CN112680217B - 一种组合物及包含其的有机电致发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机光电领域，具体涉及一种包含一种铱金属配合物和一种有机化合物的组合物及包含该组合物的有机电致发光元件，特别是有机电致发光二极管，其中铱金属配合物的结构如式(I)所示，有机化合物的结构式(II)或式(III)所示：
Figure DDA0002862936560000011
铱金属配合物式(I)中(L^Z)选自式(IV)，

Description

一种组合物及包含其的有机电致发光元件
技术领域
本发明属于有机电致发光领域，具体涉及一种铱金属配合物和一种有机化合物的组合物，及包含该组合物的有机电致发光元件。
背景技术
有机电致发光元件作为一种新型的显示技术，具有自发光、宽视角、低能耗、效率高、薄、色彩丰富、响应速度快，适用温度范围广、低驱动电压、可制作柔性可弯曲与透明的显示面板以及环境友好等独特优点，可以应用在平板显示器和新一代照明上，也可以作为LCD的背光源。
20世纪80年代底发明以来，有机电致发光器件已经在产业上有所应用，比如手机等显示屏幕，但目前的OLED器件由于效率低，使用寿命短等因素制约其更广泛的应用，特别是大屏幕显示器。而制约其广泛应用的最重要一个因素是有机电致发光材料的性能。同时由于OLED器件在施加电压运行时，会产生焦耳热，使得有机材料容易发生结晶，影响器件的寿命和效率，因此，也需要开发稳定高效的有机电致发光材料。
OLED发光分为荧光发光和磷光发光两种方式，根据理论推测，由电荷的在结合而引起的单重激发态与三重激发态的比例为1:3，所以使用小分子荧光材料是，能用于发光的仅为全部能量的25％，其余的75％的能量因三重激发态的非发光机制而损失掉，故一般认为荧光材料的内部量子效率极限为25％。1998年Baldo和Forrest教授等人发现三线态磷光可以在室温下利用，并将原来内量子效率的上限提升到100％，三重态磷光体常常都是重金属原子，组成的络合物，利用重原子效应，强烈的自旋轨域耦合作用造成单重激发态和三重激发态的能阶相互混合，使得原本被禁止的三重态能量缓解以磷光的形式发光，量子效率也随之大幅提升。
目前有机OLED组件中的发光层几乎全部使用主客体发光体系。常用的有机客体材料为铱金属配合物。
本发明发现特定有机化合物和铱金属化合物组合，作为有机电致发光元件的发光层可显著提高有机电致发光器件的电流效率、降低元器件的操作电压、延长元件的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种铱金属配合物和一种有机化合物的组合物及包含该组合物的有机电致发光元件。
本发明提供的一种铱金属配合物和一种有机化合物的组合物，其中铱金属配合物的结构如式(I)所示，有机化合物的结构式(II)或式(III)所示：
Figure BDA0002862936540000021
优选地，在式(I)中,X选自NR1、O、S、CR1R2、SiR1R2、O＝P-R1或B-R1；Y选自N或C-R1；
(L^Z)选自式(IV)表示的结构式，
Figure BDA0002862936540000024
R1至R8、R11独立选自氢、氘、氰基、卤素、C1～C18烷基、C1～C18烷氧基、含C1～C18烷硅基、含C1～C18烷氧硅基、C6～C40的芳基，C1～C40的杂芳基、取代或未取代的芳基醚基、取代或未取代的杂芳基醚基、取代或未取代的芳基胺基、取代或未取代的杂芳基胺基、取代或未取代的芳基硅基、取代或未取代的杂芳基硅基、取代或未取代的芳基氧硅基、取代或未取代的芳基酰基、取代或未取代的杂芳基酰基、取代或未取代的氧膦基的任意一种；R9,R10选自氰基、C1～C18烷基、C1～C18烷氧基、C6～C40的芳基，C1～C40的杂芳基、取代或未取代的芳基醚基、取代或未取代的杂芳基醚基，取代或未取代的芳基酰基、取代或未取代的杂芳基酰基、取代或未取代的氧膦基的任意一种；m取自1或2，m+n＝3；
在式(II)和式(III)中，X1至X6为CR或N；Y1至Y8为CR或N，且至少有2个为N；L不存在或选自单键、O、S、CRR、SiRR、NR；A和B各自独立地选自C6-C30芳基、C2-C30杂芳基；R独立地选自取代或未取代的C1-C15烷基、取代或未取代的C6-C60芳基、取代或未取代的C2-C60杂芳基、芳基或杂芳基取代的胺基；n为0至6的整数；相邻的X或Y可以形成环；杂芳基是指含有B、N、O、S、P(＝O)、Si、P中至少一个杂原子；所有基团可以被部分氘代或全氘代。
优选地，本发明所述的铱金属配合物选自下列代表性的结构：
Figure BDA0002862936540000023
优选地，本发明所述的铱金属配合物中R1至R11选自以下代表结构式的一种，但不代表限于此：
Figure BDA0002862936540000031
优选地，本发明所述的铱金属配合物，选自下列结构的一种，但不代表限于此：
Figure BDA0002862936540000041
Figure BDA0002862936540000051
Figure BDA0002862936540000061
Figure BDA0002862936540000071
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Figure BDA0002862936540000091
Figure BDA0002862936540000101
