JP2007182568A - 青色発光高分子およびこれを用いる有機電界発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】青色発光高分子、および前記青色発光高分子を発光成分として含む有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】
下記化学式(1)で表示される青色発光高分子:

【選択図】なし

Description

本発明は青色発光高分子およびこれを用いる有機電界発光素子に関し、より詳細には、正孔輸送性を有するアクリジン構造を導入することによって、従来の青色発光高分子に比べて高色純度および優れた色安定性を有する青色発光高分子、および前記青色電界発光高分子を発光成分として含む有機電界発光素子に関する。
有機電界発光素子(以下、有機EL素子と称す)は、蛍光性または燐光性の有機化合物薄膜(以下、有機膜と称す)に電圧が印加されると、電子と正孔とが有機膜で結合して光が発生する現象を利用したアクティブマトリックス駆動の表示素子である。有機EL素子は軽量化が可能であり、部品が簡単であることから製造工程が簡単であり、高画質の画像の広視野角を提供しうる。また、有機EL素子は、完全な動画および高色純度の具現が可能であり、低消費電力および低電圧駆動が可能であることから、携帯用電子機器に適している。
有機EL素子は、有機膜を形成する材料によって、低分子有機EL素子と高分子有機EL素子とに区別できる。
真空蒸着法によって形成される低分子有機EL素子に関して、発光物質が容易に精製され、高純度化が容易に得られ、カラー画素が容易に具現化されうる。
一方、高分子有機EL素子は、スピンコーティングまたは印刷法により有機膜を形成することによって、低コストで容易に製造することができ、かつ、有機膜の機械的特性が優秀である(例えば、特許文献1〜4参照)。
米国特許第5,621,131号明細書 米国特許第5,763,636号明細書 国際公開第99/54385号パンフレット 米国特許第5,728,801号明細書
しかし、上述のような長所を低分子有機EL素子が有しているにもかかわらず、実用的な応用のために、例えば、量子効率および色純度の向上、ならびに薄膜の結晶化防止などの改良が必要とされている。また、上述のような長所を有する高分子有機EL素子も、低色純度、高駆動電圧、低効率、および短寿命などの問題を有している。
そこで、本発明は、有機EL素子が高色純度、低駆動電圧、高効率、および長寿命の特性を有しうる手段を提供することを目的とする。
前記のような技術的課題を解決するために、本発明は、下記化学式(1)で表される青色発光高分子を提供する。
前記化学式(1)中、xは、0.001〜0.99の実数であり;nは、10〜150の整数であり;Arは、置換基を有していてもよいC6〜C30の2価の芳香環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30の2価の複素環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30の2価のヘテロ原子を含む飽和環を含む化合物の残基、および置換基を有していてもよいC2〜C30の2価のビニレン構造を含む基からなる群より選択される基であり;RおよびRは、互いに独立して、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC4〜C20のシクロアルキル基、またはRおよびRは互いに連結されて炭素環を形成し;Rは、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、エステル基、シアノ基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロ環基、または置換基を有していてもよいC4〜C20のシクロアルキル基であり;Rは、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C12の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状または分岐状のアルコキシ基、エステル基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロ環基、および置換基を有していてもよいトリフェニルアミン基からなる群より選択される基である。
また、本発明は、1対の電極間に有機膜を備え、前記有機膜が前記化学式(1)で表される青色発光高分子を含むことを特徴とする、有機EL素子を提供する。
本発明によれば、高色純度および優れた色安定性を示す青色発光高分子、ならびに低駆動電圧、高効率、および長寿命の特性を有しうる有機EL素子が提供されうる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明による青色発光高分子は、正孔輸送性を有するアクリジン構造を高分子主鎖に含む構造を有する。このような構造によって、本発明による青色発光高分子は、従来の青色発光高分子に比べて高色純度および優れた色安定性を示す。
本発明の一実施形態によれば、本発明は、下記化学式(1)で表される青色発光高分子を提供する。
前記化学式(1)中、xは、0.001〜0.99の実数であり;nは、10〜150の整数であり;Arは、置換基を有していてもよいC6〜C30の2価の芳香環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30の複素環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロ原子を含む飽和環を含む化合物の残基、および置換基を有していてもよいC2〜C30の2価のビニレン構造を含む基からなる群より選択される基であり;RおよびRは、互いに独立して、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC4〜C20のシクロアルキル基、またはRおよびRは互いに連結されて炭素環を形成し;Rは、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、エステル基、シアノ基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C20のヘテロアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C20のヘテロ環基、または置換基を有していてもよい置換基を有していてもよいC4〜C20のシクロアルキル基であり;Rは、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C12の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状または分岐状のアルコキシ基、エステル基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロ環基、および置換基を有していてもよいトリフェニルアミン基からなる群より選択される基である。
前記化学式(1)中のnは、10〜150の整数、好ましくは90〜130の整数である。
この際、前記化学式(1)で表される青色発光高分子の各繰り返し単位は、同じものであってもまたは異なるものであってもよく、繰り返し単位が異なる場合、その繰り返し単位はランダム状に存在してもよいし、ブロック状に存在してもよい。
前記化学式(1)中のArは、置換基を有していてもよいC6〜C30の2価の芳香環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30の複素環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30の2価のヘテロ原子を含む飽和環を含む化合物の残基、および置換基を有していてもよいC2〜C30の2価のビニレン構造を含む基からなる群より選択される基である。具体的には、Arは、下記化学式(2)〜(19)で表される基からなる群より選択されるいずれか1つであることが好ましい。
前記化学式(2)〜(19)中、Rは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい直鎖状もしくは分岐状のC1〜C12のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、または置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基である。
特に、前記化学式(1)中のArは、前記化学式(4)で表されるスピロビフルオレン構造を有する基、または前記化学式(18)で表されるフルオレン構造を有する基であることがより好ましい。その理由は、前記化学式(1)で表される青色発光高分子の熱的安定性が高まり、隣接する鎖とのエキシマ形成が抑えられることによって、高効率および高色純度が得られるためである。
