JP2017019996A - ポリマーおよび有機発光デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】電子デバイス層の発光材料として、低重量、低消費電力および可撓性のあるポリマーを提供する。
【解決手段】第1のブロックおよび第2のブロックを含むブロックコポリマーであって、第1のブロックが式(I)の繰り返し単位を含み、第2のブロックが式(II)の繰り返し単位を含むブロックコポリマーであり:
Figure 2017019996

式中、RおよびRは、独立に、Hまたは置換基であり;Rは、独立に、置換基であり;各nは、独立に、0、1、2または3であり;Ar、ArおよびAr10は、独立に、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよいアリールまたはヘテロアリール基であり;R13は、独立に、置換基であり;c、dおよびeはそれぞれ独立に少なくとも1であり;gは0または正の整数である。
【選択図】なし

Description

活性有機材料を含有する電子デバイスは、デバイス、例えば有機発光ダイオード(OLED)、有機光応答性デバイス(特に有機光起電性デバイスおよび有機光センサ)、有機トランジスタおよびメモリアレイデバイスに使用するためにますます関心が高まっている。活性有機材料を含有するデバイスは、低重量、低消費電力および可撓性のような利益をもたらす。さらに、可溶性有機材料の使用により、デバイス製造における溶液加工処理、例えばインクジェット印刷またはスピンコーティングの使用を可能にする。
OLEDは、アノード、カソードおよびアノードとカソードとの間の1つ以上の有機発光層を保持する基材を含み得る。
デバイスの操作中、正孔はアノードを通してデバイスに注入され、電子はカソードを通して注入される。発光材料の最高被占軌道(HOMO)の正孔および最低空軌道(LUMO)の電子が一緒になって励起子を形成し、そのエネルギーを光として放出する。
発光層は、半導体ホスト材料および発光ドーパントを含んでいてもよく、ここでエネルギーはホスト材料から発光ドーパントへ移動する。例えば、非特許文献1には、蛍光発光ドーパントでドープされたホスト材料が開示されている(すなわち光が一重項励起の減衰を介して発光される発光材料)。
りん光ドーパントも既知である(すなわち、光が三重項励起子の減衰を介して発光される発光ドーパント)。
正孔輸送層が、OLEDのアノードと発光層との間に提供されてもよい。
発光材料としては、小分子、ポリマー性およびデンドリマー性材料が挙げられる。好適な発光ポリマーとしては、ポリ(アリーレンビニレン)、例えばポリ(p−フェニレンビニレン)およびアリーレン繰り返し単位、例えばフルオレン繰り返し単位を含有するポリマーが挙げられる。
OLEDの層、例えば発光層は、層の材料および溶媒を含有する配合物を堆積させ、続いて溶媒を蒸発させることによって形成されてもよく、これは可溶性有機ポリマー材料の使用を必要とするが、デバイス製造において溶液加工処理が可能になる。
特許文献1には、少なくとも5mol%の以下の式の繰り返し単位を含むポリマーが開示されている:
Figure 2017019996
式中、Xは−CR=CR−、C≡CまたはN−Arであり、Yは、2〜40個のC原子を有する二価芳香族またはヘテロ芳香族環系である。
特許文献2には、ランダムまたは部分的にランダムなセクションによって連結されたブロックを含む共役ポリマーが開示されている。
本明細書で使用される場合「コポリマー」は、2つ以上の異なる単位を含むポリマーを意味する。
米国特許出願公開第2007/205714号明細書 米国特許出願公開第2006/229427号明細書
J.Appl.Phys.65,3610,1989
第1の態様において、本発明は、第1のブロックおよび第2のブロックを含むブロックコポリマーを提供し、第1のブロックが式(I)の繰り返し単位を含み、第2のブロックが式(II)の繰り返し単位を含む:
Figure 2017019996
式中、RおよびRは、独立に、Hまたは置換基であり;
は、独立に、各場合において、置換基であり;
各nは、独立に、0、1、2または3であり;
Ar、ArおよびAr10は、独立に、各場合において、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよいアリールまたはヘテロアリール基であり;
13は、独立に、各場合において、置換基であり;
c、dおよびeはそれぞれ独立に少なくとも1であり;
gは0または正の整数である。
第2の態様において、本発明は、第1の態様に従うブロックコポリマーを形成する方法を提供し、ここで第1および第2のブロックの一方を形成するためのモノマーを反応させて第1または第2のブロックを形成し、この第1または第2のブロックを、第1および第2のブロックの他方を形成するためのモノマーと反応させる。
第3の態様において、本発明は、アノード、カソードおよびアノードとカソードとの間の少なくとも1つの有機半導体層を含む有機電子デバイスを提供し、ここで有機半導体層の少なくとも1つが、第1の態様に従うブロックコポリマーを含む。
第4の態様において、本発明は、第1の態様に従うブロックコポリマーおよび少なくとも1つの溶媒を含むインク配合物を提供する。
第5の態様において、本発明は、第3の態様に従う有機発光デバイスを形成する方法を提供し、この方法が、第4の態様に従うインクを堆積させることによってデバイスの有機半導体層を形成する工程を含む。
ここで本発明は、図面を参照してより詳細に記載される。
本発明の実施形態に従うOLEDを図示する。 本発明の実施形態に従うデバイスおよび比較デバイスに関する明るさ対輝度のグラフである。 本発明の実施形態に従うデバイスおよび比較デバイスに関する外部量子効率対電流密度のグラフである。
図1は、アノード101、カソード105およびアノードとカソードとの間の発光層103を含む本発明の実施形態に従うOLED100を示す。デバイス100は、基材107、例えばガラスまたはプラスチック基材上に支持される。