Figure BDA0002862936540000111
Figure BDA0002862936540000121
Figure BDA0002862936540000131
Figure BDA0002862936540000141
Figure BDA0002862936540000151
Figure BDA0002862936540000161
Figure BDA0002862936540000171
Figure BDA0002862936540000181
Figure BDA0002862936540000191
Figure BDA0002862936540000201
Figure BDA0002862936540000211
Figure BDA0002862936540000221
Figure BDA0002862936540000231
Figure BDA0002862936540000241
Figure BDA0002862936540000251
Figure BDA0002862936540000261
Figure BDA0002862936540000271
Figure BDA0002862936540000281
本发明提供的组合物，其中有机化合物结构为式(II)时优选自II-1至II-7所述的化合物，但不代表限于此：
Figure BDA0002862936540000291
其中，X1至X6，L，A,B,R，n与上述相同。
优选地，式中A和B选自以下结构所述的基团，但不代表限于此：
Figure BDA0002862936540000292
其中，X1至X6，Y1至Y8，L，R，n与上述相同。
优选地，式(II)或式(III)代表的一种有机化合物选自下列代表性结构的至少一种，但不代表限于此：
Figure BDA0002862936540000301
Figure BDA0002862936540000311
Figure BDA0002862936540000321
Figure BDA0002862936540000331
Figure BDA0002862936540000341
Figure BDA0002862936540000351
Figure BDA0002862936540000361
Figure BDA0002862936540000371
Figure BDA0002862936540000381
Figure BDA0002862936540000391
Figure BDA0002862936540000401
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Figure BDA0002862936540000421
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Figure BDA0002862936540000811
Figure BDA0002862936540000821
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Figure BDA0002862936540000851
Figure BDA0002862936540000861
Figure BDA0002862936540000871
本发明涉及组合物与一种或多种与溶剂形成的制剂，所用的溶剂没有特别限制，可以使用本领域技术人员熟知的例如甲苯、二甲苯、均三甲苯、四氢化萘、十氢萘、双环己烷、正丁基苯、仲丁基苯、叔丁基苯等不饱和烃溶剂、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷、溴环己烷等卤化饱和烃溶剂，氯苯、二氯苯、三氯苯等卤化不饱和烃溶剂，四氢呋喃、四氢吡喃等醚溶剂，苯甲酸烷基酯等酯类溶剂。
本发明还涉及一种有机光电器件，包括：第一电极；
第二电极，与所述第一电极相面对；
有机功能层，夹设于所述第一电极和所述第二电极之间；
其中，发光层包含所述的组合物。
本发明所述的有机电致发光器件发光层中式(I)所述的铱金属配合物质量百分数在0.1％-50％。
在本发明中，有机电致发光元件是可以利用喷溅涂覆法、电子束蒸发、真空蒸镀等方法在基板上蒸镀金属或具有导电性的氧化物以及它们的合金形成阳极；在制备得到的阳极表面按顺序蒸镀空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层和电子传输层，以后再蒸镀阴极的方法制备。以上方法以外基板上按阴极、有机物层、阳极顺序蒸镀制作有机电致器件。所述有机物层是也可以包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层及电子传输层等多层结构。在本发明中有机物层是采用高分子材料按溶剂工程(旋转涂膜(spin-coating)、薄带成型(tape-casting)、刮片法(doctor-blading)、丝网印刷(Screen-Printing)、喷墨印刷或热成像(Thermal-Imaging)等)替代蒸镀方法制备，可以减少器件层数。
根据本发明的有机电致发光元件所使用的材料可以分为顶发射、底发射或双面发射。根据本发明实施方案的有机电致器件的化合物可以有机发光器件类似的原理适用于有机发光电池、照明的OLED、柔性OLED、有机感光体，有机薄膜晶体管等电致元件方面。
本发明的有益效果：
