JP5976655B2 - ポリマーおよび有機発光デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、特に有機発光デバイスで用いる電荷移動および発光ポリマーに関する。
活性有機物質を含む電子デバイスは、有機発光ダイオード、有機光応答性デバイス(特に、有機光起電力デバイスおよび有機光検出器)、有機トランジスターおよびメモリアレイデバイスなどのデバイス用にますます注目されている。有機物質を有するデバイスは、低重量、低電力消費量および柔軟性などの利点を提示する。さらに、溶解性有機物質の使用は、デバイス製造での溶液処理、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。
図1を参照して、有機発光デバイス(OLED)は、陽極2、陰極4および発光材料を含む陽極と陰極との間の有機発光層3を支える基板1を有していてもよい。
操作では、ホールが陽極2を介してデバイスに注入され、電子がデバイスの操作中に陰極4を介して注入される。ホールおよび電子は発光層で結合して、光としてそのエネルギーを放出する励起子を形成する。デバイスから発光された光の色は、発光材料のHOMO−LUMOバンドギャップ(すなわち、最高被占軌道−最低空軌道バンドギャップ)に少なくとも一部分依存する。
適切な発光材料は、小分子重合体樹枝状材料を含む。層3で用いる適切な発光ポリマーは、共役ポリマー(すなわち、ポリマー骨格中の隣接する繰り返し単位が共役されたポリマー)、例えば、(p−フェニレンビニレン)などのポリ(アリーレンビニレン)およびポリフルオレンなどのポリアリーレンを含む。
またはもしくはさらに、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、半導体ホスト材料から発光ドーパントにエネルギーが移動される。例えば、J.Appl.Phys.65、3610頁、1989年は、蛍光発光ドーパントでドープされたホスト材料(すなわち、光が一重項励起子の崩壊によって発光される発光材料)を開示しており、Appl.Phys.Lett.、2000年、77、904頁は、燐光発光ドーパントでドープされたホスト材料(すなわち、光が三重項励起子の崩壊によって発光される発光材料)を開示している。ホストとして効果的に機能するために、ホスト材料の適切な励起状態のエネルギー準位は、ホストが使用される発光ドーパントより高いことが必要である(例えば、蛍光エミッタについての一重項励起状態のエネルギー準位Sおよび燐光エミッタについての三重項励起状態のエネルギー準位Τ)。
発光材料またはホスト材料としての共役ポリマーの使用は、ポリマー溶解性などの多くの有利な特性を付与して、溶液コーティングまたはスピンコーティングやインクジェット印刷などの印刷技術によって材料を蒸着することおよび高導電性を可能とし得る。
しかし、共役ポリマーの隣接する繰り返し単位間の共役は、それら繰り返し単位が由来するモノマーの励起状態のエネルギー準位と比較してポリマーの励起状態のエネルギー準位を低下させる効果を有し、例えば、複数のフルオレン単位を共役させることは、単独の繰り返し単位より低い励起状態のエネルギー準位を備えた共役鎖を生み出す。したがって、ポリマーの骨格に沿った拡張共役の存在は、特に、可視スペクトルの短波長(青色)端でおよび/またはポリマーがホストとして機能することができる発光ドーパントの範囲で、そのポリマーで達成可能な発光の色を制限する可能性がある。
国際公開第2005/013386号パンフレットは、ホストポリマー材料および発光金属複合体を含む有機発光デバイスが開示されており、ポリマー材料は、部分または完全非共役繰り返し単位を含んでいてもよい。
国際公開第02/066537号パンフレットは、ポリマー鎖間のスタッキングを低減し、ポリマーの共役を減少させるために、ポリマー骨格の面からねじれた繰り返し単位を含む共役ポリマーを開示している。
国際公開第02/26856号パンフレットは、式(I)の繰り返し単位を含むポリマーを開示している:
Figure 0005976655
式中、Xは、結合a−bと結合b−dのまわりの結合c−dとの間で少なくとも5°のねじれ角がある。
単独で、三重項励起子の存在は、比較的長命の三重項励起状態を有していてもよく、三重項−三重項または三重項−一重項相互作用の結果、OLED寿命に不利になり得ることが仮定される(本明細書で使用されるようなOLED寿命は、定電流でOLEDの輝度が初期輝度値から50%下がるのにかかる時間の長さを意味する)。
米国特許第2007/145886号明細書は、三重項−三重項または三重項−一重項相互作用を防ぐまたは低減するために、三重項消光材料を含むOLEDを開示している。
国際公開第2005/013386号パンフレット 国際公開第02/066537号パンフレット 国際公開第02/26856号パンフレット 米国特許第2007/145886号明細書
J.Appl.Phys.65、3610頁、1989年 Appl.Phys.Lett.、2000年、77、904頁
第1の態様では、本発明は発光組成物を提供し、発光組成物は、蛍光発光材料を含み、ポリマーの骨格内に共役繰り返し単位および非共役繰り返し単位を有するポリマーを含み、
共役繰り返し単位は、それに結合された繰り返し単位間に少なくとも1つの共役経路をもたらし、
非共役繰り返し単位は、非共役繰り返し単位が存在しないポリマーと比較してポリマーの共役を低減し、
発光材料の三重項励起状態のエネルギー準位は、非共役繰り返し単位の三重項励起状態のエネルギー準位より高い。
非共役繰り返し単位は、それに結合された繰り返し単位間に共役経路をもたらさなくてもよい。
蛍光発光材料は、ポリマーの繰り返し単位でもよい。
ポリマーの蛍光発光繰り返し単位は、式(V)の繰り返し単位を含んでもよい:
Figure 0005976655
式中、各存在でのArおよびArは、置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基から独立して選択され、nは1以上であり、好ましくは1または2であり、RはHまたは置換基であり、好ましくは置換基であり、pおよびqはそれぞれ独立して1、2または3であり、式(V)の繰り返し単位のアリール基またはヘテロアリール基は、直接結合または二価基によって互いに結合されていてもよい。
