铱金属络合物光电材料及其有机发光二极管
技术领域
本发明是关于一种铱金属络合物及其有机发光二极管,尤其是一种具有2-(噻吩-2-基)喹诺酮配位基(2-(thiophen-2-yl)quinolone ligand)的铱金属络合物及其有机发光二极管。
背景技术
有机发光二极管(organic light-emitting diode;OLED),通常称作有机电致发光装置(organic electroluminescent device),是以有机层作为主动层的一种发光二极管(LED)。由于有机电致发光装置具有自发光、广视角(>170°)、反应时间短(~μs)、高对比、高效率、省电、高亮度、低操作电压(3-10V)、更轻薄(<2mm)、可挠曲性等优点,近年来已渐渐使用于平面面板显示器(flat panel display)上。与液晶显示器不同,有机电激发光显示器所包含的有机发光二极管画素数组系具有自发光的特性,因此不需外加背光源;为了应用作为全彩显示器,开发具适当色度(chromaticity)与高放光效率红色、绿色与蓝色的发光材料是必须且重要的。
电洞和电子的再结合而产生的激子可具有三重态(triplet state)或单重态(singlet state)的自旋态(spin state)。由单重态激子(singlet exciton)所产生的发光为荧光(fluorescence),而由三重态激子(triplet exciton)所产生的发光为磷光(phosphorescence)。磷光的发光效率是荧光的三倍,藉由引入重金属在发光体结构中,造成强烈的自旋轨道耦合(spin-orbital coupling),进而使得单重态及三重态激发状态之间的混合,以致于原件的内部量子效率(internal quantum efficiency,IQE)可大幅提升至100%,因此近年来有机发光二极管多采用发磷光的金属络合物做为发光层中的磷光掺杂剂。
在发光层中通常会以掺杂技术的制成,将磷光发光材料掺杂在主体发光材料中;由于磷光材料的导入,使得有机发光二极管的内部转换效率可提升至100%,因此以开发新型高效率的磷光发光材料是目前的一大主轴,其中又以铱金属络合物为最。在 许多先前报导之中,已有合成具有苯基喹啉(phenylquinoline)或苯基异喹啉(phenylisoquinoline)配位基的铱金属络合物,并应用于磷光有机发光(PHOLED)组件且达到良好效率。但目前的报导中仅有少数可以在红色磷光有机发光组件达成高外部量子效率、电流效率及能量效率。
例如,美国专利申请号US20050025995,其揭示下列化合物,其中提供具有至少两个2-(噻吩-2-基)喹诺酮配位基(2-(thiophen-2-yl)quinolone ligand)的铱金属络合物的合成及其应用。
综合上述,寻求可在红色磷光有机发光组件达成高外部量子效率、电流效率及能量效率的发光材料是目前需努力的目标。
发明内容
本发明的目的为提供一种新颖化合物,可在红色磷光有机发光组件达成高外部量子效率、电流效率及能量效率。
依据本发明一实施例,一种铱金属络合物,其具有化学式(1):
基团L与X以弧形连成配位基,其化学式为Ar1-Ar2,其中L为N或O,以及X为C、N或O,其中Ar1为取代或非取代的含氮杂环芳香族,Ar2为取代或非取代的芳香族、取代或非取代的含氮杂环芳香族或取代或非取代的含硫杂环芳香族,或是Ar1及Ar2联合形成
其中G及R1至R7系独立选自氢、卤素、氰基、胺基、取代或非取代的C1-C10烷基、取代或非取代的C2-C10烯基、取代或非取代的C2-C10炔基、取代或非取代的C3-C20环烷基、取代或非取代的C3-C20环烯基、取代或非取代的C1-C20杂环烷基、取代或非取代的C1-C20杂环烯基、取代或非取代的芳基及取代或非取代的杂芳基所组成的群组,R6及R7的至少其一不为氢。
本发明的另一目的为提供具有高效率组件表现的有机发光二极管。
依据本发明另一实施例,一种有机发光二极管,包括一阴极、一阳极以及设置于阴极及阳极之间的一发光层,其中发光层包含上述的铱金属络合物。
以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明,当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为示意图显示具有铱金属络合物的发光组件结构。
说明:
1 阳极
2 阴极
3 发光层
4 电洞传输层
5 电子传输层
6 电洞阻挡层
8 电子注入层
9 电子阻挡层
具体实施方式
本案的铱金属络合物可由代表式(1)所代表:
其中基团L与X以弧形连成配位基,其化学式为Ar1-Ar2,其中L为N或O,以及X为C、N或O,其中Ar1为取代或非取代的含氮杂环芳香族,Ar2为取代或非取代的芳香族、取代或非取代的含氮杂环芳香族或取代或非取代的含硫杂环芳香族,或是Ar1及Ar2联合形成
上述的芳香族包含但不限于苯或萘等。含氮杂环芳香族包含但不限于吡咯(Pyrrole)、吡啶(Pyridine)、喹啉(quinoline)。含硫杂环芳香族包含但不限于噻吩(Thiophene)或噻喃(Thiopyran)。
C^N及N^N配位基请参照下例,其它C^N及N^N配位基的范例与合成已见于美国申请案US20110313162,在此将其引入作为参照。
在一实施例中,本案的铱金属络合物具有化学式(2)或(3),亦即Ar1-Ar2为C^N或O^O配位基。
