JP2019501999A - 電荷移動塩、電子デバイス及びそれらの形成方法 - Google Patents

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Abstract

式(I)の繰り返し単位を含む材料と、n型ドーパントとから形成される電荷移動塩(式(I)において、BGは前記繰り返し単位の骨格基であり、R1は、少なくとも1つのカチオン性基又はアニオン性基を含むイオン性置換基であり、nは、少なくとも1であり、R2は非イオン性置換基であり、且つ、mは0又は正の整数である;ただし、前記材料はさらに、前記カチオン性基又はアニオン性基の電荷を釣り合わせる対イオンを含む)。

Description

本発明は、n型ドープされた材料(特に、n型ドープされたポリマー)、前記n型ドープされた材料を形成する方法、及び前記n型ドープされた材料を含む電子デバイスに関連する。
能動性有機材料を含有する電子デバイスが、有機発光ダイオード(OLED)、有機光応答デバイス(特に有機光起電性デバイス及び有機光センサー)、有機トランジスター及びメモリアレイデバイスなどの様々なデバイスにおける使用のためにますます注目を集めている。能動性有機材料を含有するデバイスにより、様々な利点が、例えば、軽量であること、少ない電力消費、及び柔軟性などがもたらされる。そのうえ、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プロセス処理(例えば、インクジェット印刷又はスピンコーティング)の使用が可能となる。
有機発光デバイスは、アノードと、カソードと、発光材料をアノードとカソードとの間に含有する有機発光層とを担持する基板を有する。
作動において、正孔がアノードを介してデバイスに注入され、電子がカソードを介して注入される。発光材料の最高被占分子軌道(HOMO)における正孔と、その最低空分子軌道(LUMO)における電子とが結合して、そのエネルギーを光として放出する励起子を形成する。
カソードには、金属(例えば、アルミニウムなど)の単層、国際公開第98/10621号において開示されるようなカルシウム及びアルミニウムの二層、並びに、L.S.Hung、C.W.Tang及びM.G.Mason、Appl.Phys.Lett.70、152(1997)において開示されるような、アルカリ化合物又はアルカリ土類化合物の層と、アルミニウムの層との二層が含まれる。
電子輸送層又は電子注入層が、カソードと、発光層との間に設けられる場合がある。
国際公開第2012/133229号には、カルボキシラート塩置換基を含有する構造単位を有するポリマーを含有する電荷注入層又は電荷輸送層を含むOLEDが開示される。
Bao他、“Use of a 1H−Benzoimidazole Derivative as an n−Type Dopant and To Enable Air−Stable Solution−Processed n−Channel Organic Thin−Film Transistors”、J.Am.Chem.Soc.2010、132、8852〜8853には、[6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)へのドーピングが、(4−(1,3−ジメチル−2,3−ジヒドロ−1H−ベンゾイミダゾール−2−イル)フェニル)ジメチルアミン(N−DMBI)をPCBMと混合し、N−DMBIを加熱により活性化することによって得られることが開示される。
米国特許出願公開第2014/070178号には、基板に配置されるカソードと、電子輸送材料及びN−DMBIの熱処理によって形成される電子輸送層とを有するOLEDが開示される。N−DMBIの熱処理で形成されるラジカルがn型ドーパントとなり得ることが開示される。
米国特許第8920944号には、有機半導電性材料へのドーピングのためのn型ドーパント前駆体が開示される。
Naab他、“Mechanistic Study on the Solution−Phase n−Doping of 1,3−Dimethyl−2−aryl−2,3−dihydro−1H−benzoimidazole Derivatives”、J.Am.Chem.Soc.2013、135、15018〜15025には、n型ドーピングがヒドリド移動経路又は電子移動経路によって生じ得ることが開示される。
国際公開第98/10621号 国際公開第2012/133229号 米国特許出願公開第2014/070178号 米国特許第8920944号
溶液プロセスによるn型ドープ層を含む有機電子デバイスを提供することが、本発明の目的である。
第1の局面において、本発明は、下記の式(I)の繰り返し単位を含む材料と、n型ドーパントとから形成される電荷移動塩を提供する:
Figure 2019501999
式中、BGは繰り返し単位の骨格基であり、Rは、少なくとも1つのカチオン性基又はアニオン性基を含むイオン性置換基であり、nは、少なくとも1であり、Rは非イオン性置換基であり、且つ、mは0又は正の整数である;ただし、材料はさらに、カチオン性基又はアニオン性基の電荷を釣り合わせる対イオンを含む。
第2の局面において、本発明は、第1の局面による電荷移動塩を形成する方法であって、式(I)の繰り返し単位を含む材料と、n型ドーパントとを含む組成物を活性化して、n型ドーパントにより、式(I)の単位を含む材料へのドーピングを生じさせる工程を含む方法を提供する。
第3の局面において、本発明は、第1の局面による電荷移動塩を含む層を含む有機電子デバイスを提供する。
第4の局面において、本発明は、アノードと、カソードと、アノードとカソードとの間における発光層とを含む有機発光デバイスであり、且つ、電荷移動塩を含む層が、発光層とカソードとの間における電子注入層である、第3の局面による有機電子デバイスを提供する。
第5の局面において、本発明は、第4の局面によるデバイスを形成する方法であって、式(I)の繰り返し単位を含む材料を極性溶媒から堆積させる工程を含む方法を提供する。
第6の局面において、本発明は、式(I)の繰り返し単位を含む材料と、n型ドーパントとを含む組成物を提供する:
Figure 2019501999
式中、BGは繰り返し単位の骨格基であり、Rは、少なくとも1つのカチオン性基又はアニオン性基を含むイオン性置換基であり、nは、少なくとも1であり、Rは非イオン性置換基であり、且つ、mは0又は正の整数である;ただし、材料はさらに、カチオン性基又はアニオン性基の電荷を釣り合わせる対イオンを含む。
第7の局面において、本発明は、第5の局面による組成物と、少なくとも1つの極性溶媒とを含む配合物を提供する。
第8の局面において、本発明は、第1の局面による電荷移動塩を含む有機電子デバイスの層を形成する方法であって、第5の局面による配合物を表面に堆積させる工程、少なくとも1つの溶媒を蒸発させる工程、及び、n型ドーパントを活性化する工程を含む方法を提供する。
本発明が次に、図面を参照してより詳しく説明されるであろう。
本発明の1つの実施形態によるOLEDを概略的に例示する。 本発明の実施形態による緑色発光OLEDについてのエレクトロルミネセンススペクトルを示す。 本発明の実施形態による緑色発光OLEDについての電流密度対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による緑色発光OLEDについての外部量子効率対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による緑色発光OLEDについての輝度対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による緑色発光OLEDについての出力密度対輝度のグラフである。 本発明の実施形態による白色発光OLED及び比較用の白色OLEDについてのエレクトロルミネセンススペクトルを示す。 本発明の実施形態による白色発光OLED及び比較用の白色デバイスについての電流密度対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による白色発光OLED及び比較用の白色OLEDについての外部量子効率対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による白色発光OLED及び比較用の白色OLEDについての輝度対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による白色発光OLED及び比較用の白色OLEDについての出力密度対輝度のグラフである。 本発明の実施形態による青色発光OLED及び比較用の青色OLEDについてのエレクトロルミネセンススペクトルを示す。 本発明の実施形態による青色発光OLED及び比較用の青色OLEDについての電流密度対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による青色発光OLED及び比較用の青色OLEDについての外部量子効率対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による青色発光OLED及び比較用の青色OLEDについての輝度対電圧のグラフである。 本発明の実施形態による青色発光OLED及び比較用の青色OLEDについての出力密度対輝度のグラフである。 本発明の1つの実施形態による緑色りん光OLED及び比較用のOLEDについての外部量子効率対電圧のグラフである。
図1は、何ら縮尺通りには描かれていないが、基板101(例えば、ガラス基板又はプラスチック基板)に支持される本発明の1つの実施形態によるOLED100を例示する。当該OLED100は、アノード103と、発光層105と、電子注入層107と、カソード109とを備える。
アノード103は導電性材料の単層である場合があり、又は、2つ以上の導電性層から形成される場合がある。アノード103は、透明なアノードである場合があり、例えば、酸化インジウムスズの層である場合がある。透明なアノード103及び透明な基板101が使用される場合があり、その結果、光が基板を通って放射されるようにされる。アノードは不透明である場合があり、そのような場合には、基板101は不透明又は透明である場合があり、光が、透明なカソード109を通って放射される場合がある。
発光層105は、少なくとも1つの発光材料を含有する。発光材料105は、ただ1つの発光材料からなる場合があり、又は2つ以上の材料の混合物である場合があり、必要に応じて、1つ又は複数の発光性ドーパントがドープされるホストである場合がある。発光層105は、デバイスが作動中にあるときにりん光性の光を放射する少なくとも1つの発光材料、又はデバイスが作動中にあるときに蛍光性の光を放射する少なくとも1つの発光材料を含有する場合がある。発光層105は、少なくとも1つのりん光発光材料と、少なくとも1つの蛍光発光材料とを含有する場合がある。
電子注入層107は、n型ドーパントによってドープされる式(I)の繰り返し単位を含むアクセプター材料から形成される電荷移動錯体を含み、或いは、該電荷移動錯体からなる。電荷移動錯体は、アクセプター材料と、該アクセプター材料と混合される別個のn型ドーパントとの混合物から形成されてもよく、又は、n型ドーパントがアクセプター材料に共有結合により結合していてもよく、そのような場合、材料は、式(I)の繰り返し単位と、n型ドーパントにより置換される共繰り返し単位とを含むポリマーである場合がある。電荷移動錯体に加えて、電子注入層107は、式(I)の単位を含むドープされていない材料、及び/又は、材料にドープされていないn型ドーパントを含む場合がある。
