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JP2005515264A - 電場応答性ポリマー及びそれから製造されるデバイス - Google Patents

電場応答性ポリマー及びそれから製造されるデバイス Download PDF

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Abstract

【課題】エレクトロルミネセンスデバイスの輝度、エネルギー効率及び寿命を改善するためのエレクトロルミネセンスポリマーを提供する。
【解決手段】主鎖に沿って途切れなく共役している発光性ポリマーブロック及び正電荷キャリアが負電荷キャリアと結合して光を生ずることができるように正電荷キャリアを発光性ポリマーブロックに移すための正電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している正電荷キャリアポリマーブロックからなるエレクトロルミネセンスポリマーデバイスに有用な有機ブロックポリマー。

Description

本発明はブロックポリマーからなる電場応答性ポリマー、特にエレクトロルミネセンスポリマー及びそのようなブロックポリマーの製造方法に関する。
高度に共役化したポリマー物質は半導体として有用なことが教示されてきている。例えば、特許文献1を参照されたい。ブロージェスらは或る共役ポリマー物質、特にポリフェニレンビニレン(PPV)、がエレクトロルミネセンス性がありそして発光ダイオードとして使用できることを発見した。非特許文献1。
この最初の発見以来広範囲の研究がなされてきた。この研究はPPVの変形と同様に他のタイプの共役ポリマー−例えば、ポリチオフェン、ポリフルオレンの利用を含む。例えば、非特許文献2、及び特許文献2を参照されたい。一種類以上のモノマー単位を含むポリマーもまた教示されている。例えば、特許文献3を参照されたい。最終的に、共役ポリマーのブレンド物が発光波長、効率、寿命、等々のような種々の望ましい性質を最適化するための究極的な組成の調節を可能にするために特に効果的であることが教示されてきた。非特許文献3;非特許文献4;非特許文献5;及び特許文献4。
いくつかの研究はブロックコポリマーを使用してなされているが、これらのブロックコポリマーはポリマー主鎖に沿って途切れなく共役してはいないブロックも含む(ポリマー主鎖の少なくとも一部は飽和していることによる)。例えば、非特許文献6及び非特許文献7及び特許文献5を参照されたい。
エレクトロルミネセンスポリマーデバイスは層システムとして製造することができる。例えば、導電性インジウム−スズ酸化物の透明層はデバイスの負極として一枚のガラス上に沈積させることができる。それから、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン(バイエル社から商標名BaytronPとして市販されている)の“ホールインジェクション”層を負極上に形成することができる。それからエレクトロルミネセンスポリマー層をホールインジェクション層の頂部に形成することができる。それから、カルシウムのような適当な低仕事関数の金属層をデバイスの正極としてエレクトロルミネセンスポリマー層の頂部に形成することができる。正極と負極間に電圧がかけられるとホール又は正電荷キャリアはホールインジェクション層からエレクトロルミネセンスポリマー層に押し出され、一方電子と負電荷キャリアは正極からエレクトロルミネセンスポリマー層に押し出される。負電荷キャリアはエレクトロルミネセンスポリマー層中で正電荷キャリアと結合して光を発生することができる。
特許文献6、ここでは参照として完全に取り込まれている、に開示されているように、半導体ポリマー電界効果トランジスターは導電性ゲート層上に電気絶縁物質の層を形成することによって調製することができる。半導体ポリマー層は電気絶縁物質の層上に形成され、半導体ポリマー層はトランジスターのソースとドレイン間に存在し電気的にそれらと接触している。
タウンズらの特許文献7、ここでは参照として完全に取り込まれている、はポリマー主鎖の長さに沿った少なくとも2以上の領域で構成されるエレクトロルミネセンスデバイスで使用するためのコポリマーを教示している。第一の領域は負電荷キャリア伝播のためにある。第二の領域は正電荷キャリア伝播のためにある。第三の領域は正及び負の電荷キャリアを受容しそして結合して光を発生させるためにある。4ページ、第2欄では、ブロック又はランダムコポリマー形態中の主鎖、側鎖で成分同士が結合できることを述べているが、タウンズはただ単にランダムコポリマーの作り方を教示しそしてランダムコポリマーと2個の異なったモノマーのポリマーについてのみ例示しているだけであり、それは実施例4を参照されたい。タウンズはまたコポリマーの一部として又は個々のブレンド成分として第三成分が存在してもよいことを示しており、実施例5においては実施例4のランダムコポリマーと他のコポリマーとのブレンド物を示している。
種々の最適化されたポリマー及びタウンズらのポリマーブレンド物はそれらがエネルギーレベルとポリマー及びポリマーブレンド物のバンドギャップを最適化する傾向があるために当業界においては進歩がみられる。しかしながら、エレクトロルミネセンスポリマーから作られるエレクトロルミネセンスデバイスの輝度、エネルギー効率及び寿命がさらに改善されるならエレクトロルミネセンスポリマーの業界においては更なる進歩となるであろう。