Rは−(Arであり、Arはそれぞれ置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基を独立して表し、rは少なくとも1でもよい。
非共役繰り返し単位は、隣接する繰り返し単位間に交互の飽和および不飽和結合の共役経路がないように隣接する繰り返し単位に結合されていてもよい。
非共役繰り返し単位は、非共役繰り返し単位が結合された繰り返し単位間の少なくとも1つの経路に少なくとも1つのsp混成炭素原子を含んでもよい。
非共役繰り返し単位は、少なくとも1つの隣接する繰り返し単位の面からねじれていてもよい。
共役繰り返し単位は、置換されていてもよいアリーレン繰り返し単位を含んでもよい。
共役繰り返し単位は、式(IV)の繰り返し単位を含んでもよい:
Figure 0005976655
式中、RおよびRは独立してHまたは置換基であり、RおよびRは結合されて環を形成していてもよい。
非共役繰り返し単位は、ペリレンを含まなくてもよい。
非共役繰り返し単位は、蛍光発光材料を含まなくてもよい。
蛍光発光材料は、式(V)の繰り返し単位を有し、Rは三重項消光性基を有してもよい。
非共役繰り返し単位は、ポリマー中の繰り返し単位の総数の少なくとも5mol%、好ましくは少なくとも10mol%を有してもよい。
ポリマーは、少なくとも2つの異なる共役繰り返し単位を有してもよい。
ポリマーは、少なくとも2つの異なる非共役繰り返し単位を有してもよい。
第2の態様では、本発明は、有機発光デバイスを提供し、有機発光デバイスは、陽極、陰極、および陽極と陰極との間の発光層を含み、発光層は、第1の態様による発光組成物を有する。
第3の態様では、本発明は、第1の態様による発光組成物を形成する方法であって、共役単位を含むモノマー、および非共役単位を有するモノマーを含む重合混合物を重合するステップを有する方法を提供する。
重合混合物は、発光単位を含むモノマーを有してもよい。
重合は、金属挿入重合であり、モノマーはそれぞれ、金属挿入重合に関与することができる少なくとも2つの脱離基を有してもよい。
脱離基はそれぞれ、ハロゲン、好ましくは臭素またはヨウ素、ボロン酸またはそのエステル、およびスルホン酸またはその誘導体から独立して選択されてもよい。
第4の態様では、本発明は、発光組成物中の三重項励起子を消光し、非共役繰り返し単位が存在しないポリマーと比較してポリマーの共役を低減する、ポリマー中の非共役三重項消光繰り返し単位の使用を提供し、発光組成物は、蛍光発光材料を含み、ポリマーの骨格内に共役繰り返し単位および非共役三重項消光繰り返し単位を有するポリマーを有し、
共役繰り返し単位は、それに結合された繰り返し単位間に少なくとも1つの共役経路をもたらし、
発光材料の三重項励起状態のエネルギー準位は、非共役三重項消光繰り返し単位の三重項励起状態のエネルギー準位より高い。
本発明を以下に図面を参照してより詳細に説明する。
有機発光デバイスを概略的に示す。 蛍光OLEDからの光の発光および三重項励起子の消光を示すエネルギー伝達図である。 比較例のデバイスの寿命を示す。 比較例のデバイスの三重項密度を示す。 比較例のデバイスからの遅延蛍光を示す。 比較例のデバイスからのデトラップパルスを備えた遅延蛍光を示す。
図2は、発光ポリマー(すなわち、発光繰り返し単位を含むポリマー)を有するOLEDについてのエネルギー伝達機構を示し、発光ポリマーは、一重項励起状態のエネルギー準位SIEおよび一重項基底状態のエネルギー準位SOEを有する。疑念を回避するために、エネルギー準位は縮尺どおりに描かれていない。
エネルギーSIEを有する一重項励起子は、図1でS1EとS0Eとの間の実線矢印によって説明された蛍光hvの発光によって崩壊するが、エネルギーTIEを有する三重項励起子は、このプロセスがスピン禁止されるので、発光S0Eに発光的に崩壊しない可能性がある。したがって、三重項励起子は増加する可能性があり、三重項−三重項励起子相互作用または三重項−一重項励起子相互作用が、発光ポリマー上で「超励起」状態を引き起こす可能性がある。任意の理論によって拘束されることを望むものではないが、発光ポリマー上のこれらの高エネルギー超励起状態の形成は、OLED寿命に悪影響をもたらす可能性があると考えられる。TIEより低い励起三重項状態エネルギー準位TIQを有する三重項消光単位を設けることによって、三重項受容単位に消光のために三重項励起子を移動させることが可能である。
しかし、本発明者らは、発光ポリマーを三重項消光材料と混合したとしても、非共役単位のない発光ポリマーと比較して、共役単位および非共役単位を含むポリマーを含む蛍光OLED組成物の寿命が著しく低下することが分かった。
さらに、本発明者らは、前記非共役単位のない発光ポリマーを含むOLEDと比較して、非共役単位を備えたポリマーを含むOLEDは、比較的高い三重項励起子密度を有することが分かった。
任意の理論によって拘束されることを望むものではなく、三重項励起子は、共役ポリマー鎖(三重項励起子拡散はデクスター・トランスファーによって決定される)に沿って比較的自由に移動することができるが、共役の切断に達する場合にポリマー鎖上で捕捉されると考えられる。したがって、非共役単位を含むポリマーと混合された三重項消光材料の混合は、非共役単位を含むポリマー上の三重項励起子がより遅い拡散速度を有し、したがって、三重項消光材料に接触することが少ないので、非共役単位のないポリマーを含むOLEDと比較してOLED寿命を向上させるのに有効ではない。
三重項消光材料に接触する三重項励起子の可能性を増大させるために、本発明は、両方がポリマー骨格に反って共役を低減または切断し、三重項励起子消光サイトをもたらす繰り返し単位を含む共役ポリマーを提供する。任意の理論によって拘束されることを望むものではないが、ポリマーの非共役サイトに三重項消光単位を設けることは、それらのサイトでの三重項励起子の低減された移動性により非共役サイトでそうでなければ増加する三重項励起子を消光する役目をすると考えられる。
発光組成物