式(I)の繰り返し単位を含む材料は非ポリマー系材料又はポリマー系材料である場合がある。好ましくは、材料はポリマー系である。
非ポリマー系材料は、多分散性が1であり、これには、限定されないが、2個〜10個の式(I)の単位体を含むオリゴマー系材料が含まれる。
非ポリマー系材料又はオリゴマー系材料における式(I)の単位体は互いに隣接している場合があり、或いは、当該材料の1つ又は複数のさらなる単位体によって離れて配置される場合がある。
カソード109が、電子をデバイスに注入するための少なくとも1つの層から形成され、必要に応じて、電子をデバイスに注入するための2つ以上の層から形成されてもよい。
好ましくは、電子注入層107は有機発光層105に隣接している。
好ましくは、式(I)の繰り返し単位を含む材料は、発光層の材料のLUMOよりも最大で約1eV深い(すなわち、真空からさらに遠い)LUMOを有しており、必要に応じて、発光層の材料のLUMOよりも0.5eV未満深い、又は0.2eV未満深い(すなわち、真空からさらに遠い)LUMOを有してもよい(ただし、発光層がホスト材料及び発光材料の混合物を含むならば、LUMOは発光材料のLUMO又はホスト材料のLUMOである場合がある)。必須ではないが、ドープされた材料は、発光層の材料のLUMOとほぼ同じである仕事関数を有する。必須ではないが、式(I)の繰り返し単位を含む材料は真空準位から3.2eV未満又は3.0eV未満の(すなわち、真空により近い)LUMOを有しており、必要に応じて、真空準位からおよそ2.1eV〜2.8eVのLUMOを有してもよい。
本明細書中に記載されるようなHOMO準位及びLUMO準位は、矩形波ボルタンメトリーによって測定される通りである。
好ましくは、カソード109は電子注入層107と接している。
OLED100はディスプレイである場合があり、必要に応じて、発光層105が、赤色、緑色及び青色の副画素を含む画素を含むフルカラーディスプレイである場合がある。
OLED100は白色発光OLEDである場合がある。本明細書中に記載されるような白色発光OLEDは、2500K〜9000Kの範囲における温度での黒体によって放射されるCIE x座標と同等であるCIE x座標と、黒体によって放射される前記光のCIE y座標の0.05以内又は0.025以内であるCIE y座標とを有する場合があり、必要に応じて、2700K〜6000Kの範囲における温度での黒体によって放射されるCIE x座標と同等であるCIE x座標を有してもよい。白色発光OLEDは、組み合わさって白色光をもたらす複数の発光材料を含有する場合があり、好ましくは、組み合わさって白色光をもたらす赤色発光材料、緑色発光材料及び青色発光材料を含有する場合があり、より好ましくは、組み合わさって白色光をもたらす赤色りん光発光材料、緑色りん光発光材料及び青色りん光発光材料を含有する場合がある。これらの発光材料はすべてが発光層105に設けられる場合があり、或いは、1つ又は複数のさらなる発光層が設けられる場合がある。
赤色発光材料は、ピークが約550nm超から約700nmに至るまでの範囲にあるホトルミネセンススペクトルを有する場合がある(必要に応じて、ピークが、約560nm超又は580nm超から、約630nm又は650nmに至るまでの範囲にあってもよい)。
緑色発光材料は、ピークが約490nm超から約560nmに至るまでの範囲にあるホトルミネセンススペクトルを有する場合がある(必要に応じて、ピークが、約500nm、510nm又は520nmから約560nmに至るまでの範囲にあってもよい)。
青色発光材料は、ピークが約490nmに至るまでの範囲にあるホトルミネセンススペクトルを有する場合がある(必要に応じて、ピークが約450nm〜490nmの範囲にあってもよい)。
本明細書中に記載されるホトルミネセンススペクトルは、ポリスチレン薄膜における5wt%の当該材料を石英基板の上に流し込み、Hamamatsuによって供給される装置C9920−02を使用して窒素環境下で測定することによって測定される通りである。
OLED100は1つ又は複数のさらなる層をアノード103とカソード109との間に含有する場合があり、例えば、1つ又は複数の電荷輸送層、電荷阻止層又は電荷注入層をアノード103とカソード109との間に含有する場合がある。好ましくは、デバイスは、導電性材料を含む正孔注入層をアノードと発光層105との間に含む。好ましくは、デバイスは、半導電性の正孔輸送材料を含む正孔輸送層をアノード103と発光層105との間に含む。
n型ドーパントは、式(I)の繰り返し単位を含む材料への自発的なドーピングを生じさせて、電荷移動塩を形成する場合があり、又は、n型ドーピングが、n型ドーパント及びアクセプターの活性化(例えば、熱又は放射線照射)のときに生じる場合がある。n型ドーピングが活性化時に生じるならば、活性化がカソードの形成前又は形成後に行われる場合がある。
電子注入層は電荷移動塩を含む場合があり、又は電荷輸送塩からなる場合がある。
電子注入層を形成する際に、式(I)の繰り返し単位を含む材料と、n型ドーパントとが、空気中において堆積させられる場合がある。
電子注入層を形成する際に、式(I)の繰り返し単位を含む材料と、(材料に共有結合により結合する場合がある、又は材料と混合される別個の材料である場合がある)n型ドーパントとが、溶媒における溶液から、好ましくは極性溶媒における溶液から堆積させられる場合がある。溶媒又は溶媒混合物は、下に位置する層の溶解を防止するように選択される場合がある。必須ではないが、下に位置する層の成分又はそれぞれの成分は非極性溶媒の溶液に可溶性であり、非極性溶媒の溶液から堆積させられる。
n型ドーパントはまた、極性溶媒におけるその溶解性を高めるために、イオン性置換基により置換される場合があり、必要に応じて、下記において記載されるような式(II)の置換基により置換される場合がある。
式(I)の繰り返し単位を含む材料のイオン性置換基は、そのようなイオン性置換基を有しない材料と比較した場合、極性溶媒における当該材料の高まった溶解性をもたらす場合がある。
好ましくは、電子注入層は、極性溶媒における溶液から形成される。好ましくは、電子注入層は、無極性溶媒における溶液から形成される層(好ましくは発光層)に形成される。
「溶媒」は、本明細書中で使用される場合、ただ1つの溶媒、又は2つ以上の溶媒の混合物を包含する。非極性溶媒は、ただ1つの非極性溶媒、又は複数の非極性溶媒からなる場合がある。極性溶媒は、ただ1つの極性溶媒、又は複数の極性溶媒からなる場合がある。
非極性溶媒は好ましくは、非プロトン性である。例示的な非極性溶媒が、クロロホルム、C1〜10アルキル基及びC1〜10アルコキシ基から選択される1つ又は複数の置換基により置換されるベンゼン(例えば、トルエン、キシレン類及びメチルアニソール類)、並びにそれらの混合物である。非極性の非プロトン性溶媒は好ましくは、20℃での誘電率が8未満である非プロトン性溶媒である。
極性溶媒はプロトン性又は非プロトン性である場合がある。例示的なプロトン性溶媒が、水、及びアルコール、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブトキシエタノール、エチレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノール、及びモノフルオロアルコール、ポリフルオロアルコール又はペルフルオロアルコール(必要に応じて、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1−ペンタノール)である。例示的な非プロトン性極性溶媒が、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン、及び2−ブタノンである。非プロトン性極性溶媒は好ましくは、20℃での誘電率が、少なくとも15又は少なくとも20である。
式(I)の単位体を含むポリマーの骨格は共役していない場合があり、又は共役している場合がある。ポリマーは好ましくは、相互に共役する、且つ/並びに、式(I)の繰り返し単位に隣接する共繰り返し単位の芳香族基又は複素芳香族基に対して共役する式(I)の繰り返し単位を含む共役ポリマーである。
BGは好ましくはArである;存在する場合、式(I)のArは好ましくはC6〜20アリーレン基であり、より好ましくはフルオレンである。
好ましくは、式(I)の繰り返し単位は、下記の式(Ia)及び式(Ib)から選択される:
Figure 2019501999
式中、m1はそれぞれの存在において独立して、0又は正の整数である。
式(Ia)のmは好ましくは、0である。
式(Ib)のm1は好ましくは、0である。
はイオン性置換基である。「イオン性置換基」は、本明細書中で使用される場合、カチオン性基又はアニオン性基からなる置換基、或いは、1つ又は複数のカチオン性基又はアニオン性基を含む置換基を意味する。
例示的なアニオン性又はカチオン性の置換基Rは、下記の式(II)を有する:
−(Sp)p−(A)q
(II)
式中、Spはスペーサー基である;Aはアニオン又はカチオンである;pは0又は1である;qは、pが0であるならば、1である;且つ、qは、pが1であるならば、少なくとも1であり、好ましくは1である。
必須ではないが、Spは、下記のものから選択される:
1つ又は複数の非隣接C原子が、O、S又はC=Oにより置換され得るC1〜20アルキレン又はフェニレン−C1〜20アルキレン;
非置換であり得る、或いは、1つ又は複数のC1〜20アルキル基(ただし、該C1〜20アルキル基の1つ又は複数の隣接していない非末端C原子が、O、S、C=O又はCOOにより置換される場合がある)により置換され得るC6〜20アリーレン又は5員〜20員ヘテロアリーレン(より好ましくはフェニレン);及び
6〜20アリーレンアルキレンスペーサー基又はアルキレン−C6〜20アリーレンスペーサー基(ただし、C1〜20アルキレン及びC6〜20アリーレンは上記の通りであり、且つ、アルキレン基のC原子が、O、S又はC=Oにより置換される場合がある)。
「アルキレン」は、本明細書中で使用される場合、分岐型又は線状の二価のアルキル鎖を意味する。
アルキル基の「非末端C原子」は、本明細書中で使用される場合、n−アルキル基の末端におけるメチル基又は分岐アルキル鎖の末端におけるメチル基とは異なるC原子を意味する。
好ましくは、Spは、下記のものから選択される:
1つ又は複数の非隣接C原子が、O、S又はCOにより置換され得るC1〜20アルキレン;及び
非置換であり得る、或いは、1つ又は複数の置換基により置換され得るC6〜20アリーレン又は5員〜20員ヘテロアリーレン(より好ましくはフェニレン)。置換基が存在する場合、当該置換基は好ましくは、エーテル基から選択され、必要に応じて、ポリエーテル基から選択されてもよく、好ましくは、式−O(CHCHO)−R12の基(式中、vは、少なくとも1であり、必要に応じて1〜10の整数であってもよく、R12はC1〜5アルキルであり、好ましくはメチルである)から選択される。
例示的なアニオンAが、限定されないが、スルホナート及び−COOから選択される場合がある。好ましいアニオンAが−COOである。
例示的なカチオンAが、限定されないが、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム、又は複素芳香族カチオン(必要に応じて、C原子及びN原子を含む複素芳香族カチオン、又は、C原子及びN原子からなる複素芳香族カチオン、必要に応じてピリジニウム又はイミダゾリウム)を含めて、有機カチオン又は無機カチオンから選択される場合がある。好ましいカチオンAが、−NR16 (式中、それぞれの存在におけるR16はH又はC1〜12ヒドロカルビルである)である。好ましくは、それぞれのR16がC1〜12ヒドロカルビルである。