1つ以上のさらなる層はアノード101とカソード105との間に提供されてもよく、例えば正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロッキング層および電子ブロッキング層が提供されてもよい。デバイスは、複数の発光層を含有してもよい。
好ましいデバイス構造としては、以下が挙げられる:
アノード/正孔注入層/発光層/カソード
アノード/正孔輸送層/発光層/カソード
アノード/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/カソード
アノード/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/カソード。
正孔輸送層および正孔注入層の少なくとも1つが存在してもよい。正孔注入層および正孔輸送層の両方が存在していてもよい。
第1の態様に記載されるようなブロックコポリマーは、デバイスの層に提供される。ポリマーは、発光層103;正孔輸送層;電子輸送層;および電荷ブロッキング層の1つ以上に提供されてもよい。
第1の態様に従うポリマーを含有する層は本質的にポリマーからなってもよく、またはポリマーは1つ以上のさらなる材料と混合されてもよい。
好ましくはポリマーが発光層103に存在する場合、ポリマーは、操作中である場合はそれ自体が発光してもよく、または発光層の1つ以上の蛍光またはりん光ドーパントと組み合わせて使用されるホスト材料として機能してもよい。
本明細書に記載されるポリマーを含むデバイスの層は、ポリマーの溶液を堆積し、溶液の溶媒を蒸発させることによって形成されてもよい。溶液を堆積するための例示的な方法は、スピンコーティング、浸漬コーティング、ドクターブレードコーティング、フレキソ印刷およびインクジェット印刷である。好ましくはポリマーを含む層は、インクジェット印刷によって形成される。
デバイスの発光層は、アノードにわたって、少なくとも1つのパターニングされた絶縁層を提供し、1つの色(モノクロデバイスの場合)または複数の色(マルチカラーの場合、特にフルカラーデバイスの場合)の印刷のためのウェルを規定することによってインクジェット印刷され得る。デバイスがアノードと発光層との間に1つ以上の層を含む場合、1つ以上の層のそれぞれはまた、好ましくはインクジェット印刷される。
パターニングされた1または複数の層はそれぞれ、例えば欧州特許第0880303号明細書に記載されるようなデバイスの各ピクセルまたはサブピクセルのためのウェルを規定するようにパターニングされたフォトレジスト層であってもよい。
ウェルの代替として、インクは、パターニングされた1または複数の層によって規定されるチャンネルに印刷されてもよい。特に、1または複数の絶縁層は、ウェルとは異なり、複数のピクセルにわたって延び、チャンネル末端部において閉じていてもよくまたは開いていてもよいチャンネルを形成するためにパターニングされてもよい。
本発明者らは、フェナントレン単位を含むポリマーが所望でない溶液加工処理特徴を示し得ることを見出した。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、フェナントレン繰り返し単位を含むポリマー鎖が凝集する傾向を有し得ると考えられる。
本発明者らは、驚くべきことに、一方のブロックにおいてフェナントレン単位および別のブロックにおいてアミン単位を含有するブロックポリマーが、ランダムに分配されたフェナントレンおよびアミン繰り返し単位を含むポリマーと比較して優れた溶液加工処理特徴を示し得ることを見出した。
好ましくは、本明細書で記載される場合にブロックコポリマーは、第1のブロックおよび第2のブロックのそれぞれの複数のブロックを含む。第1および第2のブロックのそれぞれのブロックは変動する長さを有していてもよいことが理解される。
ポリマーは式(I)の繰り返し単位を含む:
Figure 2017019996
およびRはそれぞれ独立に:
−分岐状、線状または環状C1−30アルキルであって、1つ以上の非隣接C原子が、O、S、C=Oおよび−COO−で置き換えられてもよく、C1−20アルキルの1つ以上のH原子はFで置き換えられてもよいアルキル;および
−式−(Arの基であって、式中Arは各場合において、独立に、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよい芳香族またはヘテロ芳香族基であり;pは少なくとも1、場合により1、2または3である基
から選択され得る。
Arは、pが1を超える場合の各場合において、フェニルであってもよく、これは各場合において独立に、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよい。
式(I)のフェナントレンに直接結合するAr基はアリール基であってもよく、式(I)のフェナントレンに結合するArの炭素原子に隣接するアリール基の炭素原子の1つまたは両方は置換基で置換される。
式(I)のフェナントレンに結合するArの炭素原子に隣接するArの炭素原子またはArの他の場所のいずれかにおけるArの置換基は、分岐状、線状または環状C1−30アルキルからなる群から選択されてもよく、ここで1つ以上の非隣接C原子は、O、S、C=Oおよび−COO−で置き換えられてもよく、C1−20アルキルの1つ以上のH原子がFで置き換えられてもよい。
およびRは、好ましくはC1−40ヒドロカルビル基から選択され、より好ましくはC1−20アルキルおよびC6−20アリール、好ましくはフェニルからなる群から選択され、これらは非置換であってもよくまたは1つ以上のC1−10アルキル基で置換されてもよい。
およびRは、同一または異なっていてもよい。RはC1−20アルキル基であってもよく、Rは式−(Arの基であってもよい。
は、存在する場合、C1−20アルキル(ここで1つ以上の非隣接C原子は、O、S、C=Oおよび−COO−で置き換えられてもよい)、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリールから選択されていてもよい。特に好ましい置換基としては、C1−20アルキルおよび置換または非置換アリール、例えばフェニルが挙げられる。アリールのための任意の置換基としては、1つ以上のC1−20アルキル基が挙げられる。
好ましくは、各nは0である。
場合により、式(I)の繰り返し単位は、式(Ia)を有する:
Figure 2017019996
場合により、ポリマーは、0.5mol%から約90mol%まで、場合により約1〜50mol%、場合により約10〜50mol%、場合により約20〜25mol%の式(I)の繰り返し単位を含む。
第1の態様のポリマーは、式(II)の繰り返し単位を含む:
Figure 2017019996
式中、Ar、ArおよびAr10は、各存在において、独立に、置換または非置換アリールまたはヘテロアリールから選択され;gは0または正の整数であり、好ましくは0または1であり、R13はHまたは置換基、好ましくは置換基であり、c、dおよびeはそれぞれ独立に、1、2または3である。
13は、gが正の整数である場合に各場合において、同一または異なっていてもよく、好ましくは、アルキル、場合によりC1−20アルキル;架橋性単位、場合によりベンゾシクロブテン単位;および−(Ar11(式中、Ar11は、各場合において、独立に、非置換であるまたは1つ以上の置換基で置換されるアリールまたはヘテロアリール基であり、tは少なくとも1、場合により1、2または3である)からなる群から選択される。R13は、好ましくはC1−40ヒドロカルビル基、より好ましくは式−(Ar11)tのC1−40ヒドロカルビル基である。
式(II)の繰り返し単位におけるN原子に直接結合したAr、Arならびに存在する場合はAr10およびAr11のいずれかは、直接結合によってまたは二価連結原子もしくは基によって、同じN原子に直接結合した別のAr、Ar、Ar10およびAr11に連結されてもよい。好ましい二価連結原子および基としては、O、S、NRおよびCR が挙げられ、式中、各Rは独立に、アルキル、好ましくはC1−20アルキル;および非置換であってもよくまたは1つ以上のC1−20アルキル基で置換されてもよいアリールまたはヘテロアリール、好ましくはフェニルからなる群から選択される。
Ar、Ar、Ar10およびAr11は、好ましくはそれぞれ独立に、C6−20アリール基、場合によりフェニルまたはC10−20多環式芳香族基である。例示的な多環式芳香族基は、ナフタレン、ペリーレン、アントラセンおよびフルオレンである。
Ar、Arならびに存在する場合はAr10およびAr11のいずれかは、1つ以上の置換基で置換されてもよい。例示的な置換基は、置換基R10であり、ここで各R10は、独立に:
−置換または非置換アルキル、場合によりC1−20アルキル(ここで1つ以上の非隣接C原子は、場合により置換されるアリールまたはヘテロアリール、O、S、置換N、C=Oまたは−COO−で置き換えられてもよく、1つ以上のH原子はFで置き換えられてもよい);および
−架橋性基、例えば二重結合を含む基、例えばビニルまたはアクリレート基
からなる群から選択されてもよい。
式(II)の好ましい繰り返し単位は式1〜3を有する:
Figure 2017019996
1つの好ましい配置において、R13はAr11であり、Ar、ArならびにAr10およびAr11のそれぞれは、独立に、非置換または1つ以上のC1−20アルキル基で置換される。
好ましい実施形態において、式(II−1)のAr、Ar10およびAr11はそれぞれ、非置換または置換フェニルであり、式(II−1)のArは、非置換または置換フェニルあるいは非置換または置換C10−20多環式芳香族基である。
式(II−2)および(II−3)のArおよびArは、好ましくはフェニルであり、そのそれぞれは、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基R10、より好ましくはC1−20アルキル基で置換されてもよく、R13は−(Ar11、場合によりフェニル、ビフェニルまたは3,5−ジフェニルベンゼンであり、ここで各フェニルは、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基R10で置換されてもよく、より好ましくは非置換であってもよくまたは1つ以上のC1−20アルキル基で置換されてもよい。
式(II)の繰り返し単位は、約0.5mol%から約50mol%まで、場合により約1〜25mol%、場合により約1〜10mol%の範囲のモル量で提供されてもよい。
ポリマーは、式(II)の1、2またはそれ以上の異なる繰り返し単位を含有してもよい。
アミン繰り返し単位は、正孔輸送および/または発光機能性を提供してもよい。
第1の態様のポリマーの繰り返し単位は、式(I)および(II)の繰り返し単位からなってもよく、または1つ以上のさらなる繰り返し単位を含んでいてもよい。
例示的なさらなる繰り返し単位は、式Arの単位を含み、式中、Arは、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよい式(I)の繰り返し単位以外のアリーレンまたはヘテロアリーレン繰り返し単位である。
例示的なアリーレンのさらなる繰り返し単位Arは、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよいC6−30アリーレン繰り返し単位、場合により、フェニレン、フルオレン、インデノフルオレン、ナフタレン、アントラセン、ピレン繰り返し単位およびペリーレン繰り返し単位から選択されるアリーレン繰り返し単位を含み、これらそれぞれは、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基、例えば1つ以上のC1−30ヒドロカルビル置換基で置換されてもよい。
これらのアリーレン繰り返し単位のそれぞれは、これらの単位の芳香族炭素原子のいずれか2つを通して隣接繰り返し単位に連結してもよい。具体的な例示連結としては、1,2−、1,3−または1,4−フェニレン,3,6−または2,7−連結フルオレン;9,10−アントラセン;2,6−アントラセン;1,4−ナフタレン;2,6−ナフタレン;および2,5−ペリーレンが挙げられる。
1つの好ましいクラスのアリーレン繰り返し単位は、フェニレン繰り返し単位、例えば式(VI)のフェニレン繰り返し単位である:
Figure 2017019996
式中、qは、各場合において、独立に、0、1、2、3または4であり、場合により1または2であり;pは1、2または3であり;Rは、独立に、各場合において置換基である。
