Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах



Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах
Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена 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 2568489:

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

Изобретение относится к новым сопряженным полимерам, которые могут быть использованы в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах. Предлагается сопряженный полимер на основе карбазола и цикопентадитиофена и его применение в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах. Предложенный сопряженный полимер имеет максимум люминесценции в диапазоне 510-570 нм, обладает повышенной стабильностью и улучшенными зарядово-транспортными свойствами. 2 н.п. ф-лы, 9 ил., 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.; Pass, 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].

Человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленому свету. Поэтому зеленые органические светоизлучающие диоды перспективны для использования в сигнальной технике (предупреждающие надписи, знаки, указатели, табло и т.п.) и в декоративной светотехнике. Особый интерес представляют дешевые органические светоизлучающие диоды на основе растворимых полимерных материалов. Проблема, которая решается в данном изобретении, - это создание простых и дешевых полимеров с зеленой люминесценцией для использования их в качестве электролюминесцентных материалов в органических светоизлучающих диодах. Термин электролюминесцентный материал является общеупотребимым в области электроники и обозначает материал, способный образовывать экситоны и излучать свет при прохождении через него электрического тока.

Ранее была раскрыта формула полимера Р1, содержащего комбинацию карбазольных и хиноксалиновых звеньев, и обладающего зеленой фотолюминесценцией в растворе (Фиг. 1) [5 - J. - F. Morin, М. Leclerc, 2,7-Carbazole-Based Conjugated Polymers for Blue, Green, and Red Light Emission. Macromolecules 2002, 35, 8413-8417]. Однако исследование полимера P1 как электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах выполнено не было.

Была раскрыта также формула карбазолсодержащего полимера Р2 (Фиг. 1), который показал приемлемые характеристики в органических светоизлучающих диодах: яркость 333 кд/м2 при 10.1 В, эффективность 0.77% [6 - Y. Wang, L. Hou, K. Yang, J. Chen, F. Wang, Y. Cao, Conjugated Silole and Carbazole Copolymers: Synthesis, Characterization, Single-Layer Light-Emitting Diode, and Field Effect Carrier Mobility. Macromol. Chem. Phys. 2005. 206, 2190-2198]. Указанные оптимальные характеристики были достигнуты для полимера с содержанием силольного блока около 20%. Недостатком полимера Р2 является низкая дырочная подвижность (4·10-6 см2/В·с) и неспособность к транспорту отрицательных носителей зарядов-электронов. Низкая подвижность положительных носителей зарядов может быть связана как с нелинейным строением цепи полимера Р2 за счет замещения в положениях 3 и 6 карбазольного цикла, так и с присутствием непланарного дифенилсилольного фрагмента в качестве структурного блока. Кроме того, получение полимера Р2 является сложной синтетической задачей.

В связи с вышесказанным, актуальной является задача разработки сопряженных полимеров с максимумом люминесценции в диапазоне 520-570 нм, обладающих улучшенными зарядово-транспортными свойствами.

Поставленная задача решается в данном изобретении с помощью сопряженного полимера на основе карбазола и циклопентадитиофена Poly-1, 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. Средневесовая молекулярная масса полимера составила 9960 г/моль, а коэффициент полидисперсности - 1.65. ГПХ-хроматограмма для полимера Poly-1 представлена на Фиг. 4. 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 [7 - 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 и улучшенные зарядово-транспортные свойства. Дырочная подвижность в пленках полимера Poly-1, измеренная методом регистрации тока ограниченного объемным зарядом (SCLC), составила 4·10-3 см2/В·с. Таким образом, полимер Poly-1 превосходит полимер Р2, известный из предшествующего уровня техники, по своим электрическим свойствам на 3 порядка. Столь выраженные различия могут быть связаны с тем, что полимер Poly-1, в отличие от прототипа Р2, имеет оптимальное молекулярное строение, выражающееся, в частности, в планарной структуре основной цепи и высокой степени ее линейности, обусловленной замещением карбазольного фрагмента по положениям 2 и 7, а не 3 и 6, как в Р2.

Важнейшей особенностью полимера Poly-1 является его сбалансированный спектр люминесценции. В спектре фотолюминесценции наблюдается два максимума: при 550 и 584 нм, что соответствует зеленой цветности свечения (Фиг 5., спектр фотолюминесценции полимера Poly-1). Материалы с подобными характеристиками являются оптимальными для использования в зеленых органических светоизлучающих диодах.