USP6,204,515 USP5,708,130 WO00/46321 USP6,169,163 USP2001/0024738A1 USP6,204,515 WO00/55927 Burroughes et al.,"Light−emitting diodes used on conjugated polymers"Nature,vol.347,pp.539−541,October 1990 Fukuda,"Synthesis of Fusible and Soluble Conducting polyfluoren Derivatives and their Characteristics"J.of Poly.Sci.,vol.31,pp.2465−2471,1993 Yu et al.,"Enhanced electroluminescence from semiconducting polymer blends",Syn.Met.72(1995)pp249−252 Kim et al.,"LED Characterization of an Alternating Copolymer and its Blends"SPIE vol.3148,pp.151−158 Tasch et al.,"Efficient red−and orange−light emitting diodes realized by extraction energy transfer from blue−light−emitting conjugated polymers"Physical Review B,The American Pysical Society,vol.56,No.8(1997)pp.4479−4483 Heischkel et al.,"Synthesis of ABC−triblock copolymers for light emitting diodes"Macromol.Chem.Phys.,199,869−880(1998) Chen et al.,"Improved Efficiencies of light emitting diodes through incorporation of charge transporting components in tri−block polymers",Syn.Met.107(1999)pp.203−207
本発明の課題はエレクトロルミネセンスデバイスの輝度、エネルギー効率及び寿命を改善するためのエレクトロルミネセンスポリマーを提供することである。
本発明者らは或る特別に設計されたブロックポリマーが驚くべきことに(a)同じモノマーからのランダムポリマー;又は(b)同じモノマーからのランダムポリマーのブレンド物に比較してエレクトロルミネセンスデバイスにおいて良好に機能する(良好な輝度、エネルギー効率及び寿命)ことを見出した。
より特徴的には、本発明は(a)主鎖(バックボーン)に沿って途切れなく共役している発光性ポリマーブロック(例えば、2,7−結合した9,9−ジオクチルフルオレンと4,7−結合した2,1,3−ベンゾチアジアゾールのコポリマー);及び次の(b)〜(d):(b)正電荷キャリアが負電荷キャリアと結合して光を生ずることができるように正電荷キャリアを発光性ポリマーブロックに移すための正電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している正電荷キャリアポリマーブロック(例えば、2,7−結合した9,9−ジオクチルフルオレンと4,4’−結合したN,N’−ジ(3−カルボメトキシフェニル)ベンジジンとのコポリマー)、(c)負電荷キャリアが正電荷キャリアと結合して光を生ずることができるように負電荷キャリアを発光性ポリマーブロックに移すための負電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している負電荷キャリアポリマーブロック、及び(d)フォスターエネルギー移動と濃度低下効果の最小化をもたらすエミッター用のマトリックスを付与するためにホストポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役しているホストポリマーブロック、の少なくとも1とからなることを特徴とするエレクトロルミネセンスポリマーデバイスに有用な有機ブロックポリマーである。
別の態様においては、本発明は負極、正極及びその負極と正極との間に配置したエレクトロルミネセンスポリマーを含む改良されたエレクトロルミネセンスポリマーデバイスであり、その改良は発光性ポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している発光性ポリマーブロック及び正電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している正電荷キャリアポリマーブロックを含む有機ブロックポリマーであるエレクトロルミネセンスポリマーからなる。
さらに別の態様においては、本発明はドレインとソース間に配置され且つ電気的にそれらと接触している半導体ポリマーを含む改良された半導体ポリマー電界効果トランジスターであり、その改良点は発光性ポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している発光性ポリマーブロック及び正電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している正電荷キャリアポリマーブロックからなる有機ブロックポリマーであるブロックポリマーを含む半導体ポリマーからなる。
さらに別の態様においては、本発明はブロックを時間軸で連続的に合成するか又はブロ
ックを別々に合成し次いでブロックを結合し反応させることによって上記のコポリマーを製造する方法である。
本発明のエレクトロルミネセンスポリマーにより、エレクトロルミネセンスデバイスの輝度、エネルギー効率及び寿命が改善される。
最も広範な範囲では、本発明は(a)一重項励起状態(励起子)を形成しそして引き続き光を放出して励起子を基底状態に戻す電荷キャリアの再結合を促進するための主鎖(バックボーン)に沿って途切れなく共役している発光性ポリマーブロック;及び(b)正電荷キャリアが負電荷キャリアと結合して光を生ずることができるように正電荷キャリアを発光性ポリマーブロックに移すための正電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している正電荷キャリアポリマーブロックからなるエレクトロルミネセンスポリマーデバイスに有用な有機ブロックポリマーである。用語“ブロックポリマー”はその主鎖が異なった化学組成の少なくとも別の部分又はブロックに結合している一化学組成の少なくとも一部又はブロックから作られているポリマーを意味する。用語“途切れなく共役している”はブロックの主鎖中に共役二重結合を含まないモノマー基が本質的に存在しないことを意味する。
“ブロックポリマー”はここではまたそれを作る方法によっても定義される。ブロックポリマーのブロックは異なった時間又は異なった位置で同じ時間または異なった時間で重合される。これに対して、1以上のモノマー基からなるランダムポリマーは一般的に一定の時間及び一定の位置で重合される。
