JP6490685B2 - 電気光学素子およびその使用 - Google Patents

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Description

発明の詳細な説明
本発明は、有機電気光学素子、特にエレクトロルミネッセンス要素、の新規な設計原理、ならびにそれに基づくディスプレイおよび照明手段でのその使用に関するものである。
最も広い意味でエレクトロニクス業界に貢献することができる、多数の異なる用途において、有機半導体を機能性材料として使用することは、しばらく前から現実に行なわれている、あるいは近い将来に期待されている。
例えば、感光性有機材料(例えば、フタロシアニン)および有機電荷輸送材料(例えば、トリアリールアミン系の正孔輸送材料)が既に数年前からコピー機に使用されている。
特定の半導電性有機化合物のいくつか(その一部は可視スペクトル領域の光を発光することもできる)は、既に市販の素子、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子に使用されている。
その個々の構成要素、有機発光ダイオード(OLED)は、非常に広い適用範囲を有する。OLEDは既に用途が見出されており、例えば以下のものである。
−モノクロもしくはマルチカラーディスプレイ要素用の、白色もしくは着色バックライト(例えば、電卓、携帯電話およびその他の携帯用途に)、
−大面積ディスプレイ(例えば、交通標識もしくはポスターとして)、
−異なる色や形の様々な照明要素、
−携帯用の、モノクロもしくはフルカラーパッシブマトリックスディスプレイ(例えば、携帯電話、PDAおよびカムコーダー用)、
−様々な異なる用途のための、フルカラー、大面積かつ高解像度のアクティブマトリックスディスプレイ(例えば、携帯電話、PDA、ラップトップ型パソコンおよびテレビ用)。
これらの用途の一部における開発は、既に非常に進んでいる。それにもかかわらず、技術的な改善のための大きい必要性が依然として存在している。
現在、PLEDと呼ばれるポリマーOLEDのための有望な材料として、共役ポリマーに関する研究が、強力になされている。その加工の容易性から、小分子から作られる蒸着配列、いわゆる小分子素子(「SMOLED」)、とは異なり、より安価な有機発光ダイオードの生産が見込まれている。層構造中での中間層の使用は、例えば、WO04/084260に記載されているように、PLEDの寿命および効率を顕著に増加させた。これらの中間層は、アノードと発光ポリマーの層との間に設けられる。これらの機能は、正孔、すなわち正に帯電した担体の、発光ポリマーへの注入と輸送を促進すること、もしくは実際に可能にすること、かつ中間層と発光ポリマーの層との間で電子を阻止することである。これらの中間層は、共役骨格を介して結合した正孔輸送単位を高割合で有するポリマーからなる。また、これらのポリマーは同時に、電子の輸送を阻止する。
しかしながら、そのような中間層を使用して構成された電気光学素子は、そのような中間層を有さないものと比較して寿命および効率性に関して明確な優位性を示すが、それらの特徴は、大面積ディスプレイで使用するために必要とされる要求を満たすには未だにほど遠い。それゆえ、この種の従来のシステムは、特に寿命に関して、欠点を有する。さらに、これらのシステムは、作動中に、許容できない電圧上昇を示す。
驚くべきことに、電子伝導体と共重合されるポリマーが中間層として使用されるときに、電気光学素子は非常に長い寿命を示すことがわかってきた。これは、従来技術を決定的な程度に超えるものである。というのは、ここではもはや、中間層の重要な機能とみなされていた電子ブロッキング行為がないからである。
この従来技術に発して、本発明の目的は、溶液からの単純な塗布法で製造され、かつ複数の発光体を有し、また、既知の素子と比較してより長い寿命を有する電気光学素子を提供することであった。
よって、本発明は、
a)アノード、
b)カソード、
c)アノードとカソードとの間に配置され、少なくとも1つの半導電性有機材料を含んでなる、少なくとも1つの発光層、および
d)前記少なくとも1つの発光層と前記アノードの間に位置し、正孔伝導構造単位を有するポリマーを含んでなる、少なくとも1つの中間層
を具備してなる電気光学素子であって、
前記正孔伝導構造単位を有するポリマーが、さらに電子伝導特性を有する構造単位を有することを特徴とする、電気光学素子を提供するものである。
本発明による素子は、選択されたポリマー材料で構成される1以上の中間層を用いることを特徴とする。
中間層を形成するコポリマーは、正孔輸送特性および電子伝導特性を同時に有さなければならない。この特性のプロファイルは、コポリマーを形成する適切な構造単位を選択することを通して形成されうる。
電子伝導特性を有する構造単位は、発光層中の半導電性有機材料のLUMO(最低空軌道)より低いLUMOを有するものが選択される。従来から使用される発光材料では、電子伝導特性を有する構造単位のLUMOが−2.3eVより低い。好ましくは、中間層中の電子伝導構造単位のLUMOが、−2.4eVより低く、さらに好ましくは−2.5eVより低く、特に好ましくは−2.6eVより低いものである。
中間層中の電子伝導構造単位のLUMOは、好ましくは、発光層中の少なくとも1つの半導電性有機材料のLUMOより低く、0.1eVよりも高く、より好ましくは0.15eVより高く、特に好ましくは0.2eVよりも高い。
化学物質が有する様々なエネルギー準位の中で、HOMO(「最高被占軌道」)とLUMO(「最低空軌道」)は、特に重要な役割を果たす。
これらのエネルギー準位は、光電子放出、例えば、XPS(「X線光電子分光」)およびUPS(「紫外光電子分光法」)により、または酸化還元のためのサイクリックボルタンメトリー(「CV」)により決定することができる。
先頃、分子軌道、特に被占軌道のエネルギー準位は、量子化学計算法、例えば、密度汎関数理論(「DFT」)によっても決定することができている。このような量子化学計算の詳細な説明は、WO2012/171609に見出すことができる。
主に、当業者に知られているいかなる電子輸送材料(ETM)は、本発明による中間層中のポリマーに繰り返し単位として使用される。適切なETMは、イミダゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、オキサジアゾール、キノリン、キノキサリン、アントラセン、ベンゾアントラセン、ピレン、ペリレン、ベンゾイミダゾール、トリアジン、ケトン、ホスフィンオキシド、フェナジン、フェナントロリン、トリアリールボラン、ならびにそれらの異性体および誘導体からなる群から選択される。
さらに適切なETM構造単位は、8‐ヒドロキシキノリン(例えば、Liq、Alq、Gaq、Mgq、Znq、Inq、Zrq)の金属キレート、Balq、4‐アザフェナントレン‐5‐オル/Be錯体(US5529853A、例えば、式7)、ブタジエン誘導体(US4356429)、ヘテロ環蛍光増白剤(US4539507)、ベンズアゾール(例えば、1,3,5‐トリス(2‐N‐フェニルベンゾイミダゾリル)ベンゼン(TPBI)(US5766779、式8)、1,3,5‐トリアジン誘導体(例えば、US6229012B1、US6225467B1、DE10312675A1、WO98/04007A1およびUS6352791B1)、ピレン、アントラセン、テトラセン、フルオレン、スピロビフルオレン、デンドリマー、テトラセン(例えば、ルブレン誘導体)、1,10‐フェナントロリン誘導体(JP2003/115387、JP2004/311184、JP2001/267080、およびWO2002/043449)、シルアシルシクロペンタジエン誘導体(EP1480280、EP1478032、およびEP1469533)、ピリジン誘導体(JP2004/200162コダック)、フェナントロリン(例えば、BCPおよびBphen)およびビフェニルもしくは他の芳香族基を介して結合した多くのフェナントロリン(US2007/0252517A1)、およびアントラセンに結合したフェナントロリン(US2007/0122656A1、例えば、式9および10)、1,3,4‐オキサジアゾール(例えば、式11)、トリアゾール(例えば、式12)、トリアリールボラン、ベンゾイミダゾール誘導体およびその他のN‐ヘテロ環化合物(US2007/0273272A1)、ボラン誘導体、Ga‐オキシノイド錯体である。
好ましいETM構造単位は、例えばWO2004/093207A2およびWO2004/013080A1で開示されるように、C=X基(式中、X=O、SまたはSe、好ましくはOである)を有する以下の式(1)の単位から選択される。
Figure 0006490685
より好ましくは、式(1)の構造単位が、以下の式(1a)、(1b)および(1c)のフルオレン、ケトン、スピロビフルオレンケトンまたはインデノフルオレンケトンである。
Figure 0006490685