式(I)の繰り返し単位を含む材料は、アニオンA又はカチオンAの電荷を釣り合わせるための対イオンBを含む。
式(II)のAと、Bとは、同じ結合価を有する場合があり、ただし、この場合、対イオンBは式(II)のそれぞれのAの電荷と釣り合っている。
アニオンA又はカチオンAは一価又は多価である場合がある。好ましくは、A及びBはそれぞれが一価である。
別の実施形態において、式(I)の繰り返し単位を含む材料は、複数のアニオンA又はカチオンAを含む場合があり、ただし、この場合、2つ以上のアニオンA又はカチオンAの電荷が、ただ1つの対イオンBによって釣り合わされる。必須ではないが、式(I)の繰り返し単位を含む材料は二価又は三価のカチオンBを含んでもよい。
カチオンBは必要に応じて、金属カチオン(必要に応じて、Li、Na、K、Cs、好ましくはCs)、又は有機カチオン(必要に応じて、アンモニウム、例えば、テトラアルキルアンモニウム、エチルメチルイミダゾリウム又はピリジニウムなど)であってもよい。
アニオンBは必要に応じて、ハリド(必要に応じてF−、Cl−、Br−又はI−)、イミド基(必要に応じてTFSI)、スルホナート基(必要に応じてメシラート又はトシラート)、ヒドロキシド、カルボキシラート、スルファート、ホスファート(必要に応じてPF )、ホスフィナート、ホスホナート、又はボラート(必要に応じてBF )であってもよい。
1つ又は複数のイオン性置換基RはArの唯一の置換基である場合があり、或いは、Arは、1つ又は複数の置換基R(式中、それぞれのRが独立して、非イオン性置換基である)により置換される場合がある。
mが正の整数(必要に応じて、1、2、3又は4)である場合、基Rは、下記のものから選択される場合がある:
1つ又は複数の隣接していない非末端C原子が、O、S、C=O又は−COOにより置換される場合があり、且つ、1つ又は複数のH原子がFにより置換される場合があるアルキル(必要に応じて、C1〜20アルキル);及び
式−(Arの基(式中、それぞれの存在におけるArは独立して、非置換である、或いは、1つ又は複数の置換基により置換されるC6〜20アリール基又は5員〜20員ヘテロアリール基であり、rは、少なくとも1であり、必要に応じて、1、2又は3であってもよい)。
好ましい非イオン性置換基Rがエーテル基であり、必要に応じてポリエーテル基であってもよい。(ポリ)エーテル基は、式−O(CHCHO)−R12(式中、vは、少なくとも1であり、必要に応じて1〜10の整数であってもよく、R12はC1〜5アルキル基であり、好ましくはメチルである)を有する場合がある。
Arは好ましくは、フェニルである。Arの置換基が存在するならば、該置換基は独立して、置換基R13(式中、それぞれの存在におけるR13は独立して、1つ又は複数の隣接していない非末端C原子がOにより置換され得るC1〜20アルキルである)から選択される場合がある。
式(I)の例示的な繰り返し単位には、下記のものが挙げられる:
Figure 2019501999
Figure 2019501999
Figure 2019501999
本明細書中に記載されるようなポリマーは、ただ1つだけの式(I)の繰り返し単位を含む場合があり、又は2つ以上の異なる式(I)の繰り返し単位を含む場合がある。
好ましくは、式(I)の繰り返し単位を含む材料は、1つ又は複数のさらなる単位を含む。材料がポリマーである場合、さらなる単位は共繰り返し単位を形成する場合がある。
好ましくは、ポリマーは、式(I)の繰り返し単位と、1つ又は複数の共繰り返し単位とを含むコポリマーである。共繰り返し単位が存在するならば、式(I)の繰り返し単位は、ポリマーの繰り返し単位の0.1mol%〜99mol%の間(必要に応じて、30mol%〜80mol%の間、又は50mol%〜80mol%の間)を形成する場合がある。
例示的なさらなる単位(好ましくはポリマー型の共繰り返し単位)が、C6〜20のアリーレン単位又は5員〜20員ヘテロアリーレン単位であり、ただし、この場合、これらのそれぞれが非置換である場合があり、或いは、1つ又は複数の置換基により置換される場合がある。
好ましいさらなる単位には、限定されないが、極性の二重結合又は三重結合を含む単位が含まれ、必要に応じて、C=N(イミノ)基、シアノ基、C=S基、オキシム基又はC=O基を含む単位、必要に応じて、ケト基、エステル基又はカルボナート基を含む単位が含まれてもよい。
好ましくは、これらの極性の二重結合基又は三重結合基は、C6〜20アリーレン単位の置換基として備わり、該C6〜20アリーレン単位に対して共役しており、又は、共役している繰り返し単位(例えば、フルオレノン単位又はベンゾチアジアゾール単位)の一部を形成する。
ベンゾチアジアゾール単位は、下記の式を有する場合がある:
Figure 2019501999
式中、それぞれの存在におけるR17は置換基であり、必要に応じて、下記のものから選択される置換基であってもよい:
アルキル、必要に応じてC1〜20アルキル(ただし、該C1〜20アルキルの1つ又は複数の隣接していない非末端C原子が、置換されていてもよいアリールもしくはヘテロアリール、O、S、C=O又は−COO−により置換される場合があり、且つ、1つ又は複数のH原子がFにより置換される場合がある)、及び
非置換であり得る、或いは、1つ又は複数の置換基により置換され得るアリール又はヘテロアリール(必要に応じてフェニル)。
17のアリール基又はヘテロアリール基の例示的な置換基が、C1〜12アルキル(ただし、該C1〜12アルキルの1つ又は複数の隣接していない非末端C原子が、O、S、C=O又は−COO−により置換される場合がある)から選択される場合がある。
ベンゾチアジアゾールを含む単位は、下記の式を有する場合がある:
Figure 2019501999
式中、R17は上記の通りである。
さらなる繰り返し単位(好ましくはポリマー型の共繰り返し単位)は、下記の式(III)を有する場合がある:
Figure 2019501999
式中、ArはC6〜20アリーレン基である;Rは、少なくとも1つのシアノ基を含む置換基である;aは、少なくとも1である;R17は、上記で記載されるような置換基である;bは0又は正の整数である。
はシアノである場合があり、或いは、1つ又は複数のシアノ基を含む置換基である場合がある。
は、下記の式(IV)の置換基である場合がある:
Figure 2019501999
式中、ArはC6〜20アリーレン基である;iは、少なくとも1であり、必要に応じて、1、2又は3であってもよく;Rは置換基である;jは0又は正の整数であり、必要に応じて、1、2、3又は4であってもよい。
Arは好ましくは、フェニルである。
jが正の整数である場合、Rはそれぞれの存在において独立して、1つ又は複数の隣接していない非末端C原子が、O、S、C=O又は−COOにより置換される場合があり、且つ、1つ又は複数のH原子がFにより置換される場合があるアルキル(必要に応じて、C1〜20アルキル)から選択される場合がある。
式(III)の繰り返し単位が、下記の式(IIIa)〜式(IIId)から選択される場合がある:
Figure 2019501999
式中、R17は上記の通りである。
式(I)の繰り返し単位を含む非ポリマー系化合物には、下記の式(VI)の化合物が含まれる:
Figure 2019501999
式中、BG、R、R、n及びmは、式(I)に関して記載される通りである;R14は置換基であり、必要に応じてC1〜40ヒドロカルビル基であってもよく;wは0又は正の整数である;EGは末端基である。
EGは必要に応じて、H又はC1〜40ヒドロカルビル基であってもよく、好ましくはHである。
1〜40ヒドロカルビル基が必要に応じて、C1〜20アルキル、非置換フェニル、及び、1つ又は複数のC1〜12アルキル基により置換されるフェニルから選択されてもよい。
式(VI)の例示的な化合物には、下記の化合物が挙げられる:
Figure 2019501999
n型ドーパントは、式(I)の繰り返し単位を含む材料と混合される場合があり、或いは、ポリマー系材料の場合には、ポリマー骨格における共繰り返し単位(必要に応じて、ポリマー骨格におけるC6〜20アリーレン共繰り返し単位)に直接に結合させられる場合があり、又はスペーサー基によってポリマー骨格から離れて配置される場合がある。例示的なスペーサー基が、フェニレン、C1〜20アルキレン、及びフェニレン−C1−20アルキレン(ただし、該アルキレン基の1つ又は複数の非隣接C原子が、O、S、CO又はCOOにより置換される場合がある)である。
本明細書中のどこにでも記載されるようなポリマーは好適には、ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が約1×10〜1×10の範囲にあり、好ましくは1×10〜5×10の範囲にある。本明細書中のどこにでも記載されるポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は1×10〜1×10である場合があり、好ましくは1×10〜1×10である場合がある。
本明細書中のどこにでも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。
n型ドーパント
n型ドーパントが、式(I)の繰り返し単位を含む材料へのドーピングを自発的に生じさせる場合、n型ドーパントは必要に応じて、アクセプター材料のLUMO準位よりも浅い(真空により近い)HOMO準位又は半占有分子軌道(SOMO)準位を有するn型ドーパントであってもよい。好ましくは、n型ドーパントは、式(I)の繰り返し単位を含む材料のLUMO準位よりも少なくとも0.1eV浅い(必要に応じて、少なくとも0.5eV浅い)HOMO準位を有する。この場合、n型ドーパントは好ましくは電子ドナーである。
n型ドーパントが、式(I)の繰り返し単位を含む材料へのドーピングを活性化時に生じさせる場合、n型ドーパントは、式(I)の繰り返し単位を含む材料のLUMO準位と同じHOMO準位を有しており、又は、好ましくは、式(I)の繰り返し単位を含む材料のLUMO準位よりも深い(真空からさらに遠い)HOMO準位を有しており、必要に応じて、式(I)の繰り返し単位を含む材料のLUMO準位よりも少なくとも1eV深い又は1.5eV深いHOMO準位を有してもよい。したがって、式(I)の繰り返し単位を含む材料と、そのようなn型ドーパントとを20℃で混合したとき、自発的なドーピングが限定的に生じるか、又は全く起こらず、また、n型ドーパントが材料に共有結合により結合させられるならば、自発的なドーピングが限定的に生じるか、又は全く起こらない。n型ドーパントはヒドリドドナーである場合がある。n型ドーパントが、電子をSOMO準位から供与することができるラジカルへの変換が可能である材料である場合がある。
例示的なn型ドーパントは2,3−ジヒドロ−ベンゾイミダゾール基(必要に応じて、2,3−ジヒドロ−1H−ベンゾイミダゾール基)を含む。
n型ドーパントは好ましくは、下記の式(V)の基である:
Figure 2019501999
式中、
それぞれのRは独立して、C1〜20ヒドロカルビル基であり、必要に応じてC1〜10アルキル基であってもよく;
はH又はC1〜20ヒドロカルビル基であり、必要に応じて、H、C1〜10アルキル又はC1〜10アルキルフェニルであってもよく;
それぞれのRは独立して、C1〜20ヒドロカルビル基(必要に応じてC1〜10アルキル)、フェニル、又は1つもしくは複数のC1〜10アルキル基により置換されるフェニルである;