本発明の発光性ポリマーブロックはこの機能のために当業界で公知のモノマー基から選択される少なくとも1の第一モノマーからなり(例えば、いずれもここでは完全に取り込まれている特許文献8、特許文献9、特許文献10、特許文献11、特許文献12及び特許文献13を参照)そして置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基、より詳細にはポリアリーレンビニレン、チオフェン及びフルオレンを単独又は組み合わせて使用したものを含む。特に好ましいのはフルオレンモノマー基及び2,7−結合したジアルキルフルオレン(例えば、9,9−ジオクチルフルオレン又は9,9−ジヘキシルフルオレン)のようなフルオレンと多環芳香族基(例えば、ナフタレン又はアントラセン)又はベンゼン又はチオフェン基と縮合した芳香族又はヘテロ芳香族ジアジン基(例えば、2,7−結合した2,1,3−ベンゾチアジアゾール)のような第二の置換した又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族モノマー基との交互又はランダムコポリマーである。そのような特定の好ましい発光性ブロックを選択するときは第一モノマー:第二モノマーの重量比は少なくとも1:99、より好ましくは少なくとも3:97、なおさらに好ましくは少なくとも5:95、そして最も好ましくは少なくとも15:85である。しかしながら、そのような特定の好ましい発光性ブロックを選択するときは第一モノマー:第二モノマーの重量比は50:50を超えない、より好ましくは40:60を超えない、そして最も好ましくは30:70を超えないようにすべきである。第一モノマー:第二モノマーのモル比は好ましくは少なくとも10:90、より好ましくは少なくとも20:80である。第一モノマー:第二モノマーのモル比は好ましくは90:10以下、より好ましくは80:20以下である。多くの場合、交互コポリマーは発光性ブロックとして良好に機能する。
本発明の正電荷キャリアポリマーブロックはこの機能のために当業界で公知のモノマー基から選択される第三モノマーからなり(例えば、特許文献14、特許文献15、特許文献16、特許文献17、特許文献18及び特許文献19を参照)そして置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基、より詳細にはポリアリーレンビニレン、チオフェン及びフルオレンを単独又は組み合わせて使用したものを含む。特に好ましいのはフルオレンモノマー基及び2,7−結合したジアルキルフルオレン(例えば、9,9−ジオクチルフルオレン又は9,9−ジヘキシルフルオレン)のようなフルオレンと電子引き抜き性置換基をもたない1,4−ジエン、三級アミン、N,N,N’,N’−テトラアリール−1,4−ジアミノベンゼン、N,N,N’,N’−テトラアリールベンジジン、N−置換−カルバゾール、ジアリールシラン、及び電子引き抜き性置換基をもたないチオフェン/フラン/ピロールのような置換した又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族第四モノマーとの交互又はランダムコポリマーである。第三モノマー基を所望によりC1−6アルコキシ及びC6−12アリールオキシで置換されていてもよいC1−20アルキル、C6−20アリール及びアルキルアリールからなる群から選択される置換基で置換することは望ましい。好ましい第四モノマーは各Arが同じか又は異なる置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基である一般式−ArN−をもつトリアリールアミン基からなる。好ましい第四モノマー基はN,N’−ジ(3−カルボオキソメトキシフェニル)ベンジジンである。別の好ましい第四モノマー基はN,N’−ジ(4−メトキシフェニル)1,4−フェニレンジアミンである。そのような特定の好ましい正電荷キャリアブロックを選択するときは、第三モノマー:第四モノマーの重量比は少なくとも5:95、より好ましくは少なくとも10:90、そして最も好ましくは少なくとも15:85であるべきである。しかしながら、そのような特定の好ましい正電荷キャリアブロックを選択するときは、第三モノマー:第四モノマーの重量比は50:50を超えない、より好ましくは40:60を超えない、そして最も好ましくは20:80を超えないようにすべきである。第三モノマー:第四モノマーのモル比は好ましくは少なくとも10:90、より好ましくは少なくとも20:80である。第三モノマー:第四モノマーのモル比は好ましくは90:10以下、より好ましくは80:20以下である。多くの場合、交互コポリマーは正電荷キャリアブロックとして良好に機能する。
本発明の別の態様においては、上記の有機ブロックポリマーはさらに広いバンドギャップの主鎖に沿って途切れなく共役しているホストポリマーブロックを含む。ホストポリマーブロックは以下の機能の1以上を発揮する:狭いバンドギャップの発光性ポリマーブロックへのフォスターエネルギー移動の利用を可能にし、電荷キャリア(電子又はホール)の移動を促進し、濃度低下(またダイポール−ダイポール誘導光低下としても知られている)を抑止又は制限し、近傍の層(例えば、負極、正極、ホール移動層、等々)からの電荷放出を促進し、ホールと電子のバランスが得られるようにし、モルフォロジー制御(例えば、ガラス転移点、Tg;相分離、等々)を促進し、色相調整を高める。
