CN103403045B - 有机电致发光元件用聚合物及使用了其固化物的有机电致发光元件 - Google Patents
有机电致发光元件用聚合物及使用了其固化物的有机电致发光元件 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供高发光效率且能够适用于湿法工艺的有机电致发光元件用聚合物及其固化物和使用其的有机电致发光元件。该有机电致发光元件用聚合物由下述通式(1)表示,在构成主链的重复单元中具有吲哚并咔唑骨架和聚合性基团作为侧链,重均分子量为1000~1000000。另外,还公开了在有机层中使用该有机电致发光元件用聚合物的固化物的有机电致发光元件。R为氢原子或1价的有机基团,Y为2价的连接基团,Z为在N位具有连接键的取代或未取代的吲哚并咔唑基,W为聚合性基团。m及n为存在摩尔比,m为1~95摩尔%,n为5~99摩尔%。1为平均的重复数,为2~10000;
Description
技术领域
本发明涉及含有吲哚并咔唑骨架及聚合性基团的聚合物及通过湿法工艺使该聚合物成膜、固化的固化物、及使用了其的有机电致发光元件。
背景技术
一般而言在电致发光元件中,有在发光元件中使用无机化合物的无机电致发光元件和使用有机化合物的有机电致发光元件,近年来,由于得到低电压且高亮度的发光这样的特征,有机电致发光元件的实用化研究得以积极进行。
有机电致发光元件的结构基本通过在沉积有铟-锡氧化物(ITO)等阳极材料的薄膜的玻璃板上形成空穴注入层以及发光层等有机薄膜层,进而在其上形成阴极材料的薄膜而制成,有的元件在该基本结构上适当设置空穴传输层及电子传输层。有机电致发光元件的层构成为例如,阳极/空穴注入层/发光层/电子传输层/阴极、或阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/阴极等。
近年来,了解到通过在发光层和阳极间嵌入空穴注入层及空穴传输层等电荷传输层,改善对发光层的空穴注入性,作为优化电荷平衡的缓冲层起作用,元件的发光效率及寿命大幅度改善。
在用于有机电致发光元件的空穴传输层的空穴传输材料中,如大致分类,有低分子系空穴传输材料和高分子系空穴传输材料。
作为使用低分子系空穴传输材料的空穴传输层的成膜方法,主要使用真空沉积法,作为其特征,可以容易地使具有不同功能的各种材料多层化,能够形成高性能的有机电致发光元件,然而随着面板的大屏幕化及高精细化的膜厚均匀性控制及分开涂布困难,而且需要大型的真空装置,因此存在制造成本变高这样的问题。
另外,作为使用低分子系空穴传输材料的空穴传输层的成膜方法,对于低分子系空穴传输材料利用溶液涂布进行成膜法也进行了实用化研究,在该手法中观察到伴随低分子化合物的结晶产生偏析或相分离,在实用化中需要进行改善。
另一方面,作为高分子系空穴传输材料的成膜方法,由于几乎为不能通过真空沉积法进行沉积的材料,因此使用旋涂法、印刷法或喷墨法等溶液涂布法。该方法大屏幕化容易且量产化优异,然而层间容易产生混合,不能通过层叠在各层间界面处实现功能分离且再加上对溶剂的溶解性等与干式不同的必要特性,因此存在可以用于湿式法的电荷注入材料、电荷传输材料受到限制这样的问题点。
作为用于发现这样的要求特性的尝试,例如,在专利文献1中报告了丙烯酸化合物或其固化物,在专利文献2中报告了将具有氧杂环丁烷基的电荷传输物质及/或发光性物质三维交联聚合而成的聚合物用于有机发光元件的例子。另外,在专利文献3中报告了使用具有乙烯基的NPD的固化物。但是,在使用这些化合物的有机电致发光元件中,虽然通过层叠实现了功能分离,但耐电子性及电荷传输性能不充分,未得到充分的特性。
另外,作为提高有机电致发光元件的发光效率的手法,公开了在π共轭高分子的主链上嵌入耐电子性及电荷传输性能优异的吲哚并咔唑单元而成的高分子材料及发光元件。即,在专利文献4中公开了在吲哚并咔唑的6,12位上进行键合的共轭系高分子,另外在专利文献5中公开了将N位取代的吲哚并咔唑作为主骨架的共轭系高分子。但是,这些高分子虽然耐电子性及电荷传输性提高,但在主链上含有吲哚并咔唑骨架的π共轭高分子相对于有机溶剂的溶解性低且成膜困难,即使能够成膜,也与其他能够进行涂布的高分子同样薄膜自身不具备耐溶剂性,因此存在成膜后不能通过涂布法在其上成膜发光层材料等其它材料这样的问题点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2009-16739号公报
专利文献2:特开2004-199935号公报
专利文献3:特开2009-252944号公报
专利文献4:特开2004-204234号公报
专利文献5:特开2006-183048号公报
发明内容
为了通过溶液涂布法制作高性能的有机电致发光元件,需要形成耐电子性及电荷传输性能高且不溶于溶剂的有机薄膜层。
本发明是鉴于所述课题完成的,其目的在于提供一种高发光效率且能够应用于湿法工艺的有机电致发光元件用聚合物及其固化物。另外,本发明的目的在于提供一种在照明装置、图像显示装置、显示装置用背光灯等中使用有所述聚合物或其固化物的有机电致发光元件。
为了实现所述目的,本发明人潜心研究,结果发现,通过使用将吲哚并咔唑骨架及聚合性基团的单位导入高分子侧链而得到的聚合物固化而成的固化物,可以通过涂布在上层层叠含有其它材料的有机层,且发光性能提高,从而完成了本发明。
本发明涉及一种有机电致发光元件用聚合物及有机电致发光元件,所述机电致发光元件用聚合物的特征在于,在构成主链的重复单元中具有吲哚并咔唑骨架和聚合性基团作为侧链,所述有机电致发光元件为在基板上所层叠的阳极层和阴极层之间具有有机层的有机电致发光元件,该有机层中的至少一层为含有该聚合物或其固化物的层。