ポリマーは、共役繰り返し単位および非共役三重項消光繰り返し単位の両方を有する。ポリマーは、発光、電子輸送および/またはホール輸送機能の1つまたは複数をもたらしてもよく、それらの機能の1つまたは複数をもたらすためにさらなる繰り返し単位を有していてもよい。または、それらの機能の1つまたは複数は、ポリマーに混合された材料によってもたらされてもよい。
例えば、ポリマーは、例えば、国際公開第00/55927号パンフレットおよび米国特許第6,353,083号明細書に開示されたような、ホール輸送領域、電子輸送領域および発光領域から選択された2つ以上の領域を有していてもよく、1つより多い機能が、単一領域によって行われてもよい。特に、単一領域は、電荷移動および発光の両方が可能であってもよい。
領域は、それぞれ単一繰り返し単位を有していてもよく、例えば、トリアリールアミン繰り返し単位は、ホール輸送領域であってもよい。または、領域はそれぞれ、電子輸送領域としてのポリフルオレン単位鎖などの繰り返し単位鎖であってもよい。そのようなポリマー内の各領域は、米国特許第6,353,083号明細書のようにポリマー骨格に沿って、または国際公開第01/62869号パンフレットのようなポリマー骨格から懸垂した基として、独立して設けられていてもよい。
発光材料
発光材料は、共役および非共役繰り返し単位を含むポリマーと混合された個別の材料であってもよい。または、発光材料は、そのポリマーの繰り返し単位として設けられていてもよい。
例示的な発光繰り返し単位は、式(V)の繰り返し単位を含む:
Figure 0005976655
式中、各存在でのArおよびArは、置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基から独立して選択され、nは1以上であり、好ましくは1または2であり、RはHまたは置換基であり、好ましくは置換基であり、pおよびqはそれぞれ独立して1、2または3である。
Rは、アルキル基または−(Arであることが好ましく、ここで、Arおよびrは上記の通りである。
Ar、ArおよびArのいずれかは、1つまたは複数の置換基と独立して置換されてもよい。好ましい置換基は、上記のようなRから選択される。
式(V)の繰り返し単位中のアリール基またはヘテロアリール基のうちのいずれかは、直接結合、または二価の結合原子または基によって結合されていてもよい。好ましい二価の結合原子および基としては、O、S、置換Nおよび置換Cが挙げられる。
二価結合基の置換Nまたは置換Cが、存在する場合、各存在で独立して−NRまたは−CR −であってもよい。
1つの好ましい配列では、RはArであり、Ar、ArおよびArはそれぞれ独立して1つまたは複数の炭素数が1〜20のアルキル基で置換されていてもよい。
式1を満たす好ましい単位は、式1〜3の単位を含む:
Figure 0005976655
式中、ArおよびArは上記定義された通りであり、Arは置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基であり、ここで、Rはそれぞれ、アルキル基、および1つまたは複数のアルキル基と置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基からなる群から独立して選択される。
Arのための任意の置換基は、存在する場合、式(V)に関して上記の通りであってもよい。
他の好ましい配列では、式(V)のアリール基またはヘテロアリール基はフェニル基であり、各フェニル基は1つまたは複数のアルキル基で置換されていてもよい。
他の好ましい配列では、Ar、ArおよびArは、フェニル基であり、それぞれは1つまたは複数のC1〜20のアルキル基で置換されてもよく、r=1である。
さらに他の好ましい配列では、Ar、ArおよびArは、フェニル基であり、それぞれは1つまたは複数のC1〜20のアルキル基で置換されてもよく、r=1であり、ArおよびArはOまたはS原子によって結合されている。
式(V)の単位が発光材料として使用される場合には、アリールアミン繰り返し単位の割合は、約30mol%以下であってもよい。
ポリマーは、青色発光ポリマーであってもよく、0.2未満のCIE(y)値で光ルミネセンスを示すポリマーであってもよい。
非共役三重項消光繰り返し単位
非共役三重項消光繰り返し単位は、その単位が存在しないポリマーと比較してポリマーの共役を低減し、次のものの1つまたは複数によって設けられていてもよい。
i)非共役繰り返し単位に結合された繰り返し単位間に、交互の飽和および不飽和結合、特に、交互の単結合および二重結合の経路がないように、繰り返し単位の原子を介して三重項消光繰り返し単位を結合する、および
ii)繰り返し単位および少なくとも1つの隣接する繰り返し単位のpi軌道が、同じ平面にないように、繰り返し単位と少なくとも1つの隣接する繰り返し単位との間にねじれを形成し、それによって隣接する繰り返し単位のpi軌道の重なりを低減または除去する。
(i)に関して、これは次のものによって達成されてもよい。
(a)共役経路に、1つまたは複数のsp混成炭素原子などの1つまたは複数の非共役原子を設ける、および/または、
(b)非共役繰り返し単位に結合された繰り返し単位間に交互の飽和および不飽和結合の経路がないように、繰り返し単位が、隣接する繰り返し単位に介して結合される原子を選択する。
(i)(b)を参照して、隣接する繰り返し単位への共役に対する繰り返し単位の結合位置の選択の影響は、下記によって説明される。
Figure 0005976655
この場合、フェニル単位Bの1,4結合は、単位A、Cの間に共役経路を与え、3単位の共鳴構造が引き出されることができる。しかし、結合が1,3位置を介する場合には、単位A、C間の交互の二重および単結合の経路はない。
Figure 0005976655
したがって、当然のことながら、繰り返し単位は、それ自体内部共役されてもよい一方、その繰り返し単位が結合される位置が、繰り返し単位がそれに結合された繰り返し単位間に共役経路をもたらす共役繰り返し単位であるかどうかを決定し得る。
