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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein konjugiertes Polymer und dessen
Verwendungen, wie u. a. in einer optischen Anordnung, sowie ein
Verfahren zur Herstellung eines derartigen Polymers.
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Organische
Elektrolumineszenzanordnungen, bei denen ein organisches Material
als lichtemittierendes Material verwendet wird, sind auf diesem
Fachgebiet bekannt. Unter organischen Materialien sind einfache
aromatische Moleküle,
wie Anthracen, Perilen und Coronen, bekannt, die Elektrolumineszenz
zeigen.
US 4,539,507 offenbart
die Verwendung von organischen Materialien aus kleinen Molekülen als
lichtemittierendes Material, z. B. 8-Hydroxychinolin (Aluminium).
PCT/WO90/13148 offenbart eine Elektrolumineszenzanordnung, die eine
Halbleiterschicht mit einem Polymerfilm als lichtemittierende Schicht
umfaßt,
der mindestens ein konjugiertes Polymer umfaßt. Der Polymerfilm umfaßt in diesem
Fall einen Poly(para-phenylenvinylen)-Film ((PPV)-Film).
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Die
Verwendung eines halbleitenden konjugierten Copolymers als lichtemittierende
Schicht in einer Elektrolumineszenzanordnung ist bekannt. Das halbleitende
konjugierte Copolymer umfaßt
mindestens zwei chemisch verschiedene Monomere, die, wenn sie in
ihren individuellen Homopolymerformen vorkommen, typischerweise
unterschiedliche Halbleiterbandabstände aufweisen. Das Verhältnis der
chemisch verschiedenen Monomereinheiten im Copolymer kann so gewählt werden,
daß der
Halbleiterbandabstand des Copolymers gesteuert wird, um so die optischen
Eigenschaften des Copolymers steuern zu können. Der Konjugationsgrad
des Copolymers wirkt sich auf den π–π* Bandabstand des Copolymers
aus. Diese Eigenschaft kann zur Modulation des Halbleiterbandabstands
ausgenutzt werden, um die Wellenlänge der während der Lumineszenz emittierten
Strahlung zu steuern. Zusätzlich
ist es durch Modulieren des Halbleiterbandabstandes des Copolymers
möglich,
die Quantenausbeute des Copolymers zu erhöhen, wenn dieses zur Lumineszenz
angeregt wird. Ferner ist der Bandabstand des Halbleiters ein Faktor,
der sich auf den Brechungsindex des Copolymers auswirkt.
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Ein
Verfahren zur Herstellung von arylhaltigen konjugierten Polymeren
ist die Suzuki-Reaktion.
US 5,777,070 ist
auf Versuche gerichtet, die Suzuki-Reaktion zu verbessern, um konjugierte
Polymere aus aromatischen Monomeren zu bilden. Das Verfahren umfaßt die Umsetzung
von (i) Monomeren mit zwei reaktionsfähigen Gruppen, die aus Boronsäure, Boronsäureestern
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Boranen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen
und deren Kombinationen ausgewählt
sind; mit aromatischen funktionellen Dihalogen-Monomeren oder von
(ii) Monomeren miteinander, die eine reaktionsfähige Boronsäure-, Boronsäureester- oder Borangruppe
und eine reaktionsfähige
funktionelle Halogengruppe aufweisen. Verschiedene aromatische Monomere
werden vorgeschlagen, einschließlich
denjenigen, die Triarylamine enthalten.
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Eine
Triarylamin-Einheit weist die allgemeine Struktur Ar1Ar2Ar3N auf, worin
jedes Ar gleich oder verschieden und eine Aryl- oder Heteroarylgruppe
ist.
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US 5,633,337 ,
US 5,536,866 und
US 5,534,613 offenbaren jeweils ein
Polymer, das Triarylamin-Einheiten umfaßt. In diesen Polymeren kann
eine sich wiederholende Einheit definiert sein, die eine Heteroarylgruppe
umfaßt.
Die Heteroarylgruppe ist jedoch nicht direkt an eine Stickstoffgruppe
gebunden. Statt dessen ist die Heteroarylgruppe indirekt über eine
Phenylengruppe an eine Stickstoffgruppe gebunden. In jedem dieser
drei Dokumente ist dies das wesentliche Merkmal der beschriebenen
Polymerstruktur. Diese Struktur ist wesentlich, um die vorteilhaften
Eigenschaften der beschriebenen Polymere zu erzielen.
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US 5,814,244 handelt weitgehend
von einem elektrolumineszierenden Material, das ein oder mehrere Polymere
mit Struktureinheiten der folgenden Formel umfaßt:
worin
die Symbole und Indizes die folgenden Bedeutungen haben:
Ar
1, Ar
2, Ar
3, Ar
4, Ar
5, Ar
6 sind identisch
oder verschieden, monozyklische und/oder polyzyklische Aryl- und/oder Heteroarylgruppen,
die über
eine oder mehrere Brücken
gebunden und/oder kondensiert und unsubstituiert oder substituiert
sein können,
worin Ar
1, Ar
3,
Ar
5 und Ar
6 jeweils
divalent und Ar
2 und Ar
4 jeweils
monovalent sind;
R
1 ist H, ein Kohlenwasserstoffrest
mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen, der unsubstituiert oder substituiert
sein kann, vorzugsweise durch F, und der auch Heteroatome, vorzugsweise
O, oder Ar
7 enthalten kann, worin Ar
7, jeweils unabhängig von Ar
1–6,
wie für
Ar
1–6 definiert
sein kann;
n ist 0, 1 oder 2.