存在する場合、各Rは、独立に:
−アルキル、場合によりC1−20アルキル(ここで1つ以上の非隣接C原子は、場合により置換されるアリールまたはヘテロアリール、O、S、置換N、C=Oまたは−COO−で置き換えられてもよく、1つ以上のH原子はFで置き換えられてもよい);
−式−(Arの基(式中、各Arは、独立に、アリールまたはヘテロアリール基であり、好ましくはフェニルであり、rは少なくとも1、場合により1、2または3である);および
−架橋性基、例えば二重結合を含む基、例えばビニルもしくはアクリレート基、またはベンゾシクロブタン基からなる群から選択されてもよい。
このまたはそれぞれのアリールまたはヘテロアリール基Arは、以下からなる群から選択される1つ以上の置換基Rで置換されてもよい:
アルキル、例えばC1−20アルキル(ここで1つ以上の非隣接C原子は、O、S、置換N、C=Oおよび−COO−で置き換えられてもよく、アルキル基の1つ以上のH原子は、Fで置き換えられてもよい);
NR 、OR、SR、SiR および
フッ素、ニトロおよびシアノ;
ここで各Rは、独立に、アルキル、好ましくはC1−20アルキル;およびアリールまたはヘテロアリール、好ましくはフェニル(1つ以上のC1−20アルキル基で置換されていてもよい)からなる群から選択される。
置換Nは、存在する場合、−NR−であってもよく、式中、Rは上記で記載される通りである。
好ましくは、各Rは、存在する場合、独立に、C1−40ヒドロカルビルから選択され、より好ましくはC1−20アルキル;非置換フェニル;1つ以上のC1−20アルキル基で置換されるフェニル;線状または分岐状鎖のフェニル基(ここで各フェニルは、非置換であってもよくもしくは1つ以上の置換基で置換されてもよい);および架橋性基から選択される。
pが1である場合、式(VI)の例示的な繰り返し単位としては以下が挙げられる:
Figure 2017019996
式(VI)の特に好ましい繰り返し単位は式(VIa)を有する:
Figure 2017019996
式(VIa)の置換基Rは、繰り返し単位の連結位置に隣接し、これは式(VIa)の繰り返し単位と隣接繰り返し単位との間の立体障害を生じることがあり、結果として1つまたは両方の隣接繰り返し単位に対して平面から出てツイストした式(VIa)の繰り返し単位を生じる。
pは2または3である場合の例示的な繰り返し単位としては、以下が挙げられる:
Figure 2017019996
好ましい繰り返し単位は式(VIb)を有する:
Figure 2017019996
式(VIb)の2つのR基は、それらが結合したフェニル環の間に立体障害を生じる場合があり、結果として、互いに対して2つのフェニル環がツイストする。
1つの任意実施形態において、式(I)の繰り返し単位は、ポリマーの唯一の多環式芳香族繰り返し単位であってもよい。別の任意実施形態において、ポリマーは、式(I)の繰り返し単位に加えて1つ以上の多環式芳香族繰り返し単位を含有してもよい。
例示的なさらなる多環式芳香族繰り返し単位は、場合により置換されるフルオレン、例えば式(VII)の繰り返し単位である:
Figure 2017019996
式中、Rは、各場合において、同一または異なり、式(VI)を参照して記載されるような置換基であり、ここで2つの基Rは、連結して環を形成してもよい;R10は置換基であり;dは0、1、2または3である。
異なる置換基Rは、国際公開第2012/104579号に記載される通りであってもよく、この内容は参考として本明細書に組み込まれる。
フルオレン繰り返し単位の芳香族炭素原子は非置換であってもよく、または1つ以上の置換基R10で置換されてもよい。例示的な置換基R10は、アルキル、例えばC1−20アルキル(ここで1つ以上の非隣接C原子は、O、S、置換N、C=Oおよび−COO−で置き換えられてもよい)、場合により置換されるアリール、場合により置換されるヘテロアリール、フッ素およびシアノである。特に好ましい置換基としては、C1−20アルキルおよび置換または非置換アリール、例えばフェニルが挙げられる。アリールのための任意の置換基としては、1つ以上のC1−20アルキル基が挙げられる。
置換Nは、存在する場合、−NR11−であってもよく、式中、R11は、C1−20アルキル;非置換フェニル;または1つ以上のC1−20アルキル基で置換されたフェニルである。
隣接繰り返し単位のアリールまたはヘテロアリール基に対する式(VII)の繰り返し単位の共役の程度は、(a)繰り返し単位にわたって共役の程度を制限するように3−および/または6−位を通して繰り返し単位を連結させることによって、および/または(b)1または複数の隣接繰り返し単位とツイストを創出するために、連結位置に隣接する1つ以上の位置にて1つ以上の置換基R10で繰り返し単位を置換することによって(例えばC1−20アルキル置換基を3−位および6−位の1つまたは両方で保持する2,7−連結フルオレン)、制御されてもよい。
式(VII)の繰り返し単位は、式(VIIa)の場合により置換される2,7−連結繰り返し単位であってもよい:
Figure 2017019996
式(VIIa)の繰り返し単位は、2−または7−位に隣接する位置においては置換されていなくてもよい。2−および7−位を通した連結およびこれらの連結位置に隣接した置換基の不存在は、繰り返し単位にわたる相対的に高い共役度を提供できる繰り返し単位を提供する。
式(VII)の繰り返し単位は、式(VIIb)の場合により置換される3,6−連結繰り返し単位であってもよい:
Figure 2017019996
式(VIIb)の繰り返し単位にわたる共役の程度は、式(VIIa)の繰り返し単位に比較して相対的に低くてもよい。
別の例示的なさらなる多環式芳香族環系は、式(VIII)を有し、式中、R、R10およびdはそれぞれ独立に、式(VII)を参照して記載される通りであり、ここで2つの基Rは、連結して非置換または置換環、例えば1つ以上のC1−20アルキル基で置換された環を形成してもよい:
Figure 2017019996