Конструкция органического светоизлучающего диода на основе полимера Poly-1 представлена на Фиг. 6. 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. 6 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 2 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 3 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.

Дырочно-инжектирующие слои представлены, как правило, комплексом поли(этилендиокситиофена) с полистиролсульфоновой кислотой (PEDOT:PSS) и оксидами ряда металлов в высших степенях окисления: MoO3, WO3, V2O5, Nb2O5, NiO, CuO.

Дырочно-транспортный слой представлен, как правило, производными ароматических полиаминов. В частности, могут использоваться различные полимерные формы трифениламина.

Электрон-транспортный слой представлен, как правило, органическим полупроводником с проводимостью n-типа. Это может быть соединение на основе конденсированных азот-содержащих гетероциклов, например батокупроин или батофенантролин, производные триазина, бензотиадиазола, бензооксадиазола и др. Электрон-транспортный слой может быть представлен оксидами металлов, например TiO2 и ZnO.

Органический светоизлучающий диод на основе полимера Poly-1 показал следующие характеристики:

Яркость составила 240 кд/м2 при напряжении 7 В;

Эффективность по току 0.2 кд/А;

Порог появления света около 2.5 В;

Положение максимумов в спектре электролюминесценции 550 и 587 нм.

Вольт-амперная и вольт-яркостная кривые для светодиода на основе полимера Poly-1 представлены на Фиг. 7 и Фиг. 8, спектр электролюминесценции представлен на Фиг. 9.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Синтез полимера Poly-1

В двугорлую колбу на 25 мл поместили 649.5 мг мономера M1, 616.6 мг мономера М2, 0.9 мл 2М водного раствора K2CO3 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 и 1 каплю аликвата 336 (aliquat 336), после чего дегазацию проводили еще два раза. Полученную смесь нагревали на масляной бане при 110°C в течение 3 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 (2 часа), гексаном (2 часа) и, наконец, толуолом (5 часов). Толуольную фракцию концентрировали до объема 50 мл и прибавляли метанол. Осажденный полимер отделяли фильтрованием и сушили в вакууме. Выход полимера составил 44%. Анализ полимера проводили на ГПХ колонке в сравнении с серией полистирольных стандартов. Средневесовая молекулярная масса составила Mw=9960 г/моль, PDI=1.65.

Пример 2. Изготовление органического светоизлучающего диода

Органический светоизлучающий диод имел конструкцию, представленную на Фиг. 6. При этом не использовались дырочно-транспортные слои 2 и 3, а также электрон-транспортный слой 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 MoO3 осуществляли методом испарения в вакууме. Слой полимера Poly-1 наносили из раствора в хлорбензоле (концентрация 10 мг/мл) при скоростях вращения подложки 1500 об/мин. Поверх в вакууме напыляли сплав алюминия с кальцием в качестве катода. Площадь светящейся поверхности около 50 мм2.

Органический светоизлучающий диод на основе полимера Poly-1 показал следующие характеристики

Яркость составила 240 кд/м2 при напряжении 7 В.

Эффективность по току 0.2 кд/А.

Порог появления света около 2.5 В.

Положение максимумов в спектре электролюминесценции 550 и 587 нм.

1. Сопряженный полимер на основе карбазола и циклопентадитиофена, имеющий следующее строение:

где n=5-200.

2. Применение сопряженного полимера на основе карбазола и циклопентадитиофена по п. 1 в качестве электролюминесцентного материала в органических светоизлучающих диодах.



 

Похожие патенты:

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.

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 новым соединениям в ряду металлохелатов тетрадентатных азометиновых лигандов 2-тозиламинобензальдегида и алифатических диаминов, а именно [N,N′-бис(2-тозиламинобензилиден)диаминодипропилиминатам]цинка и кадмия формулы I где M=Zn, Cd.

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.

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 области химии высокомолекулярных соединений, в частности к синтезу полисульфидных полимеров, которые могут быть использованы как полимерная основа герметизирующих композиций, применяемых в авиации, судостроении, приборостроении, радиоэлектронике, строительстве и т.д.
Наверх