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Die
in diesem Dokument offenbarten Polymere weisen ein niedriges Molekulargewicht
und folglich eine relativ schlechte Verarbeitbarkeit auf. Die Anwesenheit
von Vinylgruppen im Polymer macht das Polymer relativ instabil.
Die in diesem Dokument offenbarten Polymere sind nicht mit Endkappen
versehen.
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Im
Hinblick auf den Stand der Technik besteht immer noch Bedarf, neue
Polymere bereitzustellen, die zur Verwendung in optischen Anordnungen,
insbesondere in Elektrolumineszenzanordnungen, geeignet sind.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein derartiges neues Polymer
bereitzustellen.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt ein Polymer
bereit, das Triarylamin-Einheiten umfaßt. Das Polymer umfaßt eine
oder mehrere Struktureinheiten mit Arh-NAr2, worin N direkt an Arh gebunden
ist und worin jedes Ar gleich oder verschieden ist und eine substituierte
oder unsubstituierte Aryl- oder Heteroarylgruppe umfaßt und N
direkt an Arh gebunden ist.
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Man
hat gefunden, daß der
Einbau von Triarylamin-Einheiten in Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung
zu Materialien mit den attraktiven physikalischen und Verarbeitungseigenschaften
von Polymeren führt,
die bei ihrer Synthese die Möglichkeit
eröffnen,
die Aryl- oder Heteroarylgruppen und ihre Substituenten so zu wählen, daß der Bandabstand
der Polymere moduliert wird. Das ist ein wichtiges Merkmal, insbesondere beim
Aufbau von Elektrolumineszenzanordnungen, deren Effizienz vom Zusammenpassen
der Niveaus des höchsten
besetzten Molekülorbitals
und des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals des Polymers mit
Kathode und Anode sowie dem Wirtsmaterial der Anordnung abhängen kann.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Bezeichnung „Polymer" so auszulegen, daß sie lineare und
verzweigte Polymere, Oligomere, Dendrimere, Homopolymere, Copolymere
und Terpolymere einschließt.
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Vorzugsweise
umfaßt
Arh eine substituierte oder unsubstituierte
stickstoffhaltige Heteroarylgruppe. Im allgemeinen sollte die Heteroarylgruppe
ein elektronenarmes Heteroatom umfassen.
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Vorzugsweise
ist jedes Ar eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe.
Wo die Phenylgruppe unsubstituiert ist, ist das Polymer ein Oligomer.
Wo die Phenylgruppe substituiert ist, können die Substituenten von
solcher Art sein, daß die
Polymerkette einfach aufgebaut und/oder der Bandabstand des Polymers
gesteuert werden kann oder daß das
Polymer in einem speziellen Lösungsmittelsystem
löslich
wird. Typische Lösungsmittel
enthalten unpolare Lösungsmittel.
Zu diesem Zweck trägt
das Polymer vorzugsweise einen oder mehrere Substituenten.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
umfaßt
das Polymer ein lineares Polymer, bei dem die oder jede Struktureinheit
Arh(NAr2)Arco umfaßt,
worin Arco eine substituierte oder unsubstituierte
Aryl- oder Heteroarylgruppe umfaßt, Arh eine substituierte
oder unsubstituierte Heteroarylgruppe umfaßt, und jedes Ar gleich oder verschieden
ist und eine substituierte oder unsubstituierte Aryl- oder Heteroarylgruppe
umfaßt.
Vorzugsweise ist Arco verschieden von Arh. Wie bereits oben erörtert, kann ein Substituent
auf Arco den Halbleiterbandabstand des Polymers
modulieren.
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Das
Copolymer, bei dem das Polymergerüst eine oder mehrere Divinylenarylen-Einheiten
enthält,
ist vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ausgenommen.
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Bei
einem ersten Aspekt der ersten Ausführungsform hängt Arh vorzugsweise am Polymergerüst.
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Bei
einer ersten Untergruppe des ersten Aspekts der ersten Ausführungsform
umfaßt
das Polymer vorzugsweise eine Vielzahl an Struktureinheiten mit
einer in Formel (13) gezeigten Formel:
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Bei
dieser ersten Untergruppe umfaßt
das Polymer am meisten bevorzugt eine Vielzahl an Struktureinheiten
mit einer in Formel (8) gezeigten Formel:
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In
den vorstehenden Formeln (13) und (8) umfaßt Arh vorzugsweise
eine Gruppe gemäß einer
der Formeln (1) bis (4):
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Bei
einer zweiten Untergruppe des ersten Aspekts der ersten Ausführungsform
umfaßt
das Polymer vorzugsweise eine Vielzahl an Struktureinheiten mit
einer in Formel (14) gezeigten Formel:
worin Ar
h weiter
substituiert sein kann. Eine Erhöhung
der Substituentenzahl an Ar
h ist ein Weg,
die Löslichkeit des
Polymers zu erhöhen.
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Bei
dieser zweiten Untergruppe umfaßt
das Polymer am meisten bevorzugt eine Vielzahl an Struktureinheiten
mit einer in Formel (15) gezeigten Formel:
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Es
können
andere Substituenten am Triazinring verwendet werden. Diese Substituenten
modulieren den Bandabstand des Polymers und verändern die Ladungstransporteigenschaften
des Polymers.
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Geeigneterweise
ist der Triazinring stabil und leicht zu substituieren. Es können jedoch
Gruppen, wie z. B. jedes beliebige Diazin- oder Pyridin-Isomer,
anstelle des Triazinrings verwendet werden.