式中、RおよびR〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、環内に6〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換の芳香族環ヒドロカルビル基、5〜50個の環原子を有する、置換もしくは非置換の芳香族ヘテロ環基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアルキル基、環内に3〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のシクロアルキル基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアルコキシ基、環内に6〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアラルキル基、環内に5〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、環内に5〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアリールチオ基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアルコキシカルボニル基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のシリル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、またはヒドロキシ基である。1以上の、RおよびR、RおよびR、RおよびR、ならびにRおよびRのペアは、環系を形成してもよく、rは0、1、2、3または4である。
さらに、好ましいETM構造単位は、イミダゾール誘導体および以下の式2のベンゾイミダゾール誘導体(例えば、US2007/0104977A1で開示される)からなる群から選択される。
Figure 0006490685
式中、
Rは、水素原子、C6〜C60−アリール基、ピリジル基、キノリル基、C1〜20−アルキル基またはC1〜20−アルコキシ基であり、ここでこれらの基は1以上のラジカルRによって置換されていなくても置換されていてもよく;
mは、0〜4の整数であり;
は、C6〜C60−アリール基、ピリジル基、キノリル基、C1〜20−アルキル基またはC1〜20−アルコキシ基であり、ここでこれらの基は1以上のラジカルRによって置換されていなくても置換されていてもよく;
は、水素原子、C6〜60−アリール基、ピリジル基、キノリル基、C1〜20−アルキル基またはC1〜20−アルコキシ基であり;
Lは、C6〜60−アリーレン基、ピリジニレン基、キノリニレン基、またフルオレニレン基であり、ここでこれらの基は1以上のラジカルRによって置換されていなくても置換されていてもよく;
Arは、C6〜60−アリール基、ピリジニル基またはキノリニル基であり、ここでこれらの基は1以上のラジカルRによって置換されていなくても置換されていてもよい。
さらに好ましくは、2,9,10−置換アントラセン(1−または2−ナフチルおよび4−または3−ビフェニルによる)、または2つのアントラセン単位を含む分子(例えば、US2008/0193796A1に開示される)である。
さらに好ましい形態において、ETM材料は、以下の式(3)〜(8)のヘテロ芳香族環系から選択される。
Figure 0006490685
特に好ましくは、以下の式(9)〜(11)に開示されるアントラセンイミダゾール(例えば、US6878469B2、US2006/147747AおよびEP1551206A1に開示される)である。
Figure 0006490685
ETM構造単位を含むポリマーの例および対応する合成は、US2003/0170490A1のETM単位のトリアジンとして開示される。
中間層に使用されるコポリマーは、好ましくは、ベンゾフェノン、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾールまたはピレリン単位(これらは置換されていてもよい)から得られる電子伝導特性を有する構造単位を含む。これらの例としては、ベンゾフェノン、アリールトリアジン、ベンゾイミダゾールおよびジアリールピレリン単位が挙げられる。
特に好ましくは、以下の式(I)〜(IV)の式の構造単位から選択される電子伝導特性を有する構造単位を含むコポリマーを使用することである。
Figure 0006490685
式中、R〜Rは、式(1a)中のR〜Rと同じ定義とみなすことができる。
中間層に使用される正孔伝導ポリマー中の電子伝導特性を有する構造単位の割合は、好ましくは0.01〜30mol%であり、さらに好ましくは1〜15mol%であり、特に好ましくは1〜4mol%である。
中間層に使用されるコポリマーの正孔伝導特性は、同様に、適切な構造単位を選択することによって達成される。正孔輸送層は、正孔輸送材料(HTM)の群から選択される少なくとも1つの繰り返し単位を、所望によりおよび好ましくは少なくとも1つのポリマー骨格を形成する繰り返し単位とともに、含む。
主に、当業者に知られているあらゆる電子輸送材料(HTM)は、本発明によるポリマーの繰り返し単位として使用される。このようなHTMは、好ましくは、アミン、トリアリールアミン、チオフェン、カルバゾール、フタロシアニン、ポルフィリン、ならびにそれらの、異性体および誘導体から選択される。HTMは、より好ましくは、アミン、トリアリールアミン、チオフェン、カルバゾール、フタロシアニンおよびポルフィリンから選択される。
好適なHTM単位は、フェニレンジアミン誘導体(US3615404)、アリールアミン誘導体(US3567450)、アミノ置換されたカルコン誘導体(US3526501)、スチリルアントラセン誘導体(JP−A−56−46234)、多環式芳香族化合物(EP1009041)、ポリアリールアルカン誘導体(US3615402)、フルオレノン誘導体(JP−A−54−110837)、ヒドラゾン誘導体(US3717462)、スチルベン誘導体(JP−A−61−210363)、シラザン誘導体(US4950950)、ポリシラン(JP−A−2−204996)、アニリン共重合体(JP−A−2−282263)、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン、PVK、ポリピロール、ポリアニリンおよび更なる共重合体、ポルフィリン化合物(JP−A−63−2956965)、芳香族ジメチリデン系化合物、カルバゾール化合物(例えばCDBP、CBP、mCP)、芳香族第三級アミンおよびスチリルアミン化合物(US4127412)およびトリアリールアミン単量体(US3180730)である。
少なくとも2つの第三級アミン単位を含む芳香族第三級アミン(US4720432およびUS5061569)が好ましく、例えば、4,4’‐ビス[N‐(1‐ナフチル)‐N‐フェニルアミノ]ビフェニル(NPD)(US5061569)またはMTDATA(JP−A−4−308688)、N,N,N’,N’‐テトラ(4‐ビフェニル)ジアミノビフェニレン(TBDB)、1,1‐ビス(4‐ジ‐p‐トリルアミノフェニル)シクロヘキサン(TAPC)、1,1‐ビス(4‐ジ‐p‐トリルアミノフェニル)‐3‐フェニルプロパン(TAPPP)、1,4‐ビス[2‐[4‐[N,N‐ジ(p‐トリル)アミノ]フェニル]ビニル]ベンゼン(BDTAPVB)、N,N,N’,N’‐テトラ‐p‐トリル‐4,4’‐ジアミノビフェニル(TTB)、TPD、N,N,N’,N’‐テトラフェニル‐4,4’’’‐ジアミノ‐1,1’:4’,1’’:4’’,1’’’‐クオーターフェニルであり、また同様に、カルバゾール単位を含む第三級アミンが好ましく、例えば、4(9H‐カルバゾール‐9‐イル)‐N,N‐ビス[4‐(9H‐カルバゾール‐9‐イル)フェニル]ベンゼンアミン(TCTA)である。同様に、好ましいのは、US2007/0092755A1によるヘキサアザトリフェニレン化合物である。
特に好ましくは、以下の式(12)〜(17)のトリアリールアミン化合物であり、これらは1以上のラジカルR(式(1b))によって置換されていてもよい。これらは、EP1162193A1、EP650955A1、Synth.Metals1997、91(1−3)、209、DE19646119A1、WO2006/122630A1、EP1860097A1、EP1834945A1、JP08053397A、US6251531B1およびWO2009/041635に開示される。
Figure 0006490685
さらに好ましいHTM単位は、例えば、トリアリールアミン、ベンジジン、テトラアリール‐p‐フェニレンジアミン、カルバゾール、アズレン、チオフェン、ピロールおよびフラン誘導体であり、さらに加えてO−、S−またはN−含有複素環である。
より好ましくは、HTM単位は、以下の式(18)の繰り返し単位から選択される。
Figure 0006490685
式中、
Arは、同一であるか異なり、異なる繰り返し単位においては独立に、単結合または置換されていてもよい、単環式もしくは多環式のアリール基であり、
Arは、同一であるか異なり、異なる繰り返し単位においては独立に、置換されていてもよい、単環式もしくは多環式のアリール基であり、
Arは、同一であるか異なり、異なる繰り返し単位においては独立に、置換されていてもよい、単環式もしくは多環式のアリール基であり、かつ
mは、1、2または3である。
特に好ましい式(18)の単位は、以下の式(19)〜(21)の単位である。
