JP4049948B2 - エレクトロルミネセント材料としてポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン]を含む有機発光ダイオード(oled) - Google Patents
エレクトロルミネセント材料としてポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン]を含む有機発光ダイオード(oled) Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネセント材料として新規のポリ(p−フェニレンビニレン)誘導体、即ちポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン](M3EH−PPV)の使用方法に関する。
【0002】
本発明は、また、前記材料を主成分として、著しく向上した操作温度で注目される有機発光ダイオード(OLED)に関し、また溶液から薄膜の形で基板、又は被覆された基板に前記M3EH−PPVを直接塗布することにより前記OLEDを製造する方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
半導体有機ポリマーを利用したこと、及びこれらの共役ポリマーを発光成分の製造に適用出来ることを実証したこと(J.H.Bouroughes 等、Nature 347 、539 (1990年);Tang、Vanslyke、Appl.Phys.Lett.51、913 (1987年))が、有機ルミネセントダイオードの開発、及び更にはそれを主成分とするディスプレイに関する世界規模での強力な研究の始まりであった。ある程度までは比較的高い解像度及び高コストのディスプレイに使用出来る三元及び四元のA3B5化合物を基本的に主成分とする無機LEDとは対照的に、有機発光体はコストミニマム指向のディスプレイとして極めて有望な可能性を持つと評価されている。液晶ディスプレイとは対照的に、エレクトロルミネセントディスプレイは、自己発光性(self luminous)であると言う長所を持ち、従って追加のバックライト光源(rear light souce)を必要としない。
【0004】
共役ポリマーを含むLEDによって、大面積の発光表面も高解像度ディスプレイも実現することが出来た。このような発光セル(cell)の主要構造を図1に示している。この例では、発光層4は、大抵はインジウム錫酸化物(ITO)から成る正孔供与性のコンタクト層5と、電子注入のコンタクト層(Ca/Al、Al、Mg/Ag)6の間に埋め込まれている。この場合、ガラス又はプラスチック、例えばPET、のような光透過性材料が基板7として使用される。追加の電子輸送層や正孔輸送層を導入すること、及び電荷キャリア−輸送層を再結合ゾーンから分離することのような構成要素の構造を更に最適化することによって、効率、ルミネセンス及び寿命に関して各構成要素の性能が大幅に向上した。
【0005】
正孔輸送性もあり、再結合にも適するOLED用によく使用される材料は、MEH−PPVと呼ばれるポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチレンヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン](n≧5)である。
【0006】
【化1】
【0007】
このポリマー、すなわち発光層4は、可溶性であり、ナイフ塗布(knifing)又はスピンコーティングのような好適な方法を使って基板上に塗布することが出来る、特別なPPV誘導体である。
【0008】
MEH−PPVを使い単層構造体も多層構造体も旨く作製することが可能である。前述の材料を使うと、単層構造体の場合、極めて高量子収率のダイオードを作製することが可能である[Braun及びHeeger;Appl.Phys.Lett.,58巻、1982頁(1991年)]。
【0009】
MEH−PPVを使い優れた結果が得られてきたけれども、OLEDの全般的性質が更に向上することは確実である。例えば、MEH−PPVの1つの欠点はガラス転移温度(Tg)が≦68℃と比較的低く、この材料を主成分とするOLEDの操作温度範囲、従ってその適用性には限りがある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、向上した全般的性質を有する有機発光ダイオード(OLED)を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要構造は図1に示すものと同一であるので、図1に従って本発明を説明する。
【0012】
驚くべきことに、次の式の少なくとも5回の繰り返し単位を持つ新規のPPV誘導体、即ちポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン](M3EH−PPV)は、溶液からの薄膜形成性があり、エレクトロルミネセント材料として特に好適である完全な可溶性の半導体材料であることが判った。
【0013】
【化2】
【0014】
M3EH−PPVはMEH−PPVと比較して、ほぼ等しい光学的特性を持ちながら、驚くべきことに、向上した熱特性を持っている。従って、示差走査熱量測定法(DSC)を使って測定したM3EH−PPVのガラス転移温度(Tg)は108℃であり、MEH−PPVのTgより40K高い。本発明によるM3EH−PPVの諸特性は図2に要約してある。
【0015】