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Ein
Polymer, das eine sich wiederholende Einheit mit einer in einer
der Formeln (8), (13), (14) oder (15) gezeigten Formel umfaßt, kann
ein Copolymer oder Cooligomer umfassen. Alternativ kann das Polymer ein
Homopolymer oder Homooligomer umfassen, das aus einem einzigen Monomertyp
hergestellt ist. In dieser Hinsicht ist ein Monomer von einer sich
wiederholenden Einheit insofern zu unterscheiden, als ein Homopolymer,
z. B. (AB)n, so definiert sein kann, daß es eine
oder mehrere verschiedene sich wiederholende Einheiten (d. h. eine
einzelne sich wiederholende Einheit AB oder eine sich wiederholende
Einheit A und eine sich wiederholende Einheit B) aufweist.
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Ein
typisches Verfahren zur Herstellung eines Polymers gemäß der ersten
Untergruppe des ersten Aspekts der ersten Ausführungsform verläuft wie
folgt:
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Im
obigen Reaktionsschema ist jedes Hal vorzugsweise Br. Die Bedingungen
in Schritt 3 sind jegliche Bedingungen, unter denen die Reaktanden
polymerisieren, wie z. B. unter Suzuki-Polymerisationsbedingungen,
die typischerweise die Verwendung eines Palladiumkatalysators umfassen
können.
Schritt 1 ist typischerweise eine palladium- oder kupfervermittelte
Kupplungs reaktion, worin das Ausgangsmaterial ArhNH2 mit Iodbenzol oder Brombenzol umgesetzt
wird. Schritt 2 ist eine Halogenierung.
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Wo
Arh eine Gruppe gemäß einer der Formeln (1) bis
(4) umfaßt,
kann ArhNH2, bezogen
auf das obige Reaktionsschema, folgendes sein:
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Bei
einem zweiten Aspekt der ersten Ausführungsform bildet Arh einen Teil des Polymergerüsts. Bei diesem
zweiten Aspekt umfaßt
Arh vorzugsweise eine aminosubstituierte
Heteroarylgruppe, bevorzugter eine aminosubstituierte Heteroarylgruppe
mit der Formel (5):
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Bei
dem zweiten Aspekt der ersten Ausführungsform ist Arco vorzugsweise
eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe. Arco wird im Hinblick auf sterische Hinderung
und mögliche
Verdrillung der Polymerkette und mit Blick auf die Steuerung des
Konjugationsgrads des Polymers gewählt.
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Bei
dem zweiten Aspekt der ersten Ausführungsform hängt Ar
co ferner bevorzugt am Polymergerüst. In dieser
Hinsicht umfaßt
die oder jede Struktureinheit darüber hinaus vorzugsweise eine
Gruppe mit der Formel (11):
worin Ar
h und
Ar
co wie oben definiert sind, und (Ar
2N)' und
(NAr
2) gleich oder verschieden sind.
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Vorzugsweise
sind (NAr2) und (Ar2N)' gleich. Bevorzugter
umfassen (NAr2) und (Ar2N)' jeweils eine substituierte
oder unsubstituierte Gruppe mit der allgemeinen Formel (9):
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Vorteilhafterweise
ist bei der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung die oder jede Struktureinheit eine sich wiederholende
Einheit in dem vorliegenden Polymer. Bevorzugte Struktureinheiten,
die jeweils eine sich wiederholende Einheit gemäß dem zweiten Aspekt der ersten
Ausführungsform
sind, werden durch die Formeln (12a) und (12b) sowie (16a) und (16b)
wiedergegeben:
worin
die Reste R, R',
R
2 und R
3 gleich
oder verschieden sind, und jeder Rest R eine Substituentengruppe
ist, vorzugsweise eine Kohlenwasserstoffgruppe, die gegebenenfalls
ein oder mehrere Heteroatome enthalten kann, und bevorzugter eine
Aryl-, Alkyl-, Heteroaryl-, Heteroalkyl-, Arylalkyl-, aromatische
oder heteroaromatische Gruppe.
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Vorzugsweise
sind R und R' gleich.
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Eine
spezielle Struktureinheit von Interesse ist eine sich wiederholende
Einheit der Formel (12), wie sie durch Formel (13) wiedergegeben
wird:
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Die
Erfinder erwarten, daß ein
Homopolymer, das eine sich wiederholende Einheit mit der allgemeinen Formel
(12), (13) oder (16) umfaßt,
als Elektronentransportmaterial in einer optischen Anordnung, insbesondere
in einer Elektrolumineszenzanordnung, nützlich ist.
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Es
wird ferner auf die internationale Patentveröffentlichung WO/0055927 verwiesen.
Es wird erwartet, daß sich
wiederholende Einheiten gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie diejenigen mit der allgemeinen Formel (12), (13)
oder (16), insbesondere mit der allgemeinen Formel (12), als Ladungs-(Löcher oder
Elektronen)-transporter und/oder als Emitter in Polymeren gemäß WO/0055927
nützlich
sind.
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Die
ersten Schritte in einem typischen Verfahren zur Herstellung eines
Polymers, das eine Struktureinheit oder eine sich wiederholende
Einheit mit der Formel (12) oder (13) umfaßt, werden nachfolgend gezeigt:
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Produkt
12a oder 12b kann dann in jeder geeigneten Polymerisationsreaktion
eingesetzt werden, um ein Polymer gemäß dem zweiten Aspekt der ersten
Ausführungsform
zu erhalten.
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Im
obigen Reaktionsschema ist jedes Hal vorzugsweise Br.
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Ein
bevorzugtes Polymer gemäß dem zweiten
Aspekt der ersten Ausführungsform
ist ein Copolymer. Es wird erwartet, daß derartige Polymere für den Elektronentransport
nützlich
sein werden, wenn sie in einer optischen Anordnung, insbesondere
in einer Elektrolumineszenzanordnung, verwendet werden. Gleichzeitig können derartige,
zum Elektronentransport fähige
Polymere auch zum Protonentransport und/oder zur Vereinigung von
Protonen und Elektronen fähig
sein, so daß Licht
erzeugt wird.
