JP2009001789A - 高分子化合物及びその製造方法、並びに、その高分子化合物を用いた発光材料、液状組成物、薄膜、高分子発光素子、面状光源、表示装置、有機トランジスタ及び太陽電池 - Google Patents
高分子化合物及びその製造方法、並びに、その高分子化合物を用いた発光材料、液状組成物、薄膜、高分子発光素子、面状光源、表示装置、有機トランジスタ及び太陽電池 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、高分子化合物及びその製造方法、並びに、その高分子化合物を用いた発光材料、液状組成物、薄膜、高分子発光素子、面状光源、表示装置、有機トランジスタ及び太陽電池に関する。
溶媒に可溶な高分子化合物は、塗布法により発光素子等の有機層を形成できることから、例えば、発光素子等を製造するための材料として有用である。そして、今日では、様々な種類の高分子化合物が研究され、種々のポリ(アリーレンビニレン)系の高分子化合物が開示されてきた。
このようなポリ(アリーレンビニレン)系の高分子化合物として、例えば、2001年発行のSynthetic Metals(vol.119)の149〜150頁(非特許文献1)においては、特定のトリフェニルアミン骨格を有する高分子化合物が開示されている。また、特開昭61−103923号公報(特許文献1)においては、フェノチアジン骨格を主鎖に有するポリ(アリーレンビニレン)系の高分子化合物が開示されている。更に、1995年発行のSynthetic Metals(vol.74)の71〜74頁(非特許文献2)においては、チオフェン環骨格を有する、ポリ(アリーレンビニレン)系の高分子化合物が開示されている。
特開昭61−103923号公報
H.C.Li et al.,Synthetic Metals,2001年発行,vol.119,149〜150頁
C.Wang et al.,Synthetic Metals,1995年発行,vol.74,71〜74頁
しかしながら、上記特許文献1や上記非特許文献1〜2に記載のような従来のポリ(アリーレンビニレン)系の高分子化合物は、蛍光強度の点で必ずしも十分なものではなかった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、十分に高い蛍光強度を示し、発光材料や電荷輸送材料等として好適に用いることが可能な高分子化合物及びその製造方法、並びに、その高分子化合物を用いた発光材料、液状組成物、薄膜、高分子発光素子、面状光源、表示装置、有機トランジスタ及び太陽電池を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、下記一般式(1)で示される繰返し単位を含有することにより、得られる高分子化合物が十分に高い蛍光強度を示し、発光材料、電荷輸送材料、更には有機トランジスタや太陽電池等の材料等として好適に用いることが可能なものとなることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の高分子化合物は、下記一般式(1)で示される繰返し単位を含有することを特徴とするものである。
[一般式(1)]
[一般式(1)]
(式中、Rf1及びRg1は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Rd1及びRe1は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Ra1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2及びRb3は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から20のアルキル基又は炭素数1から20のアルコキシ基を表す。)。
また、上記本発明の高分子化合物としては、下記一般式(2)で示される繰返し単位を更に含有することが好ましい
[一般式(2)]
[一般式(2)]
(式中、Rf3及びRg3は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Rd3及びRe3は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表す。)。
また、上記本発明の高分子化合物としては、前記一般式(1)中のRd1及びRe1のうちの少なくとも一つが、炭素数1から12のアルキル基であることが好ましく、また、前記一般式(2)中のRd3及びRe3のうちの少なくとも一つが、炭素数1から12のアルキル基であることが好ましい。
さらに、上記本発明の高分子化合物としては、前記一般式(1)中のRd1及びRe1のうちの少なくとも一つが、フェニル基であることが好ましく、また、前記一般式(2)中のRd3及びRe3のうちの少なくとも一つが、フェニル基であることが好ましい。
また、本発明の高分子化合物の製造方法は、下記一般式(100)で表される化合物と、下記一般式(200)で表される化合物とをパラジウム触媒及び塩基の存在下で反応させて、上記本発明の高分子化合物を得ることを特徴とする方法である。
[一般式(100)]
X1−C(A1)=C(A2)−X2 (100)
(式中、A1及びA2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基又はフェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、X1及びX2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれホウ酸基又はホウ酸エステル基を表す。)
[一般式(200)]
Y1−Ar200−Y2 (200)
{式中、Ar200は、下記式(201):
[一般式(100)]
X1−C(A1)=C(A2)−X2 (100)
(式中、A1及びA2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基又はフェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、X1及びX2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれホウ酸基又はホウ酸エステル基を表す。)
[一般式(200)]
Y1−Ar200−Y2 (200)
{式中、Ar200は、下記式(201):
(式中、Rf4、Rg4は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Ra4、Ra5、Ra6、Rb4、Rb5及びRb6は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から20のアルキル基又は炭素数1から20のアルコキシ基を表す。)
で示される基を表し、Y1及びY2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基又はアリールアルキルスルホネート基を表す。}。
で示される基を表し、Y1及びY2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基又はアリールアルキルスルホネート基を表す。}。
本発明の液状組成物は、上記本発明の高分子化合物と、溶媒とを含有することを特徴とするものである。また、本発明の発光材料、薄膜、有機トランジスタ又は太陽電池は、それぞれ上記本発明の高分子化合物を含有することを特徴とするものである。
さらに、本発明の高分子発光素子は、陽極と陰極とからなる電極間に、上記本発明の高分子化合物を含有する有機層を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の面状光源又は表示装置は、それぞれ、上記本発明の高分子発光素子を備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、十分に高い蛍光強度を示し、発光材料や電荷輸送材料等として好適に用いることが可能な高分子化合物及びその製造方法、並びに、その高分子化合物を用いた発光材料、液状組成物、薄膜、高分子発光素子、面状光源、表示装置、有機トランジスタ及び太陽電池を提供することが可能となる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
[高分子化合物]
本発明の高分子化合物は、下記一般式(1)で示される繰返し単位を含有することを特徴とするものである。
[一般式(1)]
本発明の高分子化合物は、下記一般式(1)で示される繰返し単位を含有することを特徴とするものである。
[一般式(1)]
(式中、Rf1及びRg1は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Rd1及びRe1は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Ra1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2及びRb3は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から20のアルキル基又は炭素数1から20のアルコキシ基を表す。)。
上記一般式(1)中のRf1、Rg1として選択され得るアルキル基は、炭素数が1から12のアルキル基である。また、このようなアルキル基としては、直鎖、分岐または環状のいずれでもよく、更に、置換基を有していてもよい。このような炭素数1から12のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、i−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、ラウリル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。また、このような炭素数1から12のアルキル基の中でも、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基が好ましく、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基がより好ましい。
上記一般式(1)中のRf1、Rg1として選択され得る炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基としては、フェニル環上に置換基として前述の炭素数1から12のアルキル基が導入されたものであればよく、フェニル環上の前記置換基の数は1〜5(より好ましくは1〜3、特に好ましくは1)であることが好ましい。また、このようなフェニル環上の置換基としてのアルキル基は、上記Rf1、Rg1として選択され得る炭素数1から12のアルキル基と同様のものである。また、このような炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基としては、例えば、メチル基置換フェニル基、エチル基置換フェニル基、プロピル基置換フェニル基、i−プロピル基置換フェニル基、ブチル基置換フェニル基、i−ブチル基置換フェニル基、s−ブチル基置換フェニル基、t−ブチル基置換フェニル基、ペンチル基置換フェニル基、ヘキシル基置換フェニル基、シクロヘキシル基置換フェニル基、ヘプチル基置換フェニル基、オクチル基置換フェニル基、2−エチルヘキシル基置換フェニル基、ノニル基置換フェニル基、デシル基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチル基置換フェニル基、ラウリル基置換フェニル基、トリフルオロメチル基置換フェニル基、ペンタフルオロエチル基置換フェニル基、パーフルオロブチル基置換フェニル基、パーフルオロヘキシル基置換フェニル基、パーフルオロオクチル基置換フェニル基等が挙げられ、中でも、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、ブチル基置換フェニル基、i−ブチル基置換フェニル基、t−ブチル基置換フェニル基、ヘキシル基置換フェニル基、ヘプチル基置換フェニル基、オクチル基置換フェニル基、2−エチルヘキシル基置換フェニル基、ノニル基置換フェニル基、デシル基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチル基置換フェニル基が好ましい。
さらに、上記一般式(1)中のRf1、Rg1として選択され得る炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基としては、フェニル環上に置換基として炭素数1から12のアルコキシ基が導入されたものであればよく、フェニル環上の前記置換基の数は1〜5(より好ましくは1〜3、特に好ましくは1)であることが好ましい。また、このような置換基としてのアルコキシ基は炭素数が1〜12のものであり、例えば、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、イソプロピルオキシ、ブトキシ、イソブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、3,7−ジメチルオクチルオキシ、ラウリルオキシ等が挙げられる。また、このようなアルコキシ基は更に置換基を有していてもよい。
このような炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基としては、例えば、メトキシ基置換フェニル基、エトキシ基置換フェニル基、プロピルオキシ基置換フェニル基、i−プロピルオキシ基置換フェニル基、ブトキシ基置換フェニル基、i−ブトキシ基置換フェニル基、s−ブトキシ基置換フェニル基、t−ブトキシ基置換フェニル基、ペンチルオキシ基置換フェニル基、ヘキシルオキシ基置換フェニル基、シクロヘキシルオキシ基置換フェニル基、ヘプチルオキシ基置換フェニル基、オクチルオキシ基置換フェニル基、2−エチルヘキシルオキシ基置換フェニル基、ノニルオキシ基置換フェニル基、デシルオキシ基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基置換フェニル基、ラウリルオキシ基置換フェニル基、トリフルオロメトキシ基置換フェニル基、ペンタフルオロエトキシ基置換フェニル基、パーフルオロブトキシ基置換フェニル基、パーフルオロヘキシルオキシ基置換フェニル基、パーフルオロオクチルオキシ基置換フェニル基、メトキシメチルオキシ基置換フェニル基、2−メトキシエチルオキシ基置換フェニル基等が挙げられる。また、このような炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基の中でも、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、ブトキシ基置換フェニル基、i−ブトキシ基置換フェニル基、t−ブトキシ基置換フェニル基、ペンチルオキシ基置換フェニル基、ヘキシルオキシ基置換フェニル基、ヘプチルオキシ基置換フェニル基、オクチルオキシ基置換フェニル基、2−エチルヘキシルオキシ基置換フェニル基、ノニルオキシ基置換フェニル基、デシルオキシ基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基置換フェニル基、ラウリルオキシ基置換フェニル基が好ましい。このようなRf1、Rg1としては、合成の容易さの観点からは、Rf1とRg1とが同じ基であることが好ましい。
また、上記一般式(1)中のRd1、Re1は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表す。このようなRd1、Re1として選択され得るアルキル基は、炭素数が1から12のアルキル基である。また、このようなアルキル基としては、直鎖、分岐または環状のいずれでもよく、更に、置換基を有していてもよい。このような炭素数1から12のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、i−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、ラウリル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。また、このような炭素数1から12のアルキル基の中でも、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基が好ましく、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、i−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基がより好ましい。
上記一般式(1)中のRd1、Re1として選択され得る炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基としては、フェニル環上に置換基として前述の炭素数1から12のアルキル基が導入されたものであればよく、フェニル環上の前記置換基の数は1〜5(より好ましくは1〜3、特に好ましくは1)であることが好ましい。また、このようなフェニル環上の置換基としてのアルキル基は、上記Rf1、Rg1として選択され得る炭素数1から12のアルキル基と同様のものである。また、このような炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基としては、例えば、メチル基置換フェニル基、エチル基置換フェニル基、プロピル基置換フェニル基、i−プロピル基置換フェニル基、ブチル基置換フェニル基、i−ブチル基置換フェニル基、s−ブチル基置換フェニル基、t−ブチル基置換フェニル基、ペンチル基置換フェニル基、ヘキシル基置換フェニル基、シクロヘキシル基置換フェニル基、ヘプチル基置換フェニル基、オクチル基置換フェニル基、2−エチルヘキシル基置換フェニル基、ノニル基置換フェニル基、デシル基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチル基置換フェニル基、ラウリル基置換フェニル基、トリフルオロメチル基置換フェニル基、ペンタフルオロエチル基置換フェニル基、パーフルオロブチル基置換フェニル基、パーフルオロヘキシル基置換フェニル基、パーフルオロオクチル基置換フェニル基等が挙げられる。さらに、このような炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基の中でも、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、ブチル基置換フェニル基、i−ブチル基置換フェニル基、t−ブチル基置換フェニル基、ヘキシル基置換フェニル基、ヘプチル基置換フェニル基、オクチル基置換フェニル基、2−エチルヘキシル基置換フェニル基、ノニル基置換フェニル基、デシル基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチル基置換フェニル基が好ましい。