前記化学式(1)中の、R、R、およびRで用いられうるアルキル基は、C1〜C20の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、その具体的な例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、iso−アミル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−へキシル基、3−メチルペンタン−2−イル基、3−メチルペンタン−3−イル基、4−メチルペンチル基、4−メチルペンタン−2−イル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブタン−2−イル基、n−ヘプチル基、1−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、4−メチルヘキシル基、5−メチルヘキシル基、1−エチルペンチル基、1−(n−プロピル)ブチル基、1,1−ジメチルペンチル基、1,4−ジメチルペンチル基、1,1−ジエチルプロピル基、1,3,3−トリメチルブチル基、1−エチル−2,2−ジメチルプロピル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキサン−2−イル基、2,4−ジメチルペンタン−3−イル基、1,1−ジメチルペンタン−1−イル基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イル基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、1−メチルヘプチル基、2−メチルヘプチル基、5−メチルヘプチル基、2−メチルヘプタン−2−イル基、3−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−4−イル基、1−エチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1−プロピルペンチル基、2−プロピルペンチル基、1,1−ジメチルヘキシル基、1,4−ジメチルヘキシル基、1,5−ジメチルヘキシル基、1−エチル−1−メチルペンチル基、1−エチル−4−メチルペンチル基、1,1,4−トリメチルペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、1−イソプロピル−1,2−ジメチルプロピル基、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、n−ノニル基、1−メチルオクチル基、6−メチルオクチル基、1−エチルヘプチル基、1−(n−ブチル)ペンチル基、4−メチル−1−(n−プロピル)ペンチル基、1,5,5−トリメチルヘキシル基、1,1,5−トリメチルヘキシル基、2−メチルオクタン−3−イル基、n−デシル基、1−メチルノニル基、1−エチルオクチル基、1−(n−ブチル)ヘキシル基、1,1−ジメチルオクチル基、3,7−ジメチルオクチル基、n−ウンデシル基、1−メチルデシル基、1−エチルノニル基、n−ドデシル基、1−メチルウンデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、1−メチルトリデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、またはn−エイコシル基などが挙げられる。前記アルキル基の1つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、−NH基、−NH(R)基(RはC1〜C10の直鎖状または分岐状のアルキル基である)、−N(R’)(R”)基、(R’およびR”は互いに独立して、C1〜C10の直鎖状または分岐状のアルキル基である)、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、スルホン酸基、燐酸基、C1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、C1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のハロゲン化アルキル基、C2〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、C2〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキニル基、少なくとも1つのヘテロ原子を含むC1〜C20のアルキル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアリールアルキル基、窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含むC5〜C20のヘテロアリール基、またはC6〜C20の窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含むヘテロアリールアルキル基で置換されうる。
前記化学式(1)中のRおよび前記Ar中のRで用いられうるアルキル基は、C1〜C12の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、その具体的な例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、iso−アミル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−へキシル基、3−メチルペンタン−2−イル基、3−メチルペンタン−3−イル基、4−メチルペンチル基、4−メチルペンタン−2−イル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブタン−2−イル基、n−ヘプチル基、1−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、4−メチルヘキシル基、5−メチルヘキシル基、1−エチルペンチル基、1−(n−プロピル)ブチル基、1,1−ジメチルペンチル基、1,4−ジメチルペンチル基、1,1−ジエチルプロピル基、1,3,3−トリメチルブチル基、1−エチル−2,2−ジメチルプロピル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキサン−2−イル基、2,4−ジメチルペンタン−3−イル基、1,1−ジメチルペンタン−1−イル基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イル基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、1−メチルヘプチル基、2−メチルヘプチル基、5−メチルヘプチル基、2−メチルヘプタン−2−イル基、3−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−4−イル基、1−エチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1−プロピルペンチル基、2−プロピルペンチル基、1,1−ジメチルヘキシル基、1,4−ジメチルヘキシル基、1,5−ジメチルヘキシル基、1−エチル−1−メチルペンチル基、1−エチル−4−メチルペンチル基、1,1,4−トリメチルペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、1−イソプロピル−1,2−ジメチルプロピル基、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、n−ノニル基、1−メチルオクチル基、6−メチルオクチル基、1−エチルヘプチル基、1−(n−ブチル)ペンチル基、4−メチル−1−(n−プロピル)ペンチル基、1,5,5−トリメチルヘキシル基、1,1,5−トリメチルヘキシル基、2−メチルオクタン−3−イル基、n−デシル基、1−メチルノニル基、1−エチルオクチル基、1−(n−ブチル)ヘキシル基、1,1−ジメチルオクチル基、3,7−ジメチルオクチル基、n−ウンデシル基、1−メチルデシル基、1−エチルノニル基、またはn−ドデシル基などが挙げられる。前記アルキル基の1つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、−NH基、−NH(R)基(RはC1〜C10の直鎖状または分岐状のアルキル基である)、−N(R’)(R”)基、(R’およびR”は互いに独立して、C1〜C10の直鎖状または分岐状のアルキル基である)、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、スルホン酸基、燐酸基、C1〜C20の直鎖状または分岐状のアルキル基、C1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のハロゲン化アルキル基、C2〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、C2〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアリールアルキル基、窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含むC5〜C20のヘテロアリール基、または窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含むC6〜C20のヘテロアリールアルキル基で置換されうる。