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Ein
Polymer gemäß dem ersten
oder zweiten Aspekt der ersten Ausführungsform ist vorzugsweise mindestens
100 Monomere lang, vorzugsweise mindestens 150. Eine typische obere
Grenze für
die Polymerlänge
liegt bei etwa 300 Monomeren, obwohl die Länge bis zu 1000 Monomere betragen
kann.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das Polymer ein Dendrimer, das einen Initiatorkern oder eine Kerneinheit
und Verzweigungseinheiten umfaßt.
Vorzugsweise umfaßt
die eine Struktureinheit bzw. umfassen mehrere Struktureinheiten
eine Kerneinheit. Am meisten bevorzugt weist das Polymer eine einzige
Struktureinheit auf.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
umfaßt
das Dendrimer bevorzugter eine Verzweigungseinheit, insbesondere
einen Verzweigungseinheitstyp, wobei die am meisten bevorzugte substituierte
oder unsubstituierte Verzweigungseinheit in Formel (9) gezeigt ist.
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Vorzugsweise
sind die Dendrimere gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Dendrimere der 1. bis 10. Generation.
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Bei
einem ersten Aspekt der zweiten Ausführungsform umfassen eine oder
mehrere Struktureinheiten Arh(NAr2)3, worin jedes
N direkt an Arh gebunden ist, und jedes
(NAr2) ist gleich oder verschieden. Vorzugsweise
ist jedes (NAr2) gleich und eine substituierte
oder unsubstituierte Phenylgruppe. Wie bereits oben erörtert wurde,
ist jedes (NAr2) so gewählt, daß die Bandlücke des Polymers gesteuert
wird.
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Bei
dem ersten Aspekt der zweiten Ausführungsform umfaßt Arh vorzugsweise eine in Formel (5) gezeigte
Gruppe:
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Bei
dem am meisten bevorzugten ersten Aspekt der zweiten Ausführungsform
umfaßt
das Polymer eine einzige Struktureinheit, die eine in Formel (6)
gezeigte Gruppe umfaßt:
worin
die Struktureinheit die Kerneinheit umfaßt.
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Bei
einem zweiten Aspekt der zweiten Ausführungsform umfaßt die Struktureinheit
Arh(NAr2)2Ar'', worin Ar'' eine substituierte oder unsubstituierte
Aryl- oder Heteroarylgruppe und jedes (NAr2)
gleich oder verschieden ist. Vorzugsweise ist jedes (NAr2), wie beim ersten Aspekt der zweiten Ausführungsform,
gleich und eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe.
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Vorzugsweise
ist Ar'' eine substituierte
oder unsubstituierte Phenylgruppe. Ar'' sollte
im Hinblick auf sterische Hinderung und mögliche Verdrillung der Polymerkette
und mit Blick auf die Steuerung des Konjugationsgrads des Polymeres
gewählt
werden.
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Bei
einer am meisten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts
der zweiten Ausführungsform
umfaßt
das Polymer eine einzige Struktureinheit, die eine Gruppe mit der
in Formel (7) gezeigten Formel umfaßt:
worin
die einzige Struktureinheit die Kerneinheit umfaßt.
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Ein
typisches Verfahren zur Herstellung eines Polymers gemäß dem ersten
Aspekt der zweiten Ausführungsform
umfaßt
Melamin als Ausgangsmaterial. Dieses kann einer palladiumvermittelten
Kupplungsreaktion mit Iodbenzol oder Brombenzol unterzogen werden,
um eine in Formel (10) gezeigte Struktur herzustellen:
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Weitere
Generationen des Dendrimers können
aufgebaut werden, indem man die Verbindung mit der Formel 10 einem
oder mehreren Halogenierungszyklen, insbesondere Bromierung, gefolgt
von einer Umsetzung mit (Ph)2NB(OH)2, unter geeigneten Konditionen unterzieht.
Das kann geeigneterweise durch Verwenden einer Suzuki-Reaktion ausgeführt werden.
Ein entsprechendes Verfahren kann verwendet werden, um ein Polymer
gemäß dem zweiten
Aspekt der zweiten Ausführungsform
der Erfindung darzustellen, bei dem 2,4-Diamino-6-phenyl-1,3,5-triazin (ein
Melaminderivat) anstelle des Melaminausgangsmaterials verwendet
wird.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
kann die Kerneinheit eine in den Formeln (6) oder (7) gezeigte Struktur
umfassen. In dem Polymer können
lineare sich wiederholende Einheiten, wie diejenigen, die in den
Formeln (12) oder (15) gezeigt sind, an der Kerneinheit befestigt
sein. Derartige Polymere können
als „linear" aber dendrimer bezeichnet
werden. Es wird erwartet, daß diese
Polymere als Ladungs-(Elektron oder Loch)-transportmaterialien und/oder
emittierende Materialien nützlich
sind.
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Ein
derartiges Monomer ist vorzugsweise mindestens 100 Monomere lang,
vorzugsweise mindestens 150. Eine typische obere Grenze für die Polymerlänge liegt
bei etwa 300 Monomeren, obwohl die Länge bis zu 1000 Monomere betragen
kann.
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Bei
einem weiteren Aspekt wird die Verwendung eines Polymers gemäß der ersten
oder zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer optischen Anordnung bereitgestellt,
wie z. B. in einer Lumineszenzanordnung, vorzugsweise in einer Elektrolumineszenzanordnung.
