JP2000515578A - 解凝集ポリマーの特徴を有する発光ポリマー状物質におけるエレクトロルミネセンス - Google Patents

解凝集ポリマーの特徴を有する発光ポリマー状物質におけるエレクトロルミネセンス

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Abstract

(57)【要約】 一般的に、本発明は発光ポリマー状物質を含む。発光ポリマー状物質は、電子の流れを供給されることでエレクトロルミネセンスを生じることができる。このポリマー状物質は、ポリマー状鎖からなる複数のポリマー状鎖を含んでなり、エレクトロルミネセンスのレッドシフトおよびエレクトロルミネセンスの発光効率の低下を実質的に防止するために、前記ポリマー状鎖を十分に解凝集状態に維持しているが、このために前記ポリマー状鎖の各々は十分な数および大きさの置換基部分を有し、かつ前記ポリマー状鎖から前記ポリマー状鎖の回りの周囲の実質的な部分の回りに延びている(ここでは「ストラップド」ポリマーと呼ぶ)。

Description

【発明の詳細な説明】 解凝集ポリマーの特徴を有する発光ポリマー状物質 におけるエレクトロルミネセンス この出願は、1996年8月2日提出の米国仮特許出願第60/023,07 1号の利益を請求する。技術分野 本発明は、発光ポリマーおよびそれから製造された発光デバイスの分野である 。背景 共役ポリマーをベースとする発光デバイスは、1990年におけるポリ(フェ ニレンビニレン)(PPV)のエレクトロルミネセンス(EL)の報告書[1] 以来、学問的および工業的研究の広範な領域となった。 多数の異なる共役ポリマーはELを示すことが見出され、これらのポリマーは PPV[1〜3]、ポリ(フェニレンフェニレンビニレン)[4]、ポリフェニ レン[5〜7]、ポリチオフェン[8〜9]、ポリキノリン[10]、ポリピリ ジン[11〜12]、ポリ(ピリジルビニレン)[12〜14]およびこれらの 材料の多数のコポリマーを包含する。 多数の異なる材料に加えて、デバイスの性能を変化させかつ改良するために、 多数の立体配置が使用されてきている。例えば、デバイスの効率を改良するため に追加の層を使用することはある時期の間知られていた[2、15]。アノード と発光ポリマーとの間、あるいはカソードと発光ポリマーとの間に正孔輸送(電 子ブロック)層を挿入すると、大部分の担体を発光層に拘束することによって、 効率を大きく改良することができる。よく知られている正孔輸送(電子ブロック )層はポリ(ビニルカルバゾール)(PVK)であり、これは大きいバンドギャ ッ プ(3.5eV)を有しかつそれ自体ルミネセントである[16〜18]である 。 このような進歩にもかかわらず、発光ポリマーのエレクトロルミネセンス性能 の改良が要求されている。特に、発光ポリマー内のポリマー状鎖の凝集に関連す ると考えられるレッドシフトを減少または排除するために、励起錯体形成性2層 デバイスの性能を改良することが要求されている。 本発明の目的は、レッドシフトが減少した発光を与える発光ポリマーおよびそ れから作られた発光ポリマーデバイスを製造することである。 本発明の開示または実施にかんがみて、他の利点は明らかとなるであろう。発明の要約 一般に、本発明は、電子の流れを受けたときエレクトロルミネセンスを発生さ せることができる発光ポリマー状物質を包含し、前記発光ポリマー状物質はポリ マー状鎖からなる複数のポリマー状鎖からなり、前記ポリマー状鎖の各々は置換 基部分を有し、前記置換基部分は、前記ポリマー状鎖を十分に解凝集状態(本明 細書において「ストラップド」ポリマーと呼ぶ)に維持し、エレクトロルミネセ ンスのレッドシフトおよびエレクトロルミネセンスの発光効率の低下を実質的に 防止するために、十分な数でありかつ大きさを有し、そして前記ポリマー状鎖か らかつ前記ポリマー状鎖の回りの周囲の実質的な部分の回りに延びる。 好ましくは、本発明のポリマーは、下記の構造を有する、交互およびランダム コポリマーから成る群より選択されるポリマー状鎖からなる。 式中、 mは重合度であり、 Yは−CH2、O、S、COおよびNR2から成る群より選択され、ここでRは 1〜16個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Aは(CH2n、(CH2CH2O)n、(CH2CH2O)nNR、および6〜14 個の炭素原子を含有するアリール基から成る群より選択され、ここでRは1〜1 6個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Bは(CH2n、6〜14個の炭素原子を含有するアリール基、および18〜 200個の炭素原子を有するカリキサレンから成る群より選択され、 uはグループ1〜6から独立に選択される値であることができ、 wはグループ1〜6から独立に選択される値であることができ、 nはグループ0〜6から独立に選択される値であることができ、そして Zは から成る群より選択される構造であることができ、 Rは1〜16個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Yは−CH2、O、S、COおよNR2から成る群より選択され、ここでRは1 〜16個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Bは(CH2n、6〜14個の炭素原子を含有するアリール基、および18〜 200個の炭素原子を有するカリキサレンから成る群より選択され、 uはグループ1〜6から独立に選択される値であることができ、そして wはグループ1〜6から独立に選択される値であることができる。 