前記化学式(1)中の、R、R、R、R、および前記Ar中のRで用いられうるアルコキシ基は、C1〜C20の直鎖状または分岐状のアルコキシ基であり、その具体的な例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、1,2−ジメチル−プロポキシ基、n−へキシルオキシ基、3−メチルペンタン−2−イルオキシ基、3−メチルペンタン−3−イルオキシ基、4−メチルペンチルオキシ基、4−メチルペンタン−2−イルオキシ基、1,3−ジメチルブチルオキシ基、3,3−ジメチルブチルオキシ基、3,3−ジメチルブタン−2−イルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、1−メチルヘキシルオキシ基、3−メチルヘキシルオキシ基、4−メチルヘキシルオキシ基、5−メチルヘキシルオキシ基、1−エチルペンチルオキシ基、1−(n−プロピル)ブチルオキシ基、1,1−ジメチルペンチルオキシ基、1,4−ジメチルペンチルオキシ基、1,1−ジエチルプロピルオキシ基、1,3,3−トリメチルブチルオキシ基、1−エチル−2,2−ジメチルプロピルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−メチルヘキサン−2−イルオキシ基、2,4−ジメチルペンタン−3−イルオキシ基、1,1−ジメチルペンタン−1−イルオキシ基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イルオキシ基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イルオキシオキシ基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、1−メチルヘプチルオキシ基、2−メチルヘプチルオキシ基、5−メチルヘプチルオキシ基、2−メチルヘプタン−2−イルオキシ基、3−メチルヘプタン−3−イルオキシ基、4−メチルヘプタン−3−イルオキシ基、4−メチルヘプタン−4−イルオキシ基、1−エチルヘキシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、1−プロピルペンチルオキシ基、2−プロピルペンチルオキシ基、1,1−ジメチルヘキシルオキシ基、1,4−ジメチルヘキシルオキシ基、1,5−ジメチルヘキシルオキシ基、1−エチル−1−メチルペンチルオキシ基、1−エチル−4−メチルペンチルオキシ基、1,1,4−トリメチルペンチルオキシ基、2,4,4−トリメチルペンチルオキシ基、1−イソプロピル−1,2−ジメチルプロピルオキシ基、1,1,3,3−テトラメチルブチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、1−メチルオクチルオキシ基、6−メチルオクチルオキシ基、1−エチルヘプチルオキシ基、1−(n−ブチル)ペンチルオキシ基、4−メチル−1−(n−プロピル)ペンチルオキシ基、1,5,5−トリメチルヘキシルオキシ基、1,1,5−トリメチルヘキシルオキシ基、2−メチルオクタン−3−イルオキシ基、n−デシルオキシ基、1−メチルノニルオキシ基、1−エチルオクチルオキシ基、1−(n−ブチル)ヘキシルオキシ基、1,1−ジメチルオクチルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、1−メチルデシルオキシ基、1−エチルノニルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、1−メチルウンデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、1−メチルトリデシルオキシ基、n−ペンタデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、n−ヘプタデシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基、n−ノナデシルオキシ基、またはn−エイコシルオキシ基などが挙げられる。前記アルコキシ基中の1つ以上の水素原子は、前記アルキル基の場合と同様の置換基で置換されうる。
前記化学式(1)中の、R、R、R、R、および前記Ar中のRで用いられうるアリール基は、C6〜C30の芳香族単環または芳香族縮合環を有する基である。前記アリール基の具体的な例としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、テトラヒドロナフチル基、1−アントリル基、2−アントリル基、9−アントリル基、1−フェナントリル基、2−フェナントリル基、3−フェナントリル基、4−フェナントリル基、または9−フェナントリル基などが挙げられる。前記アリール基中の1つ以上の水素原子は、前記アルキル基の場合と同様の置換基で置換されうる。
前記化学式(1)中の、RおよびRで用いられうるシクロアルキル基は、C4〜C20のシクロアルキル基であり、その具体的な例としては、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロテトラデシル基、シクロヘキサデシル基、シクロオクタデシル基、またはシクロエイコシル基などが挙げられる。前記シクロアルキル基中の1つ以上の水素原子は、前記アルキル基の場合と同様の置換基で置換されうる。
前記化学式(1)中の、R、R、R、およびRで用いられうるヘテロアリール基は、窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む単環複素環または縮合複素環を有するC2〜C30の基である。前記へテロアリール基の具体的な例としては、フリル基、ピラニル基、ベンゾフラニル基、イソベンゾフラニル基、クロメニル基、イソクロメニル基、チエニル基、ベンゾチエニル基、チオピラニル基、チオクロメニル基、イソチオクロメニル基、チオキサンテニル基、チアントレニル基、フェノキサチイニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、トリアジニル基、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、フラザニル基、ピリジニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、インドリル基、インダゾリル基、プリニル基、キノリジニル基、キノリニル基、ナフチジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、カルバゾリル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェノテルラジニル基、フェノセレナジニル基、フェノチアジニル基、フェノキサジニル基、アンチリジニル基、ホスフィンドリニジル基、2H−イソホスフィンドリル基、ホスフィンドリル基、2H−ホスフィノリジニル基、イソホスフィノリニル基、またはホスフィノリニル基などが挙げられる。前記ヘテロアリール基中の1つ以上の水素原子は、前記アルキル基の場合と同様の置換基で置換されうる。
前記化学式(1)中の、RおよびRで用いられうるエステル基の具体的な例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、イソペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、1,2−ジメチル−プロポキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、3−メチルペンタン−2−イルオキシカルボニル基、3−メチルペンタン−3−イルオキシカルボニル基、4−メチルペントキシカルボニル基、4−メチルペンタン−2−イルオキシカルボニル基、1,3−ジメチルブトキシカルボニル基、1−イソプロピルプロポキシカルボニル基、3,3−ジメチルブトキシカルボニル基、3,3−ジメチルブタン−2−イルオキシカルボニル基、2−メチルヘキサン−2−イルオキシカルボニル基、2,4−ジメチルペンタン−3−イルオキシカルボニル基、1,1−ジメチルペンタン−1−イルオキシカルボニル基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イルオキシカルボニル基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イルオキシカルボニル基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イルオキシカルボニル基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシカルボニル基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イルオキシカルボニル基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、2−メチルヘプトキシカルボニル基、2−メチルヘプタン−2−イルオキシカルボニル基、3−メチルヘプタン−3−イルオキシカルボニル基、4−メチルヘプタン−3−イルオキシカルボニル基、4−メチルヘプタン−4−イルオキシカルボニル基、2−メチルオクタン−3−イルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基、n−ドデシルオキシカルボニル基、n−トリデカオキシカルボニル基、n−テトラデシルオキシカルボニル基、n−ペンタデシルオキシカルボニル基、n−ヘキサデシルオキシカルボニル基、ヘプタデシルオキシカルボニル基、n−オクタデシルオキシカルボニル基、n−ノナデカオキシカルボニル基、またはn−エイコシルオキシカルボニル基が挙げられる。
前記化学式(1)中の、RおよびRで用いられうるヘテロ環基は、窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む飽和環を有するC2〜C30の基である。前記へテロ環基の具体的な例としては、テトラヒドロフリル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロチエニル基、ピロリジニル基、イミダゾリジニル基、ピラゾリジニル基、チアゾリジニル基、イソチアゾリジニル基、オキサゾリジニル基、イソオキサゾリジニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、チオモルホリニル基、モルホリニル基、ヘキサヒドロピロリジニル基、オクタヒドロインドリジニル基、オクタヒドロイソインドリル基、オクタヒドロインドリル基、テトラヒドロオキサジアジニル基、ヘキサヒドロトリアジニル基などが挙げられる。前記ヘテロ環基中の1つ以上の水素原子は、前記アルキル基の場合と同様の置換基で置換されうる。
