CN101384639B - 芳胺聚合物 - Google Patents

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Abstract

一种半导体聚合物，它包括在聚合物主链内含通式1的第一重复单元：其中a＝1或2；b＝0或1；和c＝0、1或2，条件是若c＝0，则b＝0；Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5和Ar6各自独立地表示芳环或杂芳环，或其稠合衍生物；其特征在于Ar1、Ar2、Ar4和Ar5中的至少一个是非共轭的；和条件是(a)若a＝1，则Ar1没有通过直接的化学键与Ar2相连，(b)若b＝1和c＝1，则Ar4没有通过直接的化学键与Ar5相连，(c)若b＝0和c＝1，则Ar2没有通过直接的化学键与Ar5相连，(d)若a＝2，则Ar1基没有通过单键相连，和(e)若c＝2，则Ar5基没有通过单键相连。

Description

芳胺聚合物
技术领域
本发明涉及芳胺聚合物及其制备方法。本发明还涉及含有胺聚合物的有机电子器件，例如发光器件(LED)及其制备方法。
背景技术
有机LED典型地包括位于电极之间的一种或更多种半导体聚合物层。半导体聚合物的特征在于主链和/或侧链内部分或显著共轭。
半导体聚合物现在常常用于聚合物发光器件(“PLED”)中，正如WO 90/13148所公开的。
典型的LED包括阳极、阴极承载在其上的基底和位于阳极与阴极之间且包括至少一种发光材料的有机发光层。在操作中，空穴通过阳极注入到器件内，和电子通过阴极注入到器件内。空穴和电子在有机发光层内结合，形成激子，激子然后经历辐射衰变发光。可在LED内存在其他层。例如，可在阳极和有机发光层之间提供传导有机空穴注入材料的层，例如聚(乙烯二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐(PEDT/PSS)，辅助空穴从阳极注入到有机发光层中。此外，可在阳极(或若存在的话，空穴注入层)和有机发光层之间提供半导有机空穴传输材料层，辅助空穴传输到有机发光层中。
一般地，希望在前述有机器件中所使用的一种或多种聚合物可溶于共同的有机溶剂中，以便于其在器件制造过程中沉积。许多这种聚合物是已知的。这一溶解度的关键优点之一是，可通过溶液加工，例如通过旋转流延(spin-casting)、喷墨印刷、筛网印刷、浸涂、辊印等，制造聚合物层。在例如现代材料(Adv.Mater.)2000 12(23)1737-1750中公开了这种聚合物的实例且包括由芳族或杂芳族单元，例如芴、茚并芴、亚苯基、亚芳基亚乙烯基、噁唑、喹喔啉、苯并噻二唑、噁二唑、噻吩和具有增溶基团的芳胺形成的具有至少部分共轭主链的聚合物，以及具有非共轭主链的聚合物，例如聚(乙烯基咔唑)。聚亚芳基，例如聚芴具有良好的成膜性能且可通过铃木(Suzuki)或山本(Yamatomo)聚合容易地形成，这使得能高度控制所得聚合物的区域规整度。
在一些器件中，可希望在单一基底表面上流延不同材料(典型地聚合物)的多层，即层压体。例如，这可实现独立的功能，例如电子或空穴电荷传输、发光控制、光子局限、激子局限、光诱导的电荷生成和电荷阻挡或储存的优化。
关于这一点，可用于能制造多层材料(例如聚合物)，以便例如在整个器件上控制电和光性能。这对于最佳的器件性能来说可能是有用的。可例如通过仔细设计电子和空穴传输的能级补偿(level offset)、光折射指数的错配，和界面上的能隙错配，实现最佳的器件性能。这种非均相结构(heteros tructure)可例如促进一种载流子注入但阻挡相反的载流子提取和/或防止激子扩散到猝灭界面上。于是，这种非均相结构可提供有用的载流子和光子局限效果。
WO 99/54385公开了在电致发光器件中使用的含芴和胺基的共聚物。公开了式II、III和IV的胺基：
含胺的小分子也是LED领域和之外的领域中已知的，例如JP 2004210785、JP 2003248331、JP 2002241352、WO 2000/027946、JP 11185967、JP 10302960、JP 10095787、JP 09268284、JP 07301926、JP 06110228、JP 06104467、EP 506492、JP 04225363、JP 03094260、JP 03094259、JP 03094258、Journal of the Chemical Society，PerkinTransactions  2：Physical  Organic  Chemistry(1997)，(7)，1405-1414和Chemical Communications(1996)，(23)，264-2642。根据“Approach to molecularde sign of charge transport materialsby molecular orbital calculation(通过分子轨道计算，分子设计电荷传输材料的方法)”，IS&T`s Int.Congr.Adv.Non-Impactprinting Technol.，Final Program Proc.，8th(1992)，261-3，胺小分子也是已知的。
根据WO 2005/052027，可交联的芳胺化合物是已知的。
LED的发光层可包括一种或更多种荧光和/或磷光发光材料。在LED中，电子和空穴从相反电极注入并结合形成两类激子；理论比值为3∶1的自旋对称的三线态和自旋反对称的单线态。来自单线态的辐射衰变快(荧光)；但来自三线态(磷光)的辐射衰变通过自旋守恒的要求正式受到抑制。
