CN101128507A - 高分子化合物及使用该高分子化合物的元件 - Google Patents
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Abstract
一种高分子化合物,其特征在于,其在同一分子内具有共轭系高分子(A)的结构和具有一个以上三齿配位基且中心金属原子序号为21的金属配位化合物(B)的结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子化合物及使用它的元件。
背景技术
作为用于高分子发光元件(高分子LED)的材料,同一分子内具有共轭系高分子结构和金属配位化合物结构的高分子化合物是众所周知的。(Jounal of American Chemical Society、Vol.125、p636(2003);WO03/102109A1)
上述高分子化合物所具有的金属配位化合物的结构中,其配位基为苯基吡啶等二齿配位基,中心金属为铱(原子序号77),使用该高分子化合物的高分子LED由于发光效率不充分等原因,在实用上,其性能还不能令人十分满意。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属配位化合物及高分子化合物,其为在同一分子内具有共轭系高分子结构和金属配位化合物结构的高分子化合物,将其用于发光元件时,可以提供效率高、能以低电压驱动等实用性优良的发光元件。
即,本发明提供一种高分子化合物,其中在同一分子内具有共轭系高分子(A)的结构、和具有一个以上3齿配位基且中心金属的原子序号为21以上的金属配位化合物(B)的结构。
具体实施方式
本发明的高分子化合物,在同一分子内具有共轭系高分子(A)的结构、和具有一个以上3齿配位基且中心金属的原子序号为21以上的金属配位化合物(B)的结构。
作为本发明的高分子化合物,可以列举如共轭系高分子(A)的主链上具有上述金属配位化合物(B)的结构的高分子化合物;共轭系高分子(A)的末端具有上述金属配位化合物(B)的结构的高分子化合物;共轭系高分子(A)的支链具有上述金属配位化合物(B)的结构的高分子化合物等。
另外,本发明的高分子化合物中,优选满足下述式(Eq1)的化合物。
ETA-ESA0≥(ETB-ESB0)-0.2eV (Eq1)
在此,ESA0表示共轭高分子(A)的基态能量,ETA表示共轭高分子(A)的最低激发三重态的能级,ESB0表示上述金属配位化合物(B)的基态能级,ETB表示该金属配位化合物(B)的最低激发三重态的能级。
(Eq1)中的共轭系高分子(A)、该金属配位化合物(B)的各基态和最低激发三重态的能量差(依次为ETA-ESA0、ETB-ESB0)可以由实测的方法确定,但本发明中,由于通常在得到更高的发光效率方面重要的是该金属配位化合物(B)的上述能量差和用作基体的共轭系高分子(A)的上述能量差的相对大小关系,因此通常用计算科学的方法来加以确定。
从得到高发光效率的方面考虑,在满足上述(Eq1)的条件下,更优选满足下述式(Eq1-2)。
ETA-ESA0≥ETB-ESB0(Eq1-2)
在此,ETA、ESA0、ETB、ESB0表示与上述相同的含义。
另外,从得到更高发光效率的角度考虑,优选共轭系高分子(A)的最低激发三重态能级ETA和该金属配位化合物(B)的最低激发三重态能级ETB满足
ETA≥ETB (Eq2)
的关系的物质,
以及共轭系高分子(A)的最低激发单重态能级ESA1和该金属配位化合物(B)的最低激发单重态能级ESB1满足
ESA1≥ESB1 (Eq3)的关系的物质。
作为上述为求得真空能级与LUM0能量差所使用的计算科学的方法,已知有基于半经验方法及非经验方法的分子轨道法或密度泛函数法等。例如,为求激发能量,可以用Hartree-Hock(HF)法或密度泛函数法。通常用量子化学计算程序Gaussian98求三重态发光化合物和共轭系高分子的基态和最低激发三重态的能量差(以下称为最低激发三重态能量)、基态和最低激发一重态的能量差(以下称最低激发单重态能量)、基态的HOMO能级以及基态的LUMO能级。
对于共轭系高分子的最低激发三重态能量、最低激发单重态能量、基态的HOMO能级以及基态的LUMO能级的计算,是针对单体(n=1)、2聚体(n=2)和3聚体(n=3)进行的,计算共轭系高分子的激发能量时,采用了将n=1~3的结果定为1/n的函数E(1/n)(在此,E为最低激发单重态能量或最低激发三重态能量等要求出的激发能量值)后由线形外推至n=0来计算的方法。另外共轭系高分子的重复单元中,在含链长长的侧链等的情况下,对于作为计算对象的化学结构,可以采取将侧链部分简化为最小单位的方法(例如侧链为辛基时,把侧链看作甲基进行计算)。对于共聚物的HOMO、LUMO、单重态激发能量和三重态激发能量,可以将基于共聚比推测的最小单位作为一个单元,用与上述均聚物的情况同样的计算方法求得。
下面对本发明的高分子化合物中的共轭系高分子(A)进行说明。
共轭系高分子是指如“关于有机EL”(吉野胜美著、日刊工业新闻社)23页所记载的多重键和单键反复相连而变长的分子,作为典型的例子,例如可以列举含下述结构的重复结构或将下述结构适当组合而成的结构的高分子。
(上述RX1~RX6表示取代基。)
作为共轭系高分子(A),可以列举主链不含芳香环的物质(如多烯、多炔类)、主链含芳香环的物质(含苯基乙烯基、苯基乙炔基等共聚物)。
主链含芳香环的物质中,从高发光效率这一点考虑,优选如上所示的具有可以含取代基的2价亚芳基、或含有从氧原子、氮原子、硅原子、锗原子、锡原子、磷原子、硼原子、硫原子、硒原子和碲原子中选择的一个以上原子的2价杂环基、或下述式(A-1)所示的重复单元的物质。
[式中P环和Q环各自独立地表示芳香环,P环有无均可。在P环存在的情况下,2个键合点分别存在于P环和/或Q环上,在P环不存在的情况下,2个键合点分别存在于含Y的5元环上和/或Q环上。另外芳香环上和/或含Y的5元环上可以具有取代基。Y表示-O-、-S-、-Se-、-B(R31)-、-C(R1)(R2)-、-Si(R1)(R2)-、-P(R3)-、-PR4(=O)-、-C(R51)(R52)-C(R53)(R54)-、-O-C(R55)(R56)-、-S-C(R57)(R58)-、-N-C(R59)(R60)-、-Si(R61)(R62)-C(R63)(R64)-、-Si(R65)(R66)-、Si(R67)(R68)-、-C(R69)=C(R70)-、-N=C(R71)-或者-Si(R72)=C(R73)-,R31表示氢原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、甲硅烷氧基或取代甲硅烷氧基,R1~R4、R51~R73各自独立地表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、甲硅烷氧基、取代甲硅烷氧基、1价杂环基或卤原子。
作为烷基,可以是直链、支链或环状的任何一种。碳原子数通常为1~20左右,优选为3~20。具体地,可以列举甲基、乙基、丙基、i-丙基、丁基、i-丁基、t-丁基、戊基、己基、环己基、庚基、辛基、2-乙基己基、壬基、癸基、3,7-二甲基辛基、十二烷基、三氟甲基、五氟乙基、全氟丁基、全氟己基、全氟辛基等,优选为戊基、己基、辛基、2-乙基己基、癸基、3,7-二甲基辛基。
烷氧基可以是直链、支链或环状的任何一种。碳原子数通常为1~20左右,优选为3~20。具体地,可以列举甲氧基、乙氧基、丙氧基、i-丙氧基、丁氧基、i-丁氧基、t-丁氧基、戊氧基、己氧基、环己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、壬氧基、癸氧基、3,7-二甲基辛氧基、十二烷氧基、三氟甲氧基、五氟乙氧基、全氟丁氧基、全氟己氧基、全氟辛氧基、甲氧基甲基氧基、2-甲氧基乙基氧基等,优选为戊氧基、己氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、癸氧基、3,7-二甲基辛氧基。
烷硫基可以是直链、支链或环状的任何一种。碳原子数通常为1~20左右,优选为3~20。具体地,可以列举甲硫基、乙硫基、丙硫基、i-丙硫基、丁硫基、i-丁硫基、t-丁硫基、戊硫基、己硫基、环己硫基、庚硫基、辛硫基、2-乙基己硫基、壬硫基、癸硫基、3,7-二甲基辛硫基、十二烷硫基、三氟甲硫基等,优选为戊硫基、己硫基、辛硫基、2-乙基己硫基、癸硫基、3,7-二甲基辛硫基。
芳基的碳原子数通常为6~60左右,优选为7~48。具体地,可以列举苯基、C1~C12烷氧基苯基(C1~C12表示碳原子数为1~12。以下同)、C1~C12烷基苯基、1-萘基、2-萘基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、五氟苯基等,优选为C1~C12烷氧基苯基、C1~C12烷基苯基。在此,芳基是指从芳香烃除去1个氢原子的原子团。这里作为芳香烃包含具稠环的烃、2个以上的独立的苯环或稠环直接或借助亚乙烯基等基团结合的烃。
作为C1~C12烷氧基,具体可以列举甲氧基、乙氧基、丙氧基、i-丙氧基、丁氧基、i-丁氧基、t-丁氧基、戊氧基、己氧基、环己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、壬氧基、癸氧基、3,7-二甲基辛氧基、十二烷氧基等。
作为C1~C12烷基苯基,具体地可以列举甲基苯基、乙基苯基、二甲基苯基、丙基苯基、2,4,6-三甲苯基、甲基乙基苯基、i-丙基苯基、丁基苯基、i-丁基苯基、t-丁基苯基、戊基苯基、异戊基苯基、己基苯基、庚基苯基、辛基苯基、壬基苯基、癸基苯基、十二烷基苯基等。
作为芳氧基,碳原子数通常为6~60左右,优选为7~48。具体地,可以列举苯氧基、C1~C12烷氧基苯氧基、C1~C12烷基苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基、五氟苯基氧基等,优选为C1~C12烷氧基苯氧基、C1~C12烷基苯氧基。
作为C1~C12烷氧基,具体地可以列举甲氧基、乙氧基、丙氧基、i-丙氧基、丁氧基、i-丁氧基、t-丁氧基、戊氧基、己氧基、环己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、壬氧基、癸氧基、3,7-二甲基辛氧基、十二烷氧基等。
作为C1~C12烷基苯氧基,具体地可以列举甲基苯氧基、乙基苯氧基、二甲基苯氧基、丙基苯氧基、1,3,5-三甲基苯氧基、甲基乙基苯氧基、i-丙基苯氧基、丁基苯氧基、i-丁基苯氧基、t-丁基苯氧基、戊基苯氧基、异戊基苯氧基、己基苯氧基、庚基苯氧基、辛基苯氧基、壬基苯氧基、癸基苯氧基、十二烷基苯氧基等。
作为芳硫基,碳原子数通常为6~60左右,优选碳原子数为7~48。具体地可以列举苯硫基、C1~C12烷氧基苯硫基、C1~C12烷基苯硫基、1-萘硫基、2-萘硫基、五氟苯硫基等,优选为C1~C12烷氧基苯硫基、C1~C12烷基苯硫基。
芳基烷基碳原子数通常为7~60左右,优选为7~48。具体地,可以列举苯基-C1~C12烷基、C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基、1-萘基-C1~C12烷基、2-萘基-C1~C12烷基等,优选为C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基。
芳基烷氧基碳原子数通常为7~60左右,优选为7~48。具体地,可以列举苯基甲氧基、苯基乙氧基、苯基丁氧基、苯基戊氧基、苯基己氧基、苯基庚氧基、苯基辛氧基等苯基-C1~C12烷氧基、C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷氧基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷氧基、1-萘基-C1~C12烷氧基、2-萘基-C1~C12烷氧基等,优选为C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷氧基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷氧基。
芳基烷硫基碳原子数通常为7~60左右,优选为7~48。具体地,可以列举苯基-C1~C12烷硫基、C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷硫基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷硫基、1-萘基-C1~C12烷硫基、2-萘基-C1~C12烷硫基等,优选为C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷硫基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷硫基。
芳基烯基碳原子数通常为7~60左右,优选为7~48。具体地,可以列举苯基-C2~C12烯基、C1~C12烷氧基苯基-C2~C12烯基、C1~C12烷基苯基-C2~C12烯基、1-萘基-C2~C12烯基、2-萘基-C2~C12烯基等,优选为C1~C12烷氧基苯基-C2~C12烯基、C2~C12烷基苯基-C1~C12烯基。
芳基炔基碳原子数通常为7~60左右,优选为7~48。具体地,可以列举苯基-C2~C12炔基、C1~C12烷氧基苯基-C2~C12炔基、C1~C12烷基苯基-C2~C12炔基、1-萘基-C2~C12炔基、2-萘基-C2~C12炔基等,优选为C1~C12烷氧基苯基-C2~C12炔基、C1~C12烷基苯基-C2~C12炔基。
取代氨基指的是被从烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基中选择的1或2个基团取代的氨基,该烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基还可以具有取代基。碳原子数在不包含该取代基的碳原子数的情况下通常为1~60左右,碳原子数优选为2~48。
