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JP2010218984A - Organic el element and its manufacturing method - Google Patents

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JP2010218984A
JP2010218984A JP2009067019A JP2009067019A JP2010218984A JP 2010218984 A JP2010218984 A JP 2010218984A JP 2009067019 A JP2009067019 A JP 2009067019A JP 2009067019 A JP2009067019 A JP 2009067019A JP 2010218984 A JP2010218984 A JP 2010218984A
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Japan
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organic
block
transport block
hole transport
graft polymer
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Application number
JP2009067019A
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Japanese (ja)
Inventor
Hironori Kaji
弘典 梶
Tatsuya Fukushima
達也 福島
Tomonori Yamada
知典 山田
Hiroaki Yamane
宏明 山根
Takanobu Tsujii
敬亘 辻井
Atsushi Goto
淳 後藤
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Kyoto University NUC
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Kyoto University NUC
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Abstract

【課題】発光効率が高く、長寿命である実用性において十分な性能を有する有機EL素子を提供する。
【解決手段】一対の電極と、これらの電極の少なくとも一方に結合された表面グラフトポリマーを含む表面グラフトポリマー層を有することを特徴とする、有機エレクトロルミネッセンス素子。
【選択図】図1
An organic EL element having high luminous efficiency and long performance and sufficient performance in practical use is provided.
An organic electroluminescent device comprising a pair of electrodes and a surface graft polymer layer including a surface graft polymer bonded to at least one of these electrodes.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、エレクトロルミネッセンスを「EL」と略記する。)とその製造方法に関し、より詳しくは、高効率、かつ長寿命で発光が得られる有機EL素子に関するものである。   The present invention relates to an organic electroluminescence element (hereinafter, electroluminescence is abbreviated as “EL”) and a method for producing the same, and more particularly to an organic EL element that can emit light with high efficiency and a long lifetime. .

電界発光を利用したEL素子は、自己発光のため視認性が高く、かつ完全固体素子であるため、耐衝撃性に優れるなどの特徴を有することから、各種表示装置における発光素子としての利用が注目されている。   EL elements using electroluminescence are highly visible due to self-emission and are completely solid elements, so they have features such as excellent impact resistance, so they are attracting attention as light emitting elements in various display devices. Has been.

このEL素子には、発光材料に無機化合物を用いてなる無機EL素子と有機化合物を用いてなる有機EL素子とがあり、このうち、特に有機EL素子は、印加電圧を大幅に低くしうる上、大型化が容易であって、消費電力が小さく、面発光が可能であり、かつ三原色発光も容易であることから、次世代の発光素子としてその実用化研究が積極的になされている。   This EL element includes an inorganic EL element using an inorganic compound as a light emitting material and an organic EL element using an organic compound. Among these, the organic EL element can significantly reduce the applied voltage. Since it is easy to increase in size, consumes little power, can emit surface light, and easily emits light in three primary colors, research on its practical application as a next-generation light-emitting element has been actively conducted.

有機EL素子の構成については、陽極/有機発光層/陰極の構成を基本とし、これに正孔輸送層や電子輸送層を適宜設けたもの、例えば陽極/正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層/陰極などの構成のものが知られている(特許文献1)。   The structure of the organic EL element is basically the structure of anode / organic light emitting layer / cathode, which is appropriately provided with a hole transport layer or electron transport layer, for example, anode / hole transport layer / organic light emitting layer / electron. The thing of the structure of a transport layer / cathode etc. is known (patent document 1).

有機EL素子は多くの場合、多層構造を有しており、このような構造が素子特性の向上に貢献する一方、ヘテロ界面における剥離や分子・原子の拡散が素子劣化を引き起こすという報告例がある。   In many cases, organic EL elements have a multilayer structure, and while such structures contribute to the improvement of element characteristics, there are reports that peeling at the heterointerface and diffusion of molecules and atoms cause element deterioration. .

特開2009-043612JP2009-043612

本発明は、劣化の原因となる界面の剥離や有機分子の拡散を抑制した有機EL素子およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the organic EL element which suppressed peeling of the interface and diffusion of an organic molecule which cause deterioration, and its manufacturing method.

本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、リビングラジカル法を用いた表面グラフト重合により、透明電極上に高分子を成長させ、すべての電荷輸送、発光性官能基が共有結合で透明電極に繋がった、新たな高分子系有機EL素子が得られることを見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have grown a polymer on a transparent electrode by surface graft polymerization using a living radical method, and have developed all charge transporting and light emitting functionalities. It has been found that a new polymer organic EL device in which the group is covalently bonded to the transparent electrode can be obtained.

本発明は、以下の有機EL素子およびその製造方法を提供するものである。
項1. 一対の電極と、これらの電極の少なくとも一方に結合された表面グラフトポリマーを含む表面グラフトポリマー層を有することを特徴とする、有機エレクトロルミネッセンス素子。
項2. 前記一対の電極の一方または両方が透明電極である、項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
項3. 表面グラフトポリマーが陽極に結合している、項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
項4. 表面グラフトポリマーが陽極から順に正孔輸送ブロック、発光ブロック、電子輸送ブロックを有する、項1〜3のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
項5. 前記正孔輸送ブロックと発光ブロックの間、および/または、発光ブロックと電子輸送ブロックの間が傾斜組成を有する、項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
項6. 陽極からリビングラジカル重合により正孔輸送ブロック、発光ブロック、電子輸送ブロックの順に、あるいは、陰極基板から電子輸送ブロック、発光ブロック、正孔輸送ブロックの順にポリマーを成長させて、表面グラフトポリマーを得ることを特徴とする、陽極/表面グラフトポリマー/陰極の構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
The present invention provides the following organic EL device and manufacturing method thereof.
Item 1. An organic electroluminescence device comprising a pair of electrodes and a surface graft polymer layer including a surface graft polymer bonded to at least one of these electrodes.
Item 2. Item 2. The organic electroluminescence device according to Item 1, wherein one or both of the pair of electrodes is a transparent electrode.
Item 3. Item 2. The organic electroluminescence device according to Item 1, wherein the surface graft polymer is bonded to the anode.
Item 4. Item 4. The organic electroluminescence device according to any one of Items 1 to 3, wherein the surface graft polymer has a hole transport block, a light emission block, and an electron transport block in order from the anode.
Item 5. Item 5. The organic electroluminescence device according to Item 4, wherein the hole transport block and the light emission block and / or the light emission block and the electron transport block have a gradient composition.
Item 6. The surface graft polymer is obtained by growing the polymer from the anode in the order of the hole transport block, the light emission block, and the electron transport block by living radical polymerization, or from the cathode substrate in the order of the electron transport block, the light emission block, and the hole transport block. A method for producing an organic electroluminescence device having an anode / surface graft polymer / cathode structure, characterized in that:

本発明による有機EL素子では、次に挙げる特性を持たせることが可能になる。
[1] 重合開始剤が常に表面にあるため、重合途中で仕込むモノマーを正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料と変化させることにより、高分子系でも「積層型」有機EL素子や「組成傾斜型」有機EL素子を実現できる。
[2] 電荷輸送、発光性官能基が透明電極−有機層界面および有機層−有機層界面を含めてすべて共有結合で繋がった構造を有するため、素子劣化の原因となっている、電極−有機層間の剥離、各有機層内および層間にわたっての材料拡散とそれに伴う界面の乱れの問題を解決できる。
[3] 立体規則性がアタクチックであるために結晶化せず、安定な非晶構造をもたせることができる。
[4] 高分子鎖が基板上に高密度にグラフトできるため、非晶状態にありながら電荷輸送、発光性官能基を高配向にできる。
[5] また、それに伴い電荷輸送性官能基間の距離を短くすることができ、電荷輸送特性を高めることができる。
[6] ピンホールフリーの膜を形成することができる。
The organic EL device according to the present invention can have the following characteristics.
[1] Since the polymerization initiator is always on the surface, changing the monomer charged in the middle of polymerization to a hole transport material, a light emitting material, and an electron transport material, even in polymer systems, “stacked” organic EL devices and “compositions” "Tilt-type" organic EL elements can be realized.
[2] Charge-transporting, luminescent functional groups, including the transparent electrode-organic layer interface and the organic layer-organic layer interface, all of which are connected by covalent bonds, causing the deterioration of the device. It is possible to solve the problems of delamination between layers, material diffusion in each organic layer and between layers, and associated interface disturbance.
[3] Since the stereoregularity is atactic, it does not crystallize and can have a stable amorphous structure.
[4] Since the polymer chain can be grafted on the substrate at a high density, the charge transporting and luminescent functional groups can be highly oriented while in an amorphous state.
[5] In addition, the distance between the charge transporting functional groups can be shortened accordingly, and the charge transport property can be improved.
[6] A pinhole-free film can be formed.

