第6,303,238号中公开主体材料的实例。经n掺杂的电子输送层的实例是以1:1的摩尔比率掺杂有Li的BPhen,如以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2003/0230980号中所公开。以全文引用的方式并入的美国专利第5,703,436号和第5,707,745号公开了阴极的实例,其包括具有例如Mg:Ag等金属薄层与上覆的透明、导电、经溅镀沉积的ITO层的复合阴极。以全文引用的方式并入的美国专利第6,097,147号和美国专利申请公开案第2003/0230980号中更详细地描述阻挡层的原理和使用。以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2004/0174116号中提供注入层的实例。可以在以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2004/0174116号中找到保护层的描述。
经由非限制性的实施例提供上述分层结构。OLED的功能可以通过组合以上描述的各种层来实现,或者可以完全省略一些层。它还可以包括未明确描述的其它层。在每个层内,可以使用单一材料或多种材料的混合物来实现最佳性能。任何功能层可以包括几个子层。例如,发光层可以具有两层不同的发光材料以实现期望的发光光谱。
在一个实施例中,OLED可以描述为具有设在阴极和阳极之间的“有机层”。该有机层可以包括一层或多层。
OLED也需要封装层,如图2示意性、非限制性的展示了有机发光装置200,其与图1不同的是,阴极190之上还可以包括封装层102,以防止来自环境的有害物质,例如水分和氧气。能够提供封装功能的任何材料都可以用作封装层,例如玻璃或者有机-无机混合层。封装层应直接或间接放置在OLED器件的外部。多层薄膜封装在美国专利US7,968,146B2中进行了描述,其全部内容通过引用并入本文。
根据本发明的实施例制造的器件可以并入具有该器件的一个或多个电子部件模块(或单元)的各种消费产品中。这些消费产品的一些例子包括平板显示器,监视器,医疗监视器,电视机,广告牌,用于室内或室外照明和/或发信号的灯,平视显示器,完全或部分透明的显示器,柔性显示器,智能电话,平板计算机,平板手机,可穿戴设备,智能手表,膝上型计算机,数码相机,便携式摄像机,取景器,微型显示器,3-D显示器,车辆显示器和车尾灯。
本文描述的材料和结构也可以用于前文列出的其它有机电子器件中。
如本文所用,“顶部”意指离衬底最远,而“底部”意指离衬底最近。在将第一层描述为“设置”在第二层“上”的情况下,第一层被设置为距衬底较远。除非规定第一层“与”第二层“接触”,否则第一与第二层之间可以存在其它层。举例来说,即使阴极和阳极之间存在各种有机层,仍可以将阴极描述为“设置”在阳极“上”。
如本文所用,“溶液可处理”意指能够以溶液或悬浮液的形式在液体介质中溶解、分散或输送和/或从液体介质沉积。
当据信配位体直接促成发射材料的光敏性质时,配位体可以称为“光敏性的”。当据信配位体并不促成发射材料的光敏性质时,配位体可以称为“辅助性的”,但辅助性的配位体可以改变光敏性的配位体的性质。
据相信,荧光OLED的内部量子效率(IQE)可以通过延迟荧光超过25%自旋统计限制。延迟荧光一般可以分成两种类型,即P型延迟荧光和E型延迟荧光。P型延迟荧光由三重态-三重态消灭(TTA)产生。
另一方面,E型延迟荧光不依赖于两个三重态的碰撞,而是依赖于三重态与单重激发态之间的转换。能够产生E型延迟荧光的化合物需要具有极小单-三重态间隙以便能态之间的转化。热能可以激活由三重态回到单重态的跃迁。这种类型的延迟荧光也称为热激活延迟荧光(TADF)。TADF的显著特征在于,延迟分量随温度升高而增加。如果逆向系间穿越(IRISC)速率足够快速从而最小化由三重态的非辐射衰减,那么回填充单重激发态的分率可能达到75%。总单重态分率可以是100%,远超过电致产生的激子的自旋统计的25%。
E型延迟荧光特征可以见于激发复合物系统或单一化合物中。不受理论束缚,相信E型延迟荧光需要发光材料具有小单-三重态能隙(ΔES-T)。有机含非金属的供体-受体发光材料可能能够实现这点。这些材料的发射通常表征为供体-受体电荷转移(CT)型发射。这些供体-受体型化合物中HOMO与LUMO的空间分离通常产生小ΔES-T。这些状态可以包括CT状态。通常,供体-受体发光材料通过将电子供体部分(例如氨基或咔唑衍生物)与电子受体部分(例如含N的六元芳香族环)连接而构建。
