Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах



Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах

 

H01L51/50 - Приборы на твердом теле, предназначенные для выпрямления, усиления, генерирования или переключения или конденсаторы или резисторы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или поверхностным барьером; с использованием органических материалов в качестве активной части или с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части; способы или устройства специально предназначенные для производства или обработки таких приборов или их частей (способы или устройства для обработки неорганических полупроводниковых тел, включающей в себя образование или обработку органических слоев на них H01L 21/00,H01L 21/312,H01L 21/47)

Владельцы патента RU 2560554:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики российской академии наук (ИПХФ РАН) (RU)

Изобретение относится к области органической электроники, а именно к сопряженному полимеру на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена формулы (Poly-1), где n=5-200. Сопряженный полимер применяют в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах, используемых для создания дисплеев и осветительных панелей. Изобретение позволяет получить сопряженный полимер с максимумом люминесценции в диапазоне 600-630 нм, обладающий улучшенной химической и термической стабильностью. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области органической электроники, а именно к органическим светоизлучающим диодам. Органические светоизлучающие диоды интенсивно используют для создания дисплеев и осветительных панелей. В последнем случае особенно важно обеспечить низкую стоимость конечного продукта, что требует использования самых современных технологий и дешевых функциональных и конструкционных материалов.

Органические светоизлучающие диоды на основе полимерных материалов известны очень давно. Тем не менее, интенсивные исследования в этой области продолжаются и на сегодняшний день [1 - N.Т. Kalyani, S.J. Dhoble, Organic light emitting diodes: Energy saving lighting technology-A review. Renewable and sustainable energy reviews, 2012, 16, 2696; 2-T. Yamada, Y. Tsubata, Recent Progress and Future Perspectives of Light Emitting Polymers for Full-color Display, J. Synth. Org. Chem. Jap. 2012, 70, 473; 3 - M.S. AlSalhi, J. Alam. L.A.; Dass, M. Raja, Recent Advances in Conjugated Polymers for Light Emitting Devices. Int. J. Mol. Sci. 2011, 12, 2036; 4 - С.M. Zhong, С.H. Duan, F. Huang. H.B. Wu, Y. Cao, Chem. Mater. 2011, 23, 326].

В патенте ЕР 2327734 A1 была раскрыта формула полимера Р1, содержащего комбинацию флуореновых, тиофеновых и бензотиадиазольных фрагментов (Фиг.1). В скобках указаны мольные доли каждого структурного блока в полимерной цепи.

Данный полимер обладает сравнительно слабой люминесценцией в длинноволновой области спектра (максимум при 713 нм, глубокое красное свечение). В патенте ЕР 2327734 А1 полимер Р1 был использован в качестве электролюминесцентного материала для органических светоизлучающих диодов. Термин электролюминесцентный материал является общеупотребимым в области электроники и обозначает материал, способный образовывать экситоны и излучать свет при прохождении через него электрического тока. Органические светоизлучающие диоды на основе полимера Р1 показали напряжение включения 5.21 В и яркость 1000 кд/м2 при 7.97 В. Яркость свечения упала на 10% спустя 15 минут при мощностной нагрузке 4 мВт/см2.

Основным недостатком полимера Р1 является его несбалансированный спектр люминесценции. Чувствительность человеческого глаза максимальна при ~520-550 нм, а в области >700 нм она весьма низка. В связи с этим, оптимальные материалы для красных светоизлучающих диодов имеют максимум свечения при 600-630 нм. Кроме того, важно обеспечить высокую стабильность полимеров, используя для их построения химически инертные структурные блоки. Быстрое снижение эффективности работы светодиода на основе полимера Р1, описанное в ЕР 2327734 А1, свидетельствует о том, что его молекулярное строение не является оптимальным.

В связи с вышесказанным, актуальной является задача разработки сопряженных полимеров с максимумом люминесценции в диапазоне 600-630 нм и обладающих улучшенной химической и термической стабильностью.

Поставленная задача решается в данном изобретении с помощью сопряженного полимера на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена, молекулярное строение которого представлено на Фиг.2. (молекулярное строение полимера Poly-1) и применением его в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах.