有关本案化合物的取代基部分,G及R1至R7系独立选自氢、卤素、氰基、胺基、取代或非取代的C1-C10烷基、取代或非取代的C2-C10烯基、取代或非取代的C2-C10炔基、取代或非取代的C3-C20环烷基、取代或非取代的C3-C20环烯基、取代或非取代的C1-C20杂环烷基、取代或非取代的C1-C20杂环烯基、取代或非取代的芳基及取代或非取代的杂芳基所组成的群组。较佳者,取代基G为取代或非取代的C1-C10烷基或取代或非取代的苯基。
应注明的是R6及R7的至少其一不为氢。其中,R6或R7为选自取代或非取代的C1-C10烷基、取代或非取代的C2-C10烯基、取代或非取代的C2-C10炔基及取代或非取代的芳基取代所组成的群组。较佳者,R6或R7为取代或非取代的C1-C10烷基或取代或非取代的苯基。
在此「芳基」指的是具有一或多个芳香环的碳氢基团。芳基基团范例包括苯基(phenyl,Ph)、亚苯基(phenylene)、萘基(naphthyl)、亚萘基(naphthylene)、芘基(pyrenyl)、蒽基(anthryl)、及菲基(phenanthryl)。「杂芳基」指的是具有一或多个芳香环的碳氢基团,且该芳香环包含至少一杂原子(例如,氮、氧或硫)。杂芳基基团范例可包括呋喃基(furyl)、亚呋喃基(furylene)、茀基(fluorenyl)、吡咯基(pyrrolyl)、噻吩基(thienyl)、恶唑基(oxazolyl)、咪唑基(imidazolyl)、噻唑基 (thiazolyl)、吡啶基(pyridyl)、嘧啶基(pyrimidinyl)、喹唑啉基(quinazolinyl)、喹啉基(quinolyl)、异喹啉基(isoquinolyl)及吲哚基(indolyl)。
在此应注明的是烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、杂环烷基、杂环烯基、芳基、以及杂芳基可包括经取代及未经取代的基团。
可能取代于环烷基、环烯基、杂环烷基、杂环烯基、芳基、以及杂芳基的取代基包含但不受限于C1-C10烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C3-C20环烷基、C3-C20环烯基、C1-C20杂环烷基、C1-C20杂环烯基、C1-C10烷氧基、芳基、芳氧基、杂芳基、杂芳氧基、胺基、C1-C10烷胺基、C1-C20二烷胺基、芳胺基、二芳胺基、C1-C10烷基磺胺(C1-C10alkylsulfonamino)、芳基磺胺(arylsulfonamino)、C1-C10烷基亚胺(C1-C10alkylimino)、芳基亚胺(arylimino)、C1-C10烷基磺亚胺(C1-C10alkylsulfonimino)、芳基磺亚胺(arylsulfonimino)、氢氧基、卤素、硫代基(thio)、C1-C10烷硫基、芳硫基、C1-C10烷磺酰基(alkylsulfonyl)、芳磺酰基(arylsulfonyl)、酰基胺(acylamino)、胺基酰(aminoacyl)、胺基硫酰(aminothioacyl)、酰胺基(amido)、脒基(amidino)、胍基(guanidine)、脲基(ureido)、硫脲基(thioureido)、腈基、硝基、亚硝基、迭氮基(azido)、酰基、硫酰基、酰氧基(acyloxy)、羧基、及羧酸酯等。另一方面,可能取代于烷基、烯基、或炔基的取代基包含除C1-C10烷基外的上述所有取代基。环烷基、环烯基、杂环烷基、杂环烯基、芳基、及杂芳基亦可互相稠合(fused)。
可用于本发明的铱金属络合物的实施例列述如下,但本发明不应被推论为仅限于下列络合物。
化合物合成
请参照下列反应式,本发明的铱金属络合物系由下列反应式合成。
应注明的是可于上述步骤调整除2-(噻吩-2-基)喹诺酮配位基外的另一配位基以得到不同的铱金属络合物。以下为本案具体实施例的材料合成步骤与光谱资料。
a.配位基的合成:2-(噻吩-2-基)喹诺酮衍生物
分别取2-乙酰噻吩衍生物(2-acetylthiophene)与邻氨基苯乙酮(2-aminoacetophenone)衍生物置于密封管中,并加入25毫升的饱和氢氧化钠乙醇溶液,加热至80℃反应搅拌一天。反应结束、冷却后以旋转浓缩仪移除乙醇,得一浓稠浅黄色粗产物。将此粗产物以50毫升乙酸乙酯溶解并加入100毫升水萃取两次。搜集有机溶液层加入硫酸镁除水并以旋转浓缩仪移除乙酸乙酯后,进一步以乙酸乙酯:正己烷=1:10比例进行管柱层析纯化。
2-(5-methylthiophen-2-yl)quinoline(mtq):以反应物2-乙酰-5-甲基噻吩(2-acetyl-5-methylthiophene,2.10g,15.0mmol)与邻氨基苯甲醛(2-aminobenzaldehyde,1.82g,15.0mmol)依前述实验方法进行合成,得2.50克白色固体产物,产率74%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):8.06-8.04(m,2H),7.73-7.69(m,2H),7.66(t,J=7.6Hz,1H),7.50(d,J=3.2Hz,1H),7.44(t,J=7.6Hz,1H),6.80(s,1H),2.54(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):152.48,148.08,143.58,142.84,163.33,129.64,129.09,127.39,126.94,126.38,125.96,125.75,117.27,15.70;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd for C14H11NS,225.0612;found225.0616.