電子輸送ポリマーは、下記の構造を有するコポリマーから成る群より選択され るポリマー状鎖を含むことができる。 本発明において使用されるポリマーのいくつかの特定の例は、下記のものを包 含する。 発光ポリマー状物質は、また、単一層、2層または他の多層のデバイスにおい て、本発明のポリマー状物質を使用して、使用することができる。単一層のデバ イスの場合において、本発明のポリマー状物質は電子輸送/電子ブロック層とし て使用することができる。2層または多層のデバイスの場合において、本発明の ポリマー状物質は、電子輸送層として、他の適当なポリマー、例えば、ポリ(ビ ニルカルバゾール)から成る群より選択されるもの、の電子ブロック層と組み合 わせて使用することができる。 本発明は、また、その態様のすべてにおける本発明の発光ポリマー状物質と、 発光デバイスからエレクトロルミネセンスを発生させることができる電子の流れ を発光デバイスに供給するための電流源とからなる発光デバイスを包含する。 合成法の他の例は下記の参考文献27に記載されている。 これらのデバイスは、この分野において知られている配置および組立ての技術 に従い構成することができる。本発明は、ポリマー状物質に関連する多数の利点 を提供する、広範な種類のライティングおよび照明表示の製造において使用する ことができる。 本発明によれば、正孔輸送層としてPVKを使用しかつ発光層として種々の側 基を有するPPVとポリ(ピリジルビニレン)PPyVとのコポリマーの群を使 用した、2層のデバイスとして結果が得られる。吸収、ホトルミネセンスおよび エレクトロルミネセンスのスペクトルは、研究したすべてのコポリマー系につい てPVK/コポリマーの界面における励起錯体の形成に、PLおよびELが寄与 することを示す。励起錯体は、エキシマーと同様に、励起状態の錯体であるが、 ただし励起錯体はエキシマーについて同一の分子よりむしろ2つの異なる分子( この場合においてポリマー)の間に形成される[19]。期待と反対に、初期の 報告されたデバイスは励起錯体の形成を示さない。例えば、Greenham et al.はCN−PPVおよびPPVを有する2層のデバイスを報告したが 、 ELは単一のCN−PPVフィルムのPLおよびELと合致する[3]。他の2 層の立体配置についての結果は、また、励起錯体の形成を支持しない。 OsaheniおよびJenekhe[20]は、PBOおよびTTAの2層に おける励起錯体の形成を観察したが、PLについてのみであったが、彼らは励起 錯体が有機発光デバイスにおいて重要なプロセスでありうることを示唆している [20〜21]。励起錯体の形成によるPLおよびELは、Karaszおよび 共同研究者ら[17]によりPVKとマルチブロックコポリマーとのブレンドに おいて報告されたが、別々の層を有するデバイスは研究されなかった。図面の簡単な説明 第1図は、本発明に関係する3つの化学構造を描写するものである。(a)基 R=C1225またはCOOC1225を有するPPyVとPPVとのコポリマー、 (b)側基R1=OC1633およびストラップR2=C1020を有するコポリマー 、および(c)正孔輸送層ポリ(ビニルカルバゾール)。 第2図は、PVKの単一層、コポリマーの単一層、およびPVK/コポリマー の2層の吸収を示すプロットを描写するものである。(a)PPyVP(COO C12252V、(b)PPyV(C12252V、および(c)「ストラップド 」コポリマー。 第3図は、(a)PPyVP(COOC12252Vフィルム(破線)、PV K/VP(C12252V2層フィルム(実線)、PVKフィルム(○)、(b )PPyVP(COOC12252Vフィルム(破線)、PVK/PPyVP( COOC12252V2層フィルム(実線)、PVKフィルム(○)、および( c)ストラップドコポリマーのフィルム(破線)、PVK/ストラップドコポリ マーの2層フィルム(実線)、PVKフィルム(○)のホトルミネセンスを示す 。 第4図は、(a)ITO/PVK/PPyVP(COOC12252V/Al デバイスおよび(b)ITO/PVK/ストラップドコポリマー/Alデバイス についてのエレクトロルミネセンス(実線)、およびPVKおよび(a)PPy VP(COOC12252Vおよび(b)ストラップドコポリマーの2層フィル ムのホトルミネセンス(破線)を示す。 第5図は、ITO/PVK/PPyVP(COOC12252Vデバイスの電 流密度一電圧特性(○)および明るさ−電圧特性を示す。挿入図は、単一層、I TO/PPyVP(COOC12252V/Al、デバイス(□)および2層デ バイス(○)の間の比較を示す。2層デバイスは10倍より低い電流密度におい て10倍より明るく、効率の100倍の改良を暗示する。好ましい態様の詳細な説明 本発明の好ましい態様に従い、その最良のモードであると現在考えられる本発 明の好ましい態様を下記において詳細に説明する。 PPyVPVコポリマーの合成は他の文献に記載されている[22]。第1図 (a)は、ポリ(ピリジルビニレンフェニレンビニレン)(PPyVPV)の分 子構造を示す。我々は側基R=COOC1225およびC1225を有するコポリマ ーについての結果を報告する。第1図(b)は、交互PPVセグメント中のフェ ニル環を横切る「ストラップ」を有する同一コポリマーを示す。