また、上記一般式(1)中のRd1、Re1として選択され得る炭素数1から12のアルコキシ基置換フェニル基としては、フェニル環上に置換基として炭素数1から12のアルコキシ基が導入されたものであればよく、フェニル環上の前記置換基の数は1〜5(より好ましくは1〜3、特に好ましくは1)であることが好ましい。また、このような置換基としてのアルコキシ基は炭素数が1〜12のものであり、例えば、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、イソプロピルオキシ、ブトキシ、イソブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、3,7−ジメチルオクチルオキシ、ラウリルオキシ等が挙げられる。また、このようなアルコキシ基は更に置換基を有していてもよい。このような炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基としては、例えば、メトキシ基置換フェニル基、エトキシ基置換フェニル基、プロピルオキシ基置換フェニル基、i−プロピルオキシ基置換フェニル基、ブトキシ基置換フェニル基、i−ブトキシ基置換フェニル基、s−ブトキシ基置換フェニル基、t−ブトキシ基置換フェニル基、ペンチルオキシ基置換フェニル基、ヘキシルオキシ基置換フェニル基、シクロヘキシルオキシ基置換フェニル基、ヘプチルオキシ基置換フェニル基、オクチルオキシ基置換フェニル基、2−エチルヘキシルオキシ基置換フェニル基、ノニルオキシ基置換フェニル基、デシルオキシ基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基置換フェニル基、ラウリルオキシ基置換フェニル基、トリフルオロメトキシ基置換フェニル基、ペンタフルオロエトキシ基置換フェニル基、パーフルオロブトキシ基置換フェニル基、パーフルオロヘキシルオキシ基置換フェニル基、パーフルオロオクチルオキシ基置換フェニル基、メトキシメチルオキシ基置換フェニル基、2−メトキシエチルオキシ基置換フェニル基等が挙げられる。また、このような炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基の中でも、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、ブトキシ基置換フェニル基、i−ブトキシ基置換フェニル基、t−ブトキシ基置換フェニル基、ペンチルオキシ基置換フェニル基、ヘキシルオキシ基置換フェニル基、ヘプチルオキシ基置換フェニル基、オクチルオキシ基置換フェニル基、2−エチルヘキシルオキシ基置換フェニル基、ノニルオキシ基置換フェニル基、デシルオキシ基置換フェニル基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基置換フェニル基、ラウリルオキシ基置換フェニル基が好ましい。
また、本発明の高分子化合物としては、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、前記一般式(1)中のRd1及びRe1のうちの少なくとも一つは、炭素数1から12のアルキル基であることが好ましい。さらに、本発明の高分子化合物としては、高分子化合物の薄膜の吸収及び発光波長の長波長化や耐熱性の観点からは、前記一般式(1)中のRd1及びRe1の少なくとも一つは、フェニル基であることが好ましい。
また、上記一般式(1)中のRa1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2及びRb3は同一でも異なっていてもよく、それぞれ、水素原子、炭素数1から20のアルキル基、炭素数1から20のアルコキシ基を表す。
また、上記一般式(1)中のRa1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2及びRb3として選択され得るアルキル基は、炭素数が1〜20のものである。また、このようなアルキル基としては、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、更に置換基を有していてもよい。このような炭素数1から20のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、i−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、ラウリル基等が挙げられ、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基が好ましい。
さらに、上記一般式(1)中のRa1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2及びRb3として選択され得るアルコキシ基は、炭素数が1〜20のものである。また、このようなアルコキシ基としては、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、更に置換基を有していてもよい。このような炭素数1〜20のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、i−プロピルオキシ基、ブトキシ基、i−ブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、ラウリルオキシ基等が挙げられ、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基が好ましい。また、このようなRa1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2、Rb3としては、合成の容易さの観点からは、Ra1とRa3とRb1とRb3とが同じ基で、かつ、Ra2とRb2とが同じ基であることが好ましい。
前記Rf1、Rg1、Ra1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2、Rb3が、アルキル鎖を含む基である場合、前記アルキル鎖は、ヘテロ原子又はヘテロ原子を含む基で中断されていてもよい。このようなヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が例示される。ヘテロ原子又はヘテロ原子を含む基としては、例えば、下記式:
(式中、R’は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜20のアルキル基を表す。)
に示す基が挙げられる。
に示す基が挙げられる。
また、上記一般式(1)で示される繰り返し単位の具体例としては、下記一般式:
で示される繰り返し単位が挙げられる。
本発明の高分子化合物は、前記式(1)で示される繰り返し単位を1種以上含有していればよく、2種以上含有してもよい。また、本発明の高分子化合物においては、高分子化合物中に含まれる上記一般式(1)で示される繰り返し単位の総量が、全繰り返し単位に対して5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることがより好ましく、40モル%以上であることが特に好ましい。このような一般式(1)で示される繰り返し単位の総量の比率が前記下限未満では、十分な蛍光強度が得られないものとなる傾向にある。
また、本発明の高分子化合物においては、蛍光特性や電荷輸送特性を損なわない範囲で、上記一般式(1)で示される繰り返し単位以外の他の繰り返し単位を更に含んでいてもよい。このような他の繰り返し単位としては、高分子化合物の溶媒への溶解性や蛍光強度の観点から、下記一般式(2):
(式中、Rf3及びRg3は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Rd3及びRe3は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表す。)。
で示される繰り返し単位を更に含有していることが好ましい。
で示される繰り返し単位を更に含有していることが好ましい。
このような一般式(2)中のRf3、Rg3として選択され得る炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基、炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基は、上記一般式(1)中のRf1、Rg1において説明した、炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基及び炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基と同様のものである。このようなRf3、Rg3としては、合成の容易さの観点からは、Rf3とRg3とが同じ基であることが好ましい。
また、一般式(2)中のRd3、Re3として選択され得る炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基、炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基としては、上記一般式(1)中のRd1、Re1において説明した、炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基、炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基と同様のものである。
また、このような一般式(2)で表される繰り返し単位としては、高分子化合物の溶解性や蛍光強度の観点からは、一般式(2)中のRd3及びRe3のうちの少なくとも一つが、炭素数1から12のアルキル基であることが好ましく、高分子化合物の薄膜の吸収および発光波長の長波長化や耐熱性や蛍光強度の観点からは、一般式(2)中のRd3、Re3の少なくとも一つがフェニル基であることが好ましい。
また、本発明の高分子化合物としては、上記一般式(2)で表される繰り返し単位を含有する場合には、上記一般式(1)及び(2)で示される繰り返し単位の総量が、全繰り返し単位の10モル%以上であるものが好ましく、20モル%以上であるものがより好ましく、50モル%以上であるものが更に好ましく、80モル%以上であるものが特に好ましい。
さらに、本発明の高分子化合物においては、上記一般式(1)で示される繰り返し単位以外の他の繰り返し単位として、例えば、下記一般式(3)
−Ar300− (3)
(式中、Ar300はアリーレン基、2価の複素環基及び2価の芳香族アミン残基からなる群から選択されるいずれか1種を表す。)
で表される繰り返し単位及び/又は下記一般式(3−1):
−Ar300−Ar300− (3−1)
(式中、Ar300は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれアリーレン基、2価の複素環基及び2価の芳香族アミン残基からなる群から選択されるいずれか1種を表す。)
で表される繰り返し単位を含有していてもよい。このような一般式(3)及び(3−1)で表される繰り返し単位は高分子化合物の薄膜の強度及び耐久性の向上の観点から好適なものである。
−Ar300− (3)
(式中、Ar300はアリーレン基、2価の複素環基及び2価の芳香族アミン残基からなる群から選択されるいずれか1種を表す。)
で表される繰り返し単位及び/又は下記一般式(3−1):
−Ar300−Ar300− (3−1)
(式中、Ar300は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれアリーレン基、2価の複素環基及び2価の芳香族アミン残基からなる群から選択されるいずれか1種を表す。)
で表される繰り返し単位を含有していてもよい。このような一般式(3)及び(3−1)で表される繰り返し単位は高分子化合物の薄膜の強度及び耐久性の向上の観点から好適なものである。
このような一般式(3)及び(3−1)中のAr300として選択され得るアリーレン基としては、フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、ピレンジイル基、フルオレンジイル基等が挙げられ、中でもフルオレンジイル基が好ましい。また、上記Ar300として選択され得る2価の複素環基としては、チオフェンジイル基、ピロールジイル基、フランジイル基、ピリジンジイル基、ベンゾチアジアゾールジイル基、ジベンゾフランジイル基、ジベンゾチオフェンジイル基、フェノキサジンジイル基、カルバゾールジイル基等が挙げられ、中でも、ジベンゾフランジイル基、ジベンゾチオフェンジイル基、フェノキサジンジイル基が好ましい。更に、上記Ar300で表される2価の芳香族アミン残基としては、芳香族アミンの芳香環から2個の水素原子を除いて得られる残基であればよく特に制限されないが、例えば、下記一般式(4):
で表される芳香族アミン残基が挙げられる。
また、このような一般式(3)で表される繰り返し単位としては、高分子化合物の合成の容易さや高分子化合物の溶解性の観点から、フルオレンジイル基が特に好ましい。一方、上記一般式(3−1)で表される繰り返し単位においては、Ar300で表される基のうちの少なくとも一方がアリーレン基(更に好ましくはフルオレンジイル基)又は2価の芳香族アミン残基(更に好ましくは上記一般式(4)で表される基)であることが好ましい。このような一般式(3−1)で表される繰り返し単位の好適な例としては、前記一般式(3−1)中の一方のAr300で表される基がフルオレンジイル基である下記一般式(3−2):
(式中、Rf8及びRg8は上記一般式(2)中のRf3、Rg3と同義であり、Ar300は、アリーレン基、2価の複素環基、2価の芳香族アミン残基を表す。)
で表される繰り返し単位が挙げられる。また、上記一般式(3−1)で表される繰り返し単位としては、一方のAr300がアリーレン基(更に好ましくはフルオレンジイル基)であり且つもう一方のAr300が2価の芳香族アミン残基(更に好ましくは上記一般式(4)で表される基)であることが好ましい。
で表される繰り返し単位が挙げられる。また、上記一般式(3−1)で表される繰り返し単位としては、一方のAr300がアリーレン基(更に好ましくはフルオレンジイル基)であり且つもう一方のAr300が2価の芳香族アミン残基(更に好ましくは上記一般式(4)で表される基)であることが好ましい。
また、本発明の高分子化合物においては、上記一般式(3)及び/又は(3−1)で表される繰り返し単位を含有する場合には、上記一般式(1)並びに上記一般式(3)及び/又は(3−1)で示される繰り返し単位の総量が、全繰り返し単位の10モル%以上であるものが好ましく、20モル%以上であるものがより好ましく、50モル%以上であるものが更に好ましく、80モル%以上であるものが特に好ましい。
さらに、本発明の高分子化合物としては、成膜性や薄膜の強度の観点から、ポリスチレン換算による数平均分子量が103〜108であることが好ましく、また、ポリスチレン換算による重量平均分子量が2×103〜1×107であることが好ましい。なお、本発明において「数平均分子量」及び「重量平均分子量」は、テトラヒドロフランを溶媒として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算の数平均分子量、重量平均分子量として求められるものである。
また、本発明の高分子化合物に含有される繰り返し単位の合計数は、繰り返し単位の種類やその含有割合によっても変わるものであり、一概には言えないが、成膜性の点から、繰り返し単位の合計数が、好ましくは3〜10000、さらに好ましくは5〜10000、特に好ましくは10〜5000である。
また、本発明の高分子化合物は、ランダム、ブロック交互またはグラフト共重合体であってもよいし、それらの中間的な構造を有する高分子、例えばブロック性を帯びたランダム共重合体であってもよい。また、このような高分子化合物としては、より蛍光強度の高い高分子化合物を得るという観点からは、完全なランダム共重合体よりブロック性を帯びたランダム共重合体やブロック又はグラフト共重合体が好ましい。なお、このような共重合体には、主鎖に枝分かれがあり、末端部が3つ以上ある場合やデンドリマーも含まれる。
本発明の高分子化合物においては、上記一般式(1)で示される繰り返し単位が、非共役の単位で連結されていてもよいし、そのような非共役部分を含む他の繰り返し単位を介して連結されていてもよい。このような結合構造単位としては、下記一般式(A)に示す基や、下記一般式(A)に示す基とビニレン基とを組み合わせたもの、及び下記一般式(A)に示す基のうちの2つ以上を組み合わせたもの等が例示される。
[一般式(A)]
[一般式(A)]
(式中、Rは同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜60のアリール基及び炭素数4〜60の複素環基からなる群から選ばれる基を表し、Arは炭素数6〜60個の炭化水素基を表す。)
また、本発明の高分子化合物においては、末端基に重合活性基がそのまま残っていると高分子発光素子等に利用した場合に発光特性や寿命特性が低下する可能性があるため、末端基が安定な基で保護されていてもよい。また、末端基が安定な基で保護されている場合には、主鎖の共役構造と連続した共役結合を有していることが好ましく、例えば、炭素―炭素結合を介してアリール基又は複素環基と結合している構造が挙げられる。このような末端基を保護する安定な基としては特に制限されないが、具体的には、特開平9−45478号公報の化10の構造式で示される1価の芳香族化合物基等の置換基が例示される。
また、本発明の高分子化合物においては、末端基に重合活性基がそのまま残っていると高分子発光素子等に利用した場合に発光特性や寿命特性が低下する可能性があるため、末端基が安定な基で保護されていてもよい。また、末端基が安定な基で保護されている場合には、主鎖の共役構造と連続した共役結合を有していることが好ましく、例えば、炭素―炭素結合を介してアリール基又は複素環基と結合している構造が挙げられる。このような末端基を保護する安定な基としては特に制限されないが、具体的には、特開平9−45478号公報の化10の構造式で示される1価の芳香族化合物基等の置換基が例示される。
また、本発明の高分子化合物は、例えば、発光材料、薄膜、有機トランジスタ、太陽電池等に用いる材料として有用である。本発明の高分子化合物を、これら用途に用いる場合には、その純度が特性に影響を与えるため、重合前のモノマーを蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製した後に重合することが好ましく、合成後、再沈精製、クロマトグラフィーによる分別等の純化処理をすることが好ましい。また、本発明の高分子化合物からなる薄膜からの発光を利用する場合は、固体状態で蛍光および/またはりん光を有する高分子化合物が好適に用いられる。
また、本発明の高分子化合物を用いて前述のような発光素子等の有機層を製造等する場合には、本発明の高分子化合物を溶媒に溶解させて用いてもよい。この際に用いる良溶媒としては、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、n−ブチルベンゼンなどが挙げられる。このような溶媒に溶解させる高分子化合物の添加量は、高分子化合物の構造や分子量によって異なるものであり、一概には言えないが、前記溶媒に0.1質量%以上とすることが好ましい。