4-methyl-2-(5-methylthiophen-2-yl)quinoline(mtmq):以反应物2-乙酰-5-甲基噻吩(2-acetyl-5-methylthiophene,2.10g,15.0mmol)与邻氨基苯乙酮(2-aminoacetophenone,2.03g,15mmol),依前述实验方法进行合成,得2.85克白色固体产物,产率80%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):8.07(d,J=8.4Hz,1H),7.83(d,J=8.0Hz,1H),7.64(t,J=7.2Hz,1H),7.49(s,1H),7.46(d,J=3.2Hz,1H),7.42(t,J=7.6Hz,1H),6.78(s,1H),2.61(s,3H),2.53(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):151.97,147.75,144.18,143.11,142.84,129.44,129.14,126.94,126.21,125.65,125.34,123.41,117.68,18.64,15.57;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd for C15H13NS,239.0769;found239.0776.
4-methyl-2-(4-methylthiophen-2-yl)quinoline(4mtmq):以反应物2-乙酰-4-甲基噻吩(2-acetyl-4-methylthiophene,2.10g,15.0mmol)与邻氨基苯乙酮 (2-aminoacetophenone,2.03g,15mmol),依前述实验方法进行合成,得2.57克白色固体产物,产率72%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):8.07(d,J=8.4Hz,1H),7.87(d,J=8.0Hz,1H),7.65(t,J=7.6Hz,1H),7.53(d,J=7.6Hz,2H),7.45(t,J=7.6Hz,1H),7.02(s,1H),2.65(s,3H),2.30(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):151.93,147.83,144.86,144.44,138.52,129.66,129.27,127.92,127.16,125.61,123.75,123.49,118.09,18.75,15.79;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd for C15H13NS,239.0769;found239.0776.
8-methyl-6-(5-methylthiophen-2-yl)-[1,3]dioxolo[4,5-g]quinoline(mtoq):以反应物2-乙酰-5-甲基噻吩(2-acetyl-5-methylthiophene,2.10g,15.0mmol)与2-氨基-4,5-亚甲基二氧苯乙酮(2-Amino-4,5-methylenedioxyacetophenone,2.69g,15.0mmol),依前述实验方法进行合成,得3.29克白色固体产物,产率77%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):7.42(d,J=3.6Hz,1H),7.42(s,1H),7.33(s,1H),7.16(s,1H),6.76(dd,J=0.8Hz,J=3.6Hz,1H),6.07(s,2H),2.58(s,3H),2.52(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):150.28,150.16,147.18,146.02,143.02,142.92,142.33,126.16,124.77,123.56,116.37,106.11,101.51,99.36,19.19,15.62;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd for C16H13NO2S,2383.0667;found283.0659.
2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenylquinoline(mtpq):以反应物2-乙酰-5-甲基噻吩(2-acetyl-5-methylthiophene,2.10g,15.0mmol)与邻氨基二苯甲酮 (2-aminobenzophenone,2.96g,15.0mmol),依前述实验方法进行合成,得3.73克白色固体产物,产率83%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):8.10(d,J=8.8Hz,1H),7.80(d,J=8.4Hz,1H),7.68-7.64(m,2H),7.53-7.51(m,6H),7.39(td,J=0.8Hz,J=8.0Hz,1H),6.79(dd,J=0.8Hz,J=3.6Hz,1H),2.30(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):151.98,148.68,148.57,143.53,142.84,138.16,129.46,129.42,128.49,128.32,126.37,125.97,125.76,125.55,117.48,15.69;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd for C20H15NS,301.0925;found301.0932.