Weitere Anordnungen enthalten Photolumineszenzanordnungen, photovoltaische
Anordnungen und Wellenleiter. Die Verwendungen beinhalten die Verwendung
des Polymers als emittierendes Material, Löcher- oder Elektronentransporter,
typischerweise in einer Elektrolumineszenzanordnung. Die Polymere
können
auch in einer Farbstoffzusammensetzung, in einer Faser oder in einem
Sensor verwendet werden.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine optische Anordnung
bereitgestellt, die ein Substrat und eine von dem Substrat getragene
Zusammensetzung umfaßt,
die ein Polymer gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt.
Das Substrat kann selbst eine Elektrode sein oder jeder andere Substrattyp,
der zum Tragen der Zusammensetzung geeignet ist. Die Zusammensetzung
kann verschiedene Schichten enthalten, wie eine emittierende Schicht,
die gegebenenfalls in Kontakt mit einer oder mehreren Löcher- und/oder
Elektronentransportschichten ist. Wo die optische Anordnung eine
Elektrolumineszenzanordnung umfaßt, enthält die Zusammensetzung eine
elektrolumineszenzemittierende Schicht, die das Polymer oder ein
weiteres emittierendes Polymer sein kann.
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Eine
typische Elektrolumineszenzanordnung weist eine Anodenschicht, eine
Kathodenschicht und eine zwischen Anode und Kathode liegende lichtemittierende
Schicht auf. Gegebenenfalls kann eine Ladungstransportschicht zwischen
Anode und/oder Kathode und der lichtemittierenden Schicht liegen.
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Eine
Mischung von Materialien, einschließlich eines Polymers gemäß der vorliegenden
Erfindung, kann als lichtemittierende Schicht in einer Elektrolumineszenzanordnung
verwendet werden. Vorzugsweise ist das Polymer gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem oder mehreren Löcher- und/oder Elektronentransportmaterialien
gemischt, noch bevorzugter mit Löcher-
und/oder Elektronentransportpolymeren. Alternativ kann das Polymer
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Elektrolumineszenzmaterial, vorzugsweise mit
jedem Elektrolumineszenzpolymer, gemischt sein.
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Es
sind mehrere verschiedene Polymerisationsverfahren bekannt, die
bei der Herstellung von Polymeren gemäß der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden können.
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Ein
besonders geeignetes Verfahren wird in der internationalen Patentveröffentlichung
WO 00/53656 offenbart. Diese beschreibt das Verfahren zur Herstellung
eines konjugierten Polymers, das das Polymerisieren in einer Reaktionsmischung
umfaßt
von: (a) einem aromatischen Monomer mit mindestens zwei reaktionsfähigen Bor-Derivat-Gruppen,
die aus einer Boronsäuregruppe,
einer Boronsäureestergruppe
und einer Borangruppe ausgewählt
sind, und einem aromatischen Monomer mit mindestens zwei reaktionsfähigen funktionellen
Halogengruppen; oder (b) einem aromatischen Monomer mit einer reaktionsfähigen funktionellen
Halogengruppe und einer reaktionsfähigen Bor-Derivat-Gruppe, die aus einer Boronsäuregruppe,
einer Boronsäureestergruppe
und einer Borangruppe ausgewählt
ist, worin die Reaktionsmischung eine katalytische Menge eines Katalysators,
der zum Katalysieren der Polymerisation der aromatischen Monomere
geeignet ist, und eine organische Base in einer Menge umfaßt, die
ausreichend ist, um die reaktionsfähigen funktionellen Bor-Derivat-Gruppen in
anionische -BX3-Gruppen umzuwandeln, worin
X, jeweils unabhängig
voneinander, aus der aus F und OH bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
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Polymere
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die nach diesem Verfahren hergestellt wurden, sind besonders
vorteilhaft. Der Grund dafür
besteht darin, daß die
Reaktionszeiten kurz und die verbleibenden Katalysatoranteile, z.
B. Palladium, gering sind.
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Mit
diesem Polymerisationsverfahren läßt sich das Molekulargewicht
des Polymers gut steuern. Der Grund dafür besteht teilweise darin,
daß dieses
Polymerisationsverfahren wenige Nebenreaktionen hervorruft, was
bedeutet, daß Polymere
mit einem hohen Molekulargewicht, z. B. mit mehr als 100 oder 150
sich wiederholenden Einheiten und bis zu 300 oder 1000 sich wiederholenden
Einheiten, erhalten werden können.
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Es
sei angemerkt, daß Polymere
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Endabdeckung versehen werden können, um
die Halogenendgruppen zu entfernen. Dieses „end-capping" kann z. B. durch
Addieren von Halogenbenzol oder Phenylboronsäure bewerkstelligt werden.
Dies ist in Beispiel 3(ii) veranschaulicht.
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Ein
weiteres Polymerisationsverfahren wird in
US 5,777,070 offenbart. Das Verfahren
betrifft die Umsetzung von Monomeren mit zwei reaktionsfähigen Gruppen,
die aus Boronsäure,
Boronsäureestern
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Boranen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen
und deren Kombinationen ausgewählt
sind, mit aromatischen funktionellen Dihalogen-Monomeren oder von
Monomeren miteinander, die eine reaktionsfähige Boronsäure-, Boronsäureester-
oder Borangruppe und eine reaktionsfähige funktionelle Halogengruppe
aufweisen.
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Ein
weiteres Polymerisationsverfahren ist aus „Macromolecules", 31, 1099–1103 (1998)
bekannt. Die Polymerisationsreaktion betrifft die nickelvermittelte
Kupplung von Dibromid-Monomeren. Dieses Verfahren ist im allgemeinen
als „Yamamoto-Polymerisation" bekannt.