Полимер Poly-1 был получен по стандартной реакции поликонденсации Сузуки в соответствии со схемой, представленной на Фиг.3. Средневесодая молекулярная масса полимера составила 49000 г/моль, а коэффициент полидисперсности - 2.43. В общем случае для использования в органических электронных устройствах пригодны полимеры со степенью полимеризации n от 5 до 200.

Реакция поликонденсации Сузуки широко используется для синтеза материалов для органической электроники, в частности сопряженных полимеров для органических светоизлучающих диодов [5 - Y. Hoshi; S. Funyu, Preparation of Polymers for Organic Light-emitting Diodes Using Suzuki-Miyaura Coupling Reaction and Improvements of their Properties J. Synth. Org. Chem. Jap. 2012, 70, 442].

Полимер Poly-1 обладает оптимальной молекулярной структурой, обуславливающей его высокую стабильность. Во-первых, он не содержит диалкилфулореновых фрагментов, склонных к окислению и формированию флуореноновых звеньев. N-алкилзамещенный карбазольный, бензотиадиазольный и фениленовый фрагменты являются наиболее стабильными блоками для построения органических полупроводниковых материалов и придают химическую и термическую стабильность структуре Poly-1. Таким образом, полимер Poly-1, в отличие от прототипа (полимером Р1, раскрытым в ЕР 2327734 А1), имеет оптимальное молекулярное строение, обуславливающее его улучшенную стабильность. Этот вывод подтверждается также испытанием Poly-1 в структуре органического светоизлучающего диода (см. описание ниже), интенсивность свечения которого не упала даже на 5% за 3 часа работы при мощностной нагрузке 4 мВт/см2. Для сравнения, устройства на основе прототипа (полимера Р1 согласно ЕР 2327734 А1) теряют 10% световой мощности уже за 15 минут.

Важнейшим преимуществом полимера Poly-1 в сравнении с указанным прототипом является его сбалансированный спектр люминесценции. В спектре фотолюминесценции наблюдается два максимума: при 592 и 629 нм, что соответствует красной цветности свечения (Фиг.4., спектр фотолюминесценции полимера Poly-1).

Материалы с подобными характеристиками являются оптимальными для использования в красных органических светоизлучающих диодах. Можно предположить, что улучшение спектральных свойств полимера Poly-1 по сравнению с прототипом связано с заменой тиофенового фрагмента между двумя бензотиадиазольными звеньями на фениленовый.

Конструкция органического светоизлучающего диода на основе полимера Poly-1 представлена на Фиг.5. В одном из возможных вариантов она состоит из прозрачной электропроводящей подложки на основе оксида олова, допированного индием (ITO) 0, дырочно-инжектирующего слоя 1, первичного дырочно-транспортного слоя 2, вторичного дырочно-транспортного слоя 3, электролюминесцентного слоя 4, представленного пленкой полимера Poly-1, электрон-транспортного слоя 5 и металлического катода 6.

Возможны упрощенные варианты конструкции органического светоизлучающего диода, в соответствии с которыми в обозначенной на Фиг.3 (схема синтеза полимера Poly-1) последовательности слоев могут отсутствовать вторичный дырочно-транспортный слой 3, или первичный дырочно-транспортный слой 2 или дырочно-инжектирующий слой 1 или электрон-транспортный слой 5. Может отсутствовать сразу два слоя, например слои 1 и 2, 2 и 3, 1 и 5, 2 и 5, 3 и 5. В самом простом варианте могут отсутствовать сразу три слоя: 2, 3 и 5. В этом случае органический светоизлучающий диод будет состоять из прозрачной электропроводящей подложки на основе оксида олова, допированного индием (ITO), дырочно-инжектирующего слоя, электролюминесцентного слоя, представленного пленкой полимера Poly-1 и металлического катода.