受这一理解推动，最初认为有机发光器件(OLED)的最大内部量子效率限于25％，提出了转移单线态和三线态二者到磷光掺杂剂的想法。这种磷光能从有机材料中理想地接受单线态和三线态激子并产生光，尤其来自二者的电致发光。
过去数年来，许多人研究了通过共混磷光材料到半导体层内的掺入。基于掺入磷光掺杂剂和基质(host)，例如小分子等的基质或非共轭聚合物基质，例如聚乙烯咔唑等的共混物的LED，实现了良好的结果。
在LED中，咔唑化合物作为三线态发射器的基质是数篇论文的主题，其中包括JACS(美国化学会志)2004，126，7718和JACS 2004，126，6035-6042。JACS 2004，126，7718公开了基于9，9`-二烷基-[3，3`]-双咔唑基的均聚物和共聚物。JACS 2004，126，6035-6042研究了基于在咔唑单元的苯环处衍生的一系列小分子咔唑衍生物。
在多色LED内采用聚合物基质很少成功的原因之一是难以发现具有足够高三线态能级的材料，结果基质没有猝灭红、绿和尤其蓝色发射。此外，如JACS 2004，126，7718中所提及的，实际的挑战是制备具有高的三线态能级且与此同时具有合适的HOMO和LUMO能级以供电荷有效注入的聚合物。
WO 2004/055129涉及电致发光器件，它包括电荷传输的共轭供体化合物和磷光受体化合物的结合物。公开了间位连接的亚苯基；3，6-连接的亚芴基；和3，6-咔唑基单元作为奇整数子单元用以增加共轭聚合物链的最低三线态能级。
鉴于上述内容，理解到在电子器件内仍然需要提供用于磷光发光材料的进一步的基质材料。
正因为如此，本发明的目的是在电子器件内提供用于磷光发光材料的新的基质材料。此外，本发明的目的是提供含新的基质材料的新的电子器件。再进一步，本发明的目的是提供其制备方法。
本发明的第一方面提供半导体聚合物，该聚合物在聚合物主链内包括含通式1的第一重复单元：
其中a＝1或2；b＝0或1；和c＝0、1或2，条件是若c＝0，则b＝0；Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5和Ar6各自独立地表示芳环或杂芳环，或其稠合衍生物；其特征在于Ar1、Ar2、Ar4和Ar5中的至少一个非共轭；和条件是(a)若a＝1，则Ar1没有通过直接的化学键与Ar2相连，(b)若b＝1和c＝1，则Ar4没有通过直接的化学键与Ar5相连，(c)若b＝0和c＝1，则Ar2没有通过直接的化学键与Ar5相连，(d)若a＝2，则Ar1基没有通过单键相连，和(e)若c＝2，则Ar5基没有通过单键相连。
优选地，a＝1和c＝0或1。
第一方面进一步提供在有机电子器件内半导聚合物传输空穴的用途。第一方面仍进一步提供在有机电子器件内半导聚合物作为磷光金属络合物用基质的用途。
发明人已发现，引入通式1的第一重复单元到半导聚合物内并因此降低沿聚合物主链的共轭长度将增加半导聚合物的三线态能级。这将有益于避免当在发光器件内半导聚合物用作磷光材料用基质时的猝灭，进而增加器件效率。优选地，三线态能级足够高，以便半导聚合物适合于用作磷光绿色发射器用基质。关于这一点，优选三线态能级大于2.4电子伏特。在另一实施方案中，半导聚合物适合于用作磷光天蓝色发射器用基质和优选三线态能级大于2.6电子伏特。在另一实施方案中，半导聚合物适合于用作磷光红色发射器用基质和优选三线态能级大于2.2电子伏特。半导聚合物的空穴传输性能还使得该聚合物成为在有机电子器件中使用的所需的空穴传输材料。
还发现，当与其他基质材料相比时，本发明的半导聚合物具有预料不到地良好的稳定性。根据标准技术，就器件的电化学稳定性(可逆的氧化和还原)和寿命方面测量稳定性。
本发明的第二方面提供制备相对于第一方面定义的聚合物用的单体，所述单体包括通式1：
其中a、b、c、Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5和Ar6如以上相对于第一方面所定义；和至少一个离去基L直接与Ar1相连且能参与聚合。
本发明的第三方面提供相对于第一方面定义的半导聚合物的制备方法，所述方法包括在便于形成半导聚合物的条件下，聚合相对于第二方面定义的多种单体的步骤。
本发明的第四方面提供包含相对于第一方面定义的半导聚合物的有机电子器件。第四方面进一步提供其制备方法。
参考附图，更详细地描述本发明，其中：
图1示出了用于LED的基本器件结构。
参考第一方面，将理解Ar1、Ar2、Ar4和Ar5中的至少一个“非共轭”是指沿着第一重复单元的主链非共轭。共轭产生于沿着主链轨道的连续重叠，例如交替的单和双碳碳键，这种化学键将留下重叠p轨道的连续路径。共轭主链的实例是聚(对-连接的亚苯基)。
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5和Ar6可选自任何合适的芳基或杂芳基环或其稠合衍生物。合适的芳基和杂芳基环是本领域的技术人员已知的，且以下述优先的顺序包括：苯基、萘基、芴、联苯、咔唑，和具有绿色磷光发射器用的合适的三线态能级的任何6元杂环。优选平面环，例如苯基或芴环。优选芳环。优选6元环。
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5和/或Ar6可被取代或未取代。合适的取代基包括增溶基，例如直链或支链的C1-20烷基或烷氧基；吸电子基团，例如芴、硝基或氰基；和增加聚合物玻璃化转变温度(Tg)的取代基。