关于取代基术语的定义
卤素或卤化物-如本文所用,包括氟,氯,溴和碘。
烷基–包含直链和支链烷基。烷基的实例包括甲基,乙基,丙基,异丙基,正丁基,仲丁基,异丁基,叔丁基,正戊基,正己基,正庚基,正辛基,正壬基,正癸基,正十一烷基,正十二烷基,正十三烷基,正十四烷基,正十五烷基,正十六烷基,正十七烷基,正十八烷基,新戊基,1-甲基戊基,2-甲基戊基,1-戊基己基,1-丁基戊基,1-庚基辛基,3-甲基戊基。另外,烷基可以任选被取代。烷基链中的碳可被其它杂原子取代。在上述中,优选甲基,乙基,丙基,异丙基,正丁基,仲丁基,异丁基,叔丁基,正戊基和新戊基。
环烷基-如本文所用包含环状烷基。优选的环烷基是含有4至10个环碳原子的环烷基,包括环丁基,环戊基,环己基,4-甲基环己基,4,4-二甲基环己基,1-金刚烷基,2-金刚烷基,1-降冰片基,2-降冰片基等。另外,环烷基可以任选被取代。环中的碳可被其它杂原子取代。
链烯基-如本文所用,涵盖直链和支链烯烃基团。优选的烯基是含有2至15个碳原子的烯基。链烯基的例子包括乙烯基,烯丙基,1-丁烯基,2-丁烯基,3-丁烯基,1,3-丁二烯基,1-甲基乙烯基,苯乙烯基,2,2-二苯基乙烯基,1,2-二苯基乙烯基,1-甲基烯丙基,1,1-二甲基烯丙基,2-甲基烯丙基,1-苯基烯丙基,2-苯基烯丙基,3-苯基烯丙基,3,3-二苯基烯丙基,1,2-二甲基烯丙基,1-苯基-1-丁烯基和3-苯基-1-丁烯基。另外,烯基可以是任选取代的。
炔基-如本文所用,涵盖直链和支链炔基。优选的炔基是含有2至15个碳原子的炔基。另外,炔基可以是任选取代的。
芳基或芳族基-如本文所用,考虑非稠合和稠合体系。优选的芳基是含有6至60个碳原子,更优选6至20个碳原子,更优选6至12个碳原子的芳基。芳基的例子包括苯基,联苯,三联苯,三亚苯,四亚苯,萘,蒽,萉,菲,芴,芘,苣,苝和薁,优选苯基,联苯,三联苯,三亚苯,芴和萘。另外,芳基可以任选被取代。非稠合芳基的例子包括苯基,联苯-2-基,联苯-3-基,联苯-4-基,对三联苯-4-基,对三联苯-3-基,对三苯基-2-基,间三联苯-4-基,间三联苯-3-基,间三联苯-2-基,邻甲苯基,间甲苯基,对甲苯基,对-(2-苯基丙基)苯基,4'-甲基联二苯基,4”-叔丁基-对三联苯-4-基,邻-枯基,间-枯基,对-枯基,2,3-二甲苯基,3,4-二甲苯基,2,5-二甲苯基,均三甲苯基和间四联苯基。
杂环基或杂环-如本文所用,考虑芳族和非芳族环状基团。异芳基也指杂芳基。优选的非芳族杂环基是含有3至7个环原子的那些,其包括至少一个杂原子如氮,氧和硫。杂环基也可以是具有至少一个选自氮原子,氧原子,硫原子和硒原子的杂原子的芳族杂环基。
杂芳基-如本文所用,考虑了可以包含1至5个杂原子的非稠合和稠合杂芳族基团。优选的杂芳基是含有3至30个碳原子,更优选3至20个碳原子,更优选3至12个碳原子的杂芳基。合适的杂芳基包括二苯并噻吩,二苯并呋喃,二苯并硒吩,呋喃,噻吩,苯并呋喃,苯并噻吩,苯并硒吩,咔唑,吲哚咔唑,吡啶吲哚,吡咯并吡啶,吡唑,咪唑,三唑,恶唑,噻唑,恶二唑,恶三唑,二恶唑,噻二唑,吡啶,哒嗪,嘧啶,吡嗪,三嗪,恶嗪,恶噻嗪,恶二嗪,吲哚,苯并咪唑,吲唑,茚并嗪,苯并恶唑,苯并异恶唑,苯并噻唑,喹啉,异喹啉,噌啉,喹唑啉,喹喔啉,萘啶,酞嗪,蝶啶,呫吨,吖啶,吩嗪,吩噻嗪,苯并噻吩并吡啶,噻吩并二吡啶,苯并噻吩并吡啶,噻吩并二吡啶,苯并硒吩并吡啶,硒苯并二吡啶,优选二苯并噻吩,二苯并呋喃,二苯并硒吩,咔唑,吲哚并咔唑,咪唑,吡啶,三嗪,苯并咪唑,1,2-氮杂硼烷,1,3-氮杂硼烷,1,4-氮杂硼烷,硼唑和其氮杂类似物。另外,杂芳基可以任选被取代。
烷氧基-由-O-烷基表示。烷基例子和优选例子与上述相同。具有1至20个碳原子,优选1至6个碳原子的烷氧基的例子包括甲氧基,乙氧基,丙氧基,丁氧基,戊氧基和己氧基。具有3个以上碳原子的烷氧基可以是直链状,环状或支链状。
芳氧基-由-O-芳基或-O-杂芳基表示。芳基和杂芳基例子和优选例子与上述相同。具有6至40个碳原子的芳氧基的例子包括苯氧基和联苯氧基。
