專利名稱：菲并[1，10，9，8-c，d，e，f，g]咔唑聚合物及其作為有機(jī)半導(dǎo)體的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型菲并[l，10，9，8_c，d，e, f，g]咔唑聚合物、用于制備其的方法和材料、它們作為在有機(jī)電子(OE)器件中的半導(dǎo)體的用途以及包含這些聚合物的OE器件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了有機(jī)半導(dǎo)體(OSC)材料以生產(chǎn)更為多用途、更低成本的電子器件。這樣的材料在寬范圍的器件或儀器方面得到應(yīng)用，包括有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、光檢測(cè)器、有機(jī)光電(OPV)電池、傳感器、存儲(chǔ)元件和邏輯電路，不勝枚舉。有機(jī)半導(dǎo)體材料一般以薄層，例如小于1微米厚的薄層的形式存在于電子器件中。OFET器件的性能原則上基于半導(dǎo)體材料的載流子遷移率和電流開(kāi)/關(guān)比， 因此理想的半導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)在其斷路狀態(tài)具有低導(dǎo)電率，并結(jié)合有高載流子遷移率(> IX I(T3CmW)。此外，重要的是半導(dǎo)體材料對(duì)于氧化相對(duì)穩(wěn)定，即其具有高電離電勢(shì)，因?yàn)檠趸瘜?dǎo)致降低的器件性能。半導(dǎo)體材料更進(jìn)一步的要求是好的加工性能，特別是薄層和所期望圖案的大規(guī)模生產(chǎn)，和高穩(wěn)定性，薄膜均勻性和有機(jī)半導(dǎo)體層的完整性。含氮的小分子、低聚物和聚合物已經(jīng)證明具有值得注意的空穴傳輸性質(zhì)。η已經(jīng)開(kāi)發(fā)了在有機(jī)發(fā)光器件(OLED)、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)和有機(jī)光電電池(OPV)中利用該物理性質(zhì)的各種材料。然而，大多數(shù)這些材料在固態(tài)下顯示出差的溶解性或不足的結(jié)構(gòu)組織化(structural organization)。工_5此外，這些材料通常需要復(fù)雜的合成路線來(lái)產(chǎn)生最終的材料。因此，仍存在著對(duì)于易于合成、顯示良好的結(jié)構(gòu)組織化和成膜性質(zhì)、顯示出良好的電子性質(zhì)尤其是高載流子遷移率、良好的可加工性、尤其是在有機(jī)溶劑中的高溶解度以及在空氣中的高穩(wěn)定性的OSC材料的需求。對(duì)于在OFET中的用途，還存在著對(duì)于容許從源-漏電極進(jìn)入半導(dǎo)電層的改善的電荷注入的OSC材料的需求。對(duì)于在OPV電池中的用途，存在著對(duì)于具有低帶隙的OSC材料的需求，其使得能夠通過(guò)光敏層獲得改善的光捕捉性(light harvesting)且能導(dǎo)致較高的電池效率。本發(fā)明的目標(biāo)在于提供用作有機(jī)半導(dǎo)體材料的化合物，其不具有上述現(xiàn)有技術(shù)材料的缺陷，易于合成且尤其是顯示出良好的可加工性、高穩(wěn)定性、在有機(jī)溶劑中的良好的溶解性、高載流子遷移率和低帶隙。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于擴(kuò)展對(duì)技術(shù)人員可獲得的有機(jī)半導(dǎo)電材料的范圍。對(duì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的其它目標(biāo)從以下詳細(xì)說(shuō)明中是立即顯而易見(jiàn)的。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些目標(biāo)可通過(guò)提供下文所述的材料實(shí)現(xiàn)。這些材料基于包含一個(gè)或多個(gè)菲并[l，10，9，8_c，d，e，f，g]咔唑單元的聚合物。發(fā)現(xiàn)，這些聚合物適于在電子器件、尤其是OFET和OPV電池(cell)中用作OSC材料以及在聚合物發(fā)光二極管(PLED)中作為電荷傳輸層或中間層材料，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫目杉庸ば院腿芙庑?