前記化学式(1)中の、RおよびRで用いられうる置換基を有していてもよいトリフェニルアミン基の例としては、トリフェニルアミン基、2−フルオロトリフェニルアミン基、3−フルオロトリフェニルアミン基、4−フルオロトリフェニルアミン基、2−クロロトリフェニルアミン基、3−クロロトリフェニルアミン基、4−クロロトリフェニルアミン基、2−ブロモトリフェニルアミン基、3−ブロモトリフェニルアミン基、4−ブロモトリフェニルアミン基、2−ヨードトリフェニルアミン基、3−ヨードトリフェニルアミン基、4−ヨードトリフェニルアミン基、2−ニトロトリフェニルアミン基、3−ニトロトリフェニルアミン基、4−ニトロトリフェニルアミン基、2−ヒドロキシトリフェニルアミン基、3−ヒドロキシトリフェニルアミン基、4−ヒドロキシトリフェニルアミン基、2−メチルトリフェニルアミン基、3−メチルトリフェニルアミン基、4−メチルトリフェニルアミン基、2,3−ジメチルトリフェニルアミン基、2,4−ジメチルトリフェニルアミン基、2,5−ジメチルトリフェニルアミン基、2,6−ジメチルトリフェニルアミン基、2−メチルトリフェニルアミン基、2−フルオロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、3−フルオロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、4−フルオロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、2−クロロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、3−クロロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、4−クロロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、2−ブロモ−2’−メチルトリフェニルアミン基、3−ブロモ−2’−メチルトリフェニルアミン基、4−ブロモ−2’−メチルトリフェニルアミン基、2−ヨード−2’−メチルトリフェニルアミン基、3−ヨード−2’−メチルトリフェニルアミン基、4−ヨード−2’−メチルトリフェニルアミン基、2−ニトロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、3−ニトロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、4−ニトロ−2’−メチルトリフェニルアミン基、2−ヒドロキシ−2’−メチルトリフェニルアミン基、3−ヒドロキシ−2’−メチルトリフェニルアミン基、4−ヒドロキシ−2’−メチルトリフェニルアミン基、2−メチル−2’−メチルトリフェニルアミン基、3−メチル−2’−メチルトリフェニルアミン基、4−メチル−2’−メチルトリフェニルアミン基、2,3,2’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,4,2’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,5,2’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,6,2’−トリメチルトリフェニルアミン基、3−メチルトリフェニルアミン基、2−フルオロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、3−フルオロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、4−フルオロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、2−クロロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、3−クロロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、4−クロロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、2−ブロモ−3’−メチルトリフェニルアミン基、3−ブロモ−3’−メチルトリフェニルアミン基、4−ブロモ−3’−メチルトリフェニルアミン基、2−ヨード−3’−メチルトリフェニルアミン基、3−ヨード−3’−メチルトリフェニルアミン基、4−ヨード−3’−メチルトリフェニルアミン基、2−ニトロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、3−ニトロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、4−ニトロ−3’−メチルトリフェニルアミン基、2−ヒドロキシ−3’−メチルトリフェニルアミン基、3−ヒドロキシ−3’−メチルトリフェニルアミン基、4−ヒドロキシ−3’−メチルトリフェニルアミン基、2−メチル−3’−メチルトリフェニルアミン基、3−メチル−3’−メチルトリフェニルアミン基、4−メチル−3’−メチルトリフェニルアミン基、2,3,3’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,4,3’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,5,3’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,6,3’−トリメチルトリフェニルアミン基、4−メチルトリフェニルアミン基、2−フルオロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、3−フルオロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、4−フルオロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、2−クロロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、3−クロロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、4−クロロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、2−ブロモ−4’−メチルトリフェニルアミン基、3−ブロモ−4’−メチルトリフェニルアミン基、4−ブロモ−4’−メチルトリフェニルアミン基、2−ヨード−4’−メチルトリフェニルアミン基、3−ヨード−4’−メチルトリフェニルアミン基、4−ヨード−4’−メチルトリフェニルアミン基、2−ニトロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、3−ニトロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、4−ニトロ−4’−メチルトリフェニルアミン基、2−ヒドロキシ−4’−メチルトリフェニルアミン基、3−ヒドロキシ−4’−メチルトリフェニルアミン基、4−ヒドロキシ−4’−メチルトリフェニルアミン基、2−メチル−4’−メチルトリフェニルアミン基、3−メチル−4’−メチルトリフェニルアミン基、4−メチル−4’−メチルトリフェニルアミン基、2,3,4−トリメチルトリフェニルアミン基、2,4,4’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,5,4’−トリメチルトリフェニルアミン基、2,6,4’−トリメチルトリフェニルアミン基、1,1’、1”−トリメチルトリフェニルアミン基、1,1’,2”−トリメチルトリフェニルアミン基、1,1’,3”−トリメチルトリフェニルアミン基、1,1’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基、1,2’,2”−トリメチルトリフェニルアミン基、1,2’,3”トリメチルトリフェニルアミン基、1,2’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基、1,3’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基、2,2’,2”−トリメチルトリフェニルアミン基、2,2’,3”−トリメチルトリフェニルアミン基、2,2’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基、2,3’,3”−トリメチルトリフェニルアミン基、2,3’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基、3,3’,3”−トリメチルトリフェニルアミン基、3,3’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基、3,4’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基、または4,4’,4”−トリメチルトリフェニルアミン基などが挙げられる。