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Beispiel
1
Triazin 1 Synthese: Allgemeines Reaktionsschema
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(i) Herstellung von 2-Phenyl-4,6-dichlortriazin
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- Literatur: Helv. Chim. Acta, 1950, 179, 1365
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Zu
einer auf –78°C gekühlten Lösung von
Cyanursäurechlorid
(10 g, 54,8 mmol) in THF (150 ml) wurde Phenyl-Mg-Br (325 ml, 1
M in THF) zugetropft. Man ließ die
Reaktionsmischung unter Rühren
auf Raumtemperatur erwärmen.
Die Reaktionsmischung wurde zur Trockne eingedampft und anschließend mit
Et2O-H2O behandelt.
Extraktion mit Ether ergab 1,02 g (93%) reines Produkt. Der nach
der Extraktion verbleibende Rückstand
wurde in CH2Cl2 gelöst. Er wurde
durch Säulenchromatographie
mit Hexan (trocken gepackt) gereinigt, und man erhielt 10 g des
gewünschten
Produkts als weiße
Kristalle (99,2%). Die Gesamtausbeute betrug 90%; 99,2% HPLC rein; 1H-NMR (CDCl3) 8,52
(2H, dd, J 1,4, 8,5), 7,66 (1H, tt, J 1,4, 2,7, 8,8), 7,57–7,50 (2H,
m).
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(ii) Herstellung von monosubstituiertem
Phenyltriazin
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- Literatur: J. Polym. Sci., Polym Chem. Ed., 1984, 22, 503
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Eine
Mischung von 4-sec-Butylanilin (23,6 ml) und Na2CO3 (4,69 g, 44,2 mmol) in Dioxan (100 ml)
wurde auf 115°C
erhitzt. Nachdem diese Temperatur erreicht war, wurde 2-Phenyl-4,6-dichlortriazin
(10 g, 44,2 mmol) in Dioxan (100 ml) über einen Zeitraum von drei
Stunden zugetropft. Die Beendigung der Reaktion wurde durch ein
Dünnschichtchromatogramm
(DC) bestätigt.
Die Reaktion wurde durch Gießen
auf Eis hydrolisiert, und das Produkt fiel als beigefarbener Feststoff
aus. Umkristallisation aus EtOAc/Hexan ergab 15,7 g (79%; 100% HPLC)
der gewünschten
Substanz als weißes
Pulver. 1H-NMR (CDCl3)
8,43 (2H, d, J 6,3), 7,56–7,44
(7H, m), 7,32 (2H, brs, NH), 7,32 (4H, d, J 8,3), 2,66–2,53 (2H,
m), 1,60 (4H, m), 1,26 (6H, d, J 6,8), 0,87 (6H, t, J 7,4); GC-MS
452, 451, 422, 197, 145, 128, 104.
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(iii)
Herstellung des Vorläufers
der Triazin-1-Reihe
-
Zu
einer Lösung
von monosubstituiertem Phenyltriazin (10,56 g, 23,4 mmol) in DMF
(250 ml) wurden Kupfer (5,94 g, 93,48 mmol), Kaliumcarbonat (25,84
g, 187,0 mmol), [18]-Krone-6 (1,24 g, 4,69 mmol) und Iodbenzol (6,55
ml, 14,6 mmol) hinzugefügt.
Nachdem die Reaktionsmischung 72 Stunden lang erhitzt wurde, ließ man die
Suspension auf Raumtemperatur abkühlen und filtrierte anschließend durch
Kieselgur. Die Reinigung des Produkts wurde durch Säulenchromatographie
und Umkristallisation erreicht, wobei 12,93 g (92%) des gewünschten
Produkts als weißer
Feststoff erhalten wurde. 1H-NMR (CDCl3) 8,02 (2H, d, J 5,6), 7,38 (1H, t, J 5,2),
7,28–7,06
(20H, m); 13C-NMR (CDCl3)
12,477, 21,961, 31,484, 41,456, 125,557, 127,310, 127,600, 127,928,
128,263, 128,690, 128,789, 131,572, 137,176, 141,377, 143,954, 145,059,
166,513, 170,783.
-
Herstellung
von Triazin 1
-
Zu
einer Lösung
des Vorläufers
von Triazin 1 (12,94 g, 21,4 mmol) in DMF (50 ml) wurde eine N-Bromsuccinimidlösung (7,63
g, 42,8 mmol) hinzugefügt,
und die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur gerührt. Nach
72 Stunden fiel das Produkt als weißer Feststoff aus. Dieser wurde
abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Das Produkt wurde anschließend mit
Petrolether (100–120°C) gereinigt,
und man erhielt 3,66 g (22% Ausbeute) des gewünschten Produkts. N. B. 50%
des Produkts wurden während
der Reinigung verloren. Ein alternatives Lösungsmittel kann sich erfolgreicher
erweisen; 1H-NMR (CDCl3)
8,02 (2H, d, J 7,2), 7,42–7,10 (19H,
m), 2,64–2,58
(2H, m), 1,64–1,57
(4H, m), 1,27 (6H, d, J 6,8), 0,88 (6H, t, J 7,2); 13C-NMR
(CDCl3) 12,44, 21,91, 31,48, 41,45, 118,84,
127,524, 127,68, 128,37, 128,77, 129,33, 131,73, 131,85, 136,81,
140,79, 142,90, 145,75, 166,26, 171,03.