芳烷基-如本文所用,具有芳基取代基的烷基。另外,芳烷基可以任选被取代。芳烷基的例子包括苄基,1-苯基乙基,2-苯基乙基,1-苯基异丙基,2-苯基异丙基,苯基叔丁基,α-萘基甲基,1-α-萘基-乙基,2-α-萘基乙基,1-α-萘基异丙基,2-α-萘基异丙基,β-萘基甲基,1-β-萘基-乙基,2-β-萘基-乙基,1-β-萘基异丙基,2-β-萘基异丙基,对甲基苄基,间甲基苄基,邻甲基苄基,对氯苄基,间氯苄基,邻氯苄基,对溴苄基,间溴苄基,邻溴苄基,对碘苄基,间碘苄基,邻碘苄基,对羟基苄基,间羟基苄基,邻羟基苄基,对氨基苄基,间氨基苄基,邻氨基苄基,对硝基苄基,间硝基苄基,邻硝基苄基,对氰基苄基,间氰基苄基,邻氰基苄基,1-2-羟基-2-苯基异丙基和1-氯-2-苯基异丙基。在上述中,优选苄基,对氰基苄基,间氰基苄基,邻氰基苄基,1-苯基乙基,2-苯基乙基,1-苯基异丙基和2-苯基异丙基。
氮杂二苯并呋喃,氮杂-二苯并噻吩等中的术语“氮杂”是指相应芳族片段中的一个或多个C-H基团被氮原子代替。例如,氮杂三亚苯包括二苯并[f,h]喹喔啉,二苯并[f,h]喹啉和在环系中具有两个或更多个氮的其它类似物。本领域普通技术人员可以容易地想到上述的氮杂衍生物的其它氮类似物,并且所有这些类似物被确定为包括在本文所述的术语中。
烷基,环烷基,烯基,炔基,芳烷基,杂环基,芳基和杂芳基可以是未取代的或可以被一个或多个选自氘,卤素,烷基,环烷基,芳烷基,烷氧基,芳氧基,氨基,环状氨基,甲硅烷基,烯基,环烯基,杂烯基,炔基,芳基,杂芳基,酰基,羰基,羧酸,醚,酯,腈,异腈,硫烷基,亚磺酰基,磺酰基,膦基及其组合取代。
应当理解,当将分子片段描述为取代基或以其他方式连接到另一部分时,可根据它是否是片段(例如苯基,亚苯基,萘基,二苯并呋喃基)或根据它是否是整个分子(如苯,萘,二苯并呋喃)来书写它的名称。如本文所用,指定取代基或连接片段的这些不同方式被认为是等同的。
在本公开中提到的化合物中,氢原子可以被氘部分或完全替代。其他原子如碳和氮也可以被它们的其他稳定的同位素代替。由于其增强器件的效率和稳定性,化合物中其它稳定同位素的替代可能是优选的。
在本公开中提到的化合物中,多(重)取代指包含二(重)取代在内,直到高达最多的可用取代的范围。
在本公开中提到的化合物中,两个相邻的取代基能任选地连接形成环的表述旨在被认为是指两个基团通过化学键彼此连接。这由下图示例:
此外,两个相邻的取代基能任选地连接形成环的表述也旨在被认为是指,在其中两个基团之一表示氢的情况下,第二基团键合在氢原子键合至的位置处,从而成环。这由下图示例:
根据本发明的一个实施例,公开一种电致发光器件,包括:
阳极,
阴极,
以及设置在阳极和阴极之间的有机层,所述有机层包含一种非氧络的金属络合物,所述金属络合物包含由式1表示的配体La
其中所述金属选自由Fe,Sc,Cr,Mn,Y,Zr,Nb,Rh,Pd,Cd,La,Ce,Nd,Sm,Eu,Tb,组成的组;
其中Xa1和Xa2各自独立地选自O,NR,S或Se;
其中R,Ra1,Ra2和Ra3各自独立地选自由以下组成的组:氢,氘,卤素,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷基,取代或未取代的具有3-20个环碳原子的环烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的杂烷基,取代或未取代的具有7-30个碳原子的芳烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷氧基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳氧基,取代或未取代的具有2-20个碳原子的烯基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳基,取代或未取代的具有3-30个碳原子的杂芳基,取代或未取代的具有3-20个碳原子的烷硅基,取代或未取代的具有6-20个碳原子的芳基硅烷基,取代或未取代的具有0-20个碳原子的胺基,酰基,羰基,羧酸基,酯基,腈基,异腈基,硫基,亚磺酰基,磺酰基,膦基,及其组合;
