CN1272402C - 场致发光材料 - Google Patents

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Abstract

一种新的场致发光化合物,其发出的光是蓝色或蓝紫色光,是一种镧系元素或锕系元素的配合物,例如是氯化单(红菲绕啉)钍IV或氯化单(三吡啶基)钇的有机配合物。

Description

场致发光材料
本发明涉及场致发光材料和它们构成的装置。
当电流通过时可发光的材料是公知的并且广泛用于显示应用领域。液晶装置和基于无机半导体体系的装置被广泛地使用。但是,它们受到下列缺点的困扰:高能耗,高生产费用,低量子效率和不能制成平板显示,反射率问题,即,在明亮条件下的低可见度和例如+/-45°的窄视角。
已建议使用有机聚合物作为场致发光材料,但是不能得到纯色,它们制备昂贵并且效率较低。
另一种已经建议使用的混合物是醌醇铝(aluminium quinolate),但是这要求使用掺杂剂以得到一定的颜色范围并且效率较低。
在1990年的“化学快报(Chemistry letter)”pp 657-660中Kido等人的一篇文章公开了乙酰基醋酮酸铽(III)配合物是绿色的场致发光材料,在1994年10月24日的“应用物理快报(Applied Physicsletters)”65(17)中Kido等人的一篇文章公开了铕(III)三亚苯基二胺配合物是红色的场致发光材料,但是它们在大气压条件下不稳定并且很难制成薄膜。
这些文章公开的配合物有较低的光致发光效率,并且只能产生绿光或红光而不能产生其它颜色。
现在我们发现了光致发光和场致发光化合物以及发蓝光和蓝紫光的材料。
根据本发明,提供了一种光致发光的化合物,其含有过渡金属、镧系元素或锕系元素和有机配体的有机配合物,该光致发光化合物发出在蓝色或蓝紫色光谱的光。
已经惊奇地发现能够通过选择金属和有机配体形成一种配合物,当电流通过时,其发出蓝光或蓝紫光。
本发明还提供一种场致发光化合物,其含有过渡金属、镧系元素或锕系元素和有机配体的有机配合物,当电流通过时,该场致发光化合物发出蓝色或蓝紫色(purplish blue)光谱的光。
光的颜色是主观的,颜色可通过其中颜色在其各自区域的在二维图上的坐标定义,在本发明中,蓝色和蓝紫色光谱定义为在色图CIEI931中坐标界定的区域,其一份复印件如图1所示。本发明的配合物可产生在坐标(0,0)(0,0.3)(0.3,0)中的光。
光谱中蓝色区域的光很难生成,迄今还不可能用场致发光的方法产生蓝光。
优选的金属是钍(IV)、钇(III)、钆(III)、铕(II)、铽(IV)、铈(IV)和铈(III)。可使用金属混合物形成混合的螯合物。
优选的配体是
Figure C9981294900051
Figure C9981294900052
其中R’在分子的不同部分相同或不同,每个R”和R’是取代的或未取代的芳环或杂环结构或烃基或氟碳基,或R”是氟或氢或R”与例如单体共聚,或R’是叔丁基且R”是氢。
优选每个R’、R”和R’是烷基,优选-C(CH3)基。
优选的配合物是TMHD(三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮根合(heptanedionato))、α’,α”,α三吡啶、红菲绕啉(4,7-二苯基-1,1-菲绕啉)、冠醚和cryptans的配合物。
特别优选的配合物是红菲绕啉钍、三吡啶基钇和Y-TMHD以及Eu-TMHD配合物。
具有强光致发光和场致发光性质的新配合物是Eu(II)(TMHD)2配合物,其在空气中稳定。曾认为这类Eu(II)配合物在有氧气存在下是不稳定的,令人惊奇的是该配合物在空气中稳定。
本发明的配合物可用于构成场致发光装置。
本发明的场致发光装置包括一种透明的基质,其为导电玻璃或塑料,用作阳极,优选的基质是导电玻璃,诸如铟锡氧化物涂敷的玻璃,但是任何可导电的玻璃或具有导电层的玻璃均可使用。还可以使用导电聚合物和导电聚合物涂敷的玻璃或塑料作为该基质。可通过从场致发光物质在有机溶剂中的溶液蒸发将该物质直接沉积在基质上。使用的溶剂取决于该场致发光物质,例如在许多情况下适用的有醇类,诸如乙醇;酮类,诸如丙酮和乙酰醋酮酸甲酯;和氯化烃类,诸如二氯甲烷。
或者,场致发光物质的沉积可以通过喷涂或真空沉淀,例如从固体状态通过喷射,或可以使用任何其它的常规方法。
在本发明的一个实施方案中,在透明基质上沉积了一个空穴传递层,场致发光物质沉积在空穴传递层上。空穴传递层用于传递空穴和阻断电子,从而防止电子移动到电极而不再与空穴结合。因此载体的再结合主要发生在发光层。
空穴传递层用于聚合物场致发光、装置,可以使用任何已知的薄膜形式的空穴传递材料。
空穴传递层可以由芳胺配合物的薄膜制备,诸如聚(乙烯基咔唑)、N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-1,1’-联苯基-4,4’-二胺(TPD)、聚苯胺等。
可任选地包括诸如荧光激光染料、发光激光染料等染料用于改进发射光的色谱。
优选场致发光材料与惰性聚合物材料混合,诸如聚烯烃,例如聚乙烯、聚丙烯等,优选聚苯乙烯。优选在混合物中场致发光材料的量为95%-5%重量活性物质,更优选25-20%重量。