本发明涉及一种有机电致发光元件用聚合物,其特征在于,由下述通式(1)表示,在构成主链的重复单元中具有吲哚并咔唑骨架和聚合性基团作为侧链,重均分子量为1000~1000000。
在此,R为氢原子或1价的有机基团,Y为2价的连接基团,Z为在N位具有连接键的取代或未取代的吲哚并咔唑基,W为聚合性基团。m及n表示存在摩尔比,m为1~95摩尔%,n为5~99摩尔%。1表示平均的重复数,为2~10000。
在所述通式(1)中,R为氢原子、C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、C6~C30的芳基、C6~C30的芳基氧基、C7~C36的芳基烷基、C7~C36的芳基烷氧基、C3~C30的杂芳基、C3~C30的杂芳基氧基、C4~C36的杂芳基烷基、C4~C36的杂芳基烷氧基或C3~C30的环烷基,可以相同也可以不同,Y为单键、C1~C20的亚烷基、R2-Ar1-R2、OR2-Ar1、Ar1-R2O、OR2-Ar1-R2O、O-Ar1、Ar1-O、O-Ar1-O、R2-O-R2、CO、或COO即可。在此,R2独立地位单键或C1~C10的亚烷基,Ar1为C6~C30的亚芳基或C3~C30的杂亚芳基。
另外,通式(1)中的Z由下述式(2)~(7)所示的吲哚并咔唑基选择即可。
式(2)~(7)中,X独立地为N或C-L的任一种,L独立地表示氢原子、C1~C20的烷基、C6~C30的芳基、C3~C30的杂芳基、或C12~C60的二芳基氨基。R1独立地为C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、C6~C30的芳基、C6~C30的芳基氧基、C7~C36的芳基烷基、C7~C36的芳基烷氧基、C3~C30的杂芳基、C3~C30的杂芳基氧基、C4~C36的杂芳基烷基、C4~C36的杂芳基烷氧基或C3~C30的环烷基。
通式(1)中的W优选为自由基聚合性基团或阳离子聚合性基团,更优选为选自乙烯基、用碳原子数1~10的烷基取代的取代乙烯基、环氧基、用碳原子数1~10的烷基取代的取代环氧基、氧杂环丁烷基及用碳原子数1~10的烷基取代的取代氧杂环丁烷基的至少一种基团。另外,进一步优选为选自乙烯基、异丙烯基、环氧基、氧杂环丁烷基及取代氧杂环丁烷基的至少一种基团。
另外,本发明为使所述有机电致发光元件用聚合物的聚合性基团反应并使其交联、固化而成的固化物。
进而,本发明为在基板上所层叠的阳极层及阴极层之间具有有机层的有机电致发光元件,其特征在于,在该有机层的至少一层中含有所述使有机电致发光元件用聚合物的聚合性基团反应并使其交联、固化而成的固化物。作为包含使该有机电致发光元件用聚合物固化而成的固化物的有机层,存在空穴传输层。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明的聚合物为上述通式(1)表示的低聚物或高分子。本发明的聚合物作为用于有机电致发光元件有机层的有机电致发光元件用材料有用,将其固化物用于有机电致发光元件的有机层更为有效。在使用固化物的情况下,本发明的聚合物可以称为其的前体。
本发明的聚合物在构成主链的单元中具有能够赋予优异的电荷传输能力、特别是空穴传输能力的吲哚并咔唑骨架和聚合性基团作为侧链(Pendant)。在此通过在主链上同时嵌入与吲哚并咔唑骨架不同的电荷传输性基团,调整电荷迁移率(在空穴传输性基团的情况下为空穴迁移率,在电子传输性基团的情况下为电子迁移率)等变得容易,有利于控制元件特性。在此,构成主链的单元表示重复单元,该重复单元可以仅为1种,也可以为2种以上。
在通式(1)中,m及n表示存在摩尔比,将全部重复单元设为100摩尔%时,m为1~95摩尔%,n为5~99摩尔%。m优选为10~90摩尔%,更优选为50~80摩尔%。n优选为10~90摩尔%,更优选为20~50摩尔%。1表示重复数,根据重均分子量决定,平均(数均)的重复数为2~10000,优选为5~1000。
上述通式(1)中的R为氢原子或1价的有机基团。作为1价的有机基团,为C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、C6~C30的芳基、C6~C30的芳基氧基、C7~C36的芳基烷基、C7~C36的芳基烷氧基、C3~C30的杂芳基、C3~C30的杂芳基氧基、C4~C36的杂芳基烷基、C4~C36的杂芳基烷氧基或C3~C30的环烷基,可以相同也可以不同。在这些基团上包含烃链的情况下,可以为直链也可以为支链,也可以由Cl、F等卤素进行取代。优选R为氢原子、C1~C12的烷基、C1~C12的烷氧基、C6~C24的芳基、C6~C24的芳基氧基、C7~C28的芳基烷基、C7~C28的芳基烷氧基、C3~C24的杂芳基、C3~C24的杂芳基氧基、C4~C25的杂芳基烷基、C4~C25的杂芳基烷氧基或C3~C24的环烷基。另外,在通式(1)中的两种重复单元中,虽然各自具有三个R,但优选其中两个或三个R为氢原子,而且更优选三个为氢原子。
另外,这些基团可以具有取代基,在具有取代基的情况下,上述碳原子数的计算也包含取代基。作为其取代基,只要不会阻碍性能则没有特别限定,优选为C1~C4的烷基、苯基、吡啶基、咔唑基。
作为烷基的具体例,可以举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基,优选举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、或辛基等碳原子数1~8的烷基。上述烷基链可以为直链,也可以为支链。