本発明のホストポリマーブロックはこの機能のために当業界で公知のモノマー基から選択される第五モノマーからなり(例えば、特許文献20、特許文献21、特許文献22、特許文献23、特許文献24及び特許文献25を参照)そして置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基、より詳細にはポリアリーレンビニレン、チオフェン及びフルオレンを単独又は組み合わせて使用したものを含む。特に好ましいのはフルオレンモノマー基及び2,7−結合したジアルキルフルオレン(例えば、9,9−ジオクチルフルオレン又は9,9−ジヘキシルフルオレン)のようなフルオレンと電子引き抜き性置換基をもたない1,4−ジエン、三級アミン、N,N,N’,N’−テトラアリール−1,4−ジアミノベンゼン、N,N,N’,N’−テトラアリールベンジジン、N−置換−カルバゾール、ジアリールシラン、及び電子引き抜き性置換基をもたないチオフェン/フラン/ピロールのような置換した又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族第六モノマーとの交互又はランダムコポリマーである。第六モノマー基を所望によりC1−6アルコキシ及びC6−12アリールオキシで置換されていてもよいC1−20アルキル、C6−20アリール及びアルキルアリールからなる群から選択される置換基で置換することは望ましい。好ましい第六モノマーは各Arが同じか又は異なる置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基である一般式−ArN−をもつトリアリールアミン基からなる。好ましい第六モノマー基はN,N’−ジ(3−カルボオキソメトキシフェニル)ベンジジンである。別の好ましい第四モノマー基はN,N’−ジ(4−メトキシフェニル)1,4−フェニレンジアミンである。そのような特定の好ましいホストブロックを選択するときは第五モノマー:第六モノマーの重量比は少なくとも5:95、より好ましくは少なくとも10:90、そして最も好ましくは少なくとも15:85であるべきである。しかしながら、そのような特定の好ましいホストブロックを選択するときは第五モノマー:第六モノマーの重量比は50:50を超えない、より好ましくは40:60を超えない、そして最も好ましくは20:80を超えないようにすべきである。第五モノマー:第六モノマーのモル比は好ましくは少なくとも10:90、より好ましくは少なくとも20:80である。第五モノマー:第六モノマーのモル比は好ましくは90:10以下、より好ましくは80:20以下である。
負電荷キャリアの性質が望まれるときは、ホストポリマーブロックは代わりに電子引き抜き基を有する第六モノマー又は電子引き抜き基が使用されることからなる負電荷キャリアブロックをもつ。そのような電子引き抜き基はF、シアノ、スルフォニル、カルボキシ;イミン結合を含む基、アセナフテン、フェナントレン、アントラセン、フルオランセン、ピレーン、ペリレン、ルブレン、クリセン、及びコレンのような縮合多環芳香族、同様にオキサゾール/イソオキサゾール、N−置換−イミダゾール/ピラゾール、チアゾール/イソチアゾール、オキサジアゾール、及びN−置換−チアゾールを包含するイミン結合を含む5員環のヘテロ環及びピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、及びテトラゼンのようなイミン結合を包含する6員環のヘテロ環、同様にベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンズイミダゾール、キノリン、イソキノリン、シンノリン、キナゾリン、キノキサリン、フタラジン、ベンゾチアジアゾール、ベンゾトリアジン、フェナジン、フェナントリジン、及びアクリジンを包含するイミン結合を含むベンゾ縮合ヘテロ環からなる群から選択することができる。
好ましくは、発光性ポリマーブロックのモノマー基はスチルベン又は電子引き抜き性置換基をもたない1,4−ジエン、三級アミン、N,N,N’,N’−テトラアリール−1,4−ジアミノベンゼン、N,N,N’,N’−テトラアリールベンジジン、N−置換−カルバゾール、ジアリールシラン、及び電子引き抜き性置換基をもたないチオフェン/フラン/ピロールを本質的に含まない。好ましくは、発光性ポリマーブロックのモノマー基は各Arが同じか又は異なる置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基からなる一般式−ArN−をもつN,N’−ジ(3−カルボオキソメトキシフェニル)ベンジジン又はN,N’−ジ(4−メトキシフェニル)1,4−フェニレンジアミンのようなトリアリールアミン基を本質的に含まない。そのような特定の好ましい負電荷キャリアブロックを選択するときは第五モノマー:第六モノマーの重量比は少なくとも5:95、より好ましくは少なくとも10:90、そして最も好ましくは少なくとも15:85であるべきである。しかしながら、そのような特定の好ましい負電荷キャリアブロックを選択するときは第五モノマー:第六モノマーの重量比は50:50を超えない、より好ましくは40:60を超えない、そして最も好ましくは20:80を超えないようにすべきである。第五モノマー:第六モノマーのモル比は好ましくは90:10以下、より好ましくは80:20以下である。第一モノマー:第二モノマーのモル比は好ましくは少なくとも10:90、より好ましくは少なくとも20:80である。第一モノマー:第二モノマーのモル比は好ましくは90:10以下、より好ましくは80:20以下である。
発光性ブロック:正電荷キャリアブロックの重量比は少なくとも5:95、より好ましくは少なくとも10:90、そして最も好ましくは少なくとも15:85である。一方、発光性ブロック:正電荷キャリアブロックの重量比は好ましくは90:10を超えない、より好ましくは80:20を超えない、そして最も好ましくは70:30を超えない。本発明で使用されるホストブロック:ブロックポリマーの合計重量の重量比は少なくとも5:95、より好ましくは少なくとも10:90、そして最も好ましくは少なくとも15:85である。一方、そのようなホストブロック:ブロックポリマーの合計重量の重量比は好ましくは90:10を超えない、より好ましくは80:20を超えない、そして最も好ましくは70:30を超えない。
ホストブロックが使用されるときは、好ましくは少なくとも10、より好ましくは少なくとも30、そして最も好ましくは40モル%のモノマー単位をコポリマー中に含む。ホストポリマーは好ましくは99以下、より好ましくは90以下、よりさらに好ましくは80、そして最も好ましくは70モル%以下のモノマー単位をブロックコポリマー中に含む。追加のブロックは、コポリマー中のモノマー単位の合計モル数で、好ましくは積算で89を超えない、より好ましくは50を超えない、最も好ましくは30モル%を超えない。