また、前記化学式(1)中のRとRとは、互いに連結されて炭素環を形成してもよい。前記炭素環の例としては、シクロへキサン環、シクロへプタン環、シクロオクタン環、シクロノナン環、シクロデカン環、シクロウンデカン環、シクロドデカン環、シクロトリデカン環、シクロテトラデカン環、シクロペンタデカン環、シクロヘキサデカン環、シクロヘプタデカン環、シクロオクタデカン環、シクロノナデカン環、もしくはシクロエイコサン環などの置換基を有していてもよいC6〜C20のシクロアルキル環、置換基を有していてもよいノルボルネン環、または置換基を有していてもよいアダマンタン環などが挙げられる。この際、前記炭素環は、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、およびリン原子からなる群より選択される少なくとも1つヘテロ原子を含んでいてもよい。
本発明による青色発光高分子の重量平均分子量(Mw)は、薄膜形成特性および有機EL素子の寿命に対して、重要な因子となりうる。このような観点から、本発明による青色発光高分子の重量平均分子量は、好ましくは約10,000〜2,000,000、より好ましくは200,000〜1,000,000である。なお、本発明において、前記重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)法により測定した値を採用するものとする。
本発明による青色発光高分子の重量平均分子量が10,000未満であると、素子の製造および素子の駆動時に薄膜の結晶化が起こる場合がある。本発明による青色発光高分子の重量平均分子量が2,000,000を超えると、Pd(0)またはNi(0)により媒介されるアリールカップリング反応の、一般的な合成条件において、本発明の青色発光高分子を実質的に製造し難くなる場合があり、有機EL素子の発光特性の点で好ましくない場合がある。
また、本発明による青色発光高分子の分子量分布(MWD)は、なるべく広くないことが電界発光特性、特に、素子の寿命の観点から好ましい。具体的には、本発明による青色発光高分子の分子量分布は1〜5であることが好ましい。
本発明による青色発光高分子の製造方法は、特に制限されず、従来公知の方法例えば、鈴木カップリング(Suzuki Coupling)法と山本カップリング(Yamamoto Coupling)法との組み合わせなど、従来公知の方法によって製造されうる。
また、本発明は、1対の電極間に有機膜を備える有機EL素子において、前記有機膜が前記化学式(1)で表される青色発光高分子を含むことを特徴とする、有機EL素子を提供する。
以下、1対の電極間に有機膜を備える有機EL素子において、前記有機膜が前記化学式(1)で表される青色発光高分子を含む特徴とする、有機EL素子を提供する。
前記化学式(1)で表される本発明の青色発光高分子を用いる有機EL素子と、その製造方法を説明すれば次の通りである。
図1A〜図1Fは、本発明の実施形態による有機EL素子の積層構造を示す断面概略図である。
図1Aを参照すれば、第1電極10の上部に前記化学式(1)で表される青色発光高分子を含む発光層12が積層され、前記発光層12の上部には第2電極14が形成されている。
図1Bを参照すれば、第1電極10の上部に前記化学式(1)で表される青色発光高分子を含む発光層12が積層され、前記発光層12の上部に正孔ブロッキング層(HBL)13が積層されており、その上部には第2電極14が形成されている。
図1Cの有機EL素子は、第1電極10と発光層12との間に正孔注入層(HIL)(またはバッファ層とも称す)11が形成されている。
図1Dの有機EL素子は、正孔ブロッキング層(HBL)13の代わりに、発光層12の上部に電子輸送層(ETL)15が形成されていることを除いては、図1Cの有機EL素子と同様の積層構造を有する。
図1Eの有機EL素子は、前記化学式(1)で表される青色発光高分子を含有する発光層12の上部に形成される正孔ブロッキング層(HBL)13の代わりに、正孔ブロッキング層(HBL)13と電子輸送層15とが順次に積層されていることを除いては、図1Cの場合と同様の積層構造を有する。
図1Fの有機EL素子は、正孔注入層11と発光層12との間に正孔輸送層16をさらに形成したことを除いては、図1Eの有機EL素子と同様の構造を有している。この際、正孔輸送層16は、正孔注入層11から発光層12への不純物の侵入を抑える役割を果たす。
前述の図1A〜図1Fの積層構造を有する有機EL素子は、一般的な方法によって製造可能であり、その製造方法が限定されるものではない。
以下、本発明の望ましい一実施形態による有機EL素子の製造方法を説明する。
まず、基板(図示せず)の上部にパターニングされた第1電極10を形成する。前記基板は有機EL素子で使われる一般的な基板が使用されるが、透明性、表面平滑性、および防水性に優れ、取扱いが容易であることを考慮すると、ガラス基板または透明プラスチック基板が好ましい。前記基板の厚さは0.3〜1.1mmであることが好ましい。
前記第1電極10の形成材料は特に制限されない。もし、第1電極が正極であるならば、正極は正孔の注入が容易である導電性金属またはその酸化物から形成されることが好ましく、具体的な例としては、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)、またはイリジウム(Ir)などが、好ましく挙げられる。
前記第1電極10が形成された基板を洗浄し、UV/オゾン処理を行う。洗浄は、イソプロパノール(IPA)、またはアセトンなどの有機溶媒を用いて行う。
洗浄された基板の第1電極10の上部に、正孔注入層11が選択的に形成される。このように正孔注入層11が形成されると、第1電極10および発光層12の接触抵抗を低減させると同時に、発光層12に対する第1電極10の正孔輸送能力が向上して、素子のターンオン電圧および寿命特性を改良させる。正孔注入層11の形成材料は、有機EL素子の分野で一般的に用いられる物質であれば、いかなる物質でも使用可能であり、具体的な例としては、PEDOT(poly(3,4−ethylenedioxythiophene))/PSS(polystyrene parasulfonate)、スターバースト系の化合物、銅フタロシアニン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリフェニレンビニレン、またはこれらの誘導体などが好ましく挙げられる。ここに例示したような物質が、第1電極10の上部にスピンコートされた後、これを乾燥して正孔注入層11が形成される。前記正孔注入層11の厚さは、好ましくは30〜200nm(300〜2000Å)であり、より好ましくは、50〜110nm(500〜1100Å)である。正孔注入層11の厚さが前記範囲を外れる場合、正孔注入特性が不良となる場合がある。前記正孔注入層11を形成する際の乾燥温度は、100〜250℃であることが好ましい。
前記正孔注入層11の上部に、発光層形成用の組成物がコートされて発光層12が形成される。ここで、前記の発光層形成用の組成物は、前記化学式(1)で表される青色発光高分子の濃度が好ましくは0.01〜10質量%である溶液である。
前記溶液の溶媒は、前記青色発光高分子を溶解させうるものであれば、いかなるものでも使用可能であり、具体的な例としては、トルエン、クロロベンゼンなどが挙げられる。
場合によっては、前記発光層形成用の組成物に、ドーパントがさらに加えられる。この際、ドーパントの含有量は発光層の形成材料によって変化するが、一般的に、発光層の形成材料(ホストとドーパントとの総質量)100質量部に対して30〜80質量部であることが好ましい。ドーパントの含有量が前記範囲を外れれば、有機EL素子の発光特性が低下する場合がある。前記ドーパントの具体的な例としては、アリールアミン、フェリル化合物、ピロール化合物、ヒドラゾン化合物、カルバゾール化合物、スチルベン化合物、スターバースト系化合物、またはオキサジアゾール系化合物などが挙げられる。
前記発光層12の厚さは、発光層形成用の組成物の濃度およびスピンコート時のスピン速度を調節することによって、好ましくは10〜100nm(100〜1000Å)、より好ましくは、50〜100nm(500〜1000Å)に設定されうる。発光層12の厚さが10nm(100Å)未満である場合には、有機EL素子の発光効率が低下する場合があり、100nm(1000Å)を超える場合には、有機EL素子の駆動電圧が上昇する場合がある。
前記正孔注入層11と前記発光層12との間には、正孔輸送層16が選択的に形成される。ここで、正孔輸送層の形成材料は、正孔を輸送できる物質であればいかなるものでも使用可能であり、具体的な例としては、例えば、ポリトリフェニルアミン、フルオレンとフェニレンジアミンとの共重合体、スピロビフルオレンとフェノキサジンとの共重合体、またはBFE(ダウケミカル社製)などが挙げられ、これらは単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。前記正孔輸送層16の厚さは、10〜100nm(100〜1000Å)であることが好ましい。
前記発光層12の上部には、蒸着またはスピンコーティングによって、正孔ブロッキング層13および/または電子輸送層15が形成される。前記正孔ブロッキング層13は、発光物質から発生する励起子が電子輸送層15に移動することを防ぐか、または正孔が電子輸送層15に移動することを防ぐ役割を果たす。
前記正孔ブロッキング層13は、例えば、LiF、MgF、または下記化学式(20)で表されるフェナントロリン系化合物(例えばUDC社製の2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP))、イミダゾール系化合物、トリアゾール系化合物、オキサジアゾール系化合物(例えば2−(4−ビフェニルイル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)1,3,4−オキサジアゾール)(PBD))、もしくはアルミニウム錯体(例えばUDC社製のBAlq)などから形成されうる。