これらの特性により、優れた発光・電荷輸送能を有するとともに、劣化にも強い高分子系有機EL素子の実現を可能にする。   These characteristics make it possible to realize high-molecular organic EL devices that have excellent light emission and charge transport capabilities and are resistant to deterioration.

本発明における「表面グラフト重合による高分子系有機EL素子」は、ただ単に積層型や組成傾斜型を提供するだけではない。寿命に関しては、界面の剥離、材料の拡散、およびそれに基づく界面の乱れ、結晶化等の分子内・分子間構造の変化、ダークスポットの発生等、種々の要因が考えられるが、本発明の有機EL素子は、界面の剥離が起こりにくい、拡散が起こりにくい、ピンホールができにくい、等の観点から、素子寿命の抜本的改善が可能である。また、すべての有機材料が共有結合で繋がっているため安定な構造を有し、ガラス転移温度も高く、高配向であるとともに短い官能基間距離のために電荷輸送特性に優れるであろう。このように、「表面グラフト重合による高分子系有機EL素子」という一つのコンセプトにより、多岐に渡る利点が生じ、有機ELに対して、現在問題となっている種々の点を抜本的に改善できるものである。   The “polymer organic EL device by surface graft polymerization” in the present invention does not simply provide a laminated type or a composition gradient type. Regarding the lifetime, various factors such as interfacial debonding, material diffusion, and interface turbulence based on it, changes in intra- and intermolecular structures such as crystallization, and the occurrence of dark spots can be considered. EL elements can drastically improve the lifetime of the element from the viewpoints such as interface peeling, diffusion, and pinholes. In addition, since all organic materials are connected by covalent bonds, they have a stable structure, a high glass transition temperature, high orientation, and excellent charge transport properties due to short inter-functional group distances. In this way, a single concept of “polymer organic EL device by surface graft polymerization” brings about various advantages and can drastically improve various problems that are currently problematic for organic EL. Is.

本発明の表面グラフト高分子EL素子を示す。すべての有機材料が共有結合で透明電極に繋がっている。1 shows a surface graft polymer EL device of the present invention. All organic materials are covalently bonded to the transparent electrode. 本発明の新規表面グラフト有機EL素子の特徴を示す。The characteristics of the novel surface graft organic EL device of the present invention will be described. グラフトポリマーに使用される材料のエネルギーレベルEnergy level of the material used for the graft polymer (a) 電流密度vs電圧, (b) 輝度vs電圧, (c)電流効率vsデバイスF-Iについての電流密度。(a) Current density vs voltage, (b) Luminance vs voltage, (c) Current efficiency vs current density for device F-I. 電流密度vsデバイスX-Zについての電圧Voltage for current density vs. device X-Z

本発明の有機EL素子は、図1、図2に示すように、一対の電極と、これらの電極間に挟持された発光層(表面グラフトポリマー層)を有する構造の素子である。この発光層を構成する表面グラフトポリマーは、リビングラジカル重合により伸張することができる。表面グラフトポリマーは、発光ブロックを必ず含み、発光ブロックのみからなるポリマーであってもよく、発光ブロックに加えてさらに正孔輸送ブロック(発光ブロックの陽極側)と電子輸送ブロック(発光ブロックの陰極側)の一方または両方を含むものが好ましい。最も好ましくは(陽極)−(正孔輸送ブロック)−(発光ブロック)−(電子輸送ブロック)−(陰極)の構造を有する。場合によっては正孔注入ブロック、電子注入ブロック、正孔阻止ブロック、電子阻止ブロックを含んでいてもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the organic EL device of the present invention is a device having a structure having a pair of electrodes and a light emitting layer (surface graft polymer layer) sandwiched between these electrodes. The surface graft polymer constituting the light emitting layer can be stretched by living radical polymerization. The surface graft polymer may include a light-emitting block and may be a polymer composed of only the light-emitting block. In addition to the light-emitting block, the surface transport polymer further includes a hole transport block (anode side of the light-emitting block) and an electron transport block (cathode side of the light-emitting block). ) Are preferred. Most preferably, it has a structure of (anode)-(hole transport block)-(light emission block)-(electron transport block)-(cathode). In some cases, a hole injection block, an electron injection block, a hole blocking block, and an electron blocking block may be included.

本発明の表面グラフトポリマーは、正孔輸送ブロック/発光ブロック、発光ブロック/電子輸送ブロック、正孔輸送ブロック/発光ブロック/電子輸送ブロックにおいて、隣接するブロックの組成が明確に分かれていてもよく、隣接ブロックの境界付近では両方のブロックを構成する繰り返し単位が混在し、傾斜組成を有するものであってもよい。このような傾斜組成は、隣接するブロックを構成するモノマーを傾斜組成で基板に供給すればよい。このような傾斜組成でのモノマー供給は、例えば傾斜組成の複数のモノマー溶液に電極基板を順に浸漬してリビングラジカル重合する方法、例えば、Adv. Polym. Sci. 197, 1-45 (2006)に記載の方法により実現できる。   In the surface graft polymer of the present invention, in the hole transport block / light-emitting block, light-emitting block / electron transport block, hole transport block / light-emitting block / electron transport block, the composition of adjacent blocks may be clearly separated, Near the boundary between adjacent blocks, the repeating units constituting both blocks may be mixed and have a gradient composition. In such a gradient composition, the monomer constituting the adjacent block may be supplied to the substrate with the gradient composition. Monomer supply with such a gradient composition is performed by, for example, a method of living radical polymerization by sequentially immersing an electrode substrate in a plurality of monomer solutions having a gradient composition, for example, Adv. Polym. Sci. 197, 1-45 (2006). It can be realized by the method described.

本発明の有機ELデバイスは、EL発光素子と、それを駆動するためのトランジスタを含む。本発明の有機ELデバイスは、ボトムエミッション方式であっても、トップエミッション方式のいずれであってもよい。ボトムエミッション方式とは発光層からの光を、基板を通して取り出す方式である。トップエミッション方式とは発光層からの光を、基板とは反対側の封止膜を通して取り出す方式である。   The organic EL device of the present invention includes an EL light emitting element and a transistor for driving the EL light emitting element. The organic EL device of the present invention may be either a bottom emission system or a top emission system. The bottom emission method is a method for extracting light from the light emitting layer through the substrate. The top emission method is a method in which light from the light emitting layer is extracted through a sealing film on the side opposite to the substrate.