作为烷氧基的具体例,可以举出:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基,优选举出:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基或辛氧基等碳原子数1~8的烷氧基。上述烷基链可以为直链,也可以为支链。
作为芳基、杂芳基的具体例,可以举出:苯、并环戊二烯、茚、萘、薁、庚搭烯、艾氏剂(coctalene)、苯并二茚、苊、菲烯、菲、蒽、三茚、荧蒽、醋菲烯、醋蒽烯、三亚苯、芘、屈、丁芬、丁省、七曜烯(pleiadene)、苉、苝、五芬、并五苯、亚四苯基、胆蒽、螺烯、己芬、玉红省、晕苯、联三萘、庚芬、皮蒽、卵苯、碗烯、Furuminen、蒽嵌蒽、二苯并[de,mn]并四苯、三苯并[de,kl,rst]戊芬(Tribenzo[de,kl,rst]pentaphene)、Naphthacenonaphthacene、三聚茚、呋喃、苯并呋喃、异苯并呋喃、氧杂蒽、oxathrene、二苯并呋喃、迫呫吨并呫吨、噻吩、噻吨、噻蒽、吩噻、硫茚、异硫茚、硫茚、萘并噻吩、二苯并噻吩、吡咯、吡唑、氯唑灵、硒唑、噻唑、异噻唑、唑、呋咱、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、三嗪、吲嗪、吲哚、异吲哚、异吲唑、嘌呤、喹嗪、异喹啉、咔唑、吲哚并咔唑、咪唑、萘啶、酞嗪、喹唑啉、苯二氮、喹喔啉、噌啉、喹啉、蝶啶、菲啶、吖啶、嘧啶、邻二氮杂菲、吩嗪、咔啉、吩碲嗪、吩硒嗪、吩噻嗪、吩嗪、2,4-二甲氧基苯酸甲酯(Anthyridine)、Thebenidine、喹叨啉、Quinindoline、acrindoline、酞吡呤、三苯二噻嗪、三苯二嗪、菲啶、蒽吖嗪、苯并噻唑、苯并咪唑、苯并唑、苯并异唑、苯并异噻唑或从这些芳香环多个连接而成的芳香族化合物中除去氢而成的基团。
另外,在为由芳香环多个连接而成的芳香族化合物所产生的基团的情况下,连接的数优选为2~10,更优选为2~7,连接的芳香环可以相同也可以不同。在该情况下,连接键的位置没有限定,可以为所连接的芳香环末端部的环也可以为中央部的环。在此,芳香环表示芳香族烃环及芳香族杂环的总称。另外,在所连接的芳香环上至少含有一个杂环的情况下,包含于杂芳基。
在此,由芳香环多个连接而成的芳香族化合物除去氢而生成的1价基团例如,由下式表示。
(式中,Ar3~Ar8表示取代或无取代的芳香环。)
作为芳基烷基、杂芳基烷基的具体例,可以举出在上述芳基、杂芳基上连接上述烷基的基团。
作为芳基氧基、芳基烷氧基、杂芳基氧基、杂芳基烷氧基的具体例,可以举出在上述芳基、芳基烷基、杂芳基、杂芳基烷基上连接氧基的基团。
作为环烷基的具体例,可以举出:环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、或甲基环己基,优选可以举出:环戊基、环己基或甲基环己基。
通式(1)中的Y为用于连接主链和聚合性基团W或吲哚并咔唑基的2价的连接基团。可以为在聚合物的主链上具有目标官能团作为侧链的时采用的2价基团或单键。Y为单键、C1~C20的亚烷基、R2-Ar1-R2、OR2-Ar1、Ar1-R2O、OR2-Ar1-R2O、O-Ar1、Ar1-O、O-Ar1-O、R2-O-R2、CO、或COO,优选为单键、C6~C30的亚芳基、C3~C30的杂亚芳基。
在此,R2独立地为单键或C1~C10的亚烷基,Ar1为C6~C30的亚芳基或C3~C30的杂亚芳基。另外,在R2为单键的情况下,R2-Ar1-R2表示Ar1,R2-O-R2表示O,在这些R2的一者为单键的情况下,前者表示Ar1-R2,后者表示O-R2。其它基团也同样。另外,亚烷基、亚芳基或杂亚芳基等与在R中的说明相同的基团,即使有时碳原子数不同,也可以优选举出同样的基团。
在这些基团上包含烃链的情况下,可以为直链也可以为支链,可以通过Cl、F等卤素进行取代。另外,这些基团可以具有取代基,与上述R中所说明的取代基同样。就Y而言,连接基团越长,重复单元中的电荷传输能力越低,同时热稳定性越低,因此更优选连接基团短。
作为亚烷基的具体例,可以举出:亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基,可以优选举出:亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基等碳原子数1~8的亚烷基。上述亚烷基链可以为直链,也可以为支链。
作为亚芳基、杂亚芳基的具体例,可以举出:上述R的芳基、杂芳基中所例示的芳香环或由这些芳香环多个连接而成的芳香族化合物除去两个氢而生成的基团。
R及Y不优选与W或Z具有相同功能,因此在其内部不具有5环以上的杂环结构或烯烃性双键等聚合性基团。
上述通式(1)中的Z为N位取代的吲哚并咔唑基。该吲哚并咔唑基为由吲哚环和咔唑环缩合而成的5环缩合环化合物取一个N位的H而生成的基团。该吲哚并咔唑基存在多个吲哚环和咔唑环可以进行缩合的位置,因此可以得到下述式(A)~(F)的六种结构异构体的基团,可以为任意结构异构体。另外,吲哚并咔唑基优选在未与主链键合的另外的N位上具有6元环芳香族基。另外,吲哚并咔唑基(含有在上述另外的N位上进行取代的6元环芳香族基)可以在不损害本发明效果的范围内具有取代基。
作为上述通式(1)中的由Z表示的N位取代吲哚并咔唑基,具有选自由上述式(2)~(7)所示的结构构成的组中的任意一种或者两种以上的吲哚并咔唑基。在为两种以上的情况下,通式(1)中的Z由2种以上的吲哚并咔唑基构成。
在上述式(2)~(7)中,R1具有与上述通式(1)的R同样的意思。