第1のブロックの繰り返し単位の5mol%以下が、式(II)の繰り返し単位であってもよい。ポリマーの第1のブロックは、式(II)の繰り返し単位を実質的に含まなくてもよい。第1のブロックは、単独でまたは1つ以上のさらなる芳香族繰り返し単位Arとともに式(I)の繰り返し単位を含んでもよい。
第2のブロックの繰り返し単位の5mol%以下が、式(I)の繰り返し単位であってもよい。ポリマーの第2のブロックは、式(I)の繰り返し単位を実質的に含まなくてもよい。
第2のブロックは、式(II)の繰り返し単位およびアリーレン繰り返し単位、好ましくは式(I)の単位以外のアリーレン繰り返し単位Arを含んでいてもよい、またはこれらからなっていてもよい。
第2のブロックは、交互の式(II)の繰り返し単位および式Arの繰り返し単位の鎖を含んでいてもよい。
本明細書のいずれかで記載されるようなポリマーは、好適には非晶質ポリマーである。
第1の態様に従うポリマーは好適には、約1×10〜1×10、好ましくは1×10〜5×10の範囲のゲル透過クロマトグラフィによって測定されるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)を有する。第1の態様のポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、1×10〜1×10、好ましくは1×10〜1×10であってもよい。
好ましくは、インクジェット印刷用のポリマーのMwは、50,000〜500,000Da、場合により100,000〜500,000Da、場合により100,000〜300,000Daの範囲である。
第1のブロックの重量平均分子量は、好ましくは10,000〜30,000Da、場合により15,000〜25,000Daの範囲である。第1のブロックのMwは、その形成の間に測定されてもよく、第2のブロックの形成のためのモノマーは、第1のブロックのMwが所定の値に到達した後に、添加されてもよい。
ポリマー合成
本明細書で記載されるようなポリマーの好ましい調製方法は、例えば国際公開第00/53656号に記載されるようなSuzuki重合である。
好ましくは、ポリマーは、2つの(または2つを超える)LG1基を有するモノマーおよび2つの(または2つを超える)LG2基を有するモノマーを反応させることによって形成され、ここでLG1およびLG2の一方は、ボロン酸またはボロン酸エステル基であり、LG1およびLG2の他方は、ハロゲン、スルホン酸またはスルホン酸エステル、場合によりトシレート、メシレートまたはトリフレートである。LG1およびLG2のそれぞれは、モノマーのアリールまたはヘテロアリール基の炭素原子に結合され、モノマーは、重合されて、モノマーのアリールまたはヘテロアリール基の間に炭素−炭素結合を形成する。
2つのLG1基を有するモノマーと2つのLG2基を有するモノマーとの反応は、線状ポリマーを製造するために使用できる一方で、モノマーが3つ以上のLG1またはLG2基を有する反応は分岐状ポリマーを製造するために使用できることが理解される。
好ましくは、LG1およびLG2の一方は、臭素またはヨウ素であり、他方はボロン酸またはボロン酸エステルである。
例示的なボロン酸エステルは式(III)を有する:
Figure 2017019996
式中、Rは、各場合において、独立に、C1−20アルキル基であり、はボロン酸エステルの、モノマーの芳香族環への結合点を表し、2つの基Rは連結して環を形成してもよい。好ましい実施形態において、2つの基Rは、連結してボロン酸のピナコールエステルを形成する:
Figure 2017019996
LG1脱離基のみを含有するモノマーは、LG1脱離基を含有する別のモノマーとの直接炭素−炭素結合を形成するようには重合せず、LG2脱離基のみを含有するモノマーは、LG2脱離基を含有する別のモノマーとの直接炭素−炭素結合を形成するようには重合しないことが当業者に理解される。従って、LG1およびLG2基で置換されたモノマーが、各ブロック内の繰り返し単位の配置を制御するように選択されてもよい。
ブロックコポリマーは、第1および第2のブロックの一方を形成すべき変動長さを有するブロックを形成するためにモノマーを反応させ、次いでこれらのブロックを第1および第2のブロックの他方を形成するためのモノマーと反応させることによって形成されてもよい。
反応は、好適には、パラジウム化合物触媒の存在下で行われる。
初期形成されるブロックを形成するために使用されるモノマーのLG1:LG2モノマーモル比は化学量論的ではない。LG1:LG2比は、40:60〜47:53、場合により42.5:57.5〜45:55の範囲であってもよい。
初期形成される(第1または第2)ブロックを形成するために使用される混合物中に存在する過剰のモノマーは、第1および第2のブロックの他方に組み込まれてもよいことが理解される。
第1または第2のブロックの形成の後、第1および第2ブロックの他方を形成するために使用されるLG1:LG2モノマーモル比は、化学量論的であってもよく、またはこれらのモノマーの一方が過剰で提供されてもよい。モル比は45:55〜55:45の範囲であってもよい。
ポリマーを形成するために使用されるすべてのモノマーの全体のLG1:LG2モノマーモル比は、化学量論的であってもよく、または45:55〜55:45、場合により49:51〜51:49の範囲であってもよい。非化学量論的である全体比は、全体の化学量論比と比較する場合に、ポリマーの分子量を低下させるために使用されてもよい。
この出願全体を通して例示される繰り返し単位は、好適な脱離基を保持するモノマーから誘導されてもよいことが理解される。同様に、1つだけの反応性脱離基を保持する末端キャップ基または側鎖基は、ポリマー鎖末端または側鎖それぞれにおける脱離基の反応によってポリマーに結合し得る。
インク配合物
インク配合物は、溶媒または溶媒混合物中に第1の態様のポリマーを溶解させることによって形成されてもよく、これは本明細書に記載されるようなコーティング方法または印刷方法によってポリマーのフィルムを形成するために使用されてもよい。
例示的な溶媒は、C1−10アルキル、C1−10アルコキシおよび塩素から選択される1つ以上の置換基で置換されるベンゼン、例えばトルエン、キシレンおよびメチルアニソールおよびこれらの混合物である。
発光層