7-methyl-2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenylquinoline(mtpmq):以反应物2-乙酰-5-甲基噻吩(2-acetyl-5-methylthiophene,2.10g,15.0mmol)与2-氨基-4-甲基二苯甲酮(2-amino-4-methylbenzophenone,3.17g,15.0mmol),依前述实验方法进行合成,得3.88克白色固体产物,产率82%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):7.92(s,1H),7.70(d,J=8.4Hz,1H),7.60(s,1H),7.53-7.50(m,6H),7.23(dd,J=1.6Hz,J=8.8Hz,1H),6.79(dd,J=0.8Hz,J=3.6Hz,1H),2.55(s,3H),2.54(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):151.98,148.68,148.57,143.53,142.84,138.16,129.46,129.42,128.49,128.32,126.37,125.97,125.76,125.55,117.48,15.69;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd for C21H17NS,315.1082;found315.1087.
4-methyl-2-(5-phenylthiophen-2-yl)quinoline(ptmq):以反应物1-(5-苯基噻吩-2-基)乙酮(1-(5-phenylthiophen-2-yl)ethanone,3.03g,15.0mmol)与邻 氨基苯乙酮(2-aminoacetophenone,2.03g,15mmol),依前述实验方法进行合成,得3.37克淡黄色固体产物,产率74%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):8.14(d,J=8.4Hz,1H),7.83(d,J=8.4Hz,1H),7.72-7.66(m,3H),7.57(d,J=4.0Hz,1H),7.48-7.38(m,4H),7.33-7.24(m,2H),2.57(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):151.58,147.69,146.56,144.29,134.04,129.44,129.24,128.75,127.64,126.44,125.52,123.78,123.44,117.59,18.60;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd for C20H15NS,301.0925;found301.0921.
4-phenyl-2-(5-phenylthiophen-2-yl)quinoline(ptpq):以反应物1-(5-苯基噻吩-2-基)乙酮(1-(5-phenylthiophen-2-yl)ethanone,3.03g,15.0mmol)与邻氨基二苯甲酮(2-aminobenzophenone,2.96g,15.0mmol),依前述实验方法进行合成,得3.70克淡黄色固体产物,产率74%。
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ):8.17(d,J=8.4Hz,1H),7.83(d,J=8.4Hz,1H),7.72-7.66(m,5H),7.48-7.45(m,5H),7.44-7.39(m,3H),7.36(d,J=4.0Hz,1H),7.31(t,J=7.6Hz,1H);13C NMR(100MHz,CDCl3,δ):151.68,148.99,148.56,147.23,138.10,134.19,129.72,129.48,128.94,128.59,128.47,127.92,126.89,126.11,125.81,125.68,124.03,117.56;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcdfor C25H17NS,363.1082;found363.1081.
b.铱金属络合物的合成
取2-(噻吩-2-基)喹诺酮衍生物作为配位基(2.2mmol)置入密封管中,加入三氯化铱(Iridium(III)chloride,0.375g,1.0mmol)以及2-乙氧基乙醇和水以3:1比例混合共5毫升作为溶剂,在110℃反应15小时。反应结束冷却至室温后,加入10毫升水过滤溶液收集固体,并以少量水和甲醇润洗,最后以正己烷反复多次润洗,抽干可得橘红至暗红色的氯桥双体铱络合物固体,产率皆高于90%;而后取氯桥 双体铱络合物(0.3mmol)置入5ml反应瓶中,加入碳酸钠(0.42g,4.0mmol)及2,4-戊二酮(2,4-pentanedione,0.10g,1.0mmol)或2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮(2,2,6,6-Tetramethylheptane-3,5-dione,0.19g,1.0mmol)作为辅助配位基,均匀混合后取5毫升2-乙氧基乙醇作为溶剂,在80℃反应12小时。反应结束冷却至室温后,加入10毫升水过滤溶液收集固体,并以少量水和甲醇润洗,在加入正己烷多次润洗后以二氯甲烷:正己烷=1:1比例进行管柱层析纯化。
Iridium(III)bis(2-(5-methylthiophen-2-yl)quinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(mtq)2Ir(acac)]:暗红色固体,产率52%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.27(d,J=8.8Hz,2H),8.05(d,J=8.8Hz,2H),7.76(d,J=7.6Hz,2H),7.58(d,J=8.8Hz,2H),7.51-7.47(m,2H),7.43(t,J=7.2Hz,2H),5.92(s,2H),4.94(s,1H),2.36(s,6H),1.67(s,6H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):186.24,166.98,155.61,150.56,146.18,138.86,138.26,133.57,131.11,128.37,126.03,124.80,116.85,101.06,28.32,15.81;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C33H27N2O2S2Ir,740.1143;found740.1143.Anal.calcd for C33H27N2O2S2Ir:N3.79,C53.57,H3.68,S8.67;found:N3.80,C53.42,H3.63,S8.60.