具体地可以列举甲基氨基、二甲基氨基、乙基氨基、二乙基氨基、丙基氨基、二丙基氨基、i-丙基氨基、二异丙基氨基、丁基氨基、i-丁基氨基、t-丁基氨基、戊基氨基、己基氨基、环己基氨基、庚基氨基、辛基氨基、2-乙基己基氨基、壬基氨基、癸基氨基、3,7-二甲基辛基氨基、十二烷基氨基、环戊基氨基、二环戊基氨基、环己基氨基、二环己基氨基、吡咯烷基、哌啶基、二-三氟甲基氨基苯基氨基、二苯基氨基、C1~C12烷氧基苯基氨基、二(C1~C12烷氧基苯基)氨基、二(C1~C12烷基苯基)氨基、1-萘基氨基、2-萘基氨基、五氟苯基氨基、吡啶基氨基、哒嗪基氨基、嘧啶基氨基、吡嗪基氨基、三嗪基氨基苯基-C1~C12烷基氨基、C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷基氨基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基氨基、二(C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷基)氨基、二(C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基)氨基、1-萘基-C1~C12烷基氨基、2-萘基-C1~C12烷基氨基等。
取代甲硅烷基指的是被从烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基中选择的1、2或3个基团取代的甲硅烷基,碳原子数通常为1~60左右,优选为3~48。该烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基还可以具有取代基。
具体地可以列举三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、三丙基甲硅烷基、三-i-丙基甲硅烷基、二甲基-i-丙基甲硅烷基、二乙基-i-丙基甲硅烷基、t-丁基甲硅烷基二甲基甲硅烷基、戊基二甲基甲硅烷基、己基二甲基甲硅烷基、庚基二甲基甲硅烷基、辛基二甲基甲硅烷基、2-乙基己基-二甲基甲硅烷基、壬基二甲基甲硅烷基、癸基二甲基甲硅烷基、3,7-二甲基辛基-二甲基甲硅烷基、十二烷基二甲基甲硅烷基、苯基-C1~C12烷基甲硅烷基、C1~C12烷氧基苯基-C1~C12烷基甲硅烷基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基甲硅烷基、1-萘基-C1~C12烷基甲硅烷基、2-萘基-C1~C12烷基甲硅烷基、苯基-C1~C12烷基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、三-p-二甲苯基甲硅烷基、三苄基甲硅烷基、二苯基甲基甲硅烷基、t-丁基二苯基甲硅烷基、二甲基苯基甲硅烷基等。
作为取代甲硅烷氧基,可以列举被从烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基中选择的1、2或3个基团取代的甲硅烷氧基(H3SiO-),碳原子数通常为1~60,优选为3~30。该烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基还可以具有取代基。
具体地可以列举三甲基甲硅烷氧基、三乙基甲硅烷氧基、三-n-丙基甲硅烷氧基、三-i-丙基甲硅烷氧基、t-丁基甲硅烷基二甲基甲硅烷氧基、三苯基甲硅烷氧基、三-p-二甲苯基甲硅烷氧基、三苄基甲硅烷氧基、二苯基甲基甲硅烷氧基、t-丁基二苯基甲硅烷氧基、二甲基苯基甲硅烷氧基等。
作为卤原子,可以列举氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。
1价杂环基指的是从杂环化合物除去1个氢原子所剩的原子团,碳原子数通常为4~60,优选为4~20。杂环基的碳原子数不包含取代基的碳原子数。这里杂环化合物是指,具有环式结构的有机化合物中构成环的元素不只是碳原子,环内还含有氧原子、硫原子、氮原子、磷原子、硼原子等杂原子的化合物。具体地可以列举噻吩基、C1~C12烷基噻吩基、吡咯基、呋喃基、吡啶基、C1~C12烷基吡啶基、哌啶基、喹啉基、异喹啉基等,优选为噻吩基、C1~C12烷基噻吩基、吡啶基、C1~C12烷基吡啶基。
上述的基团中,含烷基链的基团可以是直链、支链或环状的任何一种或它们的组合,在不是直链的情况下,可以列举如异戊基、2-乙基己基、3,7-二甲基辛基、环己基、4-C1~C12烷基环己基等。另外,烷基链的两端也可以连接而形成环。还有,烷基链的一部分甲基或亚甲基可以被含杂原子的基团或被一个以上氟原子取代的甲基或亚甲基取代,作为这些杂原子,可以列举氧原子、硫原子、氮原子等。
取代基的例子中,在其一部分含有芳基或杂环基的情况下,这些还可以具有一个以上的取代基。
作为上述式(A-1)中的芳香环,可以列举苯环、萘环等芳香烃环;吡啶环、二吡啶环、菲绕啉环、喹啉环、异喹啉环、噻吩环、呋喃环、吡咯环等芳香杂环。
上述式(A-1)所示的重复单元中,作为取代基优选具有从烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、或取代羧基中选择的基团。
作为上述式(A-1)所示的结构,可以列举下述式(A-1-1)、(A-1-2)或(A-1-3)所示的结构,
式(A-1-1) 式(A-1-2) 式(A-1-3)
[式中A环、B环、C环各自独立地表示芳香环。式(A-1-1)、(A-1-2)及(A-1-3)可以分别具有从烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基以及氰基群中选择的取代基。Y表示与上述相同的含义];
下述式(A-1-4)或(A-1-5)所示的结构,
式(A-1-4) 式(A-1-5)
[式中D环、E环、F环和G环各自独立地表示芳香环。另外D环、E环、F环和G环各自独立地表示可以具有从烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基以及氰基中选择的取代基的芳香环。Y表示与上述相同的含义。];
从发光效率的观点考虑,优选上述式(A-1-4)或式(A-1-5)所示的结构。
另外,Y为-S-、-O-、-C(R1)(R2)-时,在获得高发光效率这一点上是优选的,更优选的是Y为-S-、-O-。在此,R1、R2表示与上述相同的含义。
酰基碳原子数通常为2~20,优选为2~18。具体地可以列举乙酰基、丙酰基、丁酰基、异丁酰基、三甲基乙酰基、苯甲酰基、三氟乙酰基、五氟苯甲酰基等。
酰氧基碳原子数通常为2~20左右,优选为2~18。具体地可以列举乙酰氧基、丙酰氧基、丁酰氧基、异丁酰氧基、三甲基乙酰氧基、苯甲酰氧基、三氟乙酰氧基、五氟苯甲酰氧基等。
作为亚胺残基,可以列举从亚胺化合物(指分子内具有-N=C-的有机化合物。作为它的例子,可以列举醛亚胺、酮亚胺及它们的N上的氢原子被烷基等取代的化合物)除去1个氢原子所剩的残基,通常碳原子数为2~20左右,优选为2~18。具体地可以列举下面的结构式所示的基团等。
酰胺基碳原子数通常为2~20左右,优选为2~18。具体地可以列举甲酰胺基、乙酰胺基、丙酰胺基、丁酰胺基、苯甲酰胺基、三氟乙酰胺基、五氟苯甲酰胺基、二甲酰胺基、二乙酰胺基、二丙酰胺基、二丁酰胺基、二苯甲酰胺基、二三氟乙酰胺基、二五氟苯甲酰胺基等。
作为酰亚胺基,可以列举从酰亚胺除去结合于氮原子的氢原子所得的残基,通常碳原子数为2~60左右,优选为2~48。具体地可以列举下面所示的基团。
取代羧基的碳原子数通常为2~60左右,优选为2~48。取代羧基是指被烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基取代的羧基,可以列举甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基、i-丙氧基羰基、丁氧基羰基、i-丁氧基羰基、t-丁氧基羰基、戊氧基羰基、己氧基羰基、环己氧基羰基、庚氧基羰基、辛氧基羰基、2-乙基己氧基羰基、壬氧基羰基、癸氧基羰基、3,7-二甲基辛氧基羰基、十二烷氧基羰基、三氟甲氧基羰基、五氟乙氧基羰基、全氟丁氧基羰基、全氟己氧基羰基、全氟辛氧基羰基、苯氧基羰基、萘氧基羰基、吡啶氧基羰基等。该烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基还可以具有取代基。取代羧基的碳原子数中不包含该取代基的碳原子数。
作为上述式(A-1-1)、(A-1-2)、(A-1-3)、(A-1-4)、(A-1-5)中的A环、B环、C环、D环、E环、F环及G环中的芳香环,可以列举苯环、萘环、蒽环、并四苯环、戊省环、芘环、菲环等芳香烃环、吡啶环、二吡啶环、菲绕啉环、喹啉环、异喹啉环、噻吩环、呋喃环、吡咯环等芳香杂环。
上述式(A-1-1)、(A-1-2)、(A-1-3)、(A-1-4)、(A-1-5)所示的重复单元中,作为取代基,优选具有从烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基或取代羧基中选择的基团。
作为式(A-1-1)的具体例中无取代的基团,可以列举如下的例子。
作为式(A-1-2)的具体例子,作为无取代的基团,可以列举如下的例子。
作为式(A-1-3)的具体例子,作为无取代的基团,可以列举如下的例子。
作为式(A-1-4)的具体例子,作为无取代的基团,可以列举如下的例子。
式(29)~(33)中的R1~R8分别独立地表示氢原子、卤原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、亚胺残基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷氧基、取代甲硅烷硫基、取代甲硅烷基氨基、1价杂环基、杂芳氧基、杂芳基硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。R1和R2、R3和R4可以分别相互结合而形成环。
作为式(A-1-5)的具体例子中无取代的基团,可以列举如下的例子。
上述具体例子,从提高溶解性这点考虑,优选这些芳香烃基团或杂环上还具有取代基的基团。作为取代基,可以列举卤原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、亚胺残基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷氧基、取代甲硅烷硫基、取代甲硅烷基氨基、1价杂环基、杂芳氧基、杂芳基硫基、芳基烯基、芳基乙炔基、羧基或氰基,可以相互结合而形成环。
从发光效率的观点出发,上述式(A-1)中优选(A-1-4)、(A-1-5),尤其优选(A-1-4),其中更优选下述式(A-1-4-1)所示的结构。
[式中R5和R6各自独立地表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或卤原子。a和b各自独立地表示0~3的整数。分别具有多个R5和R6的情况下,它们可以相同也可以不同。Y表示与上述相同的含义。]
从合成上的观点考虑,式(A-1-4-1)中的Y优选为-S-、-O-、-C(R1)(R2)-,更优选为-S-或-O-。
另外,从对溶剂的溶解性的观点考虑,a+b优选为1以上。
从合成上的观点考虑,上述式(A-1)、(A-1-1)到(A-1-5)中的P环、Q环、A环、B环、C环、D环、E环、F环和G环优选为芳香烃环。
本发明的高分子化合物共轭系高分子还可以具有下述式(2)、式(3)、式(4)或式(5)所示的重复单元。
[式中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4各自独立地表示亚芳基、2价杂环基或具有金属配位化合物结构的2价基团。X1、X2和X3各自独立地表示-CR15=CR16-、-C≡C-、-N(R17)-或-(SiR18R19)m-。R15和R16各自独立地表示氢原子、烷基、芳基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。R17、R18和R19各自独立地表示氢原子、烷基、芳基、1价杂环基、芳基烷基、或含取代氨基的基团。ff表示1或2。m表示1~12的整数。分别存在多个R15、R16、R17、R18和R19的情况下,它们可以相同也可以不同。]
在此,亚芳基是指从芳香烃除去2个氢原子的原子团,碳原子数通常为6~60左右,优选为6~20。这里作为芳香烃,包含具稠环的烃、2个以上独立的苯环或稠环直接或借助亚乙烯等基团连接的烃。
作为亚芳基,可以列举亚苯基(如下图的式1~3)、萘二基(下图的式4~13)、联苯二基(下图的式20~25)、三联苯二基(下图的式26~28)、稠环化合物基(下图的式29~35)、茋二基(下图的式201~204)、二茋二基(下图的式205、206)等。其中优选亚苯基、联苯二基、茋二基。
另外,2价杂环基是指从杂环化合物除去2个氢原子的残留原子团,碳原子数通常为3~60左右。
在此,杂环化合物是指,具有环式结构的有机化合物中,构成环的元素不仅是碳原子,环内还含有氧、硫、氮、磷、硼、砷等杂原子的化合物。
作为2价杂环基,可以列举以下的基团。
可以列举作为杂原子含氮的2价杂环基、吡啶-二基(下图的式39~44)、二氮杂亚苯基(下图的式45~48)、喹啉二基(下图的式49~63)、喹喔啉二基(下图的式64~68)、吖啶二基(下图的式69~72)、联吡啶二基(下图的式73~75)、菲绕啉二基(下图的式76~78)等;
作为杂原子含硅、氮、硒等且具有芴结构的基团(下图的式79~93);
作为杂原子含硅、氮、硫、硒等的5元环杂环基(下图的式94~98);
作为杂原子含硅、氮、硒等的5元环缩合杂原子基(下图的式99~110);
作为杂原子含硅、氮、硫、硒等的5元环杂原子基的杂原子的α位上进行结合而形成2聚体或低聚物的基团(下述式111~112);
作为杂原子含硅、氮、硫、硒等的5元环杂环基的杂原子的α位与苯基结合的基团(下图的式113~119);
作为杂原子含氧、氮、硫等的5元环缩合杂环基上取代有苯基或呋喃基、噻吩基的基团(下图的式120~125)。
上述式1~125中,R各自独立地表示氢原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。另外,式1~125的基团具有的碳原子可以被氮原子、氧原子或硫原子取代,氢原子可以被氟原子取代。
为了提高在有机溶剂中的溶解性,Ar1、Ar2、Ar3、Ar4优选具有取代基,优选含1个以上环状或长链的烷基、烷氧基,可以列举环戊基、环己基、戊基、异戊基、己基、辛基、2-乙基己基、癸基、3,7-二甲基辛基、戊氧基、异戊氧基、己氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、癸氧基、3,7-二甲基辛氧基。