Figure 0006490685
Rは、出現毎に同一であるかまたは異なっていてもよく、H、置換もしくは非置換の、芳香族もしくはヘテロ芳香族基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アラルキル基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルコキシカルボニル基、シリル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基およびヒドロキシ基から選択され、
rは、0、1、2、3または4であり、かつ
sは、0、1、2、3、4または5である。
さらに好ましい中間層ポリマーは、少なくとも1つの以下の式(22)の繰り返し単位を含む。
Figure 0006490685
式中、
およびTは、それぞれ独立に、チオフェン、セレノフェン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン、ピロール、アニリンから選択され、それらの全ては任意にRに置換され、
は、出現毎に独立に、ハロゲン、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、SCN、C(=O)NR00、−C(=O)X、−C(=O)R、−NH、−NR00、SH、SR、−SOH、−SO、−OH、−NO、−CF、−SF、所望により置換されたシリル、または1〜40個の炭素原子を有する、カルビルもしくはヒドロカルビルから選択され、置換されてもよく、1以上のヘテロ原子を含んでもよく、
ArおよびArは、独立に、単環式もしくは多環式の、アリールもしくはヘテロアリール(これらは、置換されていてもよく、また、隣接するチオフェンもしくはセレノフェン基の一方あるいは両方に2,3‐位で縮合していてもよい)、
cとeは、独立に、0、1、2、3または4であり、ここで、1<c+e≦6を満たし、かつ
dとfは、独立に、0、1、2、3または4である。
およびT基は、好ましくは以下から選択される。
Figure 0006490685
式中、式(1a)中のRと同じ定義であるとみなすことができる。
式(22)の単位は、以下の式から選択されることが好ましい。
Figure 0006490685
正孔輸送中間層ポリマーの例は、WO2007/131582A1およびWO2008/009343A1に開示される。
中間層に使用される正孔伝導ポリマー中の正孔伝導特性を有する構造単位の割合は、好ましくは10〜99mol%であり、より好ましくは20〜80mol%であり、特に好ましくは40〜60mol%である。
好ましくは、本発明によるポリマーは、ポリマー骨格を形成する繰り返し単位として、6〜40個の炭素原子を有する、芳香族またはヘテロ芳香族構造単位を含む。これらは、好ましくは、4,5−ジヒドロピレン誘導体、4,5,9,10−テトラヒドロピレン誘導体、フルオレン誘導体(例えば、US5962631、WO2006/052457A2およびWO2006/118345A1に開示される)、9,9’−スピロビフルオレン誘導体(例えば、WO2003/020790A1)、9,10−フェナントレン誘導体(例えばWO2005/104264A1に開示される)、9,10−ジヒドロフェナントレン誘導体(例えば、WO2005/014689A2に開示される)、5,7−ジヒドロジベンゾオキセピン、ならびにシス−およびトランス−インデノフルオレン誘導体(例えば、WO2004/041901A1およびWO2004/113412A2に開示される)、ビナフチレン(例えば、WO2006/063852A1に開示される)、ならびに付加的な単位(例えば、WO2005/056633A1、EP1344788A1、WO2007/043495A1、WO2005/033174A1、WO2003/099901A1およびDE102006003710Aに開示される)である。
ポリマー骨格を形成する繰り返し単位の構造要素として、さらに好ましくは、フルオレン誘導体(例えば、US5962631、WO2006/052457A2およびWO2006/118345A1に開示される)、スピロビフルオレン誘導体(例えば、WO2003/020790A1に開示される)、ベンゾフルオレン、ジベンゾフルオレン、ベンゾチオフェンおよびジベンゾフルオレンならびにこれらの誘導体(例えば、WO2005/056633A1、EP1344788A1およびWO2007/043495A1に開示される)から選択される。
特に好ましいポリマー骨格を形成する繰り返し単位の構造要素は、以下の式(23)の単位である。
Figure 0006490685
式中、
A、BおよびB’は、独立におり、複数存在する場合に互いに独立に、二価の基、好ましくは、−CR1112−、−NR11−、−PR11−、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CO−、−CS−、−CSe−、−P(=O)R11−、−P(=S)R11−および−SiR1112−から選択され、
11およびR12は、独立に、同一または異なる基であり、H、ハロゲン、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、-C(=O)NR00、−C(=O)X、-C(=O)R、−NH、−NR00、−SH、−SR、−SOH、−SO、−OH、−NO、−CF、−SF、置換されていてもよいシリル、または1〜40個の炭素原子を有し、置換されていてもよく、1以上のヘテロ原子を含んでいてもよい、カルビルもしくはヒドロカルビルから選択され、かつR11およびR12基は、それらが結合するフルオレン部分とスピロ基を形成してもよく、
Xは、ハロゲンであり、
とR00は、独立に、Hまたは1個以上のヘテロ原子を含んでいてもよく、置換されていてもよい、カルビルもしくはヒドロカルビル基であり、
gの各々は、独立に、0または1であり、同じ副単位中のそれぞれ対応するhは、0および1以外であり、
mは、1以上の整数であり、
ArとArは、独立に、単環式もしくは多環式の、アリールもしくはヘテロアリールであり、これらは置換されていてもよく、インデノフルオレン基の7,8‐位もしくは8,9‐位で縮合していてもよく、かつ
aとbは、独立に、0または1である。
11およびR12基がそれらが結合するフルオレン基とスピロ基を形成する場合、それは好ましくはフピロビフルオレンである。
式(23)の単位は、好ましくは以下の式(24)〜(28)から選択される:
Figure 0006490685
式中、
11およびR12は、式(23)で定義されるものであり、
rは、0、1、2、3または4であり、
Rは、R11の定義のうちの1つを有する。
好ましくは、Rは、F、Cl、Br、I、−CN、−NO、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)NR00、−C(=O)X、−C(=O)R、−NR00、4〜40個、好ましくは6〜20個、の炭素原子を有する、置換されていてもよい、シリル、アリールもしくはヘテロアリール、または1〜20個、好ましくは1〜12個の炭素原子を有する、直鎖、分岐もしくは環状のアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシであり、1以上の水素原子がFまたはClによって置換されていてもよく、R、R00およびXは上述の式(23)との関連で定義される。
特に好ましい式(23)の単位は、以下の式(29)〜(32)の単位である:
Figure 0006490685
式中、
Lは、H、ハロゲン、または1〜12個の炭素原子を有する、任意にフッ素化された、直鎖もしくは分岐の、アルキルもしくはアルコキシ基であり、好ましくは、H、F、メチル、i‐プロピル、t‐ブチル、n‐ペントキシまたはトリフルオロメチルであり、そして
L’は、1〜12個のC原子を有する、フッ素化されていてもよい、直鎖もしくは分岐の、アルキルもしくはアルコキシ基であり、好ましくは、n‐オクチルまたはn‐オクチルオキシである。
さらに、好ましい形態において、本発明による中間層ポリマーは、非共役または部分的に共役のポリマーである。
特に好ましい非共役または部分的に共役である中間層ポリマーは、非共役骨格の繰り返し単位を含む。
好ましい非共役骨格の繰り返し単位は、以下の式(33)および(34)のインデノフルオレン誘導体の単位であり、例えばWO2010/136110に開示される。
Figure 0006490685
式中、XおよびYは、独立に、H、F、C1〜40‐アルキル基、C2〜40‐アルケニル基、C2〜40‐アルキニル基、置換されていてもよいC6〜40‐アリール基および置換されていてもよい、5〜25員のヘテロアリール基からなる群から選択される。
さらに好ましい非共役骨格の繰り返し単位は、以下の式のフルオレン、フェナントレン、ジヒドロフェナントレンまたはインデノフルオレン誘導体を含む単位であり、例えば、WO2010/136111に開示される。
Figure 0006490685
式中、R1〜R4は、式(33)および(34)におけるXおよびYと同じ定義であると見なしてよい。