また、このような本発明の高分子化合物は、発光性材料及び正孔輸送材料からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料を含有させた組成物として利用してもよい。このような発光性材料としては特に制限されず、公知のものを適宜使用することができる。また、このような発光性材料のうち低分子量のものとしては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体、ポリメチン系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系等の色素類、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン及びその誘導体、テトラフェニルブタジエン及びその誘導体等が挙げられる。また、このような発光性材料としては、例えば、特開昭57−51781号公報、特開昭59−194393号公報に記載されているもの等が挙げられる。
また、前記正孔輸送材料としては特に制限されず、公知のものを適宜使用することができる。このような正孔輸送材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びその誘導体等が挙げられる。
また、このような組成物中における発光性材料及び正孔輸送材料からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料の含有割合は1質量%〜80質量%であることが好ましく、5質量%〜60質量%であることがより好ましい。このような材料の含有量が前記下限未満では、十分な発光性や正孔輸送性を付与できなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、高分子化合物の電荷輸送性を発揮できなくなる傾向にある。なお、このような組成物中においては、本発明の高分子化合物をそれぞれ単独で或いは組み合わせて用いてもよく、2種以上の本発明の高分子化合物を含有させてもよい。
また、このような組成物としては、本発明の高分子化合物以外に、ポリスチレン換算の数平均分子量が103〜108である化合物を更に含有するものが好ましい。このようなポリスチレン換算の数平均分子量が103〜108である化合物としては特に制限されず、ポリ(フェニレン)及びその誘導体、ポリ(フルオレン)及びその誘導体、ポリ(ベンゾフルオレン)及びその誘導体、ポリ(ジベンゾフラン)及びその誘導体、ポリ(ジベンゾチオフェン)及びその誘導体、ポリ(カルバゾール)及びその誘導体、ポリ(チオフェン)及びその誘導体、ポリ(フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(フルオレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(ベンゾフルオレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(ジベンゾフランビニレン)及びその誘導体等が例示される。なお、これら誘導体は、前記一般式(1)及び(2)で表される繰り返し単位以外のものである。
次に、本発明の高分子化合物を製造するための方法について説明する。本発明の高分子化合物を製造するための方法としては特に制限されず、上記一般式(1)で示される繰り返し単位が含有された高分子化合物を製造することが可能な方法であればよく、例えば、以下のような方法が挙げられる。なお、以下に説明する重合方法に用いるモノマー(原料化合物)は、高分子化合物中に前記一般式(1)で示される繰り返し単位を含有させることが可能な化合物であればよい。
本発明の高分子化合物を製造するのに好適な方法としては、例えば、特開平5−202355号公報に記載の方法等の公知の方法が挙げられ、より具体的には、アルデヒド基を有する原料化合物とホスホニウム塩基を有する原料化合物とのWittig反応による重合、アルデヒド基とホスホニウム塩基とを有する原料化合物のWittig反応による重合、ビニル基を有する化合物とハロゲン基を有する原料化合物とのHeck反応による重合、ビニル基とハロゲン基とを有する原料化合物のHeck反応による重合、アルデヒド基を有する原料化合物とアルキルホスホネート基を有する原料化合物とのHorner−Wadsworth−Emmons法による重合、アルデヒド基とアルキルホスホネート基とを有する原料化合物のHorner−Wadsworth−Emmons法による重合、ハロゲン化メチル基を2つ又は2つ以上有する原料化合物の脱ハロゲン化水素法による重縮合、スルホニウム塩基を2つ又は2つ以上有する原料化合物のスルホニウム塩分解法による重縮合、アルデヒド基を有する原料化合物とアセトニトリル基を有する原料化合物とのKnoevenagel反応による重合、又はアルデヒド基とアセトニトリル基とを有する化合物のKnoevenagel反応による重合、アルデヒド基を2つ又は2つ以上有する原料化合物のMcMurry反応による重合等の方法を採用して製造する方法が例示される。また、他の方法として、モノマー(原料化合物)のSuzukiカップリング反応による重合方法、Grignard反応による重合方法、Ni(0)触媒による重合方法(山本反応法)を採用してもよい。なお、これらの重合反応は、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
また、このような本発明の高分子化合物を製造するのに好適な方法の中でも、Wittig反応による重合、Heck反応による重合、Horner−Wadsworth−Emmons法による重合、Knoevenagel反応による重合、Suzukiカップリング反応による重合、又は、Ni(0)触媒による重合(山本反応法)を採用する方法が、構造制御しやすいので好ましい。
また、このような方法に用いられる有機溶媒は、用いる原料化合物や採用する反応方法によっても異なるが、一般に副反応を抑制するために、十分に脱酸素処理を施した有機溶媒を用いることが好ましい。また、このような有機溶媒を用いる場合には、不活性雰囲気下で反応を進行させることが好ましい。また、前記有機溶媒においては、前記脱酸素処理と同様に脱水処理を行うことが好ましい。但し、Suzukiカップリング反応のような水との2相系での反応の場合にはその限りではない。
また、このような有機溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどの飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンなどの不飽和炭化水素、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサンなどのハロゲン化飽和炭化水素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどのハロゲン化不飽和炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、t−ブチルアルコールなどのアルコール類、蟻酸、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサンなどのエーテル類、トリメチルアミン、トリエチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、ピリジンなどのアミン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルモルホリンオキシドなどのアミド類等が例示される。これらの有機溶媒は1種を単独で、又は2種以上を混合して用いてもよい。
さらに、このような本発明の高分子化合物を製造するのに好適な方法においては、反応を進行させるために、適宜、アルカリや適当な触媒を添加することが好ましい。これらのアルカリや適当な触媒は、採用する反応形式に応じて選択すればよい。また、このようなアルカリや触媒としては、反応に用いる前記有機溶媒に十分に溶解するものが好ましい。また、このようなアルカリや触媒を混合する方法としては特に制限されず、前記原料化合物と有機溶媒とを含有する反応液をアルゴンや窒素等の不活性雰囲気下で攪拌しながら、ゆっくりとアルカリ及び/又は触媒の溶液を添加する方法、アルカリ及び/又は触媒を含有する溶液に前記反応液をゆっくりと添加する方法が例示される。
また、このような本発明の高分子化合物を製造するのに好適な方法として、上述のWittig反応、Horner反応等を採用する場合においては、前記モノマーの官能基に対して当量以上(より好ましくは1〜3当量)のアルカリを用いて反応させることが好ましい。また、Wittig反応、Horner反応、Knoevengel反応等を採用する場合に用いるアルカリとしては、特に限定されないが、例えば、カリウム−t−ブトキシド、ナトリウム−t−ブトキシド、ナトリウムエチラート、リチウムメチラート等の金属アルコラート等を用いることができる。また、Wittig反応、Horner反応、Knoevengel反応等を採用する場合に好適に用いることが可能な有機溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン等が挙げられる。更に、このような反応の際の温度条件としては、室温から150℃程度とすることが好ましい。このような温度条件とすることで反応をより効率よく進行させることができる傾向にある。また、このような反応の際の反応時間としては、十分に重合が進行する時間であればよく、例えば、5分間〜40時間とすることができ、反応終了後に長時間放置する必要はないため、10分間〜24時間とすることが好ましい。また、前記原料化合物と有機溶媒とを含有する反応溶液の濃度は、希薄すぎると反応の効率が悪く、濃すぎると反応の制御が難しくなるので、約0.01質量%以上であって且つ溶解する最大濃度の範囲とすることが好ましく、0.1〜40質量%の範囲とすることがより好ましい。
また、上述のHeck反応を採用する場合においては、パラジウム触媒を用い、トリエチルアミン等の塩基の存在下で、モノマーを反応させることが好ましい。このようなHeck反応を採用する場合、前記有機溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等の比較的沸点の高い溶媒を用いることが好ましく、反応温度としては80〜160℃程度とすることが好ましく、反応時間としては1〜100時間程度とすることが好ましい。
さらに、上述のSuzukiカップリング反応を採用する場合においては、触媒として、例えば、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、パラジウムアセテート類、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)等を用い、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化バリウム等の無機塩基、トリエチルアミン等の有機塩基、フッ化セシウム等の無機塩をモノマーに対して当量以上、好ましくは1〜10当量加えて反応させることが好ましい。また、Suzukiカップリング反応を採用する場合に好適に用いられる有機溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、トルエン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等が例示される。塩基は、水溶液として加え、2相系で反応させてもよい。また、このような反応の際の温度条件は、用いる溶媒の種類にもよるが50〜160℃程度の温度が好適である。なお、前記溶媒の沸点近くまで昇温し、環流させてもよい。また、このような反応の際の反応時間は特に制限されないが、0.1〜200時間程度であることが好ましい。なお、このような重合反応は、アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下、Pd(0)触媒が失活しない反応系で行うことが好ましい。
また、本発明の高分子化合物を製造するための好適な方法としては、高分子化合物の合成の容易さの観点からは、以下に説明する本発明の高分子化合物の製造方法を採用することが特に好ましい。
[高分子化合物の製造方法]
次に、本発明の高分子化合物の製造方法について説明する。すなわち、本発明の高分子化合物の製造方法は、下記一般式(100)で表される化合物と、下記一般式(200)で表される化合物とをパラジウム触媒及び塩基の存在下で反応させて、上記本発明の高分子化合物を得ることを特徴とする方法である。
[一般式(100)]
X1−C(A1)=C(A2)−X2 (100)
(式中、A1及びA2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、X1及びX2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれホウ酸基又はホウ酸エステル基を表す。)
[一般式(200)]
Y1−Ar200−Y2 (200)
{式中、Ar200は、下記式(201):
次に、本発明の高分子化合物の製造方法について説明する。すなわち、本発明の高分子化合物の製造方法は、下記一般式(100)で表される化合物と、下記一般式(200)で表される化合物とをパラジウム触媒及び塩基の存在下で反応させて、上記本発明の高分子化合物を得ることを特徴とする方法である。
[一般式(100)]
X1−C(A1)=C(A2)−X2 (100)
(式中、A1及びA2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、X1及びX2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれホウ酸基又はホウ酸エステル基を表す。)
[一般式(200)]
Y1−Ar200−Y2 (200)
{式中、Ar200は、下記式(201):
(式中、Rf4、Rg4は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、Ra4、Ra5、Ra6、Rb4、Rb5及びRb6は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から20のアルキル基又は炭素数1から20のアルコキシ基を表す。)
で示される基を表し、Y1及びY2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基又はアリールアルキルスルホネート基を表す。}。
で示される基を表し、Y1及びY2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基又はアリールアルキルスルホネート基を表す。}。
上記式(100)中のX1及びX2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれホウ酸基(−B(OH)2で表される基)又はホウ酸エステル基を表す。このようなホウ酸エステル基としては、たとえば、下記一般式(101):
(式中、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。)
で表される基等が挙げられる。
で表される基等が挙げられる。
また、前記一般式(100)中のA1及びA2として選択され得る炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基は、上記一般式(1)中のRd1、Re1において説明した、炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基と同様のものである。また、このようなA1及びA2のうちの少なくとも一つは、単量体の入手し易さの観点から、炭素数1から12のアルキル基又はフェニル基であることが好ましい。
また、前記一般式(100)で表される化合物の具体例としては、下記式(102):
(式中、Reは同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ炭素数1から12のアルキル基又はフェニル基を表す。)
で表される化合物等が挙げられ、より具体的には、下記式(103):
で表される化合物等が挙げられ、より具体的には、下記式(103):
で表される化合物等が挙げられる。なお、前記式(102)中、Reで表される炭素数1から12のアルキル基は、前記一般式(1)中のRd1、Re1において説明した炭素数1から12のアルキル基と同様のものである。
また、上記一般式(200)中のY1及びY2は、同一でも又は異なっていてもよく、それぞれハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基又はアリールアルキルスルホネート基を表す。このようなY1及びY2として選択され得るハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、高分子化合物の合成の容易さからは、臭素原子、ヨウ素原子が好ましく、臭素原子が更に好ましい。また、前記アルキルスルホネート基としては、メタンスルホネート基、エタンスルホネート基、トリフルオロメタンスルホネート基等が例示される。更に、前記アリールスルホネート基としては、ベンゼンスルホネート基、p−トルエンスルホネート基が例示される。また、前記アリールアルキルスルホネート基としては、ベンジルスルホネート基等が例示される。
また、上記一般式(201)中のRf4、Rg4として選択され得る炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基及び炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基は、上記一般式(1)中のRf1、Rg1において説明した、炭素数1から12のアルキル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基及び炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基と同様のものである。
さらに、前記パラジウム触媒としては特に制限されず、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を反応させる際に用いることが可能な公知のパラジウム触媒を適宜用いることができ、例えば、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、パラジウムアセテート類、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム等が挙げられる。
また、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を反応させる際に用いるパラジウム触媒の添加量は、特に限定されず、触媒としての有効量であればよく、前記一般式(100)で表される化合物1モルに対して、0.0001モル〜0.5モルとすることが好ましく、0.0003モル〜0.1モルとすることがより好ましい。このような触媒の添加量が前記下限未満では、反応の効率性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、それ以上の添加が無駄となり、経済性が低下する傾向にある。