正孔輸送ブロック、発光ブロック、電子輸送ブロックの各ブロックの厚さは特に限定されないが、例えば、1nm〜400nm程度、好ましくは2nm〜200nm程度であってもよい。また、表面グラフトポリマー層全体の厚さは、5〜1000nm程度、より好ましくは10〜800nm程度、さらに好ましくは20〜400nm程度である。   The thickness of each of the hole transport block, the light emission block, and the electron transport block is not particularly limited, but may be, for example, about 1 nm to 400 nm, preferably about 2 nm to 200 nm. The thickness of the entire surface graft polymer layer is about 5 to 1000 nm, more preferably about 10 to 800 nm, and still more preferably about 20 to 400 nm.

有機EL発光素子の電極の材質は、有機ELデバイスがボトムエミッション方式であるのか、トップエミッション方式であるのかによって、適切な材質が異なる。   The material of the electrode of the organic EL light emitting element differs depending on whether the organic EL device is a bottom emission method or a top emission method.

本発明で使用する一対の電極は、両方が透明電極であってもよく、一方が透明電極であり、他方が反射電極であってもよい。透明電極の材質の例にはITOおよびIZOが含まれる。反射電極は、複数の部分電極から形成され、高反射率の金属、アモルファス合金、微結晶性合金を用いて形成されることが好ましい。高反射率の金属は、Al、Ag、Mo、W、Ni、Crなどを含む。高反射率のアモルファス合金は、NiP、NiB、CrPおよびCrBなどを含む。高反射率の微結晶性合金は、NiAlなどを含む。反射電極を陽極として用いてもよいし、陰極として用いてもよい。反射電極を陽極として用いる場合、前述の高反射率材料の上に、SnO2、In23、ITO、IZO、ZnO:Alなどの導電性金属酸化物を積層して、有機EL層に対する正孔注入効率を向上させてもよい。反射電極を陰極として用いる場合には、反射電極と接触する有機EL層の構成層を電子注入層として、有機EL層に対する電子注入の効率を向上させてもよい。 Both of the pair of electrodes used in the present invention may be transparent electrodes, one may be a transparent electrode, and the other may be a reflective electrode. Examples of the material of the transparent electrode include ITO and IZO. The reflective electrode is preferably formed from a plurality of partial electrodes, using a highly reflective metal, amorphous alloy, or microcrystalline alloy. High reflectivity metals include Al, Ag, Mo, W, Ni, Cr, and the like. High reflectivity amorphous alloys include NiP, NiB, CrP, CrB, and the like. The highly reflective microcrystalline alloy includes NiAl and the like. The reflective electrode may be used as an anode or a cathode. When the reflective electrode is used as an anode, a conductive metal oxide such as SnO 2 , In 2 O 3 , ITO, IZO, ZnO: Al is laminated on the above-described high reflectivity material, and the positive electrode with respect to the organic EL layer is formed. The hole injection efficiency may be improved. When using a reflective electrode as a cathode, you may improve the efficiency of the electron injection with respect to an organic EL layer by using the structure layer of the organic EL layer which contacts a reflective electrode as an electron injection layer.

本発明のリビングラジカル重合は、重合開始剤を用いて行う。重合開始剤としては、熱によりラジカルを発生させるものが好ましく、例えばTEMPO系、ATRP系、RAFT系、RTCP系が挙げられ、TEMPO系、RAFT系、RTCP系がより好ましい。RTCP系は、本発明者らにより開発された[Goto et al., J. Am . Chem. Soc. 129, 13347 (2007)]。TEMPO系の中では、特にDEPN系が好ましい。重合開始剤は、リビングラジカル重合の重合点を提供するラジカル発生基と電極に結合可能な基を有する。   The living radical polymerization of the present invention is performed using a polymerization initiator. As the polymerization initiator, those that generate radicals by heat are preferable, and examples thereof include TEMPO, ATRP, RAFT, and RTCP systems, and TEMPO, RAFT, and RTCP systems are more preferable. The RTCP system was developed by the present inventors [Goto et al., J. Am. Chem. Soc. 129, 13347 (2007)]. Among TEMPO systems, DEPN system is particularly preferable. The polymerization initiator has a radical generating group that provides a polymerization point for living radical polymerization and a group that can bind to the electrode.

リビングラジカル重合のラジカル発生基には、以下のようなキャッピング剤を有するものが知られている:   As radical generating groups for living radical polymerization, those having the following capping agents are known:

Figure 2010218984
Figure 2010218984

キャッピング剤としては、上記と同様なキャッピング剤を広く用いることができる。   As the capping agent, a capping agent similar to the above can be widely used.

本発明のリビングラジカル重合に用いられる具体的な重合開始剤を以下に例示する:   Specific polymerization initiators used in the living radical polymerization of the present invention are exemplified below:

Figure 2010218984
Figure 2010218984

重合開始剤I(a)はBeyouら[Macromolecules 36, 7946 (2003)]により合成されたものであるが、この重合開始剤は、メチレン鎖CH2が10個連なっており、上記重合開始剤I(b)に示されるようにメチレン鎖を4個に短くした重合開始剤は、正孔注入効率の改善が見込まれる。メチレン鎖をさらに短くすることで、正孔注入効率をさらに改善することが可能である。 The polymerization initiator I (a) was synthesized by Beyou et al. [Macromolecules 36, 7946 (2003)]. This polymerization initiator is composed of 10 methylene chain CH 2, and the polymerization initiator I As shown in (b), the polymerization initiator having four methylene chains shortened is expected to improve the hole injection efficiency. It is possible to further improve the hole injection efficiency by further shortening the methylene chain.

重合開始剤II(a)、(b)の材料は、文献 [Yan, Marks et al., J. Am. Chem. Soc. 127, 3172 (2005); Ganzorig, Fujihira et al., Appl. Phys. Lett., 79, 272 (2001)] で用いられている材料に、リビングラジカルの重合開始剤DEPNを修飾したものである。上記文献では、これらの材料をITO表面に修飾することにより、低分子系有機ELの発光閾値電圧および輝度の改善が達成される。このことから、これらの開始剤の利用により、通常より低電圧で輝度に優れた表面グラフト素子の実現が可能になる。   The materials for the polymerization initiators II (a) and (b) are described in the literature (Yan, Marks et al., J. Am. Chem. Soc. 127, 3172 (2005); Ganzorig, Fujihira et al., Appl. Phys. Lett., 79, 272 (2001)] is a material obtained by modifying a living radical polymerization initiator DEPN. In the above-mentioned document, by modifying these materials on the ITO surface, the emission threshold voltage and the luminance of the low molecular weight organic EL can be improved. For this reason, the use of these initiators makes it possible to realize a surface graft device having a lower voltage than the usual and excellent in luminance.

本発明において、重合開始剤をITOなどの電極に結合させた後、超音波洗浄を行うことにより、電流密度が二桁も上昇することが明らかになった。本発明の製造方法において、超音波洗浄を実施してからグラフト重合を行い素子を作製することで、より優れた素子特性が得られる。   In the present invention, it has been clarified that the current density is increased by two orders of magnitude by performing ultrasonic cleaning after bonding a polymerization initiator to an electrode such as ITO. In the production method of the present invention, by performing ultrasonic polymerization and then performing graft polymerization to produce an element, more excellent element characteristics can be obtained.