两个相邻的取代基能任选地连接形成环;
其中所述有机层为空穴注入层,空穴传输层,第一空穴传输层,第二空穴传输层,空穴阻挡层或电子传输层;
在本申请中,非氧络的金属络合物是指,金属络合物中不存在连接于所述金属上的金属-氧双键。例如,下式表示氧络的金属络合物的部分结构,其中所述金属M上通过双键连接一个氧。本申请中的非氧络的金属络合物,即指所述金属上不存在如下式中所示的金属-氧双键:
根据本发明的另一个实施例,所述R,Ra1,Ra2或Ra3中,至少一个具有哈米特(Hammett)取代基常数大于0.3的取代基。
根据本发明的另一个实施例,所述R,Ra1,Ra2和Ra3各自独立地选自包含以下任一组成的取代基所构成的群组:CtF2t+1,SitF2t+1,F,OCtF2t+1,SCtF2t+1,SOCtF2t+1,SO2CtF2t+1,SeCtF2t+1,SeOCtF2t+1,SeO2CtF2t+1,CN,NC,SO2CN,NCS,OCN,SCN,SeCN,N=NCN,N(O)=NCN,NO2,NO,ONO2,CClF2,CCl3,OCCl3,SO2Me;
其中t是1或以上的整数;优选的,其中t是1,2,3,4,或5。
根据本发明的另一个实施例,所述金属络合物中的所述金属为Fe。
根据本发明的另一个实施例,所述有机层为空穴注入层,空穴传输层,第一空穴传输层或第二空穴传输层。
根据本发明的另一个实施例,其中所述金属络合物具有Fe(La)m[(Lb)e]n[(Lc)f]q的通式,其中Lb和Lc分别是与M配位的第二配体和第三配体,Lb和Lc可以是相同或不同的;
La,Lb和Lc可任选连接形成多齿配体;
其中m是1,2或3,n是0,1或2,q是0,1或2,e是Lb的价态,f是Lc的价态,m+|nxe|+|qxf|是Fe的氧化态;
其中Lb和Lc各自独立地选自由以下组成的组:
其中,
Ra,Rb,和Rc可以表示单,二,三或四取代,或不取代;
Xb选自由以下组成的组:O,S,Se,NRN1,CRC1RC2
Ra,Rb,Rc,RN1,RC1和RC2各自独立地选自由以下组成的组:氢,氘,卤素,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷基,取代或未取代的具有3-20个环碳原子的环烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的杂烷基,取代或未取代的具有7-30个碳原子的芳烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷氧基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳氧基,取代或未取代的具有2-20个碳原子的烯基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳基,取代或未取代的具有3-30个碳原子的杂芳基,取代或未取代的具有3-20个碳原子的烷硅基,取代或未取代的具有6-20个碳原子的芳基硅烷基,取代或未取代的具有0-20个碳原子的胺基,酰基,羰基,羧酸基,酯基,腈,异腈,硫基,亚磺酰基,磺酰基,膦基,及其组合;
两个相邻的取代基任选地连接形成环。
根据本发明的另一个实施例,所述金属络合物具有式Fe(La)3
根据本发明的另一个实施例,式1中所述配体La各自独立地选自La1至La757,其中La1至La757的具体结构参见权利要求8所列。
根据本发明的一个实施例,其中配体La,Lb和Lc中的至少一个可以部分或完全氘代。
根据本发明的一个实施例,其中配体La可以部分或完全氘代。
根据本发明的一个实施例,其中所述有机层还包含至少一种材料。
根据本发明的一个实施例,其中所述有机层还包含至少一种空穴传输化合物,所述空穴传输化合物包含至少一种选自以下组成的组中的化学基团:芳基氨,杂芳基氨,咔唑,氮杂咔唑,吲哚咔唑,二苯并噻吩,二苯并呋喃,三亚苯,萘,菲,三嗪,喹唑啉,喹喔啉,氮杂二苯并噻吩,氮杂二苯并呋喃,及其组合。
根据本发明的一个实施例,其中所述有机层还包含芳香胺化合物。
根据本发明的一个实施例,其中所述有机层还包含芳香胺化合物,所述芳香胺化合物选自以下结构化合物构成的组:
根据本发明的一个实施例,其中所述电致发光器件被并入到由以下组成的组中的另一器件中:消费产品,电子元件模块,有机发光器件和照明面板。
根据本发明的另一个实施例,还公开一种金属络合物,其中所述金属络合物具有Fe(La)m[(Lb)e]n[(Lc)f]q的通式,其中Lb和Lc分别是与M配位的第二配体和第三配体,Lb和Lc可以是相同或不同的;
La,Lb和Lc可任选连接形成多齿配体;
其中m是1,2或3,n是0,1或2,q是0,1或2,e是Lb的价态,f是Lc的价态,m+|nxe|+|qxf|是Fe的氧化态;
其中La独立地选自权利要求14所列具体La的结构;
其中Lb和Lc各自独立地选自由以下组成的组:
其中
Ra,Rb,和Rc可以表示单,二,三或四取代,或不取代;
Xb选自由以下组成的组:O,S,Se,NRN1,CRC1RC2
Ra,Rb,Rc,RN1,RC1和RC2各自独立地选自由以下组成的组:氢,氘,卤素,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷基,取代或未取代的具有3-20个环碳原子的环烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的杂烷基,取代或未取代的具有7-30个碳原子的芳烷基,取代或未取代的具有1-20个碳原子的烷氧基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳氧基,取代或未取代的具有2-20个碳原子的烯基,取代或未取代的具有6-30个碳原子的芳基,取代或未取代的具有3-30个碳原子的杂芳基,取代或未取代的具有3-20个碳原子的烷硅基,取代或未取代的具有6-20个碳原子的芳基硅烷基,取代或未取代的具有0-20个碳原子的胺基,酰基,羰基,羧酸基,酯基,腈,异腈,硫基,亚磺酰基,磺酰基,膦基,及其组合;
两个相邻的取代基任选地连接形成环。
根据本发明的一个实施例,其中La,Lb和Lc中的至少一个可以部分或完全氘代。
根据本发明的一个实施例,其中所述金属络合物通式为Fe(La)3
根据本发明的另一实施例,还公开了一种化合物配方,其包含一种金属络合物,所述金属络合物的具体结构详见上述实施例。
与其他材料组合
本发明描述的用于有机发光器件中的特定层的材料可以与器件中存在的各种其它材料组合使用。这些材料的组合在美国专利申请US2016/0359122A1中第0132-0161段有详细描述,其全部内容通过引用并入本文。其中描述或提及的材料是可以与本文所公开的化合物组合使用的材料的非限制性实例,并且本领域技术人员可以容易地查阅文献以鉴别可以组合使用的其它材料。
本文描述为可用于有机发光器件中的具体层的材料可以与存在于所述器件中的多种其它材料组合使用。举例来说,发光掺杂剂可以与多种主体、输送层、阻挡层、注入层、电极和其它可能存在的层结合使用。这些材料的组合在专利申请US2015/0349273A1中的第0080-0101段有详细描述,其全部内容通过引用并入本文。其中描述或提及的材料是可以与本文所公开的化合物组合使用的材料的非限制性实例,并且本领域技术人员可以容易地查阅文献以鉴别可以组合使用的其它材料。
在材料合成的实施例中,除非另外说明,否则所有反应都在氮气保护下进行。所有反应溶剂都无水并且按从商业来源原样使用。合成产物使用本领域常规的一种或多种设备(包括但不限于Bruker的核磁共振仪,Shimadzu的液相色谱仪、液相色谱-质谱联用仪、气相色谱-质谱联用仪、差示扫描量热仪,上海棱光技术的荧光分光光度计,武汉科思特的电化学工作站,安徽贝意克的升华仪等),以本领域技术人员熟知的方法进行了结构确认和特性测试。在器件的实施例中,器件的特性也是使用本领域常规的设备(包括但不限于AngstromEngineering生产的蒸镀机,苏州弗士达生产的光学测试系统、寿命测试系统,北京量拓生产的椭偏仪等),以本领域技术人员熟知的方法进行测试。由于本领域技术人员均知晓上述设备使用、测试方法等相关内容,能够确定地、不受影响地获得样品的固有数据,因此上述相关内容在本篇专利中不再展开赘述。
材料合成实施例:
本发明化合物的制备方法不做限制,典型但非限制地以下述化合物为示例,其合成路线和制备方法如下:
合成实施例1:化合物Fe(La10)3的合成
步骤1:合成La10
在干燥250mL圆底烧瓶中加入叔丁醇钾(3.97g,35.2mmol),在氮气下加入DMF(25mL),加热搅拌至55℃,然后将乙酰基环己烷(2.65g,21.0mmol)缓慢滴加至反应液中,充分搅拌。将环己烷甲酸甲酯(1.42g,14.0mmol)用5mL DMF溶解,滴加至反应液中。反应液在55℃下反应12小时。反应完毕后用乙酸乙酯/饱和食盐水萃取液洗去DMF,收集有机层,除水旋干。粗产品用石油醚和乙酸乙酯(50:1)为洗脱剂进行层析柱分离,得到淡黄色产品。产品用正己烷、乙醇重结晶,得到无色晶体La10 4.2g(产率84%),HPLC纯度99.8%。
步骤2:合成化合物Fe(La10)3
将氯化铁(713mg,4.41mmol)加入100mL圆底烧瓶,加入8mL水将其溶解。将配体La10(3.3g,13.43mmol)溶于7mL甲醇,滴加至反应液中。之后再将醋酸钠(1.6g)溶于10mL水,在搅拌下加入反应液。加热至80℃反应15分钟,降温后加入50mL水并将反应瓶放置冰浴下搅拌使固体完全析出。将固体过滤,以正己烷、无水乙醇和丙酮冲洗几次,得到红色固体粗产物。用层析柱分离纯化产物,先用石油醚/乙酸乙酯(2:1)为洗脱剂除去杂质,再用二氯甲烷将产品冲淋下来。产品用甲苯-正己烷重结晶,得红棕色晶体Fe(La10)3 2.6g(产率77.9%),HPLC纯度99.6%。产物结构确认为目标产物,分子量762。
合成实施例2:合成化合物Fe(La31)3
步骤1:合成La31
在干燥的1L三口烧瓶中,加入四氢呋喃(250mL)和苯甲酸乙酯(16.32g,120mmol,),降温至0℃并在氮气下小心逐次加入氢化钠(14.4g,360mmol)。将环己酮(15.12g,120mmol)溶于四氢呋喃(30mL)中,在0℃下慢慢滴入反应液中。反应液在室温下搅拌过夜。TLC检测反应完毕后,将反应液倒入冰水浴中,然后用1M盐酸水溶液调节pH至中性。使用乙酸乙酯与水萃取三次,合并有机相,除水旋干溶剂。将产物以石油醚/乙酸乙酯为洗脱剂进行柱层析纯化,得到淡黄色固体粗产品。然后将粗产品放入圆底烧瓶,在0℃下加入甲醇搅拌5小时,过滤固体并用冰甲醇洗几次,得到白色固体La31(产率43%),HPLC纯度为99.5%。
步骤2:合成化合物Fe(La31)3
依次将配体La31(9.2g,40mmol),乙酸钠(6.56g,80mmol),加入500mL两口烧瓶中,乙醇/水(70mL/70mL),后迅速加入氯化铁(2.2g,13.6mmol),在室温下搅拌1小时后加热至70℃反应过夜。停止加热后将反应液降温至0℃搅拌1小时,过滤,固体使用冰乙醇洗涤三次。将粗产品碾碎并置于1L单口瓶中,向其中加入700mL水,在室温下搅拌5小时,过滤。将产品再次碾碎并置于1L单口瓶,向其中加入乙醇/乙腈(300mL/300mL),加热至70℃下搅拌5小时,过滤,固体使用冰乙醇洗涤三次,得到红色固体Fe(La31)3 10.0g(产率99%)。产物结构确认为目标产物,分子量744。
合成实施例3:合成化合物Fe(La77)3
步骤:1:合成La77
此合成步骤同合成实施例1步骤1,将底物替换为苯甲酸甲酯和苯乙酮。
步骤2:合成化合物Fe(La77)3
此合成步骤同合成实施例1步骤2,将底物配体La10替换为La77。产物结构确认为目标产物,分子量726。
合成实施例4:合成化合物Fe(La105)3
步骤1:合成La105
在250mL烧瓶中,依次加入无水四氢呋喃(100mL)和NaH(60%)(3.8g,96mmol),之后缓慢滴加3-三氟甲氧基苯乙酮(6.5g,32mmol)至反应液,搅拌10分钟,再将3-三氟甲氧基苯甲酸乙酯(10.3g,44mmol)缓慢滴加入反应体系,升温回流过夜。反应停止后,于冰水浴下淬灭NaH。使用二氯甲烷/水萃取三次,收集有机相并干燥,旋干溶剂。粗产物使用石油醚和乙酸乙酯(25:1)作为洗脱剂进行柱层析,得到淡黄色固体。将所得淡黄色固体用Kugelrohr蒸馏(180℃),之后用乙醇/水(10:1)重结晶,得到白色固体产物La105 6.3g(产率50.4%),HPLC纯度99.873%。
步骤2:合成化合物Fe(La105)3