另外,2个取代基可以连接而形成环。烷基链的一部分碳原子也可以用含杂原子的基团取代,作为这些杂原子,可以列举氧原子、硫原子、氮原子等。
作为上述(3)所示的重复单元,可以列举下述式(7)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、或(14)所示的重复单元。
[式中Ar15和Ar16各自独立地表示3价芳香烃基或3价杂环基,R40表示烷基、烷氧基、烷硫基、烷基甲硅烷基、烷基氨基、可以具有取代基的芳基或1价杂环基,X表示单键或下述基团的任何一种。
(式中R41各自独立地表示氢原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。存在多个R41的情况下,它们可以相同也可以不同)]
[式中R20表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。n表示0~4的整数。存在多个R20时,它们可以相同也可以不同。]
[式中R21和R22各自独立地表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。o和p各自独立地表示0~3的整数。存在多个R21和R22时,它们可以相同也可以不同。]
[式中R23和R26各自独立地表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。q和r各自独立地表示0~4的整数。R24和R25各自独立地表示氢原子、烷基、芳基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。分别存在多个R23和R26时,它们可以相同也可以不同。]
[式中R27表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。s表示0~2的整数。Ar13和Ar14各自独立地表示亚芳基、2价杂环基或具有金属配位化合物结构的2价基团。ss和tt分别表示0或1。X4表示O、S、SO、SO2、Se或Te。存在多个R27时,它们可以相同也可以不同。]
[式中R28和R29各自独立地表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。t和u分别独立地表示0~4的整数。X5表示O、S、SO2、Se、Te、N-R30或SiR31R32。X6和X7各自独立地表示N或C-R33。R30、R31、R32和R33分别独立地表示氢原子、烷基、芳基、芳基烷基或1价杂环基。分别存在多个R28、R29和R33时,它们可以相同也可以不同。]
[式中R34和R39各自独立地表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。v和w各自独立地表示0~4的整数。R35、R36、R37和R38各自独立地表示氢原子、烷基、芳基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。Ar5表示亚芳基、2价杂环基或具有金属配位化合物结构的2价基团。分别存在多个R34和R39时,它们可以相同也可以不同。]
另外,作为上述式(3)所示的重复单元,可以列举下述式(8)所示的重复单元。
[式中Ar6、Ar7、Ar8和Ar9各自独立地表示亚芳基或2价杂环基。Ar10、Ar11和Ar12各自独立地表示芳基或1价杂环基。Ar6、Ar7、Ar8、Ar9和Ar10可以具有取代基。x和y分别表示0或1,0≤x+y≤1。]
本发明中,上述式(8)所示的结构中,优选下述式(15)所示的结构。
[式中R22、R23和R24各自独立地表示烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基或氰基。x和y分别独立地表示0~4的整数。z表示1~2的整数。aa表示0~5的整数。]
作为上述式(15)中的R24,优选烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳基烷基、芳基烷氧基、取代氨基。作为取代氨基,优选二芳基氨基,更优选二苯基氨基。
上述中,优选的组合根据与高分子组合的金属配位化合物而有所不同,但优选上述式(A-1-4-1)和上述式(7)、(8)或(9),更优选式(A-1-4-1)和式(8)、(9)的组合。
上述式(A-1-4-1)所示的结构中,Y更优选为S原子、O原子。
另外,本发明的高分子化合物的末端基团,如果保留为聚合活性基团,在做成元件时会降低发光特性或寿命,因此可以用稳定的基团加以保护。优选具有与主链的共轭结构连接的共轭键,如可以列举借助碳-碳键与芳基或杂环基结合的结构。具体地可以列举特开平9-45478号公报的化10中记载的取代基等。
另外,本发明的高分子化合物可以是无规、嵌段或接枝共聚物,也可以是具有它们的中间结构的高分子,例如可以是带有嵌段性的无规共聚物。从获得量子收率高的高分子的观点考虑,带有嵌段性的无规共聚物或嵌段、接枝共聚物比完全的无规共聚物是优选的。也包括主链具有支链的具有3个以上末端部分的情况、或树枝状聚合物。
本发明的高分子化合物,其经聚苯乙烯换算的数均分子量优选为103~108。更优选为104~107。
具体地,制造本发明的高分子化合物时,可以将作为单体的具有多个反应性取代基的化合物根据需要溶解于有机溶剂,再使用例如碱或适当的催化剂,在有机溶剂的熔点以上沸点以下制造。例如可以使用“OrganicReactions”,第14卷,270-490页,John Wiley&Sons,Inc.,1965年,“Organic Syntheses”,Collective第6卷,407-411页,JohnWiley&Sons,Inc.,1988年,Cem.Rev.第95卷,2457页(1995年),J.Organomet.Chem.,第576卷,147页(1999年),Macromol.Spymp.第12卷,229页(1987年)等中记载的已知方法。
本发明的高分子化合物的制造方法中,作为缩聚的方法,可以采用已知的缩合反应来制造。缩聚中生成双键的情况下,可以列举特开平5-202355号公报记载的方法。即,可以列举具有甲酰基的化合物和具有鏻甲基的化合物、或具有甲酰基和鏻甲基的化合物基于Wittig反应的聚合;具有乙烯基的化合物和具有卤原子的化合物基于Heck反应的聚合;基于具有2个或2个以上单卤代甲基的化合物的脱卤化氢法的缩聚;基于具有2个或2个以上锍甲基的化合物的锍盐分解法的缩聚、具有甲酰基的化合物和具有氰基的化合物基于Knoevenagel反应的聚合等方法,具有2个或2个以上甲酰基的化合物基于McMurry反应的聚合等方法。
通过缩聚在本发明的高分子化合物的主链上生成三键时,可以利用Heck反应。
在不生成双键或参键的情况下,可以列举如由对应的单体通过Suzuki偶合反应进行聚合的方法、通过Grignard反应进行聚合的方法、利用Ni(0)配位化合物进行聚合的方法、利用FeCl3等氧化剂进行聚合的方法、电化学氧化聚合的方法、或使具有适当的脱离基的中间体高分子分解的方法等。
其中通过Wittig反应进行的聚合、通过Heck反应进行的聚合、通过Knoevenagel反应进行的聚合、以及通过Suzuki偶合反应进行聚合的方法、通过Grignard反应进行聚合的方法、通过零价镍配位化合物进行聚合的方法,由于结构容易控制,因而是优选的。
本发明的高分子化合物的原料单体所具有的反应性取代基为卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基或芳基烷基磺酸酯基的情况下,优选在零价镍配位化合物存在的条件下进行缩聚的制造方法。
作为原料化合物,可以列举二卤化化合物、双(烷基磺酸酯)化合物、双(芳基磺酸酯)化合物、双(芳基烷基磺酸酯)化合物或卤素-烷基磺酸酯化合物、卤素-芳基磺酸酯化合物、卤素-芳基烷基磺酸酯化合物、烷基磺酸酯-芳基磺酸酯化合物、烷基磺酸酯-芳基烷基磺酸酯化合物、芳基磺酸酯-芳基烷基磺酸酯化合物。
本发明的高分子化合物的原料单体所具有的反应性取代基为卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸基或硼酸酯基的情况下,优选卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基以及芳基烷基磺酸酯基的摩尔数总量与硼酸基及硼酸酯基的摩尔数总量的比实质上为1(通常为0.7~1.2的范围),且使用镍催化剂或钯催化剂进行缩聚的制造方法。
作为具体的原料化合物的组合,可以列举二卤化合物、双(烷基磺酸酯)化合物、双(芳基磺酸酯)化合物或双(芳基烷基磺酸酯)化合物和二硼酸化合物或二硼酸酯化合物的组合。
另外可以列举卤素-硼酸化合物、卤素-硼酸酯化合物、烷基磺酸酯-硼酸化合物、烷基磺酸酯-硼酸酯化合物、芳基磺酸酯-硼酸化合物、芳基磺酸酯-硼酸酯化合物、芳基烷基磺酸酯-硼酸化合物、芳基烷基磺酸酯-硼酸化合物、芳基烷基磺酸酯-硼酸酯化合物。
作为有机溶剂,根据所用的化合物或反应有所不同,但一般为了控制副反应,优选对所用溶剂实施充分的脱氧处理,在非活性气氛中进行反应。还优选同样地进行脱水处理。但象Suzuki偶合反应等在与水的2相体系进行反应的情况不受此限制。
为了使单体进行反应,添加适当碱或适当的催化剂。这可以根据所用的反应进行选择。该碱或催化剂优选充分溶解于反应所用的溶剂的物质。作为混合碱或催化剂的方法,可以列举在氩或氮等非活性气氛下边搅拌反应液边缓慢加入碱或催化剂溶液,或相反将反应液缓慢加入碱或催化剂溶液的方法。
将本发明的高分子化合物用于高分子LED等元件时,由于其纯度对发光特性等元件的性能产生影响,因此优选将聚合前的单体用蒸馏、升华精制、重结晶等方法精制后再进行聚合。而聚合后优选进行再沉淀精制、由层析法进行分馏等纯化处理。
下面对本发明的高分子化合物中的金属配位化合物(B)加以说明。
金属配位化合物(B)具有1个以上3齿配位基,中心原子的原子序号为21以上。这里作为3齿配位基,可以列举通过同一分子中的独立的3个原子配位于一个金属原子或金属离子的配位基。
3齿配位基优选含有至少一个芳香环,从获得高发光效率考虑,更优选含有稠环。另外,与金属配位的原子优选为碳、氮、氧、硫、磷。
作为3齿配位基,可以列举以下的物质。
(图中*表示与金属离子配位的原子。R表示与上述相同的含义,同一分子内的R可以相同也可以不同。)
3齿配位基以外的配位基没有特别的限定,根据所用中心金属可取的价数,可以适当成为单齿配位基或2齿配位基,也可以具有2个以上3齿配位基。
3齿配位基以外的配位基也优选含有至少一个芳香环,从获得高发光效率考虑,更优选含有稠环。另外,与金属配位的原子优选为碳、氮、氧、硫、磷,其中更优选为碳、氮、磷。从提高溶解性等的观点出发,配位基还优选具有取代基。
作为3齿配位基以外的配位基,可以列举以下的配位基。
(图中*和R表示与上述相同的含义)
3齿配位基与其以外的配位基的组合没有特别的限定,可以根据中心金属的价数适当选择优选的组合,但从将发光色调整为可见范围的角度考虑,优选与至少1个单齿配位基组合。
中心金属,是原子序号为21以上的原子,优选的是在该配位化合物有旋转轨道相互作用,可以引起单重态和三重态间相互交叉的金属,作为其例子,可以列举第4、5周期的过渡金属、W、Os、Ir、Au、镧系元素类、Re、Sc、Pt、Ru等,从发光效率的观点出发,优选为Ru、Rh、W、Os、Ir、Au、Eu、Tb,尤其优选为W、Os、Ir、Au,更优选为W、Au,最优选为Au。
本发明所用的金属配位化合物中,优选发光性的金属配位化合物,更优选呈现三重激发态产生的发光的金属配位化合物。
在此作为呈现三重激发态产生的发光的金属配位化合物,除了也包含可以观测到磷光发光的化合物,还包含可以观测到磷光发光和荧光发光的化合物。
作为高分子化合物中金属配位化合物(B)的结构,具体地可以列举以下的结构(B-1)~(B-5)。
(上述式中,R表示与前面相同的含义。XX表示与高分子链的结合位置。)
(上式中,R表示与前面相同的含义。XX表示与高分子链的结合位置。)
(上式中,R表示与前面相同的含义。XX表示与高分子链的结合位置。)
(上式中,R表示与前面相同的含义。XX表示与高分子链的结合位置。)
(上式中,R表示与前面相同的含义。XX表示与高分子链的结合位置。)
本发明的高分子化合物中金属配位化合物(B)的量,根据组合的共轭系高分子(A)的种类或最想要的特性而不同,没有特别的限定,将高分子(A)的量定为100重量份时,通常为0.01~80重量份,优选为0.1~60重量份。
本发明的高分子化合物是共轭系高分子(A)的分子内作为部分结构具有金属配位化合物(B)的,其呈金属配位化合物(B)的配位基与共轭系高分子结合的形态。作为其例子,可以列举含通式(A-1)所示的重复单元且聚苯乙烯换算的数均分子量为103~108而且其侧链、主链及/或末端具有金属配位化合物(B)的结构的化合物。
共轭系高分子(A)的侧链具有金属配位化合物(B)的结构的高分子化合物含下式所示的重复单元。
-Ar18-
[式中Ar18表示二价芳香环或具有一个以上从氧原子、氮原子、硅原子、锗原子、锡原子、磷原子、硼原子、硫原子、硒原子和碲原子群中选择的原子的二价杂环基,该Ar18具有1-4个-L-X所示基团,X表示含金属配位化合物的一价基团,L表示单键、-O-、-S-、-CO-、-CO2-、-SO-、-SO2-、SiR68R69-、-NR70-、-BR71-、-PR72-、-P(=0)(R73)-、可以被取代的亚烷基、可以被取代的亚烯基、可以被取代的亚炔基、可以被取代的亚芳基、或可以被取代的2价杂环基,当该亚烷基、该亚烯基、该亚炔基含-CH2-基的情况下,该亚烷基所含的一个以上-CH2-基、该亚烯基所含的一个以上-CH2-基、该亚炔基所含的一个以上-CH2-基分别可以被从-O-、-S-、-CO-、-CO2-、-SO-、-SO2-、-SiR74R75-、NR76-、-BR77-、-PR78-、P(=0)(R79)-中选择的基团取代。R68、R69、R70、R71、R72、R73、R74、R75、R76、R77、R78、R79各自独立地表示从氢原子、烷基、芳基、1价杂环基和氰基中选择的基团。Ar18,除了-L-X所示的基团以外,还可以具有从烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、亚胺残基、酰胺基、酰亚胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基和氰基中选择的取代基。Ar18具有多个取代基的情况下,它们可以相同也可以不同。]