さらに、前記パラジウム触媒としてパラジウムアセテート類を用いる場合は、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ(o−トリル)ホスフィン、トリ(o−メトキシフェニル)ホスフィン等のリン化合物を配位子として更に添加して用いることができる。このようにしてリン化合物を配位子として添加する場合においては、配位子の添加量はパラジウム触媒1モルに対して、0.5モル〜100モルであることが好ましく、0.9モル〜20モルであることがより好ましく、1モル〜10モルであることが更に好ましい。
また、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を反応させる際に用いる塩基としては特に制限されず、無機塩基、有機塩基、無機塩等が挙げられる。このような無機塩基としては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化バリウム等が挙げられる。前記有機塩基としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン等が挙げられる。更に、前記無機塩としては、例えば、フッ化セシウム等が挙げられる。
このような塩基の添加量は、前記式(100)で表される化合物1モルに対して、0.5モル〜100モルであることが好ましく、0.9モル〜30モルであることがより好ましく、1モル〜20モルであることが更に好ましい。
また、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を反応させる際には、有機溶媒中で反応を行うことが好ましい。このような有機溶媒としては特に制限されず、N,N−ジメチルホルムアミド、トルエン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等が例示され、得られるポリ(アリーレンビニレン)系高分子化合物の溶解性の観点からは、トルエン、テトラヒドロフランを用いることが好ましい。
また、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を反応させる際には、塩基を上記有機溶媒中に加えて反応させてもよく、更には、塩基を水溶液として加え、2相系にして反応させてもよい。また、塩基として無機塩を用いる場合には、無機塩の溶解性の観点から、塩基を水溶液として加え、2相系で反応させることが好ましい。
さらに、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を反応させる際の温度条件は、用いる溶媒等によって異なるものであるため、一概には言えないが、50〜160℃程度であることが好ましく、高分子化合物の高分子量化の観点から、60〜120℃であることがより好ましい。また、このような反応に際しては、用いる溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。
また、前記反応を行う際の時間(反応時間)の条件としては特に制限されず、目的の重合度に達したときを反応時間の上限としてもよいが、0.1時間〜200時間程度とすることが好ましく、反応効率の観点から、0.5時間〜30時間程度とすることがより好ましい。
また、前記反応は、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。このような不活性雰囲気としては特に制限されず、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスで十分に脱気された系であればよい。
さらに、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を反応させる方法の好適な例としては、以下のような方法が挙げられる。すなわち、先ず、重合容器(反応系)内を窒素ガスで十分置換し、脱気した後、前記重合容器中に、前記一般式(100)で表される化合物と、前記一般式(200)で表される化合物と、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)と、必要に応じて、相間移動触媒、例えば、第4級アンモニウム塩とを仕込み、更に、前記重合容器を窒素ガスで十分置換し、脱気する。次に、前記重合容器中に予め窒素ガスでバブリングすることにより脱気した前記有機溶媒(例えば、トルエン等)を加えて溶液を得る。次いで、得られた溶液に、予め窒素ガスでバブリングすることにより脱気した塩基の水溶液(例えば、炭酸ナトリウム水溶液等)を滴下した後、前記反応温度に加熱、昇温して前記反応時間の間保持(例えば、還流温度で8時間保持)し、不活性雰囲気を維持しながら、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物を重合させて反応せしめる方法が挙げられる。なお、得られる高分子化合物に他の繰り返し単位等を含有させる場合には、上記一般式(100)及び上記一般式(200)で示される化合物とともに、他の原料化合物を導入する。
また、本発明の高分子化合物の製造方法において、上記一般式(1)で表される繰り返し単位とともに上記一般式(2)で表される繰り返し単位を含有させる場合には、下記一般式(300):
(式中、Rf8、Rg8は、上記一般式(2)中のRf3、Rg3と同義であり、Y3及びY4は、上記一般式(200)中のY1及びY2と同義である。)
で表される化合物を、上記一般式(100)及び(200)で示される化合物とともに用いることが好ましい。また、本発明の高分子化合物の製造方法において、上記一般式(100)、(200)及び(300)で表される化合物等の単量体は、一括混合して反応させてもよいし、必要に応じ、分割して混合して反応させてもよい。
また、本発明の高分子化合物の製造方法においては、上記一般式(100)で表される化合物及び上記一般式(200)で表される化合物を反応させた後、更に、下記式(301):
X1−Ar300−X2 (301)
(式中、Ar300は上記一般式(3)中のAr300と同義であり、X1及びX2は一般式(100)中のX1及びX2と同義である。)
で表される化合物及び下記一般式(302):
Y1−Ar300−Y2 (302)
(式中、Ar300は上記一般式(3)中のAr300と同義であり、Y1及びY2は上記一般式(200)中のY1及びY2と同義である。)
で表される化合物を加えて反応させて高分子化合物を製造してもよく、あるいは、上記一般式(301)で表される化合物及び上記一般式(302)で表される化合物を反応させた後、更に、上記式(100)で表される化合物及び上記式(200)で表される化合物を加えて反応させて高分子化合物を製造してもよい。なお、このような操作は、それぞれ繰り返し行ってもよい。
で表される化合物を、上記一般式(100)及び(200)で示される化合物とともに用いることが好ましい。また、本発明の高分子化合物の製造方法において、上記一般式(100)、(200)及び(300)で表される化合物等の単量体は、一括混合して反応させてもよいし、必要に応じ、分割して混合して反応させてもよい。
また、本発明の高分子化合物の製造方法においては、上記一般式(100)で表される化合物及び上記一般式(200)で表される化合物を反応させた後、更に、下記式(301):
X1−Ar300−X2 (301)
(式中、Ar300は上記一般式(3)中のAr300と同義であり、X1及びX2は一般式(100)中のX1及びX2と同義である。)
で表される化合物及び下記一般式(302):
Y1−Ar300−Y2 (302)
(式中、Ar300は上記一般式(3)中のAr300と同義であり、Y1及びY2は上記一般式(200)中のY1及びY2と同義である。)
で表される化合物を加えて反応させて高分子化合物を製造してもよく、あるいは、上記一般式(301)で表される化合物及び上記一般式(302)で表される化合物を反応させた後、更に、上記式(100)で表される化合物及び上記式(200)で表される化合物を加えて反応させて高分子化合物を製造してもよい。なお、このような操作は、それぞれ繰り返し行ってもよい。
このような一般式(301)で表される化合物としては、下記一般式(303):
(式中、Rf8、Rg8は上記一般式(2)中のRf3、Rg3と同義である。)
で表される化合物(上記一般式(301)中のAr300がフルオレンジイル基である化合物)が好ましい。また、上記一般式(302)で表される化合物としては、上記一般式(302)中のAr300がフルオレンジイル基である化合物、又は、下記式(304):
で表される化合物(上記一般式(301)中のAr300がフルオレンジイル基である化合物)が好ましい。また、上記一般式(302)で表される化合物としては、上記一般式(302)中のAr300がフルオレンジイル基である化合物、又は、下記式(304):
で表される化合物を好適に用いることができる。このような一般式(303)及び(304)で表される化合物を用いることにより、上記一般式(1)で表される繰り返し単位とともに、上記一般式(3−2)で表され且つ上記一般式(3−2)中のAr300が上記一般式(4)で表される基である繰り返し単位を含有する高分子化合物を得ることが可能となる。また、上記一般式(301)で表される化合物中のAr300と、上記一般式(302)で表される化合物中のAr300とが同一の基である場合には、上記一般式(3)で表される繰り返し単位が含有された高分子化合物を得ることが可能となる。
[発光材料]
次に、本発明の発光材料について説明する。本発明の発光材料は、上記本発明の高分子化合物を含有することを特徴とするものである。
次に、本発明の発光材料について説明する。本発明の発光材料は、上記本発明の高分子化合物を含有することを特徴とするものである。
このような発光材料としては、上記本発明の高分子化合物を含んでなるものであればよく、特に制限されず、公知の発光性材料を適宜含有させてもよい。このような発光性材料としては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体、ポリメチン系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系等の色素類、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン及びその誘導体、テトラフェニルブタジエン及びその誘導体等が挙げられる。このような発光材料としては、例えば、特開昭57−51781号公報、特開昭59−194393号公報に記載されているもの等が挙げられる。さらに、3重項励起状態からの発光を示す金属錯体(三重項発光錯体:例えば、燐光発光や、この燐光発光に加えて蛍光発光が観測される錯体も含まれる。)、例えば、従来から低分子系のEL発光性材料として利用されてきたものも適宜用いることができる。
[液状組成物]
次に、本発明の液状組成物について説明する。本発明の液状組成物は、上記本発明の高分子化合物と溶媒とを含むことを特徴とするものである。ここで、「液状組成物」とは、液状であるものを意味し、典型的には、常圧(即ち、1気圧)、25℃において液状のものであることを意味する。また、このような液状組成物は、一般的には、インク、インク組成物、溶液等と呼ばれることがある。更に、このような本発明の液状組成物は、高分子発光素子等の発光素子や有機トランジスタの作製に有用である。
次に、本発明の液状組成物について説明する。本発明の液状組成物は、上記本発明の高分子化合物と溶媒とを含むことを特徴とするものである。ここで、「液状組成物」とは、液状であるものを意味し、典型的には、常圧(即ち、1気圧)、25℃において液状のものであることを意味する。また、このような液状組成物は、一般的には、インク、インク組成物、溶液等と呼ばれることがある。更に、このような本発明の液状組成物は、高分子発光素子等の発光素子や有機トランジスタの作製に有用である。
本発明の液状組成物に含有される溶媒の割合は、前記液状組成物の全質量に対して、1質量%〜99.9質量%であることが好ましく、60質量%〜99.9質量%であることがより好ましく、90質量%〜99.8質量%であることが更に好ましい。また、このような液状組成物の粘度は、これを用いて薄膜等を製造する際に採用する印刷法によって異なるものではあるが、25℃において0.5〜500mPa・sの範囲であることが好ましく、例えば、インクジェットプリント法等、液状組成物が吐出装置を経由するものの場合には、吐出時の目づまりや飛行曲がりを防止するために、粘度が25℃において0.5〜20mPa・sの範囲であることがより好ましい。
また、このような溶媒としては、前記液状組成物中の溶媒以外の成分を溶解又は分散できるものが好ましい。このような溶媒としては、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、メシチレン等の芳香族炭化水素系溶媒、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−へプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等の脂肪族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルベンゾエート、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒、エチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジメトキシエタン、プロピレングリコール、ジエトキシメタン、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、1,2−ヘキサンジオール等の多価アルコール及びその誘導体、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が例示される。また、これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、あるいは複数組み合わせて用いてもよい。前記溶媒のうち、ベンゼン環を少なくとも1個以上含む構造を有し、且つ融点が0℃以下、沸点が100℃以上である有機溶媒を1種類以上含むことが、粘度、成膜性等の観点から好ましい。
また、このような溶媒の種類としては、液状組成物中の溶媒以外の成分の有機溶媒への溶解性、成膜時の均一性、粘度特性等の観点から、芳香族炭化水素系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましく、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メシチレン、n−プロピルベンゼン、i−プロピルベンゼン、n−ブチルベンゼン、i−ブチルベンゼン、s−ブチルベンゼン、アニソール、エトキシベンゼン、1−メチルナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロヘキシルベンゼン、ビシクロヘキシル、シクロヘキセニルシクロヘキサノン、n−ヘプチルシクロヘキサン、n−ヘキシルシクロヘキサン、メチルベンゾエート、2−プロピルシクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−オクタノン、2−ノナノン、2−デカノン、ジシクロヘキシルケトンがより好ましく、キシレン、アニソール、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、ビシクロヘキシルメチルベンゾエートのうち少なくとも1種類を含むことが特に好ましい。
更に、本発明の液状組成物に含まれる溶媒は、成膜性の観点や素子特性等の観点から、上記溶媒のうちの2種類以上の溶媒が含まれていることが好ましく、中でも、2〜3種類の溶媒が含まれていることがより好ましく、2種類の溶媒が含まれていることがさらに好ましい。
本発明の液状組成物に2種類の溶媒が含まれる場合、そのうちの1種類の溶媒は25℃において固体状態でもよい。また、2種類の溶媒を含有させる場合、成膜性の観点からは、1種類の溶媒は沸点が180℃以上のものであり、他の1種類の溶媒は沸点が180℃未満のものであることが好ましく、1種類の溶媒は沸点が200℃以上のものであり、他の1種類の溶媒は沸点が180℃未満のものであることがより好ましい。また、粘度の観点からは、60℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2質量%以上が溶媒に溶解することが好ましく、2種類の溶媒のうちの1種類の溶媒には、25℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2質量%以上が溶解することが好ましい。
また、本発明の液状組成物に3種類の溶媒が含まれる場合、そのうちの1〜2種類の溶媒は25℃において固体状態でもよい。3種類の溶媒を含有させる場合、成膜性の観点からは、3種類の溶媒のうちの少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃以上の溶媒であり、少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃以下の溶媒であることが好ましく、3種類の溶媒のうちの少なくとも1種類の溶媒は沸点が200℃以上300℃以下の溶媒であり、少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃以下の溶媒であることがより好ましい。また、粘度の観点からは、3種類の溶媒のうちの2種類の溶媒には、60℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2質量%以上が溶媒に溶解することが好ましく、3種類の溶媒のうちの1種類の溶媒には、25℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2質量%以上が溶媒に溶解することが好ましい。
また、本発明の液状組成物に2種類以上の溶媒が含まれる場合、粘度及び成膜性の観点から、最も沸点が高い溶媒が、液状組成物に含まれる全溶媒の質量の40〜90質量%であることが好ましく、50〜90質量%であることがより好ましく、65〜85質量%であることがさらに好ましい。
また、本発明の液状組成物においては、上記本発明の高分子化合物以外に、低分子発光材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、安定剤、粘度及び/又は表面張力を調節するための添加剤、酸化防止剤等を含んでいてもよい。これらの任意成分は、各々、一種を単独で用いてもよく、あるいは二種以上を併用してもよい。
本発明の液状組成物が含有してもよい低分子発光材料としては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン、アントラセン誘導体、ペリレン、ペリレン誘導体、ポリメチン系色素、キサンテン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素、8−ヒドロキシキノリンを配位子として有する金属錯体、8−ヒドロキシキノリン誘導体を配位子として有する金属錯体、その他の発光性金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン、テトラフェニルシクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルシクロブタジエン、テトラフェニルシクロブタジエン誘導体、スチルベン系、含ケイ素芳香族系、オキサゾール系、フロキサン系、チアゾール系、テトラアリールメタン系、チアジアゾール系、ピラゾール系、メタシクロファン系、アセチレン系等の低分子化合物の発光性材料が挙げられる。また、このような低分子発光材料としては、例えば、特開昭57−51781号公報、特開昭59−194393号公報等に記載されているもの等の公知のものが挙げられる。