本発明の有機ブロックポリマーは芳香族カップリング重合に適した調製方法を修正して作ることができる。例えば特許文献26に開示された鈴木重合は本発明のブロックセグメントとブロックポリマーを生成させる好ましい方法である。この方法においては、ジブロモ官能性モノマーを二ホウ酸官能性モノマーと塩基性の相間移動触媒、及び触媒量のパラジウム錯体の存在下で反応させる。ブロックは最初に第一のブロックを形成し、次いで反応混合物に第二のブロック用のモノマーを追加し、必要なら追加のブロック用のモノマーを引き続き加えることによっても得られる。代替法としては、各ブロックは最初に別々に集められ次いで同じ方法で調製された他のブロックと反応させて2以上の異なるブロック領域を有する所望のブロックを形成させてもよい。これらの方法のいずれにおいても、平均ブロック長はモノマーの化学量論量、塩基添加、又は酸添加の調節によって調整される。
ジブロックブルーエミッター
トルエン60mL中の2,7−ジブロモ−9,9−ジヘキシルフルオレン(3.18g、6.46mmol)、9,10−ジブロモアントラセン(114mg、0.34mmol)、及び9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ビスボロネート(3.32g、7mmol)の溶液を窒素雰囲気下で撹拌しながらアリコート336(相間移動触媒、ヘンケル社の登録商標)(1.5g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(8.6mg)及び2Mの炭酸ナトリウム(20mL)を加えた。24時間還流撹拌後、さらにトルエン50mLを加えそしてさらに3時間加熱するとトルエン中の透明溶液としてAN5発光ブロックを得た。次式はAN5発光ブロックの構造式を示す。
Figure 2005515264
上記の溶液に次式の化合物
Figure 2005515264
(1.162g、1.47mmol)、及び次式の化合物
Figure 2005515264
(1.091g、1.73mmol)及び9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ビスボロネート(1.518g)をアリコート336(相間移動触媒)(0.6g)及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(8mg)と一緒に加え13時間反応を続けた。ジ−ブロモBFEは次式の構造をもつ:
ジブロックポリマーを0.5gのフェニルボロン酸で8時間還流させて末端をキャップしそして2Lのメタノールで沈殿させて薄黄色の繊維(6g)として単離した。さらに精製と更なる沈殿によって純粋なポリマーを得たが、その量は5.74gで固有粘度は2.04dL/g(THF、25℃、0.5g/dL)であった。次式は正電荷キャリアブロックの構造式を示す。
Figure 2005515264
上述のブロックポリマーはベイトロンPポリエチレンジオキシチオフェンの層をインジウムスズ酸化物をコートした1枚のガラス上に沈積させ、次いでこの実施例で調製されるようなブロックポリマーの層で覆い、カルシウムの層で覆うことによって製造される標準ポリマー発光ダイオードデバイスにおいて使用される。輝度100Cd/mにおけるデバイスの効率は1.3Cd/アンペアである。デバイスの半減寿命は100Cd/mにおいて50時間である。18ボルト及び電流密度400mA/cmで2,170Cd/mの最大輝度が得られる。
比較実施例1
ランダムブルー
全てのモノマーを36時間反応させたことを除き実施例1を繰り返した。生じたランダムコポリマーは0.85dL/gの固有粘度をもっている。ランダムコポリマーはポリエチレンジオキシチオフェンの層をインジウムスズ酸化物をコートした1枚のガラス上に沈積させ、次いでブロックポリマーの層で覆い、カルシウムの層で覆うことによって製造される標準ポリマー発光ダイオードデバイスにおいて使用される。輝度100Cd/mにおけるデバイスの効率は0.4Cd/アンペアである。デバイスの半減寿命は100Cd/mにおいて1分以下である。15ボルト及び電流密度400mA/cmで1,190Cd/mの最大輝度が得られる。
トリブロックグリーン
トルエン(38mL)中の2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボローン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(99.4%、2.45g、4.59mmol)、4,7−ジブロモ−2,1,3−ベンゾチアゾール(1.35g、4.59mmol)の溶液を窒素雰囲気下で撹拌しながらアリコート336(0.64g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(6.0mg、5.2μmol、0.11mol%)及び炭酸ナトリウム水溶液(2M、4.8mL)を加えた。反応液を撹拌しオイルバス中で95℃で16時間加熱した。発光性ポリマーブロックのオレンジ色の粘凋な溶液が得られた。次式は発光性ブロックの構造式を示す。
Figure 2005515264
上記の溶液に2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボローン−2−イル)−9,9−ジヘキシルフルオレン(7.43g、15.57mmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジヘキシルフルオレン(7.30g、14.83mmol)、4,4’−ジブロモスチルベン(0.25g、0.74mmol)、炭酸ナトリウム水溶液(2M、32mL)、相間移動剤アリコート336(2.2g)、及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(9.0mg、7.8μmol)及びトルエン(100mL)を加えた。反応は8時間続けられた。ホストブロックの構造式は以下のとおりである:
Figure 2005515264
上記に2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボローン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(99.4%、2.01g、3.77mmol)、N,N’−ジ(4−ブロモフェニル)−N,N’−ジ(3−エトキシカルボニルフェニル)ベンジジン(99.4%、2.62g、3.30mmol)、炭酸ナトリウム水溶液(2M、8mL)、相間移動剤アリコート336(0.6g)、及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(3mg、0.0026mmol)及びトルエン(25mL)を加えた。反応はホストブロックに正電荷キャリアブロックを付加するために14時間続けられた。その構造式を以下に示す。