在此,作为2价的芳香环的例子,可以列举亚苯基、亚萘基、或上述通式(A-1)所示的环之类。
共轭系高分子(A)的主链上具有金属配位化合物(B)的结构的高分子化合物,含有如下式所示的重复单元。
[式中L1、L2表示金属配位化合物结构,式中的2价或3价结合基使金属配位化合物的配位基结合于形成高分子主链的重复单元。]
共轭系高分子(A)的末端具有金属配位化合物(B)的结构的高分子化合物含有如下式所示的结构。
-X-L3
[式中L3表示含金属配位化合物的一价基团,1价的结合基使金属配位化合物的配位基与X结合。X表示单键、可以被取代的亚烯基、可以被取代的亚炔基、可以被取代的亚芳基、或可以被取代的2价杂环基。]
侧链、主链、末端具有金属配位化合物结构的高分子化合物,可以使用具有金属配位化合物结构的单体作为原料之一,用上述的方法加以制造。
本发明涉及含有上述高分子化合物的发光材料。这种情况下优选金属配位化合物为发光性金属配位化合物。
下面对本发明所用的金属配位化合物的制造法加以说明。由于本发明的高分子化合物是,将金属配位化合物结构与高分子含于同一分子内的物质,因此需要制造出具有可以引入于高分子的反应性基团的金属配位化合物。
制造具有反应性基团的金属配位化合物时,可以将所要用的配位化合物用溴或N-溴丁二酰亚胺等一般的溴化剂溴化之后,将其作为配位化合物单体,采用上述的高分子化合物的制造法进行聚合来制造。也可以使用具有反应性基团的配位基合成最终的金属配位化合物。
也可以采用不同于上述的方法,即,事先合成引入有三齿配位基部位或其他配位部位的高分子化合物后,将配位化合物结构导入于其中,由此制造本发明所用的高分子化合物。
另外,从改善使用本发明的高分子化合物制膜时的制膜性、元件特性的观点出发,可以作为将本发明的高分子化合物与其它的低分子有机化合物和/或高分子化合物混合而成的高分子组合物使用。
本发明的高分子组合物至少含有1种本发明的高分子化合物。除了本发明的高分子化合物外,还含有从空穴输送材料、电子输送材料及发光材料中选择的至少一种材料。
对于所组合的低分子有机化合物、高分子化合物没有特别的限定,但优选使用具有空穴注入·输送性(空穴输送材料)、电子注入·输送性(电子输送材料)的物质,具体而言,作为低分子有机化合物,可以列举三苯基胺、四苯基二胺、双咔唑基联苯及它们的衍生物等,作为高分子化合物,可以列举聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚硅烷或其衍生物、侧链或主链具有芳香族胺化合物基的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚(p-亚苯基亚乙烯基)或其衍生物、或聚(2,5-亚噻吩基亚乙烯基)或其衍生物等。
另外,本发明提供一种金属配位化合物(B′),该金属配位化合物(B′)具有配位化合物结构(B)中的从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属;单齿配位基;含1个以上芳香环而且环结构内含3个配位原子的三齿配位基,所述金属配位化合物(B′)在10℃以上于可见光范围显示发光的。
另外,本发明提供一种金属配位化合物(B″),该金属配位化合物(B″)具有配位化合物结构(B)中的从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属;具有芳香环的单齿配位基;含1个以上芳香环而且环结构内含3个配位原子的三齿配位基。
金属配位化合物(B′)和(B″)所具有的金属为从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属,作为其具体例子,可以列举Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Os、Ir、Au、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,从获得高效率的观点考虑,优选为Ru、Rh、W、Os、Ir、Au、Eu、Tb,尤其优选为W、Os、Ir、Au,更优选为W、Au,最优选为Au。
作为金属配位化合物(B′)所具有的单齿配位基,可以列举氢原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、酰基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、甲硅烷基、羧基、杂环配位基、羰基配位基、烯烃配位基、炔烃配位基、胺配位基、亚胺配位基、异腈配位基、膦配位基、氧化膦配位基、亚磷酸酯配位基、醚配位基、砜配位基、亚砜配位基或硫醚配位基等作为例子。任何配位基都可以被氟或氯等卤原子取代。
烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、酰基、酰胺基和酰亚胺基,是与上述同样的基团。
作为杂环配位基,0价、1价均可,作为0价的基团,可以列举如2,2-联吡啶、1,10-菲绕啉、2-(4-噻吩-2-基)吡啶、2-(苯并噻吩-2-基)吡啶等,作为1价的基团,可以列举如苯基吡啶、2-(对苯基苯基)吡啶、7-溴苯并[h]喹啉、2-(4-苯基噻吩-2-基)吡啶、2-苯基苯并噁唑、2-(对苯基苯基)苯并噁唑、2-苯基苯并噻唑、2-(对苯基苯基)苯并噻唑等。
作为羰基配位基,可以列举一氧化碳或丙酮、二苯甲酮等酮类、乙酰丙酮、苊醌等二酮类、乙酰丙酮化物、二苯并甲基化物、噻吩甲酰基三氟丙酮酸酯等丙酮酸酯(acetonate)配位基等。
作为烯烃配位基,没有特别的限定,可以列举如乙烯、丙烯、丁烯、己烯或癸烯等。
作为炔烃配位基没有特别的限定,可以列举如乙炔、苯基乙炔或二苯基乙炔等。
作为胺配位基,没有特别的限定,可以列举如三乙基胺或三丁基胺等。
作为亚胺配位基,没有特别的限定,可以列举如二苯甲酮亚胺或丁酮亚胺等。
作为异腈配位基,没有特别的限定,可以列举如t-丁基异腈或苯基异腈等。
作为膦配位基,没有特别的限定,可以列举如三苯基膦、三甲苯基膦、三环己基膦或三丁基膦等。
作为氧化膦配位基,没有特别的限定,可以列举如三丁基氧化膦或三苯基氧化膦等。
作为亚磷酸酯配位基,没有特别的限定,可以列举如三苯基亚磷酸酯、三甲苯基亚磷酸酯、三丁基亚磷酸酯或三乙基亚磷酸酯等。
作为醚配位基,没有特别的限定,可以列举如二甲基醚、二乙基醚或四氢呋喃等。
作为砜配位基,没有特别的限定,可以列举如二甲基砜或二丁基砜等。
作为亚砜配位基,没有特别的限定,可以列举如二甲基亚砜或二丁基亚砜等。
作为硫醚配位基,没有特别的限定,可以列举如乙硫醚或丁硫醚等。
作为金属配位化合物(B″)所具有的单齿配位基,可以列举芳基、芳氧基、芳硫基、芳基烷氧基、芳基烷硫基、芳基烯基、芳基炔基或杂环基等作为例子。任何的配位基都可以用氟或氯等卤原子取代。
作为单齿配位基优选具有芳香环,更优选芳香环中的配位原子为碳或氮、或者芳香环为稠环。
从发光效率的观点考虑,作为芳香环中的配位原子为碳或氮原子的单齿配位基,优选含下述式(S-1)所示结构的基团或化合物。
[上述式(S-1)中,*表示配位于金属的原子,R表示与上述同样的基团。]
从发光效率的观点考虑,作为稠环的单齿配位基,优选为含下述式(S-2)所示结构的基团或化合物。
[上述式(S-2)中,*表示配位于金属的原子,R表示与上述同样的基团。]
从合成的观点看,式(S-1)和(S-2)中,R优选为氢原子、烷基、烷氧基或卤原子。
特别是在下述式(B′-1)和(B′-3)所示的3齿配位基不含稠环的情况下,优选单齿配位基具有稠环。
金属配位化合物(B′)和(B″),优选为具有下述通式(B′-1)、(B′-2)或(B′-3)所示结构和单齿配位基的金属配位化合物。
[式中,M表示从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属,H环、I环和J环各自独立地表示芳香环,各个环结构内存在的X1、Y1和Z1各自独立地表示配位于金属M的配位原子。J1和J2各自独立地表示碳原子数1~6的亚烷基、碳原子数2~6的亚烯基或碳原子数2~6的亚炔基,该亚烷基、该亚烯基、和该亚炔基的碳原子可以分别被氧原子或硫原子取代。j1和j2各自独立地表示0或1。]
[式中M表示从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属,K环和L环各自独立地表示芳香环,各个环结构内存在的X2、Y2和Z2各自独立地表示配位于金属M的配位原子,J3表示碳原子数1~6的亚烷基、碳原子数2~6的亚烯基或碳原子数2~6的亚炔基,该亚烷基、该亚烯基、和该亚炔基的碳原子可以分别被氧原子或硫原子取代。j3表示0或1。]
[式中M表示从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属,O环表示芳香环,环结构内存在的X3、Y3和Z3各自独立地表示配位于金属M的配位原子。]
上述式(B′-1)中的M是从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属,作为其具体例子可以列举Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Os、Ir、Au、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,从获得高效率的观点考虑,优选为Ru、Rh、W、Os、Ir、Au、Eu、Tb,尤其优选为W、Os、Ir、Au,更优选为W、Au,最优选为Au。
上述式(B′-1)中的H环、I环和J环各自独立地表示芳香环。
作为芳香环可以列举芳香烃环、芳香杂环。芳香环可以是单环,也可以是稠环。
作为单环的芳香环可以列举如苯环。
作为稠环的芳香烃环,可以列举如萘、蒽、菲等。
作为单环的芳香杂环,可以列举如吡啶、嘧啶、哒嗪、喹啉等。
作为稠环的芳香杂环,可以列举如喹喔啉、菲绕啉、咔唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩、dibenzosilol(ジベンゾシロ一ル)等。
式(B′-1)中,H环的X1、I环的X2、J环的X3为各个环结构内所含的、配位于金属(M)的配位原子。
作为配位原子,可以列举碳原子、氮原子、氧原子、硅原子、硫原子、磷原子、砷原子、硒原子等,优选为碳原子、氮原子、氧原子、硅原子、硫原子、磷原子,更优选为碳原子、氮原子、氧原子、硫原子。
作为I环的具体例子,可以列举以下的环作为芳香烃环。
上述中的R表示与前面同样的含义,多个R可以相同也可以不同。另外图中*表示与中心金属M结合的部位。
作为I环的具体例子,可以列举以下的环(I13~I62)作为芳香杂环。
上述式中,R、*表示与前面同样的含义。
作为H环、J环的具体例子,可以列举上述I环具体例子的各结合位中的一个被取代基R取代的基团。
式(B′-1)中,j1和j2分别表示独立的0或1,J1和J2分别独立地表示碳原子数1~6的亚烷基、碳原子数2~6的亚烯基、或碳原子数2~6的亚炔基,该亚烷基、该亚烯基和该亚炔基的碳原子可以分别被氧原子或硫原子取代。
在此,作为碳原子数1~6的亚烷基,可以列举-CH2-、-C2H4-、-C3H6-、-C4H8-。作为碳原子(的一部分)被氧原子取代的基团,可以列举-OCH2-、-CH2OC2H4-,作为碳原子(的一部分)被硫原子取代的基团,可以列举-SCH2-、-CH2SC2H4-。
作为碳原子数2~6的亚烯基,可以列举-CH=CH-CH2-、-CH=CH-C2H4-、-CH2-CH=CH-C2H4-。作为碳原子(的一部分)被氧原子取代的基团,可以列举-CH=CH-CH2O-,作为碳原子(的一部分)被硫原子取代的基团,可以列举-CH=CH-CH2S-。
作为碳原子数2~6的亚炔基,可以列举-C≡C-CH2-、-C≡C-C2H4-、-CH2-C≡C-C2H4-。作为碳原子(的一部分)被氧原子取代的基团,可以列举-C≡C-CH2O-,作为碳原子(的一部分)被硫原子取代的基团,可以列举-C≡C-CH2S-。
作为上述式(B′-1)中的3齿配位基,可以列举以下的物质。
上述式中,R、*表示与前面相同的含义。
从合成的观点考虑,H环、I环、J环优选为单环芳香烃环或单环杂环。
下面对具有式(B′-2)结构的金属配位化合物加以说明。
式(B′-2)中的M是从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属,作为其具体例子可以列举Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Os、Ir、Au、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,从获得高效率的观点考虑,优选为Ru、Rh、W、Os、Ir、Au、Eu、Tb,尤其优选为W、Os、Ir、Au,更优选为W、Au,最优选为Au。
式(B′-2)中的K环和L环分别表示独立的芳香环,各个环结构内存在的X2、Y2和Z2各自独立地表示配位于金属M的配位原子,J3表示碳原子数1~6的亚烷基、碳原子数2~6的亚烯基或碳原子数2~6的亚炔基,该亚烷基、该亚烯基和该亚炔基的碳原子可以分别被氧原子或硫原子取代,j3表示0或1。
在此,芳香环、碳原子数1~6的亚烷基、碳原子数2~6的亚烯基、碳原子数2~6的亚炔基的定义、具体例子与式(B′-1)中它们的定义、具体例子相同。
作为K环,可以列举以下的环,但从配位化合物的稳定性的观点考虑,优选为稠环。
上述式中,R、*表示与前面相同的含义。
作为L环的具体例子,可以列举上述I1~I62的各个结合位的一个被取代基R取代的基团,从合成的观点出发,优选为单环芳香烃环或单环杂环。
作为上述式(B′-2)的3齿配位体,可以列举以下的结构。
下面对具有式(B′-3)结构的金属配位化合物加以说明。
式(B′-3)中M是从第4和第5周期的过渡金属以及W、Os、Ir、Au和镧系元素中选择的金属,作为其具体例子可以列举Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Os、Ir、Au、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,从获得高效率的观点考虑,优选为Ru、Rh、W、Os、Ir、Au、Eu、Tb,尤其优选为W、Os、Ir、Au,更优选为W、Au,最优选为Au。
O环表示芳香环,各个环结构内存在的X3、Y3和Z3分别独立地表示配位于金属M的配位原子。
在此,芳香环定义、具体例子与式(B′-1)中的定义、具体例子相同。