それぞれのR10は独立して置換基であり、kは0又は正の整数である;且つ
それぞれのR11は独立して置換基であり、lは0又は正の整数である。
好ましくは、k及びlの少なくとも一方が、少なくとも1であり、且つ、R10及び/又はR11はイオン性置換基であり、必要に応じて、式(II)のイオン性置換基であってもよい。
式(V)の例示的なn型ドーパントには、下記のものが含まれる:
Figure 2019501999
Figure 2019501999
N−DMBIは、Adv.Mater.2014、26、4268〜4272において開示されている(その内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)。
他の例示的なn型ドーパントが、J.Phys.Chem.B、2004、108(44)、17076頁〜17082頁において開示されるロイコクリスタルバイオレット(その内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)、及びNADHである。
n型ドーパントは、式(I)の繰り返し単位を含む材料と混合される場合があり、又は、材料に共有結合により結合させられる場合がある。
上記で記載されるような式(I)の繰り返し単位を含むポリマーの共繰り返し単位の置換基R17はn型ドーパント基を含む場合があり、又はn型ドーパント基からなる場合がある。
n型ドーパントは、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーのポリマー骨格における共繰り返し単位に結合させられる場合があり、又は、スペーサー基によってポリマー骨格から離れた配置される場合がある。例示的なスペーサー基が、フェニレン、C1〜20アルキレン、及びフェニレン−C1−20アルキレン(ただし、該アルキレン基の1つ又は複数の非隣接C原子が、O、S、CO又はCOOにより置換される場合がある)である。
n型ドーパントは非ポリマー系化合物(例えば、式(V)の化合物)である場合があり、又は、n型ドーパント基により置換されるn型ドーパントポリマー(この場合、n型ドーパント基は、n型ドーパントポリマーの骨格に直接に共有結合により結合させられる場合があり、又は、上記で記載されるようなスペーサー基によって骨格から離れた配置される場合がある)である場合がある。
n型ドーパントポリマーの骨格は共役していない場合があり、又は共役している場合がある。好ましくは、n型ドーパントポリマーは、非置換であり得る、或いは、本明細書中に記載されるような1つ又は複数の置換基R及び/又は置換基Rにより置換され得る置換されていない、又は置換されたC6〜20アリーレン繰り返し単位及び/又は5員〜20員ヘテロアリーレン繰り返し単位を含む共役ポリマーである。
n型ドーパントポリマーのn型ドーパント基、又は式(I)の繰り返し単位を含むポリマーの共繰り返し単位に共有結合により結合させられるn型ドーパント基には、下記のものが含まれる:
Figure 2019501999
式中、R71、R81、R91、R101及びR111は、式(V)のR、R、R、R10及びR11に関してそれぞれ記載される通りであり、ただし、R71、R81、R91、R101及びR111の1つが、ポリマー骨格に対する直接の結合、又は、ポリマー骨格と、式(Va)のn型ドーピング基との間におけるスペーサー基に対する直接の結合である;k及びlは、式(V)に関して記載される通りである。例示的なスペーサー基が、フェニレン、C1〜20アルキレン、及びC1〜20アルキレンフェニレン(ただし、該アルキレン基の1つ又は複数の非隣接C原子が、O、S、CO又はCOOにより置換される場合がある)である。スペーサーのフェニレン基は非置換である場合があり、或いは、1つ又は複数の置換基(必要に応じて、C1〜12アルキル、C1〜12アルコキシ、及び本明細書中に記載されるようなイオン性置換基Aから選択される置換基)により置換される場合がある。
n型ドーパントポリマーの骨格は共役していない場合があり、又は共役している場合がある。好ましくは、n型ドーパントポリマーは、非置換されていない、又は置換されたC6〜20アリーレン繰り返し単位及び/又は5員〜20員ヘテロアリーレン繰り返し単位をその骨格に含む共役ポリマーである。前記アリーレン繰り返し単位又はヘテロアリーレン繰り返し単位の置換基は必要に応じて、式(I)に関して記載されるようなイオン性置換基R及び非イオン性置換基Rから選択されてもよい。
式(I)の繰り返し単位を含む材料:n型ドーパントの重量比は、99:1〜30:70の範囲である場合がある。必須ではないが、n型ドーパントは、式(I)の繰り返し単位を含む材料に対してモル過剰で存在してもよい。
ポリマー形成
式(I)の繰り返し単位を含む共役ポリマーが、共役した繰り返し単位を形成するようにモノマー重合時に脱離する脱離基を含むモノマーを重合することによって形成される場合がある。例示的な重合方法には、限定されないが、例えば、T.Yamamoto、“Electrically Conducting And Thermally Stable pi−Conjugated Poly(arylene)s Prepared by Organometallic Processes”、Progress in Polymer Science、1993、17、1153〜1205に記載されるようなYamamoto重合(その内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)、並びに、例えば、国際公開第00/53656号、国際公開第2003/035796号及び米国特許第5777070号に記載されるようなSuzuki重合(それらの内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)が含まれる。
好ましくは、ポリマーは、モノマーの芳香族炭素原子に結合するボロン酸基脱離基又はボロン酸エステル基脱離基を含むモノマーをパラジウム(0)触媒又はパラジウム(II)触媒及び塩基の存在下、モノマーの芳香族炭素原子に結合する、ハロゲン、スルホン酸又はスルホン酸エステル(好ましくは臭素又はヨウ素)から選択される脱離基を含むモノマーと重合することによって形成される。
例示的なボロン酸エステルは下記の式(XII)を有する:
Figure 2019501999
式中、それぞれの存在におけるRは独立して、C1〜20アルキル基であり、はモノマーの芳香族環に対するボロン酸エステルの結合点を表し、これら2つのR基は連結されて、環を形成する場合がある。
式(I)の繰り返し単位を含むポリマーは、この繰り返し単位を形成するための少なくとも2つ(好ましくは2つだけ)の脱離基により置換されるモノマーを、必要に応じて、1つ又は複数の共繰り返し単位を形成するためのモノマーと一緒に重合することによって形成される場合がある。
式(I)の繰り返し単位を含むポリマーは、非イオン性前駆体置換基を含むポリマーの前駆体を形成するためのモノマーを重合させ、非イオン性前駆体置換基をイオン性置換基に変換して、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーを形成させることによって形成される場合がある。式(I)の繰り返し単位が、AがCOO−である式(II)の置換基により置換される場合、非イオン性前駆体置換基は好ましくはエステル基であり、必要に応じて、式COOR15の基(式中、R15はヒドロカルビル基であり、必要に応じてC1〜12アルキル基であってもよい)であってもよい。
エステル置換基を含むポリマーが、国際公開第2012/133229号に記載されるようなカルボキシラート置換基を含むポリマーに変換される場合がある(その内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)。
ポリマーは、どのようなエンドキャッピング基であれ、好適なエンドキャッピング基によりエンドキャッピングされる場合がある。エンドキャッピング基を形成するためのエンドキャッピング反応物が、重合開始時、重合期間中又は重合終了時に重合混合物に加えられる場合がある。例示的なエンドキャッピング基がC6〜20アリール基であり、必要に応じてフェニルであってもよい。
非ポリマー系材料が、1つ又は2つの脱離基により置換される式(I)の繰り返し単位を形成するための化合物のカップリング反応、及び、化合物を相互に反応させること、又は、式(I)の繰り返し単位を含む材料のさらなる単位体を形成するための化合物と反応することによって形成される場合がある。
活性化
n型ドーパントが、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーへの自発的なドーピングを20℃において接触時に生じさせない場合、n型ドーピングが活性化によってもたらされる場合がある。好ましくは、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーと、n型ドーパントとを含有する層を含むデバイスが形成された後、必要に応じて封入後において、n型ドーピングがもたらされる。活性化は、n型ドーパントの励起、及び/又は式(I)の繰り返し単位を含むポリマーの励起による場合がある。
例示的な活性化方法が熱処理及び放射線照射である。
必須ではないが、熱処理は80℃〜170℃の範囲での温度においてであり、好ましくは、120℃〜170℃の範囲又は140℃〜170℃の範囲での温度においてである。
本明細書中に記載されるような熱処理及び放射線照射は一緒に使用される場合がある。
放射線照射のために、どのような波長の光であっても使用される場合があり、例えば、ピークを約200nm〜700nmの範囲に有する波長の光が使用される場合がある。
必須ではないが、最も強い吸収を、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーの吸収スペクトルにおいて示すピークは、400nm〜700nmの範囲にある。好ましくは、n型ドーパントの最も強い吸収は400nm未満の波長においてである。
本発明者らは驚くべきことに、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーと、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーへのドーピングを自発的に生じさせないn型ドーパントとを含む組成物を電磁放射線にさらすことにより、電磁放射がn型ドーパントのピーク吸収波長でない場合でさえ、n型ドーピングが生じることを見出している。
光源から放射される光は好適には、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーの吸収スペクトルの吸収特徴部(例えば、吸収ピーク又は吸収肩部)と重なる。必須ではないが、光源から放射される光はピーク波長を、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーの吸収極大波長の25nm以内に、10nm以内に、又は5nm以内に有する。しかしながら、光のピーク波長はポリマーの吸収極大波長と一致する必要はないことが理解されるであろう。必須ではないが、照射時間は1秒〜1時間の間であり、必要に応じて1分〜30分の間であってもよい。