中間層に使用される本発明の正孔伝導ポリマー中のポリマー骨格を形成する構造単位の割合は、好ましくは10〜99mol%、より好ましくは20〜80mol%、特に好ましくは30〜60mol%、である。
発光層の半導電性有機材料は、ポリマー骨格内に組み込まれる1以上の異なる発光体を含むポリマーマトリックス材料であってよく、また1以上の低分子量発光体が混合されているポリマー状かつ非発光マトリックス材料であってもよく、また異なる低分子量発光体と、少なくとも1つの低分子量マトリックスの混合物であってもよく、またそれらの材料のあらゆる好ましい組み合わせであってよい。
発光層は、少なくとも1つの発光体、所望により好ましくは少なくとも1つのさらなるマトリックス材料を含む。
主に、当業者に公知の任意の発光体は、本発明に係る素子の発光層中の発光体として用いることができる。
好ましい形態では、発光体は、繰り返し単位としてポリマー中に組み込まれる。
さらに好ましい形態では、発光体は、小分子、ポリマー、オリゴマー、デンドリマーまたはそれらの混合物であってもよいマトリックス材料中に混合される。
好ましいのは、蛍光発光性化合物、燐光発光性化合物および発光性有機金属錯体から選択される、少なくとも1つの発光体を含んでなる発光層である。
「発光体単位」または「発光体」という用語は、本明細書において、励起子を受けてまたは励起子の形成により発光を伴う放射崩壊が起こる単位または化合物のことを指している。
発光体には2つの種類:蛍光発光性と燐光発光性の発光体がある。「蛍光発光体」という用語は、励起一重項状態からその基底状態への放射遷移を起こす材料もしくは化合物のことを指している。「燐光発光体」という用語は、本明細書において用いられているように、遷移金属を含む、発光性の材料もしくは化合物のことを指している。これらは、一般的に、発光がスピン禁制遷移、例えば、励起三重項および/または五重項状態からの遷移により起こる材料を含む。
量子力学によれば、高スピン多重度を有する励起状態から、例えば励起三重項状態から、基底状態への遷移は禁止されている。しかしながら、重原子、例えば、イリジウム、オスミウム、白金またはユーロピウムの存在が、強いスピン軌道結合を確実にする。すなわち、励起した一重項および三重項が混合され、それにより、三重項が一定の一重項の特性を取得し、そして、一重項‐三重項混合物が非放射現象よりも速い放射崩壊速度をもたらすとき、輝度は効率的であり得る。このタイプの発光は、Baldo等によりNature395巻、151−154頁(1998)に報告されているように、金属錯体を用いて得ることができる。
特に好ましいのは、蛍光発光体から選択された発光体である。
蛍光発光体の多くの例はすでに開示されており、例えば、JP2913116BおよびWO2001/021729A1におけるスチリールアミン誘導体、ならびに例えば、WO2008/006449およびWO2007/140847におけるインデノフルオレン誘導体である
蛍光発光体は、好ましくは、ポリ芳香族化合物(例えば、9,10‐ジ(2‐ナフチルアントラセン)およびその他のアントラセン誘導体)、テトラセン誘導体、キサンテン、ペリレン(例えば、2,5,8,11‐テトラ‐t‐ブチルペリレン)、フェニレン(例えば、4,4’‐(ビス(9‐エチル‐3‐カルバゾビニレン)‐1,1’‐ビフェニル)、フルオレン、アリールピレン(US2006/0222886)、アリーレンビニレン(US5121029、US5130603)、ルブレン誘導体、クマリン、ローダミン、キナクリドン(例えば、Ν,Ν’‐ジメチルキナクリドン(DMQA))、ジシアノメチレンピラン(例えば、4‐(ジシアノエチレン)‐6‐(4‐ジメチルアミノスチリル‐2‐メチル)−4H‐ピラン(DCM))、チオピラン、ポリメチン、ピリリウムおよびチアピリリウム塩、ペリフランテン、インデノペリレン、ビス(アジニル)イミン‐ホウ素化合物(US2007/0092753A1)、ビス(アジニル)メタン化合物およびカルボスチリル化合物である。
さらに好ましい蛍光発光体は、C.H.Chen等の「有機エレクトロルミネッセンス材料の最近の開発」(Macromol.Symp.125巻、(1997)、1−48頁)および「分子有機エレクトロルミネッセンス材料と素子の最近の進歩」(Mat.Sci.およびEng.R、39巻(2002)、143−222頁)に記載されている。
さらに好ましい蛍光発光体は、モノスチリルアミン、ジスチリルアミン、トリスチリルアミン、テトラスチリルアミン、スチリルホスフィン、スチリルエーテル、およびアリールアミンの分類から選択される。
モノスチリルアミンは、置換もしくは非置換の、1つのスチリル基と少なくとも1つの、好ましくは芳香族アミンを含む化合物を意味するものと理解される。ジスチリルアミンは、置換もしくは非置換の、2つのスチリル基と少なくとも1つ、好ましくは芳香族アミンを含む化合物を意味するものと理解される。トリスチリルアミンは、置換もしくは非置換の、3つのスチリル基と少なくとも1つの、好ましくは芳香族アミンを含む化合物を意味するものと理解される。テトラスチリルアミンは、置換もしくは非置換の、4つのスチリル基と少なくとも1つの、好ましくは芳香族アミンを含む化合物を意味するものと理解される。スチリル基は、より好ましくは、さらに置換されていてもよいスチルベンである。対応するホスフィンおよびエーテルは、上記のアミンと同様に定義される。本出願の目的のために、アリールアミンもしくは芳香族アミンは、置換もしくは非置換の、窒素に直接結合された、3つの、芳香族もしくはヘテロ芳香族環系を含む化合物を意味するものと理解される。これらの芳香族もしくはヘテロ芳香族環系の少なくとも1つは、好ましくは少なくとも14個の芳香族環原子を有する縮合環系であることが好ましい。これらの好ましい例は、芳香族アントラセンアミン、芳香族アントラセンジアミン、芳香族ピレナミン、芳香族ピレンジアミン、芳香族クリセナミンおよび芳香族クリセンジアミンである。芳香族アントラセンは、1つのジアリールアミノ基が、好ましくは9位で、アントラセン基に直接結合している化合物を意味するものと理解される。芳香族アントラセンジアミンは、2つのジアリールアミノ基が、好ましくは9、10位でアントラセン基に直接結合している化合物を意味するものと理解される。芳香族の、ピレナミン、ピレンジアミン、クリセナミンおよびクリセンジアミンはそれと同様に定義され、ここでピレン中のジアリールアミノ基は、好ましくは1位もしくは1、6位で結合されている。
さらに好ましい蛍光発光体は、インデノフルオレンアミンおよびインデノフルオレンジアミン(例えば、WO2006/122630による)、ベンゾインデノフルオレンアミンおよびベンゾインデノフルオレンジアミン、(例えば、WO2008/006449による)およびジベンゾインデノフルオレンアミンおよびジベンゾインデノフルオレンジアミン(例えば、WO2007/140847による)から選択される。
スチリルアミンの分類からの発光体の例は、置換もしくは非置換のトリスチルベンアミン、またはWO2006/000388、WO2006/058737、WO2006/000389、WO2007/065549およびWO2007/115610に記載されているドーパントである。ジスチリルベンゼンおよびジスチリルビフェニル誘導体は、US5121029に記載されている。更なるスチリルアミンは、US2007/0122656A1に見出される。
特に好ましい、スチリルアミン発光体およびトリアリールアミン発光体は、US7250532B2、DE102005058557A1、CN1583691A、JP08053397A、US6251531B1およびUS2006/210830Aに開示されているような、式(1)〜(6)で表される化合物である。
Figure 0006490685
さらに好ましい蛍光発光体は、例えば、EP1957606A1およびUS2008/0113101A1に開示されているような、トリアリールアミンの群から選択される。
さらに好ましい蛍光発光体は、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、フルオレン、ペリフランテン、インデンペリレン、フェナントレン、ペリレン(US2007/0252517A1)、ピレン、クリセン、デカシクレン、コロネン、テトラフェニルシクロペンタジエン、ペンタフェニルシクロペンタジエン、フルオレン、スピロフルオレン、ルブレン、クマリン(US4769292、US6020078、US2007/0252517A1)、ピラン、オキサゾン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、ピラジン、桂皮酸エステル、ジケトピロロピロール、アクリドンおよびキナクリドン(US2007/0252517A1)の誘導体から選択される。
アントラセン化合物の中で、9,10‐置換アントラセン、例えば、9,10‐ジフェニルアントラセンおよび9,10‐ビス(フェニルエチニル)アントラセンが特に好ましい。1,4‐ビス(9’‐エチニルアントラセニル)ベンゼンも同様に好ましいドーパントである。
より好ましくは、発光層中の1つの発光体は、青色蛍光の発光体の群から選択される。
より好ましくは、発光層中の1つの発光体は、緑色蛍光の発光体の群から選択される。
より好ましくは、発光層中の1つの発光体は、黄色蛍光の発光体の群から選択される。