，且同時(shí)顯示出高載流子遷移率、低帶隙和高氧化穩(wěn)定性。特別是發(fā)現(xiàn)，具有一個(gè)或多個(gè)菲并[1，10，9，8-C，d，e, f，g]咔唑單元的聚合物具有與聚咔唑相比類似的空穴傳輸和光電性質(zhì)，但具有改善的n-n堆疊和固態(tài)組織化。據(jù)于2001的最初報(bào)導(dǎo)6，已經(jīng)提出將聚(2，7_咔唑)作為用于有機(jī)電子器件，尤其是用于具有< 6%的功率轉(zhuǎn)換率的OPV的材料。7_9類似于該咔唑核，已經(jīng)新近報(bào)導(dǎo)了菲并 [1,10,9,8-c, d，e, f，g]咔唑核的合成。1Q_12 菲并[1,10,9,8-c, d，e, f，g]咔唑和其他類似的衍生物顯示出在固態(tài)下良好的n-n堆疊。11例如，在為等電子類似物的二萘嵌苯并 (perylo) [l，12_b，c, d]噻吩中，在薄膜OFET中分子間堆積(packing)產(chǎn)生高空穴遷移率 (0. 05cm2. V-1· s-1)和在單晶線OFET中產(chǎn)生顯著更高的遷移率(0. 8cm2. V-1· s-1)。13然而，還沒(méi)有報(bào)導(dǎo)菲并[l，10，9，8-c，d，e，f，g]咔唑單元已經(jīng)成功地結(jié)合到聚合結(jié)構(gòu)中。最初報(bào)導(dǎo)的菲并[l，10，9，8-c，d，e，f，g]咔唑結(jié)構(gòu)的低溶解度限制了其擴(kuò)展到聚合結(jié)構(gòu)中。"’12此夕卜，由于在將導(dǎo)致聚集的聚合物骨架中高度擴(kuò)展的芳香單元，所以在聚合結(jié)構(gòu)中包含菲并 [1，10，9，8-c，d，e，f，g]咔唑梯形-結(jié)構(gòu)，即雙-N-成環(huán)的quaterrylene，10也將產(chǎn)生低溶解度。發(fā)明概述本發(fā)明涉及包含一個(gè)或多個(gè)相同或不同的式I重復(fù)單元(菲并[l，10，9，8_c，d， e，f，g]咔唑及其衍生物)的共軛聚合物
權(quán)利要求
1.包含一種或多種相同或不同的式I重復(fù)單元的共軛聚合物
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合物，其選自以下子式
3.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合物，其選自式II
4.根據(jù)權(quán)利要求3的聚合物，其選自以下子式
5.根據(jù)權(quán)利要求3的聚合物，其選自式IIa
6.根據(jù)權(quán)利要求5的聚合物，其選自式IIal R2-鏈-R3IIal其中R2和R3如權(quán)利要求5中定義，以及“鏈”是選自如權(quán)利要求4中定義的式IIl和 112的聚合物鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6的一項(xiàng)或多項(xiàng)的聚合物或單體，其中Ar選自如下組苯并[1， 2,3]噻二唑-4，7-二基、苯并[1，2，3]硒二唑-4，7-二基、苯并[1，2，5]噻二唑-4，7-二基、苯并[1,2,5]硒二唑-4，7-二基、4，7-二-噻吩(thien)-2-基-苯并[1,2,3]噻二唑、 4，7_ 二-噻吩-2-基-苯并[1，2，5]噻二唑、2，3_ 二氰基-1，4-亞苯基、2，5_ 二氰基，1，4-亞苯基、2，3-二氟-1,4-亞苯基、2，5- 二氟，1,4-亞苯基、2，3，5,6-四氟，1,4-亞苯基、 3,4- 二氟噻吩-2,5- 二基、噻吩并[3,4-b]吡嗪-2,5- 二基、喹喔啉-5,8- 二基、硒吩_2，5-二基、噻吩-2，5-二基、噻吩并[3,2-b]噻吩-2，5-二基、噻吩并[2，3_b]噻吩-2，5-二基、硒吩并[3，2-b]硒吩-2，5-二基、硒吩并[2，3-b]硒吩-2，5-二基、硒吩并[3，2_b]噻吩-2，5- 二基、噻吩并[2，3-b]噻吩-2，5- 二基、1，4-亞苯基、吡啶-2，5- 二基、嘧啶-2， 5-二基、ρ-ρ'-聯(lián)苯基、萘-2，6-二基、苯并[l，2-b:4，5-b']雙噻吩-2，6-二基、2，2-雙噻吩、2，2-雙硒吩、噻唑、噁唑，所有這些是未取代的、用如上定義的R1單或多取代的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7的一項(xiàng)或多項(xiàng)的聚合物或單體，其中R選自下式