Ar3和/或Ar4的另一合适的取代基是氨基，优选二芳基氨基，从而在聚合物主链内提供胺单元和聚合物主链的侧挂的胺单元，这些胺单元可起到改进聚合物的空穴传输和/或发射特征的作用。氨基可以直接与Ar3和/或Ar4相连，或可通过间隔基隔开Ar3和/或Ar4。二芳基氨基取代基中的芳基可以与以上针对Ar1-Ar6所述的一样。
在主链和侧挂的Ar环之间可存在通式1中未示出的额外连接。关于这一点，Ar1可与Ar3相连。类似地，Ar2可与Ar3相连。若c＝1，则Ar5可与Ar6相连。若b＝1和c＝1，则Ar4可与Ar6相连。若b＝0和c＝1，则Ar2可与Ar6相连。所有前述连接键可以是直接的化学键或者借助桥连基团或桥连原子。
可存在前述连接键中的一个或更多个。特别地，Ar2可与Ar3和Ar6二者相连，正如以下所示：
这一重复单元可衍生于由小分子制备的单体，正如在杂环化学杂志(J.Heterocyclic Chem.)，29，1237(1992)中所公开的。
Ar1没有通过直接的化学键与Ar2相连。然而，Ar1可借助桥连基团或桥连原子与Ar2相连。
类似地，若b＝1和c＝1，则Ar4没有通过直接的化学键与Ar5相连。此外，若b＝0和c＝1，则Ar2没有通过直接的化学键与Ar5相连。然而，若b＝1和c＝1，则Ar4可借助桥连基团或桥连原子与Ar5相连。类似地，若b＝0和c＝1，Ar2可借助桥连基团或桥连原子与Ar5相连。此外，在a＝2的情况下，两个Ar1基没有通过直接的化学键相连，和在其中c＝2的情况下，两个Ar5基没有通过直接的化学键相连。
在以下的通式3-5中示出了这些可能性：
其中----表示直接的化学键，X表示桥连基团或桥连原子；和d＝0或1。合适的桥连基团包括(CH2)n，其中n为1-2。合适的桥连原子包括O和S。在通式3-5中，可以存在所示的--X--和--(X)d--连接基中的一个或结合。
优选地，Ar3和/或Ar6(如果存在的话)具有至少一个取代基。优选Ar3和/或Ar6(如果存在的话)独立地表示芳环或杂芳环。当Ar3和/或Ar6表示6元环如苯基时，Ar3和/或Ar6可具有至多5个取代基。优选至少一个位于对位的取代基。
优选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5和Ar6各自包括苯基，所述苯基可被取代或未取代。为了容易合成，在Ar2和Ar4上的取代优先于Ar1和Ar5。若结构单元[-N-Ar2-Ar4-N-]沿着其长度共轭，则当Ar2＝Ar4＝6元环时，优选在2，2`或3，3`位置上取代。这将增加沿着聚合物主链的扭矩，从而进一步降低共轭。
当Ar1、Ar2、Ar4和/或Ar5包括苯基时，苯基可在第一重复单元内间位相连，或者可在间位稠合到另一芳基或杂芳基环，例如另一苯基上，以便使之非共轭。
间位相连的苯环包括通式6：
取代基可位于间位相连的苯环的对位：
其中R表示此处所述的任何合适的取代基。优选的取代基包括烷基、烷氧基和芳基，最优选烷基和烷氧基。
苯环的稠合衍生物包括通式8，其中Ar7表示任何合适的第二芳环或杂芳基环：
第二芳环或杂芳基环Ar7优选是6元环，更优选苯基。稠合衍生物可包括通式9：
优选非稠合、非共轭的芳环或杂芳基环或其稠合衍生物。
在一个实施方案中，第一重复单元的端基Ar(即Ar1，和Ar2与Ar5之一)优选非共轭。在这一实施方案中，两个端基Ar(即Ar1，和Ar2与Ar5之一)优选各自独立地表示间位相连的苯基。
第一重复单元可包括通式10或11或12：
其中R表示氢或此处所述的任何合适的取代基。优选的取代基包括烷基、烷氧基和芳基。最优选烷基和烷氧基。
在通式10中，--X-连接基是任选的。若存在的话，则X优选是O或S。
在通式12中，可希望通过如通式13所示引入取代基来增加在聚合物链内的扭矩程度：
当c＝1时，在一个实施方案中，第一重复单元中的中心Ar(即，Ar2与Ar4之一或二者)优选非共轭。在这一实施方案中，Ar2与Ar4之一或二者优选独立地表示间位相连的苯基。
在一个实施方案中，若c＝1和b＝0，则Ar2优选表示间位相连的苯基。
第一重复单元可包括通式14：
其中---表示直接的化学键；每一X独立地表示桥连基团或桥连原子；c＝0或1；每一R独立地表示取代基和-(X)d-连接基独立地是任选的。
在另一实施方案中，若c＝1和b＝0，则Ar2优选表示苯环的稠合衍生物。该稠合衍生物可具有此处定义的通式8或9。若稠合Ar1和Ar5，则Ar2必须间位相连(和a＝0)。
第一重复单元可包括通式15：
其中---表示直接的化学键；每一X独立地表示桥连基团或桥连原子；d＝0或1；每一R独立地表示取代基和-(X)d-连接基独立地是任选的。
以上所定义的第一重复单元可以被官能化，以便使得该半导聚合物交联。当半导聚合物交联时，优选地，半导聚合物含有5-25摩尔％交联的重复单元。
在Ar3和/或Ar6上的取代基(例如在通式10-12、14或15内的一个或两个R)可以是官能取代基，从而提供另一聚合物链交联。
半导聚合物优选可溶，以便通过溶液加工，例如通过喷墨印刷、旋涂或辊印，它可以层形式沉积。该半导聚合物优选可溶于共同的有机溶剂，例如烷基化苯，尤其二甲苯和甲苯内。
半导聚合物优选包括被非共轭芳环或杂芳基环或其稠合衍生物隔开的共轭链段。“非共轭”是指在非共轭的芳环或杂芳基环或其稠合衍生物的任何一侧上的基团彼此没有共轭：
若B非共轭，则A和C彼此没有共轭。这与其中在任何一侧上的基团彼此共轭的共轭芳环或杂芳基环或其稠合衍生物不同。
在一个实施方案中，半导聚合物基本上非共轭。
半导聚合物可包括均聚物。
半导聚合物可包括共聚物或更高次序(order)的聚合物。共聚物或更高次序的聚合物除了含有此处定义的第一重复单元以外，还含有一个或更多个不同的共重复单元。