OLEDの発光層は、パターニングされていなくてもよく、またはパターニングされて離散ピクセルを形成してもよい。各ピクセルはさらに、サブピクセルに分割されてもよい。発光層は、単一発光材料、例えばモノクロディスプレイまたは他のモノクロデバイスのための単一発光材料を含有してもよく、またはフルカラーディスプレイのための異なる色を発光する材料、特に赤、緑および青色発光材料を含有してもよい。
本明細書に記載されるようなポリマーは、発光層中の発光材料として、または蛍光もしくはりん光ドーパントのためのホストとして提供されてもよい。
ポリマーが蛍光またはりん光ドーパントのためのホスト材料として使用される場合、ポリマーの最低一重項励起状態エネルギー準位または最低三重項励起状態エネルギー準位それぞれは、好ましくはドーパントの対応するエネルギー準位と少なくとも同じまたはそれ以上である。
発光層から、ポリマー、ポリマーと組み合わせて使用される発光ドーパント、または別の発光材料から発光される光は、赤、緑または青であってもよい。
青色発光材料は、490nm以下の範囲、場合により420〜480nmの範囲にピークを有するフォトルミネッセンススペクトルを有していてもよい。
緑色発光材料は、490nmを超えて580nmまで、場合により490nmを超えて540nmまでの範囲にピークを有するフォトルミネッセンススペクトルを有していてもよい。
赤色発光材料は、場合により、580nmを超えて630nmまで、場合により585〜625nmのフォトルミネッセンススペクトルにおいてピークを有していてもよい。
好ましくは本明細書に記載されるようにポリマーは、青色蛍光ポリマーである。
発光層は、複数の発光材料の混合物、例えば白色光発光をともに提供する発光材料の混合物を含有してもよい。
材料のフォトルミネッセンススペクトルは、材料のフィルムを石英基材上にキャストし、0.3〜0.4の透過率値を達成させ、Hamamatsuから供給される装置C9920−02を用いて窒素環境で測定することによって、測定されてもよい。
白色発光OLEDは、単一の白色発光層を含有してもよく、または組み合わせて、白色光を生じる異なる色を発光する2つ以上の層を含有してもよい。白色光は、2つ以上の発光層内に分配された単一発光層に提供される赤色、緑色および青色発光材料の組み合わせから生じてもよい。
白色発光OLEDから発光された光は、2500〜9000Kの範囲の温度での黒体によって放出される光と等価なCIEx座標、および黒体によって放出されたこの光のCIEy座標の0.05または0.025範囲内のCIEy座標、場合により2700〜4500Kの範囲の温度において黒体によって放出された光と等価なCIEx座標を有していてもよい。
例示的なりん光発光材料は、金属および金属イオン、好ましくはルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金および金の金属または金属イオンの遷移金属錯体である。イリジウムが特に好ましい。
りん光発光材料は、ホスト材料と物理的に混合されてもよく、またはそこに共有結合されてもよい。ポリマーがホスト材料として使用される場合、りん光発光材料は、ポリマーの側鎖、主鎖または末端基に提供されてもよい。りん光材料は、ポリマー側鎖に提供される場合、りん光材料は、ポリマーの骨格に直接結合してもよく、スペーサー基、例えばC1−20アルキルスペーサー基により間隔をあけてもよく、スペーサー基においては1つ以上の非隣接C原子がOまたはSによって置き換えられてもよい。
電荷輸送および電荷ブロッキング層
正孔輸送層は、OLEDのアノードと1または複数の発光層との間に提供されてもよい。同様に、電子輸送層は、カソードと1または複数の発光層との間に提供されてもよい。
同様に、電子ブロッキング層は、アノードと発光層との間に提供されてもよく、正孔ブロッキング層は、カソードと発光層との間に提供されてもよい。輸送およびブロッキング層は、組み合わせて使用されてもよい。そのHOMOおよびLUMO準位に依存して、単一層が、正孔および電子の一方を輸送するとともに、正孔および電子の他方をブロックしてもよい。
電荷輸送層または電荷ブロッキング層は、この電荷輸送または電荷ブロッキング層を覆う層が溶液から堆積される場合は特に、架橋されてもよい。この架橋のために使用される架橋性基は、反応性二重結合、例えばビニルまたはアクリレート基を含む架橋性基、またはベンゾシクロブタン基であってもよい。
存在する場合、アノードと発光層との間に位置する正孔輸送層は、サイクリックボルタンメトリによって測定される場合、好ましくは5.5eV以下、より好ましくは約4.8〜5.5eVまたは5.1〜5.3eVのHOMO準位を有する。正孔輸送層のHOMO準位は、これらの層間の正孔輸送に対して小さいバリアを提供するために、隣接層(例えば発光層)の0.2eV内、場合により0.1eV内であるように選択されてもよい。
存在する場合、発光層とカソードとの間に位置する電子輸送層は、サイクリックボルタンメトリによって測定される場合に、好ましくは約2.5〜3.5eVのLUMO準位を有する。例えば、0.2〜2nmの範囲の厚さを有する一酸化ケイ素もしくは二酸化ケイ素の層または他の薄層誘電体層はカソードに最も近い発光層とカソードとの間に提供されてもよい。HOMOおよびLUMO準位は、サイクリックボルタンメトリを用いて測定されてもよい。
正孔輸送層は、式(II)の繰り返し単位を含む正孔輸送ポリマー、場合により式(II)の繰り返し単位および1つ以上のアリーレン繰り返し単位を含む正孔輸送ポリマーを含有してもよい。アリーレン繰り返し単位は、本明細書のいずれかで記載される通りであってもよい。この正孔輸送ポリマーの1つ以上の繰り返し単位は、架橋性基で置換されてもよい。
正孔注入層