在上述式(2)~(7)中,X独立地为N或C-L的任一种。在此,L独立地为氢原子、C6~C30的芳基、C3~C30的杂芳基、或C12~C60的二芳基氨基,优选为氢原子、C6~C24的芳基、C3~C24的杂芳基、或C12~C36的二芳基氨基。
在此,作为优选的芳基、杂芳基、二芳基氨基的芳基的具体例,可以举出:在上述通式(1)的R中所说明的芳基、杂芳基中所例示的基团,可以更优选举出:苯、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、三嗪、吲哚、咔唑或由这些芳香环多个连接而成的芳香族化合物除去氢所产生的基团、二苯基氨基、二萘基氨基。另外,在为由芳香环多个连接而成的芳香族化合物所产生的基团的情况,连接的数优选2~10,更优选为2~5,所连接的芳香环可以相同也可以不同。
另外,上述芳基、杂芳基、或二芳基氨基的芳基可以具有取代基,在具有取代基的情况下,取代基的总数为1~10,优选为1~6,更优选为1~4。另外,由芳香环多个连接而成的芳香族化合物所产生的基团同样也可以具有取代基。取代基没有限定,作为优选的取代基,可以举出:碳原子数1~20的烷基、碳原子数1~20的烷氧基、碳原子数1~20的烷硫基、碳原子数1~20的烷基取代氨基、碳原子数2~20的酰基、碳原子数12~24的二芳基氨基等。可以更优选举出:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、苯基、吡啶基、二苯基氨基、咔唑基。在具有两个以上取代基的情况下,可以相同也可以不同。
上述通式(1)中的W为可以通过光、热、催化剂等进行聚合的聚合性基团。作为该聚合性基团的优选例子,可以举出:自由基聚合性基团、阳离子聚合性基团等。作为自由基聚合性基团,优选乙烯基、用碳原子数1~10的烷基取代的取代乙烯基,更优选为乙烯基、异丙烯基。作为阳离子聚合性基团,优选环氧基、氧杂环丁烷基、用碳原子数1~10的烷基取代的取代环氧基、用碳原子数1~10的烷基取代的取代氧杂环丁烷基等环状醚基,在容易控制聚合速度方面,特别优选氧杂环丁烷基、用碳原子数1~10的烷基取代的取代氧杂环丁烷基。
在通式(1)中,形成主链的重复单元没有特别限定,从容易聚合及提高元件性能的观点考虑,优选为以吲哚并咔唑基或交联基取代的乙烯基化合物进行聚合或聚合而成的乙烯链或苯乙烯链为重复单元的聚合物。
另外,在形成主链的重复单元中,可以含有不具有Z或W的其它单元。在含有其它单元的情况下,优选为50摩尔%以下。作为其它单元,具有在通式(1)中,Y-W或Y-Z为氢原子的单元。
接着,对通式(1)表示的聚合物的制造方法进行说明。制造方法没有特别限制,存在将具有吲哚并咔唑骨架的乙烯基化合物和具有聚合性基团的乙烯基化合物进行共聚的方法。在此,乙烯基化合物的乙烯基可以为对甲基丙烯酸基、异丙烯基那样的乙烯基的H的1~4个进行取代而成的取代乙烯基。该取代基对应通式(1)中的R。
在少量存在其它重复单元的情况下,例如,可以并用甲基丙烯酸酯及苯乙烯。
关于上述具有吲哚并咔唑骨架的乙烯基化合物,以下进行例示,但根本不限定于这些。另外,在此具有吲哚并咔唑骨架的乙烯基化合物根据需要可以使用1种或混合使用2种以上。
另外,关于上述具有聚合性基团的乙烯基化合物,例如可以举出:具有如以下通式所示的交联基的乙烯基化合物,但根本不限定于这些。另外,在此具有聚合性基团的乙烯基化合物根据需要可以使用1种或混合使用2种以上。在使用具有这些聚合性基团的乙烯基化合物合成通式(1)的聚合物时,该乙烯基化合物的乙烯基部分进行反应并聚合,在含有2种乙烯基的情况下,一种的乙烯基作为聚合性基团以未进行反应的状态残留。
本发明的具有吲哚并咔唑骨架和聚合性基团的聚合物可以通过公知的方法使上述具有吲哚并咔唑骨架的乙烯基化合物和具有聚合性基团的乙烯基化合物中的乙烯基进行聚合而容易地制造。例如,可以通过以下的反应式制造。聚合方法只要为不会引起W即聚合性基团的聚合反应或交联反应的聚合方法,则可以为自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、加成聚合中的任意一种。例如,在上述聚合性基团为阳离子聚合性的氧杂环丁烷基的情况下,可以使用自由基聚合、阴离子聚合,从通用性观点考虑,特别优选自由基聚合。
本发明的聚合物的重均分子量Mw为1,000~1,000,000,优选为5,000~300,000。Mw低于1,000时,难以形成均匀的膜,大于1,000,000时,相对于有机溶剂的溶解性变得极差,从而溶液涂布变得困难。
以下,表示本发明的具有吲哚并咔唑骨架和聚合性基团的聚合物的一例,但不限定于这些。
上述式例示的聚合物为聚合成嵌段的形式,聚合形式可以为无规,也可以为嵌段等。
另外,作为使本发明的聚合物的聚合性基团进行交联反应从而得到固化物的方法,可以举出通过光、热、催化剂等进行的聚合反应,对于有机EL元件在添加催化剂的系统中会对元件性能产生不良影响的情况下,优选仅通过光、热进行聚合。
通过在有机EL元件的有机层中含有本发明的聚合物或固化物,提供优异的有机电致发光元件。优选在选自发光层、空穴传输层、电子传输层及空穴阻止元件层中的至少一个有机层中含有本发明的聚合物或固化物即可。进一步优选作为空穴传输层的材料而含有。
虽然没有特别限定,但优选熔融本发明的聚合物或将其溶解在溶剂中,通过旋涂法、喷墨法、印刷法、喷涂法、分配器法等涂布法进行成膜,直接或者干燥后,通过热、光、催化剂等使其交联固化,将得到的固化物含有在有机EL元件的有机层中即可。
以下,对用于固化本发明的聚合物的条件进行说明。另外这些条件在使任意聚合性基团进行交联反应时均可适用。
在通过加热固化本发明的聚合物的情况下,加热条件根据聚合性基团的种类而变化。