前記電子輸送層15は、例えば、オキサゾール系化合物、イソオキサゾール系化合物、トリアゾール系化合物、イソチアゾール系化合物、オキサジアゾール系化合物、チアジアゾール系化合物、または下記化学式(21)で表されるペリレン系化合物、アルミニウム錯体(例えばAlq3、BAlq、SAlq、もしくはAlmq3)、もしくはガリウム錯体(例えばGaq’2OPiv、Gaq’2OAc、もしくは2(Gaq’2))などから形成されうる。
前記正孔ブロッキング層の厚さは10〜100nm(100〜1000Å)であることが好ましく、前記電子輸送層の厚さは10〜100nm(100〜1000Å)であることが好ましい。前記正孔ブロッキング層の厚さおよび前記電子輸送層の厚さが前記範囲を外れる場合は、電子輸送能力および正孔ブロッキング能力が低下する場合がある。
次いで、前記のようにして得られた積層物上に第2電極14を形成し、その後封止して有機EL素子が完成する。
前記第2電極14の形成材料は特に制限されず、Li、Ca、Ca/Al、LiF/Ca、LiF/Al、Al、Mg、またはMg合金などの仕事関数の小さないかなる金属でも、前記第2電極14の形成材料として使用することができ、蒸着により、第2電極14が形成される。前記第2電極14の厚さは、5〜300nm(50〜3000Å)であることが好ましい。前記化学式(1)で表される本発明による青色発光高分子は、有機EL素子の発光層の形成材料として使われうるが、前記正孔輸送層16の形成材料としても用いられうる。また、バイオテクノロジー分野の中間体としても用いられうる。
本発明の有機EL素子の製造方法は、特別の装置や方法を必要とせず、本発明の有機EL素子は、通常の電界発光高分子を利用した有機EL素子の製造方法によって製造されうる。
以下、本発明を、下記実施例を通じてさらに詳細に説明するが、下記の実施例は、単に説明のためのものであり、本発明を限定するためのものではない。
(実施例1)本発明の青色発光高分子1〜3の作製
下記反応式(1)〜(4)で表される反応によって、本発明による青色発光高分子を作製した。
1.モノマーの合成
1−1.アクリジンの還元
1Lの2口の丸底フラスコに、アクリジン45g(0.251mol)、シアノ水素化ホウ素ナトリウム(Na(CN)BH)31.6g(0.502mol)を入れ、真空乾燥後窒素雰囲気とした。蒸留したテトラヒドロフラン(THF)450mlを加えて、三フッ化ホウ素エーテラート(BFEtherate)63.6ml(0.502mol)を加えた後、温度を上げて還流して12時間反応させた。反応を薄膜クロマトグラフィで確認した後、氷浴で温度を下げ、28%アンモニア水150mlを徐々に加えて系内をアルカリ性とした後、炭酸ナトリウム水溶液100mlを入れて有機層を抽出した。その後、水層を酢酸エチル100mlで抽出し、有機層を集めて食塩水300mlで洗浄した。有機層をMgSOで乾燥した後にろ過して濃縮して、さらに真空乾燥させて粗生成物49gを得た(収率:理論値を超えた、黄緑色結晶)。得られた粗生成物のH−NMRスペクトルは下記表1の通りであった。
1−2. 1−ブロモ−4−ブチルベンゼンとのカップリング
前記1−1.で作製した8a,9,10,10a−テトラヒドロアクリジン粗生成物49g(0.251mol)、1−ブロモ−4−ブチルベンゼン53.1ml(0.301mol)、ナトリウム−t−ブトキシド(NaOt−Bu)48.2g(0.502mol)、および酢酸パラジウム(II)(Pd(OAc))3g(0.013mol)を2口フラスコに入れて窒素で満たした後、トルエン500mlを入れ温度を60℃まで上げた。その後、トリ−tert−ブチルホスフィン(P(t−butyl))の濃度が50質量%であるトルエン溶液24.2ml(0.0502mol)を加え1時間還流して反応させた。反応を薄層クロマトグラフィで確認した後、室温まで温度を下げ、酢酸エチル50ml、および水50mlを加え攪拌した後、セライトパッドを通してろ過した。ろ液を水500mlで2回洗浄し、食塩水500mlで洗浄した後に、MgSOで乾燥し、ろ過によりMgSOを取り除いてろ液を濃縮した。濃縮された残留物に、エーテル800mlを入れて1時間懸濁攪拌し、ろ過して、生成物を結晶として58.1g得た(収率:73.8%、薄ピンク色結晶)。得られた生成物のH−NMRは下記表2の通りであった。
1−3.酸化
1Lの2口の丸底フラスコに、前記1−2.で得られた10−(4−ブチルフェニル)−8a,9,10,10a−テトラヒドロアクリジン13g(0.0415mol)、および水250mlを入れ、さらに60%硝酸(HNO)250mlを入れて、温度を上げ80℃で2時間反応させた。反応液を薄層クロマトグラフィで確認した後、室温まで温度を下げ、反応混合物に塩化メチレン500mlを加えて攪拌し抽出した。水層を塩化メチレン200mlおよび塩化メチレン100mlで抽出し、有機層を集めて炭酸ナトリウム水溶液500mlで系内をアルカリ性とし、洗浄した。その後、有機層を食塩水500mlで洗浄し、MgSOで乾燥し、ろ過によりMgSOを取り除いてろ液を濃縮した。濃縮された残留物に少量の塩化メチレンを加えて溶かし、n−へキサンで結晶化させて、1次再結晶4.41gを得た。ろ液を濃縮し、エーテルで懸濁攪拌して、2次再結晶5.43gを得た(生成物の総収量9.84g、収率:72.5%、黄緑色結晶)。得られた生成物のH−NMRは下記表3の通りであった。
1−4.臭素化
前記1−3.で得られた10−(4−ブチルフェニル)−10,10a−ジヒドロアクリジン−9(8aH)−オン9.8g(0.0314mol)、および塩化メチレン(MC)100mlを、250mlの1口の丸底フラスコに入れて攪拌した。N−ブロモスクシンイミド(NBS)11.2g(0.0628mol)を徐々に添加した後に常温で24時間攪拌して反応させた。薄層クロマトグラフィで反応を確認した後、溶媒を一部濃縮しメチルアルコール150mlを入れて懸濁攪拌した。生成した固体をろ過して、真空乾燥させて、生成物である2,7−ジブロモ−10−(4−ブチルフェニル)−10,10a−ジヒドロアクリジン−9(8aH)−オン10.39gを得た(収率:68.3%、黄色結晶)得られた生成物のH−NMRは下記表4の通りであった。
1−5.モノマーの合成
1−5−1.化合物1の合成
1Lの2口の丸底フラスコを真空乾燥後に窒素雰囲気にした後、TiCl懸濁液4g(20.1mmol)とLiAlH 383mg(10.1mmol)とを入れて10分間攪拌した。その後、トリエチルアミン(EtN)0.74ml(10.1mmol)を入れて1時間攪拌した後、2,7−ジブロモ−10−(4−ブチルフェニル)−10,10a−ジヒドロアクリジン−9(8aH)−オン0.1g(2.05mmol)と2−アダマンタン308mg(2.05mmol)とをTHF15mlに加えて15時間還流させた。その後、反応液を水で希釈し酢酸エチルで抽出した後、シリカゲルカラムで分離し、前記反応式(1)に示す化合物1を得た(生成物の収率:45%、薄黄色粉末)。得られた化合物1のH−NMRは下記表5の通りであった。
1−5−2.化合物2の合成
1Lの2口の丸底フラスコを真空乾燥後に窒素雰囲気にした後、TiCl懸濁液4g(20.1mmol)とLiAlH 383mg(10.1mmol)とを入れて10分間攪拌した。その後、トリエチルアミン(EtN)0.74ml(10.1mmol)を入れて1時間攪拌した後、2,7−ジブロモ−10−(4−ブチルフェニル)−10,10a−ジヒドロアクリジン−9(8aH)−オン0.1g(2.05mmol)とシクロヘキサノン201mg(2.05mmol)とをTHF15mlに加えて15時間還流させた。その後、反応液を水で希釈し酢酸エチルで抽出した後、シリカゲルカラムで分離し、前記反応式(1)に示す化合物2を得た(生成物の収率:40%、薄黄色粉末)。得られた化合物2のH−NMRは下記表6の通りであった。
1−5−3.化合物3の合成
1Lの2口の丸底フラスコを真空乾燥後に窒素雰囲気にした後、TiCl懸濁液4g(20.1mmol)とLiAlH 383mg(10.1mmol)とを入れて10分間攪拌した。その後、トリエチルアミン(EtN)0.74ml(10.1mmol)を入れて1時間攪拌した後、2,7−ジブロモ−10−(4−ブチルフェニル)−10,10a−ジヒドロアクリジン−9(8aH)−オン0.1g(2.05mmol)とベンズアルデヒド210mg(2.05mmol)とをTHF15mlに加えて15時間還流させた。その後、反応液を水で希釈し酢酸エチルで抽出した後、シリカゲルカラムで分離し、前記反応式(1)に示す化合物3を得た(生成物の収率:50%、薄黄色粉末)。得られた化合物3のH−NMRは下記表7の通りであった。
1−6.青色発光高分子の合成
1−6−1.青色発光高分子1の合成(実施例1−a)
シュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返して、シュレンクフラスコ内部の水分を完全に除去した後、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)(以下Ni(COD)と表す)880mg(3.2mmol)と、2,2−ビピリジン(bpy)500mg(3.2mmol)とをグローブボックス中に投入し、再びシュレンクフラスコの内部を真空化し窒素を流す操作を数回繰り返した。次いで、窒素雰囲気下で、無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10ml、1,5−シクロオクタジエン(COD)346mg(3.2mmol)、および無水トルエン10mlを添加した。80℃で30分間攪拌した後、2,7−ジブロモ−2’,3’,6’,7’−テトラオクチルオキシスピロフルオレン1.05g(1.44mmol)、および前記1−5−1.で得られた化合物1 196.5mg(0.16mmol)を、トルエン10mlで希釈して添加した。