Iridium(III)bis(2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-methylquinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(mtmq)2Ir(acac)]:暗红色固体,产率61%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.29-8.27(m,2H),7.93-7.90(m,2H),7.51-7.43(m,3H),5.90(s,2H),4.94(s,1H),2.86(s,6H),2.35(s,6H),1.66(s,6H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):186.11,166.29,155.07,150.11,147.15,145.63,138.24,133.54,130.69,126.10,125.25,124.53,124.43,117.50,100.98,28.37,19.07,15.79;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C35H31N2O2S2Ir,768.1456;found768.1458.Anal.calcd for C35H31N2O2S2Ir:N3.65,C54.74,H4.07,S8.35;found:N3.70,C54.66,H4.05,S8.29.
Iridium(III)bis(2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-methylquinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(4mtmq)2Ir(acac)]:暗红色固体,产率55%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.13-8.10(m,2H),7.91-7.88(m,2H),7.56(s,2H),7.45-7.42(m,4H),6.77(s,2H),4.74(s,1H),2.84(s,6H),1.58(s,6H),1.15(s,6H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):185.74,166.52,152.94,150.01,147.31,147.20,140.60,130.55,125.77,125.28,124.79,124.44,117.76,100.27,28.20,19.13,16.01;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C35H31N2O2S2Ir,768.1456;found768.1450.Anal.calcd for C35H31N2O2S2Ir:N3.65,C54.74,H4.07;found:N3.60,C54.66,H4.01.
Iridium(III)bis(8-methyl-6-(5-methylthiophen-2-yl)-[1,3]dioxolo[4,5-g]quinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(mtoq)2Ir(acac)]:红色固体,产率64%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):7.87(s,2H),7.31(s,2H),7.21(s,2H),6.06(d,J=7.2Hz,4H),5.86(s,2H),5.04(s,1H),2.76(s,6H),2.35(s,6H),1.67(s,6H);HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C37H31N2O6S2Ir,856.1253;found856.1261.
Iridium(III)bis(2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenylquinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(mtpq)2Ir(acac)]:暗红色固体,产率67%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.38(d,J=8.4Hz,2H),7.81(d,J=7.6Hz,2H),7.67-7.54(m,12H),7.50(t,J=7.2Hz,2H),7.38(t,J=7.2Hz,2H),6.02(s,2H),5.01(s,1H),2.38(s,6H),1.73(s,6H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):186.31,166.34,155.56,151.00,146.17,138.45,137.97,133.64,130.90,130.12,129.10,129.01,126.65,125.19,124.75,117.20,101.12,28.44,15.86;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C45H35N2O2S2Ir,892.1769;found892.1769.Anal.calcd for C45H35N2O2S2Ir:N3.14,C60.58,H3.95,S7.19;found:N3.12,C60.66,H3.93,S7.15.
Iridium(III)bis(7-methyl-2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenylquinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(mtpmq)2Ir(acac)]:暗红色固体,产率64%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.26(s,2H),7.69(d,J=8.4Hz,2H),7.65-7.54(m,10H),7.46(s,2H),7.24(d,J=8.4Hz,2H),5.99(s,2H),5.10(s,1H),2.44(s,6H),2.38(s,6H),1.75(s,6H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):186.06,166.25,154.76,151.08,150.82,145.86,141.44,138.33,138.14,133.44,130.10,128.97,126.78,126.39,124.62,122.85,116.39,101.08,94.20,28.53,22.20,15.86;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C47H39N2O2S2Ir,920.2082;found920.2076.Anal.calcd for C47H39N2O2S2Ir:N3.04,C61.35,H4.27,S6.97;found:N3.04,C61.14,H4.27,S6.97.
Iridium(III)bis(4-methyl-2-(5-phenylthiophen-2-yl)quinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(ptmq)2Ir(acac)]:暗红色固体,产率54%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.37-8.34(m,2H),7.97-7.95(m,2H),7.62(s,2H),7.50-7.47(m,4H),7.41-7.39(m,4H),7.25-7.15(m,6H),6.51(s,2H),4.94(s,1H),2.92(s,6H),1.68(s,6H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):185.81,165.74,153.98,149.67,148.20,147.15,140.26,134.22,130.66,130.55,128.59,127.73,126.09,125.06,124.61,124.17,117.45,100.60,27.98,18.81;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C45H35N2O2S2Ir,892.1769;found892.1775.Anal.calcd for C45H35N2O2S2Ir:N3.14,C60.58,H3.95,S7.19;found:N3.14,C60.61,H3.93,S7.15.