M3EH−PPVは、ホーナーの方法(HORNER METHOD)(例えば、DD 51436、D 84272を参照されたい)によって、例えば、ベンゼン、クロロベンゼン、トルエン、又はキシレンのような有機溶媒の中で、カリウムtert-リブチラート、ナトリウムエチラート又は水素化カリウムのような強塩基性縮合剤の作用のもとで、2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)テレフタルアルデヒドと、2,5−ジメトキシ−p−キシリレンビス(ジエチル−ホスホナート)の縮合重合を使って調製することが出来る。調製に関する第2番目の、更にコスト効率のよい方法は、2,5−ジメトキシテレフタルアルデヒドと、2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−p−キシリレンビス(ジエチルホスホナート)とのインバース(inverse)縮合重合がある、と言うのは、2,5−ジメトキシテレフタルアルデヒドは、2−メトキシ−5−(2’−エチルヒキシルオキシ)テレフタルアルデヒドと比較して、入手しやすい出発材料だからである。
【0016】
縮合成分として必要なビスホスホナートは、例えばミカエリス−アルブーゾフ(Michaelis−Arbusov)反応を使って、対応するビス(ハロメチル)化合物とトリエチルホスファイトから容易に得ることが出来る。
【0017】
極めて高いTg値を得るために、有機発光ダイオード(OLED)の中にエレクトロルミネセント材料としてM3EH−PPVを使用すると、操作温度範囲が広がったOLEDが生成し、従って更に使い易い成分が得られる。従って、本発明は、基板7に被覆された1層以上の活性層を含むOLEDに関するのものであり、少なくとも発光活性層のうちの1層はM3EH−PPVから成る。本発明で意味する“活性層”は、電界を印加した時に、この層が光を放出出来る層(発光層)、および/または正電荷および/または負電荷の注入および/または輸送を向上させる層(電荷注入又は電荷輸送層)を表す。従って、本発明のOLEDは、最も初歩的変形体では、基板7上に被覆された電荷キャリア注入コンタクト層5から成り、そのコンタクト層5上にはM3EH−PPVの発光層4が配置され、この層4は反対符号の電荷キャリアを注入する第2のコンタクト層6によって被覆されていて、コンタクト層の1層は光学的に透明でなければならない。
【0018】
本発明の材料は可溶性である結果、M3EH−PPVは他の電気的活性材料とのブレンド物としても使用することが出来る。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明のOLEDを形成するに当たっては、原則として、当業者には公知であり、そして米国特許第5,408,109号、米国特許第5,247,190号又は米国特許第5,719,467号に記載されているような層に使用される、全ての層構造体及び材料が可能である。慣用的には、OLEDは、カソードとアノードの間にエレクトロルミネセント層を含み、その場合、OLEDは両電極の少なくとも1極は透明でなければならない。更に、1層以上の電子注入層および/または電子輸送層がエレクトロルミネセント層とカソードの間に、および/または1層以上の正孔注入層および/または正孔輸送層がエレクトロルミネセント層とアノードの間に、導入されてもよい。金属又は金属合金、例えばCa、Mg、Al、In、Mg/Ag、をカソードとして使用してもよい。Auのような金属、又は他の金属性導電性材料、例えばITO、を透明基板上でアノードして使用してもよい。
【0020】
操作に当たっては、カソードがアノードに対して負の電位に設定される。結果として、電子はカソードから電子注入層/電子輸送層へ注入されるか、又は直接発光層へ注入され、同時に正孔はアノードから正孔注入層/正孔輸送層へ注入されるか、又は直接発光層へ注入される。
【0021】
印加電圧の影響のもとで、注入された電荷キャリアは活性層を通って互いに別の方向へ移動する。この結果、電荷輸送層と発光層との間の境界面で、又は発光層内部で電子/正孔対が生成し、この電子/正孔対は光の放出を伴って再結合する。しかしながら、本発明によると、他ならぬ重要な課題は、発光層、又は発光層の1層はM3EH−PPVから成ることである。
【0022】
本発明は、本発明のOLEDの製造方法にも関するものであり、この場合、M3EH−PPVは、例えばナイフ塗布又はスピンコーティングによって、溶液から薄膜の形で基板7に、又は被覆された基板7に直接塗布されるが、必要に応じてこの溶液は、溶液から薄膜を形成する別の電気的活性材料を含んでもよい。これらの方法は当業者には公知である。本発明の特に好ましい実施態様ではテトラクロロエタンに溶解したM3EH−PPV溶液が使用される。
【0023】
実施態様を参考にして下記で本発明を更に詳細に説明する。
【0024】
Tg:ガラス転移温度、示差走査熱量測定法(DSC)を使って測定される
Mw:重量平均分子量
Mn:数平均分子量
VPO:蒸気圧浸透圧法(例えば、ヘドロン、ケルン、ブロウンの高分子化学の実験方法(Chedron、Kern、Brown、Praktikum der Makromolekularen Chemie)を参照されたい)
GPC:ゲル浸透クロマトグラフィーであり、標準物質はポリスチレン(PS)
【0025】
実施態様:
実施例1:
ポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン](M3EH−PPV)の調製
2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)テレフタルアルデヒド(2.92g;10ミリモル)と、2,5−ジメトキシ−p−キシリレンビス(ジエチルホスホナート)(4.38g;10ミリモル)を加熱しながら、トルエン(100ml)に溶解させ、アルゴン雰囲気のもとでカリウムtert-ブチラート(3,40g;30ミリモル)を加える。このバッチを加熱して4時間還流する。冷却した後、10%塩酸(50ml)を使って加水分解する。トルエン相を分離し、水で洗浄した後、水分離器を使って乾燥する。この溶液を濾過し、濃縮した後、メタノールに注いで沈澱させる。赤色粉末を吸い上げてメタノールで5時間抽出した後、一定の重量になるまで乾燥する。
収量:3.0g(理論値の72%);Mn;5,000(GPC);
Mw;13,000(GPC)
【0026】
実施例2:
M3EH−PPVの代替調製