1つの実施形態において、照射のために使用される光源から放射される光は、400nm〜700nmの範囲にある。必須ではないが、電磁放射線は、ピーク波長が400nmを超えていてもよく、必要に応じて420nmを超えていてもよく、必要に応じて450nmを超えていてもよい。必須ではないが、n型ドーパントの吸収スペクトルにおける吸収ピークと、光源から放射される光の(1又は複数の)波長との間には重なりがなくてもよい。
別の実施形態において、照射のために使用される光源から放射される光は、ピーク波長が400nm以下である。
必須ではないが、電磁放射線源は無機LEDのアレイである。電磁放射線源は、1つ又は2つ以上のピーク波長を有する放射線を生じさせる場合がある。
好ましくは、電磁放射線源は、少なくとも2000mWの光出力を有しており、必要に応じて少なくとも3000mWの光出力を有していてもよく、必要に応じて少なくとも4000mWの光出力を有していてもよい。
好適な電磁放射線源はどのようなものであっても、薄膜を照射するために使用される場合があり、これには、限定されないが、蛍光管、白熱電球、及び有機LED又は無機LEDが含まれる。
ドーピングの程度が、下記の1つ又は複数によって制御される場合がある:アクセプター材料/n型ドーパントの比率;活性化が加熱を含むならば、加熱の温度及び持続期間;並びに、活性化が放射線照射を含むならば、光のピーク波長及び強度、加えて、薄膜への照射持続期間。
n型ドープされた材料は外因性半導体又は縮退半導体である場合がある。
有機電子デバイス(例えば、図1に記載されるようなOLEDなど)の製造において、活性化がデバイス形成の期間中に、又はデバイスが形成された後で行われる場合がある。好ましくは、n型ドーピングを生じさせるための活性化が、デバイスが形成され、封入された後で行われる。デバイスは、自発的なドーピングが限定的に生じるか、又は全く起こらない環境において製造される場合があり、例えば、デバイスが、デバイス封入後までは、n型ドーピングを誘発する波長の光にほとんど又は全くさらされない室温環境において、例えば、電磁放射線源の波長よりも長い波長を有する光によって照明される環境(例えば、黄色光により照明されるクリーンルームなど)において製造される場合がある。
図1に記載されるようなOLEDの場合、式(I)の単位を含む材料と、n型ドーパントとが、有機発光層105と、カソード10との間に設けられる場合がある。
放射線照射による活性化のために、透明な基板101に形成され、且つ、透明なアノード103(例えば、ITOなど)を有するデバイスの場合には、薄膜がその後、アノード101を介して放射線照射される場合があり、又は、透明なカソードを有するデバイスの場合には、薄膜がカソード109を介して放射線照射される場合がある。n型ドーピングを誘発するために使用される波長は、電磁放射線源と薄膜との間におけるデバイスの層によって吸収される波長を避けるように選択される場合がある。
発光層
OLED100は1つ又は複数の発光層を含有する場合がある。
OLED100の発光材料は、蛍光性材料、りん光性材料、又は、蛍光性材料及びりん光性材料の混合物である場合がある。発光材料は、ポリマー系発光材料及び非ポリマー系発光材料から選択される場合がある。例示的な発光ポリマーが共役ポリマーであり、例えば、ポリフェニレン及びポリフルオレンであり、それらの例が、Bernius,M.T.,Inbasekaran,M.,O’Brien,J.及びWu,W.,Progress with Light−Emitting Polymers、Adv.Mater.,12、1737〜1750、2000に記載される(その内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)。発光層107は、ホスト材料と、蛍光発光ドーパント又はりん光発光ドーパントとを含む場合がある。例示的なりん光性ドーパントが第2列遷移金属錯体又は第3列遷移金属錯体であり、例えば、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、白金又は金の錯体である。
OLEDの発光層はパターン化されない場合があり、又は、個別の画素を形成するためにパターン化される場合がある。それぞれの画素がさらに副画素に分割される場合がある。発光層は、ただ1つの発光材料を、例えば、単色ディスプレイ又は他の単色デバイスのためのただ1つの発光材料を含有する場合があり、或いは、異なる色を放射する材料を含有する場合があり、具体的には、フルカラーディスプレイのための赤色発光材料、緑色発光材料及び青色発光材料を含有する場合がある。
発光層は、2つ以上の発光材料の混合物を含有する場合があり、例えば、一緒になって白色光の放射をもたらす発光材料の混合物を含有する場合がある。複数の発光層が一緒になって白色光をもたらす場合がある。
蛍光発光層が発光材料だけからなる場合があり、或いは、蛍光発光層がさらに、発光材料と混合される1つ又は複数のさらなる材料を含む場合がある。例示的なさらなる材料が、正孔輸送材料;電子輸送材料及び三重項受容材料(例えば、国際公開第2013/114118号に記載されるような三重項受容ポリマー(その内容は参照によって本明細書中に組み込まれる))から選択される場合がある。
カソード
カソードは1つ又は複数の層を含む場合がある。好ましくは、カソードは、1つもしくは複数の導電性材料を含む電子注入層、又は1つもしくは複数の導電性材料からなる電子注入層と接している層を含み、或いは、そのような電子注入層と接している層からなる。例示的な導電性材料が金属であり、好ましくは、少なくとも4eVの仕事関数を有する金属(必要に応じて、アルミニウム、銅、銀又は金又は鉄)である。例示的な非金属導電性材料には、導電性の金属酸化物(例えば、インジウムスズ酸化物及びインジウム亜鉛酸化物)、グラファイト及びグラフェンが含まれる。様々な金属の仕事関数は、CRC Handbook of Chemistry and Physics(12〜114、87版、CRC Pressによって発行、David R.Lideによって編集)に示される通りである。2つ以上の値が所与の金属について示されるならば、最初に列挙されている値が適用される。
カソードは不透明又は透明である場合がある。透明なカソードがアクティブマトリックスデバイスのためには特に好都合である。これは、そのようなデバイスにおける透明なアノードを介した放射が、放射性画素の下に位置する駆動回路網によって少なくとも部分的に阻止されるからである。
透明なカソードのデバイスは、(完全に透明なデバイスが所望される場合を除いて)透明なアノードを有する必要はなく、したがって、底面放射デバイスのために使用される透明なアノードは、反射性材料の層(例えば、アルミニウムの層など)により置き換えられ得るか、又は補われ得ることが理解されるであろう。透明なカソードのデバイスの様々な例が、例えば、英国特許第2348316号において開示される。
正孔輸送層
正孔輸送層がアノード103と発光層105との間に設けられる場合がある。
特に、上に重なる層が溶液から堆積されるならば、正孔輸送層は架橋される場合がある。この架橋のために使用される架橋可能な基は、反応性の二重結合を含む架橋可能な基(例えば、ビニル基又はアクリラート基など)、又はベンゾシクロブタン基である場合がある。架橋が、熱処理によって、好ましくは約250℃未満の温度での熱処理によって行われる場合があり、必要に応じて約100℃〜250℃の範囲における温度での熱処理によって行われる場合がある。
正孔輸送層は正孔輸送ポリマーを含む場合があり、又は正孔輸送ポリマーからなる場合があり、ただし、正孔輸送ポリマーはホモポリマーである場合があり、又は2つ以上の異なる繰り返し単位を含むコポリマーである場合がある。正孔輸送ポリマーは共役している場合があり、又は共役していない場合がある。例示的な共役した正孔輸送ポリマーが、例えば、国際公開第99/54385号又は同第2005/049546号(これらの内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)に記載されるような、アリールアミン繰り返し単位を含むポリマーである。アリールアミン繰り返し単位を含む共役した正孔輸送コポリマーは、アリーレン繰り返し単位から選択される1つ又は複数の共繰り返し単位を有する場合があり、例えば、フルオレン繰り返し単位、フェニレン繰り返し単位、フェナントレン繰り返し単位、ナフタレン繰り返し単位及びアントラセン繰り返し単位(ただし、これらのそれぞれが独立して非置換である場合があり、或いは、1つ又は複数の置換基(必要に応じて、1つ又は複数のC1〜40ヒドロカルビル置換基)により置換される場合がある)から選択される1つ又は複数の繰り返し単位を有する場合がある。
アノードと発光層105との間に位置する正孔輸送層が存在するならば、正孔輸送層は、サイクリックボルタンメトリーによって測定される場合、好ましくは5.5eV以下のHOMO準位を有し、より好ましくはおよそ4.8eV〜5.5eV又は5.1eV〜5.3eVのHOMO準位を有する。正孔輸送層のHOMO準位が、正孔輸送層と隣接層との層の間における正孔輸送に対する小さい障壁をもたらすために隣接層の0.2eV以内であるように選択される場合があり、必要に応じて0.1eV以内であるように選択される場合がある。
好ましくは、正孔輸送層が発光層105に隣接しており、より好ましくは、架橋された正孔輸送層が発光層105に隣接している。
正孔輸送層が正孔輸送材料から本質的になる場合があり、或いは、1つ又は複数のさらなる材料を含む場合がある。発光材料(必要に応じて、りん光性材料)が正孔輸送層に設けられる場合がある。
りん光性材料が、ポリマー骨格における繰り返し単位として、ポリマーの末端基として、又はポリマーの側鎖として正孔輸送ポリマーに共有結合により結合させられる場合がある。りん光性材料が側鎖に設けられるならば、りん光性材料はポリマーの骨格における繰り返し単位に直接に結合させられる場合があり、又はスペーサー基によってポリマー骨格から離れて配置される場合がある。例示的なスペーサー基には、C1〜20アルキル及びアリール−C1〜20アルキル(例えば、フェニル−C1〜20アルキル)が含まれる。スペーサー基のアルキル基の1つ又は複数の炭素原子が、O、S、C=O又はCOOにより置換される場合がある。
発光性の正孔輸送層からの放射と、発光層105からの放射とが、白色光を生じさせるために組み合わせられる場合がある。
正孔注入層
導電性の正孔注入層(これは導電性の有機材料又は無機材料から形成される場合がある)が、アノードから半導電性ポリマーの層(1つ又は複数)への正孔注入を助けるために、図1に例示されるようにOLEDのアノード103と発光層105との間に設けられる場合がある。ドープされた有機正孔注入材料の例には、置換されていてもよいドープされたポリ(エチレンジオキシチオフェン)(PEDT)、具体的には、電荷を釣り合わせるためのポリ酸(例えば、欧州特許第0901176号及び欧州特許第0947123号において開示されるようなポリスチレンスルホナート(PSS)、ポリアクリル酸又はフッ素化スルホン酸(例えば、Nafion(登録商標))などがドープされるPEDT;米国特許第5723873号及び米国特許第5798170号において開示されるようなポリアニリン;並びに、置換されていてもよいポリチオフェン又はポリ(チエノチオフェン)が含まれる。導電性の無機材料の例には、Journal of Physics D:Applied Physics(1996)、29(11)、2750〜2753において開示されるような遷移金属酸化物(例えば、VOx、MoOx及びRuOxなど)が含まれる。
封入
n型ドーパントが、式(I)の単位を含む材料へのドーピングを自発的に生じさせない場合、n型ドーパントは好ましくは、水分及び酸素の侵入を防止するための薄膜を含有するデバイスの封入の後、本明細書中に記載されるようにn型ドーピングを生じさせるために活性化される。