さらに、3重項励起状態からの発光を示す金属錯体(三重項発光錯体:例えば、燐光発光や、この燐光発光に加えて蛍光発光が観測される錯体も含まれる。)を用いてもよく、従来から低分子系のEL発光性材料として利用されてきた公知のものも適宜用いることができる。このような三重項発光錯体としては、例えば、Nature,(1998),395,151、Appl.Phys.Lett.(1999),75(1),4、Proc.SPIE−Int.Soc.Opt.Eng.(2001),4105(Organic Light−Emitting Materials and DevicesIV),119、J.Am.Chem.Soc.,(2001),123,4304、Appl.Phys.Lett.,(1997),71(18),2596、Syn.Met.,(1998),94(1),103、Syn.Met.,(1999),99(2),1361、Adv.Mater.,(1999),11(10),852等に開示されているものが挙げられる。
本発明の液状組成物が含有してもよい正孔輸送材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びその誘導体等が挙げられる。
また、本発明の液状組成物が含有してもよい電子輸送材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体等が挙げられる。
さらに、本発明の液状組成物が含有してもよい安定剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が挙げられる。
本発明の液状組成物が含有してもよい粘度及び/又は表面張力を調節するための添加剤としては、例えば、粘度を高めるための高分子量の化合物(増粘剤)や貧溶媒、粘度を下げるための低分子量の化合物、表面張力を下げるための界面活性剤等を適宜組み合わせて使用すればよい。また、前記の高分子量の化合物(増粘剤)としては、発光や電荷輸送を阻害しないものであればよく、液状組成物の溶媒に可溶性のものが好ましい。このような高分子量の化合物としては、例えば、高分子量のポリスチレン、高分子量のポリメチルメタクリレート等が挙げられる。更に、このような高分子量の化合物としては、ポリスチレン換算の重量平均分子量が50万以上のものが好ましく、100万以上のものがより好ましい。また、貧溶媒を増粘剤として用いることもできる。
本発明の液状組成物が含有してもよい酸化防止剤としては、発光や電荷輸送を阻害しないものであればよく、液状組成物中の溶媒に可溶性のものが好ましい。このような酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が例示される。また、このような酸化防止剤を用いることにより、前記高分子化合物及び溶媒の保存安定性を改善し得る。
本発明の液状組成物が正孔輸送材料を含有する場合には、前記液状組成物中の正孔輸送材料の割合は、1質量%〜80質量%であることが好ましく、5質量%〜60質量%であることがより好ましい。更に、本発明の液状組成物が電子輸送材料を含有する場合には、前記液状組成物中の電子輸送材料の割合は、1質量%〜80質量%であることが好ましく、5質量%〜60質量%であることがより好ましい。
また、このような本発明の液状組成物を用いて、これを成膜することにより高分子発光素子の有機層を効率よく製造することが可能となる。このような高分子発光素子の有機層を成膜する際には、本発明の液状組成物を塗布した後、乾燥により溶媒を除去するだけでよく、また電荷輸送材料や発光材料を混合した場合においても同様な手法が適用できるので、製造上非常に有利である。なお、乾燥の際には、50〜150℃程度に加温した状態で乾燥してもよく、また、10−3Pa程度に減圧して乾燥させてもよい。
また、本発明の液状組成物を用いた成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法、ノズルコート法等の塗布法を用いることができる。
[薄膜]
次に、本発明の薄膜について説明する。本発明の薄膜は、前記高分子化合物を含有することを特徴とするものである。このような本発明の薄膜としては、その用途は特に制限されないが、発光性薄膜、導電性薄膜、有機半導体薄膜等として用いることが好ましい。また、本発明の薄膜からなる発光性薄膜としては、素子の輝度や発光電圧等の観点から、発光の量子収率が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。また、前記導電性薄膜としては、表面抵抗が1KΩ/□以下であることが好ましい。薄膜に、ルイス酸、イオン性化合物等をドープすることにより、電気伝導度を高めることができる。表面抵抗が100Ω/□以下であることがより好ましく、10Ω/□以下であることがさらに好ましい。更に、前記有機半導体薄膜としては、電子移動度又は正孔移動度のいずれか大きいほうが、10−5cm2/Vs以上であることが好ましく、10−3cm2/Vs以上であることがより好ましく、10−1cm2/Vs以上であることが更に好ましい。また、このような有機半導体薄膜を用いて、有機トランジスタを作製することができる。具体的には、SiO2等の絶縁膜とゲート電極とを形成したSi基板上に有機半導体薄膜を形成し、Au等でソース電極とドレイン電極を形成することにより、有機トランジスタとすることができる。
次に、本発明の薄膜について説明する。本発明の薄膜は、前記高分子化合物を含有することを特徴とするものである。このような本発明の薄膜としては、その用途は特に制限されないが、発光性薄膜、導電性薄膜、有機半導体薄膜等として用いることが好ましい。また、本発明の薄膜からなる発光性薄膜としては、素子の輝度や発光電圧等の観点から、発光の量子収率が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。また、前記導電性薄膜としては、表面抵抗が1KΩ/□以下であることが好ましい。薄膜に、ルイス酸、イオン性化合物等をドープすることにより、電気伝導度を高めることができる。表面抵抗が100Ω/□以下であることがより好ましく、10Ω/□以下であることがさらに好ましい。更に、前記有機半導体薄膜としては、電子移動度又は正孔移動度のいずれか大きいほうが、10−5cm2/Vs以上であることが好ましく、10−3cm2/Vs以上であることがより好ましく、10−1cm2/Vs以上であることが更に好ましい。また、このような有機半導体薄膜を用いて、有機トランジスタを作製することができる。具体的には、SiO2等の絶縁膜とゲート電極とを形成したSi基板上に有機半導体薄膜を形成し、Au等でソース電極とドレイン電極を形成することにより、有機トランジスタとすることができる。
[高分子発光素子]
次に、本発明の高分子発光素子について説明する。本発明の高分子発光素子は、陽極と陰極とからなる電極間に、上記本発明の高分子化合物を含有する有機層を備えることを特徴とするものである。このような有機層としては、発光層、電子輸送層、正孔輸送層が挙げられる。また、このような高分子発光素子としては、前記有機層が発光層であることがより好ましい。なお、本発明の高分子化合物を高分子発光素子の発光材料として用いる場合、その純度が発光特性に影響を与えるため、重合前のモノマーを蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製した後に重合することが好ましく、また合成後、再沈精製、クロマトグラフィーによる分別等の純化処理をすることが好ましい。
次に、本発明の高分子発光素子について説明する。本発明の高分子発光素子は、陽極と陰極とからなる電極間に、上記本発明の高分子化合物を含有する有機層を備えることを特徴とするものである。このような有機層としては、発光層、電子輸送層、正孔輸送層が挙げられる。また、このような高分子発光素子としては、前記有機層が発光層であることがより好ましい。なお、本発明の高分子化合物を高分子発光素子の発光材料として用いる場合、その純度が発光特性に影響を与えるため、重合前のモノマーを蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製した後に重合することが好ましく、また合成後、再沈精製、クロマトグラフィーによる分別等の純化処理をすることが好ましい。
また、本発明の高分子発光素子としては、陰極と発光層との間に、電子輸送層を設けた高分子発光素子、陽極と発光層との間に、正孔輸送層を設けた高分子発光素子、陰極と発光層との間に、電子輸送層を設け、かつ陽極と発光層との間に、正孔輸送層を設けた高分子発光素子等が挙げられる。
このような高分子発光素子としては、以下のa)〜d)の構造が例示される。
a)陽極/発光層/陰極
b)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
c)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
d)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(ここで、/は各層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。)
ここで、発光層とは、発光する機能を有する層であり、正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する層であり、電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する層である。なお、電子輸送層と正孔輸送層を総称して電荷輸送層と呼ぶ。また、発光層、正孔輸送層、電子輸送層は、それぞれ独立に2層以上用いてもよい。
a)陽極/発光層/陰極
b)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
c)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
d)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(ここで、/は各層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。)
ここで、発光層とは、発光する機能を有する層であり、正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する層であり、電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する層である。なお、電子輸送層と正孔輸送層を総称して電荷輸送層と呼ぶ。また、発光層、正孔輸送層、電子輸送層は、それぞれ独立に2層以上用いてもよい。
このような発光層の成膜の方法は特に制限されないが、例えば、上記本発明の液状組成物を用い、これを成膜する方法が例示される。また、具体的な成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法、ノズルコート法等の塗布法を適宜採用することができる。なお、本発明の高分子発光素子作成の際に、上記本発明の液状組成物を用い、これを成膜する方法を採用する場合には、上記本発明の液状組成物を塗布後乾燥して溶媒を除去するだけでよく、製造効率が向上し、製造上有利となる。なお、上記本発明の液状組成物は、電荷輸送材料や発光材料を混合した場合においても同様な手法が適用でき、高分子発光素子の製造上非常に有利なものである。
また、前記発光層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように適宜選択すればよいが、1nm〜1μmであることが好ましく、2nm〜500nmであることがより好ましく、5nm〜200nmであることがさらに好ましい。
本発明の高分子発光素子においては、発光層に上記本発明の高分子化合物以外の発光材料を混合して使用してもよい。なお、発光材料を混合した場合においても前述の成膜方法と同様な手法が適用できる。また、本発明の高分子発光素子においては、上記高分子化合物以外の発光材料を含む発光層が、上記高分子化合物を含む発光層と積層されていてもよい。
また、上記本発明の高分子化合物以外の発光材料としては、公知のものが使用できる。例えば、低分子化合物からなる発光材料として、ナフタレン誘導体、アントラセンもしくはその誘導体、ペリレンもしくはその誘導体、ポリメチン系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、8−ヒドロキシキノリンもしくはその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエンもしくはその誘導体、またはテトラフェニルブタジエンもしくはその誘導体等を用いることができる。具体的には、特開昭57−51781号、同59−194393号公報に記載されているもの等、公知のものが使用可能である。また、3重項励起状態からの発光を示す金属錯体(三重項発光錯体:例えば、燐光発光や、この燐光発光に加えて蛍光発光が観測される錯体も含まれる。)を用いてもよく、例えば、従来から低分子系のEL発光性材料として利用されてきたものを適宜用いることができる。このような三重項発光錯体としては、例えば、Nature,(1998),395,151、Appl.Phys.Lett.(1999),75(1),4、Proc.SPIE−Int.Soc.Opt.Eng.(2001),4105(Organic Light−Emitting Materials and DevicesIV),119、J.Am.Chem.Soc.,(2001),123,4304、Appl.Phys.Lett.,(1997),71(18),2596、Syn.Met.,(1998),94(1),103、Syn.Met.,(1999),99(2),1361、Adv.Mater.,(1999),11(10),852等に開示されているものが挙げられる。
本発明の高分子発光素子が正孔輸送層を有する場合、使用される正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾールもしくはその誘導体、ポリシランもしくはその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体、ポリピロールもしくはその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)もしくはその誘導体、またはポリ(2,5−チエニレンビニレン)もしくはその誘導体等が例示される。具体的には、前記正孔輸送材料として、特開昭63−70257号公報、同63−175860号公報、特開平2−135359号公報、同2−135361号公報、同2−209988号公報、同3−37992号公報、同3−152184号公報に記載されているもの等が例示される。
このような正孔輸送材料中でも、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミン化合物基を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、又はポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びその誘導体等の高分子正孔輸送材料が好ましく、さらに好ましくはポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体である。低分子の正孔輸送材料の場合には、高分子バインダーに分散させて用いることが好ましい。
前記ポリビニルカルバゾール及びその誘導体は、例えばビニルモノマーからカチオン重合またはラジカル重合によって得られるものを好適に利用できる。
また、前記ポリシラン及びその誘導体としては、ケミカル・レビュー(Chem.Rev.)第89巻、1359頁(1989年)、英国特許GB2300196号公開明細書に記載の化合物等が例示される。このようなポリシラン及びその誘導体の合成方法もこれらに記載の方法を用いることができるが、特にキッピング法が好適に用いられる。
また、前記ポリシロキサン及びその誘導体は、シロキサン骨格構造には正孔輸送性がほとんどないので、側鎖または主鎖に上記低分子正孔輸送材料の構造を有するものが好適に用いられる。特に正孔輸送性の芳香族アミンを側鎖または主鎖に有するものが例示される。
また、正孔輸送層の成膜の方法に制限はないが、低分子正孔輸送材料では、高分子バインダーとの混合溶液からの成膜による方法が例示される。また、高分子正孔輸送材料では、溶液からの成膜による方法が例示される。
このような溶液からの成膜に用いる溶媒としては、正孔輸送材料を溶解させるものであれば特に制限はない。このような溶媒として、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒が例示される。
また、正孔輸送層の具体的な成膜方法としては、溶液からのスピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法、ノズルコート法等の塗布法を用いることができる。
さらに、このような成膜の際に混合する高分子バインダーとしては、電荷輸送を極度に阻害しないものが好ましく、また可視光に対する吸収が強くないものが好適に用いられる。このような高分子バインダーとして、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサン等が例示される。
なお、正孔輸送層を成膜する際には、正孔輸送材料を含有させた上記本発明の液状組成物を用いて、これを成膜してもよい。このようにして上記本発明の液状組成物を用いた場合には、これを塗布、乾燥して溶媒を除去するだけでよく、製造効率が向上し、製造上有利となる傾向にある。
また、前記正孔輸送層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、前記正孔輸送層の膜厚としては、1nm〜1μmであることが好ましく、2nm〜500nmであることがより好ましく、5nm〜200nmであることが更に好ましい。
また、本発明の高分子発光素子が電子輸送層を有する場合、使用される電子輸送材料としては公知のものが使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、または8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体等が例示される。具体的には、特開昭63−70257号公報、同63−175860号公報、特開平2−135359号公報、同2−135361号公報、同2−209988号公報、同3−37992号公報、同3−152184号公報に記載されているもの等が例示される。