本发明的涉及一种新型的铱金属配合物和一种有机化合物的组合物，他们都具有较好的热稳定性，这种有机化合物能够平衡空穴和电子的输运，组合物中有机化合物和铱金属配合物之间的能量传输更加高效，具体表现为用本发明的组合物作为发光层制作的有机电致发光器件其电流效率提升，启亮电压降低，元件的操作寿命延长。
附图说明
图1为本发明有机电致发光二极管器件结构层图。
其中，110代表基板，120表示阳极，130表示空穴注入层，140表示空穴传输层，150表示发光层，160表示空穴阻挡层，170表示电子传输层，180表示电子注入层，190表示阴极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的一种优选实施方式中，本发明的OLED器件中含有空穴传输层，空穴传输材料可以优选自已知或未知的材料，特别优选地选自以下结构，但并不代表本发明限于以下结构：
Figure BDA0002862936540000891
在本发明的一种优选实施方式中，本发明的OLED器件中含有的空穴传输层，其包含一种或多种p型掺杂剂。本发明优选的p型掺杂剂为以下结构，但并不代表本发明限于以下结构：
Figure BDA0002862936540000892
本发明的一种优选实施方式中，所述的电子传输层可以选自化合物ET-1至ET-13的至少一种，但并不代表本发明限于以下结构：
Figure BDA0002862936540000901
本发明中涉及的有机化合物通过已知的合成方法获得。
式(I)所涉及的铱金属配合物其通用的合成步骤如下：
Figure BDA0002862936540000902
通用步骤，
(1)在氩气保护下，将配体1(0.10摩尔)、IrCl3.3H2O(0.045摩尔)、2-乙氧基乙醇(300毫升)、水(100毫升)的混合溶液，加热回流16～20小时，直至取上层清液，用高效液相色谱检测配体1的含量＜5％，停止加热，降温至室温，用布氏漏斗抽滤，滤饼用水和2-乙氧基乙醇的混合液淋洗，烘干得到黄色粉末的桥联二聚体2或3，收率81～89％。
(2)在氩气保护下，将二氯交联二聚体配合物(2.2mmol)的四氢呋喃溶液滴加到配体L^Z(2.4mmol)与丁基锂形成的锂盐溶液(-78度)，然后缓慢升温至室温，再加热回流反应6小时,停止加热,降至室温,加入适量的蒸馏水,过滤出固体。将固体溶解在二氯甲烷中,过硅胶短柱。在减压条件下除去溶剂,浓缩得到的固体先后用甲醇和石油醚洗涤,得到最终目标产品。配体1通过定制合成获得。但这些仅仅用于举例描述本发明的实施方式，所以本发明的范围并不限于此。
实施例1：化合物1的合成
Figure BDA0002862936540000911
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为74％。质谱m/z,理论值942.36；实测值M+H：943.3。
实施例2：化合物2的合成
Figure BDA0002862936540000912
参考通用合成路线，NN-二乙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为72％。质谱m/z,理论值1137.57；实测值M+H：1138.6。
实施例3：化合物3的合成
Figure BDA0002862936540000913
参考通用合成路线，NN-二异丙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为75％。质谱m/z,理论值1109.5；实测值M+H：1110.5。
实施例4：化合物4的合成
Figure BDA0002862936540000921
参考通用合成路线，NN-二异丙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为79％。质谱m/z,理论值1137.58；实测值M+H：1138.6。
实施例5：化合物5的合成
Figure BDA0002862936540000922
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为73％。质谱m/z,理论值947.34；实测值M+H：948.34。
实施例6：化合物6的合成
Figure BDA0002862936540000923
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为71％。质谱m/z,理论值1087.49；实测值M+H：1088.5。
实施例7：化合物7的合成
Figure BDA0002862936540000924
参考通用合成路线，NN-二叔丁基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为76％。质谱m/z,理论值1199.62；实测值M+H：1200.6。
实施例8：化合物8的合成
Figure BDA0002862936540000931
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为81％。质谱m/z,理论值1033.36；实测值M+H：1034.4。
实施例9：化合物9的合成
Figure BDA0002862936540000932
参考通用合成路线，NN-二乙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为82％。质谱m/z,理论值1173.51；实测值M+H：1174.5。