Figure 2005515264
トリブロックポリマーを0.25gのフェニルボロン酸で8時間還流させて末端をキャップしそして4Lのメタノールで沈殿させて黄色の繊維として単離した。さらに精製と更なる沈殿によって純粋なポリマーを得たが、その量は11.4gで固有粘度は2.06dL/g(THF、25℃、0.5g/dL)であった。
上述のブロックポリマーはポリエチレンジオキシチオフェンの層をインジウムスズ酸化物をコートした1枚のガラス上に沈積させ、次いでブロックポリマーの層で覆い、カルシウムの層で覆うことによって製造される標準ポリマー発光ダイオードデバイスにおいて使用される。輝度200Cd/mにおけるデバイスの効率は5.0Cd/アンペアである。
トリブロックグリーン
250mLフラスコに2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボローン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(99.4%、2.45g、4.59mmol)、4,7−ジブロモ−2,1,3−ベンゾチアゾール(1.35g、4.59mmol)、アリコート336(0.6g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(6.0mg、5.2μmol)、炭酸ナトリウム水溶液(2M、4.6mL)及びトルエン(40mL)を充填した。反応液を撹拌しながらオイルバス中で窒素雰囲気下95℃で14時間加熱した。赤−オレンジ色の粘凋な溶液が観察された。それから撹拌を止め、発光性ブロックポリマーの溶液を窒素雰囲気下で50℃に保った。
250mL分離フラスコにトルエン(30mL)中の2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボローン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(BF9914、99.4%、1.76g、3.30mmol)、N,N’−ジ(4−ブロモフェニル)−N,N’−ジ(3−エトキシカルボニルフェニル)ベンジジン(99.4%、2.62g、3.30mmol)、アリコート336(0.5g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(4.3mg、3.7μmol)、炭酸ナトリウム水溶液(2M、3.3mL)、及びトルエン(30mL)を充填した。反応液を撹拌しながらオイルバス中で窒素雰囲気下95℃で14時間加熱した。正電荷キャリアポリマーブロックの明るい褐色の粘凋な溶液が観察された。それから撹拌を止め、その溶液を窒素雰囲気下で50℃に保った。
500mLフラスコに2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボローン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(99.4%、7.11g、13.33mmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジオクチルフルオレン(7.31g、13.33mmol)、炭酸ナトリウム水溶液(2M、33mL)、アリコート336(2.2g)、及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(9.5mg、8.2μmol)及びトルエン(90mL)を充填した。反応を14時間続けさせた。明るい褐色の粘凋なホストポリマーブロック溶液が観察された。
ホストポリマーブロックのフラスコに上記の発光性ブロックポリマー溶液と正電荷キャリアブロックポリマー溶液を移し、それぞれトルエン15mLとさらに2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボローン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(99.4%、0.23g、0.42mmol)及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.0mg)を加えた。反応を16時間続けさせた。その後フェニルボロン酸(0.2g)とトルエン(50mL)を加えそしてさらに8時間撹拌を続けた。反応終了後に非常に粘凋なオレンジ色のトリブロックポリマー溶液が観察された。生成物は4Lのメタノールから沈殿させて黄色の繊維を単離した。さらに精製と更なる沈殿によって純粋なポリマーを得たが、その量は12.0gであった。トリブロックポリマーの構造式を以下に示す。
Figure 2005515264
上述のブロックポリマーはポリエチレンジオキシチオフェンの層をインジウムスズ酸化物をコートした1枚のガラス上に沈積させ、次いでブロックポリマーの層で覆い、カルシウムの層で覆うことによって製造される標準ポリマー発光ダイオードデバイスにおいて使用される。輝度200Cd/mにおけるデバイスの効率は6.0Cd/アンペアである。
ジブロックグリーン
ホスト及び正電荷キャリアモノマーを一緒に同時に充填すること以外は実施例2の実験を繰り返した。得られるジブロックポリマーはポリエチレンジオキシチオフェンの層をインジウムスズ酸化物をコートした1枚のガラス上に沈積させ、次いでブロックポリマーの層で覆い、カルシウムの層で覆うことによって製造される標準ポリマー発光ダイオードデバイスにおいて使用される。輝度200Cd/mにおけるデバイスの効率は6.5Cd/アンペアである。
比較実施例2
ランダムグリーン
全てのモノマーを一緒に同時に充填すること以外は実施例2の実験を繰り返した。得られるランダムポリマーはポリエチレンジオキシチオフェンの層をインジウムスズ酸化物をコートした1枚のガラス上に沈積させ、次いでブロックポリマーの層で覆い、カルシウムの層で覆うことによって製造される標準ポリマー発光ダイオードデバイスにおいて使用される。
ランダム及びブロックコポリマーの赤色エミッターは次式のモノマーから調製した。
Figure 2005515264
9,9−アルキル置換フルオレン、
Figure 2005515264