次いで、シュレンクフラスコの内壁についている物質を洗いながらトルエン10mlを添加した後、80℃で4日間攪拌した。攪拌が終了した後、反応液の温度を60℃まで下げ、HCl水溶液:アセトン:メタノール=1:1:2(体積比)の混合溶液に反応液を注いで沈殿を形成させた。沈殿物をクロロホルムに溶解させた後、メタノールで再び沈殿を形成させ、ソックスレー抽出を行って、前記反応式(2)中に示す青色発光高分子1を450mg得た。
1−6−2.青色発光高分子2の合成(実施例1−b)
シュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返して、シュレンクフラスコ内部の水分を完全に除去した後、Ni(COD) 880mg(3.2mmol)と2,2−ビピリジン500mg(3.2mmol)とをグローブボックス中に投入し、再びシュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返した。次いで、窒素雰囲気下で、無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10ml、1,5−シクロオクタジエン(COD)346mg(3.2mmol)、および無水トルエン10mlを添加した。80℃で30分間攪拌した後、2,7−ジブロモ−2’,3’,6’,7’−テトラオクチルオキシスピロフルオレン1.05g(1.44mmol)、および前記1−5−2.で得られた化合物2 290mg(0.16mmol)をトルエン10mlで希釈して添加した。
次いで、シュレンクフラスコの内壁についている物質を洗いながらトルエン10mlを添加した後、80℃で4日間攪拌した。攪拌が終了後、反応液の温度を60℃まで下げ、HCl水溶液:アセトン:メタノール=1:1:2(体積比)の混合溶液に反応液を注いで沈殿を形成させた。沈殿物をクロロホルムに溶解させた後、メタノールで再び沈殿を形成させ、ソックスレー抽出を行って、前記反応式(3)中に示す青色発光高分子2を480mg得た。
1−6−3.青色発光高分子3の合成(実施例1−c)
シュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返して、シュレンクフラスコ内部の水分を完全に除去した後、Ni(COD) 880mg(3.2mmol)と2,2’−ビピリジン(bpy)500mg(3.2mmol)とをグローブボックス中に投入し、再びシュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返した。次いで、窒素雰囲気下で、無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10ml、1,5−シクロオクタジエン(COD)346mg(3.2mmol)、および無水トルエン10mlを添加した。80℃で30分間攪拌した後、2,7−ジブロモ−2’,3’,6’,7’−テトラオクチルオキシスピロフルオレン1.05g(1.44mmol)、および前記1−5−3.で得られた化合物3 397mg(0.16mmol)をトルエン10mlで希釈して添加した。
次いで、シュレンクフラスコの内壁についている物質を洗いながらトルエン10mlを添加した後、80℃で4日間攪拌した。攪拌が終了後、反応液の温度を60℃まで下げ、HCl水溶液:アセトン:メタノール=1:1:2(体積比)の混合溶液に反応液を注いで沈殿を形成させた。沈殿物をクロロホルムに溶解させた後、メタノールで再び沈殿を形成させ、ソックスレー抽出を行って、前記反応式(4)中に示す青色発光高分子3を470mg得た。
(実施例2)本発明の青色発光高分子4の作製
シュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返して、シュレンクフラスコ内部の水分を完全に除去した後、Ni(COD) 880mg(3.2mmol)と、2,2’−ビピリジン(bpy)500mg(3.2mmol)とをグローブボックス中に投入し、再びシュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返した。次いで、窒素雰囲気下で、無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10ml、1,5−シクロオクタジエン(COD)346mg(3.2mmol)、および無水トルエン10mlを添加した。80℃で30分間攪拌した後、2,7−ジブロモ−3’,7’−ジオクチルオキシビフェニルフルオレン1.05g(1.44mmol)および前記1−5−1.で得られた化合物1 197mg(0.16mmol)をトルエン10mlに希釈して添加した。
次いで、シュレンクフラスコの内壁についている物質を洗いながらトルエン10mlを添加した後、80℃で4日間攪拌した。攪拌終了後、反応液の温度を60℃まで下げ、HCl水溶液:アセトン:メタノール=1:1:2(体積比)の混合溶液に反応液を注いで沈殿を形成させた。沈殿物をクロロホルムに溶解させた後、メタノールで再び沈殿を形成させ、ソックスレー抽出を行って、前記反応式(5)中に示す青色発光高分子4を300mg得た。
(比較例1)従来の有機EL素子に用いられている高分子の作製
下記反応式(6)で表される反応によって、従来の有機EL素子に用いられている高分子5を作製した。
シュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返して、シュレンクフラスコ内部の水分を完全に除去した後、Ni(COD) 880mg(3.2mmol)と、2,2’−ビピリジン(bpy)500mg(3.2mmol)とをグローブボックス中に投入し、再びシュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返した。次いで、窒素雰囲気下で無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10ml、1,5−シクロオクタジエン(COD)346mg(3.2mmol)、および無水トルエン10mlを添加した。80℃で30分間攪拌した後、2,7−ジブロモ−2’,3’,6’,7’−テトラオクチルオキシスピロフルオレン1.05g(1.44mmol)および前記反応式(6)中に示す化合物4 80mg(0.16mmol)をトルエン10mlに希釈して添加した。
次いで、シュレンクフラスコの内壁についている物質を洗いながらトルエン10mlを添加した後、80℃で4日間攪拌した。攪拌終了後、反応液の温度を60℃まで下げ、HCl水溶液:アセトン:メタノール=1:1:2(体積比)の混合溶液に反応液を注いで沈殿を形成させた。沈殿物をクロロホルムに溶解させた後、メタノールで再び沈殿を形成させ、ソックスレー抽出を行って、前記反応式(6)中に示す高分子5を390mg得た。
(比較例2)従来の有機EL素子に用いられている高分子の作製
下記反応式(7)で表される反応によって、従来の有機EL素子に用いられている高分子6を作製した。
シュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返して、シュレンクフラスコ内部の水分を完全に除去した後、Ni(COD) 880mg(3.2mmol)と2,2’−ビピリジン(bpy)500mg(3.2mmol)とをグローブボックス中に投入した後、再びシュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返した。次いで、窒素雰囲気下で無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10ml、1,5−シクロオクタジエン(COD)346mg(3.2mmol)、および無水トルエン10mlを添加した。80℃で30分間攪拌した後、2,7−ジブロモ−2’,3’,6’,7’−テトラオクチルオキシスピロフルオレン1.05g(1.44mmol)、および前記反応式(7)中に示す化合物5 124mg(0.16mmol)をトルエン10mlに希釈して添加した。
次いで、シュレンクフラスコの内壁についている物質を洗いながらトルエン10mlを添加した後、80℃で4日間攪拌した。攪拌終了後、反応液の温度を60℃まで下げ、HCl水溶液:アセトン:メタノール=1:1:2(体積比)の混合溶液に反応液を注いで沈殿を形成させた。沈殿物をクロロホルムに溶解させた後、メタノールで再び沈殿を形成させ、ソックスレー抽出を行って、前記反応式(7)中に示す高分子6を520mg得た。
(比較例3)従来の有機EL素子に用いられている高分子の作製
下記反応式(8)で表される反応によって、従来の有機EL素子に用いられている高分子7を作製した。
シュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返して、シュレンクフラスコ内部の水分を完全に除去した後、Ni(COD) 880mg(3.2mmol)と2,2’−ビピリジン(bpy)500mg(3.2mmol)とをグローブボックス中に投入した後、再びシュレンクフラスコの内部を真空化し、窒素を流す操作を数回繰り返した。次いで、窒素雰囲気下で無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10ml、1,5−シクロオクタジエン(COD)346mg(3.2mmol)、および無水トルエン10mlを添加した。80℃で30分間攪拌した後、2,7−ジブロモ−2’,3’,6’,7’−テトラオクチルオキシスピロフルオレン1.05g(1.44mmol)、および前記反応式(8)中に示す化合物6 96mg(0.16mmol)をトルエン10mlに希釈して添加した。