空穴传递化合物可任选地与场致发光材料以5-95%场致发光材料比95-5%空穴传递化合物的比例混合。在本发明的另一个实施方案中,在阴极和场致发光材料层之间有一个电子注入材料层,优选该电子注入材料是金属配合物,诸如醌醇金属盐,如醌醇铝,当电流通过时,传递电子。或者电子注入材料可以与场致发光材料混合并与之共沉淀。
在一个优选的结构中,透明的导体材料形成的基质是阳极,在其上相继沉积了一个空穴传递层、电场发光材料层和一个与阳极接触的电子注入层。阳极可以是任何低功函的金属,例如铝、镁、钙、锂、银/镁合金等。
本发明优选化合物的制备方法如下列实施例所示。
实施例1
氯化单(红菲绕啉)钍(IV)。氯化钍(IV)(5mmol,1.87g)在50℃溶于乙醇/水混合物(2∶1v/v)(75ml)中。红菲绕啉(5mmol,1.66g)溶于乙醇/二氯甲烷(2∶1v/v)(75ml)的混合物中,将其分批加入到钍盐的溶液中。混合物在电炉上100℃下还原1小时。过滤沉淀物得到灰白色固体,用二乙醚(2×25ml)洗涤,真空干燥,得到产物(1.9g)。
实施例2
氯化单(α’,α”,α三吡啶基)钇(III)。氯化钇(III)(2mmol,0.61g)溶于乙醇(100ml),加入α’,α”,α三吡啶(2mmol,0.47g)。反应混合物在50℃温热60分钟,除去溶剂。残留物用二乙醚(2×25ml)洗涤,真空干燥,得到产物(0.80g)。
实施例3
单(α’,α”,α三吡啶)三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮根合)钇(III)。将该三-螯合物(1mmol,0.64g)溶于乙醇(100ml),加入α’,α”,α三吡啶(1mmol,0.23g)。反应混合物在50℃温热60分钟,除去溶剂。残留物用二乙醚(2×25ml)洗涤,真空干燥,得到产物(0.50g)。产率57%。
实施例4
氯化单(α’,α”,α三吡啶基)钆(III)。氯化钆(III)(0.37g,1mmol)溶于乙醇(150ml),加入α’,α”,α三吡啶(0.23g,1mmol)。反应混合物回流加热1小时,真空下除去溶剂,得到钆加合物(产量0.50g)。
实施例5
二(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮根合)铕(II)。反应在无水条件下使用干燥的玻璃器具在干氮气下进行,使用在五氧化二磷上新鲜蒸馏的乙酰腈。氯化铕(II)(1.0g,5mmol)置于250ml安装了冷凝器、两个滴液漏斗和氮气鼓泡器的三颈圆底烧瓶中。二酮(1.84g,10mmol)在乙酰腈(50ml)中的去氧的溶液置于第一个滴液漏斗中,去氧的乙酰腈(150ml)置于第二个滴液漏斗。两个漏斗在氮气气氛下并且安装了氮气鼓泡器。将乙酰腈加入烧瓶中,混合物在50℃(油浴)搅拌直至溶解。然后将二酮溶液加入烧瓶中,反应混合物回流1小时,在氮气气氛下冷却过夜。干燥二乙醚,在60℃真空干燥(产量0.82g)。干燥滤液,得到浅黄色三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮根合)铕(II)(产量0.90g)。
制造场致发光装置并进行测试。
1装置的制备
ITO涂敷的玻璃片(1×1cm2,从瑞士Balzers购买的大片材上裁下)一部分用浓盐酸腐蚀除去ITO并进行清洁,置于旋涂机上(CPS 10BM,Semitec.德国),在2000rpm旋转30秒,期间用吸移管将场致发光化合物的溶液滴加到该玻璃片上面。
或者将场致发光化合物真空蒸发到ITO涂敷的玻璃片上,通过将基质置于真空涂敷器中,在10-5-10-6托将场致发光化合物蒸发到基质上。
在已经被浓盐酸腐蚀的部分上的有机涂层用棉线擦除。
涂敷的电极在使用硫酸钙的真空干燥器中储存直到将其加到真空涂料器中(Edwards,10-6托)并制成铝端触点。LED的活性区域每0.1cm2为0.08cm2,然后将元件保存在真空干燥器中直到进行场致发光研究。
ITO电极总是和负端接触。电流对电压的研究在计算机控制的Keithly 2400源计量器上进行。
场致发光光谱通过计算机控制的在77II2型Insta Spec光电二极管矩阵体系(Oriel Co.,Surrey,英国)上的电荷耦合装置记录。
2光致发光的测量
使用Liconix 4207NB,He/Cd激光器的325mn光线激发光致发光。在样品上照射的激光能量(0.3mWcm-2)通过Liconix 55PM激光能量计量器测量。使用Bentham发光标准(Bentham SRS8,灯电流4000A,英国国家物理实验室标准)。PL研究在样品或薄膜上进行。对实施例的配合物进行测试,结果如表和附图2-6的光谱所示。
                                           表
  实施例   PL%   λmax/nm   CIE   颜色
  x   y
  1   1.0   450   0.17   0.15   紫
  2   6.0   410,520   0.21   0.32   蓝绿
  3   0.03   460   0.21   0.29   白
  4   16   320,450   紫
  5   0.9   420   0.18   0.05   紫