当共聚物或更高次序的聚合物拟用作空穴传输聚合物时，优选地，该共聚物或更高次序的聚合物含有至少50摩尔％第一重复单元。当共聚物或更高次序的聚合物拟用作基质时，若一个或更多个共重复单元非共轭，则该共聚物或更高次序的聚合物可含有最多50摩尔％的第一重复单元。更优选，该共聚物或更高次序的聚合物含有5-50摩尔％，仍更优选5-25摩尔％的第一重复单元。
共重复单元可辅助溶解半导聚合物。
优选的共重复单元可包括芳基或杂芳基。合适的芳基和杂芳基包括芴，尤其9，9-二烷基聚芴或9，9-二芳基聚芴；螺芴；茚并芴；亚苯基；噻吩；三芳基胺；氮杂茂(azole)；喹噁啉；噁二唑；和苯并噻二唑。
与半导聚合物内的第一重复单元直接相连的共重复单元优选不与其共轭相连。然而，这不是重要的。
优选地，共重复单元包括在半导聚合物的共轭链段内。优选地，共轭链段包括依次不多于4个共轭芳环或杂芳基环，尤其当该半导聚合物拟用作磷光绿色发射器用基质时。
例如，半导聚合物可以是通式(10)的第一重复单元和2，7连接的芴共重复单元的AB或ABB共聚物：
A                           B                    B
此外，半导聚合物可以是具有通式(14)的第一重复单元和3，6-连接的咔唑共重复单元的AB共聚物或AAB共聚物。
优选的共重复单元包括3，6-连接的芴。3，6-连接的芴优选包括通式16：
其中R1和R2独立地表示氢或取代基，例如或任选取代的烷基(直链或支链)，烷氧基(直链或支链)，芳基，芳烷基，杂芳基和杂芳基烷基。更优选，R1和R2中的至少一个包括任选取代的C4-C20烷基或芳基。
本发明的优选共聚物是第一重复单元和含3，6-连接的芴的共重复单元的AB共聚物。
其他合适的共重复单元是咔唑、亚苯基、联苯等(参见以下的实例)：
在半导聚合物内的共重复单元可含有交联基，以便使得该聚合物交联。这种共重复单元可衍生于携带可交联基团的单体，例如含通式17的单体：
其中L和L`表示合适的反应性离去基；Ar表示芳基或杂芳基，和X表示含可交联端基的基团。
合适的可交联基包括苯乙烯基、环丁烷和氧杂环丁烷。例如，X可以包括式47或48：
这些以具有反应性基团，例如卤素、硼酸或硼酸酯等的封端剂形式添加。例如，(47)和(48)可分别衍生于4-乙烯基溴苯和4-溴苯并环丁烷。
另外或或者，可添加不大于20重量％的低分子量的交联剂，以便增加聚合物的交联密度。低分子量交联剂的实例是二乙烯基苯。
含可交联基的单体的实例包括：
其他实例是本领域技术人员例如根据WO 2005/052027和WO02/10129已知的。
半导聚合物的HOMO能级优选在4.9-5.5电子伏特范围内，更优选5.0-5.2电子伏特。
半导聚合物优选含有小于50摩尔％的咔唑重复单元，更优选半导聚合物基本上不含咔唑重复单元。
参考本发明第二方面的单体，单体优选含有两个反应性离去基(L和L`)。参考式(1)，L与Ar1直接相连，和L`优选与Ar2(若b＝c＝0)或Ar5(若c＝1)直接相连。
要理解，单体可包括第一方面中定义的第一重复单元和与第一重复单元的端基相连的合适的反应性离去基(L和L`)，正如以下的通式21所示：
L-重复单元-L`(21)
本发明第二方面的单体包括具有一个反应性离去基的封端基，正如通式22所示：
L-重复单元-Y(22)
其中L如上所定义，和Y表示惰性基团，例如氢。
在通式21和22中，“重复单元”表示本发明第一方面中定义的第一重复单元。
单体可被官能化，例如含有交联基。合适地，可交联基可以以在单体内的Ar3和/或Ar6上的取代基形式存在。例如，通式10-12、14和15内的一个或两个R可表示在具有通式21或22的单体内的交联基。
合适的交联基是本领域的技术人员已知的。WO 2005/052027公开了可交联的芳胺化合物。优选的交联基包括-CH＝CH2和苯并环丁烷。
在通式6-16和18-20中，可存在所示的那些以外的额外的取代基。
参考第三方面的方法，制备第一方面中定义的半导聚合物的优选方法是例如在WO00/53656中所述的铃木(Suzuki)聚合和例如T.Yamamoto，“Electrically Conducting And Thermally Stablepi-Conjugated  Poly(arylene)s  Prepared  by  OrganometallicProcesses(通过有机金属方法制备的导电和热稳定的π共轭聚(亚芳基))”，聚合物科学的进展(Progress in Polymer Science)，1993，17，1153-1205中所述的山本(Yamamoto)聚合。这些聚合技术均借助“金属插入”操作，其中在单体的芳基和离去基之间插入金属络合物催化剂中的金属原子。在山本(Yamamoto)聚合的情况下，使用镍络合物催化剂；在铃木(Suzuki)聚合的情况下，使用钯络合物催化剂。
例如，在通过山本(Yamamoto)聚合合成制备直链聚合物中，使用具有两个反应性卤素基团的单体。类似地，根据铃木(Suzuki)聚合方法，至少一个反应性基团是硼的衍生物基团，例如硼酸或硼酸酯，和另一个反应性基团是卤素。优选的卤素是氯、溴和碘，最优选溴。
因此，要理解，在本说明书当中所示的含芳基的重复单元和端基可衍生于携带一个或更多个合适的离去基的单体。
可使用铃木(Suzuki)聚合制备区域规则的嵌段和无规共聚物。特别地，当一个反应性基团是卤素和另一个反应性基团是硼的衍生物基团时，可制备均聚物或无规共聚物。或者，当第一单体中两个反应性基团均为硼和第二单体中两个反应性基团均为卤素时，可制备嵌段或区域规则的共聚物，尤其AB共聚物。
作为卤化物的替代方案，能参与金属插入的其他离去基包括含甲苯磺酸盐、甲磺酸盐和三氟甲磺酸盐的基团。