作为O环的具体例子,即上述式(B′-3)的3齿配位基,可以列举以下的结构,从配位化合物的稳定性的观点考虑,优选为稠环。
上述式中,R、*表示与前面相同的含义。
具有上述式(B′-1)~(B′-3)结构的金属配位化合物,可以具有2个3齿配位基,还可以除了一个3齿配位基和单齿配位基外再具有2齿配位基。
作为2齿配位基,没有特别的限定,可以列举如可被烷基或卤原子取代的苯基吡啶、菲绕啉、苯基喹啉或特表2003-515897记载的2齿配位基等。
来自本发明的金属配位化合物的发光没有特别的限定,从获得高效率这一点来看,含有来自MLCT激发态(Metal to Ligand charge transfer激发态)的发光是优选的。
下面对本发明的金属配位化合物(B′)和(B″)的合成法加以说明。
对于可以稳定获得金属卤化物及其水合物的物质,可以用醇类等适当的溶剂加热金属盐和配位基,通过以正金属化(ortho-metallization)反应为代表的脱HX(X=来自金属盐的卤离子)反应合成中间体M(L1)(L2)。在此,L1表示上述记载的3齿配位基,L2表示来自金属盐的卤离子。作为合成法可以列举非特许文献3记载的方法。
同样的反应不仅可以适用于金属卤化物,还适用于乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐等通常的金属盐。
除了通过金属卤化物的正金属化反应合成中间体的方法外,也可以采用将配位基氧化加成于低原子价金属的合成方法。即,将上述中间体M(L1)(L2)的金属离子的价数定为n时,使用(n-2)价的金属M′与L1-Z进行氧化加成反应,可以获得M(L1)(Z)。在此,金属M′可以具有膦或羰基等具取代活性的配位基,Z表示溴或碘等容易进行氧化加成的取代基,取代于L1上的与金属结合的位置。由于Z是具有与上述L2同样的取代活性的配位基,因此所得的M′(L1)(Z)也可以用作本发明的中间体。
通过使原料M(L1)(L2)在适当的有机溶剂中进行配位基交换反应,可以将卤素配位基变换成上述单齿配位基。此处所示的所有反应通常都在有机溶剂中进行,作为溶剂可以使用如二乙基醚、四氢呋喃、叔丁基甲基醚、二噁烷等醚类溶剂、己烷、环己烷、甲苯、二甲苯等烃类溶剂、醋酸乙酯、丙酸甲酯等酯类溶剂、二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷等卤素类溶剂、丙酮、甲基异丁基酮、二乙基酮等酮类溶剂、乙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇等醇类溶剂等。溶剂的使用量没有特别的限制,通常相对于作为原料的配位化合物类和配位基类总重量,以重量比计为10~500倍左右。
反应温度没有特别的限定,通常可以在溶剂熔点至沸点之间反应,优选为-78℃~溶剂的沸点。
反应时间没有特别的限定,通常为30分钟至30小时左右。
合成操作如下。向烧瓶内投入溶剂,边搅拌溶剂边用非活性气体如氮气或氩气沸腾脱气,然后加入配位化合物和配位基。边搅拌边在非活性气氛下升温至可交换配位基的温度,保温搅拌。反应终点可以利用TLC监控器或高速液体色谱由原料不再减少或任何原料的消失来确定。
从反应混合液取出最终产物和对此进行精制的方法,根据配位化合物有所不同,可以使用通常的配位化合物的精制方法。
例如,投入作为配位化合物的不良溶剂的1当量的盐酸水溶液,使配位化合物析出,过滤取出,将该固体溶解于二氯甲烷或三氯甲烷等有机溶剂。过滤该溶液除去不溶物再浓缩,用硅胶柱色谱法(二氯甲烷洗提)精制,收集最终产物的分极溶液,如适量加入甲醇(不良溶剂)、浓缩,析出最终的配位化合物,将其过滤干燥,得到配位化合物。
化合物的鉴定·分析可以通过CHN元素分析和NMR进行。
本发明的组合物含有上述本发明的金属配位化合物和有机化合物。
本发明的组合物是表示作为主体化合物(host compound)混合有其它的有机化合物的物质,作为主体化合物,可以列举至今已知的金属配位化合物磷光发光化合物用低分子主体化合物或高分子化合物。
作为低分子主体化合物,具体地可以列举下述化合物。
另外,作为主体化合物也可以使用高分子。作为高分子,可以列举非共轭系高分子、共轭系高分子(A)。作为非共轭系高分子,可以列举聚乙烯基咔唑等。
共轭系高分子具有与上述相同的含义。
用作主体的高分子,可以是共轭高分子(A)分子内具有金属配位化合物(B′)或(B″)的部分结构的物质或高分子组合物。
共轭高分子(A)分子内具有金属配位化合物(B′)或(B″)的部分结构的物质,与共轭高分子(A)分子内具有金属配位化合物(B)的部分结构的物质是同样的。
本发明的组合物所用的高分子的聚苯乙烯换算的数均分子量优选为103~108,更优选为104~106。聚苯乙烯换算的重均分子量为103~108,优选为5×104~5×106。
另外,本发明的金属配位化合物可以作为部分结构引入于高分子内。即,本发明涉及分子内含有上述本发明的金属配位化合物结构的高分子金属配位化合物。
作为引入于金属配位化合物的高分子,可以同样列举作为用作本发明的组合物的高分子在上面记载的高分子。
本发明的组合物中金属配位化合物的量,根据组合的有机化合物的种类或最需要的特性有所不同,没有特别的限定,将有机化合物的量定为100重量份时,通常为0.01~80重量份,优选为0.1~60重量份。也可以含有2种以上金属配位化合物。
本发明的组合物还可以含有从空穴输送材料、电子输送材料以及发光材料选择的至少1种材料。
作为空穴输送材料,可以列举芳香胺、咔唑衍生物、聚对亚苯基衍生物等至今作为空穴输送材料用于有机EL元件的材料。
作为电子输送材料,可以列举同样至今作为电子输送材料用于有机EL元件的噁二唑衍生物、蒽醌二甲烷或其衍生物、苯醌或其衍生物、萘醌或其衍生物、蒽醌或其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷或其衍生物、9-芴酮衍生物、二苯基二氰基乙烯或其衍生物、联苯酚合苯醌衍生物、或8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物、聚喹啉或其衍生物、聚喹喔啉或其衍生物、聚芴或其衍生物等。
作为发光材料,可以使用已知的物质。低分子化合物可以使用如萘衍生物、蒽或其衍生物、二萘嵌苯或其衍生物、聚甲炔类、氧杂蒽类、香豆素类、菁类等色素类、8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物、芳香族胺、四苯基环戊二烯或其衍生物、或四苯基丁二烯或其衍生物等。
用于本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物,不仅可以用作发光材料,还可以用作有机半导体材料、光学材料,或可以经掺杂而用作导电性材料。
下面对本发明的元件加以说明。
本发明的元件的特征在于,在由阳极和阴极构成的电极间具有含本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物的层。
作为本发明的元件可以列举发光元件、光电元件等。
本发明的元件为发光元件的情况下,含本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物的层优选为有机层,还优选为发光层即发光性薄膜。
作为本发明的高分子LED,可以列举在阴极和发光层之间设置了电子输送层的高分子LED、在阳极和发光层之间设置了空穴输送层的高分子LED、在阴极和发光层之间设置了电子输送层而且在阳极和发光层之间设置了空穴输送层的高分子LED。
另外,可以列举在上述至少一个电极与发光层之间,与该电极相邻而设置了含导电性高分子的层的高分子LED;在上述至少一个电极与发光层之间,与该电极相邻而设置了平均膜厚在2nm以下的缓冲层的高分子LED。
具体地可以列举以下a)~d)的结构。
a)阳极/发光层/阴极
b)阳极/空穴输送层/发光层/阴极
c)阳极/发光层/电子输送层/阴极
d)阳极/空穴输送层/发光层/电子输送层/阴极
(在此,/表示各层邻接层叠的意思。以下同)
这里,发光层指具有发光功能的层,空穴输送层指具有输送空穴功能的层,电子输送层指具有输送电子功能的层。而电子输送层和空穴输送层总称为电荷输送层。
发光层、空穴输送层、电子输送层可以各自分别使用2层以上。
另外,与电极邻接设置的电荷输送层中,具有能改善来自电极的电荷注入效率的功能、降低元件的驱动电压的效果的,通常将其称为电荷注入层(空穴注入层、电子注入层)。
另外,为了改善与电极的附着力或改善来自电极的电荷注入,与电极相邻的位置上可以设置上述的电荷注入层或膜厚在2nm以下的绝缘层,另外,为了提高界面的附着力或防止混合等,可以在电荷输送层或发光层的界面***薄的缓冲层。
还有,为了输送电子且封闭空穴,在与发光层的界面可以***空穴阻挡层。
所层叠的层的顺序或数目以及各层的厚度,可以根据发光效率或元件寿命适宜使用。
本发明中,作为设置有电荷注入层(电子注入层、空穴注入层)的高分子LED,可以列举与阴极相邻而设置有电荷注入层的高分子LED、与阳极相邻而设置有电荷注入层的高分子LED。
具体地可以列举以下的e)~p)的结构。
e)阳极/电荷注入层/发光层/阴极
f)阳极/发光层/电荷注入层/阴极
g)阳极/电荷注入层/发光层/电荷注入层/阴极
h)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/阴极
i)阳极/空穴输送层/发光层/电荷注入层/阴极
j)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/电荷注入层/阴极
k)阳极/电荷注入层/发光层/电荷输送层/阴极
l)阳极/发光层/电子输送层/电荷注入层/阴极
m)阳极/电荷注入层/发光层/电子输送层/电荷注入层/阴极
n)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/电荷输送层/阴极
o)阳极/空穴输送层/发光层/电子输送层/电荷注入层/阴极
p)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/电子输送层/电荷注入层/阴极
作为电荷注入层的具体例子,可以例示含有导电性高分子的层;设置在阳极和空穴输送层之间的层,该层的构成材料的电离势介于阳极构成材料的电离势和空穴输送材料的电离势之间;设置在阴极和电子输送层之间的层,该层的构成材料的电子亲和水平介于阴极材料的电子亲和水平和电子输送层的电子亲和水平之间;等等。
在上述电荷注入层中含有导电性高分子的情况下,该导电性高分子的电导率优选为10-5S/cm以上103S/cm以下,为了减少发光象素间的电流泄漏,尤其优选为10-5S/cm以上102S/cm以下,更优选为10-5S/cm以上101S/cm以下。
为了将该导电性高分子的电导率定在10-5S/cm以上103S/cm以下,通常将适量的离子掺杂到该导电性高分子中。
就所掺杂的离子的种类而言,如果是空穴注入层则为阴离子,如果是电子注入层则为阳离子。作为阴离子的例子,可以列举聚苯乙烯磺酸离子、烷基苯磺酸离子、樟脑磺酸离子等,作为阳离子的例子,可以列举锂离子、钠离子、钾离子、四丁基铵离子等。
电荷注入层的膜厚为1nm~100nm,优选为2nm~50nm。
电荷注入层所用的材料可以根据电极或与邻接层的材料的关系适当选择,可以列举聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚亚苯基亚乙烯基及其衍生物、聚亚噻吩基亚乙烯基及其衍生物、聚喹啉及其衍生物、聚喹喔啉及其衍生物、主链或侧链含有芳香族胺结构的聚合体等导电性高分子、金属酞菁(铜酞菁等)、碳等。
膜厚为2nm以下的绝缘层具有使电荷的注入变容易的功能。作为上述绝缘层的材料,可以列举金属氟化物、金属氧化物、有机绝缘材料等。作为设置了膜厚2nm以下绝缘层的高分子LED,可以列举与阴极邻接设置了膜厚2nm以下的绝缘层的高分子LED、与阳极邻接设置了膜厚2nm以下绝缘层的高分子LED。
具体地可以列举如以下的q)~ab)的结构。
q)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/发光层/阴极
r)阳极/发光层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
s)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/发光层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
t)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/空穴输送层/发光层/阴极
u)阳极/空穴输送层/发光层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
v)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/空穴输送层/发光层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
w)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/发光层/电子输送层/阴极
x)阳极/发光层/电子输送层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
y)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/发光层/电子输送层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
z)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/空穴输送层/发光层/电子输送层/阴极
aa)阳极/空穴输送层/发光层/电子输送层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
ab)阳极/膜厚2nm以下的绝缘层/空穴输送层/发光层/电子输送层/膜厚2nm以下的绝缘层/阴极
空穴阻挡层是具有输送电子且将由阳极输送的空穴封闭的作用的层,设置于发光层的阴极侧的界面,由具有比发光层的大的电离势的材料,如浴桐灵(bathocuproine)、8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物等构成。