本発明の重合開始剤は、上記のように、電極に結合可能な基(例えばSiCl3、Si(CH3)Cl2、Si(CH3) 2Cl、Si(OR)3(式中、Rはメチル、エチル、プロピルまたはブチルを示す))と、ラジカル発生基{例えばDEPN:(CH3)3 C -N(O・)-CH(PO(OEt)2)-C((CH3)3) を含むTEMPO系、ATRP系、RAFT系、RTCP系など}の2種類の基を有するものであれば特に限定されず、上記以外の重合開始剤を広く包含する。重合開始剤の電極に結合可能な基と電極の反応は、必要に応じて酸または塩基触媒の存在下に、水またはアルコール(メタノール、エタノール、プロパノールなど)または有機溶媒を溶媒として用いて反応させることにより行うことができ、重合開始剤を電極に結合させることができる。例えば、アンモニア水溶液を加えたTHFを溶媒として用いることができる。 As described above, the polymerization initiator of the present invention is a group (for example, SiCl 3 , Si (CH 3 ) Cl 2 , Si (CH 3 ) 2 Cl, Si (OR) 3 (wherein R Represents methyl, ethyl, propyl or butyl)) and radical generating groups (eg DEPN: (CH 3 ) 3 C—N (O ·) —CH (PO (OEt) 2 ) —C ((CH 3 ) 3 ) Containing two types of groups such as TEMPO, ATRP, RAFT, RTCP, and the like} including polymerization initiators other than those described above. The reaction between the group capable of binding to the electrode of the polymerization initiator and the electrode is carried out using water or alcohol (methanol, ethanol, propanol, etc.) or an organic solvent as a solvent in the presence of an acid or base catalyst as necessary. The polymerization initiator can be bound to the electrode. For example, THF added with an aqueous ammonia solution can be used as a solvent.

重合開始剤のラジカル発生基の活性化の主な機構として4つが提案されている。第一は、P-Xの熱解離あるいは光解離機構であり、第二は、P・がP-XのXを引き抜く交換連鎖移動機構であり、第三は、遷移金属などがP-Xの活性化剤Aとして働く原子移動機構であり、第四は、 非遷移金属化合物への可逆的な連鎖移動機構で、非遷移金属ラジカルA・がP-Xの活性化剤として働く機構である。   Four mechanisms have been proposed as main mechanisms for activating radical generating groups of the polymerization initiator. The first is the thermal dissociation or photodissociation mechanism of PX, the second is the exchange chain transfer mechanism in which P · pulls out X of PX, and the third is the transition metal, etc., that acts as activator A for PX The fourth is the mechanism of reversible chain transfer to non-transition metal compounds. The fourth is a mechanism in which the non-transition metal radical A. acts as an activator of PX.

DEPNなどのニトロキシル系は、(a)熱解離を唯一重要な活性化機構として含む。重合は熱で誘起される。テルルとビスマス系では、(a)熱解離と(b)交換連鎖移動が共存し、(b)交換連鎖移動が主な機構である。重合は、熱あるいは、 P・を供給するラジカル開始剤(アゾ化合物、過酸化物)で誘起される。ジチオエステル(RAFT)、ヨウ素、アンチモン系は、(b)交換連鎖移動を唯一重要な活性化機構として含む。重合は、ラジカル開始剤(アゾ化合物、過酸化物)で誘起される。臭素/銅錯体系(ATRP)は、(c)原子移動を唯一重要な活性化機構として含む。重合は、触媒の添加で誘起される。ヨウ素/ゲルマニウム、リン、窒素あるいは酸素化合物系(RTCP)では、(b)交換連鎖移動と(d)可逆連鎖移動が共存し、(d)可逆連鎖移動が主な機構である。重合は、ラジカル開始剤(アゾ化合物、過酸化物)と触媒の添加で、誘起される。   Nitroxyl systems such as DEPN include (a) thermal dissociation as the only important activation mechanism. Polymerization is induced by heat. In tellurium and bismuth systems, (a) thermal dissociation and (b) exchange chain transfer coexist, and (b) exchange chain transfer is the main mechanism. Polymerization is induced by heat or a radical initiator (azo compound, peroxide) that supplies P ·. Dithioester (RAFT), iodine, and antimony systems include (b) exchange chain transfer as the only important activation mechanism. The polymerization is induced with a radical initiator (azo compound, peroxide). The bromine / copper complex system (ATRP) contains (c) atom transfer as the only important activation mechanism. Polymerization is induced by the addition of a catalyst. In iodine / germanium, phosphorus, nitrogen or oxygen compound systems (RTCP), (b) exchange chain transfer and (d) reversible chain transfer coexist, and (d) reversible chain transfer is the main mechanism. Polymerization is induced by the addition of a radical initiator (azo compound, peroxide) and a catalyst.

Figure 2010218984
Figure 2010218984

重合開始剤の量は、モノマー1分子に対して0.00001〜0.1当量程度になる量であるのが好ましい。これにより、重合開始剤を十分に作用させることができるとともに、過剰な重合開始剤の使用を抑制することができる。また、重合温度は、溶媒の種類にもよるが、通常60〜180℃程度、好ましくは70〜150℃程度、より好ましくは80〜140℃程度である。溶媒としては、モノマーを溶解できるものであれば特に限定されず、トルエン、キシレン、アニソールなどの芳香族炭化水素類、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロルエタンなどの塩素化炭化水素類、DMF,DMSO、N−メチルピロリドンなどが挙げられ、反応温度、モノマーの溶解性などに応じて適宜選択できる。   The amount of the polymerization initiator is preferably such that it is about 0.00001 to 0.1 equivalent to one monomer molecule. Thereby, while being able to fully act a polymerization initiator, use of an excessive polymerization initiator can be controlled. The polymerization temperature is usually about 60 to 180 ° C, preferably about 70 to 150 ° C, more preferably about 80 to 140 ° C, although it depends on the type of solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the monomer. Aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and anisole, chlorinated hydrocarbons such as chloroform, carbon tetrachloride and 1,2-dichloroethane, DMF , DMSO, N-methylpyrrolidone and the like, which can be appropriately selected depending on the reaction temperature, the solubility of the monomer, and the like.

電極に結合した上記重合開始剤に、正孔輸送ブロックのモノマー、発光ブロックのモノマー、電子輸送ブロックのモノマーなどを順次反応させて、本発明の表面グラフトポリマーを得ることができる。   A surface graft polymer of the present invention can be obtained by sequentially reacting a monomer for a hole transport block, a monomer for a light-emitting block, a monomer for an electron transport block, and the like with the polymerization initiator bonded to the electrode.

正孔輸送ブロックに使用可能なモノマーとしては、(正孔輸送材料)−CH=CH2で表される基が挙げられ、ここで(正孔輸送材料)は、有機EL素子で正孔輸送材料として使用できるものは全て含まれる。同様に、発光ブロックに使用可能なモノマー、電子輸送ブロックに使用可能なモノマーとしては、(発光材料)−CH=CH2で表されるモノマー、(電子輸送材料)−CH=CH2で表されるモノマーが各々挙げられ、ここで(発光材料)、(電子輸送材料)は、各々有機EL素子で発光材料、電子輸送材料として使用できるものは全て含まれる。 Examples of the monomer that can be used in the hole transport block include a group represented by (hole transport material) -CH = CH 2 , where (hole transport material) is a hole transport material in an organic EL element. Anything that can be used as is included. Similarly, the monomer that can be used for the light-emitting block and the monomer that can be used for the electron-transport block are (light-emitting material) -mon represented by CH = CH 2 and (electron-transport material) -CH = CH 2 Here, the (light emitting material) and the (electron transport material) include all of those that can be used as the light emitting material and the electron transport material in the organic EL device, respectively.

正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料に対するビニル基(−CH=CH2)の導入は、当業者であれば常法に従い実施することができ、例えば実施例のスキーム1〜3の記載に従い行うことができる。 Introduction of a vinyl group (—CH═CH 2 ) into a hole transport material, a light emitting material, or an electron transport material can be carried out by those skilled in the art according to a conventional method. For example, according to the description of Schemes 1 to 3 in the Examples. It can be carried out.