参考本发明的第四方面，电子器件可包括发光器件。
参考图1，本发明的LED的结构包括透明玻璃或塑料基底1，例如氧化铟锡的阳极2，和阴极4。在阳极2和阴极4之间提供发光层3。
可在阳极2和阴极3之间布置进一步的层，例如电荷传输、电荷注入或电荷阻挡层。
特别地，希望在阳极2和发光层3之间提供由掺杂的有机材料形成的传导空穴注入层，以辅助空穴从阳极注入到一层或多层半导聚合物层内。掺杂的有机空穴注入材料的实例包括聚(亚乙基二氧基噻吩)(PEDT)，尤其EP0901176和EP 0947123中公开的用聚苯乙烯磺酸盐(PSS)掺杂的PEDT，和在US5723873和US5798170中公开的聚苯胺。
若存在的话，位于阳极2和发光层3之间的空穴传输层的HOMO能级优选小于或等于5.5电子伏特，更优选为约4.8-5.5电子伏特。
若存在的话，位于发光层3和阴极4之间的电子传输层的LUMO能级优选为约3-3.5电子伏特。
将预见本发明第一方面的半导聚合物位于器件的发光层内或者空穴传输层内。这取决于在器件内半导聚合物的功能。当半导聚合物用作发光材料时，它可单独或者与电荷传输层结合位于器件的发光层内。当半导聚合物用作空穴传输材料时，它可(与发光材料结合)位于器件的发光层内，或者位于空穴传输层内。当半导聚合物用作发光掺杂剂用基质，尤其磷光材料时，它将与掺杂剂材料一起位于器件的发光层内。
当半导聚合物用作空穴传输材料时，发光层3可由单独的发光材料组成或者可包括发光材料结合一种或更多种进一步的材料。特别地，发光材料可与空穴和/或电子传输材料共混，正如在例如WO99/48160中所公开的。或者，发光材料可共价键合到电荷传输材料上。
当半导聚合物用作空穴传输材料时，发光材料可以是荧光或磷光发光材料。该发光材料可包括聚合物或小分子，例如金属络合物。
当半导聚合物用作空穴传输材料时，在层3中使用的合适的发光聚合物典型地是共轭聚合物且包括聚(亚芳基亚乙烯基)，例如聚(对亚苯基亚乙烯基)，和聚亚芳基，例如聚芴，尤其2，7-连接的9，9-二烷基聚芴或2，7-连接的9，9-二芳基聚芴；聚螺芴，尤其2，7-连接的聚-9，9-螺芴；聚茚并芴，尤其2，7-连接的聚茚并芴；聚亚苯基，尤其烷基或烷氧基取代的聚1，4-亚苯基。在例如现代材料(Adv.Mater.)2000 12(23)1737-1750中和在其内的参考文献中公开了这种聚合物。在以下针对共轭聚合物中进一步详细地描述了合适的发光聚合物。
以下将讨论在发光层3中使用的合适的金属络合物。要理解，在当本发明的半导聚合物用作空穴传输材料时的实施方案(a)和当本发明的半导聚合物用作磷光金属络合物用基质时的实施方案(b)中，以下所述的磷光金属络合物可在本发明的器件中使用。当本发明的半导聚合物用作空穴传输材料时，可存在用于磷光金属络合物的额外的基质材料。
在现有技术中公开了适合于用作额外的基质材料的许多基质，其中包括Ikai等人(应用物理通讯(Appl.Phys.Lett.，79，no.2，2001，156)公开的“小分子”基质，例如称为CBP的4，4`-双(咔唑-9-基)联苯)，和称为TCTA的(4，4`，4``-三(咔唑-9-基)三苯基胺)；和三芳基胺，例如称为MTDATA的三-4-(N-3-甲基苯基-N-苯基)苯基胺。聚合物也被称为基质，尤其例如在应用物理通讯(Appl.Phys.Lett.)2000，77(15)，2280中公开的诸如聚(乙烯基咔唑)之类的均聚物；在Synth.Met.2001，116，379，物理综述(Phys.Rev.)B 2001，63，235206和应用物理通讯(Appl.Phys.Lett.)2003，82(7)，1006中的聚芴；现代材料(Adv.Mater.)1999，11(4)，285中的聚[4-(N-4-乙烯基苄氧基乙基，N-甲基氨基)-N-(2，5-二叔丁基苯基萘酰亚胺)]；和材料化学杂志(J.Mater.Chem.)2003，13，50-55中的聚(对亚苯基)。共聚物也被称为基质。
合适的金属络合物包括通式23的任选取代的络合物：
ML1 qL2 rL3 s(23)
其中M是金属，L1、L2和L3中的每一个是配位基团，q是整数；r和s各自独立地为0或整数；和(a.q)+(b.r)+(c.s)之和等于在M上可获得的配位点数量，其中a是在L1上的配位点数量，b是在L2上的配位点数量，和c是在L3上的配位点数量。
重金属M诱导强烈的自旋-轨道偶联，以允许来自三线态的快速体系内跃迁和释放(磷光)。合适的重金属M包括：
-镧系金属，例如铈、钐、铕、铽、镝、铥、铒和铌；和
-d-区金属，尤其在第2和3行内的那些，即元素39-48和72-80，尤其钌、铑、钯、铼、锇、铱、铂和金。
用于f-区金属的合适的配位基包括氧或氮供体体系，例如羧酸、1，3-二酮化物(diketonate)、羟基羧酸、席夫碱包括酰基酚类和亚氨基酰基。正如所已知的，发光的镧系金属络合物要求三线态激发能级高于金属离子的第一激发态的敏化基团。发射来自于金属的f-f跃迁，和因此发射颜色由所选金属决定。尖锐的发射通常窄，从而导致可用于显示器应用的纯颜色的发射。
d-区金属与碳或氮供体，例如卟啉或通式24的双齿配体形成有机金属络合物：
其中Ar4和Ar5可以相同或不同，且独立地选自任选取代的芳基或杂芳基；X1和Y1可以相同或不同，且独立地选自碳或氮；以及Ar4和Ar5可以一起稠合。尤其优选其中X1是碳和Y1是氮的配体。
以下示出了双齿配体的实例：