より好ましくは、発光層中の1つの発光体は、赤色蛍光の発光体の群から、特に、例えばUS2007/0104977A1に開示されているような、以下の式(41)のペレリン誘導体の群から、選択される。
Figure 0006490685
特に好ましいのは、同様に、燐光発光体の群から選択される、発光層内の発光体である。
燐光発光体の例は、WO00/070655、WO01/041512、WO02/02714、WO02/15645、EP1191613、EP1191612、EP1191614およびWO2005/033244に開示されている。一般に、従来技術で用いられているような、また、有機エレクトロルミネッセンスの分野の当業者に知られているような、すべての燐光発光性錯体が好適であり、当業者は、発明的技法を要せずに、更なる燐光発光性錯体を使用することができるであろう。
燐光発光体は、好ましくは、式M(L)で表される金属錯体であってもよい。式中、Mは金属原子であり、Lは、出現毎に独立に、1つもしくは2つ以上の位置を介してMに結合しているか、もしくは配位している有機配位子であり、およびzは、1以上の整数、好ましくは1、2、3、4、5もしくは6であり、ならびにこれらの基は、必要に応じて、1つ以上の、好ましくは1つ、2つ、もしくは3つの位置を介して、好ましくは配位子Lを介してポリマーと結合している。
Mは、特に、遷移金属から選択される金属原子であり、好ましくは、VIII族の遷移金属、ランタニドまたはアクチニドから、より好ましくは、Rh、Os、Ir、Pt、Pd、Au、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Re、Cu、Zn、W、Mo、Pd、AgおよびRuから、そして特に、Os、Ir、Ru、Rh、Re、PdおよびPtから選択される。Mはまた、Znであってもよい。
好ましい配位子は、2‐フェニルピリジン誘導体、7,8‐ベンゾキノリン誘導体、2‐(2‐チエニル)ピリジン誘導体、2‐(1‐ナフチル)ピリジン誘導体、または2‐フェニルキノリン誘導体である。これらの化合物は各々、例えば、青色用の、フッ素もしくはトリフルオロメチル置換基で置換されていてもよい。副配位子は、好ましくは、アセチルアセトネートまたはピクリン酸である。
特に適切なのは、例えば、US2007/0087219A1に開示されているような、式(42)で表される、四座配位子を有するPtもしくはPd錯体(この式中、R〜R14およびZ〜Zは、上記文献に定義されたとおりである)、拡大した環系を有するPt‐ポルフィリン錯体(US2009/0061681A1)、およびIr錯体であり、該Ir錯体は、例えば、2,3,7,8,12,13,17,18‐オクタエチル‐21H,23H−ポルフィリン−Pt(II)、テトラフェニル−Pt(II)−テトラベンゾポルフィリン(US2009/0061681A1)、シス−ビス(2‐フェニルピリジナート‐N,C2’)Pt(II)、シス−ビス(2‐(2’‐チエニル)ピリジナート‐N,C3’)Pt(II)、シス−ビス(2‐(2’‐チエニル)キノリナート‐N,C5’)Pt(II)、(2‐(4,6‐ジフルオロフェニル)ピリジナート‐N,C2’)Pt(II)アセチルアセトネートまたはトリス(2‐フェニルピリジナート‐N,C2’)Ir(III)(Ir(ppy)、緑色)、ビス(2‐フェニルピリジナート‐N,C2)Ir(III)アセチルアセトネート(Ir(ppy)アセチルアセトネート、緑色、US2001/0053462A1、Baldo、Thompson等によるNature、403巻、(2000)、750−753頁)、ビス(1‐フェニルイソキノリナート‐N,C2’)(2‐フェニルピリジナート‐N,C2’)Ir(III)、ビス(2‐フェニルピリジナート‐N,C2’)(1‐フェニルイソキノリナート‐N,C2’)Ir(III)、ビス(2‐(2’‐ベンゾチエニル)ピリジナート‐N,C3’)Ir(III)アセチルアセトネート、ビス(2‐(4’,6’‐ジフルオロフェニル)ピリジナート‐N,C2’)Ir(III)ピコリナート(Firpic、青色)、ビス(2‐(4’,6’‐ジフルオロフェニル)ピリジナート‐N,C2’)Ir(III)テトラキス(1‐ピラゾリル)ボレート、トリス(2‐(ビフェニル‐3‐イル)‐4‐tert‐ブチルピリジン)Ir(III)、(ppz)Ir(5phdpym)(US2009/0061681A1)、(45ooppz)Ir(5phdpym)(US2009/0061681A1)、2‐フェニルピリジン‐Ir錯体の誘導体、例えば、Ir(III)ビス(2‐フェニルキノリル‐N,C2’)アセチルアセトネート(PQIr)、トリス(2‐フェニルイソキノリナート‐N,C)Ir(III)(赤色)、ビス(2‐(2’‐ベンゾ[4,5‐a]チエニル)ピリジナート‐N,C3)Irアセチルアセトネート([Btp2Ir(acac)]、赤色、Adachi等によるAppl.Phys.Lett.78巻(2001)、1622〜1624頁)である。
Figure 0006490685
同様に、三価のランタニド錯体、例えば、Tb3+およびEu3+(J.Kido等によるAppl.Phys.Lett.65巻(1994)、2124頁、Kido等によるChem.Lett.657巻、1990、US2007/0252517A1)、またはPt(II)、Ir(I)、Rh(I)のマレオニトリルジチオレートとの燐光発色性錯体(Johnson等、JACS、105巻、1983、1795頁)、Re(I)‐トリカルボニルジイミン錯体(特に、Wrighton、JACS、96巻、1974、998頁)、シアノ配位子およびビピリジルもしくはフェナントロリン配位子とのOs(II)錯体(Ma等、Synth.Metals、94巻、1998、245頁)またはAlqが好適である。
三座配位子を有する燐光発光体が、US6824895およびUS7029766に記載されている。赤色発光の燐光発色性錯体がUS6835469およびUS6830828に開示されている。
特に好ましい燐光発光体は、以下の式(43)の化合物、および例えばUS2001/0053462A1に開示されるさらなる化合物である。
さらに特に好ましい燐光発光体は、以下の式(44)の化合物および例えばWO2007/095118A1で開示されるさらなる化合物である。
Figure 0006490685
さらなる誘導体は、US7378162B2、US6835469B2およびJP2003/253145Aに開示される。
さらに好ましくは、発光層中の発光体は有機金属錯体を含んでなる群から選択される。
本明細書の他の箇所で述べた金属錯体に加えて、本発明に係る好適な金属錯体は、遷移金属、希土類元素、ランタニドおよびアクチニドから選択される。金属は、好ましくは、Ir、Ru、Os、Eu、Au、Pt、Cu、Zn、Mo、W、Rh、PdおよびAgから選択される。
好ましい態様では、発光層は、上述したように、発光体基を含有する繰り返し単位を少なくとも1つ含む共役ポリマーを含んでなる。金属錯体を含む共役ポリマーおよびその合成の例は、例えば、EP1138746B1およびDE102004032527A1に開示されている。一重項発光体を含む共役ポリマーおよびその合成の例は、例えば、DE102005060473A1およびWO2010/022847に開示されている。
さらに好ましい形態において、発光層は、少なくとも1つの上述される発光単位および少なくとも1つのペンダント電荷輸送単位を含む非共役ポリマーを含んでなる。ペンダント金属錯体を含む非共役ポリマーの例およびそれらの合成方法は、US7250226B2、JP2007/211243A2、JP2007/197574A2、US7250226B2およびJP2007/059939Aに開示される。ペンダント一重項発光体を含む非共役ポリマーの例およびそれらの合成方法は、JP2005/108556、JP2005/285661およびJP2003/338375に開示される。
さらなる形態において、発光層は、少なくとも1つの上述される発光体単位および少なくとも1つの主鎖にポリマー骨格を形成させる繰り返し単位を含む非共役ポリマーを含んでなる。このケースでは、ポリマー骨格を形成する繰り返し単位は、中間層、非共役骨格として上述された単位から選択されることが好ましい。主鎖中に金属錯体を含む非共役ポリマーの例およびその合成方法は、WO2010/149261およびWO2010/136110に開示される。
なお、さらに好ましい態様では、発光層に使用される材料は、発光体の他に電荷輸送性ポリマーマトリックスを含んでなる。
なお、さらに好ましい態様では、発光層に使用される材料は、発光体の他に電荷輸送性ポリマーマトリックスを含んでなる。蛍光発光体または一重項発光体に対して、このポリマーマトリックスは、好ましくは、中間層に対して上述したような非共役ポリマー骨格を含む、より好ましくは、中間層に対して上述したような共役ポリマー骨格を含む、共役ポリマーから選択することができる。燐光発光体または三重項発光体に対して、このポリマーマトリックスは、好ましくは、非共役側鎖ポリマーもしくは非共役主鎖ポリマーである、非共役ポリマーから選択され、これらは、例えば、ポリビニルカルバゾール(「PVK」)、ポリシラン、ホスフィンオキシド単位を含む共重合体、または例えば、WO2010/149261およびWO2010/136110に記載されているようなマトリックスポリマーである。