在250ml烧瓶中依次加入三氯化铁(550mg,3.4mmol)和水(50mL),将配体La105(4.7g,11.8mmol)溶于50mL乙醇,将溶液缓慢地加入瓶中,搅拌下加入NaOAc(1.1g,13.6mmol),升温至70℃反应1h。反应结束冷却至室温,过滤得到棕色固体产物。
所得固体加过量甲苯溶解,用无水硫酸镁干燥并过滤,滤液旋蒸除去溶剂,得到红棕色固体。固体以乙醇/水(9:1)重结晶,得到红棕色固体产物Fe(La105)3 3.8g,(产率91.1%)。产物结构确认为目标产物,分子量1230。
合成实施例5:合成化合物Fe(La106)3
步骤1:合成La106
此合成步骤同合成实施例4步骤1,将底物替换为4-三氟甲氧基苯甲酸乙酯和4-三氟甲氧基苯乙酮。
步骤2:合成化合物Fe(La106)3
此合成步骤同合成实施例4步骤2,将底物配体La105替换为La106。产物结构确认为目标产物,分子量1230。
合成实施例6:合成化合物Fe(La95)3
步骤1:合成La95
两口圆底烧瓶中,加入四氢呋喃(200mL),降温至0℃并在氮气保护下分批量加入氢化钠(2.4g,100mmol,2.0equiv.)。将3,4,5-三氟苯乙酮(8.7g,50mmol,1.0equiv.)溶于四氢呋喃(30mL)中,在0℃下慢慢滴入反应液中并在0℃下搅拌2小时。将3,4,5-三氟苯甲酰氯(11.64g,60mmol,1.2equiv.)溶于四氢呋喃(30mL)中慢慢滴入反应液中,升至室温后并搅拌过夜。将反应液倒入冰水浴中,1M盐酸调节pH至中性。乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,滤液浓缩。将该粗品用适量二氯溶解后拌硅胶上样,柱层析分离(洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯)分离纯化得到相应的目标产物8.1g淡红色固体(粗品)。后将淡红色固体碾碎并置于500mL单口瓶中,加入正己烷(200mL),搅拌1小时,过滤。滤饼碾碎后置于100mL单口瓶中,加入乙醇(50mL),室温下搅拌1小时,过滤,然后将上述乙醇洗涤步骤重复操作一次,得到白色固体La95(3.1g,纯度99.4%)。
步骤2:合成化合物Fe(La95)3
依次将La95(3.03g,9.12mmol,1.0eqiuv.),乙酸钠(902mg,11mmol,1.2equiv.)和溶剂(乙醇:水=5mL:5mL)加入两口反应瓶中,后迅速加入氯化铁(502mg,3.1mmol,1.0equiv.),在室温下搅拌1小时后70℃下搅拌过夜。将反应液将至0℃搅拌1小时后过滤,滤饼使用冰乙醇洗涤三次。将滤饼碾碎并置于500mL单口瓶中,向其中加入200mL水,在室温下搅拌5小时,过滤并收集滤饼。将滤饼碾碎并置于1L单口瓶中,甲苯重结晶,过滤,得到深红色固体(3.0g)。产物结构确认为目标产物,分子量1049。
本领域技术人员应该知晓,上述化合物的制备方法只是一个示例性的例子,本领域技术人员能够通过对其改进从而获得本发明的其他化合物结构。
器件实施例
首先,清洗玻璃基板,其具有120nm厚的铟锡氧化物(ITO)阳极,然后用氧等离子体和UV臭氧处理。处理后,将基板在手套箱中烘干以除去水分。然后将基板安装在基板支架上并装入真空室中。下面指定的有机层,在真空度约为10-8托的情况下以0.2-2埃/秒的速率通过热真空蒸镀依次在ITO阳极上进行来蒸镀。
实施例1-4:化合物HI作为空穴注入层(HIL),本发明的化合物掺杂在化合物HT中作为第一空穴传输层(HTL1),化合物HT作为第二空穴传输层(HTL2)。
比较例1:化合物HI作为空穴注入层(HIL),化合物HT作为第一空穴传输层(HTL1),化合物HT作为第二空穴传输层(HTL2)。
实施例5-7:本发明的化合物掺杂在化合物HT中作为空穴注入层(HIL),化合物HT作为第一空穴传输层(HTL1),化合物HT作为第二空穴传输层(HTL2)。
比较例2:化合物HT作为空穴注入层(HIL),化合物HT作为第一空穴传输层(HTL1),化合物HT作为第二空穴传输层(HTL2)。