(ii)に関して、これは、ねじれを引き起こすように三重項消光単位と1つまたは複数の隣接する繰り返し単位との間で立体障害を引き起こすように、1つまたは複数の置換基を三重項消光繰り返し単位上に置くことによって達成され得る。特に、三重項消光単位の結合位置に隣接する1つの原子または複数の原子上に位置する1つまたは複数の置換基が、三重項消光単位と隣接する単位との間でねじれを引き起こし得る。1つの置換基または複数の置換基は、三重項消光単位、または隣接する単位上に設けられていてもよい。1つの配列では、1つの置換基が、三重項消光単位の結合原子に隣接する三重項消光単位の原子上にあってもよく、1つの置換基は、2つの置換基間で立体障害を引き起こすように、隣接する単位の結合原子に隣接する隣接単位の原子上にあってもよい。
非共役単位の導入の際のポリマー共役の低減は、非共役単位を含まないポリマーと比較して、次の変更のうちのいずれか1つによって証明され得る。ポリマーからのピーク光ルミネセンス発光のより短波長への変化、ポリマーの光ルミネセンスCIE(y)値の少なくとも0.01の低減、または電子単電荷デバイスで測定可能な電子電流の低減。
例示的な非共役三重項消光繰り返し単位としては、隣接する繰り返し単位に非共役結合された1つまたは複数の単環式または多環式環を有する芳香族またはヘテロ芳香族化合物が挙げられ、1つまたは複数の単環式または多環式環は、1つまたは複数のアルケニルまたはアルキニル基、例えば、アントラセンおよびアンタントレンなどの多環芳香族炭化水素、およびその誘導体、ジスチリルベンゼン、ジスチリルビフェニルなどのジスチリルアリールおよびその誘導体、スチルベン、フルベン、ジベンゾフルベン、シクロオクタテトラエンなどの環状ポリエンを含む線形ポリエン(2〜6のアルケン)、Handbook of Photochemistry、第二版、Steven L Murov、Ian Carmichael and Gordon L Hugに記載されたさらなる材料を含んでいてもよく、それらの内容は、引用することによって本明細書に含めるものとする。前記各繰り返し単位は、繰り返し単位(IV)を参照して以下に説明されるように、1つまたは複数の基R1で例えば置換されてもよい。例えば、前記各非共役三重項消光繰り返し単位は、1つまたは複数のC1〜20のアルキル基などの1つまたは複数のアルキル基で置換されてもよい。
当然のことながら、三重項消光繰り返し単位で用いるいずれかの付与された繰り返し単位の適応性は、その単位がエミッタより低い三重項励起状態のエネルギー準位を有するかどうかに依存する。
三重項消光機能をもたらす基は、共役の切断がポリマー骨格に沿って形成されるように、ポリマー骨格にそれ自体挿入されていてもよい。または、三重項消光性基は、式(II)の繰り返し単位におけるなどの共役の切断をもたらすポリマー骨格中の単位から懸垂していてもよい。
Figure 0005976655
式中、CBは共役切断単位であり、Spはアルキル基などのスペーサー基であり、TOは三重項消光基であり、mは0または1である。
例えば、式(V)の繰り返し単位のN個の原子は、ポリマー骨格に沿って共役の切断を形成し、したがって、この単位は、任意の適切な三重項消光単位で置換されて非共役三重項消光単位を形成し得る。置換基−(Sp)−TQは、置換基Rとして、または式(V)のArの置換基として設けられていてもよい。
三重項消光非共役繰り返し単位は、ポリマー中の繰り返し単位の総モル数の少なくとも5mol%、少なくとも10molを有してもよい。1つの範囲は15〜50mol%であってもよい。
三重項消光非共役繰り返し単位は、式(I)を有していてもよく、ここで、TQNCは三重項消光非共役繰り返し単位であり、は繰り返し単位の接続結合を示し、θは120°〜180°の範囲である。
Figure 0005976655
共役繰り返し単位
共役繰り返し単位は、それに結合された繰り返し単位が共役結合されるように、それに結合された繰り返し単位間に少なくとも1つの共役経路をもたらす。より具体的には、共役繰り返し単位はそれぞれ、隣接する繰り返し単位の不飽和結合に繰り返し単位を共役させることができる交互の二重結合および単結合の経路をもたらす。
共役繰り返し単位は、ホール輸送、電子輸送および発光機能のうちの1つまたは複数をもたらし得る。
例示的な共役繰り返し単位としては、置換されていてもよいポリフルオレン、特に、2,7−結合フルオレン繰り返し単位を有するポリマーなどの置換されていてもよい、ポリアリーレンまたはポリへテロアリーレン、ポリインデノフルオレン、特に2,7‐結合ポリインデノフルオレン、およびポリフェニレン、特にポリ−1,4−フェニレンが挙げられる。他の種類の材料は、フェニレンビニレンなどのアリーレンビニレンである。そのようなポリマーは、例えば、Adv.Mater、2000年、12(23)1737〜1750頁に開示されており、そこで参照される。これらの繰り返し単位のための例示的な置換基としては、アルキル基、アルコキシル基、アルキルチオ基、ジアルキルアミノ基、および置換されていてもよいアリール基およびヘテロアリール基が挙げられる。アリーレン繰り返し単位の共役鎖、例えば、フルオレン繰り返し単位の鎖は、電子輸送機能をもたらし得る。1つまたは複数の異なる共役繰り返し単位がポリマーに設けられてもよく、例えば、共役繰り返し単位は、同じアリーレン骨格単位を有するが、異なる置換基および/または異なる共役アリーレン骨格単位を備える。
共役繰り返し単位は、ポリマー中の繰り返し単位の総数の50〜95mol%の範囲の量で設けられてもよく、非共役繰り返し単位の割合混合は、存在する共役繰り返し単位の割合および共役の切断が必要とされる範囲に依存し得る。
特に好ましい共役アリーレン繰り返し単位は、式IVの繰り返し単位などが置換されていてもよいフルオレンを含む。
Figure 0005976655
式中、RおよびRは独立してHまたは置換基であり、RおよびRは結合されて環を形成していてもよい。
およびRは、水素、置換されていてもよいアルキル基(アルキル基の1つまたは複数の隣接していないC原子がO、S、置換されたN、C=O、および−COO−で置換されていてもよい)、置換されていてもよい(Ar)r(各存在でのArはアリール基またはヘテロアリール基から独立して選択され、各存在でのrは独立して少なくとも1、1、2、または3であってもよい)から選択されてもよい。