なお、さらに好ましい態様では、発光層は、少なくとも1つの、上述したような発光体基および少なくとも1つの低分子マトリックス材料を含んでなる。適切な低分子マトリックス材料は、様々な種類の物質からの材料である。
蛍光発色性または一重項発光体のための好ましいマトリックス材料は、オリゴアリーレン(例えば、EP676461による2,2’,7,7’‐テトラフェニルスピロビフルオレン、またはジナフチルアントラセン)、特に、芳香族基(例えば、フェナントレン、テトラセン、コロネン、クリセン、フルオレン、スピロビフルオレン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、デカシクレン、ルブレン)を含む縮合オリゴアリーレン、オリゴアリーレンビニレン(例えば、EP676461による4,4’‐ビス(2,2‐ジフェニルエテニル)‐1,1’‐ビフェニル(DPVBi)もしくは4,4‐ビス(2,2‐ジフェニルビニル‐1,1‐スピロビフェニル(スピロDPVBi))、ポリポダル金属錯体(例えば、WO04/081017による)、特に、8‐ヒドロキシキノリンの金属錯体(例えば、アルミニウム(III)トリス(8‐ヒドロキシキノリン)(アルミニウムキノラート、Alq)もしくはビス(2‐メチル‐8‐キノリノラト)‐4‐(フェニルフェノリノラト)アルミニウム(イミダゾールキレート(US2007/0092753A1)を有してもよい))およびキノリン金属錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、正孔伝導性化合物(例えば、WO04/058911による)、電子伝導性化合物、特に、ケトン、ホスフィンオキシド、スルホキシド等(例えば、WO05/084081およびWO05/084082による)、アトロプ異性体(例えば、WO06/048268による)、ボロン酸誘導体(例えばWO06/117052による)またはベンゾアントラセン(例えば、DE102007024850による)の分類から選択される。特に好ましいホスト材料は、ナフタレン、アントラセン、ベンゾアントラセンおよび/またはピレン、またはこれらの化合物のアトロプ異性体を含むオリゴアリーレン、ケトン、ホスフィンオキシドおよびスルホキシドの分類から選択される。非常に特に好ましいホスト材料は、アントラセン、ベンゾアントラセンおよび/またはピレン、またはこれらの化合物のアトロプ異性体を含むオリゴアリーレンの分類から選択される。本出願の目的に対し、オリゴアリーレンは、少なくとも3個の、アリールもしくはアリーレン基が互いに結合している化合物を意味するものと理解される。
特に好ましい、一重項発光体のための低分子マトリックス材料は、ベンゾアントラセン、アントラセン、トリアリールアミン、インデノフルオレン、フルオレン、スピロビフルオレン、フェナントレン、ジヒドロフェナントレンならびにそれらの異性体および誘導体から選択される。
好ましい、燐光もしくは三重項発光体のための低分子マトリックス材料は、Ν,Ν‐ビスカルバゾリルビフェニル(CBP)、カルバゾール誘導体(例えば、WO05/039246、US2005/0069729、JP2004/288381、EP1205527およびDE102007002714による)、アザカルバゾール(例えば、EP1617710、EP1617711、EP1731584およびJP2005/347160による)、ケトン(例えば、WO04/093207による)、ホスフィンオキシド、スルホキシドおよびスルホン(例えば、WO05/003253による)、オリゴフェニレン、芳香族アミン(例えば、US2005/0069729による)、双極性マトリックス材料(例えば、WO07/137725による)、1,3,5‐トリアジン誘導体(例えば、US6229012B1、US6225467B1、DE10312675A1、WO9804007A1およびUS6352791B1)、シラン(例えば、WO05/111172による)、9,9‐ジアリール誘導体(例えば、DE102008017591による)、アザボロールもしくはボロン酸エステル(例えば、WO06/117052による)、トリアゾール誘導体、オキサゾールおよびオキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、フェニレンジアミン誘導体、第三級芳香族アミン、スチリルアミン、アミノ置換されたカルコン誘導体、インドール、スチリルアントラセン誘導体、アリール置換されたアントラセン誘導体、例えば、2,3,5,6‐テトラメチルフェニル‐1,4‐(ビスフタルイミド)(TMPP、US2007/0252517A1)、アントラキノンジメタン誘導体、アントロン誘導体、フルオレノン誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族ジメチリデン化合物、ポルフィリン化合物、カルボジイミド誘導体、ジフェニルキノン誘導体、テトラ炭素環式化合物、例えば、ナフタレンペリレン、フタトシアニン誘導体、8‐ヒドロキシキノン誘導体の金属錯体、例えば、Alq(この8‐ヒドロキシキノン錯体はトリアリールアミノフェノール配位子を含んでいてもよい(US2007/0134514A1))、配位子として金属フタロシアニン、ベンゾオキザゾールもしくはベンゾチアゾールを有する各種の金属錯体‐ポリシラン化合物、電子伝導性ポリマー、例えば、ポリ(N‐ビニルカルバゾール)(PVK)、アニリン共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体およびポリフルオレン誘導体である。
特に好ましい、三重項発光体のための低分子マトリックス材料は、カルバゾール、ケトン、トリアジン、イミダゾール、フルオレン、スピロビフルオレン、フェナントレン、ジヒドロフェナントレンならびにそれらの異性体および誘導体から選択される。
発光層に使用される、さらに好ましい材料は、発光体に加えて、例えば、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリビニルブチラール(PVB)またはポリカーボネート(PC)などの非荷電のポリマーマトリックスを含む。
発光層に使用されるさらなる好ましい材料は、発光体だけでなく、少なくとも1つのポリマー、少なくとも1つの正孔輸送小分子および/または少なくとも1つの電子輸送小分子を含む。これらは、正孔または電子輸送特性を有する非重合性有機化合物を意味すると解される。
発光層に用いられる好ましい材料は、発光体だけでなく、電子輸送特性を有する材料である。
好ましくは、ポリマー骨格内に組み入れられた1以上の異なった三重項発光体を含むポリマーマトリックス材料、またはポリマーがポリマー骨格内に1以上の異なった三重項発光体を含むポリマーマトリックス材料の混合物の使用である。
発光層における発光体は、発光の最大幅をもたらすように選択することが好ましい。以下の発光を持つ三重項発光体を組み合せることが好ましい:緑と赤;青と緑;明るい青と明るい赤;青、緑と赤。これらの中で、深い緑と深い赤の発光を持つ三重項発光体を使用することが、特に好ましい。これらを使うことにより、特に黄色の色相が良好に調整できる。各々の発光体の濃度の変化により、思い通りに色調を作り出し、また生成することができる。
本明細書の文脈において使用される発光体は、可視スペクトル内で一重項もしくは三重項状態から発光する任意の分子であり得る。「可視スペクトル」は、本出願の文脈において、380〜750nmの波長範囲を意味するものと理解される。
特に好ましいのは、第1の発光体が緑のスペクトル領域に発光極大を有し、かつ第2の発光体が赤のスペクトル領域に発光極大を有するエレクトロルミネッセンス素子である。さらに好ましい発光体の組み合わせは、青および緑のスペクトル領域に、明るい青および明るい赤のスペクトル領域に、または青、緑および赤のスペクトル領域に発光極大を持つものである。
通常、発光体は、ドーパントマトリックス系内の発光層に存在する。発光体の濃度は、好ましくは0.01〜30モル%の範囲で、より好ましくは1〜25モル%の範囲で、そして特に2〜20モル%の範囲である。
より好ましくは、発光層は、電子輸送物質を含んでなる。
さらに好ましい形態では、本発明による電気光学素子は、発光層に、三重項発光体および励起エネルギーの三重項状態への移行を促進する物質を含んでなる。これらは、例えば、カルバゾール、ケトン、ホスフィンオキシド、シラン、スルホキシド、重金属原子を有する化合物、臭素化合物または燐光増感剤である。
特に好ましくは、電気光学素子であって、発光層中の半導電性有機材料は半導電性ポリマー、特に半導電性コポリマー、である。
後者は、好ましくは、フルオレン、スピロビフルオレン、インデノフルオレン、フェナントレン、ジヒドロフェナントレン、フェニレン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、フェニレンビニレンおよびその誘導体から誘導される繰り返し単位(ここで、これらの繰り返し単位は置換されていてもよい)を有する半導電性コポリマーを含んでなる。
発光層中に使用されるさらに好ましい半導電性コポリマーは、トリアリールアミン、好ましくは上記で定義した式(19)〜(21)の繰り返し単位を有するもの、由来の繰り返し単位を有する。