空穴阻挡层的膜厚为1纳米-100纳米,优选为2纳米-50纳米。
具体地可以列举如以下的ac)~an)的结构。
ac)阳极/电荷注入层/发光层/空穴阻挡层/阴极
ad)阳极/发光层/空穴阻挡层/电荷注入层/阴极
ae)阳极/电荷注入层/发光层/空穴阻挡层/电荷注入层/阴极
af)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/阴极
ag)阳极/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/电荷注入层/阴极
ah)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/电荷注入层/阴极
ai)阳极/电荷注入层/发光层/空穴阻挡层/电荷输送层/阴极
aj)阳极/发光层/空穴阻挡层/电子输送层/电荷注入层/阴极
ak)阳极/电荷注入层/发光层/空穴阻挡层/电子输送层/电荷注入层/阴极
al)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/电荷输送层/阴极
am)阳极/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/电子输送层/电荷注入层/阴极
an)阳极/电荷注入层/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/电子输送层/电荷注入层/阴极
制作高分子LED时,通过使用本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物,不仅在由溶液成膜的情况下将该溶液涂布干燥来除去其中的溶剂,在将电荷输送材料或发光材料混合的情况下,也可以适用同样的方法,这制造上是非常有利的。作为由溶液成膜的方法,可以使用旋转涂布法、流延法、微量凹版涂布法、凹版涂布法、棒涂法、辊涂法、金属棒涂法、浸涂法、喷涂法、丝网印刷法、苯胺印刷法、胶版印刷法、喷墨印刷法等涂布法。
作为油墨组合物(如印刷法等中用作溶剂),含至少一种本发明的高分子材料即可。
该油墨组合物中,除了本发明的高分子材料外,通常含有溶剂,还可以含有空穴输送材料、电子输送材料、发光材料、稳定剂、调节粘度或表面张力的添加剂、抗氧化剂等添加剂。
该油墨组合物中本发明的高分子材料的比例,通常占除去溶剂的该油墨组合物总重量的20wt%~100wt%,优选为40wt%~100wt%。
另外油墨组合物中溶剂的比例为占该油墨组合物总重量的1wt%~99.9wt%,优选占60wt%~99.9wt%,更优选占90wt%~99.8wt%。
该油墨组合物的粘度因印刷法而不同,25℃下为0.5~500mPa·s,优选为1~100mPa·s,喷墨印刷法等油墨组合物经过喷出装置的情况下,为防止喷出时堵塞或线路偏差,在25℃时粘度优选在1~20mPa·s的范围。
作为油墨组合物所用的溶剂,优选可以溶解或均匀分散本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物的溶剂。作为该溶剂,可以列举三氯甲烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、氯苯、o-二氯苯等氯类溶剂,四氢呋喃、二噁烷等醚类溶剂,甲苯、二甲苯、三甲基苯、2,4,6-三甲苯等芳香烃类溶剂,环己烷、甲基环己烷、n-戊烷、n-己烷、n-庚烷、n-辛烷、n-壬烷、n-癸烷等脂肪烃类溶剂,丙酮、丁酮、环己酮等酮类溶剂,醋酸乙酯、醋酸丁酯、苯甲酸甲酯、乙基溶纤剂乙酸酯等酯类溶剂,乙二醇、乙二醇单丁基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单甲基醚、二甲氧基乙烷、丙二醇、二乙氧基甲烷、三甘醇单***、甘油、1,2-己二醇等多价醇及其衍生物、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、环己醇等醇类溶剂,二甲基亚砜等亚砜类溶剂,N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类溶剂。另外,这些有机溶剂可以单独使用或多种组合使用。优选含有一种以上的上述溶剂中的具有含至少1个苯环的结构而且熔点0℃以下、沸点100℃以上的有机溶剂。
作为溶剂的种类,从本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物对有机溶剂的溶解性、成膜时的均一性、粘度特性等观点考虑,优选芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂,更优选为甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯、三甲基苯、2,4,6-三甲苯、n-丙苯、i-丙苯、n-丁苯、i-丁苯、s-丁苯、苯甲醚、乙氧基苯、1-甲基萘、环己烷、环己酮、环己基苯、联环己基、环己烯基环己酮、n-庚基环己烷、n-己基环己烷、苯甲酸甲酯、2-丙基环己酮、2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、2-辛酮、2-壬酮、2-癸酮、二环己基酮,进一步优选含二甲苯、苯甲醚、2,4,6-三甲苯、环己基苯、联环己基、苯甲酸甲酯中的至少1种。
从成膜性的观点或元件特性等观点考虑,油墨组合物的溶剂的种类优选为2种以上,尤其优选为2~3种,更优选为2种。
油墨组合物中含2种溶剂的情况下,其中1种溶剂在25℃可以是固体状态。从成膜性的观点考虑,优选1种溶剂为沸点180℃以上的溶剂,另外1种溶剂为沸点180℃以下的溶剂,更优选1种溶剂为沸点200℃以上的溶剂,另外1种溶剂为沸点180℃以下的溶剂。另外,从粘度的观点考虑,优选2种溶剂在60℃均可溶解0.2wt%以上本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物,优选在25℃有0.2wt%以上本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物能溶解于2种溶剂中的1种溶剂。
油墨组合物中含3种溶剂的情况下,其中1~2种溶剂在25℃可以为固体状态。从成膜性的观点考虑,优选3种溶剂中至少1种溶剂为沸点180℃以上的溶剂,至少1种溶剂为沸点180℃以下的溶剂,更优选3种溶剂中至少1种溶剂为沸点200℃以上300℃以下的溶剂,至少1种溶剂为沸点180℃以下的溶剂。另外,从粘度的观点考虑,优选在60℃有0.2wt%以上本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物能溶解于3种溶剂中的2种溶剂,优选在25℃有0.2wt%以上本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物能溶解于3种溶剂中的1种溶剂。
油墨组合物中含2种以上溶剂的情况下,从粘度和成膜性的观点考虑,优选沸点最高的溶剂占油墨组合物的溶剂总重量的40~90wt%,尤其优选占50~90wt%,更优选占65~85wt%。
作为本发明的油墨组合物,从粘度和成膜性的观点考虑,优选为由苯甲醚和二环己基组成的组合物、由苯甲醚和环己基苯组成的组合物、由二甲苯和二环己基组成的组合物、由二甲苯和环己基苯组成的组合物、由2,4,6-三甲苯和苯甲酸甲酯组成的组合物。
在本发明的油墨组合物可以含有的添加剂中,作为空穴输送材料,可以列举聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚硅烷或其衍生物、侧链或主链具有芳香族胺的聚硅氧烷衍生物、吡唑啉衍生物、芳基胺衍生物、茋衍生物、三苯基二胺衍生物、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚(p-亚苯基亚乙烯基)或其衍生物、或聚(2,5-亚噻吩基亚乙烯基)或其衍生物。
作为电子输送材料,可以列举噁二唑衍生物、蒽醌二甲烷或其衍生物、苯醌或其衍生物、萘醌或其衍生物、蒽醌或其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷或其衍生物、9-芴酮衍生物、二苯基二氰基乙烯或其衍生物、二苯酚合苯醌衍生物、或8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物、聚喹啉或其衍生物、聚喹喔啉或其衍生物、聚芴或其衍生物。
作为发光材料,可以列举萘衍生物、蒽或其衍生物、二萘嵌苯或其衍生物、聚甲炔类、氧杂蒽类、香豆素类、菁类等色素类、8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物、芳香族胺、四苯基环戊二烯或其衍生物、或四苯基丁二烯或其衍生物等。
作为稳定剂,可以列举酚类抗氧化剂、磷类抗氧化剂等。
作为调节粘度和/或表面张力的添加剂,可以适当组合使用用于提高粘度的高分子量的高分子化合物(增稠剂)或不良溶剂、降低粘度的低分子量化合物、降低表面张力的表面活性剂等。
作为上述高分子量的高分子化合物,只要可以与本发明的高分子材料一同溶解于相同的溶剂并且不妨碍发光或电荷输送的即可。可以使用如高分子量的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、或者本发明的高分子化合物中分子量大的化合物等。重均分子量优选为50万以上,更优选为100万以上。可以将不良溶剂用作增稠剂。即可以通过少量添加溶液中固体成分的不良溶剂来增加粘度。在为此目的而添加不良溶剂的情况下,可以在溶液中的固体成分不析出的范围内选择溶剂的种类和添加量。再考虑保存时的稳定性,不良溶剂的添加量优选相对于全部溶液为50wt%以下,更优选为30wt%以下。
作为抗氧化剂,只要可以与本发明的高分子材料一同溶解于相同的溶剂并且不妨碍发光或电荷输送的即可,可以列举酚类抗氧化剂、磷类抗氧化剂等。通过使用抗氧化剂,可以改善本发明的高分子材料、溶剂的保存稳定性。
从本发明的高分子材料在溶剂中的溶解性的观点考虑,溶剂的溶解度参数和高分子化合物的溶解度参数差优选为10以下,更优选为7以下。
溶剂的溶解度参数和本发明的高分子化合物的溶解度参数差可以用“溶剂手册(讲谈社刊、1976年)”记载的方法求得。
油墨组合物所含本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物可以是1种,也可以是2种,在不损害元件特性等的范围内,可以含有本发明的高分子化合物或高分子组合物以外的高分子化合物。
作为发光层的膜厚,根据所用材料,最佳值有所不同,可以选择使驱动电压和发光效率呈适当值的膜厚,如1nm至1μm,优选为2nm~500nm,更优选为5nm~200nm。
本发明的高分子LED中,可以将本发明的发光材料以外的发光材料混合用于发光层。另外,本发明的高分子LED中,含本发明以外的发光材料的发光层可以与含本发明的发光材料的发光层层叠。
作为该发光材料,可以使用已知的物质。低分子化合物可以使用如萘衍生物、蒽或其衍生物、二萘嵌苯或其衍生物、聚甲炔类、氧杂蒽类、香豆素类、菁类等色素类、8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物、芳香族胺、四苯基环戊二烯或其衍生物、或四苯基丁二烯或其衍生物等。
具体地可以使用如特开昭57-51781号、同59-194393号公报记载的物质等已知的物质。
本发明的高分子LED含空穴输送层的情况下,作为所用的空穴输送材料,可以列举聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚硅烷或其衍生物、侧链或主链具有芳香族胺的聚硅氧烷衍生物、吡唑啉衍生物、芳基胺衍生物、茋衍生物、三苯基二胺衍生物、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚(p-亚苯基亚乙烯基)或其衍生物、或聚(2,5-亚噻吩基亚乙烯基)或其衍生物等。
具体地,作为该空穴输送材料,可以列举特开昭63-70257号公报、同63-175860号公报、特开平2-135359号公报、同2-135361号公报、同2-209988号公报、同3-37992号公报、同3-152184号公报记载的物质等。
其中,作为空穴输送层所用的空穴输送材料,优选为聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚硅烷或其衍生物、侧链或主链具有芳香族胺化合物基的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚(p-亚苯基亚乙烯基)或其衍生物、或聚(2,5-亚噻吩基亚乙烯基)或其衍生物等高分子空穴输送材料,更优选为聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚硅烷或其衍生物、侧链或主链具有芳香族胺的聚硅氧烷衍生物。低分子空穴输送材料的情况下,优选分散于高分子粘合剂中后使用。
聚乙烯基咔唑或其衍生物可以由乙烯基单体通过阳离子聚合或自由基聚合获得。
作为聚硅烷或其衍生物,可以列举Chem.Rev.第89卷、1359页(1989年)、英国特许GB2300196号公报说明书记载的化合物等。合成方法也可以使用其中记载的方法,特别适用的是Kipping法。
由于硅氧烷骨架结构中几乎不具备空穴输送性,因此,作为聚硅氧烷或其衍生物最好使用侧链或主链上具有上述低分子空穴输送材料结构的物质。特别列举侧链或主链具有空穴输送性的芳香族胺的物质。
空穴输送层的成膜方法没有限制,使用低分子空穴输送材料的情况下,可以列举利用与高分子粘合剂的混合溶液成膜的方法。另外,在使用高分子空穴输送材料的情况下,可以列举由溶液成膜的方法。
作为溶液成膜所用的溶剂,只要是能使空穴输送材料溶解的溶剂则没有特别的限制。作为该溶剂,可以列举三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷等氯类溶剂、四氢呋喃等醚类溶剂、甲苯、二甲苯等芳香烃类溶剂、丙酮、丁酮等酮类溶剂、醋酸乙酯、醋酸丁酯、乙基溶纤剂乙酸酯等酯类溶剂。
作为由溶液成膜的方法,可以使用利用溶液的旋转涂布法、流延法、微量凹版涂布法、凹版涂布法、棒涂法、辊涂法、拉丝锭涂法、浸涂法、喷雾涂布法、丝网印刷法、苯胺印刷法、胶版印刷法、喷墨印刷法等涂布法。