Ar4和Ar5中的每一个可携带一个或更多个取代基。尤其优选的取代基包括在WO 02/45466、WO 02/44189、US 2002-117662和US 2002-182441中公开的氟或三氟甲基，它可用于蓝移络合物的发射；JP 2002-324679中公开的烷基或烷氧基；WO 02/81448中公开的当用作发射材料时辅助空穴传输到络合物中可使用的咔唑；WO 02/68435和EP 1245659中公开的可起到官能化配体以供连接进一步的基团的溴、氯或碘；和WO 02/66552中公开的获得或提高金属络合物的溶液加工性可使用的枝状体(dendron)。
适合于与d-区元素一起使用的其他配体包括二酮化物，尤其乙酰丙酮化物(acac)、三芳基膦和吡啶，其中各自可被取代。
主族金属络合物显示出配体基或电荷转移发射。对于这些络合物来说，发射颜色由所选配体以及金属来决定。
可以以物理共混物形式结合基质材料和金属络合物。或者，金属络合物可化学键合到基质材料上。在聚合物基质的情况下，金属络合物可作为与聚合物主链相连的取代基形式化学键合，以聚合物主链内的重复单元形式引入，或者以聚合物端基形式提供，正如在例如EP1245659、WO02/31896、WO03/18653和WO03/22908中公开的。
宽泛范围的荧光低分子量金属络合物是已知的且在有机发光器件中得到证实(参见，例如高分子对称(Macromol. Sym.)125(1997)，1-48，US-A-5150006、US-A-6083634和US-A-5432014)，尤其三-(8-羟基喹啉)铝。用于二价或三价金属的合适的配体包括8-羟基喹啉型(oxinoid)，例如供给氧-氮或氧-氧的原子，通常具有取代基氧原子的环氮原子，或者具有取代基氧原子的取代基氮原子或氧原子，例如8-羟基醌醇化物(quinolate)和羟基喹喔啉醇-10-羟基苯并(h)喹啉酸根合(quinolinato)(II)，氮茚(III)，席夫碱，偶氮吲哚，色酮衍生物，3-羟基黄酮，和羧酸类，例如水杨酸基氨基羧酸酯，和酯羧酸酯。任选的取代基包括可对发射颜色改性的在(杂)芳环上的卤素、烷基、烷氧基、卤代烷基、氰基、氨基、酰胺基、磺酰基、羰基、芳基或杂芳基。
在当本发明的半导聚合物用作磷光金属络合物用基质时的实施方案中，磷光金属络合物优选是红色、绿色或天蓝色磷光材料。红色、绿色和天蓝色磷光材料的实例是：
红色：Irpiq(piq＝2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并(4，5-b)吡啶)，
绿色：Irppy(ppy＝3-苯基丙酮酸)，
天蓝色：FIRpic(pic＝6-(二氟膦酰基(phosphono)甲基)萘-2-羧酸)(例如US2004/0121184所公开的)。
本发明的半导聚合物的三线态能级应当高于磷光金属络合物。
“红色磷光材料”是指通过磷光，发射波长范围为600-750纳米，优选600-700纳米，更优选610-650纳米，和最优选发射峰为约650-660纳米的辐射线的有机材料。
“绿色磷光材料”是指通过磷光，发射波长范围为510-580纳米，优选510-570纳米的辐射线的有机材料。
“天蓝色磷光材料”是指通过磷光，发射波长范围为450-490纳米，优选460-480纳米的辐射线的有机材料。
在其中半导聚合物用作磷光材料用基质的实施方案情况下，可共混半导聚合物与磷光材料，或者可化学键合到其上，例如以以上所述的方式之一化学键合到其上。
阴极4选自功函允许电子注入到发光层内的材料。其他因素影响阴极的选择，例如阴极和发光材料之间的负面相互作用的可能性。阴极可由单一材料，例如铝层组成。或者，它可包括多种金属，例如在WO98/10621中公开的钙和铝的双层，WO98/57381、应用物理通讯(Appl.Phys.Lett.)2002，81(4)，634和WO02/84759中公开的元素钡，或介电材料的薄层以辅助电子注入，例如WO00/48258中公开的氟化锂，或应用物理通讯(Appl.Phys.Lett.)2001，79(5)，2001中公开的氟化钡。为了提供电子有效地注入到器件内，阴极的功函优选小于3.5电子伏特，更优选小于3.2电子伏特，最优选小于3电子伏特。
其他发光器件倾向于对湿气和氧气敏感。因此，基底优选具有良好的阻挡性能以供防止湿气和氧气进入到器件内。基底通常是玻璃，然而，可使用替代的基底，尤其其中希望器件挠性的情况下。例如，基底可包括与US 6268695中一样的塑料，该专利公开了交替的塑料和阻挡层的基底，或在EP 0949850中公开的薄玻璃和塑料的层压体。
优选用包封剂(未示出)包封器件，以防止湿气和氧气进入。合适的包封剂包括玻璃片，具有合适的阻挡性能的膜，例如WO01/81649中公开的聚合物和电介质的交替叠层，或者例如WO01/19142中公开的气密容器。吸收可经基底或包封剂渗透的任何大气湿气和/或氧气的吸气剂材料可置于基底和包封剂之间。
在实际的器件中，至少一个电极半透明，以便光可被吸收(在光致应答器件内的情况下)或被发射(在OLED的情况下)。在阳极透明的情况下，它典型地包括氧化铟锡。在例如GB2348316中公开了透明阴极的实例。
图1的实施方案示出了一种器件，其中通过首先在基底上形成阳极，接着通过沉积发光层和阴极，形成器件，然而要理解，也可通过首先在基底上形成阴极，接着通过沉积发光层和阳极来形成本发明的器件。
共轭聚合物通常可用于有机电子器件内。共轭聚合物优选包括选自下述中的重复单元：亚芳基重复单元，尤其：应用物理杂志(J.Appl.Phys.)1996，79，934中公开的1，4-亚苯基重复单元；EP 0842208中公开的芴重复单元；例如在高分子(Macromolecules)2000，33(6)，2016-2020中公开的茚并芴重复单元；和例如EP 0707020中公开的螺芴重复单元。这些重复单元中的每一个被任选取代。取代基的实例包括增溶基团，例如C1-20烷基或烷氧基；吸电子基团，例如氟、硝基或氰基；和增加聚合物玻璃化转变温度(Tg)的取代基。