このような電子輸送材料の中でも、オキサジアゾール誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、又は、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体が好ましく、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、ベンゾキノン、アントラキノン、トリス(8−キノリノール)アルミニウム、ポリキノリンがさらに好ましい。
このような電子輸送層の成膜法としては特に制限はないが、低分子電子輸送材料では、粉末からの真空蒸着法、または溶液もしくは溶融状態からの成膜による方法が、高分子電子輸送材料では溶液または溶融状態からの成膜による方法がそれぞれ例示される。溶液または溶融状態からの成膜時には、高分子バインダーを併用してもよい。
このような電子輸送層の溶液からの成膜に用いる溶媒としては、電子輸送材料及び/又は高分子バインダーを溶解させるものであれば特に制限はない。このような溶媒としては、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒が例示される。
また、溶液又は溶融状態からの成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法、ノズルコート法等の塗布法を用いることができる。
さらに、このような成膜の際に混合する高分子バインダーとしては、電荷輸送を極度に阻害しないものが好ましく、また、可視光に対する吸収が強くないものが好適に用いられる。このような高分子バインダーとして、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、又はポリシロキサン等が例示される。
また、このような電子輸送層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、前記電子輸送層の膜厚としては、1nm〜1μmであることが好ましく、2nm〜500nmであることがより好ましく、5nm〜200nmであることが更に好ましい。
なお、電極に隣接して設けた電荷輸送層のうち、電極からの電荷注入効率を改善する機能を有し、素子の駆動電圧を下げる効果を有するものは、特に電荷注入層(正孔注入層、電子注入層)と一般に呼ばれることがある。
また、本発明の高分子発光素子においては、電極との密着性向上や電極からの電荷注入の改善のために、電極に隣接して前述のような電荷注入層又は絶縁層(より好ましくは膜厚2nm以下の絶縁層)を設けてもよく、また、界面の密着性向上や混合の防止等のために電荷輸送層や発光層の界面に薄いバッファー層を挿入してもよい。積層する層の順番や数、及び各層の厚さについては、発光効率や素子寿命を勘案して適宜選択すればよい。
本発明において、前記電荷注入層(電子注入層、正孔注入層)を設けた高分子発光素子としては、陰極に隣接して電荷注入層を設けた高分子発光素子、陽極に隣接して電荷注入層を設けた高分子発光素子が挙げられる。このような高分子発光素子としては、例えば、以下のe)〜p)の構造が挙げられる。
e)陽極/電荷注入層/発光層/陰極
f)陽極/発光層/電荷注入層/陰極
g)陽極/電荷注入層/発光層/電荷注入層/陰極
h)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
i)陽極/正孔輸送層/発光層/電荷注入層/陰極
j)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電荷注入層/陰極
k)陽極/電荷注入層/発光層/電子輸送層/陰極
l)陽極/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
m)陽極/電荷注入層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
n)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
o)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
p)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
このような電荷注入層の具体的な例としては、導電性高分子を含む層、陽極と正孔輸送層との間に設けられ、陽極材料と正孔輸送層に含まれる正孔輸送材料との中間の値のイオン化ポテンシャルを有する材料を含む層、陰極と電子輸送層との間に設けられ、陰極材料と電子輸送層に含まれる電子輸送材料との中間の値の電子親和力を有する材料を含む層などが例示される。
e)陽極/電荷注入層/発光層/陰極
f)陽極/発光層/電荷注入層/陰極
g)陽極/電荷注入層/発光層/電荷注入層/陰極
h)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
i)陽極/正孔輸送層/発光層/電荷注入層/陰極
j)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電荷注入層/陰極
k)陽極/電荷注入層/発光層/電子輸送層/陰極
l)陽極/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
m)陽極/電荷注入層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
n)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
o)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
p)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
このような電荷注入層の具体的な例としては、導電性高分子を含む層、陽極と正孔輸送層との間に設けられ、陽極材料と正孔輸送層に含まれる正孔輸送材料との中間の値のイオン化ポテンシャルを有する材料を含む層、陰極と電子輸送層との間に設けられ、陰極材料と電子輸送層に含まれる電子輸送材料との中間の値の電子親和力を有する材料を含む層などが例示される。
また、上記電荷注入層が導電性高分子を含む層の場合、前記導電性高分子の電気伝導度は、10−5S/cm以上103S/cm以下であることが好ましく、発光画素間のリーク電流を小さくするためには、10−5S/cm以上102S/cm以下がより好ましく、10−5S/cm以上101S/cm以下がさらに好ましい。
また、前記導電性高分子の電気伝導度を10−5S/cm以上103S/cm以下とするために、前記導電性高分子に適量のイオンをドープすることが好ましい。前記導電性高分子にドープするイオンの種類は、正孔注入層であればアニオン、電子注入層であればカチオンである。このようなアニオンの例としては、ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、樟脳スルホン酸イオンなどが例示され、前記カチオンの例としては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンなどが例示される。
このような電荷注入層の膜厚としては、例えば1nm〜100nmであり、2nm〜50nmが好ましい。
また、前記電荷注入層に用いる材料は、電極や隣接する層の材料との関係で適宜選択すればよく、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、芳香族アミン構造を主鎖または側鎖に含む重合体等の導電性高分子、金属フタロシアニン(銅フタロシアニンなど)、カーボン等が例示される。
また、前記絶縁層は電荷注入を容易にする機能を有するものである。このような絶縁層の材料としては、金属フッ化物、金属酸化物、有機絶縁材料等が挙げられる。また、このような絶縁層の平均膜厚は、2nm以下であることが好ましい。本発明の高分子発光素子として好適な膜厚2nm以下の絶縁層を備える高分子発光素子としては、陰極に隣接して膜厚2nm以下の絶縁層を設けた高分子発光素子、陽極に隣接して膜厚2nm以下の絶縁層を設けた高分子発光素子が挙げられる。このような高分子発光素子としては、例えば、以下のq)〜ab)の構造が挙げられる。
q)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/陰極
r)陽極/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
s)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
t)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/陰極
u)陽極/正孔輸送層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
v)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
w)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/電子輸送層/陰極
x)陽極/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
y)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
z)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
aa)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
ab)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極。
q)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/陰極
r)陽極/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
s)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
t)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/陰極
u)陽極/正孔輸送層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
v)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
w)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/電子輸送層/陰極
x)陽極/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
y)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
z)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
aa)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
ab)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極。
また、このような高分子発光素子は、通常は支持基板上に形成される。本発明の高分子発光素子を形成するための基板としては、電極を形成し、有機物の層を形成する際に変化しないものであればよく、例えばガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコン基板などが例示される。不透明な基板の場合には、反対の電極が透明または半透明であることが好ましい。
本発明の高分子発光素子において、陽極および陰極からなる電極の少なくとも一方が透明または半透明であることが好ましく、陽極側が透明又は半透明であることがより好ましい。このような陽極の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が好適に用いられる。このような陽極の材料としては、具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性ガラスを用いて作成された膜(NESAなど)や、金、白金、銀、銅等が挙げられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。また、このような陽極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。また、このような陽極としては、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体等の有機の透明導電膜を用いてもよい。
このような陽極の膜厚は、光の透過性と電気伝導度とを考慮して、適宜選択することができるが、10nm〜10μmであることが好ましく、20nm〜1μmであることがより好ましく、50nm〜500nmであることがさらに好ましい。
また、陽極上に、電荷注入を容易にするために、フタロシアニン誘導体、導電性高分子、カーボンなどからなる層、あるいは金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等からなる層を設けてもよい。また、このような金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等からなる層の平均膜厚としては、2nm以下であることが好ましい。
本発明の高分子発光素子で用いる陰極の材料としては、仕事関数の小さい材料が好ましい。このような陰極の材料としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、およびそれらのうち2つ以上の合金、あるいはそれらのうち1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうち1つ以上との合金、グラファイトまたはグラファイト層間化合物等が挙げられる。また、前記合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金等が挙げられる。陰極を2層以上の積層構造としてもよい。
また、このような陰極の膜厚は、電気伝導度や耐久性を考慮して、適宜選択することができるが、10nm〜10μmであることが好ましく、20nm〜1μmであることがより好ましく、50nm〜500nmであることがさらに好ましい。
このような陰極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、また金属薄膜を熱圧着するラミネート法等が用いられる。また、陰極と有機物層との間に、導電性高分子からなる層、あるいは金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等からなる層(より好ましくは平均膜厚2nm以下のこれらの層)を設けても良く、陰極作製後、得られる高分子発光素子を保護する保護層を装着していてもよい。本発明の高分子発光素子を長期安定的に用いるためには、素子を外部から保護するために、保護層及び/又は保護カバーを装着することが好ましい。
このような保護層としては、高分子化合物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物等を用いることができる。また、保護カバーとしては、例えば、ガラス板、表面に低透水率処理を施したプラスチック板等を用いることができる。このような保護カバーを装着する際には、熱効果樹脂や光硬化樹脂で素子基板と保護カバーとを貼り合わせて密閉する方法が好適に用いられる。また、スペーサーを用いて空間を維持すれば、素子がキズつくのを防ぐことが容易である。さらに、このようなスペーサーにより形成される空間に窒素やアルゴンのような不活性なガスを封入すれば、陰極の酸化を防止することができ、更に、前記空間に酸化バリウム等の乾燥剤を設置することにより製造工程で吸着した水分が素子にタメージを与えるのを抑制することが容易となる。これらのうち、いずれか1つ以上の方策をとることが好ましい。
[面状光源及び表示装置]
次に、本発明の面状光源及び表示装置について説明する。本発明の面状光源は、上記本発明の高分子発光素子を備えることを特徴とするものである。また、本発明の表示装置は、上記本発明の高分子発光素子を備えることを特徴とするものである。このような表示装置としては特に制限されないが、例えば、セグメント表示装置、ドットマトリックス表示装置、液晶表示装置(本発明の高分子発光素子をバックライトに用いたもの等)等が挙げられる。
次に、本発明の面状光源及び表示装置について説明する。本発明の面状光源は、上記本発明の高分子発光素子を備えることを特徴とするものである。また、本発明の表示装置は、上記本発明の高分子発光素子を備えることを特徴とするものである。このような表示装置としては特に制限されないが、例えば、セグメント表示装置、ドットマトリックス表示装置、液晶表示装置(本発明の高分子発光素子をバックライトに用いたもの等)等が挙げられる。
上記本発明の高分子発光素子を備える本発明の面状光源は、面状の発光を得るために、面状の陽極と陰極が重なり合うように配置すればよい。また、本発明の表示装置を製造するために、上記本発明の高分子発光素子を用いてパターン状の発光を得るためには、前記面状の発光素子の表面にパターン状の窓を設けたマスクを設置する方法、非発光部の有機物層を極端に厚く形成し実質的に非発光とする方法、陽極または陰極のいずれか一方、または両方の電極をパターン状に形成する方法等がある。このような方法でパターンを形成し、いくつかの電極を独立にON/OFFできるように配置することにより、数字や文字、簡単な記号などを表示できるセグメントタイプの表示素子が得られる。更に、上記本発明の高分子発光素子をドットマトリックス素子とするためには、陽極と陰極をともにストライプ状に形成して直交するように配置すればよい。また、複数の種類の発光色の異なる高分子化合物を塗り分ける方法や、カラーフィルターまたは蛍光変換フィルターを用いる方法により、部分カラー表示、マルチカラー表示が可能となる。このようなドットマトリックス素子は、パッシブ駆動も可能であるし、TFTなどと組み合わせてアクティブ駆動してもよい。そして、上記本発明の高分子発光素子からなる表示素子を用いることで、コンピュータ、テレビ、携帯端末、携帯電話、カーナビゲーション、ビデオカメラのビューファインダーなどの表示装置として用いることができる。
また、本発明の面状光源は、自発光薄型とすることができ、例えば、液晶表示装置のバックライト用の面状光源、あるいは面状の照明用光源として好適に用いることができる。また、フレキシブルな基板を用いれば、曲面状の光源や表示装置としても使用できる。
[有機トランジスタ]
次に、本発明の有機トランジスタについて説明する。本発明の有機トランジスタは、上記本発明の高分子化合物を含有することを特徴とするものである。以下、本発明の有機トランジスタについて、その好適な一実施形態である高分子電界効果トランジスタを例に挙げて説明する。
次に、本発明の有機トランジスタについて説明する。本発明の有機トランジスタは、上記本発明の高分子化合物を含有することを特徴とするものである。以下、本発明の有機トランジスタについて、その好適な一実施形態である高分子電界効果トランジスタを例に挙げて説明する。