本発明に用いる(正孔輸送材料)、(電子輸送材料)、(発光材料)には、低分子系有機ELで用いられている材料すべてが利用可能である。一例を以下に示す。以下の材料にビニル基を結合させたものをモノマーとして用いる。ビニル基を結合させる位置は任意である。   For the (hole transport material), (electron transport material), and (light emitting material) used in the present invention, all materials used in low molecular organic EL can be used. An example is shown below. A material obtained by bonding a vinyl group to the following materials is used as a monomer. The position at which the vinyl group is bonded is arbitrary.

Figure 2010218984
Figure 2010218984

(Xは、NあるいはBあるいはP原子を表す。R1, R2は、一価あるいは二価の有機基(例えばアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アラルキル、R1とR2が一緒になってフルオレン骨格を有する基を表す。)
アルキル基としては、メチル、エチル、イソプロピルなどの炭素数1〜6の直鎖または分枝を有するアルキル基が挙げられ、アルケニル基としては、ビニル、アリルなどの炭素数2〜6のアルケニル基が挙げられ、アルキニル基としてはエチニル基、プロピニル基などの炭素数2〜6のアルキニル基が挙げられ、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基などが挙げられ、アラルキル基としてはベンジル基、フェネチル基が挙げられる。R1とR2が一緒になってフルオレン骨格を有する基を表す場合、上記(B)の化合物はフルオレン骨格を2つ有する対称構造の化合物となる。
(X represents an N, B, or P atom. R 1 and R 2 are monovalent or divalent organic groups (eg, alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, aralkyl, R 1 and R 2 together) Represents a group having a fluorene skeleton.)
Examples of the alkyl group include linear or branched alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl, ethyl, and isopropyl. Examples of the alkenyl group include alkenyl groups having 2 to 6 carbon atoms such as vinyl and allyl. Examples of the alkynyl group include alkynyl groups having 2 to 6 carbon atoms such as ethynyl group and propynyl group. Examples of the aryl group include phenyl group and naphthyl group. Examples of the aralkyl group include benzyl group and phenethyl group. Is mentioned. When R1 and R2 together represent a group having a fluorene skeleton, the compound (B) is a compound having a symmetric structure having two fluorene skeletons.

上記以外の発光材料、正孔輸送材料、電子輸送材料に関しては、例えば、
有機ELのデバイス物理・材料化学・デバイス応用, シーエムシー出版 (2007).
有機エレクトロニクスの展開 最新開発状況と実用化への課題, 情報機構 (2007).
有機ELディスプレイ, オーム社 (平成16年).
有機ELのはなし, 日刊工業新聞社 (2003).
有機EL材料とディスプレイ, シーエムシー出版 (2001).
化学工業, 化学工業社, 59, (2008).
に記載されるものが例示され、これらはその全体が本明細書に参考として援用される。
For other light emitting materials, hole transport materials, and electron transport materials, for example,
Organic EL device physics / material chemistry / device application, CM Publishing (2007).
Development of organic electronics Latest development status and issues for practical application, Information Organization (2007).
Organic EL display, Ohmsha (2004).
Story of organic EL, Nikkan Kogyo Shimbun (2003).
Organic EL materials and displays, CM Publishing (2001).
Chemical industry, Chemical industry, 59, (2008).
Are described in their entirety and are hereby incorporated by reference in their entirety.

正孔輸送ブロックに使用可能なモノマー、発光ブロックに使用可能なモノマー、電子輸送ブロックに使用可能なモノマーの好ましい例を以下に例示する。   Preferable examples of the monomer that can be used for the hole transport block, the monomer that can be used for the light emission block, and the monomer that can be used for the electron transport block are shown below.

Figure 2010218984
Figure 2010218984

上記の正孔輸送材料において、TPAはTPDよりも再配列エネルギーが小さく、良好な正孔輸送特性を有することが期待できる。通常、TPAは結晶化しやすく、均一な蒸着膜が形成できないために有機EL素子には用いられていないが、本研究では、アタクチック高分子の側鎖に導入するためTPAでも結晶化せず、均一な膜の形成が可能である。   In the hole transport material described above, TPA has a smaller rearrangement energy than TPD and can be expected to have good hole transport properties. In general, TPA is not used in organic EL devices because it is easily crystallized and a uniform vapor deposition film cannot be formed. However, in this study, it is introduced into the side chain of an atactic polymer, so it does not crystallize even in TPA. A simple film can be formed.

上記のモノマーの他に、溶媒への溶解度が向上した以下のモノマーを使用することもできる:   In addition to the above monomers, the following monomers with improved solubility in solvents can also be used:

Figure 2010218984
Figure 2010218984

上記のように、ベンゼン環の数を減少させるか、ベンゼン環に置換基を導入することで溶媒への溶解度を向上させることができる。モノマー及びポリマーの溶解度が向上することで、ポリマーのより大きな重合度ないし分子量を達成することができる。このようにポリマーの重合度ないし分子量を高めることで、表面グラフト重合層を厚膜化することができる。   As described above, the solubility in a solvent can be improved by reducing the number of benzene rings or introducing a substituent into the benzene ring. By increasing the solubility of the monomer and polymer, a higher degree of polymerization or molecular weight of the polymer can be achieved. Thus, the surface graft polymerization layer can be thickened by increasing the polymerization degree or molecular weight of the polymer.

なお、本発明で使用する正孔輸送ブロックのモノマー、発光ブロックのモノマー、電子輸送ブロックのモノマーなどの各種モノマーは、各々単独で用いてもよく、各種モノマーを2種以上組み合わせて用いてもよい。   Various monomers such as a hole transport block monomer, a light emission block monomer, and an electron transport block monomer used in the present invention may be used alone or in combination of two or more. .

上記のようなモノマーを用いてリビングラジカル重合を行うと、正孔輸送ブロック、発光ブロック、電子輸送ブロックが結合した表面グラフトポリマーを得ることができる。   When living radical polymerization is performed using the above monomers, a surface graft polymer in which a hole transport block, a light emission block, and an electron transport block are bonded can be obtained.

本発明における発光ブロックの好ましい正孔輸送材料と電子輸送材料のモル比は、正孔輸送材料:電子輸送材料=10:1〜1:10、好ましくは8:1〜1:8、より好ましくは6:1〜1:6、さらに好ましくは4:1〜1:4である。また、バイポーラー性を有する材料の使用も可能である。発光材料は、正孔輸送材料と電子輸送材料の合計量に対し好ましくは0.5〜50モル%、好ましくは1〜40モル%程度、より好ましくは2〜30モル%程度、さらに好ましくは3〜20モル%程度である。   In the present invention, the preferred hole transport material to electron transport material molar ratio of the light-emitting block is hole transport material: electron transport material = 10: 1 to 1:10, preferably 8: 1 to 1: 8, more preferably. 6: 1 to 1: 6, more preferably 4: 1 to 1: 4. In addition, it is possible to use a bipolar material. The light emitting material is preferably 0.5 to 50 mol%, preferably about 1 to 40 mol%, more preferably about 2 to 30 mol%, and still more preferably 3 to the total amount of the hole transport material and the electron transport material. It is about ~ 20 mol%.

本発明の表面グラフトポリマーは、ビニル基の重合体を骨格とし、これに電荷輸送性官能基、発光性官能基がグラフトされた構造を有する。主鎖はメチレン連鎖で結合しているため非晶状態を保ちながら、基板に対して配列し、したがって、側鎖の官能基は平均として基板に対して平行に配向すると予想される(図1)。また、共有結合で繋がっている効果に加え、非晶としては高い配向度のために、官能基間の距離は低分子系の場合や通常のスピンコート法で作製された高分子膜の場合より短く、官能基はより平面的な構造をとっていると予想される。理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らはこれらの構造的な特徴により、本発明のポリマーが有機EL素子として優れた性質を有するものと考えている。   The surface graft polymer of the present invention has a structure in which a polymer of a vinyl group is used as a skeleton, and a charge transporting functional group and a light emitting functional group are grafted thereon. Since the main chain is linked by a methylene chain, it is arranged with respect to the substrate while maintaining an amorphous state, and therefore, the functional groups of the side chain are expected to be oriented parallel to the substrate on average (Figure 1). . In addition to the effects of covalent bonds, the amorphous structure has a high degree of orientation, so the distance between functional groups is lower than that of low molecular weight systems or polymer films prepared by ordinary spin coating methods. Short and functional groups are expected to have a more planar structure. Although not wishing to be bound by theory, the present inventors believe that the polymer of the present invention has excellent properties as an organic EL device due to these structural features.