实施例10：化合物10的合成
Figure BDA0002862936540000933
参考通用合成路线，NN-二乙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为83％。质谱m/z,理论值1117.47；实测值M+H：1118.5。
实施例11：化合物11的合成
Figure BDA0002862936540000934
参考通用合成路线，NN-二叔丁基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为71％。质谱m/z,理论值1257.62；实测值M+H：1258.62。
实施例12：化合物12的合成
Figure BDA0002862936540000941
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为69％。质谱m/z,理论值1009.28；实测值M+H：1010.3。
实施例13：化合物13的合成
Figure BDA0002862936540000942
参考通用合成路线，NN-二乙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为76％。质谱m/z,理论值1037.31；实测值M+H：1038.3。
实施例14：化合物14的合成
Figure BDA0002862936540000943
参考通用合成路线，NN-二异丙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为74％。质谱m/z,理论值1177.49；实测值M+H：1178.5。
实施例15：化合物15的合成
Figure BDA0002862936540000944
参考通用合成路线，NN-二叔丁基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为72％。质谱m/z,理论值1177.48；实测值M+H：1178.5。
实施例16：化合物16的合成
Figure BDA0002862936540000951
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为71％。质谱m/z,理论值979.32；实测值M+H：980.3。
实施例17：化合物17的合成
Figure BDA0002862936540000952
参考通用合成路线，NN-二乙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为76％。质谱m/z,理论值1009.35；实测值M+H：1010.3。
实施例18：化合物18的合成
Figure BDA0002862936540000953
参考通用合成路线，NN-二异丙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为77％。质谱m/z,理论值1119.5；实测值M+H：1120.5。
实施例19：化合物19的合成
Figure BDA0002862936540000961
参考通用合成路线，NN-二叔丁基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为79％。质谱m/z,理论值1244.57；实测值M+H：1245.5。
实施例20：化合物20的合成
Figure BDA0002862936540000962
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为74％。质谱m/z,理论值1029.44；实测值M+H：1030.4。
实施例21：化合物21的合成
Figure BDA0002862936540000963
参考通用合成路线，NN-二乙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为81％。质谱m/z,理论值1113.53；实测值M+H：1114.5。
实施例22：化合物22的合成
Figure BDA0002862936540000964
参考通用合成路线，NN-二丙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为80％。质谱m/z,理论值1197.63；实测值M+H：1198.6。
实施例23：化合物23的合成
Figure BDA0002862936540000971
参考通用合成路线，NN-二异丙基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为81％。质谱m/z,理论值1225.67；实测值M+H：1226.6。
实施例24：化合物24的合成
Figure BDA0002862936540000972
参考通用合成路线，NN-二叔丁基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为78％。质谱m/z,理论值1141.56；实测值M+H：1142.5。
实施例25：化合物25的合成
Figure BDA0002862936540000973
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为80％。质谱m/z,理论值1211.48；实测值M+H：1212.5。