对加热手法没有特别限定,作为加热条件,通常在120℃以上、优选在400℃以下加热使用本发明的聚合物所形成的层。作为加热时间,通常为1分钟以上,优选为24小时以下。作为加热手段,没有特别限定,可以使用将具有所形成层的层叠体放置在加热板上,在干燥箱内进行加热等手段。例如,可以使用在加热板上以120℃以上加热1分钟以上等条件。
在利用光等活化能照射的情况下,可以举出:直接使用超高压水银灯、高压水银灯、卤素灯,红外灯等紫外·可见·红外光源进行照射的方法或者使用内置前述光源的掩模对准器、传送带型光照射装置进行照射的方法等。作为除光以外的活化能照射,可以举出:例如使用照射通过磁控管产生的微波的装置、所谓微波炉进行照射的方法。
作为照射时间,优选设定降低膜的溶解性所需要的条件,通常照射0.1秒以上,优选照射10小时以下。加热及光等活化能照射可以分别单独进行或者组合进行。在进行组合的情况下,实施顺序没有特别限定。
为了降低层内所含有的水分及/或表面吸附的水分的量,加热及包含光的活化能照射优选在氮气气氛等不含有水分的气氛下进行。处于同样的目的,在组合进行加热及/或光等活化能照射的情况下,特别优选至少在氮气气氛等不含有水分的气氛下进行即将形成有机发光层之前的工序。
在溶解于溶剂中的情况下,通常含有本发明的聚合物0.1重量%以上,优选含有0.5重量%以上,更优选含有1重量%以上,另外,通常含有50重量%以下,优选含有20重量%以下,更优选含有10重量%以下。
接着,对使用有本发明的聚合物的固化物的有机电致发光元件进行说明。
使用有本发明的聚合物的固化物的有机电致发光元件在一对的阳极和阴极之间具有多个有机层,特别是,优选包含空穴传输层/发光层兼电子传输层、空穴传输层兼发光层/电子传输层、或空穴传输层/发光层/电子传输层。特别优选为空穴传输层/发光层/电子传输层的层结构。另外,本发明的有机电致发光元件也可以在形成各有机层之后,于其上分别设置保护层。而且,为了保护元件不受水分或氧的影响也可以在元件整体上设置保护膜。
发光层为含有发光材料的层,可以为荧光也可以为磷光。另外,也可以将发光材料用作掺杂剂且并用主体材料。
在发光层中的发光材料为荧光发光材料的情况下,作为荧光发光材料,可以使用如下所示的化合物,但根本不限定于这些。
另一方面,在发光材料为磷光发光材料的情况下,作为磷光发光材料,存在主体材料和客体材料的组合。进而,作为客体材料,可以包含含有选自钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂及金中至少一种金属的有机金属络合物。这样的有机金属络合物在上述专利文献等是公知的,可以从其中选择使用。
作为用于得到高发光效率的磷光发光材料,可以举出:作为中心金属具有Ir等贵金属元素的Ir(ppy)3等络合物类、Ir(bt)2·acac3等络合物类、PtOEt3等络合物类。以下,具体例示磷光发光材料,但不限定于这些。
通过改变发光材料的种类可以制成具有各种发光波长的有机电致发光元件。
在使用上述发光材料作为掺杂剂的情况下,发光层中含有的量优选在0.1~50重量%的范围内。更优选为1~30重量%。
作为发光层中的主体材料,可以使用公知的主体材料等,也可以使用本发明的聚合物作为主体材料。另外,也可以采用本发明的聚合物作为主体材料,在该情况下,可以并用本发明的聚合物和其它主体材料。
作为可以使用的主体化合物,优选为具有空穴传输能力、电子传输能力,且防止发光的长波长化,还具有高玻璃化转变温度的化合物。
这样的主体材料由许多专利文献等已经公知,因此可以从其中选择。作为主体材料的具体例,没有特别限定,可以举出:吲哚衍生物、咔唑衍生物、三唑衍生物、唑衍生物、二唑衍生物、咪唑衍生物、聚芳基烷烃衍生物、吡唑啉衍生物、吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、氨基取代查尔酮衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、芴酮衍生物、腙衍生物、芪衍生物、硅氮烷衍生物、芳香族叔胺化合物、苯乙烯基胺化合物、芳香族二亚甲基系化合物、卟啉系化合物、蒽醌二甲烷衍生物、蒽酮衍生物、二苯基醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、萘等杂环四甲酸酐、酞菁衍生物、以8-羟基喹啉衍生物金属络合物或金属酞菁、苯并唑或苯并噻唑衍生物的金属络合物为代表的各种金属络合物、聚硅烷系化合物、聚(N-乙烯基咔唑)衍生物、苯胺系聚合物、噻吩低聚物、聚噻吩衍生物、聚苯撑衍生物、聚苯撑乙烯撑衍生物、聚芴衍生物等高分子化合物等。
作为形成空穴传输层的空穴传输性化合物,由许多专利文献等已公知,因此可以从其中选择,优选使用本发明的聚合物的固化物。在该情况下,根据需要,可以并用叔胺的三苯基胺衍生物、咔唑衍生物等其它空穴传输性化合物。例如,可以将本发明的聚合物的固化物和1种或2种以上作为添加剂的低分子空穴传输性化合物等配合作为组合物使用。以下,具体例示空穴传输性化合物,但不限定于这些。
作为形成电子传输层的电子传输性化合物,例示:二唑衍生物、咪唑衍生物、三唑衍生物等。也可以根据需要,配合其中的1种或2种以上作为组合物使用。以下,具体例示电子传输性化合物,但不限定于这些。
另外,为了提高来自阳极的空穴注入效率,也可以在阳极和空穴传输层或发光层之间加入空穴注入层。作为形成空穴注入层的空穴注入材料,可以使用聚噻吩衍生物、聚吡咯衍生物等导电性高分子。其中,从空穴注入效率方面考虑,优选聚噻吩衍生物的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)。在使用空穴注入层的情况下,其厚度优选为200nm以下,更优选为100nm以下。