好適な封入材には、ガラスのシート、好適なバリア特性を有する薄膜(例えば、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はポリマー及び誘電体の交互積層体など)、又は気密容器が含まれる。透明なカソードのデバイスの場合には、透明な封入層(例えば、一酸化ケイ素又は二酸化ケイ素など)がミクロンレベルの厚さに堆積させられる場合があり、だが、1つの好ましい実施形態において、そのような層の厚さは20nm〜300nmの範囲である。基板又は封入材を通って浸透し得るどのような大気中の水分及び/又は酸素であっても吸収するためのゲッター材が、基板と封入材との間に置かれる場合がある。
デバイスが形成される基板は好ましくは、基板が封入材と一緒になって、水分又は酸素の侵入に対するバリアを形成するような良好なバリア特性を有する。基板は一般にはガラスであり、しかしながら、特にデバイスの柔軟性が望ましい場合には、代替となる基板が使用される場合がある。例えば、基板は1つ又は複数の可塑性層を含む場合がある(例えば、交互する可塑性バリア層及び誘電性バリア層の基板、又は薄いガラス及び可塑性物の積層体)。
組立て加工
発光層105及び電子注入層107は、蒸着法及び溶液堆積法を含めてどのような方法によってでも形成される場合がある。溶液堆積法が好ましい。
発光層105及び電子注入層107を形成するために好適である配合物がそれぞれ、それらの層を形成する成分及び1つ又は複数の好適な溶媒から形成される場合がある。
好ましくは、発光層105が、溶媒が1つ又は複数の非極性溶媒物(必要に応じて、C1〜10アルキル基及びC1〜10アルコキシ基から選択される1つ又は複数の置換基により置換されるベンゼン、例えば、トルエン、キシレン類及びメチルアニソール類、並びにそれらの混合物)である溶液を堆積させることによって形成される。
好ましくは、電子注入層107は、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーと、n型ドーパントとを、好ましくは溶液からであるが、一緒に堆積させることによって形成される。
好ましくは、電子注入層は、下に位置する層の材料が極性溶媒に可溶性でないならば、下に位置する層の溶解を回避し得る、又は最小限に抑え得る極性溶媒から形成される。
特に好ましい溶液堆積技術には、様々な印刷技術及び被覆技術が含まれ、例えば、スピンコーティング、インクジェット印刷及びリソグラフィー印刷などが含まれる。
被覆法が、発光層のパターン化が不要であるデバイス(例えば、照明用途又は単純な単色の分割型ディスプレイのためのデバイス)のためには特に好適である。
印刷法が、高情報量ディスプレイ(特にフルカラーディスプレイ)のためには特に好適である。デバイスが、パターン化された層をアノードを覆って提供し、1つの色(単色デバイスの場合)又は多数の色(多色デバイス(特にフルカラーデバイス)の場合)を印刷するためのウエルを定めることによってインクジェット印刷される場合がある。パターン化された層は典型的には、例えば、欧州特許第0880303号に記載されるようなウエルを定めるためにパターン化されるフォトレジストの層である。
ウエルの代替として、インクが、パターン化された層の内側に定められるチャネルの中に印刷される場合がある。具体的には、フォトレジストが、ウエルとは異なり、複数のピクセルにわたって延び、且つ、チャネル端部が閉じられる場合がある、又は開放される場合があるチャネルを形成するようにパターン化される場合がある。
他の溶液堆積技術には、浸漬コーティング、スロットダイコーティング、ロール印刷及びスクリーン印刷が含まれる。
用途
式(I)の繰り返し単位を含むドープされたポリマーを含む層が、有機発光層を覆って形成される有機発光デバイスの電子注入層に関連して記載されている。しかしながら、本明細書中に記載されるように形成される層は、例えば、有機光起電性デバイス又は有機光検出器の電子抽出層として、n型有機薄膜トランジスターの補助電極層として、或いは熱電発電器におけるn型半導体として他の有機電子デバイスにおいて使用される場合があり、また、本明細書中に記載されるような方法によって有機電子デバイスの表面に、例えば、有機光起電性デバイス又は有機光検出器の電子抽出層として、n型有機薄膜トランジスターの補助電極層として、或いは熱電発電器におけるn型半導体として形成される場合があることが理解されるであろう。
測定
無垢のアクセプター材料、及び本明細書中に記載されるようなn型ドープされたアクセプター材料のUV可視吸収スペクトルを、ドーパントとのブレンドとして、ガラス基板へのスピンコーティングによって測定した。薄膜の厚さが20nm〜100nmの範囲であった。
スピンコーティング及び乾燥の後、ポリマー薄膜を、n型ドープ薄膜の空気とのどのような接触も排除するためにグローブボックスにおいて封入した。
封入後、UV−vis吸収測定を、Carey−5000分光計を用いて行い、続いて、可視光に連続してさらし、UV−VIS測定を繰り返した。
本明細書中のどこにでも記載されるようなHOMO準位、SOMO準位及びLUMO準位は、矩形波ボルタンメトリーによって測定される通りである。
装置:
ソフトウェアを伴うCHI660D電気化学ワークステーション(IJ Cambria Scientific Ltd)
CHI 104 3mmガラス状炭素ディスク作用電極(IJ Cambria Scientific Ltd)
白金線補助電極
参照電極(Ag/AgCl)(Havard Apparatus Ltd)
化学薬品
アセトニトリル(Hi−dry無水品−ROMIL) (セル溶液溶媒)
トルエン(Hi−dry無水品) (サンプル調製溶媒)
フェロセン−FLUKA (参照標準物)
テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスファート−FLUKA) (セル溶液塩)
サンプル調製
アクセプターポリマーを作用電極の上に薄い薄膜(約20nm)としてスピンコーティングした。ドーパント材料をトルエンにおける希薄溶液(0.3w%)として測定した。
電気化学的セル
測定セルは、電解質、サンプルが薄い薄膜として被覆されるガラス状炭素作用電極、白金対向電極、及びAg/AgCl参照ガラス電極を含有する。フェロセンが参照物質として実験終了時にセル内に加えられる(LUMO(フェロセン)=−4.8eV)。
材料合成実施例
n型ドーパント1
n型ドーパント1を下記の反応スキームに従って調製した:
Figure 2019501999
中間体2:
中間体(23.6g、0.0568mol)のテトラヒドロフラン(120ml)における溶液を−90℃に冷却した。N−BuLi(n−ヘキサンにおける2.5M、34ml、0.0852mol)を混合物に−90℃でゆっくり加え、−90℃で1時間撹拌した。二酸化炭素ガスを−90℃で1.5時間、反応量で吹き込んだ。反応混合物を室温にまでゆっくり加温し、水(150ml)を加えることによって反応停止させた。有機層を分離し、水層を酢酸エチルにより抽出した(200ml、2回)。一緒にした有機層を、水(300ml)、ブライン(300ml)により洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。粗物質をセライトに吸着させ、3%メタノール/クロロホルムを溶離液として使用するシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーによって精製して、94.68%のHPLC純度を有する18gの中間体を薄いオレンジ色の粘性液体として得た(65%の収率)。
H−NMR(400MHz,DMSO D :δ[ppm]1.36(s,18H),3.32(s,6H),7.39(d,J=8Hz,1H),7.76(s,1H)7.83(d,J=2.00Hz,1H)
中間体3:
中間体(18g、0.0473mol)のエタノール(180mL)における溶液を0℃に冷却し、塩化チオニル(28.14g、0.236mol)を10分間にわたって滴下して加えた。その後、反応混合物を室温で16時間撹拌した。反応混合物を氷(200g)に注ぎ、30分間撹拌し、10%重炭酸ナトリウム水溶液を加えることによって塩基性にした。混合物を酢酸エチルにより抽出した(100ml、3回)。一緒にした有機層を、水(200ml)、ブライン(300ml)により洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。粗物質をセライトに吸着させ、13%酢酸エチル/ヘキサンを溶離液として使用する(トリエチルアミン中和された)シリカゲルでのカラムクロマトグラフィーによって精製して、99.32%のHPLC純度を有する4.2gの中間体を薄いオレンジ色の液体として得た(42%の収率)。
H−NMR(400MHz,CDCl :δ[ppm]1.39(t,J=7.20Hz,3H),2.90(s,6H),4.35(q,J=6.80Hz,2H),6.62(d,J=8.4Hz,1H),7.39(s,1H)7.64(d,J=2.00Hz,1H)
中間体4:
窒素を、4−N,N−ジメチルアミノベンズアルデヒド(3g、0.0201mol)の無水メタノール(20ml)における溶液に10分間吹き込んだ。中間体(4.2g、0.0201mol)を加え、窒素の吹き込みをさらに5分間続けた。氷酢酸(1mL)を加え、混合物を室温で16時間撹拌した。反応液を0℃に冷却し、ろ過した。固体を冷メタノール(10ml)により洗浄し、乾燥して、99.01%のHPLC純度を有する中間体の1.8gの画分を白色の固体として、また、97.51%のHPLC純度を有する中間体の1.1gの画分を白色の固体として得た(43%の収率)。
H−NMR(400MHz,CDCl :δ[ppm]1.37(t,J=7.20Hz,3H),2.57(d,J=8.4Hz,6H),2.98(s,6H),4.3(q,J=6.80Hz,2H),5.09(s,1H),6.36(d,J=8.00Hz,1H),6.82(dd,J=1.6Hz J=6.80Hz,2H),6.9(s,1H),7.37(dd,J=2Hz J=6.80Hz,2H),7.46(dd,J=1.6Hz J=8.8Hz,1H)
n型ドーパント1:
窒素を中間体(5.000g、14.73mmol)及びテトラヒドロフラン(25ml)の混合物に5分間吹き込み、続いて、メタノール(10ml)と、水酸化セシウム一水和物(7.421g、44.19mmol)の水(5ml)における溶液とを加えた。窒素を混合物に10分間吹き込み、その後、混合物を70℃に16時間加熱した。冷却すると、混合物を減圧下で蒸発乾固した。残渣を水に溶解し、水から、水:メタノール(1:1)へのグラジエントを溶離液として使用するC18逆相シリカでのカラムクロマトグラフィーによって精製した。n型ドーパント1を含有する一緒にした分画物を減圧下で蒸発乾固し、残渣をアセトニトリル(100ml)とともに粉砕し、ろ過し、真空オーブンにおいて50℃で16時間乾燥して、4.976gのn型ドーパント1をNMRによる99%の純度で白色の粉末として得た(76%の収率)。
H−NMR(600MHz,MeOH−D ):δH[ppm]2.51(s,3H),2.53(s,3H),2.95(s,6H),4.77(s,1H),6.34(d,J=7.8Hz,1H),6.79−6.81(m,2H),7.04(d,J=1.5Hz,2H),7.36−7.39(m,2H),7.41(dd,J=7.8Hz,J=1.6Hz,1H).