Характеристики органического светоизлучающего диода на основе полимера Poly-1 представлены в таблице 1.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Синтез полимера Poly-1

В двугорлую колбу на 25 мл поместили 601.5 мг мономера M1, 1005.1 мг мономера М2, 0.9 мл 2М раствора К2СО3 и 15 мл свежеперегнанного толуола. Реакционную смесь тщательно дегазировали (многократная заморозка, вакуумирование и разморозка) и в токе аргона добавляли 5 мг катализатора Pd[PPh3]4, после чего дегазацию проводили еще два раза. Полученную смесь нагревали на масляной бане при 110°C в течение 6 часов, после чего охлаждали до комнатной температуры, разбавляли 100 мл толуола и прибавляли 600 мл метанола. Осажденный полимер переносили в целлюлозную гильзу, которую помещали в экстрактор Сокслета. Далее проводили последовательную экстракцию ацетоном (4 часа), гексаном (4 часа) и, наконец, толуолом (8 часов). Толуольную фракцию концентрировали до объема 50 мл и прибавляли метанол. Осажденный полимер отделяли фильтрованием и сушили в вакууме. Выход полимера составил 64%. Анализ полимера проводили на ГПХ колонке в сравнении с серией полистирольных стандартов. Средневесовая молекулярная масса составила Mw=49000 г/моль, PDI=2.43.

Пример 2. Изготовление органического светоизлучающего диода

Органический светоизлучающий диод имел конструкцию, представленную на Фиг.5. В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение дырочно-инжектирующего слоя PEDOT-PSS (Baytron РН) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.

Дырочно-транспортные слои 2-TNATA (30 нм) и NPB (20 нм) наносили последовательным напылением в вакуумной камере, встроенной в перчаточный бокс с инертной атмосферой при давлении 10-6 мм рт.ст. Скорость напыления материалов составляла 5 нм/мин.

Слой полимера Poly-1 наносили из раствора в хлороформе (концентрация 5 мг/мл) при скоростях вращения подложки 4500 об/мин. Поверх в вакууме напыляли электрон-транспортный слой батофенантролина BPhen толщиной 25 нм, а затем кальций (20 нм) и серебро (100 нм).

Характеристики полученного устройства представлены в таблице 1.

Таблица 1
Дырочно-инжектирующий слой 1 PEDOT:PSS, 60 нм
Первичный дырочно-транспортный слой 2 2-TNATA, 30 нм
Вторичный дырочно-транспортный слой 3 NPB, 20 нм
Электролюминесцентый слой 4 Poly - 1,45 нм
Электрон-транспортный слой 5 BPhen, 25 нм
Металлический катод 20 нм Са + 100 нм Ag
Напряжение включения 4.7 В
Яркость при 7.5 В 1500 кд/м2
Максимальная яркость 9500 кд/м2

1. Сопряженный полимер на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена Poly-1, имеющий следующее строение:

где n=5-200.

2. Применение сопряженного полимера на основе карбазола, бензотиадиазола, бензола и тиофена по п.1 в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оксиду р-типа, оксидной композиции р-типа, способу получения оксида р-типа, полупроводниковому прибору, аппаратуре воспроизведения изображения и системе.

Изобретение относится к твердотельным источникам света на основе органических светоизлучающих диодов. Органический светоизлучающий диод с белым спектром излучения содержит несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки с размещенными на ней прозрачным слоем анода и металлическим слоем катода, между которыми расположен светоизлучающий слой, при этом светоизлучающий слой содержит низкомолекулярный поливинилкарбазол, 2-(4-бифенилил)-5-(4-трет-бутилфенил)-1,3,4-оксадиазол и разветвленный олигоарилсилан представленной формулы.

Изобретение относится к композиции для создания органических фотогальванических элементов. Композиция включает электронодонорный компонент и электроноакцепторный компонент.

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в электрических устройствах, например солнечных батареях, которые имеют формирующие структуры на основе композиционных материалов.