阳极向空穴注入层、空穴传输层或发光层等提供空穴,一般形成在玻璃基板上。用于本发明的阳极材料没有特别限定,具体而言,可以举出:铟-锡氧化物(ITO)、锡氧化物等导电性金属氧化物或金、银、铂等金属。另外,也可以使用市售的带有ITO的玻璃。市售的带有ITO的玻璃通常在洗涤剂水溶液、溶剂洗涤之后,通过UV臭氧照射装置或等离子照射装置进行洗洁后使用。
阴极向电子传输层或发光层提供电子,用于本发明的阳极材料没有特别限定,具体而言,可以举出:Li、Mg、Ca、Al等金属或它们的合金,例如Mg-Ag合金、Mg-Al合金等。
阴极及阳极可以通过公知的方法,即真空沉积法或溅射法来形成。阴极厚度优选为300nm以下,更优选为200nm以下,另一方面,阳极厚度优选为200nm以下,更优选为100nm以下。
作为高分子发光材料、空穴传输层用高分子材料或电子传输层用高分子材料等的高分子层的成膜法,一般使用旋涂法,此外作为将大面积有机高分子层进行成膜的手法,可以举出喷墨法、印刷法、喷涂法、分配器法等,但不限定于这些。
实施例
以下,通过实施例具体进行说明本发明,但本发明不限定于这些实施例。
在合成例及实施例中合成了的化合物,通过选自1H-NMR(溶剂:氘代氯仿)、FD-MS、GPC、TGA、DSC、UV及IR分析中的1种以上的分析法进行鉴定。
实施例1
化合物(1-1)的合成
根据下述方案(S1)而合成聚合物(1-1)。
在氮气氛下,将化合物(A-1)54.7mmol和化合物(A-2)109.3mmol插入DMI(二甲基咪唑啉酮)180g,添加Cu2O13.6mmol(0.25eq)、K2CO382.0mmol(1.5eq),在190℃下反应20hr。通过使反应液通过硅藻土而过滤分离催化剂等,加入甲苯、饱和NaCl水溶液而使其油水分离。向有机层中加入MgSO4而过滤分离、减压蒸馏除去溶剂。一边加入MeOH而将其粉碎一边再浆液化,由此得到粗产物18.5g。然后,用硅胶柱色谱法进行精制,得到化合物(A-3)6.8g。
在氮气氛下,将化合物(A-3)32.6mmol滴加到THF(四氢呋喃)380ml中,在甲基三苯基溴化磷34.2mmol(1.05eq)的存在下,于室温花20min滴加tBuOK35.8mmol(1.1eq)/THF30ml溶液,进一步反应100min。向该反应液中加入H2O400ml之后,蒸馏除去THF并加入CH2Cl2(二氯甲烷)200ml进行油水分离。通过硅胶柱色谱法精制由有机层得到的粗产物(回收量:26.3g),得到化合物(A-4)7.2g。将化合物(A-4)的1H-NMR及FD-MS光谱示于以下。
1H-NMR(400MHz、CDC13):δ(ppm);8.171(1H、d、8Hz)、8.152(1H、dd、8、1Hz)、7.54-7.72(6H、m)、7.51-7.54(2H、m)、7.16-7.35(1H、7H、m)、6.807(1H、dd、17、11)、6.803(1H、dt、1、8Hz)、6.056(1H、d、8Hz)、5.811(1H、d、17Hz)、5.329(1H、d、11Hz)
FD-MS光谱:434(M+,base)
使化合物(A-4)和含有氧杂环丁烷基的单体(OXMA:3-乙基-3-甲基丙烯酰氧基甲基氧杂环丁烷:宇部兴产制)进行聚合,合成化合物(A-4):OXMA=1:1的聚合物(1-1)。具体而言,将化合物(A-4)0.69mmol和OXMA0.69mmol溶解在乙基苯0.3g中,氮置换后在125℃反应15小时。然后使用乙腈作为溶剂,重复进行再沉淀精制及再浆液化,由此除去未反应单体。然后,通过索氏萃取实施回流精制,得到聚合物(1-1)0.37g。得到的聚合物通过GPC、1H-NMR进行鉴定。Mw按照GPC(四氢呋喃)的聚苯乙烯换算为30400,分子量分布为2.29。关于聚合物(1-1),通过1H-NMR测得化合物(A-4)及来自OXMA的重复单元的比为(A-4)/OXMA=45/55(mol/mol)。化合物(A-5)为OXMA。
实施例2
在经过溶剂洗涤、UV臭氧处理后的由150nm膜厚构成的带有ITO的玻璃基板上,以25nm膜厚来成膜聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS):(H.C.Starck株式会社制、商品名:Clevios PCH8000)作为空穴注入层。接着,将合成的聚合物(1-1)溶解在THF中制备1wt%溶液,通过旋涂法成膜空穴传输层20nm。接着,在厌氧条件下、于150℃通过加热板加热1小时以进行固化。然后,使用真空沉积装置,以掺杂剂浓度为0.6wt%的方式,使用作为发光层掺杂剂的三(2-(对甲苯基)吡啶)铱(III)及作为发光层主体的4,4’-双(9H-咔唑-9-基)联苯进行共沉积,成膜40nm发光层。然后,使用真空沉积装置,成膜Alq335nm,作为阴极以膜厚170nm成膜LiF/Al,在手套箱内密封该元件,由此制作有机电致发光元件。
在这样得到的有机电致发光元件上连接外部电源,施加直流电压,结果确认具有如表1那样的发光特性。表1所示的亮度为在20mA/cm2处的值。另外,元件发光光谱的极大波长为550nm,观察到来自铱络合物的绿色发光。
实施例3