次いで、シュレンクフラスコの内壁についている物質を洗いながらトルエン10mlを添加した後、80℃で4日間攪拌した。攪拌終了後、反応液の温度を60℃まで下げ、HCl水溶液:アセトン:メタノール=1:1:2(体積比)の混合溶液に反応液を注いで沈殿を形成させた。沈殿物をクロロホルムに溶解させた後、メタノールで再び沈殿を形成させ、ソックスレー抽出を行って、前記反応式(8)中に示す高分子7を400mg得た。
図2は、前記実施例1−aで作製した本発明による青色発光高分子1の光化学的安定性を示すグラフであり、図3は、前記実施例2で作製した本発明による青色発光高分子4の光化学的安定性を示すグラフであり、それぞれ、経過時間に対する発光スペクトルの変化を示したグラフである。
図2および図3からわかるように、本発明による青色発光高分子1および4は、発光スペクトルの経過時間による変化がほとんどなく、寿命特性に優れていることがわかる。
(実施例3)本発明の有機EL素子の作製
前記実施例1−aによって作製した青色発光高分子1を用いて、次のように有機EL素子を作製した。
まず、ITOをガラス基板上にコーティングした透明電極基板を洗浄した後、ITOを感光性樹脂およびエッチング液を用いて所望の形態にパターニングし、再び洗浄した。その上に、正孔注入層としてPEDOTを約50nmの厚さにコーティングした後、110℃で約1時間ベークした。次いで、m−キシレン99.2質量%に、実施例1−aによって作製した青色発光高分子1 0.8質量%を溶解させて調製した発光層形成用の組成物を、前記正孔注入層上にスピンコートし、ベーク後真空オーブン内で溶媒を完全に除去して高分子薄膜を形成させた。この際、前記発光層形成用の組成物はスピンコートを行う前に、0.45μmフィルターでろ過され、高分子薄膜(発光層)の厚さは、前記発光層形成用の組成物の濃度およびスピン速度を調節することによって、約80nmになるように調節した。
次いで、前記高分子薄膜(発光層)上に、真空蒸着機を用いて真空度を5.33×10−4Pa(4×10−6Torr)以下に維持しながら、2.7nmの厚さを有するCa層およびAl層を順次に蒸着させた。蒸着時の膜厚および膜の成長速度は、クリスタルセンサーを用いて調節した。
(実施例4)本発明の有機EL素子の作製
PEDOT層上に中間層としてPFB(フルオレンとフェニレンジアミンとの共重合体)層を10nmの厚さで積層し、その上に青色発光高分子1を含む発光層形成用の組成物をスピンコートし、発光層を形成させたこと以外は、実施例3と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
(実施例5)本発明の有機EL素子の作製
青色発光高分子1の代わりに、実施例2によって作製した青色発光高分子4を用いたということ以外は、実施例3と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
(実施例6)本発明による有機EL素子の作製
PEDOT層上に中間層としてH5(スピロビフルオレンとフェノキサジンとの共重合体)層を10nmの厚さで積層し、その上に青色発光高分子2を含む発光層形成用の組成物をスピンコートし、発光層を形成させたこと以外は、実施例5と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
(実施例7)本発明の有機EL素子の作製
PEDOT層上に中間層としてBFE(ダウケミカル社製)層を10nmの厚さで積層し、その上に青色発光高分子2を含む発光層形成用の組成物をスピンコートし、発光層を形成させたこと以外は、実施例5と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
(比較例4)従来技術の有機EL素子の作製
青色発光高分子1の代わりに、比較例1で作製した高分子5を用いた以外は、実施例3と同じ方法によって有機EL素子を作製した。
(比較例5)従来技術の有機EL素子の作製
青色発光高分子1の代りに、比較例2で作製した高分子6を用いた以外は、実施例3と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
(比較例6)従来技術の有機EL素子の作製
青色発光高分子1の代りに、比較例2で作製した高分子6を用いた以外は、実施例4と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
(比較例7)従来技術の有機EL素子の作製
青色発光高分子1の代りに、比較例3で作製した高分子7を用いた以外は、実施例3と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
(比較例8)従来技術の有機EL素子の作製
青色発光高分子1の代りに、比較例3で作製した高分子7を用いた以外は、実施例4と同様の方法によって有機EL素子を作製した。
実施例3〜7および比較例4〜8で得られた有機EL素子の素子特性および寿命特性の測定結果を、下記表8に示す。
評価時、直流で順方向バイアス電圧が評価に用いられ、それぞれの有機EL素子は、いずれも典型的な整流ダイオードの特性を示した。特に、実施例1−aおよび2で作製した青色発光高分子1および4を含む有機EL素子(実施例3〜7の有機EL素子)は、優れた色純度および色安定性を示し、発光効率および輝度が優れていることがわかった。
本発明は、有機EL素子関連の技術分野に好適に用いられる。
本発明の好ましい実施形態による有機EL素子の積層構造を示す断面概略図である。 本発明の好ましい実施形態による有機EL素子の積層構造を示す断面概略図である。 本発明の好ましい実施形態による有機EL素子の積層構造を示す断面概略図である。 本発明の好ましい実施形態による有機EL素子の積層構造を示す断面概略図である。 本発明の好ましい実施形態による有機EL素子の積層構造を示す断面概略図である。 本発明の好ましい実施形態による有機EL素子の積層構造を示す断面概略図である。 本発明の一実施形態による青色発光高分子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の一実施形態による青色発光高分子の発光スペクトルを示すグラフである。
符号の説明
10 第1電極、
11 正孔注入層、
12 発光層、
13 正孔ブロッキング層、
14 第2電極、
15 電子輸送層、
16 正孔輸送層。

Claims (7)

  1. 下記化学式(1)で表示される青色発光高分子:
    前記化学式(1)中、
    xは、0.001〜0.99の実数であり;
    nは、10〜150の整数であり;
    Arは、置換基を有していてもよいC6〜C30の2価の芳香環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30の2価の複素環含有化合物残基、置換基を有していてもよいC2〜C30の2価のヘテロ原子を含む飽和環を含む化合物残基、および置換基を有していてもよいC2〜C30の2価のビニレン構造を含む基からなる群より選択される基であり;
    およびRは、互いに独立して、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC4〜C20のシクロアルキル基、またはRおよびRは互いに連結されて炭素環を形成し;
    は、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、エステル基、シアノ基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロ環基、または置換基を有していてもよいC4〜C20のシクロアルキル基であり;
    は、水素原子、置換基を有していてもよいC1〜C12の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状または分岐状のアルコキシ基、エステル基、置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロアリール基、置換基を有していてもよいC2〜C30のヘテロ環基、および置換基を有していてもよいトリフェニルアミン基からなる群より選択される基である。
  2. 前記化学式(1)のArは、下記化学式(2)〜(19)で表される基からなる群より選択されるいずれか1つであることを特徴とする、請求項1に記載の青色発光高分子:
    前記化学式(2)〜(19)中、Rは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよいC1〜C12の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいC1〜C20の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、または置換基を有していてもよいC6〜C30のアリール基である。
  3. 前記化学式(1)のArは、前記化学式(4)または前記化学式(18)で表される基であることを特徴とする、請求項2に記載の青色発光高分子。
  4. 前記化学式(1)において、RおよびRが互いに連結されて炭素環を形成することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の青色発光高分子。
  5. 前記炭素環がヘテロ原子を含むことを特徴とする、請求項4に記載の青色発光高分子。
  6. 1対の電極間に有機膜を備え、前記有機膜が請求項1〜5のいずれか1項に記載の青色発光高分子を含むことを特徴とする、有機電界発光素子。
  7. 前記有機膜は、発光層または正孔輸送層であることを特徴とする、請求項6に記載の有機電界発光素子。
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