本発明の表面グラフトポリマーは、分子量が1万以上、好ましくは1万〜1000万程度、より好ましくは2万〜500万程度である。また、表面グラフトポリマーの多分散度(Mw/Mn)は、1.8以下、好ましく1.6以下、より好ましくは1.4以下、特に好ましくは1.2以下である。   The surface graft polymer of the present invention has a molecular weight of 10,000 or more, preferably about 10,000 to 10,000,000, more preferably about 20,000 to 5,000,000. Further, the polydispersity (Mw / Mn) of the surface graft polymer is 1.8 or less, preferably 1.6 or less, more preferably 1.4 or less, and particularly preferably 1.2 or less.

本発明において、正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料が明確な界面を有する素子のみでなく、仕込むモノマーの組成を徐々に変化させることにより組成を傾斜させた素子の創製が可能である。この組成傾斜素子の作製により、素子のHOMO, LUMOをスムースに変化させ、特性向上を図ることができる。   In the present invention, not only a device having a clear interface between a hole transport material, a light emitting material, and an electron transport material, but also a device having an inclined composition can be created by gradually changing the composition of the monomer to be charged. By making this composition gradient element, the HOMO and LUMO of the element can be changed smoothly to improve the characteristics.

本発明のポリマーには、正孔、電子ともに輸送できるバイポーラー性を有する材料を使用することができ、このような材料を使用することで、さらにポリマーの特性を向上させることができる。   For the polymer of the present invention, a bipolar material that can transport both holes and electrons can be used. By using such a material, the properties of the polymer can be further improved.

本発明の発光材料は種々のイリジウム錯体を用いることができる。特に、イリジウム錯体に種々の官能基を導入することで、赤、青、緑の色を有する発光材料モノマーを得ることができる。このような発光材料を含むポリマーをITOなどの電極基板上に並べることで、RGBが塗り分けられた有機EL素子を得ることができる。     Various iridium complexes can be used for the light emitting material of the present invention. In particular, by introducing various functional groups into an iridium complex, a light emitting material monomer having red, blue, and green colors can be obtained. By arranging such a polymer containing a light emitting material on an electrode substrate such as ITO, an organic EL element in which RGB is separately applied can be obtained.

本発明での表面グラフト素子をディスプレイに展開する際、RGBの塗りわけが必要となる。red-green-blue (RGB)の塗りわけのためには、これまでの重合開始剤DEPNを用いたTEMPO (nitroxide)系のみでなく、あと二種の重合系が必要である。RGBの塗り分けは、例えば、ニトロキシル(熱で重合を誘起)、RAFT(ラジカル開始剤で重合を誘起)、ATRP(遷移金属触媒で重合を誘起)、RTCP(ラジカル開始剤と非金属触媒の組み合わせで重合を誘起)の組み合わせなどが挙げられる。この塗り分けは、具体的にはインクジェットの技術を用いて、基板表面に上述のTEMPO系、RAFT系、RTCP系の開始剤をパターニングすることにより、RGBの塗りわけを進めることができる。より具体的には、異なる条件で活性化できる3種の重合開始剤をインクジェット棟の印刷技術により塗り分け、各重合開始剤に対し、発光材料モノマーとして赤、青、緑の3色に対応するモノマーをリビングラジカル重合により伸張していくことで、塗り分けた3つのパターンに対応する3色のポリマーが生成する。上記以外にも、カラーフィルターを有機EL素子に適用してカラーディスプレイとすることもできる。   When the surface graft element according to the present invention is developed on a display, RGB coating is required. In order to coat red-green-blue (RGB), not only the TEMPO (nitroxide) system using the conventional polymerization initiator DEPN but also two other polymerization systems are required. For example, nitroxyl (polymerization induced by heat), RAFT (polymerization induced by radical initiator), ATRP (polymerization induced by transition metal catalyst), RTCP (combination of radical initiator and nonmetal catalyst) And the like). Specifically, the application of RGB can be performed by patterning the above-described TEMPO-based, RAFT-based, and RTCP-based initiators on the surface of the substrate using an inkjet technique. More specifically, three kinds of polymerization initiators that can be activated under different conditions are separately applied by the printing technology of the ink jet tower, and each polymerization initiator corresponds to three colors of red, blue, and green as light emitting material monomers. By extending the monomers by living radical polymerization, polymers of three colors corresponding to the three painted patterns are generated. In addition to the above, a color display can be formed by applying a color filter to an organic EL element.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
実施例1
2. 方法
2.1. モノマー合成
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited by these Examples.
Example 1
2. Method
2.1. Monomer synthesis

Figure 2010218984
Figure 2010218984

正孔輸送材料である分子1 (v-TPA) を4-bromostyreneとdiphenylamineのUllmann反応により合成した (Scheme 1)。りん光発光材料である分子2 [Ir(ppy)2vppy] は、IrCl3・3H2Oと2-phenylpyridineからClにより架橋されたIr二量体である[Ir(ppy)2Cl]2を合成し、それに続く2-(4-vinylphenyl)pyridineと[Ir(ppy)2Cl]2のオルトメタル化反応により合成した(Scheme 2) 4, 5。電子輸送性材料である分子3 (v-PBD) は、2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazoleをFriedel-Crafts反応によりアシル化した後、還元、脱水することにより合成した (Scheme 3) 6。また図2に示したDEPNは、2,2-dimethyl-1-(1,1-dimethylethylamino) propyldiethylphosphonateにmetachloromethaneを加えて酸化させることにより合成した。ラジカル開始剤4はDEPNとpentamethyldiethylenetriamineに銅、一価の臭化銅を加えた原子移動ラジカル付加反応により合成した。開始基5は、2-bromo-2-phenylethanolと4-pentenoyl chlorideによるエステル化を行った後、ラジカル開始剤4の合成と同様の手順でDEPNを付加し、triethoxysilaneを用いたヒドロシリル化反応によって合成した。
2.2. 表面開始リビングラジカル重合(表面開始LRP)
Molecule 1 (v-TPA), a hole transport material, was synthesized by Ullmann reaction of 4-bromostyrene and diphenylamine (Scheme 1). Molecule 2 [Ir (ppy) 2 vppy], a phosphorescent material, is an Ir dimer [Ir (ppy) 2 Cl] 2 cross-linked with Cl from IrCl 3 • 3H 2 O and 2-phenylpyridine. Synthesized and then synthesized by orthometalation reaction of 2- (4-vinylphenyl) pyridine and [Ir (ppy) 2 Cl] 2 (Scheme 2) 4, 5 . Molecule 3 (v-PBD), which is an electron transporting material, is obtained by acylating 2- (4-biphenyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole by Friedel-Crafts reaction. Synthesized by reduction, dehydration (Scheme 3) 6 . The DEPN shown in FIG. 2 was synthesized by adding metachloromethane to 2,2-dimethyl-1- (1,1-dimethylethylamino) propyldiethylphosphonate and oxidizing it. The radical initiator 4 was synthesized by an atom transfer radical addition reaction in which copper and monovalent copper bromide were added to DEPN and pentamethyldiethylenetriamine. Initiating group 5 was synthesized by hydrosilylation reaction using triethoxysilane after esterification with 2-bromo-2-phenylethanol and 4-pentenoyl chloride, followed by addition of DEPN in the same manner as the synthesis of radical initiator 4. did.
2.2. Surface initiated living radical polymerization (surface initiated LRP)