在经过溶剂洗涤、UV臭氧处理后的由150nm膜厚构成的带有ITO的玻璃基板上,以25nm的膜厚来成膜聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS):(H.C.Starck株式会社制、商品名:CleviosPCH8000)作为空穴注入层。接着,在与实施例2相同的条件下成膜聚合物(1-1)。接着,使用作为发光层掺杂剂的三(2-(对甲苯基)吡啶)铱(III)及作为发光层主体的4,4’-双(9H-咔唑-9-基)联苯,以掺杂剂浓度为0.6wt%的方式溶解到甲苯中,制备1wt%溶液,通过旋涂法成膜40nm作为发光层。此时,可以发现空穴传输层和发光层的混和。然后,使用真空沉积装置,成膜Alq335nm,以膜厚170nm成膜LiF/Al作为阴极,在手套箱内密封该元件,由此制作有机电致发光元件。元件评价与实施例2同样地对元件进行评价。
实施例4
与实施例1同样地,合成化合物(A-4):OXMA=7:3的聚合物(1-2)。具体而言,将化合物(A-4)0.69mmol和OXMA0.30mmol溶解在乙基苯0.3g中,氮置换后在125℃反应15小时。然后使用乙腈作为溶剂,反复进行再沉淀精制及再浆液化,由此除去未反应单体。然后,通过索氏萃取实施回流精制,得到聚合物(1-2)0.27g。得到的聚合物通过GPC、1H-NMR进行鉴定。Mw按照GPC(四氢呋喃)的聚苯乙烯换算为18100,分子量分布为2.24。关于聚合物(1-2),通过1H-NMR测得化合物(A-4)及来自OXMA的重复单元的比为(A-4)/OXMA=71/29(mol/mol)。
实施例5
作为空穴传输层,使用聚合物(1-2)代替聚合物(1-1),除此之外,与实施例2同样地制作有机电致发光元件。
实施例6
作为空穴传输层,使用聚合物(1-2)代替聚合物(1-1),除此之外,与实施例3同样地制作有机电致发光元件。
比较例1
在实施例2中,不使用聚合物(1-1),除此之外,同样地制作元件。
比较例2
在实施例3中,使用专利文献3中记载的下述化合物(B-1)形成空穴传输层,另外形成空穴传输层之后,使用交流电源方式的紫外线照射装置照射紫外线90秒钟,进行光聚合,除此之外,同样地制作有机电致发光元件。
比较例3
通过专利文献4中记载的方法合成专利文献4中记载的下述化合物(B-2),将其用于空穴传输层,除此之外,与实施例3相同地制作有机电致发光元件。
实施例7
根据下述方案(S2)合成聚合物(2-1)。
在氮气氛下,于100ml茄形烧瓶中,向化合物(A-1)2.00g(6.02mmol)中加入1,2-二氯乙烷30.0g,在浴温50℃进行搅拌。分四次投入四丁基溴化铵0.76g(2.36mmol)和氢氧化钾17.56g(314mmol)、碳酸钾15.8g(114mmol),在浴温50℃搅拌101小时。降温至室温后,过滤分离固体成分,减压蒸馏除去滤液。利用硅胶柱色谱法进行精制,得到白色粉末的化合物(A-6)1.93g(收率81%)。
在氮气氛下,向具备蛇形冷凝管的300ml茄形烧瓶中投入化合物(A-6)2.59g(6.56mmol)、异丙醇125.0g、四氢呋喃50.0g、氢醌36mg(0.33mmol)、氢氧化钾12.5g(223mmol),同时在浴温90℃加热回流23小时。降温至室温后,装入蒸馏水200g,减压蒸馏除去异丙醇及四氢呋喃。利用二氯甲烷250g萃取该溶液四次,利用无水硫酸镁干燥萃取液。抽滤固体物后,减压蒸馏除去溶剂,得到粗产物5.48g。利用硅胶柱色谱法精制后,通过二氯甲烷/异丙醇进行两次再结晶,得到化合物(A-7)2.10g(收率89%)。1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ(ppm);8.725(1H、d、8Hz)、8.083(1H、br d、8Hz)、8.066(1H、d、8Hz)、7.861(1H、dd、10、16Hz)、7.832(1H、br d、8Hz)、7.657(2H、t、8Hz)、7.598(2H、d、8Hz)、7.542(1H、t、8Hz)、7.448(1H、t、8Hz)、7.398(2H、m)、7.315(3H、m)、5.671(1H、d、16Hz)、5.664(1H、d、10Hz)
FD-MS光谱:358(M+,base)
关于化合物(A-10),通过Journal of the American ChemicalSociety;vol.132;nb.43;(2010);p.15096-15098中记载的方法进行合成。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm);7.398(2H,d,J=8),7.309(2H,d,J=8),6.713(1H,dd,J=11,18),5.748(1H,dd,J=1,18),5.243(1H,dd,J=1,11)
4.603(1H,1H,d,J=12),4.546(1H,d,J=12),3.765(1H,dd,J=3,12),3.431(1H,dd,J=6,12)
3.189(1H,m),2.805(1H,dd,J=4,5),2.621(1H,dd,J=3,5)
使化合物(A-7)和化合物(A-10)进行共聚,合成聚合物(2-1)。具体而言,将化合物(A-7)0.69mmol和化合物(A-10)0.69mmol溶解在乙基苯0.3g中,氮置换后在125℃反应15小时。然后使用乙腈作为溶剂,反复进行再沉淀精制及再浆液化,由此除去未反应单体。然后,通过索氏萃取实施回流精制,得到聚合物(2-1)0.45g。得到的共聚合物通过GPC、1H-NMR进行鉴定。Mw按照GPC(四氢呋喃)的聚苯乙烯换算为25900,分子量分布为2.31。关于聚合物(2-1),通过1H-NMR测得化合物(A-7)及来自化合物(A-10)的重复单元的比为(A-7)/(A-10)=52/48(mol/mol)。
实施例8