アクセプター単位体1
Figure 2019501999
中間体5:
2,7−ジブロモフルオレン(150g、0.4629mol)のジエチルエーテル(1.2L)における混合物に、n−BuLi(203.7ml、0.5092mol)を室温で加えた。反応混合物を室温で2時間撹拌した。ジエチルエーテル(1.2L)における1−ブロモ−2−ヘキシルオクタン(146.25g、0.5555mol)を反応混合物に室温でゆっくり加えた。反応混合物を室温で16時間撹拌した。クエン酸溶液(20%水溶液、1500ml)を加え、混合物を酢酸エチルにより抽出した(2000ml、2回)。一緒にした有機層をブライン(1000ml)により洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。残渣を、シリカゲルと、溶離液としてのヘキサン(hexanes)とを使用するカラムクロマトグラフィーによって2回精製して、153gの中間体5を黄色の粘性油状物として得た(64%の収率)。
H−NMR(400MHz,CDCl3):δ[ppm]0.90(t,J=7.00Hz,6H),1.25−1.38(m,20H),1.62−1.69(m,1H),1.75(t,J=6.80Hz,2H),3.96(t,J=6.76Hz,1H),7.49(dd,J=1.56,8.10Hz,2H),7.58(d,J=8.12Hz,2H),7.62(s,2H)
中間体6:
水素化ナトリウム(15.38g、0.3849mol)のテトラヒドロフラン(500ml)における懸濁物に、中間体5(100g、0.1923mol)のテトラヒドロフラン(200ml)における溶液を室温でゆっくり加えた。反応混合物を室温で4時間撹拌した。その後、反応混合物を、エチルオキサリルクロリド(52.5g、0.3849mol)のテトラヒドロフラン(300ml)における溶液に−20℃で加えた。反応混合物の温度を室温にまで温め、16時間撹拌した。反応混合物を氷水に注ぎ、酢酸エチルにより抽出した(500ml、2回)。一緒にした酢酸エチル層を硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。残渣を、シリカゲルと、溶離液としての2%酢酸エチル/ヘキサン(hexanes)とを使用するカラムクロマトグラフィーによって精製して、63gの中間体6を得た(53の収率)。
中間体7:
中間体6(120g、0.1934mol)のテトラヒドロフラン(1200ml)における溶液に、水素化アルミニウムリチウム(25.14ml、テトラヒドロフランにおける2M溶液、0.0503mol)を−20℃で加えた。その後、反応混合物を室温で5時間撹拌した。酢酸エチル(100ml)を反応混合物に加え、混合物をセライトでろ過した。ろ液を濃縮し、残渣を、シリカゲルと、溶離液としての2%〜5%の酢酸エチル/ヘキサン(hexanes)のグラジエントとを使用するカラムクロマトグラフィーによって精製して、91gの中間体7を得た(76%の収率)。
中間体8:
中間体7(90g、0.1446mol)のトルエン(900ml)における溶液に、五酸化リン(82g、0.5784mol)を室温で加えた。反応混合物を110℃に加熱し、5時間撹拌した。その後、反応混合物を室温に冷却し、氷水(1000ml)を反応混合物に加えた。混合物を酢酸エチルにより抽出した(500ml、2回)。一緒にした有機層をブライン(500ml)により洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。残渣を、シリカゲルと、溶離液としての2%酢酸エチル/ヘキサン(hexanes)とを使用するカラムクロマトグラフィーによって2回精製して、49gの中間体8を得た(56%の収率)。
中間体9:
テトラヒドロフラン(250ml)及びメタノール(250ml)の混合物における中間体8(49g、0.08111mol)の溶液に、水酸化カリウム粉末(90.8g、1.6212mol)を加えた。混合物を封管において130℃に加熱し、40時間撹拌した。反応液を−10℃に冷却し、濃塩酸(120ml)を、酸性pHが得られるまで加えた。混合物を酢酸エチルにより抽出した(500ml、2回)。一緒にした酢酸エチル層を硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。残渣を、シリカゲルと、溶離液としての5%〜10%の酢酸エチル/ヘキサン(hexanes)のグラジエントとを使用するカラムクロマトグラフィーによって精製して、25.3gの中間体9を得た(54%の収率)。
H−NMR(300MHz,DMSO−d6):δ[ppm]0.75(t,J=6.93Hz,6H),1.08−1.38(m,20H),1.75−1.92(m,1H),3.05(d,J=6.87Hz,2H),7.83−7.87(m,2H),7.90(s,1H),8.29(s,1H),8.80−8.85(m,2H).
中間体10:
中間体9(25g、0.0434mol)の塩化チオニル(250ml)における溶液を3時間還流した。その後、塩化チオニルを留去し、粗製の酸塩化物をテトラヒドロフラン(200ml)に溶解した。この粗製物を、テトラヒドロフラン(800ml)におけるアンモニアガスの溶液に−20℃で加えた。その後、混合物を室温で3時間撹拌した。テトラヒドロフランを留去し、残渣を水により希釈した。残渣を酢酸エチルにより抽出した(500ml、2回)。一緒にした有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。残渣を、シリカゲルと、溶離液としての10%酢酸エチル/ヘキサン(hexanes)とを使用するカラムクロマトグラフィーによって精製して、22.4gの中間体10を得た(90%の収率)。
アクセプター単位体1:
中間体10(22g、0.0383mol)のトルエン(440ml)における溶液に、五酸化リン(10.8g、0.0766mol)を加えた。反応混合物を110℃に加熱し、4時間撹拌した。反応混合物を室温にまで冷却し、氷水(500ml)で反応停止させた。混合物を酢酸エチルにより抽出し(500ml、2回)、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。残渣を、シリカゲルと、溶離液としての100%ヘキサンとを使用するカラムクロマトグラフィーによって精製して、20.6gのアクセプター単位体1を灰白色の固体として得た(HPLCにより99.4%純粋、97%の収率)。
H−NMR(400MHz,CDCl3):δ[ppm]0.87(t,J=6.92Hz,6H),1.12−1.39(m,16H),1.41−1.50(m,4H),1.87−1.98(m,1H),3.34(d,J=7.20Hz,2H),7.82(dd,J=1.96,8.86Hz,1H),7.89(dd,J=1.88,8.88Hz,1H),8.30(s,1H),8.87(s,1H),8.48(d,J=8.64Hz,1H),8.54(d,J=8.96Hz,1H).
モノマー前駆体2:
Figure 2019501999
窒素を、2,7−ジブロモフルオレン(20.0g、61.7mmol)のテトラヒドロフラン(200ml)における溶液に1時間吹き込んだ。カリウムtert−ブトキシド(20.8g、185.4mmol)を溶液に4℃で加えた。混合物を室温で1時間撹拌し、テトラヒドロフラン(200ml)における溶液での5−ブロモペンタン酸メチル(26.9g、137.9mmol)を混合物に10℃で滴下して加えた。反応液を室温で一晩撹拌した。反応液を5℃にまで冷却し、水(200ml)を滴下して加えることによって反応停止させた。混合物をジクロロメタンにより抽出した(2回)。一緒にした有機相を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣を(2.5cmのフロリジルを6cmのシリカの上に載せる)シリカ/フロリジルのプラグでろ過し、ジクロロメタンにより溶出した。ろ液を濃縮し、得られた固体をアセトニトリルから3回再結晶して、13.8gのモノマー前駆体2を白色の固体として得た(HPLCにより98.83%純粋、40%の収率)。
H−NMR(600MHz,CDCl3):δ[ppm]0.58(m,4H),1.39(quint,4H),1.93(m,4H),2.06(t,4H),3.55(s,6H),7.41(d,J=1.7Hz,2H),7.43(dd,J=1.7,8.1Hz,2H),7.50(d,J=8.2Hz,2H).