尤其优选的共轭聚合物包括任选取代的2，7-连接的芴，最优选通式25的重复单元：
其中R1和R2独立地选自氢，或任选取代的烷基、烷氧基、芳基、芳烷基、杂芳基和杂芳基烷基。更优选R1和R2中的至少一个包括任选取代的C4-C20烷基或芳基。
包括含任选取代的2，7-连接的芴的重复单元的聚合物可提供一种或更多种下述功能：空穴传输、电子传输和发射，这取决于它在器件的哪一层上使用和共重复单元的性质。
特别地：
-含任选取代的2，7-连接的芴的重复单元的均聚物，例如9，9-二烷基芴-2，7-二基的均聚物可用于提供电子传输。
-含任选取代的2，7-连接的芴的重复单元和三芳基胺重复单元，尤其选自通式26-31中的重复单元的共聚物可用于提供空穴传输和/或发射：
其中X、Y、A、B、C和D独立地选自氢，或取代基。更优选X、Y、A、B、C和D中的一个或更多个独立地选自任选取代的支链或直链的烷基、芳基、全氟烷基、硫代烷基、氰基、烷氧基、杂芳基、烷芳基和芳烷基。最优选X、Y、A和B是C1-10烷基。
尤其优选的这类空穴传输聚合物是含任选取代的2，7-连接的芴的重复单元和三芳基胺重复单元的AB共聚物。
-含任选取代的2，7-连接的芴的重复单元和杂亚芳基重复单元的共聚物可用于电荷传输或发射。优选的杂亚芳基重复单元选自通式32-46：
其中R6和R7相同或不同，且各自独立地为氢或取代基，优选烷基、芳基、全氟烷基、硫代烷基、氰基、烷氧基、杂芳基、烷芳基或芳烷基。为了容易制备，优选R6和R7相同。更优选它们相同且各自为苯基。
发光共聚物可包括例如WO00/55927和US6353083中公开的电致发光区域，和下述中的至少一个：空穴传输区域和电子传输区域。若提供空穴传输区域和电子传输区域中仅仅一个，则电子发光区域也可提供其他的空穴传输和电子传输功能。
可根据US6353083沿着聚合物主链，或者根据WO01/62869作为聚合物主链的侧挂基团提供在这一聚合物内的不同区域。
制备本发明第四方面的器件的方法是本领域的技术人员已知的。典型地，通过溶液加工沉积聚合物层。可由溶液沉积单一的聚合物或多种聚合物，形成层5。用于聚亚芳基，尤其聚芴的合适的溶剂包括单烷基苯或多烷基苯，例如甲苯和二甲苯。尤其优选的溶液沉积技术是旋涂、辊印和喷墨印刷。
旋涂尤其适合于其中不需要发光材料的构图的器件上，例如照明应用或简单的单色分段(segmented)显示器。
喷墨印刷尤其适合于高信息量的显示器，尤其全色显示器。在例如EP0880303中公开了OLED的喷墨印刷。
若通过溶液加工形成器件的多层，则本领域的技术人员会意识到防止相邻层掺混的技术，例如在沉积随后的层之前通过交联一层，或者选择相邻层用材料，以便这些层中的第一层由其形成的材料不溶于沉积第二层所使用的溶剂内。
当本发明的半导聚合物在器件的空穴传输层中用作空穴传输材料时，可使该层交联，之后在其上沉积器件的下一层。或者，可例如如WO2004/023573中所述，通过加热处理空穴传输层。
以下描述了单体的合成。起始材料获自于Sigma-Aldrich公司。
实施例1：本发明单体1的合成
根据Wolfe，JP；Buchwald反应，SL；有机化学杂志(j.Org.Chem.)1997，62，6066-6068中所述的“选择性”Buchwald反应，制备单体1。
实施例2：本发明单体2的合成
步骤(i)：“标准”Buchwald反应条件：甲苯，1摩尔％Pd(OAc)2，5摩尔％三(叔丁基苯基)膦，K2CO3，回流。
步骤(ii)：根据单体实施例1的选择性Buchwald反应。
单体2是在单体一端，即在与聚合物链内相邻的重复单元相连的化学键处含间位连接键的单体的实例。
实施例3：本发明单体3的合成
在二氯甲烷内使用N-溴琥珀酰亚胺(NBS)，溴化N-(4-烷基苯基)苯胺，产生N-(4-溴苯基)-N-(4-烷基苯基)胺，然后根据下述流程，使之与1，3-二碘苯反应：
在Goodbrand，H B；Hu，N-X；有机化学杂志(J.Org.Chem.)1999，64，670-674中公开了Ullmann反应的条件。
这是含内间位连接的单体的实例，亦即若存在的话，以聚合物内重复单元形式存在的单体将沿着聚合物主链提供间位连接键，这种间位连接键远离重复单元的末端布置。
实施例4：本发明单体4的合成
可在2，2`或3，3`位内取代单体4中的中心联苯单元，增加扭矩并因此进一步降低共轭。
实施例5：本发明的单体5的合成
步骤(i)和(iii)：标准Buchwald反应条件。
步骤(ii)：使用在二氯甲烷内的NBS溴化。
实施例6：本发明的单体6的合成
根据Demir，AS，Reis，O，Erullahoglu，M，有机化学杂志(J.Org.Chem.)2003，62，10130-10134中所述的方法制备3，3`-二溴联苯，并根据下述流程反应：
步骤(i)：标准的Buchwald反应条件。
步骤(ii)：选择性Buchwald反应条件。
实施例7：本发明单体7的合成
Ullmann反应的条件与以上一样。
实施例8：本发明单体8的合成
根据Blatter，K；Schlueter，A-D；合成(Synthesis)1989，5，356所述的方法制备3，6-二溴萘，并根据下述流程反应：
步骤(i)：标准的Buchwald反应条件。
步骤(ii)：选择性Buchwald反应条件。
实施例9：本发明单体9的合成
起始材料的合成：参见实施例6.