Iridium(III)bis(2-(5-phenylthiophen-2-yl)4-phenylquinolinato-N,C2’)acetylacetonate[(ptpq)2Ir(acac)]:暗红色固体,产率52%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.32-8.30(m,2H),7.88-7.85(m,2H),7.72-7.70(m,6H),7.66-7.62(m,4H),7.60-7.56(m,2H),7.52-7.49(m,2H),7.44-7.41(m,6H),7.26-7.12(m,4H),7.20-7.16(m,2H),6.63(s,2H),5.01(s,1H),1.75(s,6H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):186.37,166.18,154.85,151.26,150.84,149.03,140.80,137.91,134.55,131.13,130.16,129.22,129.07,129.00,128.21,126.77,126.53,125.39,125.21,118.66,117.50,101.11,28.42;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C55H39N2O2S2Ir,1016.2082;found1016.2076.Anal.calcd for C55H39N2O2S2Ir:N2.76,C65.00,H3.87,S6.31;found:N2.73,C64.90,H3.85,S6.27.
Iridium(III)bis(2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-methylquinolinato-N,C2’)tetramethylheptadionate[(mtmq)2Ir(tmd)]:暗红色固体,产率58%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.21(d,J=8.4Hz,2H),7.86(d,J=8.4Hz,2H),7.45(s,2H),7.42-7.33(m,4H),5.97(s,2H),5.14(s,1H),2.84(s,6H),2.37(s,6H),0.71(s,18H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):194.93,166.28, 156.54,150.03,146.66,145.09,138.24,133.78,130.53,125.73,125.66,124.27,123.98,117.30,90.46,40.89,27.91,19.00,15.84;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C41H43N2O2S2Ir,852.2395;found852.2395.Anal.calcd for C41H43N2O2S2Ir:N3.29,C57.79,H5.09;found:N3.27,C57.63,H5.12.
Iridium(III)bis(2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenylquinolinato-N,C2’)tetramethylheptadionate[(mtpq)2Ir(tmd)]:暗红色固体,产率57%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.27(d,J=8.8Hz,2H),7.72(dd,J=1.6Hz,J=8.4Hz,2H),7.71-7.53(m,12H),7.39-7.30(m,4H),6.13(s,2H),5.16(s,1H),2.41(s,6H),0.76(s,18H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):195.05,166.30,157.10,150.69,145.67,138.43,138.21,133.99,130.75,130.01,128.96,126.19,125.58,124.51,117.01,90.34,40.98,27.90,15.90;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C51H47N2O2S2Ir,976.2708;found976.2715.Anal.calcd for C51H47N2O2S2Ir:N2.79,C63.38,H5.12;found:N2.85,C62.80,H4.94.
Iridium(III)bis(7-methyl-2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenylquinolinato-N,C2’)tetramethylheptadionate[(mtpmq)2Ir(tmd)]:暗红色固体,产率62%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.11(s,2H),7.64-7.52(m,12H),7.52(s,2H),7.18(d,J=8.4Hz,2H),6.09(s,2H),5.30(s,1H),2.40(s,6H),2.38 (s,6H),0.72(s,18H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):195.69,166.19,155.76,150.91,150.56,145.26,141.16,138.45,138.35,133.71,130.00,128.92,126.68,126.08,124.68,122.56,116.16,41.06,28.15,22.25,15.88;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C53H51N2O2S2Ir,1004.3021;found1004.3015.Anal.calcd for C53H51N2O2S2Ir:N2.79,C63.38,H5.12;found:N2.78,C63.41,H5.71.
Iridium(III)bis(4-methyl-2-(5-phenylthiophen-2-yl)quinolinato-N,C2’)tetramethylheptadionate[(ptmq)2Ir(tmd)]:暗红色固体,产率51%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.28(d,J=8.8Hz,2H),7.92-7.90(m,2H),7.62(s,2H),7.46-7.42(m,6H),7.39-7.35(m,2H),7.25-7.21(m,4H),7.18-7.15(m,2H),6.63(s,2H),5.13(s,1H),2.89(s,6H),0.73(s,18H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):194.95,166.10,155.86,149.95,148.06,147.01,140.75,134.79,131.28,130.78,128.95,127.90,126.32,126.08,125.90,124.74,124.10,117.63,90.28,40.93,27.91,19.10;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C51H47N2O2S2Ir,976.2708;found976.2712.Anal.calcd for C51H47N2O2S2Ir:N2.87,C62.74,H4.85;found:N2.83,C62.78,H4.89.