2,5−ジメトキシテレフタルアルデヒド(1.94g;10ミリモル)と、2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−p−キシリレンビス(ジエチルホスホナート)(5.37g;10ミリモル)を加熱しながら、トルエン(150ml)に溶解させ、アルゴン雰囲気のもとでカリウムtert-ブチラート(3,40g;30ミリモル)を加える。このバッチを加熱して4時間還流する。冷却した後、10%塩酸(50ml)を使って加水分解する。トルエン相を分離し、水で洗浄した後、水分離器を使って乾燥する。この溶液を濾過し、濃縮した後、メタノールに注いで沈澱させる。赤色粉末を吸い上げてメタノールで5時間抽出した後、一定の重量になるまで乾燥する。
【0027】
実施例3:
OLEDの作製
スピンコーティングによりITO面にM3EH−PPV薄膜を塗布されたITO(インジウム錫酸化物)被覆ガラス板(R=18Ω/□)から成る発光ダイオードを作製した。1,1,2,2−テトラクロロエタンに溶解した1.5質量%のM3EH−PPVの溶液からこの薄膜を作製した。こうして生成した均一なポリマー薄膜の層厚は約100nmであった。テンプレートを使い真空蒸着によってCa/Al コンタクト部(50nm/200nm)をこのポリマー薄膜に塗布した。テンプレートを使うことによりこの成分の作用面積は20mm2に限定された。
【0028】
実施例4:
OLEDの作製
スピンコーティングによりITO面にM3EH−PPV薄膜を塗布されたITO被覆ガラス板(R=18Ω/□)から成る発光ダイオードを作製した。この薄膜を1,1,2,2−テトラクロロエタンに溶解した1.5質量%のM3EH−PPVの溶液から作製した。こうして生成した均一なポリマー薄膜の層厚は約100nmであった。ポリスチレン(PS)と2−(4−ビフェニル)−5−(4−tert-ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾールの混合物(80:20重量%)から成る電子伝導層としての第2ポリマー層でスピンコーティングによりこのポリマー薄膜を塗布した。このために、シクロヘキサンに溶解したPSとオキサジアゾールの3重量%溶液を使用した。層厚は約60nmであった。
【0029】
テンプレートを使い8×10-5トル(torr)で真空蒸着によりCa/Alコンタクト部(50nm/200nm)を前記の電子伝導性ポリマー上に真空蒸着させた。テンプレートを使うことによりこの成分の作用面積は20mm2に限定された。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、有機発光ダイオード(OLED)のエレクトロルミネセント材料として新規のポリ(3MEH−PPV)を用いることにより、熱特性に優れ、従って操作温度範囲が広がったOLEDを得ることができる。
【0031】
また、上記M3EH−PPVは、溶液から薄膜として成形できるので、基板または被覆された基板に薄膜として塗布できるだけでなく、可溶性であるので、他の電気気的活性材料とのブレンド物としても使用することが出来て適用性が広く、また出発材料が比較的入手しやすいため、コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】有機発光ダイオード(OLED)の基本構造を示した斜視図。
【図2】本発明によるM3EH−PPVの諸特性を示したグラフである。
【符号の説明】
4 発光層
5 第1のコンタクト層(インジウム錫酸化物(ITO)コンタクト層)
6 第2のコンタクト層
7 基板
Claims (9)
- 基板上に被覆された1層以上の活性層を含み、発光活性層の少なくとも1層がポリ(p−フェニレンビニレン)誘導体(PPV誘導体)から成る有機発光ダイオード(OLED)であって、前記PPV誘導体がポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン](M3EH−PPV)であることを特徴とする有機発光ダイオード(OLED)。
- 前記発光M3EH−PPV層が、基板上に被覆された電荷キャリア注入コンタクト層上に配置され、かつ反対符号の電荷キャリアを注入する第2コンタクト層によって覆われ、前記コンタクト層の1層は光学的に透明であることを特徴とする、請求項1に記載のOLED。
- 前記発光M3EH−PPV層が正孔輸送層及び電子輸送層の中に埋め込まれることを特徴とする、請求項1に記載のOLED。
- 前記発光M3EH−PPV層の厚さが10nmから1μmであることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか記載のOLED。
- 前記発光層がM3EH−PPVに加えて別の電気的活性材料を含むことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載のOLED。
- 必要に応じて他の電気的活性材料を含む前記ポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン]が、必要に応じて被覆されている基板に、溶液から薄膜の形で、直接塗布されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の有機発光ダイオードの製造方法。
- 前記M3EH−PPVが有機溶媒としてのテトラクロロエタンに溶解されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- エレクトロルミネセント材料としてのポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン−2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン−1,2−エテニレン](M3EH−PPV)の使用方法。
- 他の電気的活性材料とブレンド物の形であることを特徴とする、請求項8に記載の使用方法。
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