步骤(i)：标准的Buchwald反应条件。
步骤(ii)：选择性Buchwald反应条件。
实施例10-18：本发明聚合物1-9的合成
根据WO00/53656中列出的方法，通过铃木(Suzuki)聚合芴单元和衍生于单体1-9的重复单元，形成共聚物1-9。
实施例19：在LED内作为空穴传输材料的用途
在负载于玻璃基底上的氧化铟锡阳极(获自Applied Films公司，美国，科罗拉多(Colorado，USA))上，通过旋涂，沉积以Baytron 获自H C Starck公司，德国，勒沃库森的聚(亚乙基二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDT/PSS)。在PEDT/PSS层上通过旋涂二甲苯溶液，沉积聚合物1的空穴传输层到约10纳米的厚度并在180℃下加热1小时。在聚合物1涂层上通过旋涂二甲苯溶液，沉积发射材料到约65纳米的厚度。通过在半导聚合物上蒸发钡的第一层到最多约10纳米的厚度，和铝钡的第二层到约100纳米的厚度，在发射层上形成Ba/Al阴极。最后，使用含在器件上放置并胶合到基底上的吸气剂的金属外壳，密封该器件，以便形成气密密封件。
在荧光发射层的情况下，可使用WO00/46321中所述的含芴重复单元的红色、绿色和/或蓝色电致发光材料。
在磷光发射层的情况下，WO02/066552中公开的基质材料的共混物，例如CBP(4，4′-双(咔唑-9-基)联苯)和铱的络合物，例如以下所示的枝状络合物47可合适地用作磷光发射层。
实施例20：在绿色LED内用作基质
在负载于玻璃基底上的氧化铟锡阳极(获自Applied Films公司，美国，科罗拉多(Colorado，USA))上，通过旋涂，由二甲苯溶液沉积以Baytron P获自H C Starck公司，德国，勒沃库森的聚(亚乙基二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDT/PSS)到约10纳米的厚度，并在180℃下加热1小时。在PEDT/PSS层上通过旋涂二甲苯溶液，沉积空穴传输聚合物1的溶液到约10纳米的厚度并在180℃下加热1小时。在PEDT/PSS层上通过旋涂二甲苯溶液，一起本发明的聚合物2与枝状金属络合物47的溶液到约65纳米的厚度。通过首先蒸发钡的第一层到最多约10纳米的厚度，和铝钡的第二层到约100纳米的厚度，在其上形成Ba/Al阴极。最后，使用含在器件上放置并胶合到基底上的吸气剂的金属外壳，密封该器件，以便形成气密密封件。

Claims (25)

1.一种半导体聚合物，该聚合物包括在聚合物主链内含通式1的第一重复单元：
其中a＝1或2；b＝0；和c＝1或2；Ar1、Ar2、Ar3、Ar5和Ar6各自独立地表示苯环，或其稠合衍生物；其特征在于Ar1、Ar2和Ar5中的至少一个包括间位相连的苯环，或者Ar2代表通式(9)的基团；
和条件是(a)若a＝1，则Ar1没有通过直接的化学键与Ar2相连，(b)若c＝1，则Ar2没有通过直接的化学键与Ar5相连，(c)若a＝2，则Ar1基没有通过单键相连，和(d)若c＝2，则Ar5基没有通过单键相连。
2.权利要求1的聚合物，其中第一重复单元包括以下通式4：
其中Ar1-Ar6各自如权利要求1所定义；----表示直接的化学键，X表示桥连基团或桥连原子；和d＝0或1，其中存在所示的--X--和--(X)d--连接基中的一个或多个。
3.权利要求1或2的聚合物，其中Ar3和/或Ar6具有至少一个取代基。
4.权利要求1的聚合物，其中Ar3和/或Ar6具有位于对位的至少一个取代基。
5.权利要求1的聚合物，其中第一重复单元中的两个Ar端基独立地表示间位连接的苯基。
6.权利要求5的聚合物，其中第一重复单元包括通式11：
其中R表示氢或取代基。
7.权利要求1的聚合物，其中Ar2表示间位连接的苯基。
8.权利要求7的聚合物，其中第一重复单元包括通式14：
其中---表示直接的化学键；每一X独立地表示桥连基团或桥连原子；c＝0或1；每一R独立地表示取代基和--(X)c--连接基独立地是任选的。
9.权利要求1的聚合物，其中第一重复单元包括通式15：
其中---表示直接的化学键；每一X独立地表示桥连基团或桥连原子；c＝0或1；每一R独立地表示取代基和--(X)c--连接基独立地是任选的。
10.权利要求1的聚合物，其中第一重复单元被官能化，使得该半导聚合物交联。
11.权利要求1的聚合物，其中半导聚合物的HOMO能级范围为5.0-5.2电子伏特。
12.权利要求1的聚合物，其中半导聚合物是均聚物。
13.权利要求1的聚合物，其中半导聚合物是包括除式(1)重复单元外一个或多个不同的共重复单元的共聚物。
14.权利要求13的聚合物，其中该聚合物含有包含3，6-连接的芴的共重复单元。
15.权利要求1定义的半导聚合物在有机电子器件内传输空穴或作为磷光金属络合物用基质的用途。
16.制备权利要求1的半导聚合物用的单体，所述单体包括通式1：
其中a、b、c、Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5和Ar6如权利要求1-10任何一项所定义；和能参与聚合的离去基L和L`。
17.权利要求16的单体，所述单体包括通式21或22：
L-重复单元-L`    (21)
L-重复单元-Y    (22)
其中L和L′如权利要求16所定义；Y表示惰性基团；和“重复单元”表示权利要求1定义的第一重复单元。
18.权利要求1的半导聚合物的制备方法，所述方法包括在形成半导聚合物的条件下聚合多种权利要求16的单体的步骤。
19.一种有机电子器件，它含有权利要求1定义的半导聚合物。
20.权利要求19的电子器件，其中该器件包括含基底、阳极、阴极、在阳极和阴极之间的发光层和任选地在阳极与发光层之间的空穴传输层的发光器件，其中权利要求1定义的半导聚合物位于发光层或空穴传输层内。
21.权利要求20的器件，其中发光层含有权利要求1定义的半导聚合物以及磷光金属络合物。
22.权利要求21的器件，其中磷光金属络合物是红色或绿色磷光材料。
23.权利要求19定义的器件的制备方法，所述方法包括下述步骤：通过溶液加工，沉积含权利要求1定义的半导聚合物的溶液，形成层。
24.权利要求23的方法，其中所形成的层是空穴传输层，和该方法进一步包括下述步骤：交联空穴传输层，之后在其上沉积器件的下一层。
25.权利要求23的方法，其中所形成的层是空穴传输层，和该方法进一步包括下述步骤：用热处理空穴传输层，之后在其上沉积器件的下一层。
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