-
Beispiel
2
Synthese von Triazin 2: Allgemeines Reaktionsschema
-
(i)
Herstellung von 2-Diphenylamin-4,6-dichlortriazin
-
Zu
einer erwärmten
Lösung
von Diphenylamin (9,18 g, 54,2 mmol) und Natriumcarbonat (5,75 g,
54,2 mmol) in 1,4-Dioxan (100 ml) wurde eine Lösung von Cyanursäurechlorid
(10 g, 54,2 mmol) in 1,4-Dioxan (25 ml) hinzugefügt. Es wurde für weitere
zwei Stunden erhitzt, wonach die Reaktionsmischung in Eiswasser
gegossen wurde. Das Produkt fiel als cremefarbenes Pulver aus. Umkristallisation
aus IPA ergab 13,76 g (80% Ausbeute) 2-Diphenylamin-4,6-dichlortriazin; 1H-NMR (CDCl3) 7,20–7,42 (10H,
m); 13C-NMR 122,23, 122,67, 124,50, 136,64,
160,89, 165,64.
-
(ii)
Herstellung von 2-Diphenylamin-4,6-diphenyltriazin
-
Zu
einer gekühlten
(–78°C) Suspension
von 2-Diphenylamin-4,6-dichlortriazin (13,76 g, 43,4 mmol) in THF
(150 ml) wurde Phenylmagnesiumbromid (28,92 ml, 86,8 mmol, 3 M Lösung in
Diethylether) zugetropft. Die Temperatur wurde während der Zugabe des Grignardreagenzes
unter –60°C gehalten.
Nach beendeter Zugabe ließ man
die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur erwärmen. Das THF wurde im Vakuum
entfernt, und anschließend
wurde der Rückstand
in Toluol wieder aufgelöst
und mit 10%iger Zitronensäure
gewaschen. Die organische Phase wurde mit Wasser gewaschen, gefolgt
von Einengen im Vakuum. Das Produkt fiel als weißes Pulver aus, und man erhielt
10,36 g (60% Ausbeute).
-
(iii)
Herstellung von Dibrom-2-diphenylamin-4,6-diphenyltriazin
-
Zu
einer Lösung
von 2-Diphenylamin-4,6-diphenyltriazin (500 mg, 1,25 mmol) in CH2Cl2 (10 ml) wurde N-Bromsuccinimid
(444 mg, 2,5 mmol) hinzugefügt.
Die Lösung
wurde vier Tage lang bei Raumtemperatur gerührt. Ein GC-MS zeigte die Beendigung
der Reaktion an. Die Reaktionsmischung wurde filtriert, und das
Filtrat wurde zur Trockne eingedampft. Das gewünschte Produkt wurde aus Dioxan/Hexan
umkristallisiert.
-
Größerer Ansatz, alternatives
Lösungsmittel
-
2-Diphenylamin-4,6-diphenyltriazin
(10,3 g, 25,87 mmol) in DMF (50 ml) und THF (10 ml) wurde auf 70°C erhitzt,
bis sich eine klare Lösung
bildete. Man ließ die
Reaktionsmischung auf 45°C
abkühlen,
bevor N-Bromsuccinimid (9,21 g, 51,74 mmol) zugefügt wurde.
Die Suspension wurde zwei Tage lang bei Raumtemperatur gerührt. Ein
GC-MS zeigt 40% monobromierte Substanz und 60% gewünschtes
Produkt.
-
Beispiel
3
(i) Herstellung von TFPy-Dibromid
-
Ein
Kolben wurde unter Stickstoff mit Toluol (55 ml), Dibromdiphenylamin
(7,26 g, 22,2 mmol), 4-Iodpyridin (5,00 g, 24,4 mmol), 1,10-Phenantrolin
(0,145 g, 0,805 mmol), Kupfer(I)chlorid (0,08 g, 0,0808 mmol) und
Kaliumhydroxid (Blättchen,
9,76 g, 174 mmol) befüllt
und anschließend
bei 117°C über Nacht
erhitzt. Nach 18 Stunden zeigte ein DC den Verbleib von etwas Dibromdiphenylamin
an. Weitere 0,91 g (4,44 mmol) 4-Iodpyridin sowie ein zusätzliches
Aliquot des Katalysators und des Liganden wurden zugefügt, und
Erhitzen bei 117°C
wurde über
Nacht fortgesetzt.
-
Man
ließ die
Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abkühlen und behandelte diese anschließend mit
Toluol (100 ml) und Wasser (100 ml). Der verbleibende Feststoffrückstand
wurde abfiltriert.
-
Die
wäßrige Phase
wurde entfernt, und es wurde mit Toluol (2 × 30 ml) gewaschen. Die vereinigten Toluolschichten
wurden mit Wasser (3 × 100
ml) gewaschen, bis sie neutral waren, anschließend wurden sie mit 2 N Salzsäure (2 × 50 ml)
behandelt und mit Wasser gewaschen. Das Produkt begann als Säureadditionssalz
auszufallen. Diese Suspension wurde mit Ether (3 × 50 ml)
gewaschen und anschließend
mit 2 N Natriumhydroxid basisch eingestellt. Der gelbe Feststoffniederschlag
wurde in Dichlormethan (3 × 20
ml) extrahiert. Die vereinigten Dichlormethanschichten wurden mit
Wasser (100 ml) und gesättigter
Natriumchloridlösung (100
ml) gewaschen, über
MgSO4 getrocknet, filtriert und eingedampft,
wobei 9 g eines dunklen Öls
erhalten wurden. Dieses Öl
wurde mit 20 ml Methanol verrieben, und man erhielt einen weißen Feststoff
(5,28 g). Diese Substanz wurde mit warmen Methanol behandelt, und
der Feststoff wurde ab filtriert. Die Mutterlaugen wurden eingeengt,
und man erhielt 3,89 g Produkt. Umkristallisation aus Isopropanol
ergab 2,8 g eines weißen
Feststoffs (31% Ausbeute).