所有实施例和比较例均包含化合物GD掺杂在化合物H1和化合物H2中(10:45:45, )作为发光层(EML),化合物H2作为空穴阻挡层(HBL),化合物ET和8-羟基喹啉-锂(Liq)(40:60,)作为电子传输层(ETL)。最后,蒸镀10埃厚度的8-羟基喹啉-锂(Liq)作为电子注入层,并且蒸镀1200埃的铝作为阴极。然后将该器件转移回手套箱,并用玻璃盖和吸湿剂封装以完成该器件。
详细的器件层结构和厚度如下表所示。对于所用材料不止一种的层,是不同化合物以其记载的重量比例掺杂得到的。
表1 器件实施例的器件结构
器件中使用的材料结构如下所示:
在不同电流密度和电压下测量器件的IVL和寿命特性。在1000尼特下,测量外部量子效率(EQE),电流效率(CE)与色坐标(CIE)。寿命从21750尼特的初始亮度以恒定电流进行测试。
表2 器件数据
讨论:
如表2中的数据所示,本发明无论是用于掺杂在空穴注入层(HIL)或空穴传输层(如HTL1)上,器件寿命都要比没有掺杂的高很多。实施例1,2,3和4的寿命分别是198,187,273和150小时,相比的比较例1只有115小时。实施例1,2,3和4的效率也高于比较例1。实施例5,6和7的寿命和效率也高于与之对比的比较例2。它证明,应用本发明所公开的金属络合物于有机电致发光器件,能带来比现有技术更高的发光效率,以及更长使用寿命,在产业上有较高的应用价值。
应当理解,这里描述的各种实施例仅作为示例,并无意图限制本发明的范围。因此,如本领域技术人员所显而易见的,所要求保护的本发明可以包括本文所述的具体实施例和优选实施例的变化。本文所述的材料和结构中的许多可以用其它材料和结构来取代,而不脱离本发明的精神。应理解,关于本发明为何起作用的各种理论无意为限制性的。

Claims (13)

1.一种电致发光器件,包括:
阳极,
阴极,
以及设置在阳极和阴极之间的有机层,所述有机层包含一种非氧络的金属络合物,所述金属络合物包含由式1表示的配体La;所述金属络合物具有通式Fe(La)3
其中所述金属选自Fe;
其中Xa1和Xa2各自独立地选自O;
其中Ra1和Ra3各自独立地选自由以下组成的组:取代或未取代的具有4-10个环碳原子的环烷基,取代或未取代的具有6-12个碳原子的芳基;
其中Ra2选自由以下组成的组:氢,氘,卤素;
其中,所述取代的环烷基、芳基是指各自独立地被一个或多个选自氘,卤素,未取代的具有1-6个碳原子的烷基,未取代的具有1-6个碳原子的烷氧基,OCtF2t+1取代,其中t是1;
其中所述有机层为空穴注入层,空穴传输层,第一空穴传输层,第二空穴传输层,空穴阻挡层或电子传输层。
2.如权利要求1所述的电致发光器件,其中所述有机层为空穴注入层,空穴传输层,第一空穴传输层或第二空穴传输层。
3.如权利要求1所述的电致发光器件,其中Ra1和Ra3各自独立地选自由以下组成的组:环丁基,环戊基,环己基,4-甲基环己基,4,4-二甲基环己基。
4.如权利要求1所述的电致发光器件,所述取代的环烷基、芳基是指各自独立地被一个或多个F,OCtF2t+1取代;其中t是1。
5.如权利要求1所述的电致发光器件,其中所述配体La选自以下结构组成的组:
6.如权利要求5所述的电致发光器件,其中配体La可以部分或完全氘代。
7.如权利要求1所述的电致发光器件,其中所述有机层还包含至少一种材料。
8.如权利要求1所述的电致发光器件,其中所述有机层还包含至少一种空穴传输化合物,所述空穴传输化合物包含至少一种选自以下组成的组中的化学基团:芳基氨,杂芳基氨,咔唑,氮杂咔唑,吲哚咔唑,二苯并噻吩,二苯并呋喃,三亚苯,萘,菲,三嗪,喹唑啉,喹喔啉,氮杂二苯并噻吩,氮杂二苯并呋喃。
9.如权利要求1所述的电致发光器件,其中所述有机层还包含芳香胺化合物;所述芳香胺化合物选自以下化合物构成的组:
10.如权利要求1所述的电致发光器件,其中所述电致发光器件被并入到由以下组成的组中的另一器件中:消费产品,电子元件模块,有机发光器件和照明面板。
11.一种金属络合物,其中所述金属络合物通式为Fe(La)3;其中La独立地选自由以下组成的组:
12.如权利要求11所述的金属络合物,其中La中的至少一个可以部分或完全氘代。
13.一种组合物,其包含权利要求11所述的金属络合物。
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