Iridium(III)bis(2-(5-phenylthiophen-2-yl)4-phenylquinolinato-N,C2’)tetramethylheptadionate[(ptpq)2Ir(tmd)]:暗红色固体,产率52%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.32-8.30(m,2H),7.78-7.75(m,2H),7.69(s,2H),7.66-7.58(m,10H),7.49-7.47(m,4H),7.38-7.34(m,4H),7.24(td,J=1.6Hz,J=6.4Hz,4H),7.19-7.17(m,2H),6.78(s,2H),5.14(s,1H),0.76(s,18H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):195.07,166.13,156.38,150.94,150.63,148.56,140.86,138.14,134.74,131.49,131.00,130.02,129.08,128.00,126.37,126.31,125.80,124.97,124.73,117.33,90.15,41.01,27.90;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C61H51N2O2S2Ir,1100.3021;found1100.3024.Anal.calcd for C61H51N2O2S2Ir:N2.55,C66.58,H4.67;found:N2.50,C66.45,H4.67.
c.面形三配位基铱金属络合物的合成
取氯桥双体铱络合物(0.3mmol)置入300ml双颈瓶中并在架设回流装置后,加入150毫升无水乙腈溶解氯桥双体铱络合物。另取六氟磷酸银(0.17g,0.66mmol)加入50毫升无水乙腈溶解后注入上述双颈反应瓶中,在氮气下加热至70℃搅拌反应2小时。六氟磷酸银反应物与回流装置等皆以铝箔包覆避光进行。反应结束冷却至室温后将反应通过硅藻土并搜集滤液,再以旋转浓缩仪移除溶剂得红褐色粗产物。以少量乙酸乙酯溶解粗产物后再加入大量乙醚,得到析出的黄褐色至红褐色盐类铱金属络合物,将其过滤并搜集。滤液则反复溶解析出步骤至完全搜集,产率约为90%;而后将盐类铱金属络合物(0.5mmol)置于50毫升反应瓶中,加入2-(噻吩-2-基)喹诺酮衍生物(0.55mmole)以及35毫升邻二氯苯,在氮气下加热至100℃搅拌反应5天。反应结束冷却至室温后以真空加热方式移除溶剂,再以二氯甲烷:正己烷=1:2为冲提液进行管柱层析纯化。
fac-Iridium(III)tris[2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-methylquinolinate-N,C2’][Ir(mtmq)3]:红色固体,产率44%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):7.86-7.81(m,6H),7.42(s,3H),7.18(t,J=7.6Hz,3H),6.69(t,J=7.6Hz,3H),5.76(s,3H),2.75(s,9H),2.37(s,9H);13C NMR(125MHz,CD2Cl2,δ):161.84,148.82,145.85,144.71,126.25,133.71, 129.59,127.31,126.29,124.54,124.15,118.65,19.00,15.98;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C45H36N3S3Ir,907.1701;found907.1693.Anal.calcd for C45H36N3S3Ir:N4.63,C59.58,H4.00;found:N4.67,C59.60,H4.05.
fac-Iridium(III)tris[2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenylquinolinate-N,C2’][Ir(mtpq)3]:深红色固体,产率52%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.00(d,J=8.4Hz,3H),7.75(d,J=8.4Hz,3H),7.61-7.51(m,18H),7.14(t,J=7.2Hz,3H),6.79(t,J=8.4Hz,3H),5.87(s,3H),2.41(s,9H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):161.95,149.92,149.60,145.40,138.20,136.51,133.90,130.09,129.91,128.91,127.24,126.71,124.93,124.50,118.4316.07;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C60H42N3S3Ir,1093.2170;found1093.2170.Anal.calcd for C60H42N3S3Ir:N3.84,C65.91,H3.87;found:N3.85,C66.00,H3.91.
fac-Iridium(III)tris[7-methyl-2-(5-methylthiophen-2-yl)-4-phenyl quinolinate-N,C2’][Ir(mtpmq)3]:深红色固体,产率49%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):7.85(s,3H),7.60(d,J=8.4Hz,6H),7.55-7.49(m,15H),6.98(dd,J=0.8Hz,J=8.4Hz,3H),5.90(s,3H),2.43(s,9H),1.38(s,9H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):161.79,149.77,149.65,145.15,140.78,138.39,136.54,134.03,129.92,128.89,128.81,127.24,126.53,126.27,123.01,117.57,20.24,16.07;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C63H48N3S3Ir, 1135.2640;found1135.2638.Anal.calcd for C63H48N3S3Ir:N3.70,C66.64,H4.26;found:N3.65,C66.78,H4.28.
fac-Iridium(III)tris[2-(5-phenylthiophen-2-yl)4-phenylquinolinate-N,C2’][Ir(ptpq)3]:深红色固体,产率43%。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.08(d,J=8.4Hz,3H),7.79(d,J=8.0Hz,3H),7.70(s,3H),7.63-7.61(m,6H),7.59-7.50(m,9H),7.27-7.24(m,6H),7.21-7.16(m,6H),6.85(td,J=1.2Hz,J=7.6Hz,3H),5.59(s,3H);13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):161.80,160.84,150.28,149.63,148.32,138.73,138.05,134.92,131.32,130.13,128.98,128.93,127.86,127.38,126.88,126.32,125.36,124.93,118.74;HRMS(FAB,m/z):[M+]calcd.for C75H48N3S3Ir,1279.2640;found1279.2646.Anal.calcd for C75H48N3S3Ir:N3.28,C70.40,H3.78;found:N3.15,C70.45,H3.75.