本発明による電気光学素子は、より好ましくは、非常に簡単な構造を有する。極端な場合、この素子は、カソード層とアノード層の他に、その間に配置された1以上の発光層および1以上の中間層を具備してなっていてもよい。
本発明に係る電気光学素子の好ましい形態は、第1の発光層とカソードとの間に直接配置される、少なくとも1つの追加的な電子注入層を具備してなる。
好ましくは、本発明による電気光学素子は、基板、特に透明基板に適用される。次にそれに適用されるのは、透明または半透明材料、好ましくはインジウムスズ酸化物、で製造された電極が好ましい。
さらに具体的には、電気光学素子は、さらに、アノードと、正孔伝導ポリマーで構成される中間層との間に配置される正孔注入層、好ましくはポリ(エチレンジオキシチオフェン)で構成される層、を具備してなる。
本発明による電気光学素子は、好ましくは、1〜150nmの範囲、より好ましくは3〜100nmの範囲、そして、特に5〜80nmの範囲の、互いに区分された個々の層の厚さを有する。
好ましい、本発明に係る電気光学素子は、90℃より高い、より好ましくは100℃より高い、そして、特に120℃より高いガラス転移温度Tを有するポリマー材料を含んでなる。
特に好ましいのは、本発明による素子に使用されるポリマーのすべてが上記の高いガラス転移温度を有するときである。
本発明による素子に使用されるカソード材料は、それ自体知られている材料でよい。特にOLEDには、低仕事関数を有する材料が使用される。これらの例は、金属、金属の組合せ、または低い仕事関数を有する金属合金、例えば、Ca、Sr、Ba、Cs、Mg、Al、InおよびMg/Agである。
本発明による電気光学素子の構造は、様々な製造方法により達成されうる。
まず、少なくともいくつかの層が、減圧下で適用されることが可能である;いくつかの層、特に発光層および中間層、は、溶液から適用される。全ての層を溶液から適用することは、また創造的な工夫をしなくても、可能である。
溶液から幅広い多様な印刷工程が適用可能ではあるが、減圧下での塗布の場合、構造化はシャドウマスクを使って達成される。
本明細書の文脈での印刷方法は、熱転写またはLITIのように、固体状態に由来するものも含む。
溶剤ベースの方法の場合、使用される物質を溶解する溶媒が使用される。物質の種類は、本発明にとって重要ではない。
本発明による電気光学素子は、このように、公知の方法(例えば、少なくとも1つの発光層と中間層を溶液から、好ましくは印刷法で、より好ましくはインクジェット印刷で、適用する)によって、製造されうる。
好ましい形態において、本発明の電気光学素子は、有機発光ダイオード(OLED)である。
より好ましい形態において、本発明による電気光学素子は、上述のように2の電極および少なくとも1つの発光層および発光層と電極の間に中間層を含む有機発光電子化学電池(OLEC)であり、発光層が少なくとも1つのさらなるイオン化合物を含むことを特徴とする。原作およびOLECの原理は、Qibing Peiら、Science、1995、269、1086〜1088の記事により遡ることができる。
本発明による電気光学素子は、特に様々な用途に使用されうる;特に好ましい用途としては、情報ディスプレイ、バックライトおよび一般照明が挙げられる。本発明による電気光学素子のさらに特別な使用分野には、治療および美容処置用途があり、例えば、EP1444008およびGB24082092に開示される。
これらの使用もまた、本出願の主題の一部をなすものである。
以下の実施例は、本発明について、これを限定することなく説明する。
例1および2:モノマー例
本発明によるポリマーを調整するために、まず電子輸送化合物をモノマーに転換することが必要であった。
例1
好ましいモノマー単位は、以下のように調整された式(1)に対応する。
Figure 0006490685
4つ口フラスコは、初期状態では、ジクロロメタンに1当量のアルコールが入れられており、30分間保護ガスのもとで撹拌される。その合成物に、酸化マンガン(IV)(沈殿、活性、99%)が少量添加される。この過程において、5当量の前半が添加された後、温度は18℃〜25℃に上昇する。反応混合物は水浴で冷却され、残りの2.5当量が徐々に加えられる。その後、混合物は一晩撹拌される。生成物は、シリカゲルを通して吸引ろ過され、ジクロロメタンで洗浄され、濃縮乾固させ、室温でエタノールと撹拌することにより抽出され、吸引ろ過で取り除き、真空乾燥キャビネットで、40℃24時間乾燥される。この時点での収率は、70%である。精製は、99.95%の純度が得られるまで、数回の抽出撹拌および再結晶化工程(エタノール、メタノール/アセトン、トルエンおよびトルエン/ヘプタンからの)で達成される。
例2
−2.7eVのLUMOのおかげで、中間層中の電子伝導層としてさらに適切な単位は、以下である。
Figure 0006490685
モノマーの調製は、WO03/020790に開示される。
例3〜7:ポリマー例
本発明によるポリマーP1〜P4および比較ポリマーC1は、以下のモノマー(パーセンテージ=mol%)を使用し、WO03/048225A2に従って、スズキカップリングにより合成される。前述のモノマーを有する発光ポリマーの合成は、WO05/040302およびWO03/020790に開示される。
例3(ポリマーP1):
Figure 0006490685
例4(ポリマーP2):
Figure 0006490685
例5(ポリマーP3):
Figure 0006490685
例6(ポリマーP4):
Figure 0006490685
例7(比較ポリマーC1):
Figure 0006490685
例8〜18:素子例
PLEDの製造
ポリマー有機発光ダイオード(PLED)の製造については既に、文献(例えば、WO2004/037887A2に)に多数記載されている。実例を通して本発明を説明するために、PLEDはスピンコートにより、P1〜P4および比較ポリマーC1で製造される。典型的な素子は、以下に示される構造を有する。
さらに、テクノプリント社で特別に作られた基板が、この目的のために特別にデザインされたレイアウトに使用される。製造工程の終了時に蒸着により設けられるカソードが2×2mmの4画素となるように、ITO構造(酸化インジウムスズ物、透明導電性アノード)が、スパッタ法によりソーダ石灰ガラス上に設けられた。
基板は、クリーンルーム内でDI水と洗剤(デコネックス15PF)で洗浄され、UV/オゾンプラズマ処理によって活性化される。その後、同様にクリーンルーム内で、80nmのPEDOT(PEDOTは、水性分散液として供給されるエイチ・シー・スタルク(ゴスラー)社製のポリチオフェン誘導体(クレヴィオスP4083Al)である)の層がスピンコート法により設けられる。必要なスピン速度は、希釈度と特定のスピンコーターの形状に依存する(80nmのための通常の値:4500rpm)。層から残留水を除去するために、基板が180℃で10分間、ホットプレート上で加熱される。その後、不活性ガス雰囲気(窒素またはアルゴン)下で、20nmの中間層が最初にスピンされる。本発明の場合、これは、トルエンによる5g/lの濃度で処理されるポリマーP1〜P4またはC1を含んでなる。これらの素子例中のすべての中間層は、180℃で1時間、不活性ガス雰囲気下で加熱される。続いて、トルエン溶液(通常の濃度は8〜12g/L)から65nmのポリマー層が設けられる。このポリマー層はまたスピンコート後に、不活性ガス下で、特に180℃で10分間、加熱される。その後、蒸着マスク(アルドリッチ社製の高純度金属、特にバリウム99.99%(注文番号474711);レスカー社製等の蒸着システム、通常の真空度5×10−6mbar)を通して、蒸着により指定のパターンにBa/Alカソードが設けられる。特に空気および湿気に対してカソードを保護するために、素子は最終的にカプセル化される。
ピクセル化された領域を市販のカバーガラスで固着することにより、素子はカプセル化される。続いて、素子は特性化される。
この目的ため、素子は、基板寸法に特別に作られたホルダーに固定され、ばね接点によって接点接続される。外の光による影響を排除するために、視感度補正フィルタを有するフォトダイオードを測定ホルダーに直接設置することができる。
一般的に、電圧は、0から最大20Vまで0.2V毎に増加され、再び減少される。各測定ポイントに対して、素子を流れる電流および得られる光電流は、フォトダイオードによって測定される。このようにして、試験素子のIVLデータが得られる。重要な特徴あるパラメータは、測定された最大効率(「Max.eff」、cd/Aで)および100cd/mに必要な電圧である。
また、試験素子の、色と正確なエレクトロルミネッセンススペクトルを見つけるために、最初の測定の後、100cd/mに必要な電圧の再度の印加およびフォトダイオードのスペクトル測定ヘッドによる置換が行われる。後者は、分光計(オーシャンオプティクス社)に光ファイバで接続されている。測定されたスペクトルは、色座標(CIE:国際照明委員会、1931年からの標準観測者)を導き出すのに使うことができる。