またはRがアルキル基を有する場合に、アルキル基の任意の置換基は、F、CN、ニトロ基、および1つまたは複数の基Rで置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基を含み、Rは、それぞれ独立してアルキル基であり、ここで1つまたは複数の隣接していないC原子は、O、S、置換されたN、C=O、および−COO−で置き換えられていてもよく、アルキル基の1つまたは複数のH原子がFで置き換えられていてもよい。
またはRがアリール基またはヘテロアリール基を有する場合に、アリール基またはヘテロアリール基は、それぞれ独立して置換されていてもよい。アリール基またはヘテロアリール基のための好ましい任意の置換基は、次のものからなる1つまたは複数の置換基Rを含んでいてもよい:
アルキル基、ここで1つまたは複数の隣接していないC原子は、O、S、置換されたN、C=O、および−COO−で置き換えられていてもよく、アルキル基の1つまたは複数のH原子は、1つまたは複数の基Rで置換されていてもよいFまたはアリール基またはヘテロアリール基で置き換えられていていてもよい:
1つまたは複数の基Rで置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基、
NR 、OR、SR、および
フッ素、ニトロ、およびシアン基;
ここで、Rはそれぞれアルキル基および1つまたは複数のアルキル基で置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基からなる群から独立して選択される。
式(IV)の繰り返し単位における置換されたNは、存在する場合には、独立して各存在でNRまたはNRであってもよく、ここでRはアルキル基または置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基である。アリール基またはヘテロアリール基Rのための任意の置換基は、RまたはRから選択されていてもよい。
置換基RおよびR以外のフルオレン単位のための任意の置換基は、アルキル基、ここで1つまたは複数の隣接していないC原子は、O、S、置換されたN、C=O、および−COO−で置き換えられていてもよく、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいヘテロアリール基、フッ素、シアン基およびニトロ基からなる基から選択されることが好ましい。
1つの好ましい配列では、RおよびRの少なくとも1つは、置換されていてもよいC〜C20のアルキル基または置換されていてもよいアリール基、特に1つまたは複数のC1〜20のアルキル基で置換されたフェニル基を有する。
さらなる繰り返し単位
さらなる繰り返し単位は、ホール輸送、電子輸送および発光機能の1つまたは複数をもたらすために、共役および三重項消光非共役繰り返し単位を含むポリマーに設けられていてもよい。
ホール輸送および/または発光をもたらすためのポリマーへの封入に適切なさらなる繰り返し単位は、アリールアミン繰り返し単位、例えば、三重項消光性基で置換されていない上記式(V)の繰り返し単位を含む。
非共役繰り返し単位、共役繰り返し単位および上記のさらなる繰り返し単位は、すべて、ともに重合された場合に線状ポリマーを形成する2つの結合位置のみを有する。しかし、当然のことながら、これらの繰り返し単位のいずれかは、例えば、星形ポリマーを形成するために、2つを超える結合位置を備えていてもよい。モノマーの結合位置の可能な最大可能数は、それが置換される重合可能脱離基の数に相当する。
相対エネルギー準位および測定
図2を参照して、当然のことながら、発光材料は、三重項励起子が発光材料から非共役三重項消光繰り返し単位に移動されるために使用される三重項消光非共役繰り返し単位より高いT準位を有する。
好ましくは、発光材料のT準位は、非共役三重項消光繰り返し単位から発光材料への励起子の逆移動を回避するために、非共役三重項消光繰り返し単位のT準位より少なくともkT高い。
同様に、発光材料のS準位は、三重項消光繰り返し単位より少なくともkT低いことが好ましい。
三重項消光単位のTおよびS準位は、モノマーの蛍光および燐光スペクトルからそれぞれ測定されることができる。三重項消光単位の非共役の性質は、これらの値がポリマーへの単位の導入時に著しく変化しないことを意味する。同様に、ポリマーのTおよびS準位は、それらの蛍光および燐光スペクトルから測定されてもよい。測定技術は、例えば、Y.V.Romaovskii et al,Physical Review Letters、2000年、85(5)、l027頁およびA.van Dijken et al、Journal of the American Chemical Society、2004年、126、7718頁に記載されるように、当業者に公知である。さらにもしくはまたは、三重項消光単位として使用に適切な多数の材料の三重項エネルギー準位は、Handbook of Photochemistry、第二版,Steven L Murov、Ian Carmichael and Gordon L Hugで分かる。
ポリマー合成
ポリマーの調製のための好ましい方法としては、金属挿入重合が挙げられ、ここで、金属錯体触媒の金属原子は、所望の繰り返し単位を形成するために、アリール基またはヘテロアリール基とモノマーの脱離基との間に挿入される。例示的な金属挿入方法は、例えば、国際公開第00/53656号パンフレットに記載されるようなSuzuki重合、および例えばT.Yamamoto,「Electrically Conducting And Thermally Stable π−Conjugated Poly(arylene)s Prepared by Organometallic Processes」,Progress in Polymer Science 1993年、17、1153〜1205頁に記載されるようなYamamoto重合である。Yamamoto重合の場合には、ニッケル錯体触媒が使用される。Suzuki重合の場合には、パラジウム錯体触媒が使用される。