これらのポリマーから製造されたデバイスは同じ初期ルミネセンス値を示したが、ブロックコポリマーはランダムコポリマーより加工し易くそして寿命の点で有意性のある利点を示した。
WO00/55927 PCT/GB99/00741 USP5,777,070 USP6,169,163 USP5,962,631 USP5,708,130 PCT/GB00/00911 PCT/GB99/00741 USP5,777,070 USP6,169,163 USP5,962,631 USP5,708,130 PCT/GB00/00911 PCT/GB99/00741 USP5,777,070 USP6,169,163 USP5,962,631 USP5,708,130 USP5,777,070
本発明の有機ブロックポリマーはポリマー発光ダイオードデバイスにおいて、フォトダイオードのフォトコンバーターとして又はポリマー電界効果トランジスターの半導体として有用である。

Claims (40)

  1. (a)主鎖(バックボーン)に沿って途切れなく共役している発光性ポリマーブロック;及び次の(b)〜(d):(b)正電荷キャリアが負電荷キャリアと結合して光を生ずることができるように正電荷キャリアを発光性ポリマーブロックに移すための正電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している正電荷キャリアポリマーブロック、(c)負電荷キャリアが正電荷キャリアと結合して光を生ずることができるように負電荷キャリアを発光性ポリマーブロックに移すための負電荷キャリアポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役している負電荷キャリアポリマーブロック、(d)フォスターエネルギー移動と濃度低下効果の最小化をもたらすエミッター用のマトリックスを付与するためにホストポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役しているホストポリマーブロック、の少なくとも1とからなることを特徴とするエレクトロルミネセンスポリマーデバイスに有用な有機ブロックポリマー。
  2. 発光性ポリマーブロックが置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基を含む第一モノマーからなる請求項1記載の有機ブロックポリマー。
  3. 第一モノマーが置換又は未置換のフルオレン基を含む請求項2記載の有機ブロックポリマー。
  4. 第一モノマーが2,7−結合したジアルキルフルオレン基を含む請求項3記載の有機ブロックポリマー。
  5. 2,7−結合したジアルキルフルオレン基が9,9−ジオクチルフルオレン基及び9,9−ジヘキシルフルオレン基からなる群から選択されるものである請求項4記載の有機ブロックポリマー。
  6. 発光性ポリマーブロックが置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基を含む第二モノマーからなる請求項2−5のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  7. 第二モノマーが置換又は未置換の多環芳香族基を含む請求項6記載の有機ブロックポリマー。
  8. 置換又は未置換の多環芳香族基がナフタレン又はアントラセンである請求項7記載の有機ブロックポリマー。
  9. 第二モノマーがベンゼン又はチオフェン基と縮合した芳香族又はヘテロ芳香族ジアジン基を含む請求項6記載の有機ブロックポリマー。
  10. ベンゼン又はチオフェン基と縮合した芳香族又はヘテロ芳香族ジアジン基が2,7−結合した2,1,3−ベンゾチアジアゾールである請求項9記載の有機ブロックポリマー。
  11. 置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基を含む第三モノマーからなる正電荷キャリアポリマーブロックが存在する請求項1−10のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  12. 第三モノマーが置換又は未置換のフルオレン基を含む請求項11記載の有機ブロックポリマー。
  13. 第三モノマーが2,7−結合したジアルキルフルオレン基を含む請求項12記載の有機ブロックポリマー。
  14. 2,7−結合したジアルキルフルオレン基が9,9−ジオクチルフルオレン基及び9,9−ジヘキシルフルオレン基からなる群から選択されるものである請求項13記載の有機ブロックポリマー。
  15. 正電荷キャリアポリマーブロックが置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基を含む第四モノマーからなる請求項11−14のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  16. 第四モノマーが電子引き抜き性置換基をもたないスチルベン又は1,4−ジエン、三級アミン、N,N,N’,N’−テトラアリール−1,4−ジアミノベンゼン、N,N,N’,N’−テトラアリールベンジジン、N−置換−カルバゾール、ジアリールシラン、及び電子引き抜き性置換基をもたないチオフェン/フラン/ピロールを含む請求項15記載の有機ブロックポリマー。
  17. 第四モノマーが所望によりC1−6アルコキシ及びC6−12アリールオキシで置換されていてもよいC1−20アルキル、C6−20アリール及びアルキルアリールからなる群から選択される置換基で置換されている請求項16記載の有機ブロックポリマー。
  18. 第四モノマーが各Arが同じか又は異なる置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基からなる一般式−ArN−をもつトリアリールアミン基を含む請求項15記載の有機ブロックポリマー。
  19. トリアリールアミン基がN,N’−ジ(3−カルボオキソメトキシフェニル)ベンジジンである請求項18記載の有機ブロックポリマー。
  20. トリアリールアミン基がN,N’−ジ(3−オキシメトキシフェニル)ベンジジンである請求項18記載の有機ブロックポリマー。