本発明の有機トランジスタの好適な一実施形態である高分子電界効果トランジスタは、通常は、ソース電極及びドレイン電極が高分子からなる活性層に接して設けられており、さらに活性層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられた構造のものである。このような高分子電界効果トランジスタにおいては、いずれかの層に上記本発明の高分子化合物を含有していればよいが、中でも活性層に上記本発明の高分子化合物を含有しているものが好ましい。
また、高分子電界効果トランジスタは、通常は支持基板上に形成される。このような支持基板としては、電界効果トランジスタとしての特性を阻害しなければ材質は特に制限されず、例えば、ガラス基板やフレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板を用いることができる。さらに、このような高分子電界効果トランジスタは、公知の方法、例えば、特開平5−110069号公報に記載の方法により製造することができる。
また、前記活性層を形成する際においては、製造上非常に有利であることから、有機溶媒に可溶性の上記本発明の高分子化合物を用いることが好ましく、上記本発明の液状組成物を用いて成膜することがより好ましい。このような活性層の成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ノズルコート法等の塗布法を用いることができる。
また、このような高分子電界効果トランジスタとしては、封止高分子電界効果トランジスタが好ましい。高分子電界効果トランジスタを製造した後に封止することにより、高分子電界効果トランジスタが大気から遮断されるため、高分子電界効果トランジスタの特性の低下をより十分に抑えることができる。このような高分子電界効果トランジスタを封止する方法としては、紫外線(UV)硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のSiONx膜等でカバーする方法、ガラス板やフィルムをUV硬化樹脂、熱硬化樹脂等で張り合わせる方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため高分子電界効果トランジスタを作製後、封止するまでの工程を大気に曝すことなく(例えば、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等で)行うことが好ましい。
[太陽電池]
次に、本発明の太陽電池について説明する。本発明の太陽電池は、上記本発明の高分子化合物を含有することを特徴とするものである。以下、本発明の太陽電池について、その好適な一実施形態である、有機光電変換素子であって光起電力効果を利用する固体光電変換素子を例に説明する。
次に、本発明の太陽電池について説明する。本発明の太陽電池は、上記本発明の高分子化合物を含有することを特徴とするものである。以下、本発明の太陽電池について、その好適な一実施形態である、有機光電変換素子であって光起電力効果を利用する固体光電変換素子を例に説明する。
本発明の太陽電池の好適な一実施形態である固体光電変換素子において、上記本発明の高分子化合物は、有機光電変換素子の材料として、中でも有機半導体と金属との界面を利用するショットキー障壁型素子の有機半導体層として、また、有機半導体と無機半導体あるいは有機半導体どうしの界面を利用するpnへテロ接合型素子の有機半導体層として、好適に用いることができる。
さらに、このような固体光電変換素子においては、ドナー・アクセプターの接触面積を増大させたバルクヘテロ接合型素子における電子供与性高分子、電子受容性高分子として、また、高分子・低分子複合系を用いる有機光電変換素子、例えば、電子受容体としてフラーレン誘導体を分散したバルクヘテロ接合型有機光電変換素子の電子供与性共役系高分子(分散支持体)として、上記本発明の高分子化合物が好適に用いられる。
このような有機光電変換素子の構造としては、例えば、pnへテロ接合型素子では、オーム性電極、例えば、ITO上に、p型半導体層を形成し、さらに、n型半導体層を積層し、その上にオーム性電極が設けられた構造を挙げることができる。
更に、このような有機光電変換素子は、通常は支持基板上に形成される。このような支持基板としては、有機光電変換素子としての特性を阻害しないものであればよく、その材質は特に制限されず、例えば、ガラス基板やフレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板を適宜用いることができる。
また、このような有機光電変換素子は、公知の方法、例えば、Synth.Met.,102,982(1999)に記載の方法やScience,270,1789(1995)に記載の方法により製造することができる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、数平均分子量及び重量平均分子量については、テトラヒドロフランを溶媒として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算の数平均分子量、重量平均分子量として求めた。
(実施例1:高分子化合物(1)の合成)
先ず、下記構造式(I):
先ず、下記構造式(I):
で表される単量体(3)0.911gと、下記構造式(II):
で表される単量体(10)0.350gと、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.13gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)2.0mgとを反応容器に仕込み、反応容器内をアルゴンガスで置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液を得た。次いで、得られた溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液5mlを、数分間で滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、16時間還流して反応させた。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、前記反応溶液を室温付近まで冷却した後、前記反応溶液にトルエン40gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次いで、前記トルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した。次に、前記トルエン溶液を、アルミナカラムに通し、精製した。その後、前記トルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。そして、得られた沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、高分子化合物(1)を0.45g得た。
このようにして得られた高分子化合物(1)のポリスチレン換算の重量平均分子量は1.5×104であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は7.7×103であった。また、上述のような製造方法により得られた高分子化合物(1)は、下記式:
に示す繰り返し単位を有するものであることが、仕込みから推定される。
(実施例2:高分子化合物(2)の合成)
先ず、前記単量体(3)0.911gと、下記構造式(III):
先ず、前記単量体(3)0.911gと、下記構造式(III):
で表される単量体(20)0.356gと、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.16gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)2.0mgとを反応容器に仕込み、反応容器内をアルゴンガスで置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして、脱気したトルエン15mlを加えて溶液を得た。次に、前記溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液6mlを、数分間で滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、11時間還流して反応させた。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、前記反応溶液を室温付近まで冷却した後、前記反応溶液にトルエン30gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次に、得られたトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した。次いで、前記トルエン溶液をアルミナカラムに通し、精製した。次に、前記トルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。次に、得られた沈殿を再度トルエンに溶解してトルエン溶液を得た。その後、得られたトルエン溶液をろ過した後、メタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。そして、得られた沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、高分子化合物(2)を0.40g得た。
このようにして得られた高分子化合物(2)のポリスチレン換算の重量平均分子量は1.3×104であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は6.2×103であった。また、上述のような製造方法により得られた高分子化合物(2)は、下記式:
に示す繰り返し単位を有するものであることが、仕込みから推定される。
(実施例3:高分子化合物(3)の合成)
先ず、下記構造式(IV):
先ず、下記構造式(IV):
で表される単量体(5)0.274gと、前記単量体(3)0.456gと、前記単量体(10)0.347gと、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.18gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)2.1mgとを反応容器に仕込み、反応容器内をアルゴンガスで置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液を得た。次いで、前記溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液6mlを、数分間で滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、11時間還流して反応させた。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、前記反応溶液を室温付近まで冷却した後、前記反応溶液にトルエン30gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次に、前記トルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した。次いで、前記トルエン溶液をアルミナカラムに通し、精製した。次に、前記トルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。次に、得られた沈殿を再度トルエンに溶解し、トルエン溶液を得た。その後、前記トルエン溶液をろ過した後、メタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。そして、得られた沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、高分子化合物(3)を0.15g得た。
このようにして得られた高分子化合物(3)のポリスチレン換算の重量平均分子量は8.4×103であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は5.1×103であった。また、上述のような製造方法により得られた高分子化合物(3)は、下記式:
で示す繰り返し単位を有するものであることが、仕込みから推定される。
(実施例4:高分子化合物(4)の合成)
先ず、下記構造式(V):
先ず、下記構造式(V):
で表される単量体(7)0.338gと、前記単量体(3)0.456gと、前記単量体(10)0.350gと、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.16gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)2.4mgとを反応容器に仕込み、前記反応容器内をアルゴンガスで置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液を得た。次に、前記溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液6mlを、数分間で滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、11時間還流して反応させた。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、前記反応溶液を室温付近まで冷却した後、前記反応溶液にトルエン30gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次いで、得られたトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した。次に、前記トルエン溶液をアルミナカラムに通し、精製した。次いで、前記トルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。次に、得られた沈殿を、再度トルエンに溶解してトルエン溶液を得た。その後、得られたトルエン溶液をろ過した後、前記トルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。そして、得られた沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、高分子化合物(4)を0.20g得た。
このようにして得られた高分子化合物(4)のポリスチレン換算の重量平均分子量は8.6×103であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は5.2×103であった。また、上述の製造方法により得られた高分子化合物(4)は、下記式:
で示す繰り返し単位を有するものであることが、仕込みから推定される。
(比較例1:高分子化合物(5)の合成)
先ず、下記構造式(VI):
先ず、下記構造式(VI):
で表される単量体(6)0.482gと、前記単量体(20)0.356gと、メチルト
リオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録
商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.15gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)1.5mgとを反応容器に仕込み、前記反応容器内をアルゴンガスで置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液を得た。次に、前記溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液5mlを、数分間で滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、10時間還流して反応させた。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
リオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録
商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.15gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)1.5mgとを反応容器に仕込み、前記反応容器内をアルゴンガスで置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液を得た。次に、前記溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液5mlを、数分間で滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、10時間還流して反応させた。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、前記反応溶液を室温付近まで冷却した後、前記反応溶液にトルエン30gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次に、得られたトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した。次いで、前記トルエン溶液を、3質量%N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物水溶液で洗浄した後、静置し、分液したトルエン溶液を回収した。次に、前記トルエン溶液を、3質量%酢酸水溶液で洗浄した後、静置し、分液したトルエン溶液を回収した。次いで、前記トルエン溶液を、イオン交換水で洗浄した後、静置し、分液したトルエン溶液を回収した。次に、前記トルエン溶液をろ過した後、アルミナカラムに通し、精製した。その後、前記トルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。そして、得られた沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、高分子化合物(5)を0.3g得た。
このようにして得られた高分子化合物(5)のポリスチレン換算の重量平均分子量は4.9×103であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は2.3×103であった。
また、高分子化合物(5)は、下記式:
で示す繰り返し単位を有するものであることが、仕込みから推定される。
(比較例2:高分子化合物(6))
下記構造式(VII):
下記構造式(VII):
で表されるポリ[2−メトキシー5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン](アルドリッチ社製、数平均分子量:40,000〜70,000)を高分子化合物(6)とした。
(比較例3:高分子化合物(7)の合成)
先ず、下記構造式(VIII):
先ず、下記構造式(VIII):