ポリマー実施例1
ポリマー実施例1は下記の構造を有する:
Figure 2019501999
ポリマー実施例1を、それぞれ50mol%の下記モノマーの、国際公開第00/53656号に開示されるようなSuzuki重合を行って、前駆体ポリマーを形成させ、続いて、前駆体ポリマーを加水分解することによって形成させた:
Figure 2019501999
ポリマーを加水分解し、そのセシウム塩を形成させるために、窒素を113mlのテトラヒドロフランに、42mlのメタノールに、そして、水酸化セシウム一水和物(0.80g、4.73mmol)の、3.4mlの水における溶液に30分間吹き込んだ。2.24gの前駆体ポリマーをテトラヒドロフランに懸濁し、65℃にまで加熱した。混合物を、ポリマーが完全に溶解するまで撹拌した。メタノールを滴下して加え、続いて、水酸化セシウム溶液を加えた。混合物を65℃で16時間撹拌し、室温にまで冷却した。溶液をろ過し、濃縮して42mlに、これを800mlのジエチルエーテルの中に沈殿させた。スラリーを10分間撹拌し、ろ過した。ポリマーを真空オーブンにおいて50℃で一晩乾燥して、2.52gのポリマー実施例1を得た(96%の収率)。
前駆体ポリマーは、78,000のMz、59,000のMw、68,000のMp、37,000のMn、及び1.58のPdを有した。
ポリマー実施例1は、LUMO準位が−2.53eVである。
デバイス実施例1
下記の構造を有する緑色りん光デバイスを調製した:
ITO/HIL(50nm)/LEL(80nm)/EIL(20nm)/Ag(100nm)
上記構造において、ITOはインジウムスズ酸化物のアノードであり、HILは正孔注入層であり、EILは電子注入層であり、LELは発光層である。
デバイスを形成するために、ITOを備える基板を、UV/オゾンを使用して洗浄化した。正孔注入層を、Nissan Chemical Industries社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り形成させた。発光層を、ホストポリマー1及び緑色りん光放射体1を発光性ドーパントとともにグローブボックスにおいてキシレン溶液からスピンコーティングすることによって形成させた。電子注入層を、リマー実施例1及びn型ドーパント1の配合物を表1に示されるような比率でメタノール溶液からスピンコーティングすることによって形成させた。カソードを銀の蒸着によって形成させた。
電子注入層をスピンコーティングした後、EILをグローブボックスにおいて80℃で10分間乾燥し、続いて、カソードを真空における熱蒸着によって堆積させた。
その後、デバイスを封入し、80℃で10分間加熱した。
Figure 2019501999
ホストポリマー1は、下記モノマーの、国際公開第00/53656号に記載されるようなSuzuki重合によって形成されるブロックコポリマーである:
ブロック1:
Figure 2019501999
ブロック2:
Figure 2019501999
緑色りん光放射体1は下記の構造を有する:
Figure 2019501999
図面の図2を参照すると、図では、ドーパントの化合物実施例1が「D1」として示され、アクセプターポリマー1が「A1」として示されるが、n型ドーパントの濃度は、デバイスの発光の色に対して影響をほとんど有していない。
図3〜図6を参照すると、n型ドーパントの濃度を増大させることにより、デバイスの電気伝導率における増大がもたらされており、このことは、n型ドーパントの濃度がより高い場合には、n型ドーピングの程度がより大きいことを示している。
デバイス実施例2
下記の構造を有する白色発光素子を調製した:
ITO/HIL(35nm)/HTL(22nm)/LEL(65nm)/EIL(20nm)/Ag(100nm)
上記構造において、ITOはインジウムスズ酸化物のアノードであり、HILは正孔注入層であり、HTLは正孔輸送層であり、LELは発光層であり、EILは電子注入層である。
デバイスを、正孔輸送層が、正孔輸送ポリマー1をキシレン溶液から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HILとLELとの間に形成され、且つ、LELが、白色ポリマー1をキシレン溶液からスピンコーティングすることによって形成されたことを除いて、デバイス実施例1について記載されるように形成させた。
ポリマー実施例1:n型−ドーパント1の重量比が、表1に示される通りであった。カソードを銀の蒸着によって形成させた。
Figure 2019501999
比較目的のために、比較用デバイス2を、電子注入層が形成されず、且つ、銀のカソードが発光層に直接に形成されたことを除いて、上記で記載されるように形成させた。
正孔輸送ポリマー1を、式 の1,4−ジアルキルフェニレン繰り返し単位体と、国際公開第2005/049546号に記載されるようなアミン繰り返し単位体と、架橋可能な基により置換される2,7−結合したフルオレン繰り返し単位体との、国際公開第00/53656号に記載されるようなSuzuki重合によって形成させた。
白色ポリマー1を、下記モノマーの、国際公開第00/53656号に記載されるようなSuzuki重合によって形成させた:
Figure 2019501999
Figure 2019501999
Figure 2019501999
図7を参照すると、比較用デバイス2の放射は、デバイス実施例2A及びデバイス実施例2Bの放射とは非常に異なっており、このことは、発光層における電荷(正孔及び電子)バランスに対する影響を示している。
図8〜図10を参照すると、デバイス実施例2A及びデバイス実施例2Bは、比較用デバイス2又は比較用デバイス2Aのいずれよりも大きい、所与の電圧における電流密度、外部量子効率及び輝度を与えている。図11を参照すると、ドーパント濃度を増大させることにより、所与の輝度を達成するために要求される出力密度が低下する。
デバイス実施例3
青色発光デバイスを、LELが、青色ポリマー1をキシレン溶液からスピンコーティングすることによって形成されたことを除いて、デバイス実施例2について記載されるように形成させた。
ポリマー実施例1:n型ドーパント1の重量比が、表3に示される通りであった。カソードを銀の蒸着によって形成させた。
Figure 2019501999
比較目的のために、比較用デバイス3を、電子注入層が形成されず、且つ、銀のカソードが発光層に直接に形成されたことを除いて、上記で記載されるように形成させた。
青色ポリマー1は、国際公開第00/53656号に記載されるようなSuzuki重合によって形成される下記の構造を有する、2,7−結合したフルオレン繰り返し単位及びアミン繰り返し単位を含む青色蛍光ポリマーである:
Figure 2019501999
図12を参照すると、光が比較用デバイス3からは認められなかった。非常に類似するスペクトルが、他のすべてのデバイスについては得られた。
図13〜図15を参照すると、電流密度、外部量子効率及び輝度が、例示的デバイスについては所与の電圧において、比較用デバイスの場合よりも大きい。
図16を参照すると、ドーパント濃度を増大させることにより、所与の輝度における出力密度が低下する。
デバイス実施例4
下記の構造を有するデバイスを調製した:
ITO/HIL(50nm)/LEL(80nm)/EIL(20nm)/Ag(100nm)
デバイスを、上記で記載されるプロセスに従って形成させた。
発光層を、ホストポリマー1及び緑色りん光放射体1(上記)の組成物をキシレン溶液からスピンコーティングすることによって形成させた。
EILを、上記のポリマー実施例1(80wt%)及びNADH(20wt%)の組成物をメタノール溶液からスピンコーティングすることによって形成させた:
Figure 2019501999
比較用デバイス4Aを、電子注入層が形成されなかったことを除いて、デバイス実施例4の場合と同様に形成させた。
比較用デバイス4Bを、NADHが電子注入層に含まれなかったことを除いて、デバイス実施例4の場合と同様に形成させた。
図17を参照すると、電子注入層を含有しない比較用デバイス4A(図17における実線)は、比較用デバイス4B(破線)又はデバイス実施例4(点線)のどちらの場合よりもはるかに低い外部量子効率を有しており、デバイス実施例4は、比較用デバイス4Bと比較した場合、類似するEQEをより低い電圧において有し、且つ、有意により大きいEQEをより高い電圧において有する。より大きいピーク効率が、比較用デバイス4A又は比較用デバイス4Bのどちらよりもデバイス実施例4によって達成される。
デバイス実施例1の構造において、アクセプターポリマー1が、イオン性置換基を持たないポリマーにより置き換えられた構造で、非極性溶液から発光層の上に堆積させられる構造を有するデバイスを形成させることは、下に位置する発光層の溶解のために可能でなかった。
本発明が、具体的な例示的実施形態に関して記載されているが、本明細書中に開示される特徴の様々な改変、変更及び/又は組合せが、下記の請求項において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は明らかであろうことが理解されるであろう。

Claims (22)

  1. 下記の式(I)の繰り返し単位を含む材料と、n型ドーパントとから形成される電荷移動塩:
    Figure 2019501999
    式中、BGは前記繰り返し単位の骨格基であり、Rは、少なくとも1つのカチオン性基又はアニオン性基を含むイオン性置換基であり、nは、少なくとも1であり、Rは非イオン性置換基であり、且つ、mは0又は正の整数である;ただし、前記材料はさらに、前記カチオン性基又はアニオン性基の電荷を釣り合わせる対イオンを含む。
  2. BGが、アリーレン基又はヘテロアリーレン基であるArである、請求項1に記載の電荷移動塩。
  3. ArがC6〜20アリーレン基である、請求項2に記載の電荷移動塩。
  4. Arがフルオレンである、請求項3に記載の電荷移動塩。
  5. 式(I)の前記単位が、下記の式(Ia)及び式(Ib):
    Figure 2019501999
    (式中、m1はそれぞれの存在において独立して、0又は正の整数である)
    から選択される、請求項4に記載の電荷移動塩。
  6. がアニオン性基又はカチオン性基である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電荷移動塩。
  7. が、下記の式(II)の基:
    −(Sp)p−(A)q
    (II)
    (式中、Spはスペーサー基である;Aはアニオン性基又はカチオン性基である;pは0又は1である;qは、pが0であるならば、1である;qは、pが1であるならば、少なくとも1である)
    である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電荷移動塩。
  8. Spが、非置換であり得る、或いは、1つ又は複数の置換基により置換され得るフェニル、及び、1つ又は複数の非隣接C原子が、O、S又はC=Oにより置換され得るC1〜20アルキレンからなる群から選択される、請求項7に記載の電荷移動塩。
  9. 式(I)の繰り返し単位を含む前記材料がポリマーである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電荷移動塩。
  10. 前記ポリマーが、式(I)の繰り返し単位と、1つ又は複数の共繰り返し単位とを含むコポリマーである、請求項9に記載の電荷移動塩。
  11. 前記ポリマーが、下記の式(III)の共繰り返し単位:
    Figure 2019501999
    (式中、ArはC6〜20アリーレン基である;Rは、少なくとも1つのシアノ基を含む置換基である;aは、少なくとも1である;R17は置換基である;bは0又は正の整数である)
    を含む、請求項10に記載の電荷移動塩。
  12. 式(I)の前記繰り返し単位が前記ポリマーの前記繰り返し単位の0.1mol%〜90mol%である、請求項10又は11に記載の電荷移動塩。
  13. 前記n型ドーパントが2,3−ジヒドロ−1H−ベンゾイミダゾールを含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の電荷移動塩。
  14. 式(I)の繰り返し単位を含む前記材料:n型ドーパントの重量比が99:1〜30:70の範囲である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の電荷移動塩。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載される電荷移動塩を形成する方法であって、式(I)の繰り返し単位を含む前記材料と、前記n型ドーパントとを含む組成物を活性化して、前記n型ドーパントにより、式(I)の単位を含む前記材料へのドーピングを生じさせる工程を含む、方法。
  16. 請求項1〜14のいずれか一項に記載される電荷移動塩を含む層を含む有機電子デバイス。
  17. 前記有機電子デバイスが、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間における発光層とを含む有機発光デバイスであり、且つ、前記電荷移動塩を含む前記層が、前記発光層と前記カソードとの間における電子注入層である、請求項16に記載の有機電子デバイス。
  18. 前記電子注入層が前記発光層と接している、請求項17に記載の有機電子デバイス。
  19. 式(I)の繰り返し単位を含む材料を極性溶媒から堆積させる工程を含む、請求項16〜18のいずれかに記載されるデバイスを形成する方法。
  20. 下記の式(I)の繰り返し単位を含む材料と、n型ドーパントとを含む組成物:
    Figure 2019501999
    式中、BGは前記繰り返し単位の骨格基であり、Rは、少なくとも1つのカチオン性基又はアニオン性基を含むイオン性置換基であり、nは、少なくとも1であり、Rは非イオン性置換基であり、且つ、mは0又は正の整数である;ただし、前記材料はさらに、前記カチオン性基又はアニオン性基の電荷を釣り合わせる対イオンを含む。
  21. 請求項19に記載される組成物と、少なくとも1つの極性溶媒とを含む配合物。
  22. 請求項1〜13のいずれかに記載される電荷移動塩を含む有機電子デバイスの層を形成する方法であって、請求項20に記載される配合物を表面に堆積させる工程、前記少なくとも1つの溶媒を蒸発させる工程、及び、前記n型ドーパントを活性化する工程を含む、方法。
JP2018531212A 2015-12-18 2016-12-16 電荷移動塩、電子デバイス及びそれらの形成方法 Active JP6898930B2 (ja)

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