1H-NMR (CDCl3) 8,28 (2H, d, J 6,8), 7,47 (4H, d AB, J
8,8), 7,03 (4H, d AB, J 8,8), 6,75 (2H, d, J 6); 13C-NMR (CDCl3) 153,2, 150,7, 144,3, 133,2, 128,0, 118,9,
113,7.
-
(ii)
Herstellung des TFPy-F8-Copol
-
Ein
250 ml Dreihalsrundkolben, der mit einer Glasrührwelle, die an einem mechanischen
Rührwerk
befestigt ist, und einem Kühler
ausgerüstet
ist, der mit einer Stickstoffleitung verbunden ist, wurde mit F8-Diboronsäureester
(4,7734 g, 9 mmol), F8-Dibromid (3,9490 g, 7,2 mmol), TFPy-Dibromid
(0,7276 g, 1,8 mmol) und Toluol (45 ml) befüllt. Die Lösung wurde während 10
Minuten unter Stickstoff bei Raumtemperatur gerührt. Der Tetrakistriphenylphosphin-Palladium-Katalysator
(31,4 mg) wurde hinzugefügt.
Nach 10 Minuten wurde Tetraethylammoniumhydroxid (20 Gew.-% in Wasser,
30 ml) zugefügt.
Die Reaktionsmischung wurde auf 115°C erhitzt, und der Rückfluß wurde über Nacht
beibehalten. Brombenzol (1,5 ml) wurde zugefügt, und man ließ die Mischung
45 Minuten lang unter Rückfluß rühren. Phenylboronsäure (1,5
g) wurde zugefügt,
und man ließ die Lösung weitere
1,5 Stunden unter Rückfluß sieden,
anschließend
ließ man
sie auf Raumtemperatur abkühlen.
-
Das
Polymer wurde in 3 l Methanol ausgefällt, und anschließend in
Toluol (300 ml) durch Erhitzen auf 115°C für wenige Stunden wieder aufgelöst. Eine
Lösung
des Natriumsalzes von Diethyldithiocarbaminsäuretrihydrat (10 g in 110 ml
Wasser) wurde zugefügt,
und die Mischung wurde unter Stickstoff bei 65°C über Nacht gerührt.
-
Man
ließ die
Mischung auf Raumtemperatur abkühlen,
und die wäßrige Phase
wurde von der organischen Phase abgetrennt. Die Salzwäsche wurde
anschließend
mit dem Natriumsalz von Diethyldithiocarbaminsäuretrihydrat (10 g in 110 ml
Wasser) wiederholt, und die Mischung wurde wieder während vier
Stunden bei 65°C
unter Stickstoff gerührt.
-
Nach
dem Abkühlen
auf Raumtemperatur wurde die wäßrige Phase
von der organischen Phase abgetrennt. Die organische Phase wurde
mit Wasser (250 ml) gewaschen.
-
Die
wäßrige Phase
wurde von der organischen Phase abgetrennt. 1/5 der organischen
Phase wurde durch 60 g Kieselgur filtriert und mit Toluol gewaschen.
Das Lösungsmittel
wurde auf 70 ml eingeengt und anschließend zu 600 ml Methanol zugetropft.
Das ausgefallene Polymer wurde abfiltriert und anschließend getrocknet;
man erhielt 0,92 g, Mp 260000. Der Rest der organischen Phase (4/5)
wurde ebenfalls durch 60 g Kieselgur filtriert und mit Toluol gewaschen.
Das Lösungsmittel
wurde auf 250 ml eingeengt und anschließend zu 2,5 l Methanol zugetropft.
Das getrocknete Polymer ergab 5,39 g, Mp 256000.
-
Aufgrund
der obigen Beispiele und den zur Verfügung stehenden Informationen über allgemeine
Polymerisationsverfahren ist ein Fachmann in der Lage, weitere erfindungsgemäße Polymere
herzustellen, z. B.:
- 1) Polymerisieren von
F8-Diboronsäureester
(50%), F8-Dibromid (30%) und Triazin 1 (20% Triazin 1, das gemäß Beispiel
1 hergestellt wurde).
- 2) Polymerisieren von F8-Diboronsäureester (50%), F8-Dibromid
(40%) und Triazin 1 (10%). Dieses Verfahren ist das gleiche wie
in Beispiel (3ii), nur mit Triazin 1 anstelle von TFPy.
- 3) Polymerisieren von F8-Diboronsäureester (50%) und Triazin
1 (50%).
-
Beispiel 4
-
Optische Anordnung
-
Eine
geeignete Anordnungsstruktur ist in 1 gezeigt.
Die Anode 2 ist eine auf ein Glas- oder Kunststoffsubstrat 1 aufgebrachte
Schicht aus transparentem Indium-Zinn-Oxid („ITO"). Die Anodenschicht 2 weist eine
Dicke zwischen 1000 und 2000 Å auf,
gewöhnlich
etwa 1500 Å.
Die Kathode 5 ist eine Ca-Schicht mit einer ungefähren Dicke
von 1500 Å.
Zwischen den Elektroden liegt eine lichtemittierende Schicht 4 mit
einer Dicke bis zu etwa 1000 Å.
Die emittierende Schicht 4 umfaßt zwischen 0,5 und 30 Gew.-%
des vorliegenden Polymers, wobei der Rest der emittierenden Schicht
aus Löcher-
und/oder Elektronentransportmaterial und/oder emittierendem Material
besteht. Die Anordnung enthält
vorteilhafterweise eine Löchertransportmaterialschicht 3 aus
PEDOT mit einer Dicke von etwa 1000 Å. Die Schicht 6 ist
eine verkapselnde Schicht von geeigneter Dicke.