表一、铱金属络合物的光物理性质:
[a]量子效率(quantum yield,Фem)是在298K,以10-5M在无氧甲苯溶液中测量,其中Ir(piq)3(Фem=0.26)为对照组。
请参照表一显示本发明的铱金属络合物的光物理性质。上述铱金属络合物为红色磷光材料。此一系列红色磷光材料放光波长自596nm至675nm。其中(mtpq)3Ir与(mtpmq)3Ir的量子效率分别可达0.38与0.35,较现行文献中常使用的相同光色磷光材料Ir(piq)3(Iridium(III)tris(1-phenyl-isoquinolinato-C2,N)高出近50%;而(mtpq)2Ir(acac)放光波长为635nm,仍可有0.33的量子效率表现。
此外,请参照图1,图1为示意图显示具有铱金属络合物的发光组件结构的一实施例。发光组件结构具有设置于阳极1及阴极2之间包含化合物的发光层3。发光层3系将发光材料掺杂至主体发光材料中所构成。发光组件结构还包括从阳极1上方依序 形成的电洞传输层4、电子阻挡层9、发光层3、电洞阻挡层6、电子传输层5及电子注入层8。其中,各层的实际厚度与图中所显示的尺寸并无关系。其中,本发光组件的电子阻挡层9、电洞阻挡层6及电子注入层8为选择性包含。其中铱金属络合物可为发光层的一主体发光材料或一掺杂物。
举例而言,本发明的有机发光二极管为一红色磷光有机发光二极管、一绿色磷光有机发光二极管或一橘色磷光有机发光二极管。
例示的电致发光装置结构
所形成的装置结构之中,ITO做为基板,测试的电极材料包括LiF/Al;测试的发光材料包括Ir(piq)3;测试的电子传输层包括BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-[1,10]phenanthroline)及Alq3(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(III)),其可做为电洞阻挡层或者同时做为电洞阻挡层及电子传输层。测试的电洞传输层包括NPB(4,4’-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]bipheny)及TCTA(4,4’,4”-tri(N-carbazolyl)triphenylamine),其可做为电子阻挡层或者同时做为电子阻挡层及电洞传输层。
装置效能的比较
表二、红光有机发光二极管的性能
*注:前两项数据引用自黄义钧博士论文资料,其中:
US20050025995组件结构:ITO/NPB/CBP:(13)or(14)/BCP/Alq3/Mg:Ag/Ag
本发明的磷光材料组件结构:ITO/NPB/TCTA/BIQS(Bis(4-(6H-indolo[2,3-b]quinoxalin-6-yl)phenyl)diphenylsi lane):dopant/BCP/Alq3/LiF/Al
**Lmax:最大亮度(maximum luminescence);
ηext:最大外部量子效率(maximum external quantum efficiency);
ηc:最大电流效率(maximum current efficiency);
ηp:最大电能效率(maximum power efficiency)。
请参照表二,其显示红光有机发光二极管的性能。其中本案与US20050025995络合物差异在于本案的铱金属络合物在代表式(1)化合物中对R6或R7位置进行官能基修 饰。US20050025995络合物所揭露(13)化合物在当时的最大外部量子效率为12.8%、电流效率为19.1cd/A、能量效率为9.9lm/W。随着组件结构以及材料改善现行测试中,其最大外部量子效率以及电流校率可提升约80%,而能量效率更可提升为3倍;在相同的条件下,化合物(13)的最大电流效率与能量效率较文献中常使用的(piq)2Ir(acac)提升约10%以上。
因此由上述数据可知,本案的铱金属络合物在代表式(1)化合物中对R6或R7位置进行官能基修饰,而增进了US20050025995络合物的效能。
本发明化合物(mtpq)3Ir与(mtpmq)3Ir应用于组件中具有相似的放光光色,能够再度提升组件的电流效率或能量效率达8%至25%。除了以上的效率改进,本系列开发出(mtpq)2Ir(acac)、(mtpmq)2Ir(acac)、(mtpq)2Ir(tmd)、(mtpmq)2Ir(tmd)等更接近真实的红色放光磷光材料,其CIE色坐标可达(0.70,0.30),能提供更广色域的显示能力,涵盖范围为NTSC115%(注:一般现行显示器为NTSC72%),并同时具有极佳的最大外部量子效率的表现。
此外,化合物(ptpq)2Ir(tmd)、(ptpq)3Ir的最大放光波长接近700nm,具有近红外光装置的应用潜力,如生医显影技术等应用。
综合上述,本发明的铱金属络合物具有良好热稳定性、化学稳定等特性,并可在红色磷光有机发光组件达成高外部量子效率、电流效率及能量效率以改进红色磷光有机发光二极管的效能。
以上所述的实施例仅系为说明本发明的技术思想及特点,其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施,当不能以的限定本发明的专利范围,即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰,仍应涵盖在本发明的专利范围内。