Figure 2010218984
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開始基5、NH3 aq.を含むTHF溶液に、UV-ozone処理を施したITO基板を24 時間浸漬することにより、開始基5をITO基板表面に結合させた。得られた基板をクロロホルムでゆすぎ洗いし、分子1-3、ラジカル開始剤4、およびアニソールとともにこの基板をパイレックス(登録商標)管に入れ、凍結・脱気を3回繰り返した後、減圧状態を保ったまま封管した。分子1-3のモル比は表1に示した。ラジカル開始剤4は、これらの分子に対して1/500当量、アニソールの量は1-4に対して800wt%である。震盪下、100 oCで24時間反応させることにより表面開始LRPを行った。
2.3. 有機EL素子の作製
重合後の基板をクロロホルムで30分間超音波洗浄した後、溶媒を除去するため減圧下100 oCで1時間熱処理し、室温まで徐冷した。真空(2.0 - 3.0×10-4 Pa)下において、グラフト高分子層上にBCPおよびAlq3 をそれぞれ蒸着速度 0.15 - 0.25 nm・s-1、0.25 - 0.35 nm・s-1で成膜した。続いて、一度大気暴露した後、金属チャンバーに基板を移し、1.0 - 3.0×10-3 PaにてCs2CO3 (電子注入層) を0.01 nm・s-1で成膜した後、陰極としてAlを0.02 - 0.2 nm・s-1で成膜した。作製された素子構造は、ITO / graft copolymer / BCP 25 nm / Alq3 40 nm / Cs2CO3 1.5 nm / Alである。このようにして得られた有機EL素子 (発光面:1×2 mm) に対して電流密度-電圧-輝度特性の評価を行った。また、 ITO / a-NPD (図3) 100 nm / Al、 ITO / 開始基5 (浸漬後、ゆすぎ洗い) / a-NPD 100 nm / Al、 および ITO / 開始基5 (浸漬後、超音波洗浄) / a-NPD100 nm / Al の3種の素子 (発光面:2×2 mm) を作製し、電流密度-電圧特性の評価を行った。
The ITO substrate treated with UV-ozone was immersed in a THF solution containing the initiating group 5 and NH 3 aq. For 24 hours to bind the initiating group 5 to the ITO substrate surface. The obtained substrate was rinsed with chloroform, and this substrate was placed in a Pyrex (registered trademark) tube together with molecules 1-3, radical initiator 4, and anisole. After repeating freezing and degassing three times, the reduced pressure state was changed. Sealed while keeping. The molar ratio of molecules 1-3 is shown in Table 1. The radical initiator 4 is 1/500 equivalent to these molecules, and the amount of anisole is 800 wt% with respect to 1-4. Surface-initiated LRP was performed by reacting at 100 ° C. for 24 hours under shaking.
2.3. Fabrication of organic EL device The polymerized substrate was ultrasonically washed with chloroform for 30 minutes, and then heat-treated at 100 ° C. under reduced pressure for 1 hour to remove the solvent, and then gradually cooled to room temperature. Under vacuum (2.0-3.0 × 10 −4 Pa), BCP and Alq 3 were deposited on the graft polymer layer at vapor deposition rates of 0.15 to 0.25 nm · s −1 and 0.25 to 0.35 nm · s −1 , respectively. Subsequently, after once exposed to the atmosphere, the substrate was transferred to a metal chamber, and Cs 2 CO 3 (electron injection layer) was formed at 0.01 nm · s −1 at 1.0-3.0 × 10 −3 Pa, and then used as a cathode. Al was deposited at 0.02-0.2 nm · s -1 . The fabricated device structure is ITO / graft copolymer / BCP 25 nm / Alq 3 40 nm / Cs 2 CO 3 1.5 nm / Al. The thus obtained organic EL device (light emitting surface: 1 × 2 mm) was evaluated for current density-voltage-luminance characteristics. Also, ITO / a-NPD (Figure 3) 100 nm / Al, ITO / initiating group 5 (after immersion, rinsed) / a-NPD 100 nm / Al, and ITO / initiating group 5 (after immersion, ultrasonic cleaning ) / a-NPD100 nm / Al 3 devices (light emitting surface: 2 × 2 mm) were fabricated and the current density-voltage characteristics were evaluated.

3. 結果と考察
表1に表面開始LRPにより得られた高分子のGPC測定の結果を示す。なおこの測定には、アニソールに溶解している、ITO基板に直接結合していないフリーの高分子を用いた。今回検討を行った表面開始LRPにより、重量平均分子量数万の高分子が分子量分布指数 (PDI) 1.30-1.69で得られた。v-TPAのホモポリマーである高分子Jに対しては、やや小さいPDI値が得られたが、高分子A-Iに関してはモノマーのモル比と分子量、PDIの間に明確な相関は見られなかった。
3. Results and Discussion Table 1 shows the results of GPC measurement of polymers obtained by surface-initiated LRP. For this measurement, free polymer dissolved in anisole and not directly bonded to the ITO substrate was used. The surface-initiated LRP studied this time gave a polymer with a weight average molecular weight of several tens of thousands with a molecular weight distribution index (PDI) of 1.30-1.69. For polymer J, which is a homopolymer of v-TPA, a slightly smaller PDI value was obtained, but for polymer AI, there was no clear correlation between monomer molar ratio, molecular weight, and PDI. .

Figure 2010218984
Figure 2010218984

表2に表面開始LRPを行った基板を用いて作製した素子の特性を示す。太字のアルファベットはそれぞれ表1の高分子に対応する。素子特性についてBとG、およびDとIの比較により、正孔輸送材料であるv-TPAと電子輸送材料であるv-PBDのモル比が1 : 1および1 : 4のいずれの場合においても、ドーパントであるIr(ppy)2vppyが1 mol%から3 mol%に増加することにより、高輝度化することが明らかである。これはりん光発光材料であるIr(ppy)2vppyの増加により発光サイトが増加したためであり、この濃度域では濃度消光は起こっていないと考えられる。 Table 2 shows the characteristics of the devices fabricated using the substrate with surface initiated LRP. Each bold alphabet corresponds to a polymer in Table 1. Device characteristics B and G, and D and I are compared, and the molar ratio of the hole transport material v-TPA to the electron transport material v-PBD is either 1: 1 or 1: 4. It is apparent that the brightness is increased by increasing the dopant Ir (ppy) 2 vppy from 1 mol% to 3 mol%. This is because the emission sites increased due to an increase in Ir (ppy) 2 vppy, which is a phosphorescent material, and it is considered that concentration quenching does not occur in this concentration range.

Figure 2010218984
Figure 2010218984

表2に示した全ての素子の中で、B、F、Gのように、v-TPAとv-PBDのモル比が1 : 1か、よりv-TPAの割合が大きい素子では、発光開始電圧が低くなっている。これはITOと共有結合している正孔輸送材料の割合が大きくなることによって正孔注入性が向上したためであると考えられる。図3にこれらの材料のHOMOレベルおよびLUMOレベルを示す。ITOの仕事関数とTPAのHOMOのエネルギー差が0.5 eVであるのに対し、ITOの仕事関数とPBDのHOMOのエネルギー差は1.3 eVであり、ITOにTPAが結合するときに最も正孔注入効率が良いことがわかる。   Among all the devices shown in Table 2, light emission starts when the molar ratio of v-TPA to v-PBD is 1: 1 or the ratio of v-TPA is larger, such as B, F, and G. The voltage is low. This is presumably because the hole injection property was improved by increasing the proportion of the hole transport material covalently bonded to ITO. Figure 3 shows the HOMO and LUMO levels of these materials. The difference between the work function of ITO and HOMO of TPA is 0.5 eV, whereas the difference between the work function of ITO and HOMO of PBD is 1.3 eV, which is the most efficient hole injection efficiency when TPA binds to ITO. I understand that is good.