伝導性有機または無機材料から形成され得る伝導性正孔注入層は、図1に示されるようなOLEDのアノード101と発光層103との間に提供されて、アノードから半導体ポリマーの1または複数の層への正孔注入を補助してもよい。ドープされた有機正孔注入材料の例としては、場合により置換されるドープされたポリ(エチレンジオキシチオフェン)(PEDT)、特に欧州特許第0901176号明細書および欧州特許第0947123号明細書に開示されるような、電荷平衡ポリ酸、例えばポリスチレンスルホネート(PSS)でドープされたPEDT、ポリアクリル酸またはフッ素化スルホン酸、例えばNafion(登録商標);米国特許第5723873号明細書および米国特許第5798170明細書に開示されるようなポリアニリン;および場合により置換されるポリチオフェンまたはポリ(チエノチオフェン)が挙げられる。伝導性無機材料の例としては、遷移金属酸化物、例えばJournal of Physics D:Applied Physics(1996),29(11),2750−2753に開示されるような、VOx、MoOxおよびRuOxが挙げられる。
カソード
カソード105は、OLEDの発光層に電子注入を可能にする仕事関数を有する材料から選択される。カソードと発光材料との間の不利な相互作用の可能性といった他の要因がカソードの選択に影響を及ぼす。カソードは、アルミニウムの層のような単一材料からなってもよい。あるいは、それは、複数の伝導性材料、例えば金属を含んでいてもよく、例えば国際公開第98/10621号に開示されるように、カルシウムおよびアルミニウムのような低仕事関数材料および高仕事関数材料の二層を含んでいてもよい。カソードは、例えば国際公開第98/57381号、Appl.Phys.Lett.2002,81(4),634および国際公開第02/84759号に開示されるように、元素状バリウムを含んでいてもよい。カソードは、金属化合物、特にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物の薄い(例えば1〜5nm)層を、デバイスの有機層と、1つ以上の伝導性カソード層との間に含んで電子注入を補助してもよく、それは例えば国際公開第00/48258号に開示されるようにフッ化リチウム;Appl.Phys.Lett.2001,79(5),2001に開示されるようなフッ化バリウム;および酸化バリウムである。電子の効率の良いデバイスへの注入を提供するために、カソードは、好ましくは3.5eV未満、より好ましくは3.2eV未満、最も好ましくは3eV未満の仕事関数を有する。金属の仕事関数は、例えばMichaelson,J.Appl.Phys.48(11),4729,1977に見出され得る。
カソードは、不透明または透明であってもよい。透明カソードは、こうしたデバイスにおいて透明アノードを通る発光が、発光ピクセルの底に位置する駆動回路によって少なくとも部分的にブロックされるので、アクティブマトリックスデバイスにとって特に有利である。透明カソードは、透明であるのに十分薄い電子注入材料の層を含む。通常、この層の横方向の伝導度は、その薄さの結果として低い。この場合、電子注入材料の層は、インジウムスズオキシドのような透明伝導材料のより厚い層と組み合わせて使用される。
透明カソードデバイスは、透明アノードを必要とせず(もちろん、完全に透明なデバイスが所望されない限り)、こうして底部発光デバイスのために使用される透明アノードは、反射性材料の層、例えばアルミニウムの層と置き換えられてもよく、または補充されてもよいことが理解される。透明のカソードデバイスの例は、例えば英国特許第2348316号明細書に開示される。
封入
有機オプトエレクトロニクスデバイスは、湿分および酸素に対して感受性である傾向がある。従って、基材は、好ましくはデバイスへの湿分および酸素の進入を防止するための良好なバリア特性を有する。基材は、一般にガラスであるが、代替基材が、特にデバイスの可撓性が所望される場合に、使用されてもよい。例えば、基材は、1つ以上のプラスチック層、例えば交互のプラスチックおよび誘電体バリア層または薄いガラスおよびプラスチックのラミネートを含んでいてもよい。
デバイスは、湿分および酸素の進入を防止するための封入剤(図示せず)で封入されてもよい。好適な封入剤としては、ガラスシート、好適なバリア特性を有するフィルム、例えば二酸化ケイ素、一酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはポリマーおよび誘導体の交互のスタックまたは気密容器が挙げられる。透明カソードデバイスの場合、透明封入層、例えば一酸化ケイ素または二酸化ケイ素はミクロンレベルの厚さに堆積されてもよいが、1つの好ましい実施形態において、こうした層の厚さは20〜300nmの範囲である。基材または封入剤を通って浸透し得るいずれかの大気中湿分および/または酸素の吸収のためのゲッター材料が、基材と封入剤との間に配設されてもよい。
[実施例]
ポリマー実施例1
ポリマーは、以下の手順に従って、参考としてその内容が本明細書に組み込まれる国際公開第00/53656号に記載されるような以下のモノマーの重合によって調製された。
第1のブロックは、式(VIIa)の繰り返し単位を形成するためのフルオレンジボロン酸エステルモノマー(2.04mmol);式(VIIa)の繰り返し単位を形成するためのジブロモフルオレンモノマー(1.14mmol);および式(Ia)の繰り返し単位を形成するためのジブロモ−9,10−ジアルキルフェナントレンモノマー(1.5mmol)を2時間重合することによって形成した。
第2のブロックは、重合混合物に、式(VIIa)の繰り返し単位を形成するためのフルオレンジボロン酸エステルモノマー(0.89〜0.90mmol);式(II−1)の繰り返し単位を形成するためのジブロモモノマー(0.24mmol)および式(II−3)の繰り返し単位を形成するためのジブロモモノマー(0.12mmol)を添加することによって形成した。反応をさらに3時間継続した。
比較ポリマー1
ポリマーは、第1および第2のブロックを形成するために使用されたモノマーが同時にともに反応して非ブロック様コポリマーを形成した以外は、ポリマー実施例1に関して記載される通りに調製された。
インク実施例
インク実施例1は、1wt/v%のポリマー実施例1を、80v/v%のシクロヘキシルベンゼンおよび20v/v%の4−メチルアニソールの溶媒混合物中に溶解させることによって形成された。
比較のために、比較インク1は、比較ポリマー1を溶解させることによって同じ方法で形成された。
インクは、加圧された濾過装置(0.08MPaの定圧)を用いて0.05ミクロンの孔を有するPTFEフィルターを通過させた。