材料の有用性に対する特に重要な要素は、素子の寿命である。これは、初期輝度を設定(例えば、1000cd/m)する方法で、最初の評価に非常に類似した試験装置で測定される。この輝度のために必要な電流が一定に保たれ、一方では電圧が通常、増加し、また、輝度が低下する。初期輝度が初期値の50%に低下したときに寿命が得られた。それ故、この値はLT50とも呼ばれるのである。外挿要素が決まれば、より高い初期輝度を設定することにより加速された方法で寿命を測定することもできる。この場合、測定装置は、電流を一定に保持し、従って、それは電圧上昇における構成要素の電気的劣化を示す
例8〜10
上記で特定した方法において、部品は製造され、20nmのP1およびP3、ならびに20nmのC1で特徴づけられる。使用される発光ポリマーは、メルク製の青色発光ポリマーである。結果は、表1に示される。
Figure 0006490685
例11〜13:
青色素子間のさらなる比較は、メルク製のポリマーSPB−078で行われる。ここで使用される中間層は、ポリマーP2およびP4ならびに比較ポリマーC1である。結果は表2に示される。ここで特に注意すべきは、本発明によるポリマーの使用の結果、素子の理想的により良い電気的安定性である。これは、寿命測定の間の電圧の明らかな小ささに現れている。
Figure 0006490685
例14および15:
白色ポリマーとともに用いることでも、素子寿命、作動電圧および電圧の抑制された上昇における改善を達成することができる。中間層ポリマーP1およびC1は、ここでメルク製の白色ポリマーSPW−110と共に使用される。
Figure 0006490685
寿命測定は、加速化された方法;2000cd/mの初期輝度に関連する電圧の上昇、で行われる。
例16〜18:
メルク製のさらなる白色ポリマーSPW−138は、同様に詳述される方法で、素子を製造することに用いられる。
Figure 0006490685
寿命測定は加速化された方法;3000cd/mの初期輝度に関連する電圧の上昇、で行われる。
結果からわかるように、ポリマーP1〜P4は、素子の重要なパラメーターにおいて明らかな改善をもたらす。より高効率、多くの場合により低電圧、寿命の改善、電圧において極端に小さい上昇である部品の場合にさらなる減少が測定される。特に後者は、本発明の新規なポリマーが従来技術によるポリマーよりも、より電気的安定性に優れるため、ディスプレイや照明用途における使用にはるかに優れていることを意味するのである。

Claims (16)

  1. a)アノード、
    b)カソード、
    c)アノードとカソードとの間に配置され、少なくとも1つの半導電性有機材料を含んでなる、少なくとも1つの発光層、および
    d)前記少なくとも1つの発光層と前記アノードの間に位置し、正孔伝導構造単位を有するポリマーを含んでなる、少なくとも1つの中間層
    を具備してなる電気光学素子であって、
    前記正孔伝導構造単位を有するポリマーが、さらに電子伝導特性を有する構造単位を有し、かつ
    前記電子伝導特性を有する構造単位のLUMOが、発光層中の前記半導電性有機材料のLUMOより低いものであることを特徴とする、電気光学素子。
  2. 前記電子伝導特性を有する構造単位のLUMOが、−2.3eVよりも低いものであることを特徴とする、請求項に記載の電気光学素子。
  3. 前記電子伝導特性を有する構造単位が、以下の式(I)〜(IV)の構造単位の群から選択されるものであることを特徴とする、請求項1または2に記載の電気光学素子。
    Figure 0006490685
    (式中、
    〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、環内に6〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換の芳香族環ヒドロカルビル基、5〜50個の環原子を有する、置換もしくは非置換の芳香族ヘテロ環基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアルキル基、環内に3〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のシクロアルキル基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアルコキシ基、環内に6〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアラルキル基、環内に5〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、環内に5〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアリールチオ基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のアルコキシカルボニル基、1〜50個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換のシリル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、またはヒドロキシ基であり、かつ
    1以上の、RおよびR、Rおよび ペアが、環系を形成していてもよい)
  4. 正孔伝導ポリマー中の前記電子伝導特性を有する構造単位の割合が、0.01〜30mol%の範囲にあることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  5. 正孔伝導ポリマーが、トリアリールアミン由来の、正孔伝導特性を有する構造単位を有することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  6. 前記トリアリールアミンが以下の式(19)〜(21)の構造単位の群から選択されるものであることを特徴とする、請求項に記載の電気光学素子。
    Figure 0006490685
    (式中、
    Rは、出現毎に同一であるかまたは異なっていてもよく、置換もしくは非置換の、芳香族もしくはヘテロ芳香族基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルコキシカルボニル基、シリル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、およびヒドロキシ基から選択され、
    rは、0、1、2、3または4であり、かつ
    sは、0、1、2、3、4、または5である)
  7. 正孔伝導ポリマーが、フルオレン、スピロビフルオレン、インデノフルオレン、フェナントレン、ジヒドロフェナントレン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフランおよびそれらの誘導体から得られる繰り返し構造単位を有することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  8. 前記発光層の前記半導電性有機材料が、半導電性ポリマーであることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  9. 前記半導電性コポリマーが、フルオレン、スピロビフルオレン、インデノフルオレン、フェナントレン、ジヒドロフェナントレン、フェニレン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、フェニレンビニレン、およびそれらの誘導体から得られる繰り返し構造単位を有し、これらの繰り返し単位は置換されていてもよい、ものであることを特徴とする、請求項に記載の電気光学素子。
  10. 前記半導電性コポリマーが、トリアリールアミンから得られる繰り返し単位を有することを特徴とする、請求項8または9に記載の電気光学素子。
  11. さらに、前記アノードと正孔伝導ポリマーで構成される中間層の間に配置される正孔注入層を具備してなることを特徴とする、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  12. 基板上、特に透明基板上、に配置されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  13. 前記電気化学素子が、アノード、正孔注入層、中間層、1以上の発光層、正孔ブロック層、電子輸送層およびカソードのみからなり、透明基板上に配置されてもよい、ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  14. 前記電気光学素子が、有機発光ダイオード(OLED)または有機発光電子化学電池(OLEC)であることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の電気光学素子。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の電気光学素子の、一般照明、バックライトおよびディスプレイ装置での使用。
  16. 治療および/または美容処置用途での使用のための、請求項1〜14のいずれか一項に記載の電気光学素子。
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