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8的一項(xiàng)或多項(xiàng)的聚合物或單體，其中R選自具有1到30個(gè)C原子的伯的烷基或烷氧基，具有3到30個(gè)C原子的仲的烷基或烷氧基、具有4到30個(gè)C原子的叔的烷基或烷氧基，其中在所有這些基團(tuán)中一個(gè)或多個(gè)H原子任選地被F取代，或者R選自具有4到40個(gè)C原子的芳基、烷基化芳基或烷氧基芳基。
10.式III的單體
11.根據(jù)權(quán)利要求10的單體，其選自下式
12.混合物或摻混物，其包含根據(jù)權(quán)利要求1到11的一項(xiàng)或多項(xiàng)的一種或多種聚合物與選自具有半導(dǎo)體、電荷傳輸、空穴/電子傳輸、空穴/電子阻斷、導(dǎo)電、光導(dǎo)或發(fā)光性質(zhì)的化合物和聚合物的一種或多種化合物或聚合物。
13.配制劑，其包含根據(jù)權(quán)利要求1到12的一項(xiàng)或多項(xiàng)的一種或多種聚合物或摻混物以及一種或多種優(yōu)選選自有機(jī)溶劑的溶劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13的一項(xiàng)或多項(xiàng)的聚合物、摻混物或配制劑在光學(xué)、電光學(xué)、電子、電致發(fā)光或光致發(fā)光的組件或器件中作為電荷傳輸、半導(dǎo)體、導(dǎo)電、光導(dǎo)或發(fā)光材料的用途。
15.包含根據(jù)權(quán)利要求1到13的一項(xiàng)或多項(xiàng)的一種或多種聚合物、摻混物或配制劑的光學(xué)、電光學(xué)或電子組件或器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的組件或器件，其特征在于其選自有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)、薄膜晶體管(TFT)、集成電路(IC)、邏輯電路、電容器、無(wú)線電頻率識(shí)別(RFID)標(biāo)簽、器件或組件、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、有機(jī)發(fā)光晶體管(OLET)、平板顯示器、顯示器背光、有機(jī)光電器件(OPV)、太陽(yáng)能電池、激光二極管、光電導(dǎo)體、光檢測(cè)器、電子照相器件、電子照相記錄器件、有機(jī)記憶器件、傳感器件、電荷注入層、聚合物發(fā)光二極管(PLED)中的夾層或電荷傳輸層、肖特基二極管、平面化層、抗靜電膜、聚合物電解質(zhì)薄膜(PEM)、導(dǎo)電基材、導(dǎo)電圖案、電池中的電極材料、配向?qū)印⑸飩鞲衅?、生物芯片、安全?biāo)記、安全器件、以及用于檢測(cè)和區(qū)別DNA序列的組件或器件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的組件或器件，其特征在于其為OFET器件或體異質(zhì)結(jié)OPV 器件。
18.制備根據(jù)權(quán)利要求1到9的一項(xiàng)或多項(xiàng)的聚合物的方法，通過(guò)在芳基-芳基偶聯(lián)反應(yīng)中使一種或多種根據(jù)權(quán)利要求10或11的單體彼此偶聯(lián)，和/或與一種或多種式R2-Ar-R3 的單體偶聯(lián)，其中R2、R3和Ar如權(quán)利要求10中定義。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型菲并[1，10，9，8-c，d，e，f，g]咔唑聚合物、用于制備其的方法和材料、它們作為在有機(jī)電子(OE)器件中的半導(dǎo)體的用途以及包含這些聚合物的OE器件。
文檔編號(hào)H01L51/05GK102471262SQ201080035226
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者N·布勞因, S·蒂爾尼, W·米歇爾, 王常勝 申請(qǐng)人:默克專利股份有限公司