で表される単量体(9)0.464gと、前記単量体(20)0.356gと、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.15gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)1.8mgとを反応容器に仕込み、前記反応容器内をアルゴンガスで置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液を得た。次に、前記溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液5mlを、数分間で滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、10時間還流して反応させた。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、前記反応溶液を室温付近まで冷却した後、前記反応溶液にトルエン30gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次いで、得られたトルエン溶液を、3質量%N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物水溶液で洗浄した後、静置し、分液したトルエン溶液を回収した。次に、前記トルエン溶液を、3質量%酢酸水溶液で洗浄した後、静置し、分液したトルエン溶液を回収した。次いで、前記トルエン溶液を、イオン交換水で洗浄した後、静置し、分液したトルエン溶液を回収した。次に、前記トルエン溶液を濾過した後、アルミナカラムに通し、精製した。その後、前記トルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。そして、得られた沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、高分子化合物(7)を0.30g得た。
このようにして得られた高分子化合物(7)のポリスチレン換算の重量平均分子量は5.7×103であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は2.3×103であった。また、上述のような製造方法により得られた高分子化合物(7)は、下記式:
に示す繰り返し単位を有するものであることが、仕込みから推定される。
(実施例5〜8及び比較例4〜6:薄膜の製造)
高分子化合物(1)〜(7)をそれぞれ用いて、0.8質量%のトルエン溶液をそれぞれ調製し、各トルエン溶液を石英板上に、それぞれスピンコートして、各高分子化合物の薄膜をそれぞれ製造した。
[高分子化合物(1)〜(7)の蛍光特性評価]
<評価方法>
実施例5〜8及び比較例4〜6で得られた薄膜を用いて、蛍光ピーク波長と蛍光強度を測定した。すなわち、先ず、各薄膜の蛍光スペクトルを蛍光分光光度計(JOBINYVON−SPEX社製の商品名「Fluorolog」)を用い、励起波長350nmの条件で測定した。そして、薄膜の相対的な蛍光強度を得るために、水のラマン線の強度を標準にして波数プロットした蛍光スペクトルをスペクトル測定範囲で積分し、分光光度計(Varian社製の商品名「Cary5E」)を用いて測定した励起波長での吸光度で割り付けた値を各薄膜の蛍光強度として求めた。このような測定により得られた蛍光ピーク波長と蛍光強度の測定結果を表1に示す。
高分子化合物(1)〜(7)をそれぞれ用いて、0.8質量%のトルエン溶液をそれぞれ調製し、各トルエン溶液を石英板上に、それぞれスピンコートして、各高分子化合物の薄膜をそれぞれ製造した。
[高分子化合物(1)〜(7)の蛍光特性評価]
<評価方法>
実施例5〜8及び比較例4〜6で得られた薄膜を用いて、蛍光ピーク波長と蛍光強度を測定した。すなわち、先ず、各薄膜の蛍光スペクトルを蛍光分光光度計(JOBINYVON−SPEX社製の商品名「Fluorolog」)を用い、励起波長350nmの条件で測定した。そして、薄膜の相対的な蛍光強度を得るために、水のラマン線の強度を標準にして波数プロットした蛍光スペクトルをスペクトル測定範囲で積分し、分光光度計(Varian社製の商品名「Cary5E」)を用いて測定した励起波長での吸光度で割り付けた値を各薄膜の蛍光強度として求めた。このような測定により得られた蛍光ピーク波長と蛍光強度の測定結果を表1に示す。
表1に示す結果からも明らかなように、本発明の高分子化合物である高分子化合物(1)〜(4)を用いて得られた本発明の薄膜(実施例5〜8)は、いずれも、比較のための高分子化合物(6)〜(8)を用いて得られた薄膜(比較例4〜6)よりも、強い蛍光強度を示した。このような結果から、本発明の高分子化合物(実施例1〜4)は、十分に高い蛍光強度を示すことが確認された。
(実施例9:高分子化合物(40)の合成)
<溶液(S1)の調製>
先ず、高分子化合物(40)の合成に用いる溶液(S1)を以下のようにして調製した。すなわち、先ず、上記単量体(3)0.810gと、上記単量体(10)0.350gと、酢酸パラジウム(II)1.6mgと、トリス(2−メトキシフェニル)ホスフィン7.6mgとを反応容器に仕込み、前記反応容器内をアルゴンガスで十分置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液(S1)を得た。
<溶液(S1)の調製>
先ず、高分子化合物(40)の合成に用いる溶液(S1)を以下のようにして調製した。すなわち、先ず、上記単量体(3)0.810gと、上記単量体(10)0.350gと、酢酸パラジウム(II)1.6mgと、トリス(2−メトキシフェニル)ホスフィン7.6mgとを反応容器に仕込み、前記反応容器内をアルゴンガスで十分置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン15mlを加えて溶液(S1)を得た。
<高分子化合物(40)の合成>
先ず、下記構造式(IX):
先ず、下記構造式(IX):
で表される単量体(40)0.477gと、上記単量体(5)0.548gと、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名「aliquat336(ヘンケル社の登録商標)」、アルドリッチ社製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、密度:0.884g/ml(25℃))0.40gと、酢酸パラジウム(II)1.4mgと、トリス(2−メトキシフェニル)ホスフィン6.5mgとを反応容器に仕込み、反応容器内をアルゴンガスで十分置換した。次に、前記反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気したトルエン20mlを加えて溶液を得た。次いで、前記溶液に、予めアルゴンガスでバブリングして脱気した16.7質量%炭酸ナトリウム水溶液5mlを滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、3時間還流して反応溶液(I)を得た。なお、反応はアルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、得られた反応溶液(I)を室温に冷却した後、反応溶液(I)に対して、予め別の反応容器(アルゴンガス置換)に用意しておいた上記溶液(S1)を加えて反応溶液(II)を得た。次いで、得られた反応溶液(II)に、予めアルゴンガスをバブリングして脱気した16.7重量%炭酸ナトリウム水溶液5mlを滴下した後、溶媒が還流する温度に昇温し、3.5時間還流して反応溶液(III)を得た。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。
次に、得られた反応溶液(III)を室温に冷却した後、反応溶液(III)に、フェニルホウ酸0.16gとテトラヒドロフラン0.5mlとを含有する混合溶液を加え、2時間還流して反応溶液(IV)を得た。なお、反応は、アルゴンガス雰囲気下で行った。このようにして反応させた後、得られた反応溶液(IV)を室温に冷却した。その後、前記反応溶液(IV)にトルエンを約30g加えて静置し、分液したトルエン層を回収した。次いで、得られたトルエン層をメタノール中に注ぎ込み、再沈し、生成した沈殿を回収した。次に、前記沈殿を減圧乾燥させた後、トルエンに再度溶解させてトルエン溶液を得た。そして、得られたトルエン溶液を濾過して不溶物を除去した。その後、前記トルエン溶液をアルミナカラムに通して精製した。次に、得られたトルエン溶液を減圧濃縮した後、メタノール中に注ぎ込み、再沈し、生成した沈殿を回収した。次いで、得られた沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥し、重合体(高分子化合物(40))を0.85g得た。
このようにして得られた高分子化合物(40)のポリスチレン換算の重量平均分子量は3.0×104であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は9.8×103であった。また、上述のような製造方法により得られた高分子化合物(40)は、下記式:
に示す繰り返し単位を有するものであることが、仕込みから推定できる。
[素子の製造及びその素子の特性評価]
(実施例10)
先ず、実施例9で合成した高分子化合物(40)をキシレンに溶解し、ポリマー濃度1.8重量%のキシレン溶液(A)を調製した。
(実施例10)
先ず、実施例9で合成した高分子化合物(40)をキシレンに溶解し、ポリマー濃度1.8重量%のキシレン溶液(A)を調製した。
次に、スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板上に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸の懸濁液(バイエル社製、商品名「BaytronP AI4083」)を孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過した液をスピンコートし、ITO膜上に65nmの厚みで薄膜を形成してホットプレート上で200℃、10分間乾燥し、ITO膜上に第一膜を形成して積層体(ガラス基板/ITO膜/第一膜)を得た。
次いで、前記キシレン溶液(A)を孔径0.2μmのフィルターでろ過した液を、前記積層体の第一膜上にスピンコート(900rpmの回転速度)し、薄膜を形成した。このような薄膜の膜厚は約85nmであった。その後、このような薄膜が形成された積層体を窒素雰囲気、90℃の条件下、10分間静置して前記薄膜を乾燥せしめ、前記第一膜上に第二膜を形成して素子前駆体(ガラス基板/ITO膜/第一膜/第二膜)を得た。
次いで、前記素子前駆体を蒸着機にセットし、陰極としてバリウムを約5nmの厚さで蒸着し、更にアルミニウムを約80nmの厚さで蒸着して、EL素子(素子構成:ガラス基板/ITO膜/第一膜/第二膜/陰極)を製造した。なお、このような蒸着工程においては真空度が1×10−4Pa以下に到達した後に蒸着を開始した。
このようにして得られたEL素子に電圧を印加した。これにより前記EL素子から470nmにピークを有するEL発光が得られた。また、このようなEL素子の輝度100cd/m2における発光色は、C.I.E.色座標値で示すとx=0.356、y=0.301であることが確認された。
(実施例11)
先ず、実施例2で合成した高分子化合物(2)をキシレンに溶解し、ポリマー濃度2.5重量%のキシレン溶液(B)を調製した。
先ず、実施例2で合成した高分子化合物(2)をキシレンに溶解し、ポリマー濃度2.5重量%のキシレン溶液(B)を調製した。
次に、スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板上に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(バイエル社製、商品名「BaytronP CH8000」)の懸濁液を孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過した液をスピンコートし、65nmの厚みで薄膜を形成してホットプレート上で200℃、10分間乾燥し、ITO膜上に第一膜が形成された積層体(ガラス基板/ITO膜/第一膜)を得た。
次に、キシレン溶液(B)を孔径0.2μmのフィルターでろ過した液を、前記積層体の第一膜上にスピンコート(2400rpmの回転速度)し、薄膜を形成した。このような薄膜の膜厚は約70nmであった。その後、前記薄膜の形成された積層体を窒素雰囲気、90℃の条件下、10分間静置して前記薄膜を乾燥せしめ、前記第一膜上に第二膜を形成して素子前駆体(ガラス基板/ITO膜/第一膜/第二膜)を得た。
次いで、前記素子前駆体を蒸着機にセットし、陰極としてバリウムを約5nmの厚さで蒸着し、更にアルミニウムを約80nmの厚さで蒸着して、EL素子(素子構成:ガラス基板/ITO膜/第一膜/第二膜/陰極)を製造した。なお、このような蒸着工程においては真空度が1×10−4Pa以下に到達した後に蒸着を開始した。
このようにして得られたEL素子に電圧を印加した。これにより前記EL素子から495nmにピークを有するEL発光が得られることが確認された。また、このようなEL素子の輝度100cd/m2における発光色は、C.I.E.色座標値で示すとx=0.250、y=0.460であることが確認された。
(実施例12)
先ず、実施例4で合成した高分子化合物(4)をキシレンに溶解し、ポリマー濃度2.5重量%のキシレン溶液(C)を調製した。
先ず、実施例4で合成した高分子化合物(4)をキシレンに溶解し、ポリマー濃度2.5重量%のキシレン溶液(C)を調製した。
次に、スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板上に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(バイエル社製、商品名「BaytronP CH8000」)の懸濁液を孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過した液をスピンコートし、65nmの厚みで薄膜を形成してホットプレート上で200℃、10分間乾燥し、ITO膜上に第一膜が形成された積層体(ガラス基板/ITO膜/第一膜)を得た。
次に、キシレン溶液(C)を孔径0.2μmのフィルターでろ過した液を、前記積層体の第一膜上にスピンコート(1600rpmの回転速度)し、薄膜を形成した。このような薄膜の膜厚は約80nmであった。その後、前記薄膜の形成された積層体を窒素雰囲気、90℃の条件下、10分間静置して前記薄膜を乾燥せしめ、前記第一膜上に第二膜を形成して素子前駆体(ガラス基板/ITO膜/第一膜/第二膜)を得た。
次いで、前記素子前駆体を蒸着機にセットし、陰極としてバリウムを約5nmの厚さで蒸着し、更にアルミニウムを約80nmの厚さで蒸着して、EL素子(素子構成:ガラス基板/ITO膜/第一膜/第二膜/陰極)を製造した。なお、このような蒸着工程においては真空度が1×10−4Pa以下に到達した後に蒸着を開始した。
このようにして得られたEL素子に電圧を印加した。これにより前記EL素子から645nmにピークを有するEL発光が得られることが確認された。また、このようなEL素子の輝度100cd/m2における発光色は、C.I.E.色座標値で示すとx=0.346、y=0.350であることが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、十分に高い蛍光強度を示し、発光材料や電荷輸送材料等として好適に用いることが可能な高分子化合物及びその製造方法、並びに、その高分子化合物を用いた発光材料、液状組成物、薄膜、高分子発光素子、面状光源、表示装置、有機トランジスタ及び太陽電池を提供することが可能となる。
したがって、本発明の高分子化合物は、蛍光強度に優れるため、発光材料や電荷輸送材料等として特に有用である。
Claims (15)
- 下記一般式(1)で示される繰返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物。
[一般式(1)]
- 前記一般式(1)中のRd1及びRe1のうちの少なくとも一つが、炭素数1から12のアルキル基であることを特徴とする請求項1又は2に記載の高分子化合物。
- 前記一般式(2)中のRd3及びRe3のうちの少なくとも一つが、炭素数1から12のアルキル基であることを特徴とする請求項2に記載の高分子化合物。
- 前記一般式(1)中のRd1及びRe1のうちの少なくとも一つが、フェニル基であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の高分子化合物。
- 前記一般式(2)中のRd3及びRe3のうちの少なくとも一つが、フェニル基であることを特徴とする請求項2又は4に記載の高分子化合物。
- 下記一般式(100)で表される化合物と、下記一般式(200)で表される化合物とをパラジウム触媒及び塩基の存在下で反応させて、請求項1に記載の高分子化合物を得ることを特徴とする高分子化合物の製造方法。
[一般式(100)]
X1−C(A1)=C(A2)−X2 (100)
(式中、A1及びA2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1から12のアルキル基、フェニル基、炭素数1から12のアルキル基で置換されたフェニル基又は炭素数1から12のアルコキシ基で置換されたフェニル基を表し、X1及びX2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれホウ酸基又はホウ酸エステル基を表す。)
[一般式(200)]
Y1−Ar200−Y2 (200)
{式中、Ar200は、下記式(201):
で示される基を表し、Y1及びY2は同一でも又は異なっていてもよく、それぞれハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基又はアリールアルキルスルホネート基を表す。}。 - 請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の高分子化合物を含有することを特徴とする発光材料。
- 請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の高分子化合物と溶媒とを含有することを特徴とする液状組成物。
- 請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の高分子化合物を含有することを特徴とする薄膜。
- 陽極と陰極とからなる電極間に、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の高分子化合物を含有する有機層を備えることを特徴とする高分子発光素子。
- 請求項11に記載の高分子発光素子を備えることを特徴とする面状光源。
- 請求項11に記載の高分子発光素子を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の高分子化合物を含有することを特徴とする有機トランジスタ。
- 請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の高分子化合物を含有することを特徴とする太陽電池。
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