  21. さらにホストポリマーブロックの主鎖に沿って途切れなく共役しているホストポリマーブロックを含む請求項1−20のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  22. ホストポリマーブロックが置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基を含む第五モノマーからなる請求項21記載の有機ブロックポリマー。
  23. 第五モノマーが2,7−結合したジアルキルフルオレン基を含む請求項22記載の有機ブロックポリマー。
  24. 2,7−結合したジアルキルフルオレン基が9,9−ジオクチルフルオレン基及び9,9−ジヘキシルフルオレン基からなる群から選択されるものである請求項23記載の有機ブロックポリマー。
  25. ホストポリマーブロックが置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基を含む第六モノマーからなる請求項21−24のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  26. 第六モノマーが電子引き抜き性置換基をもたないスチルベン又は1,4−ジエン、三級アミン、N,N,N’,N’−テトラアリール−1,4−ジアミノベンゼン、N,N,N’,N’−テトラアリールベンジジン、N−置換−カルバゾール、ジアリールシラン、及び電子引き抜き性置換基をもたないチオフェン/フラン/ピロールを含む請求項25記載の有機ブロックポリマー。
  27. 第六モノマーが所望によりC1−6アルコキシ及びC6−12アリールオキシで置換されていてもよいC1−20アルキル、C6−20アリール及びアルキルアリールからなる群から選択される置換基で置換されている請求項26記載の有機ブロックポリマー。
  28. 第六モノマーが各Arが同じか又は異なる置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基からなる一般式−ArN−をもつトリアリールアミン基を含む請求項26記載の有機ブロックポリマー。
  29. トリアリールアミン基がN,N’−ジ(3−カルボメトキシフェニル)ベンジジンである請求項28記載の有機ブロックポリマー。
  30. トリアリールアミン基がN,N’−ジ(4−メトキシフェニル)フェニレンジアミンである請求項28記載の有機ブロックポリマー。
  31. 第六モノマーが電子引き抜き性基で置換されている請求項25記載の有機ブロックポリマー。
  32. 電子引き抜き性基がF、シアノ、スルフォニル、カルボキシ;イミン結合を含む基、アセナフテン、フェナントレン、アントラセン、フルオランセン、ピレーン、ペリレン、ルブレン、クリセン、及びコレンのような縮合多環芳香族、同様にオキサゾール/イソオキサゾール、N−置換−イミダゾール/ピラゾール、チアゾール/イソチアゾール、オキサジアゾール、及びN−置換−チアゾールを包含するイミン結合を含む5員環のヘテロ環及びピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、及びテトラゼンのようなイミン結合を包含する6員環のヘテロ環、同様にベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンズイミダゾール、キノリン、イソキノリン、シンノリン、キナゾリン、キノキサリン、フタラジン、ベンゾチアジアゾール、ベンゾトリアジン、フェナジン、フェナントリジン、及びアクリジンを包含するイミン結合を含むベンゾ縮合ヘテロ環からなる群から選択されるものである請求項31記載の有機ブロックポリマー。
  33. 発光性ポリマーブロックのモノマー基が電子引き抜き性置換基をもたないスチルベン又は1,4−ジエン、三級アミン、N,N,N’,N’−テトラアリール−1,4−ジアミノベンゼン、N,N,N’,N’−テトラアリールベンジジン、N−置換−カルバゾール、ジアリールシラン、及び電子引き抜き性置換基をもたないチオフェン/フラン/ピロールを本質的に含まない請求項1−10のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  34. 発光性ポリマーブロックのモノマー基が各Arが同じか又は異なる置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基からなる一般式−ArN−をもつトリアリールアミン基を本質的に含まない請求項1−10のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  35. 発光性ポリマーブロックのモノマー基が電子引き抜き性置換基をもたないスチルベン又は1,4−ジエン、三級アミン、N,N,N’,N’−テトラアリール−1,4−ジアミノベンゼン、N,N,N’,N’−テトラアリールベンジジン、N−置換−カルバゾール、ジアリールシラン、及び電子引き抜き性置換基をもたないチオフェン/フラン/ピロールを本質的に含まない請求項21−32のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  36. 発光性ポリマーブロックのモノマー基が各Arが同じか又は異なる置換又は未置換の芳香族又はヘテロ芳香族基からなる一般式−ArN−をもつトリアリールアミン基を本質的に含まない請求項21−32のいずれか1に記載の有機ブロックポリマー。
  37. 負極、正極及びその負極と正極との間に配置した請求項1−36のいずれか1に記載のエレクトロルミネセンスポリマーからなるエレクトロルミネセンスポリマーデバイス。
  38. ドレインとソース間に配置され且つ電気的にそれらと接触している半導体ポリマーを含み、半導体ポリマーがその主鎖に沿って途切れなく共役しているブロックポリマーからなるポリマー電界効果トランジスター。
  39. 個々のブロックを別々に作りそれから個々のブロックを結合反応させて単一成分ブロックポリマーを形成する条件下でモノマーを反応させることからなる請求項1記載のブロックポリマーの製造方法。
  40. 第一の組のモノマーを反応させて第一のブロックを形成し、次いでそれぞれ引き続くブロック用の追加の組のモノマーを引き続き加えて反応させ単一成分ブロックポリマーを形成させることからなる請求項1記載のブロックポリマーの製造方法。
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