400分後、12mlの比較インクが濾過された一方で、この時点でインク実施例1は約17mlであった。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、インク実施例1〜3は、比較インク1の比較ポリマー1よりも凝集の程度が小さいと考えられる。ポリマーの凝集は、インク内のゲル形成によりインクの安定性が劣ることになり得る。
[デバイス実施例1]
以下の構造を有する青色蛍光有機発光デバイスを調製した:
ITO/HIL/HTL/LE/カソード
ここでITOはインジウムスズオキシドアノードであり;HILは正孔注入層であり;HTLは正孔輸送層であり;LEは発光層であり;カソードは、発光層と接触したフッ化ナトリウムの層、アルミニウム層および銀層を含む。
デバイスを形成するために、ITO保持基材をUV/オゾンを用いて洗浄した。正孔注入層は、Nissan Chemical Industriesから入手可能な正孔注入材料の水性配合物をスピンコーティングし、得られた層を加熱することによって形成された。正孔輸送層は、正孔輸送ポリマー1をスピンコーティングし、ポリマーを加熱により架橋することによって形成した。発光層は、ポリマー実施例1をスピンコーティングすることによって形成された。カソードは、約2nmの厚さまでフッ化ナトリウムの第1の層、約100nmの厚さまでアルミニウムの第2の層、および約100nmの厚さまで銀の第3の層を蒸発させることによって形成された。
正孔輸送ポリマー1は、式(VIa)のフェニレン繰り返し単位、式(II−1)のアミン繰り返し単位、および式(VIIa)の架橋性繰り返し単位を含み、ポリマーを加熱により架橋する。
図2を参照して、デバイス実施例1は、比較デバイス1の場合よりも長いT95寿命を有し、ここでT95は、デバイスの輝度が、一定電流にて初期値の95%に降下するのにかかる時間である。
図3を参照して、デバイス実施例1および比較デバイス1は、同様の外部量子効率を有する。
本発明は特定の例示実施形態に関して記載されたが、本明細書に開示される特徴の種々の変更、代替および/または組み合わせが、以下の特許請求の範囲に示されるような本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかであることが理解される。

Claims (15)

  1. 第1のブロックおよび第2のブロックを含むブロックコポリマーであって、前記第1のブロックが式(I)の繰り返し単位を含み、前記第2のブロックが式(II)の繰り返し単位を含むブロックコポリマー:
    Figure 2017019996
    式中、RおよびRは、独立に、Hまたは置換基であり;
    は、独立に、各場合において、置換基であり;
    各nは、独立に、0、1、2または3であり;
    Ar、ArおよびAr10は、独立に、各場合において、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよいアリールまたはヘテロアリール基であり;
    13は、独立に、各場合において、置換基であり;
    c、dおよびeはそれぞれ独立に少なくとも1であり;
    gは0または正の整数である。
  2. 前記第1のブロックが式(II)の繰り返し単位を含まない、請求項1に記載のブロックコポリマー。
  3. 前記第1のブロックが、式(I)の繰り返し単位、場合により式Arの1つ以上の繰り返し単位から本質的になり、ここでArは、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよい、式(I)の繰り返し単位以外のアリーレンまたはヘテロアリーレン繰り返し単位である、請求項1に記載のブロックコポリマー。
  4. 前記第2のブロックが式(I)の繰り返し単位を含まない、請求項1から3のいずれかに記載のブロックコポリマー。
  5. 前記第2のブロックが、式Arの1つ以上の繰り返し単位を含み、ここでArは、非置換であってもよくまたは1つ以上の置換基で置換されてもよい、式(I)の繰り返し単位以外のアリーレンまたはヘテロアリーレン繰り返し単位である、請求項4に記載のブロックコポリマー。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載のブロックコポリマーを形成する方法であって、前記第1および第2のブロックの一方を形成するためのモノマーを反応させて前記第1または第2のブロックを形成し、および前記第1または前記第2のブロックを、前記第1および前記第2のブロックの他方を形成するためのモノマーと反応させる、方法。
  7. 前記第1および第2のブロックのそれぞれが、脱離基LG1を有するモノマーと、脱離基LG2を有するモノマーとを反応させることによって形成される、請求項6に記載の方法。
  8. 各LG1が、独立に、ボロン酸またはそのエステルであり、各LG2が、独立に、ハロゲンまたはスルホン酸もしくはそのエステルである、請求項7に記載の方法。
  9. アノード、カソードおよび前記アノードと前記カソードとの間の少なくとも1つの有機半導体層を含む有機電子デバイスであって、ここで前記有機半導体層の少なくとも1つが、請求項1から5のいずれかに記載のブロックコポリマーを含む、有機電子デバイス。
  10. 前記デバイスが有機発光デバイスであり、前記有機半導体層の少なくとも1つが発光層である、請求項9に記載の有機電子デバイス。
  11. 前記発光層が、請求項1から5のいずれかに記載のブロックコポリマーを含む、請求項9に記載の有機発光デバイス。
  12. 前記ブロックコポリマーが青色発光ポリマーである、請求項11に記載の有機発光デバイス。
  13. 請求項1から5のいずれかに記載のブロックコポリマーおよび少なくとも1つの溶媒を含むインク配合物。
  14. 請求項9から12のいずれかに記載の有機電子デバイスを形成する方法であって、前記方法が、請求項13に記載のインクを堆積させることによって前記デバイスの有機半導体層を形成する工程を含む、方法。
  15. 前記インクが、インクジェット印刷によって堆積される、請求項14に記載の方法。
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