第2コポリマー について、側基はストラップR2=C1022を有するR1=OC1633である。コ ポリマーは普通の有機溶媒、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、キシレン 、およびクロロホルム中に可溶性である。PVK(第1図(c))は、Aldr ich Chemical Co.から購入した。 PTIQMIルミネセンス分光光度計を使用して、PLおよびELを測定した 。Perkin Elmer Lambda 19UV/Vis/NIR分光光 度計を使用して、吸収をを測定した。2つのKeithley 195Aマルチ メーターを使用して、電流−電圧特性を測定した。HP6218Ade電力供給 を 使用して、電圧を印加した。検量されたQTHランプおよびUnited De tector Technologies Silicon Photodio de(UV−100)を使用して、量子効率を測定した。 PLおよび吸収の測定の試料を石英上にスピンキャストした。PVKをTHF 中の10mg/mlの溶液からスピンキャスト(約3000rpm)した。下に 横たわるPVKが溶解しないように、コポリマーのすべてをキシレン(約10m g/ml)からスピンキャスト(約1000rpm)した。デバイスについて、 前もってクリーニングしたインジウム錫酸化物(ITO)支持体上でポリマーを スピンキャストした。2層の立体配置でPVK層を層流フード中で30秒間乾燥 した後、コポリマー層をスピンキャストした。デバイスについてのすべての製作 工程は、クラス100のクリーンルーム中で周囲雰囲気中で実施した。低気圧( <10-6torr)において、アルミニウム電極をポリマー表面の上に熱的に蒸 発させた。デバイスの活性面積は7mm2であった。結果の論考 第2図は、単一系および2層系についての吸収を示すものである。プロットの 各々は、PVKの単一層、コポリマーの単一層、およびPVKおよび対応するコ ポリマーの2層の立体配置を示す。PVK吸収の開始は3.5eVにおいてであ り、そして以前の報告[6、7]に類似する2つのスペクトルの特徴を3.6お よび3.75eVにおいて示す。第2図の3つの事例の各々において、2層の立 体配置の吸収は個々の層の各々の吸収の合計である。励起された状態の転移に対 する新しい理由は存在しない。系の各々についてのホトルミネセンスの励起(P LE)の結果(図示せず)は、これらの結果を立証する。 単一層および2層の立体配置についてのホトルミネセンスを第3図に示す。 PVKフィルムのPL(3.6eVにおける励起)は第3図a、第3図bおよび 第3図cにおいて開いた円(○)で示されており、そして3.05eVにおける ピークは以前の報告[6、7]に類似する。破線は各コポリマーの単一層フィル ムのPLである。(a)PPyVP(C1225)2V、(b)PPyVP(COO C12252Vおよび(c)ストラップドコポリマー。2.25eVにおいて、 また、肩を有するストラップドコポリマーを除外して、スペクトルは約2.1e Vにおけるピークの各々と類似する。2.6eV付近においてピークとなるコポ リマーのフィルムのPLは、溶液のPLのそれから有意にレッドシフトしている (図示せず)。溶液からフィルムへのPLのレッドシフトは、コポリマーのフィ ルムにおける凝集のためである[23]。 第3図における実線は、PVKおよびコポリマーの各々の2層の立体配置につ いてのPLスペクトルである。各場合において、PVKのバンドギャップより大 きいエネルギーである3.6eVにおいて、2層フィルムを励起させた。各場合 において、特に第3図bおよび第3図cにおいて、PVKのPL放射(3.1e V)と同一エネルギーにおいてPL放射が存在する。しかしながら、2層フィル ムにおける主要な特徴は、(a)PPyVP(C12252Vおよび(b)PP yVP(COOC12252Vについて2.5eVに位置し、そして(c)スト ラップドコポリマーについて2.4eVに位置する。これらのエネルギーにおけ る放射はPVKまたはコポリマーの個々のフィルムについて観測されず、放射が 完全に異なる種、励起錯体によることを示す。励起エネルギーが3.4eV(P VKのバンドギャップ)以下に低下するとき、励起錯体による放射は著しく減少 する。さらに、2層の立体配置におけるコポリマーまたはPVKのフィルムの濃 度および厚さが変化すると、励起錯体のピークおよびPVKのPVKの相対強度 は変化するであろう。 PPyVP(C12252VおよびPPyVP(COOC12252Vはほぼ同 一のPLの結果を有し、これは、側鎖が双方のコポリマーにおいて同一機能を実 行する傾向があるので、期待される。第3図cにおけるストラップドコポリマー についての単一層のPLの結果は、全く新しい特徴、すなわち、高エネルギーの 肩を示す。高エネルギーの肩は溶液のPLにいっそう近く、フィルム中の非凝集 部位に帰属される。他のフェニル環の回りのC1020ストラップは、この群の他 のコポリマーにおいて起こる凝集を妨げる傾向がある。同一の肩(ここでは低い エネルギー側)は、また、2層フィルムにおいて出現し、PLが励起錯体の部位 から、およびストラップドコポリマーの非凝集領域からの寄与をいけることを示 す。 2層のデバイスは0.1〜0.5mA/mm2の電流密度で約12〜16ボル トのターンオン電圧を有する。これらのデバイスは明るく点灯した部屋において 容易に確認でき、そして内部の量子効率約0.1〜0.5%を有する。