りん光発光材料であるIr(ppy)2vppyのモル比が3 mol%である素子F-Iに対する電流密度-電圧特性の測定結果を図4 (a) に示す。この図から発光開始電圧以上において、電流密度は似た挙動を示すことがわかる。また、図4 (b) には輝度-電圧特性を示す。Ir(ppy)2vppyのモル比3 mol%において、v-TPA : v-PBDのモノマー比が1 : 1の素子Gが最高輝度を示している。これらの結果は、グラフト層内におけるキャリアバランスが素子特性を決定する主要な要因であることを示唆する。v-TPA :v-PBDのモノマー比が1 : 1のとき最もキャリアバランスが良く、正孔と電子がグラフト層内で効率的に再結合していると考えられる。図4 (c) には、電流効率-電流密度特性を示す。キャリアバランスを反映してv-TPA : v-PBDのモノマー比が1 : 1の素子Gは最大3.2 cd / Aの電流効率を示した。ただし、従来の低分子系有機EL素子に比べると、これらの素子の電流密度は低い。そこで、電流注入に対する開始基5の影響を検討するため、下に示す素子X-Zに対して電流密度-電圧特性を比較した。その結果を図5に示す。図5中:
素子X: ITO / a-NPD 100 nm / Al
素子Y: ITO / 開始基5 / a-NPD 100 nm / Al、この素子では、開始基5を結合した後、ゆすぎ洗いを行った。
素子Z: ITO / 開始基5 / a-NPD 100 nm / Al、この素子では、開始基5を結合した後、超音波洗浄を行った。
FIG. 4 (a) shows the measurement results of current density-voltage characteristics for the element FI in which the molar ratio of Ir (ppy) 2 vppy, which is a phosphorescent material, is 3 mol%. From this figure, it can be seen that the current density shows a similar behavior above the emission start voltage. Fig. 4 (b) shows the luminance-voltage characteristics. At a molar ratio of Ir (ppy) 2 vppy of 3 mol%, the element G having a v-TPA: v-PBD monomer ratio of 1: 1 shows the highest luminance. These results suggest that the carrier balance in the graft layer is the main factor determining the device characteristics. When the monomer ratio of v-TPA: v-PBD is 1: 1, the carrier balance is the best, and it is considered that holes and electrons are efficiently recombined in the graft layer. Figure 4 (c) shows the current efficiency vs. current density characteristics. Reflecting the carrier balance, device G having a v-TPA: v-PBD monomer ratio of 1: 1 showed a maximum current efficiency of 3.2 cd / A. However, the current density of these elements is lower than that of conventional low molecular weight organic EL elements. Therefore, in order to examine the influence of the starting group 5 on current injection, the current density-voltage characteristics were compared with the element XZ shown below. The results are shown in FIG. In Figure 5:
Element X: ITO / a-NPD 100 nm / Al
Element Y: ITO / initiating group 5 / a-NPD 100 nm / Al. In this element, after the initiating group 5 was bonded, rinsing was performed.
Element Z: ITO / initiating group 5 / a-NPD 100 nm / Al. In this element, after the initiating group 5 was bonded, ultrasonic cleaning was performed.

素子Yは素子Xと比べて電流密度がかなり低く、正孔注入が大幅に抑制されていることがわかる。しかし、超音波洗浄を行った素子Zは、低電圧下では素子Yと同程度の電流密度であったが、6-8 Vで大幅に上昇し、9 V以上では、素子Xに匹敵する値を示した。この素子Zに対してさらに検討を行うため、一度電圧を印加した素子に対して、再度、電圧を印加した。その結果、2 Vの低電圧下から、素子Xに匹敵する値を示すことがわかった。これらの結果は、開始基5が本質的には正孔注入性に影響していない可能性を示唆している。今後、開始基5を結合させた基板に対する超音波洗浄を試みるとともに、表面開始LRP後の基板に対して行う乾燥や熱処理の条件を改善することにより、溶媒や不純物の存在が素子特性に影響を与えている可能性について検討する。また、Ir(ppy)2vppyに関しては、3 mol%以下の濃度で検討を行ったが、本研究で進めてきた表面開始LRPを利用した素子の場合、濃度消光の問題を大幅に改善できる可能性がある。今後、Ir(ppy)2vppyの濃度を高めることにより、更なる素子特性の向上を目指す予定である。 It can be seen that the element Y has a considerably lower current density than the element X, and hole injection is greatly suppressed. However, the element Z that was subjected to ultrasonic cleaning had a current density comparable to that of element Y under low voltage, but it rose significantly at 6-8 V, and it was comparable to element X at 9 V and above. showed that. In order to further examine the device Z, a voltage was applied again to the device to which a voltage had been applied once. As a result, it was found that the value was comparable to that of the device X from a low voltage of 2 V. These results suggest that the initiating group 5 may not essentially affect the hole injection property. In the future, we will attempt ultrasonic cleaning of the substrate to which the starting group 5 is bound, and improve the conditions of drying and heat treatment performed on the substrate after the surface initiation LRP, so that the presence of solvent and impurities will affect the device characteristics. Consider the possibility of giving. In addition, Ir (ppy) 2 vppy was examined at a concentration of 3 mol% or less, but in the case of the device using the surface-initiated LRP advanced in this study, the problem of concentration quenching can be greatly improved. There is sex. In the future, we intend to further improve the device characteristics by increasing the concentration of Ir (ppy) 2 vppy.

Claims (6)

一対の電極と、これらの電極の少なくとも一方に結合された表面グラフトポリマーを含む表面グラフトポリマー層を有することを特徴とする、有機エレクトロルミネッセンス素子。 An organic electroluminescence device comprising a pair of electrodes and a surface graft polymer layer including a surface graft polymer bonded to at least one of these electrodes. 前記一対の電極の一方または両方が透明電極である、請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The organic electroluminescent element according to claim 1, wherein one or both of the pair of electrodes is a transparent electrode. 表面グラフトポリマーが陽極に結合している、請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the surface graft polymer is bonded to the anode. 表面グラフトポリマーが陽極から順に正孔輸送ブロック、発光ブロック、電子輸送ブロックを有する、請求項1〜3のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The organic electroluminescent element in any one of Claims 1-3 in which a surface graft polymer has a positive hole transport block, a light emission block, and an electron transport block in an order from an anode. 前記正孔輸送ブロックと発光ブロックの間、および/または、発光ブロックと電子輸送ブロックの間が傾斜組成を有する、請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The organic electroluminescence device according to claim 4, wherein the organic EL device has a gradient composition between the hole transport block and the light-emitting block and / or between the light-emitting block and the electron transport block. 陽極からリビングラジカル重合により正孔輸送ブロック、発光ブロック、電子輸送ブロックの順に、あるいは、陰極基板から電子輸送ブロック、発光ブロック、正孔輸送ブロックの順にポリマーを成長させて、表面グラフトポリマーを得ることを特徴とする、陽極/表面グラフトポリマー/陰極の構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 The surface graft polymer is obtained by growing the polymer from the anode in the order of the hole transport block, the light emission block, and the electron transport block by living radical polymerization, or from the cathode substrate in the order of the electron transport block, the light emission block, and the hole transport block. A method for producing an organic electroluminescence device having an anode / surface graft polymer / cathode structure, characterized in that:
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