作为所混合的高分子粘合剂,优选不会严重妨碍电荷输送的物质,对可见光的吸收不强的物质是更适用的。作为该高分子粘合剂,可以列举聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚硅氧烷等。
作为空穴输送层的膜厚,根据所用材料,最佳值有所不同,可以选择使驱动电压和发光效率呈适当值的膜厚,至少要有不产生针孔的厚度,由于太厚会使元件的驱动电压变高,因而是不优选的。所以该空穴输送层的膜厚为1nm至1μm,优选为2nm~500nm,更优选为5nm~200nm。
本发明的高分子LED具有电子输送层的情况下,作为所用的电子输送材料,可以使用已知的物质,例如噁二唑衍生物、蒽醌二甲烷或其衍生物、苯醌或其衍生物、萘醌或其衍生物、蒽醌或其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷或其衍生物、9-芴酮衍生物、二苯基二氰基乙烯或其衍生物、二苯酚合苯醌衍生物、或8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物、聚喹啉或其衍生物、聚喹喔啉或其衍生物、聚芴或其衍生物。
具体地可以列举特开昭63-70257号公报、同63-175860号公报、特开平2-135359号公报、同2-135361号公报、同2-209988号公报、同3-37992号公报、同3-152184号公报记载的物质等。
其中优选噁二唑衍生物、苯醌或其衍生物、蒽醌或其衍生物、或8-羟基喹啉或其衍生物的金属配位化合物、聚喹啉或其衍生物、聚喹喔啉或其衍生物、聚芴或其衍生物,更优选2-(4-联苯基)-5-(4-t-丁基苯基)-1,3,4-噁二唑、苯醌、蒽醌、三(8-羟基喹啉)铝、聚喹啉。
电子输送层的成膜法没有特别的限制,使用低分子电子输送材料的情况下,可以列举粉末真空蒸镀法,或者由溶液或熔融状态成膜的方法,使用高分子电子输送材料的情况下,可以列举由溶液或熔融状态成膜的方法。由溶液或熔融状态成膜时可以并用高分子粘合剂。
作为由溶液成膜时所用的溶剂,只要能使电子输送材料和/或高分子粘合剂溶解,则没有特别的限制。作为该溶剂,可以列举三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷等氯类溶剂、四氢呋喃等醚类溶剂、甲苯、二甲苯等芳香烃类溶剂、丙酮、丁酮等酮类溶剂、醋酸乙酯、醋酸丁酯、乙基溶纤剂乙酸酯等酯类溶剂。
作为由溶液或熔融状态成膜的方法,可以使用旋转涂布法、流延法、微量凹版涂布法、凹版涂布法、棒涂法、辊涂法、拉丝锭涂法、浸涂法、喷雾涂布法、丝网印刷法、苯胺印刷法、胶版印刷法、喷墨印刷法等涂布法。
作为混合的高分子粘合剂,优选不会严重妨碍电荷输送的物质,对可见光的吸收不强的物质是更适用的。作为该高分子粘合剂,可以列举聚(N-乙烯基咔唑)、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚(p-亚苯基亚乙烯基)或其衍生物、聚(2,5-亚噻吩基亚乙烯基)或其衍生物、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、或聚硅氧烷等。
作为电子输送层的膜厚,根据所用材料,最佳值有所不同,可以选择使驱动电压和发光效率呈适当值的膜厚,至少要有不产生针孔的厚度,由于太厚使元件的驱动电压变高,因而是不优选的。所以该电子输送层的膜厚为1nm至1μm,优选为2nm~500nm,更优选为5nm~200nm。
形成本发明的高分子LED的基板,只要能形成电极并且在形成该高分子LED的各层时不发生变化的即可,可以列举玻璃、塑料、高分子薄膜、硅基板等。使用不透明基板的情况下,相反侧的电极优选为透明或半透明的。
通常,由阳极和阴极组成的电极中的至少一方为透明或半透明,优选阳极一侧为透明或半透明。
作为该阳极的材料,可以使用导电性的金属氧化物膜、半透明的金属薄膜等。具体地可以使用用氧化铟、氧化锌、氧化锡、以及它们的复合体铟·锡·氧化物(ITO)、铟·锌·氧化物等而成的导电性玻璃做成的膜(NESA等)或金、铂、银、铜等,优选ITO、铟·锌·氧化物、氧化锡。作为制作方法,可以列举真空蒸镀法、溅射法、离子电镀法、镀覆法等。另外,作为该阳极,可以使用聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物等有机透明导电膜。
阳极的膜厚,可以考虑光的透过性和电导率作适当选择,如为10nm至10μm,优选为20nm~1μm,更优选为50nm~500nm。
另外,为使电荷容易注入,在阳极上可以设置由酞菁衍生物、导电性高分子、碳等构成的层、或由金属氧化物或金属氟化物、有机绝缘材料等构成的平均膜厚2nm以下的层。
作为本发明的高分子LED所用的阴极材料,优选功函数小的材料。可以使用如锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡、铝、钪、钒、锌、钇、铟、铈、钐、铕、铽、鐿等金属、以及它们2种以上的合金、或它们中的1种以上和金、银、铂、铜、锰、钛、钴、镍、钨、锡中1种以上的合金,石墨或石墨层间化合物等。作为合金的例子,可以列举镁-银合金、镁-铟合金、镁-铝合金、铟-银合金、锂-铝合金、锂-镁合金、锂-铟合金、钙-铝合金等。阴极可以设定为2层以上的层叠结构。
阴极的膜厚,可以考虑电导率或耐久性作适当选择,如为10nm至10μm,优选为20nm~1μm,更优选为50nm~500nm。
作为阴极的制作方法,可以用真空蒸汽沉积法、溅射法、或热压金属薄膜的层叠法等。另外,在阴极和有机物层之间,可以设置由导电性高分子构成的层、或由金属氧化物或金属氟化物、有机绝缘材料等构成的平均膜厚2nm以下的层,制作阴极后,可以装配保护该高分子LED的保护层。为了使该高分子LED长期稳定使用并使元件避免受到外部破坏,优选装配保护层和/或保护罩。
作为该保护层,可以使用高分子化合物、金属氧化物、金属氟化物、金属硼化物等。作为保护罩,可以使用玻璃板、表面实施了低透水率处理的塑料板等,可以适当使用以热固化树脂或光固化树脂将该罩与基板贴合密闭的方法。如果使用隔离片维持空间,则很容易防止元件损伤。如果将氮或氩之类的非活性气体封入该空间,则可以防止阴极的氧化,通过将氧化钡等干燥剂置于该空间,可以容易地抑制制造工序中吸收的水分对元件的损害。优选采用其中任何1种以上的办法。
本发明的高分子发光元件可以用于面状光源、分段显示装置、点矩阵显示装置或液晶显示装置的背光灯。
若要使用本发明的高分子LED获得面状的发光,只要将面状的阳极和阴极重合配置即可。另外,若要获得图案形状的发光,可以采用在上述面状发光元件的表面设置开有图案形状窗口的掩膜的方法、形成极厚的非发光部分的有机物层而使之实质上不发光的方法、将阳极或阴极的任何一方或双方形成为图案形状的方法。通过以其中任何一种方法形成图案,并配置几个可以独立On/OFF的电极,可以获得能显示数字或文字、简单的记号等的分段型显示元件。还有,若要做成点矩阵元件,将阳极和阴极均形成为条状后垂直配置即可。通过将多种发光色不同的发光材料分开涂布的方法、或使用滤色器或发光变换过滤器的方法,可以达到部分彩色显示、多色显示。点矩阵元件,既可以被动驱动也可以与TFT等组合进行主动驱动。这些显示装置可以用作计算机、电视、便携式终端、手机、汽车驾驶导向、录像机的取景器等的显示装置。
上述面状的发光元件是自发光薄型的,可以作为液晶显示装置的背光灯用的面状光源、或面状的照明用光源适当使用。如果使用有柔性的基板,也可以用作曲面状的光源或显示装置。
本发明的高分子化合物、高分子组合物、金属配位化合物或组合物,也可以作为导电性材料或半导体材料使用。可以用与上述记载的发光元件的制作方法相同的方法,制作导电性薄膜或有机半导体薄膜,使其元件化,该半导体薄膜优选电子迁移率或空穴迁移率中的较大者为10-5cm2/v/秒以上。
另外,该有机半导体薄膜可以用作有机太阳电池材料或有机晶体管材料。
下面对作为本发明的另外形态的光电元件加以说明。
作为光电元件例如有光电转换元件,可以列举将含本发明的高分子化合物或高分子组合物的层夹持于至少一方为透明或半透明的二组电极间的元件、或具有形成在含本发明的高分子化合物或高分子组合物的层上的梳形电极的元件,所述层被制膜于基板上。为了提高特性可以将fullerene或碳纳米管(nano tubes)等混合。
作为光电转换元件的制造方法,可以列举特许第3146296号公报记载的方法。具体地可以列举在具有第一电极的基板上形成高分子薄膜后在其上形成第二电极的方法、在基板上形成的一组梳形电极上形成高分子薄膜的方法。第一或第二电极中的一方为透明或半透明。
高分子薄膜的形成方法或混合fullerene或碳纳米管的方法没有特别的限制,可以适当利用发光元件中所列举的方法。
下面列举实施例以更详细地说明本发明,但本发明不限定于此。
在此,聚苯乙烯换算的数均分子量是以四氢呋喃为溶剂,通过凝胶渗透色谱法(GPC:HLC-8220GPC、东创制或SCL-10A、岛津制作所制)求得的。
[实施例1]化合物(M-2)的合成
在氩气氛围中,于100mL三口烧瓶中称取氢化钠(60wt% in mineraloil,17mg,0.43mmol),用己烷清洗,通过倾滤除去上面澄清部分。向其中加入脱水THF(20ml),接着加入咔唑(72mg,0.43mmol)在室温下搅拌30分钟。由目视确认不再产生氢,加入化合物(M-1)(200mg,0.43mmol)在室温下搅拌。反应开始时为悬浊液,经过1小时左右后变成橙色的溶液。再在室温下搅拌1小时左右,然后减压蒸馏除去溶剂,将所得固体溶解于三氯甲烷(100ml),使之通过氧化铝短柱。将馏分减压浓缩,通过适量加入己烷进行重结晶,得到红色粉末的化合物(M-2)(216mg)。
1H-NMR(CD2Cl2,300MHz)δ6.80(d,2H)、7.12-7.39(m,8H)、7.54(d,2H)、7.68(d,2H)、7.73(d,2H)、8.08(t,1H)、8.24(d,2H).MS(ESI-positive)m/z:594.1([M+H]+).
化合物(M-1)
化合物(M-1)是用Organometallics;1998,17,3505-3511.记载的方法合成的。
化合物(M-2)
[实施例2]化合物(M-3)的合成
在THF中,于氩气氛围下通过使镁和溴五氟苯反应来调制了五氟苯基镁溴化物,并将其直接使用。在氩气氛围下,于100mL三口烧瓶中称取化合物(M-1)(400mg,0.86mmol),加入脱水THF(40ml)。将所得悬浊液边用水冷却边用注射器滴加上述五氟苯基镁溴化物的THF溶液(1M,1.3ml,1.3mmol)。滴加后,在室温下搅拌1小时,此时变成无色的溶液。再稍作搅拌后减压蒸馏除去溶剂,将配位化合物溶解于三氯甲烷,使之通过氧化铝短柱。将先展开的黄色馏分和后展开的无色馏分分开,由无色的馏分得到化合物(M-3)(300mg)。
1H-NMR(CD2Cl2,300MHz)δ7.19(d,2H)、7.31-7.35(m,4H)、7.62(d,2H)、7.70(dd,2H)、8.01(dd,1H).
(化合物M-3)
[实施例3]
调制向下述化合物(M-4)添加化合物(M-2)2wt%的混合物的0.8wt%三氯甲烷溶液。
在以溅射法附着了150nm厚的ITO膜的玻璃基板上,用聚(亚乙基二氧氨基苯(aminophene)/聚苯乙烯磺酸的溶液(バィェル公司、BaytronP),通过旋转涂布形成80nm厚的膜,在电热板上于200℃干燥10分钟。然后使用上述调制的三氯甲烷溶液,用旋转涂布以3000rpm的旋转速度成膜。膜厚约100nm。再将其在80℃下减压干燥1小时,作为阴极缓冲层,蒸镀LiF约4nm,作为阴极,蒸镀钙约5nm、然后蒸镀铝约80nm,制作EL元件。在真空度达到1×10-4Pa以下后,开始金属的蒸镀。
在室温对所得元件施加电压,得到发光光谱中575nm处具有峰的EL发光元。EL特性通过OLED TEST SYSTEM(东京システム开发公司制)测定。
(化合物M-4)
[实施例4]
调制向化合物(M-4)添加化合物(M-3)2wt%的混合物的0.8wt%三氯甲烷溶液,用该溶液与实施例3同样地制作EL元件。
在室温对所得元件施加电压,得到发光光谱中480nm和510nm处具有峰的EL发光。EL特性通过OLED TEST SYSTEM(东京システム开发公司制)测定。
[实施例5]
调制向高分子化合物(P-1)添加化合物(M-3)5wt%的混合物的0.6wt%三氯甲烷溶液,用该溶液与实施例3同样地制作EL元件。
在室温对所得元件施加电压,得到发光光谱中580nm处具有峰的EL发光。EL特性通过OLED TEST SYSTEM(东京システム开发公司制)测定。
高分子化合物(P-1)是用EP1344788记载的方法合成的(聚苯乙烯换算的数均分子量Mn=1.1×105,重均分子量Mw=2.7×105)。高分子化合物(P-1)
[比较例1]
调制向高分子化合物(P-1)添加化合物(M-1)5wt%的混合物的0.6wt%THF溶液。
在以溅射法附着了150nm厚的ITO膜的玻璃基板上,用聚(亚乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸的溶液(バィェル公司、BaytronP),通过旋转涂布形成80nm厚的膜,在电热板上于200℃干燥10分钟。然后使用上述调制的THF溶液,用旋转涂布以2000rpm的旋转速度成膜。膜厚约70nm。再将其在80℃下减压干燥1小时后,蒸镀LiF约4nm作为阴极缓冲层,蒸镀钙约5nm作为阴极、然后蒸镀铝约80nm,制作EL元件。在真空度达到1×10-4Pa以下后,开始金属的蒸镀。对所得元件施加电压至20V,没有观测到来自化合物(M-1)的发光。
[实施例6]化合物(M-5)的合成
在氩气氛围下,于100mL三口烧瓶中称取氢化钠(60wt% in mineraloil,87mg,2.17mmol)用己烷清洗,通过倾滤除去上面澄清部分。加入脱水THF(200ml),接着加入2,7-二溴咔唑(704mg,2.17mmol),在室温下搅拌30分钟。由目视确认不再产生氢,加入化合物(M-1)(1.0g,2.17mmol)在室温下搅拌。反应开始时的悬浊液经过1小时左右后变成橙色的溶液。再在室温下搅拌1小时左右,然后减压蒸馏除去溶剂,将所得固体溶解于二氯甲烷(300ml),进行氟镁石过滤。加入适量己烷进行重结晶,得到化合物(M-5)(1.3g)。
1H-NMR(CD2Cl2,300MHz)δ6.74(d,2H)、7.17(dd,2H)、7.32(m,4H)、7.68(m,6H)、8.09(dd,3H).