Изобретение относится к электронным устройствам, содержащим один или более органических слоев. Способ формирования электронного устройства включает формирование на несущей подложке множества электронно-функциональных элементов, образованных стопкой слоев, содержащей нижний проводящий слой, причем способ включает этап формирования между несущей подложкой и нижним проводящим слоем непроводящего слоя, который обеспечивает увеличение сцепления нижнего проводящего слоя с несущей подложкой, где непроводящий слой содержит нитридный слой, содержащий на поверхности раздела с нижним проводящим слоем менее 10 атомарных процентов кислорода.

Использование: для создания дисплеев, включая дисплеи объемного изображения, и в оптических приемно-передающих устройствах. Сущность изобретения заключается в том, что органический светоизлучающий диод включает несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки, внутри которой герметично установлены прозрачный анод, светоотражающий катод и размещенный между ними набор слоев органических веществ, состоящий, по меньшей мере, из прозрачного слоя транспортировки дырок, эмиссионного слоя, содержащего органические вещества для излучения красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, слоя транспортировки электронов, анод, катод и слои органических веществ выполнены в виде полых цилиндров, соосно вставленных друг в друга.
Изобретение относится к способам получения эмиссионных слоев, в частности для органических светоизлучающих диодов. Способ нанесения эмиссионного слоя органического светоизлучающего диода на подложку из стекла или полимера, покрытую слоем анода, включает получение раствора, содержащего люминофорсодержащее соединение и проводящий материал, и нанесение тонкой пленки из полученного раствора на упомянутую подложку.

Изобретение относится к белковым фотоэлектрическим преобразователям. Не увлажняемый, полностью твердый белковый фотоэлектрический преобразователь выполнен с возможностью работы без присутствия жидкости, такой как вода, внутри и снаружи устройства, и имеет структуру, в которой твердый белковый слой состоит из переносящего электроны белка и помещен между первым электродом и вторым электродом, при этом твердый белковый слой непосредственно иммобилизирован на обоих электродах.

Изобретение относится к способу нанесения конформного покрытия на электронное устройство, содержащему: (A) нагревание соединения конформного покрытия, содержащего париленовое соединение конформного покрытия для покрытия электронных схем или компонентов, которые чувствительны к влаге, для образования газообразных мономеров соединения конформного покрытия, (B) объединение нитрида бора с газообразными мономерами, и (C) контактирование поверхности электронного устройства с газообразными мономерами и нитридом бора при условиях, при которых на по меньшей мере части поверхности формируется конформное покрытие, содержащее соединение конформного покрытия и нитрид бора и придающее по меньшей мере этой части поверхности водостойкость.

Изобретение относится к интегральным оптоэлектронным устройствам, содержащим светоизлучающие полевые транзисторы. Описано оптоэлектронное устройство, содержащее светоизлучающий полевой транзистор (LEFET) с активным слоем из органического полупроводника и волноводом, сформированным в канале светоизлучающего полевого транзистора.

Изобретение относится к электролюминесцентному устройству. Устройство включает дырочный инжектирующий слой, дырочный транспортный слой, электронный блокирующий слой, активный люминесцентный слой на основе люминесцентного вещества, дырочно-блокирующий слой, электронный транспортный слой, электронный инжектирующий слой.

Изобретение относится к химическим полимерным композициям для маркирования различных объектов, к полимерным композициям для нанесения непосредственно на маркируемый предмет маркировок прямого нанесения (МПН), в частности к методам нанесения МПН с применением композиций, содержащих флуоресцирующие вещества и/или частицы (ФМПН).

Группа изобретений относится к разветвленным олигоарилсиланам с реакционноспособными концевыми группами и способу их получения. Предложены разветвленные олигоарилсиланы с реакционно-способными концевыми группами общей формулы (I), где R выбран из линейных или разветвленных C1-C20 алкильных групп; С2-С20 алкенильных групп; R1 означает винил, 3-пропен-1-ил, 4-бутен-1-ил, 5-пентен-1-ил, 6-гексен-1-ил, 8-октен-1-ил или 11-ундецен-1-ил; Ar означает одинаковые или различные ариленовые или гетероариленовые радикалы, выбранные из ряда: замещенный или незамещенный тиенил-2,5-диил, замещенный или незамещенный фенил-1,4-диил, замещенный или незамещенный 1,3-оксазол-2,5-диил, Q означает радикал из вышеуказанного ряда для Ar, Х означает по крайней мере один радикал, выбранный из вышеуказанного ряда для Ar и/или радикал из ряда: 2,1,3-бензотиодиазол-4,7-диил, антрацен-9,10-диил, 1,3,4-оксадиазол-2,5-диил, 1-фенил-2-пиразолин-3,5-диил, перилен-3,10-диил; n означает целое число от 2 до 4; m означает целое число от 1 до 3; k означает целое число от 1 до 3.