第5図は 、典型的なITO/PVK/PPyVP(COOC12252V/Al2層のデ バイスの電流−電圧(○)および電圧−明るさ(実線)の特性を示す。第5図の 挿入図は、主要なプロットで示された単一層のデバイス(ITO/PVK/PP yVP(COOC12252V/Al)と2層のデバイスとの間の比較を示す。 2層のデバイスはより低い電流密度で10倍が明るく、これは単一層のデバイス よりも約100倍だけ効率よいことを意味する。 これらのデバイスにおいて、電子がAl電極からコポリマーの導電性バンドの 中に注入されるが、電子は大きいバリヤーのためにPVK/コポリマーの界面に 制限される。ITOから注入された正孔は、また、多少より小さいバリヤーによ り前記界面に制限されるであろう。界面領域における電子および正孔の数の増加 は、励起錯体の放射を介する再結合の確立を増加する。さらに、埋没された界面 は、そうでなければ電極付近において起こるであろう非放射的再結合を著しく減 少させる。結論 要約すると、本発明は、PVKおよびPPyVP(R)2Vのヘテロ接合部に おける励起錯体の放射の存在を証明する。コポリマー中の一つ置きのフェニル環 へのC1020ストラップの付加は、フィルム中の凝集を減少させる。ストラップ ドコポリマーの2層からの放射は、励起錯体部位および非凝集部位の組合わせで ある。励起錯体は2層のデバイスにおけるエレクトロルミネセンスの主要な方法 である。我々が製作した2層のデバイスは、界面における電荷の拘束および励起 錯体の放射のために、単一層のデバイスに比較して効率の100倍の増加を示す 。 下記の参考文献は引用することによって本明細書の一部とされる。参考文献 米国仮特許出願第60/023,071号の内容は、引用することによって本 明細書の一部とされる。 本発明の開示にかんがみてかつ実施を通して、添付された請求の範囲において 反映される本発明の精神から逸脱しないで本発明を実施するために、例えば、同 等の配置および組成を使用して、本発明の変更を行うことは当業者の技量の範囲 内であろう。 ポリ(ピリジルビニレンフェニレンビニレン): 合成および固体状態の構築 Dian−Kui Fu、Bing Xuおよび Timothy M.Swager* Departments of Chemistry、Massachuset ts Institute of Technology、Cambridge 、MA02139 要約:ポリ(ピリジルビニレンフェニレンビニレン)は、Heckカップリン グ手順により合成された。これらの材料は、ピリジル窒素のプロトン化およびア ルキル化により、光学的吸収において大きいレッドシフトを示す。ポリマーのあ るものは液晶であることが見出された。プロトン化またはアルキル化されたバー ジョンは、ポリマー状鎖間の電荷移動相互作用のために、高度に組織化された構 造を示す。 序論 共役ポリマーは、それらの導電性1、興味ある光学的2、非線形光学的3、およ びより最近においてエレクトロルミネセンスの性質4のために、非常に注目され るようになった。1990年におけるそれらの発見以来、ポリマーをベースとす る発光ダイオード(PLED)は、フラットパネルディスプレイにおける潜在的 用途について熱心に研究されてきている。PLEDは一般に下記の利点を有する :1)長期間の安定性、2)製作の容易さ、3)広いスペクトル範囲。ポリ(フ ェニレンビニレン)(PPV)は最も研究されたPLEDポリマーの中の1つで あり、前駆体ポリマーに対する排除反応により最もしばしば製造された。特に興 味 あるPPV誘導体は、電子が低いシアノ置換ビニル基を有するものである。これ らの材料は2層構造物においてより高い効率を示した4b。この後の研究により一 部分影響を受けて、我々は最近PPVの非常に低い電子の等電類似体である、ポ リ(メチルピリジニウムビニレン(PMPyV)の位置異性体のすべての合成を 報告した5。PMPyV、その親ポリマーポリ(ピリジルビニレン)(PPyV )、および他の類似体がLEDデバイスの構築のための有望な材料であることが 証明された6.7。それらのデバイスにおいて、環境的に安定な金属、例えば、A l、CuおよびAgが電子注入電極として使用された。新しいPPV類似体の我 々の研究の連続として、我々はここにおいてポリ(ピリジル−2,5−ビニレン )およびポリ(2,5−二置換フェニレンビニレン)の交互する単位から構成さ れたコポリマー(これらをPPyV−PDPVと略す)の合成および性質を報告 する。この論文において、我々はHeckカップリング条件下のそれらのコポリ マーの合成を記載する10。 PPyV−PDPVにおける我々の興味は、既知の液晶性剛性ポリエステルに 対する構造的類似性により刺激された8。このような自己有機化構造物の製造は 、これらの材料の導電性およびエレクトロルミネセンスをコントロールする因子 の研究のために重要である。また、PPyV−PDPVのあるもは、それらの交 互する強く電子に富んだおよび電子が低い構造に関連する、新規な電子的および 自己アセンブリング性質を示すことができることが予測される。最近の光物理的 研究9は、共役ポリマーのホトルミネセンス性質がそれらの固体状態の有機化に 高度に依存することを示した。ほとんどの場合において、共役ポリマーは、それ らの希薄溶液において得られたものに関して、固体状態においてホトルミネセン ス(PL)の量子効率の大きい減少を示した。この効率の減少は、急速な非放射 的減衰メカニズムを提供する、強い鎖間相互作用である。