例えば、Yamamoto重合による線状ポリマーの合成では、2つの反応性ハロゲン基を有するモノマーが使用される。同様に、Suzuki重合の方法によれば、少なくとも1つの反応性基は、ボロン酸またはボロン酸エステルなどのホウ素誘導体基であり、他の反応性基はハロゲンである。好ましいハロゲンは塩素、臭素およびヨウ素であり、最も好ましくは臭素である。
したがって、当然のことながら、本出願の全体にわたって説明される繰り返し単位が、適切な脱離基を支えるモノマーに由来していてもよい。同様に、末端基または側基は、適切な脱離基の反応によってポリマーに結合されていてもよい。
Suzuki重合を使用して、レジオレギュラー、ブロックおよびランダム共重合体を準備してもよく、1つの反応性基がハロゲンであり、他の反応性基がホウ素誘導体基である場合に、特に、ホモポリマーまたはランダム共重合体を調製してもよい。または、第1のモノマーの両方の反応性基がホウ素であり、第2のモノマーの両方の反応性基がハロゲンである場合に、ブロックまたはレジオレギュラー共重合体を調製してもよい。
ハロゲン化物の代わりとして、金属挿入に関与することができる他の脱離基としては、スルホン酸、およびトシレート、メシラート、およびトリフラートなどのスルホン酸エステルが挙げられる。
ポリマー調整
非共役繰り返し単位、共役繰り返し単位、およびさらなる繰り返し単位の割合が、発光の色または一重項または三重項励起状態のエネルギー準位などを含むポリマーの1つまたは複数の特性を調整するために選択されてもよい。一方、できるだけ高いポリマーの導電性を維持することが好ましい。好ましくは、ポリマーの光ルミネセンス効率は、三重項消光非共役繰り返し単位が存在しない対応ポリマーの少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%である。
ホール注入層
導電性ホール注入層が、導電性有機または無機材料から形成されていてもよく、陽極2と発光層3との間に設けられて、陽極から半導体ポリマーの1つの層または複数の層へのホール注入を助けてもよい。ドープされた有機ホール注入材料の例としては、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)、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ポリスチレンスルホン酸(PSS)、ポリアクリル酸またはフッ素添加スルホン酸、例えば、米国特許第5723873号明細書および米国特許第5798170号明細書に開示されるようなNafion(商標)、ポリアニリン、および置換されていてもよい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。導電性無機材料の例としては、Journal of Physics D:Applied Physics(1996)、29(11)、2750〜2753頁に開示されるようなVOx、MoOx、およびRuOxなどの遷移金属酸化物が挙げられる。
電荷輸送層
ホール輸送層が、陽極と発光層との間に設けられていてもよい。同様に、電子輸送層が、陰極と発光層との間に設けられていてもよい。
同様に、電子ブロック層が、陽極と発光層との間に設けられていてもよく、ホールブロック層が陰極と発光層との間に設けられていてもよい。輸送およびブロック層は併用されていてもよい。そのHOMOおよびLUMO準位に応じて、単独層が、ホールおよび電子のうちの1つを輸送し、ホールおよび電子の他方をブロックしてもよい。
陽極2と発光層3との間に位置するホール輸送層は、存在する場合、好ましくは5.5eV以下、より好ましくは約4.8〜5.5eVのHOMO準位を有する。HOMO準位は、例えば、サイクリック・ボルタンメトリによって測定されてもよい。
発光層3と陰極4との間に位置する電子輸送層は、存在する場合には、好ましくは約3〜3.5eVのLUMO準位を有する。例えば、一酸化ケイ素または二酸化ケイ素の層または0.2〜2nmの範囲の厚さを有する他の薄い誘電体層が、発光層3と層4との間に設けられる。
ホール輸送層は、式(V)のホール輸送繰り返し単位を含むポリマーを含んでいてもよい。同様に、電子輸送層は、式(IV)の電子輸送繰り返し単位を含むポリマーを含んでいてもよい。
陰極
陰極4は、発光層への電子の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。陰極と発光材料との間の有害な相互作用の可能性などの他の因子が、陰極の選択に影響を及ぼす。陰極は、アルミニウムの層などの単一材料からなっていてもよい。あるいは、それは、複数の金属、例えば、国際公開第98/10621号パンフレットに開示されるようなカルシウムおよびアルミニウムなどの低い仕事関数材料および高い仕事関数材料の二層、国際公開第98/57381号パンフレット、Appl.Phys.Lett.2002年、81(4)、634頁および国際公開第02/84759号パンフレットに開示されるような元素バリウム、または電子注入を補助するための、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層、例えば、国際公開第00/48258号に開示されるようなフッ化リチウム、Appl.Phys.Lett.2001年、79(5)、2001頁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を含んでいてもよい。デバイスへの電子の効率的な注入をもたらすために、陰極は、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頁、1977年に見出すことができる。
陰極は、不透明であっても、透明であってもよい。透明陰極は、アクティブマトリクスデバイスにとって特に有利である。なぜならこのようなデバイスにおいては透明陽極を通る発光が、発光ピクセルの下部に位置する駆動回路によって少なくとも部分的に遮断されるからである。透明陰極は、透明であるほど十分に薄い電子注入材料の層を有する。通常、この層の側部導電性は、その薄さの結果として低くなる。この場合には、電子注入材料の層を、より厚い層のインジウムスズ酸化物などの透明導電性材料と組み合わせて使用する。