作为空穴传输层,使用聚合物(2-1)代替聚合物(1-1),除此之外,与实施例2同样地制作有机电致发光元件。
实施例9
作为空穴传输层,使用聚合物(2-1)代替聚合物(1-1),除此之外,与实施例3同样地制作有机电致发光元件。
实施例10
根据下述方案(S3)合成聚合物(3-1)。
在氮气氛下,使用化合物(A-11)27.8g(108mmo1)和3-碘苯甲醛25.0g(108mmol)合成化合物(A-12),接着,使碘苯48.7g(239mmol)进行反应,除此之外,与实施例1相同地进行反应、后处理,由此得到白色粉末的化合物(A-14)7.3g(收率64%)。将化合物(A-14)的1H-NMR及FD-MS光谱示于以下。
1H-NMR(400MHz、CDC13)、δ(ppm);8.171(1H、d、9Hz)、8.149(1H、dd、8、2Hz)、7.55-7.66(8H、m)、7.469(1H、dt、8、2H z)、7.28-7.38(5H、m)、7.222(1H、ddd、8、7、1Hz)、6.808(1H、dd、11、18Hz)、6.789(ddd、8、7、1Hz)5.940(1H、dd、8、1Hz)、5.831(1H、dd、18、1Hz)、5.355(1H、d、11Hz)
FD-MS光谱434(M+,base)
除使用化合物(A-14)之外,与实施例1同样地使含有氧杂环丁烷基的单体(OXMA:3-乙基-3-甲基丙烯酰氧基甲基氧杂环丁烷:宇部兴产制)进行共聚,合成化合物(A-14):OXMA=1:1的聚合物(3-1)。得到的聚合物通过GPC、1H-NMR进行鉴定。Mw根据GPC(四氢呋喃)的聚苯乙烯换算为16200,分子量分布为2.16。关于聚合物(3-1),通过1H-NMR测得化合物(A-14)及来自OXMA的重复单元的比为(A-14)/OXMA=47/53(mol/mol)。
实施例11
作为空穴传输层,使用聚合物(3-1)代替聚合物(1-1),除此之外,与实施例2同样地制作有机电致发光元件。
实施例12
作为空穴传输层,使用聚合物(3-1)代替聚合物(1-1),除此之外,与实施例3同样地制作有机电致发光元件。
元件评价均与实施例2同样地进行。将用于空穴传输层(HTL)的聚合物或化合物、发光层制膜方式及评价结果示于表1。
产业上的可利用性
通过将本发明的聚合物的固化物用于有机电致发光元件的有机层,改善空穴注入性及耐电子性、电荷传输性且发光效率优异。另外,由于可以通过涂布在上层层叠含有其它材料的有机层,因此能够容易地制作大面积元件。使用了该聚合物的固化物的有机电致发光元件发光效率优异,因此可考虑应用于在照明装置、图像显示装置、显示装置用背光灯等中使用的有机电致发光元件,其技术价值大为可观。
Claims (6)
1.一种有机电致发光元件用聚合物,其特征在于,由下述通式(1)表示,在构成主链的重复单元中具有吲哚并咔唑骨架和聚合性基团作为侧基,重均分子量为1000~1000000,
其中,R为氢原子或1价的有机基团,该1价的有机基团为C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、C6~C30的芳基、C6~C30的芳氧基、C7~C36的芳基烷基、C7~C36的芳基烷氧基、C3~C30的杂芳基、C3~C30的杂芳氧基、C4~C36的杂芳基烷基、C4~C36的杂芳基烷氧基或C3~C30的环烷基,多个的可以相同也可以不同;Y为单键、或2价的连接基团,该2价的连接基团为C1~C20的亚烷基、R2-Ar1-R2、OR2-Ar1、Ar1-R2O、OR2-Ar1-R2O、O-Ar1、Ar1-O、O-Ar1-O、R2-O-R2、CO或COO,R2独立地为单键或C1~C10的亚烷基,Ar1为C6~C30的亚芳基或C3~C30的杂亚芳基;Z为在N位具有连接键的取代或未取代的吲哚并咔唑基,W为选自乙烯基、由碳数1~10的烷基取代了的取代乙烯基、环氧基、由碳数1~10的烷基取代了的取代环氧基、氧杂环丁烷基及由碳数1~10的烷基取代了的取代氧杂环丁烷基中的至少1种的聚合性基团;m及n表示存在摩尔比,m为1~95摩尔%,n为5~99摩尔%,l表示平均的重复数、为2~10000。
2.如权利要求1所述的有机电致发光元件用聚合物,其特征在于,通式(1)中的Z为选自由下述式(2)~(7)所示的吲哚并咔唑基中的1种或2种以上,
式(2)~(7)中,X分别独立地为N或C-L的任一者,L独立地表示氢原子、C1~C20的烷基、C6~C30的芳基、C3~C30的杂芳基或C12~C60的二芳基氨基;R1独立地为氢原子、C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、C6~C30的芳基、C6~C30的芳氧基、C7~C36的芳基烷基、C7~C36的芳基烷氧基、C3~C30的杂芳基、C3~C30的杂芳氧基、C4~C36的杂芳基烷基、C4~C36的杂芳基烷氧基或C3~C30的环烷基。
3.如权利要求1所述的有机电致发光元件用聚合物,其特征在于,通式(1)中的W为选自乙烯基、异丙烯基、环氧基、氧杂环丁烷基及由碳数1~10的烷基取代了的取代氧杂环丁烷基中的至少1种基团。
4.一种固化物,其使权利要求1~3的任一项所述的有机电致发光元件用聚合物的聚合性基团反应、使其交联、固化而成。
5.一种有机电致发光元件,其为在基板上层叠了的阳极层及阴极层之间具有有机层的有机电致发光元件,其特征在于,在该有机层的至少一层中含有权利要求4所述的固化物。
6.如权利要求5所述的有机电致发光元件,其特征在于,所述含有固化物的有机层为空穴传输层。
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