鎖間相互作用を減少す るために、コポリマーPPyV−MPDPVを含有する巨大環を製造した。 結果および論考 合成 2,5−ジビニルピリジンおよび巨大環モノマーの合成をスキーム1に記載す る。触媒としてPd(AsPh32Cl2を使用することによって、2,5−ジ ブロモピリジン(1)をビニルトリブチル錫と選択的にいっそう反応性の2−位 において反応して、85%の収率で5−ブロモ−2−ビニルピリジン(2)を生 成した。Pd(PPh32Cl2を使用する5−位における2とのそれ以上の反 応が高温において起こって、2,5−ジビニルピリジン(3)を50%の収率で 生成する。この2工程の手順を、我々の研究の後の部分において、Pd(PPh 3)4を触媒とする1工程の反応と置換した。この反応は延長した加熱(55℃ 、6日)および過剰のビニルトリブチル錫(4当量)を必要とするが、それは簡 素化された精製手順および80%(2工程の手順について、43%の全体の収率 が得られた)の改良された収率を提供する。3の精製は、減圧下の最初の蒸留を 必要とし、ビニルトリブチル錫3と微量の2との混合物を与える。生ずる混合物 をフラッシュカラムクロマトグラフィーによりさらに精製すると、3が透明な液 体として高い純度(NMRにより>99.5%)で得られる。モノマー3をジイ オダイドのモノマーとHeck反応条件下に精製直後に重合させて、ビニル基の 遊離基重合を回避した。3の希薄CH2Cl2溶液を0℃において1カ月間貯蔵す ることができ、そして使用前にクロマトグラフィーにかけた。1,4−(オキシ デカンオキシ)−2,5−ジヨードベンゼン巨大環モノマー(5)は、ウィリア ムソンのエーテル合成により容易に合成された。この場合において、2,5−ジ ヨ ード−1,4−ジハイドロキノン(4)と商業的に入手可能な1,10−ジブロ モデカンとの1:1混合物を、アセトン中のK2CO3およびKIの懸濁液に、注 射器ポンプを介して3日にわたってゆっくり添加した。5の形成を最大にするた めに高い希釈条件をデザインしたが、実質的な量(15%)の望ましくない付加 物6が、また、生成した。5および6は物理的性質が類似するので、それらの分 離は時間のかかる重力クロマトグラフィー(CH2Cl2/ヘキサン(5:95) 、SiO2)によってのみ可能であった。化合物5は最初の画分であり、25% の収率で単離された。5および6の構造は、1Hおよび13C NMRと質量分析 との組合わせにより立証された。 スキーム1 スキーム2に示すように、コポリマーの合成にHeckカップリング反応を使 用した10。非巨大環を含有するポリマーのバンド構造を細く調節する目的で、異 なる電子供与(または吸引)能力を有する二置換フェニレンを含有するポリマー を合成した。モノマー7a、7bおよび7cは、標準的有機変換を介して容易に 合成された。ポリマー8a、8bおよび8cを形成する重合は、110℃におい て触媒としてPd(PPh32Cl2を使用して実施した。すべての場合におい て、Et3NTの沈澱が重合の間に観察された。ポリマー8bおよび8cの沈澱 は、また、24時間後に明らかとなった。これらの問題を回避しかつカップリン グ反応の効率を改良するために、ポリマー9aおよび9bの製造に変更された条 件を使用した。これらの条件は、溶解度を改良するために、DMFおよびキシレ ン(1:1)から成る混合溶媒系、およびいっそう活性な触媒であるように見え るPd(P(o−トリル))2Cl2を包含した。 スキーム2 重合結果は表1に記載するとおりである。多分散度指数は、段階成長重合につ いて期待したように、1.8〜2.0であった。系列8のポリマーの間で、8a はジアルコキシ置換基のより反応特質と一致するより高い分子量および反応溶媒 中のポリマーのより高い溶解度を示すことが見出された。ポリマー8bおよび8 cのより低い収率および分子量は、R基の立体障害性の増加およびポリマーの溶 解度の減少のためであるように見える。混合溶媒は、ポリマー9aの合成の低度 の改良を提供した。しかしながら、混合溶媒を別のPd(P(o−トリル))2 Cl2とともに使用することによって、9bの分子量は関係するポリマー8bよ りも6倍増加することが観測された。ポリマーの精製は、アセトンからの沈澱お よびメタノールを使用するソックスレー抽出を包含した。ポリマー8a、9b、 9cは種々の有機溶媒、例えば、CH2Cl2、THF、およびトルエンの中に高 度に可溶性であるが、ポリマー8bおよび8cは溶解性が低い。ポリマーのすべ ては高度に着色しており、そして溶液中で強く蛍光性である。 表1;重合の結果性質 コポリマーのピリジン単位は水性HClで容易にプロトン化される。この変換 は劇的変色(例えば、ポリマー8aについて赤〜暗い紫)を伴い、この変色はポ リマーの電子構造のドナー受容体の特質のためである。それゆえ、光学的転移は 供与性ジアルコキシフェニル部分から、プロトン化により安定化されたピリジン 残基への電荷の移動を含むように見える。ポリマー9aを過剰の過剰のCH2C l2中のメチルトリフレートで処理すると、ポリマー11が得られ、これは、ま た、同様な変色を示した。すべての中性およびカチオン性のポリマーについて の吸収最大を表2に記載する。カチオン性ポリマーのすべては、それらの中性の 型に関して強いレッドシフトを示す。これらの転移は電荷の移動の特質を有する とした我々の特性決定と一致して、シフトの大きさは側鎖の電子供与(または吸 引)能力と一致する。結局、最大のシフトはジアルコキシ基について観測され( 8aおよび9a)そしてジエステル(8b)は最小の作用を示した。