当然のことながら、透明陰極デバイスは、透明陽極を有する必要はなく(もちろん、完全に透明なデバイスが望まれない限り)、そのため、底部発光デバイスに使用される透明陽極を、アルミニウムの層などの反射性材料の層で置き換え、または補完してもよい。透明陰極デバイスの例は、例えば、英国特許公開第2348316号明細書に開示されている。
封入
有機光電子デバイスは、湿気および酸素に対して感受性が高い傾向がある。
したがって、基板は、デバイスへの湿気および酸素の侵入を防ぐための良好なバリア特性を有することが好ましい。基板は、一般にはガラスであるが、特に、デバイスの柔軟性が望まれる場合には代替基板を使用してもよい。例えば、基板は、交互のプラスチックおよびバリア層の基板を開示する米国特許第6268695号明細書におけるように、プラスチックを、または欧州特許第0949850号明細書に開示される薄いガラスおよびプラスチックの積層板を有していてもよい。
デバイスは、湿気および酸素の侵入を防ぐために封止剤(図示せず)を用いて封入されていてもよい。適した封止剤として、例えば、国際公開第01/81649号パンフレットに開示される二酸化ケイ素、一酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはポリマーおよび誘電体の交互積層または例えば、国際公開第01/19142号パンフレットに開示される気密容器などの、適したバリア特性を有するガラスのシート、フィルムが挙げられる。透明陰極デバイスの場合には、1つの好ましい実施形態では、そのような層の厚さは20〜300nmの範囲にあるが、一酸化ケイ素または二酸化ケイ素などの透明封入層は、ミクロン・レベルの厚さに蒸着されてもよい。基板または封止剤を通して浸透し得る、大気中水分および/または酸素をいずれも吸収するためのゲッタ材料を、基板と封止剤の間に配置してもよい。
溶液処理
溶液処理のためのポリマーの組成物を形成するために適切な溶媒は、トルエンおよびキシレンなどのモノ−またはポリ−アルキルベンゼンなどの多くの一般的な有機溶媒が挙げられる。
特に好ましい溶液蒸着技術としては、スピンコーティングおよびインクジェット印刷などの印刷およびコーティング技術が挙げられる。
スピンコーティングは、例えば、照明アプリケーションまたは単一モノクロセグメント化ディスプレイのためのものなど、エレクトロルミネセント材料のパターニングが必要でないデバイスに特に適している。
インクジェット印刷は、高情報量ディスプレイ、特に、フルカラーディスプレイに特に適している。デバイスは、第1の電極上にパターニングされた層を提供することおよび一色(モノクロデバイスの場合には)または複数色(マルチカラー、特に、フルカラーデバイスの場合には)を印刷するためのウェルを定義することによってインクジェット印刷され得る。例えば、欧州特許第0880303号明細書に記載されるように、パターニングされた層は、通常、ウェルを定義するようパターニングされたフォトレジストの層である。
ウェルの代替物として、インクをパターニングされた層内の定義されたチャンネル中に印刷してもよい。特に、フォトレジストをパターニングして、ウェルとは異なって、複数のピクセルにわたって延びる、チャンネル末端が閉じていても、解放していてもよいチャンネルを形成し得る。
その他の溶液蒸着技術として、ディップコーティング、ロール印刷およびスクリーン印刷が挙げられる。
比較例1−OLED寿命に対する非共役単位の影響
図3は、次の構造を有するOLEDについての時間に対する輝度のプロットである:
ITO/HIL/HTL/LEP/MF/Al
ここで、ITOはインジウムスズ酸化物である。HILはPlextronics社から入手可能なホール注入材料の層である。HTLは上記のようなフルオレン繰り返し単位およびアミン繰り返し単位を含むホール輸送ポリマーである。
LEPは上記のようなフルオレン繰り返し単位および5mol%未満のアミン繰り返し単位を含む発光ポリマー(ポリマーA)である。
陰極は、金属フッ化物(MF)の層およびアルミニウムの層から形成された二層の陰極である。
ポリマーAは非共役繰り返し単位(アミン発光単位の小さな割合以外)を含む。次の非共役繰り返し単位の5mol%および15mol%をそれぞれ含む対応するポリマーBおよびCを調製した:
ポリマーA、B、およびCについてのCIE(y)値は、それぞれ0.161、0.161、および0.148であり、非共役単位の導入によってポリマー中の共役を低減するブルーシフト効果を説明する。しかし、図3を参照して、非共役繰り返し単位の濃度の増大とともに寿命が低下することが分かる。
比較例2−三重項励起子密度に対する非共役単位の影響
三重項密度をポリマーAおよびCについて測定し、それらは上記検討されたような非共役繰り返し単位の異なる量を有する。
三重項密度がポリマーCのデバイスについてははるかに高いことが図4から分かり、それは、非共役繰り返し単位を含み、非共役繰り返し単位が三重項励起子の増加を引き起こすことを示す。
比較例3−非共役繰り返し単位を含むポリマーと三重項消光材料を混合する効果
図5は、ポリマーA(アミン発光単位の小さな割合以外の非共役繰り返し単位を含まない)、三重項消光材料と混合されるポリマーC(非共役繰り返し単位の15mol%を含む)を含むデバイスからの遅延蛍光を示す。
OLEDからの遅延蛍光の強度は、遅延蛍光が三重項−三重項消滅から発生するので、そのOLEDの三重項密度に関連し得る。ポリマーCを形成するためにポリマーAへの非共役繰り返し単位の導入は、遅延蛍光の著しい増大をもたらすことが図5から分かる。さらに、ポリマーCに三重項消光材料を混合することは、遅延蛍光の強度への影響がほとんどなく、非共役単位を含むポリマーに三重項消光材料を混合することは、三重項密度への影響がほとんどないことを示す。
図6は、いずれかの捕捉された電荷を放出するためにデトラップパルスでの遅延蛍光の測定を示す。図6は図5に非常に類似しており、図5で説明された遅延蛍光は、デトラップ電荷の再結合によらないが、実際には三重項−三重項消滅によることを示す。
実施例1
非共役三重項消光繰り返し単位の15mol%がポリマーに組み入れられた以外、比較例1で上記のようにOLEDを調製した。