Изобретение относится к цинковым комплексам 5-[2-гидрокси(тозиламино)бензилиденамино]-2-(2-тозиламинофенил)-1-алкилбензимидазолов общей формулы где R = алкил С1-С6; Х=O, ; Соединения I проявляют люминесцентные свойства и могут быть использованы в качестве люминофоров для получения светоизлучающих органических диодов белого и видимого света.

Изобретение относится к новым металлохелатам, а именно к комплексам цинка и кадмия тетрадентатных азометинов 2-тозиламинобензальдегида и диоксидиаминов формулы I I где m=2-4, n=2-4, M=Zn, Cd.

Изобретение относится к области электролюминесцентных устройств - органических светоизлучающих диодов, применяемых в качестве эффективных и высокоэкономичных твердотельных источников освещения.

Изобретение относится к применению бис(2,4,7,8,9-пентаметилдипирролилметен-3-ил)метана дигидробромида в качестве флуоресцентного сенсора на катион цинка(II). Изобретение позволяет повысить флуоресцентную активность гетероциклического органического соединения по отношению к иону цинка(II) в присутствии других ионов металлов.

Изобретение относится к новым разветвленным олигоарилсиланам, обладающим люминисцентными свойствами. Предложены новые разветвленные олигоарилсиланы общей формулы (I), где R означает заместитель из ряда: линейные или разветвленные C1-C20 алкильные группы; в том числе разделенные по крайней мере одним атомом кислорода или серы; разветвленные C3-C20 алкильные группы, разделенные по крайней мере одним атомом кремния; С2-С20 алкенильные группы; Ar означает одинаковые или различные ариленовые или гетероариленовые радикалы, выбранные из ряда: замещенный или незамещенный тиенил-2,5-диил, замещенный или незамещенный фенил-1,4-диил, замещенный или незамещенный 1,3-оксазол-2,5-диил, замещенный флуорен-4,4'-диил, замещенный циклопентадитиофен-2,7-диил; Q означает радикал из ряда для Ar; X означает по крайней мере один радикал, выбранный из ряда для Ar и/или радикал из ряда: 2,1,3-бензотиодиазол-4,7-диил, антрацен-9,10-диил, 1,3,4-оксадиазол-2,5-диил, 1-фенил-2-пиразолин-3,5-диил, перилен-3,10-диил; n - целое число от 2 до 4; m - целое число от 1 до 3; k - целое число от 1 до 3.

Изобретение относится к новым соединениям в ряду хелатных комплексов цинка с производными азометина, а именно к бис[2-(N-тозиламино)бензилиден-4'-диметиламинофенилиминато]цинка(II) формулы I Также предложено электролюминесцентное устройство.

Изобретение относится к новому бромиду 2-{4-[(Е)-2-(4-этоксифенил)винил]фенокси}-N,N,N-триметилэтанамина, обладающему свойствами поверхностно-активного фотосенсибилизатора со структурой, которая позволяет изменять возбудимость сердечной и нейронной ткани за счет блокирования ионных каналов клеток.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и защите окружающей среды, в частности к средствам для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами. Средство для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, содержит в своем составе поли-N,N-диалкил-3,4-диметиленпирролидиний галогенид общей формулы в которой R1 и R2 означают независимо друг от друга линейный или разветвленный алкил с 1-6 атомами углерода и X означает фтор, хлор, бром, йод или тетрафторборат, причем средняя молекулярная масса полимера составляет от 75000 до 100000 г/моль.
Наверх