プロトン化 およびメチル化(11)後のポリマー8aのUV−Visスペクトルを第1図に 示す。中性のポリマー(8a)は466nmにおいてλmaxを示し、これはプロ トン化およびメチル化された型において完全に存在せず、後者の型は、それぞれ 、537nmおよび532nmにおいてλmaxを有する。 スキーム3 表2:中性およびプロトン化ポリマーのUV−visデータ 第1図。ポリマー(a)、プロトン化型(8a:H+)(b)、およびポリマー 11(c)のUV−Visスペクトル ポリマーのDSC分析は、350℃まで検出可能な相転移を示さなかった。し かしながら、変動性温度のX線回折の研究(第2図)は、ポリマー8aおよび1 1が高温において液晶相を表示することを示す。中間相は層状サニディック(S anidic)(Σ)変種12を有し、ここでポリマー状鎖は層において「ボード 様」二軸方向の有機化を示す。広い角度のピークの欠如に基づいて、8aは 非常に弱いインターポリマーの相関を有すると我々は結論する。したがって、ポ リマー8aの中間相を無秩序のサニディック(Sanidic)(Σσ)として 標識化する。8aのメチル化は大きく増強された(100)回折を生成し、3. 47オングストロームにおいて新しい反射をつくり、これはポリマー状鎖間のよ り強い相互作用を示す。この追加の順序はインターポリマーの電荷移動相互作用 から発生すると考えられる(スキーム4)。ポリマー11の3.47オングスト ロームにおける追加の広い角度のために、この材料は規則的サニディック(sa nidic)相(Σo)に割り当てる。この2つの次元的有機化は、ポリマー状 鎖の間の正確な位置合わせをつくるので、新規である。他のPPV誘導体は、一 般に、ポリマー状鎖の間にネマチックの順序を有するのみである。モノマーの中 に巨大環を組込むと、共面鎖−鎖の相互作用が減少する。ポリマー9aおよび9 bのXRD研究は、非常に低い程度の有機化の弱い回折特性のみを示す。 スキーム4第2図。ポリマー8a(上部)およびポリマー11(TfO-塩)(下部)の2 00℃においてX線回折 結論 ポリマー8a、8b、および8cは、LEDデバイスの製作のための有望な材 料であることが示された。しかしながら、これらの材料のエレクトロルミネセン スの量子効率はなお低かった。前述したように、これは一部分鎖間相互作用の結 果である。しかしながら、11のΣo相における高度のポリマー状鎖間の電荷移 動相互作用は新規であり、他の興味ある電子的性質生ずるであろう。鎖間のクェ ンチングの問題を克服するために、巨大環を含有するポリマー9aおよび9bを デザインした。事実、これらのポリマーについての初期のホトルミネセンスの研 究は改良された効率を示し、そして詳細な光物理的研究は現在進行中である。 実験 すべての実験はアルゴン雰囲気下に実施した。THFナトリウム/ベンゾフェ ノンから蒸留した。使用前に、DMFをアルミニウムで乾燥し、脱気した。ビニ ルトリブチル錫13、および14、7a14および7b15を文献の手順に従い製造した 。モノマー7c14を以前に報告された中間体のために容易に製造された。2,5 −ブロモピリジン(Aldrich)、Pd(PPh34(Strem)、PP (o−トリル)3(Aldrich)およびPdCl2を入手したままで使用した 。Buruker AC−250(250MHz)分光光度計を使用して、NM Rスペクトルを記録した。Hewlett−Packerd 8453分光光度 計を使用して、UV−visスペクトルを得た。GPCをRaininHPCL 溶媒デリバリーシステムおよびRI−1放射性同位元素検出器と、ショデックス (Shodex)GPC KD−80Mカラムを使用して、GPCを実施した。 分子量をポリスチレンに関して報告した。 2,5−ジビニルピリジン(3):テトラキス(トリフェニルホスファン)、 パラジウム(100mg、8.65×10-2mmol)、2,5−ブロモピリジ ン(3.50g、14.8mmol)およびビニルトリブチル錫(18.0g、 56.8mmol)のTHF(100ml)溶液を5日間加熱還流させた。TH Fを回転蒸発器により除去した後、生ずる残留物を減圧下に蒸留して、5−ブロ モ−2−ビニルピリジンとビニルトリブチル錫との混合物を除去した。生ずる材 料をフラッシュカラムクロマトグラフィー(SiO2、EtOAc/ヘキサン、 1:10)によりさらに精製すると、3が透明な液体として得られた(1.55 g、80%)。1H NMR(CDCl3)δ8.43(s、1H)、7.52( δ、1H)、7.12(d、1H)、6.64−6.72(m、2H)、6.0 5(d、1H)、5.64(d、1H)、5.32(d、1H)、 5.18(d、1H);13Cδ154.6、147.7、136.3、132. 9、132.6、131.5、120.6、117.7、115.4;MS13 2(M+1)。 1,4−(オキシデカンオキシ)−2,5−ジヨードベンゼン(5):2,5 −ジヨード−1,4−ジハイドロキノン(7.24g、20.0mmol)、1 ,10−ジブロモデカン(6.00g、20.0mmol)およびアセトン(3 0ml)の混合物を、塩化カリウム(30.0g、21.7mmol)、ヨウ化 カリウム(0.50g、3.0mmol)およびアセトン(300ml)を含有 する500mlのRBフラスコの中に、注射器ポンプを介して3日かけて添加す ると同時に、反応性を還流に維持した。さらに日後、アセトンを回転蒸発器で除 去した。