本発明を特定の例示的実施形態の点から説明したが、当然のことながら、本明細書で開示した特徴の様々な修正、変更および/または組み合わせは、次の特許請求の範囲で述べるような発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかとなる。

Claims (22)

  1. 蛍光発光材料を含み、ポリマーの骨格内に共役繰り返し単位および非共役繰り返し単位を有するポリマーを含む発光組成物であって、
    前記共役繰り返し単位は、それに結合された繰り返し単位間に少なくとも1つの共役経路をもたらし、
    前記非共役繰り返し単位は、式(II)を有し、および非共役繰り返し単位が存在しないポリマーと比較してポリマーの共役を低減し、
    Figure 0005976655

    式中、CBは隣接する繰り返し単位に非共役結合された芳香族基またはヘテロ芳香族基を含む共役切断単位であり、Spはスペーサー基であり、TQは三重項消光基であり、mは0または1であり、
    発光材料の三重項励起状態のエネルギー準位は、非共役繰り返し単位の三重項励起状態のエネルギー準位より高い、該発光組成物。
  2. Spがアルキル基である、請求項1に記載の発光組成物。
  3. 前記非共役繰り返し単位は、それに結合された繰り返し単位間に共役経路をもたらさない、請求項1または2に記載の発光組成物。
  4. 前記蛍光発光材料は、ポリマーの繰り返し単位である、請求項1から3のいずれか一項に記載の発光組成物。
  5. 前記ポリマーの前記蛍光発光繰り返し単位は、式(V)の繰り返し単位を含む、請求項4に記載の発光組成物:
    Figure 0005976655

    式中、各存在でのArおよびArは、置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基から独立して選択され、nは1以上であり、好ましくは1または2であり、RはHまたは置換基であり、好ましくは置換基であり、pおよびqはそれぞれ独立して1、2または3であり、式(V)の前記繰り返し単位のアリール基またはヘテロアリール基は、直接結合または二価基によって互いに結合されていてもよい。
  6. Rは−(Arであり、Arはそれぞれ置換されていてもよいアリール基またはヘテロアリール基を独立して表し、rは少なくとも1である、請求項5に記載の発光組成物。
  7. 前記非共役繰り返し単位は、隣接する繰り返し単位間に交互の飽和および不飽和結合の共役経路がないように、隣接する繰り返し単位に結合されている、請求項1からのいずれか一項に記載の発光組成物。
  8. 前記非共役繰り返し単位は、前記非共役繰り返し単位が結合された前記繰り返し単位間の少なくとも1つの経路に少なくとも1つのsp混成炭素原子を有する、請求項7に記載の発光組成物。
  9. 前記非共役繰り返し単位は、少なくとも1つの隣接する繰り返し単位の面からねじれている、請求項1からのいずれか一項に記載の発光組成物。
  10. 前記共役繰り返し単位は、置換されていてもよいアリーレン繰り返し単位を含む、請求項1からのいずれか一項に記載の発光組成物。
  11. 前記共役繰り返し単位は、式(IV)の繰り返し単位を含む、請求項10に記載の発光組成物:
    Figure 0005976655

    式中、RおよびRは独立してHまたは置換基であり、RおよびRは結合されて環を形成していてもよい。
  12. 前記非共役繰り返し単位は、ペリレンを含まない、請求項1から11のいずれか一項に記載の発光組成物。
  13. 前記非共役繰り返し単位は、ポリマー中の繰り返し単位の総数の少なくとも5mol%、好ましくは少なくとも10mol%を含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の発光組成物。
  14. 前記ポリマーは、少なくとも2つの異なる共役繰り返し単位を有する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の発光組成物。
  15. 前記ポリマーは、少なくとも2つの異なる非共役繰り返し単位を有する、請求項1から14のいずれか一項に記載の発光組成物。
  16. 陽極、陰極および前記陽極と前記陰極との間の発光層を有し、前記発光層は、請求項1から15のいずれか一項に記載の発光組成物を含む、有機発光デバイス。
  17. 請求項1から15のいずれか一項に記載の発光組成物を形成する方法であって、共役単位を有するモノマー、および非共役単位を有するモノマーを含む重合混合物を重合するステップを含む、該方法。
  18. 前記重合混合物は、発光単位を有するモノマーを含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記重合は、金属挿入重合であり、モノマーはそれぞれ、金属挿入重合に関与することができる少なくとも2つの脱離基を有する、請求項17または18に記載の方法。
  20. 脱離基はそれぞれ、ハロゲン、好ましくは臭素またはヨウ素、ボロン酸またはそのエステル、およびスルホン酸またはその誘導体から独立して選択される、請求項19に記載の方法。
  21. 発光組成物中の三重項励起子を消光し、非共役繰り返し単位が存在しないポリマーと比較してポリマーの共役を低減する、ポリマー中の式(II)の非共役三重項消光繰り返し単位の使用であって、
    発光組成物は、蛍光発光材料を含み、ポリマーの骨格内に共役繰り返し単位および非共役三重項消光繰り返し単位を有するポリマーを含み、
    Figure 0005976655

    式中、CBは隣接する繰り返し単位に非共役結合された芳香族基またはヘテロ芳香族基を含む共役切断単位であり、Spはスペーサー基であり、TQは三重項消光基であり、mは0または1であり、
    前記共役繰り返し単位は、それに結合された繰り返し単位間に少なくとも1つの共役経路をもたらし、
    前記発光材料の三重項励起状態のエネルギー準位は、非共役三重項消光繰り返し単位の三重項励起状態のエネルギー準位より高い、該使用。
  22. Spがアルキル基である、請求項21に記載の使用。
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