实施例26：化合物26的合成
Figure BDA0002862936540000974
参考通用合成路线，NN-二甲基-苯基脒基锂作为锂试剂，终产物的产率为83％。质谱m/z,理论值1153.43；实测值M+H：1154.4。
OLED器件的制造：
在发光面积为2mm×2mm大小的ITO/Ag/ITO玻璃的表面或阳极上蒸镀p掺杂材料P-1～P-5或者将此p掺杂材料以1％～50％浓度与表中所述的化合物共蒸形成5-100nm的空穴注入层(HIL)，5-200nm的空穴传输层(HTL)，随后在空穴传输层上形成10-100nm的发光层(EML)(可含有所述的化合物)，最后依次用所述的化合物形成电子传输层(ETL)20-200nm和阴极50-200nm，如有必要在HTL和EML层中间加入电子阻挡层(EBL),在ETL和阴极间加入电子注入层(EIL)从而制造了有机发光元件。通过标准方法测试所述的OLED，列于表1。
为了更好地说明本发明实际的增益效果，将以下常用的铱金属配合物RD-1和本发明的铱金属配合物及有机化合物H-1至H-14作为主体，制备了对比有机电致发光元件，来说明本发明的组合物的优越性。
Figure BDA0002862936540000981
具体实施例中顶发射OLED器件的结构为在含有ITO/Ag/ITO的玻璃上，HIL为HT-1:P-3(97:3v/v％)，厚度为10纳米；HTL为HT-1，厚度为100纳米；EBL为HT-8，厚度为10纳米，EML为本发明的组合物，具体为(H-1～H-14):(RD-1～RD-6)(97:3v/v％)，厚度为35纳米，ETL为ET-13：LiQ(50:50v/v％)，厚度为35纳米，然后蒸镀阴极Yb为1纳米，Ag为14纳米，蒸镀CPL层为70纳米。依据上述实施例和对比例效率、操作电压和寿命等特性显示在下表1中。
表1
实施例 EML 驱动电压(伏) 电流效率(cd/A) LT95(小时)
对比器件1 RD-1:H-1 4.0 40.3 126
对比器件2 RD-1:H-4 4.0 40.6 136
对比器件3 RD-1:H-5 3.9 42.3 188
对比器件4 RD-1:H-9 4.0 41.0 160
对比器件5 RD-1:H-14 3.8 42.6 190
器件例1 化合物1:H-1 3.9 54.2 138
器件例2 化合物5:H-1 3.9 55.3 136
器件例3 化合物8:H-1 3.8 56.8 148
器件例4 化合物12:H-1 3.8 58.7 166
器件例5 化合物15:H-1 3.8 59.0 178
器件例6 化合物1:H-5 3.7 56.7 198
器件例7 化合物5:H-5 3.7 57.3 189
器件例8 化合物8:H-5 3.7 58.1 206
器件例9 化合物12:H-5 3.7 60.5 213
器件例10 化合物15:H-5 3.7 61.5 220
器件例11 化合物1:H-14 3.6 56.4 206
器件例12 化合物5:H-14 3.6 57.7 236
器件例13 化合物8:H-14 3.6 58.8 197
器件例14 化合物12:H-14 3.6 61.3 238
器件例15 化合物15:H-14 3.6 61.0 216
由表1可以看出，在配体结构上并入5元环，器件1至器件例15与对比器件1～5，使用本发明提供的组合物在相同条件下，可以明显提升OLED器件的电流效率和降低驱动电压。具体对比器件1和器件例1～5，本发明提供的组合有明显的优势。如果采用新的组合即器件例6～15明显比对比器件3～5具有更低的操作电压，更高的发光效率，同时寿命也有延长。说明本发明提供的组合物具有显著的优越性和商业应用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种组合物，其特征在于，包含一种铱金属配合物和一种有机化合物，其中铱金属配合物为：
Figure FDA0004069469740000011
Figure FDA0004069469740000012
所述有机化合物为
Figure FDA0004069469740000013
2.一种制剂，其特征在于，包含权利要求1所述的组合物和至少一种溶剂。
3.根据权利要求2所述的制剂，其特征在于，所述的组合物和溶剂形成制剂，所述的溶剂为不饱和烃溶剂、卤化饱和烃溶剂、卤化不饱和烃溶剂、醚溶剂或酯类溶剂，其中，
所述不饱和烃溶剂为甲苯、二甲苯、均三甲苯、四氢化萘、正丁基苯、仲丁基苯或叔丁基苯；所述卤化饱和烃溶剂为四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷或溴环己烷；
所述卤化不饱和烃溶剂为氯苯、二氯苯或三氯苯；
所述醚溶剂为四氢呋喃或四氢吡喃；
所述酯类溶剂为苯甲酸烷基酯。
4.一种有机电致发光器件，其特征在于，包括：
第一电极；
第二电极，与所述第一电极相面对；
有机功能层，夹设于所述第一电极和所述第二电极之间；
其中，发光层包含权利要求1所述的组合物。
5.根据权利要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，发光层中含有所述铱金属配合物和有机化合物，其中所述铱金属配合物的质量百分数在1％至50％。
6.一种显示或照明装置，其特征在于，所述的显示或照明装置含有权利要求4至5任一项所述的有机电致发光器件。
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