次いで固体状残留物を希HClで中和し、CH2Cl2(3×100ml )で抽出した。CH2Cl2を除去し、次いでフラッシュカラムクロマトグラフィ ー(SiO2、CH2Cl2/ヘキサン、5:95)にかけると、所望の生成物が 白色固体として得られた(2.0g、20%)。1H NMR(CDCl3)δ7 .27(s、1H)、4.16−4.34(m、4H)、1.56−1.66( b、4H)、1.06−1.24(m、6H)、0.90−0.94(d、2H )、0.70(b、4H);13Cδ152.6、126.9、89.1、70. 6、27.6、27.4、23.7;MS518(M+NH3)。 ポリマー8a:ジビニルトルエン(0.493g)3.76mmol)、1, 4−ジヘキサデカンオキシ−2,5−ジヨードベンゼン(3.05g、3.76 mmol)、トリエチルアミン(2.0ml)、ビス(トリフェニルホスフェン )パラジウムジクロライド(30mg、0.043mmol)およびトルエン( 10ml)の混合物を110℃に24時間加熱した。次いで反応を20mlのト ルエンで希釈し、600mlのアセトン中に注ぐと、赤色沈澱が形成した。生ず る沈澱を吸引濾過により集めた。24時間メタノールでソックスレー抽出によ りさらに精製すると、ポリマー8aが暗い赤色固体として得られた(2.45g 、95%)。1H NMR(CDCl3)δ8.67、7.82、7.49、7. 46、7.17、7.12、4.04、1.88、1.52、1.23、0.8 4;13Cδ155.1、151.4、151.0、148.7、132.7、1 31.8、128.8、127.6、126.8、125.2、124、8、1 1.2、110.4、69.4、69.3、31.9、29.7、29.5、2 9.4、29.2、26.2、22.7、14.1;分析、計算値:C、82. 28;H、11.02;N、2.04。実測値:C、79.09、H、10.6 7;N、1.88。 ポリマー8b:モノマー3および7bを8aと同一条件下に反応させて、ポリ マー8bを88%の収率で得た。1H NMR(CDCl3)δ8.76、7.8 9−7.98、7.45−7.55、7.08−7.21、2.65−2.80 、1.57−1.62、1.26、0.88。 ポリマー8c:モノマー3および7cを8aの合成についてと同一条件下に反 応させて、ポリマー8cを90%の収率で得た。1H NMR(CDCl3)δ8 .76、8.36、8.29、7.91−8.08、7.52、7.08−7. 13、4.41、1.84、1.25、0.86。 ポリマー9a :3(581.4mg、4.43mmol)、5(1.108g 、2.215mmol)、7a(1.797g)2.215mmol)、トリエ チルアミン(3.0ml)、ビス(トリフェニルホスフェン)パラジウムジクロ ライド(30gm、0.043mmol)、キシレン(7.0ml)およびDM F(7.0ml)の混合物を135℃に加熱した。24時間後、反応混合物を1 0mlのキシレンで希釈し、600mlのアセトンを含有するフラスコ中に注い だ。生ずるオレンジ色の固体を吸引濾過により集め、メタノールで洗浄した。残 留メタノールを除去すると、9aが輝いたオレンジ色固体として97%の収率で 得ら れた。1H NMR(CDCl3)δ8.69、7.82−7.87、7.49− 7.56、7.25、7.11−7.16、4.47、4.24、4.04、1 .87、1.53、1.23、1.00、0.84、0.82、0.73。 ポリマー9b:3(121.6mg、0.927mmol)、5(231.8 mg、0.463mmol)、7b(307.1mg、0.463mmol)、 トリエチルアミン(0.5ml)、パラジウムジクロライド(5.4mg、0. 0304mmol)、トリ(o−トリル)ホスフェン(18.6mg、0.03 04mmol)、キシレン(1.5ml)およびDMF(1.5ml)の混合物 を135℃に加熱した。3時間後、黄色沈澱が観察された。次いで反応混合物を 3mlのキシレンで希釈し、500mlのアセトンを含有するフラスコ中に注い だ。生ずるオレンジ色の固体を吸引濾過により集め、メタノールで洗浄した。残 留メタノールを除去すると、9bが輝いたオレンジ色固体として98%の収率で 得られた。1H NMR(CDCl3)δ8.73、7.84−7.90、7.4 1−7.51、7.26、7.05−7.14、4.48、4.26、2.80 、1.77、1.62、1.24、0.82−0.85、0.74。 謝辞 ナバル研究所(the Office of Naval Research )の資金に大きく感謝する。 参考文献および注
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG ,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT, LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG ,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG, UZ,VN (72)発明者 ダレン、ディー.ゲブラー アメリカ合衆国オハイオ州、コロンバス、 ウェスト、カノーワ、479 (72)発明者 ティモシー、エム.スワガー アメリカ合衆国マサチューセッツ州、ニュ ートン、コプリー、ストリート、18