MS(ESI-positive)m/z:594.1([M+H]+).
化合物(M-5)
[实施例7]高分子化合物(P-2)的合成
将上述化合物(M-5)25mg(0.033mmol)、2,7-二溴-3,6-辛氧基二苯并呋喃475mg(0.82mmol)、2,2′-联吡啶351mg加入反应容器后,用氮气置换反应体系。将预先用氩气沸腾脱气的四氢呋喃(脱水溶剂)35ml加入其中。接着向该混合溶液加入双(1,5-环辛二烯)镍(0){Ni(COD)2}630mg,在室温搅拌30分钟后,在60℃反应3.3小时。反应在氮气氛围下进行。反应后将该溶液冷却,然后注入甲醇15ml/离子交换水15ml/25%氨水2.5ml的混合溶液中,搅拌约2小时。然后将生成的沉淀物过滤回收。减压干燥该沉淀物,然后溶解于甲苯。过滤该溶液,除去不溶物后,使该溶液通过填充了氧化铝的柱进行精制。然后用1当量盐酸、2.5%氨水、离子交换水清洗该溶液,注入甲醇中,再沉淀,回收生成的沉淀。减压干燥该沉淀,得到聚合物(P-2)120mg。
该聚合物的聚苯乙烯换算数均分子量为2.6×104,聚苯乙烯换算重均分子量为4.5×104。
2,7-二溴-3,6-辛氧基二苯并呋喃是用EP1344788记载的方法合成的。
[实施例8]高分子化合物(P-3)的合成
将上述化合物(M-5)50mg(0.067mmol)、2,7-二溴-3,6-辛氧基二苯并呋喃450mg(0.77mmol)、2,2′-联吡啶354mg加入反应容器后,用氮气置换反应体系。将预先用氩气沸腾脱气的四氢呋喃(脱水溶剂)35ml加入其中。接着向该混合溶液加入双(1,5-环辛二烯)镍(0){Ni(COD)2}630mg,在室温搅拌30分钟后,在60℃反应3.3小时。反应在氮气氛围下进行。反应后将该溶液冷却,然后注入甲醇15ml/离子交换水15ml/25%氨水2.5ml的混合溶液中,搅拌约2小时。然后将生成的沉淀物过滤回收。减压干燥该沉淀物,然后溶解于甲苯。过滤该溶液,除去不溶物后,使该溶液通过填充了氧化铝的柱进行精制。然后用1当量盐酸、2.5%氨水、离子交换水清洗该溶液,注入甲醇中,再沉淀,回收生成的沉淀。减压干燥该沉淀,得到聚合物(P-3)116mg。
该聚合物的聚苯乙烯换算数均分子量为3.0×104,聚苯乙烯换算重均分子量为4.8×104。
[实施例9]
调制高分子化合物(P-3)的2wt%甲苯溶液。
在以溅射法附着了150nm厚的ITO膜的玻璃基板上,用聚(亚乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸的溶液(バィェル公司、BaytronP),通过旋转涂布形成80nm厚的膜,在电热板上于200℃干燥10分钟。然后使用上述调制的高分子化合物(P-3)的2wt%甲苯溶液,用旋转涂布以600rpm的旋转速度成膜。膜厚约80nm。再将其在80℃下减压干燥1小时,作为阴极缓冲层蒸镀LiF约4nm,作为阴极,蒸镀钙约5nm、然后蒸镀铝约80nm,制作EL元件。在真空度达到1×10-4Pa以下后,开始金属的蒸镀。在室温对所得元件施加电压,得到发光光谱中460nm处具有峰的EL发光元件。而EL特性通过OLED TEST SYSTEM(东京システム开发公司制)测定。
[实施例10]
用高分子化合物(P-3),制作空穴电流为主要电流的元件。元件用如下方法制作。
在以溅射法附着了150nm厚的ITO膜的玻璃基板上,用聚(亚乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸的溶液(バィェル公司、BaytronP),通过旋转涂布形成80nm厚的膜,在电热板上于200℃干燥10分钟。然后使用高分子化合物(P-3)的1.7wt%甲苯溶液,用旋转涂布以2800rpm的旋转速度成膜。膜厚约80nm。再将其在80℃下减压干燥1小时,作为阴极缓冲层蒸镀Au约100nm,由此制作了元件。在真空度达到1×10-4Pa以下后,开始金属的蒸镀。
对制作的元件施加5V和10V电压时的电流密度分别为2.0×10-5A/cm2、4.4×10-5A/cm2。电流密度的测定使用了微微安培计4140B(横河ヒュ-レットパッカ-ド公司制)。
[比较例2]
为了比较,使用不含金属配位化合物结构的上述高分子化合物(P-1)制作同样的元件。对制作的元件施加5V、10V电压时的电流密度分别为3.1×10-6A/cm2、8.7×10-6A/cm2,可见高分子化合物(P-3)显示了更良好的空穴电流注入特性和输送性。
产业上利用的可能性
将本发明的高分子化合物用于发光层的发光元件,效率高、可以低电压驱动,因此实用性优良。
Claims (42)
1.一种高分子化合物,其特征在于,在同一分子内具有共轭系高分子(A)的结构、和具有1个以上3齿配位基且中心金属的原子序号为21以上的金属配位化合物(B)的结构。
2.根据权利要求1所述的高分子化合物,其特征在于,共轭系高分子(A)的主链上具有所述金属配位化合物(B)的结构。
3.根据权利要求1所述的高分子化合物,其特征在于,共轭系高分子(A)的侧链上具有所述金属配位化合物(B)的结构。
4.根据权利要求1所述的高分子化合物,其特征在于,共轭系高分子(A)的末端具有所述金属配位化合物(B)的结构。
5.根据权利要求1~4中的任何一项所述的高分子化合物,其特征在于,共轭系高分子(A)为主链上含有芳香环的化合物。
6.根据权利要求1~5中的任何一项所述的高分子化合物,其特征在于,聚苯乙烯换算的数均分子量为103~108。
7.一种金属配位化合物(B′),其特征在于,所述金属配位化合物具有从第4和第5周期的过渡金属和W、Os、Ir、Au及镧系元素中选择的金属、单齿配位基、和含1个以上芳香环且环结构内含有3个配位原子的3齿配位基,所述金属配位化合物在10℃以上于可见光范围显示发光。
8.一种金属配位化合物(B″),其特征在于,具有从第4和第5周期的过渡金属和W、Os、Ir、Au及镧系元素中选择的金属、具有芳香环的单齿配位基、和含1个以上芳香环且环结构内含有3个配位原子的3齿配位基。
9.根据权利要求7或8所述的金属配位化合物,其特征在于,具有芳香环中的配位原子为碳原子或氮原子的单齿配位基。
11.根据权利要求7或8所述的金属配位化合物,其特征在于,单齿配位基所具有的芳香环为稠环。
13.根据权利要求7~12中的任何一项所述的金属配位化合物,其特征在于,中心金属为W、Os、Ir、Au。
14.根据权利要求13所述的金属配位化合物,其特征在于,中心金属为W、Au。
15.根据权利要求7~14中的任何一项所述的金属配位化合物,其特征在于,具有下述通式(B′-1)、(B′-2)、或(B′-3)所示的结构和单齿配位基,
式中M表示从第4和第5周期的过渡金属和W、Os、Ir、Au及镧元素中选择的金属,H环、I环及J环分别独立地表示芳香环,各环结构内存在的X1、Y1和Z1分别独立地表示配位于金属M的配位原子,J1和J2分别独立地表示碳原子数为1~6的亚烷基、碳原子数为2~6的亚烯基或碳原子数为2~6的亚炔基,该亚烷基、该亚烯基和该亚炔基的碳原子可以分别被氧原子或硫原子取代,j1和j2分别独立地表示0或1;
式中M表示从第4和第5周期的过渡金属和W、Os、Ir、Au及镧系元素中选择的金属,K环和L环分别独立地表示芳香环,各环结构内存在的X2、Y2、和Z2分别独立地表示配位于金属M的配位原子,J3表示碳原子数为1~6的亚烷基、碳原子数为2~6的亚烯基、碳原子数为2~6的亚炔基,该亚烷基、该亚烯基、和该亚炔基的碳原子可以分别被氧原子或硫原子取代,j3表示0或1;
式中M表示从第4和第5周期的过渡金属和W、Os、Ir、Au及镧系元素中选择的金属,O环表示芳香环,环结构内存在的X3、Y3和Z3分别独立地表示配位于金属M的配位原子。
16.根据权利要求15所述的金属配位化合物,其特征在于,所述通式(B′-1)、(B′-2)和(B′-3)中,H环、I环、J环、K环、L环和O环所示的芳香环为芳香烃环或芳杂环。
17.根据权利要求16所述的金属配位化合物,其特征在于,所述通式(B′-1)和(B′-2)中,H环、I环、J环和L环所示的芳香环为单环芳香烃环或单环杂环。
18.根据权利要求16或17所述的金属配位化合物,其特征在于,所述通式(B′-2)和(B′-3)中,K环和O环所示的芳香环为稠环芳香烃环或稠环杂环。
19.一种组合物,其中含有权利要求7~18中的任何一项所述的金属配位化合物和有机化合物。
20.根据权利要求19所述的高分子组合物,其特征在于,有机化合物为共轭系高分子。
21.根据权利要求1~6中的任何一项所述的高分子化合物,其特征在于,同一分子内具有权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物结构和共轭系高分子(A)的结构。
22.一种高分子组合物,其特征在于,至少含有1种权利要求1~6和21中的任何一项记载的高分子化合物。
23.根据权利要求20或22所述的高分子组合物,其特征在于,还含有从空穴输送材料、电子输送材料和发光材料中选择的至少一种材料。
24.一种油墨组合物,其特征在于,含有权利要求1~6、21中的任何一项记载的高分子化合物、权利要求20、22、23中的任何一项记载的高分子组合物、权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物或权利要求19记载的组合物中的至少1种。
25.根据权利要求24所述的油墨组合物,其特征在于,含有2种以上的有机溶剂。
26.根据权利要求24或25所述的油墨组合物,其特征在于,粘度在25℃为1~100mPa·s。
27.一种发光材料,其中含有权利要求1~6、21中的任何一项记载的高分子化合物、权利要求20、22、23中的任何一项记载的高分子组合物、权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物或权利要求19记载的组合物。
28.一种发光性薄膜,其中含有权利要求1~6、21中的任何一项记载的高分子化合物、权利要求20、22、23中的任何一项记载的高分子组合物、权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物或权利要求19记载的组合物。
29.一种导电性薄膜,其中含有权利要求1~6或21中的任何一项记载的高分子化合物、权利要求20、22、23中的任何一项记载的高分子组合物、权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物或权利要求19记载的组合物。
30.一种有机半导体薄膜,其中含有权利要求1~6、21中的任何一项记载的高分子化合物、权利要求20、22、23中的任何一项记载的高分子组合物、权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物或权利要求19记载的组合物。
31.一种有机晶体管,其特征在于,含有权利要求30记载的有机半导体薄膜。
32.权利要求28~31中的任何一项所述的薄膜的制造方法,其特征在于,使用喷墨法。
33.一种元件,其特征在于,具有含权利要求1~6或21中的任何一项记载的高分子化合物、权利要求20、22、23中的任何一项记载的高分子组合物、权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物或权利要求19记载的组合物的层。
34.根据权利要求33所述的元件,其特征在于,在由阳极和阴极构成的电极间还包含电荷输送层。
35.根据权利要求33或34所述的元件,其特征在于,其为高分子发光元件。
36.一种高分子发光元件,其特征在于,在由阳极和阴极构成的电极间具有有机层,该有机层含有权利要求1~6、21中的任何一项记载的高分子化合物、权利要求20、22、23中的任何一项记载的高分子组合物、权利要求7~18中的任何一项记载的金属配位化合物或权利要求19记载的组合物。
37.根据权利要求36所述的高分子发光元件,其特征在于,有机层为发光层。
38.根据权利要求37所述的高分子发光元件,其特征在于,发光层中还含有从空穴输送材料、电子输送材料或发光材料中选择的至少一种材料。
39.一种面状光源,其特征在于,使用了权利要求36~38中的任何一项记载的高分子发光元件。
40.一种分段显示装置,其特征在于,使用了权利要求36~38中的任何一项记载的高分子发光元件。
41.一种点矩阵显示装置,其特征在于,使用了权利要求36~38中的任何一项记载的高分子发光元件。
42.一种液晶显示装置,其特征在于,将权利要求36~38中的任何一项记载的高分子发光元件作为背光灯。
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