Claims (11)

1.一种场致发光装置,其包括(i)第一电极,(ii)非必须的空穴传递材料层,(iii)包含金属与有机配体的有机金属配合物的发出蓝色或蓝紫色光谱的光的场致发光化合物层,其中金属选自钍(IV)、钇(III)、钆(III)、铕(II)、铽(III)、铈(IV)和铈(III)或其混合物,所述配体选自以下(a)至(d)中任意一项:
(a)下式的β-二酮:
其中R’在分子的不同部分相同或不同,R’分别选自叔丁基和-C(CH3)基,R”选自氢和氟;(b)三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮根合);(c)α’,α”,α三吡啶基;(d)4,7-二苯基-1,1-菲绕啉;(iv)非必须的电子注入材料层;和(v)第二电极。
2.权利要求1的场致发光装置,其中R’表示叔丁基或-C(CH3)基和R”表示氢。
3.权利要求1的场致发光装置,其中R’表示叔丁基和R”表示氢。
4.权利要求1的场致发光装置,其中所述场致发光化合物是二(三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮根合))铕(II)。
5.权利要求1的场致发光装置,其中第一电极含有透明的基质,该基质是其上有空穴传递层的阳极,空穴传递层上面沉积了所述的场致发光化合物。
6.根据权利要求1的场致发光装置,其中有一种空穴传递材料与场致发光化合物以5-95%场致发光化合物比95-5%空穴传递材料的比例混合。
7.根据权利要求5或6的场致发光装置,其中空穴传递材料是聚(乙烯基咔唑)、N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-1,1’-联苯基-4,4’-二胺或聚苯胺。
8.根据权利要求5或6的场致发光装置,其中空穴传递材料是芳胺配合物。
9.根据权利要求5的场致发光装置,其中在作为阴极的第二电极和场致发光材料层之间有一个电子注入材料层。
10.根据权利要求6的场致发光装置,其中电子注入材料与场致发光材料混合并与之共沉淀。
11.根据权利要求1的场致发光装置,其中阳极是铝、镁、锂、钙或镁银合金。
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