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. ポリマー状鎖からなる複数のポリマー状鎖を含んでなり、エレクトロル ミネセンスのレッドシフトおよびエレクトロルミネセンスの発光効率の低下を実 質的に防止するために、前記ポリマー状鎖を十分に解凝集状態に維持しているが 、このために前記ポリマー状鎖の各々は十分な数および大きさの置換基部分を有 し、かつ前記ポリマー状鎖から前記ポリマー状鎖の回りの周囲の実質的な部分の 回りに延びている、電子の流れを受けたときエレクトロルミネセンスを発生する ことができる発光ポリマー状物質。 2. 下記の構造を有する、交互およびランダムコポリマーから成る群より選 択されるポリマー状鎖からなる、請求項1に記載の発光ポリマー状物質。 式中、 mは重合度であり、 Yは−CH2、O、S、COおよびNR2から成る群より選択され、ここでRは 1〜16個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Aは(CH2n、(CH2CH2O)n、(CH2CH2O)nNR、および6〜1 4個の炭素原子を含有するアリール基から成る群より選択され、ここでRは1 〜16個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Bは(CH2n、6〜14個の炭素原子を含有するアリール基、および18〜 200個の炭素原子を有するカリキサレンから成る群より選択され、 uはグループ1〜6から独立に選択される値であることができ、 wはグループ1〜6から独立に選択される値であることができ、 nはグループ0〜6から独立に選択される値であることができ、そして Zは から成る群より選択される構造であることができ、 Rは1〜16個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Yは−CH2、O、S、COおよびNR2から成る群より選択され、ここでRは 1〜16個の炭素原子を含有するアルキル基であり、 Bは(CH2n、6〜14個の炭素原子を含有するアリール基、および18〜 200個の炭素原子を有するカリキサレンからなる群より選択され、 uはグループ1〜6から独立に選択される値であることができ、そして wは グループ1〜6から独立に選択される値であることができる。 3. 前記ポリマーが、下記の構造を有するコポリマーからなる群より選択さ れるポリマー状鎖からなる、請求項1に記載の発光ポリマー状物質。 式中、R1はOC1633であり、そしてR2はC1020である。 4. 前記ポリマー状物質が電子ブロックポリマーの層をさらに有する、請求 項1に記載の発光ポリマー状物質。 5. 前記電子ブロックポリマーがポリ(ビニルカルバゾール)からなる群よ り選択される、請求項4に記載の発光ポリマー状物質。 6. ポリマー状鎖からなる複数のポリマー状鎖を含んでなり、エレクトロル ミネセンスのレッドシフトおよびエレクトロルミネセンスの発光効率の低下を実 質的に防止するために、前記ポリマー状鎖を十分に解凝集状態に維持しているが 、このために前記ポリマー状鎖の各々は十分な数および大きさのロタキセンが付 与されており、かつ前記ポリマー状鎖から前記ポリマー状鎖の回りの周囲の実質 的な部分の回りに延びている、電子の流れを受けたときエレクトロルミネセンス を発生することができる発光ポリマー状物質。 7. 前記ポリマー状物質が電子ブロックポリマーの層をさらに有する、請求 項6に記載の発光ポリマー状物質。 8. 前記電子ブロックポリマーがポリ(ビニルカルバゾール)からなる群よ り選択される、請求項7に記載の発光ポリマー状物質。 9. 請求項1に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電子 の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 10. 請求項2に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 11. 請求項3に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 12. 請求項4に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 13. 請求項5に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 14. 請求項6に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 15. 請求項7に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 16. 請求項8に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置。 17. 請求項1に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置であって、前記発光装置は単一層 、2層および多層の発光装置からなる群より選択される発光装置。 18. 請求項6に記載の発光ポリマー状物質と、前記電子輸送ポリマーに電 子の流れを供給する電流源とからなる発光装置であって、前記発光装置は単一層 、2層および多層の発光装置からなる群より選択される発光装置。
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