JP2009544772A - インデノフルオレンとチオフェンのコポリマー - Google Patents

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Abstract

本発明は、インデノフルオレン単位とチオフェン或いはその誘導体の単位を含む新規なコポリマー、そのコポリマーを含む有機半導体(OSC)材料と有機エレクトロルミネッセンス材料、そのコポリマーと材料の、電子、エレクトロルミネッセンス若しくは電気光学素子での使用及び前記ポリマー若しくは材料を含む素子に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、インデノフルオレン単位とチオフェン若しくはその誘導体の単位を含む新規なコポリマーに関する。本発明は、更に、前記コポリマーを含む有機半導体(OSC)材料と有機エレクトロルミネッセンス(OEL)材料、電子、エレクトロルミネッセンス若しくは電気光学素子での前記コポリマーと材料の使用及び前記ポリマー若しくは材料を含む素子に関する。
近年、より汎用性があり、より低コストの電子素子を製造するために、有機半導体(OSC)材料の開発がなされてきた。このような材料は、少しだけ挙げると、有機電界効果トランジスタ(OFET)、有機発光ダイオード(OLED)、光検査器、光電池(PV)、センサー、記憶素子及び論理回路を含む広範囲の素子若しくは装置に用途を見出している。有機半導体材料は、薄い層の形態で、例えば、1ミクロン未満の厚さで、電子素子に典型的には存在する。
OFET素子の場合には、その素子の特性は、半導体材料の電荷キャリヤー移動度と電流オン/オフ比に、主に基づいており、それゆえ理想的半導体は、高い電荷キャリヤー移動度(>1×10−3cm−1−1)と組み合わせて、オフ状態で低い電導性を有するべきである。加えて、半導体材料は、酸化に対して比較的安定であること、すなわち、酸化が素子特性の低下をもたらすことから、高いイオン化ポテンシャルを有することが重要である。半導体材料のための更なる要請は、特別に、薄い層と所望のパターンの大規模な製造のための良好な加工性と高い安定性、有機半導体層の膜の均一性及び完全性である。
先行技術においては、例えば、ペンタセンのような小分子及びポリヘキシルチオフェンのようなポリマーを含む種々の材料がOFETにおける有機半導体としての使用のために提案されてきた。しかしながら、これまでに研究された材料と素子は、未だ幾つかの欠点を有し、その特性、特に、加工性、電荷キャリヤー移動度、オン/オフ比及び安定性は、更なる改良の余地が未だ残っている。
このような電荷輸送材料はOLEDにおいても重要な用途が見出される。例えば、WO 2004/084260は、陽極と、中間層としてのポリマーOLED中の発光層との間に導入される正孔輸送層を記載している。このような中間層は、特性、特にOLEDの寿命を顕著に改善する。このようなOLED素子の最適な特性のためには、高い電荷キャリヤー移動度と中間層、陽極及び発光層との間の適正なエネルギーアライメントが必要とされる。WO 2004/084260には、トリアリールアミン系ポリマーが中間層としての使用のために提案されている。しかしながら、これらのポリマーは、最高占有分子軌道は、そのようなポリマーのHOMO(最高占有分子軌道)が、主にトリアリールアミン単位により決定されることから、発光層中に使用される相異なる発光ポリマーに適合するために十分に広範囲で調整することはできない。
本発明の一つの目的は、電子素子での使用、特にOFETでの活性材料若しくは発光素子での中間層としての使用のための、電子素子中で有利な性質、特に、良好な加工性、高い電荷キャリヤー移動度、OFETの場合での高いオン/オフ比、高い酸化安定性及び長い寿命を有する、新規な有機半導体材料を提供することである。別の目的は、専門家に入手可能な半導体材料の蓄えを拡張することである。本発明の他の目的は、以下の詳細な説明から専門家には直ちに明らかである。
これらの目的は、本発明で特許請求したとおりの半導体材料を提供することにより達成することができることが見出された。これら材料は、次式の1以上の四置換シス-或いはトランス-インデノフルオレン単位若しくはその誘導体を含み、更に、1以上のチオフェン若しくはセレノフェン単位を含むコポリマーを基礎とするものである。
Figure 2009544772
(ここで、Rは、芳香族若しくは脂肪族ヒドロカルビル基を示し、2個の隣接する基Rは、それらが結合するそれぞれのフルオレン基と共にスピロ基を形成してもよい。)
特に、このようなコポリマーは、良好な加工性を有すると同時に驚異的に高い電荷キャリヤー移動度と高い酸化安定性を有することから、トランジスタ及びOLEDのような電子素子での半導体材料としての使用のために適することが見出された。
WO 2004/041901は、アリール置換インデノフルオレンと更なるトリアリールアミン若しくはヘテロアリール部分を含むポリマー及びそれらのOLED若しくはOFETでの使用を記載している。Surin et al., Adv.Funct.Mat. 2005, 15, 1426-1434は、随意にアルキル化された6,6-12,12-テトラオクチル-トランスインデノフルオレンとジチオフェン、ターチオフェン若しくはクオーターチオフェン単位のコポリマーを開示している。Sonar et al., Macromolecules 2004, 37, 709-715は、6,6-12,12-テトラオクチル-トランスインデノフルオレンと4-ヘキシルジチエノ[3,2-b:2’,3’-e]ピリジンのコポリマーを開示している。しかしながら、本発明で特許請求されたコポリマーを開示していない。
チオフェンは、良好な正孔輸送能を有する。しかしながら、それらは、多くの有機溶媒で中程度の溶解性を有するだけであり、膜形成プロセスでの加工性に負の影響を及ぼし、中程度の均一性を有する膜をもたらす。他方、インデノフルオレンは、通常の有機溶媒に可溶性であり、それゆえ、高度な均一性を有する膜の形成を可能とする良好な加工性を示す。しかしながら、それらは、主として有効な電子輸送及び発光成分であると、報告されてきた。したがって、インデノフルオレン単位が、チオフェンのような正孔輸送成分と結合されている本発明によるコポリマーが、高い電荷キャリヤー移動度を示し、高いオン/オフ比を有するトランジスタのような電子素子や正孔輸送層或いは中間層としてこれらポリマーを使用するOLEDの調製を可能にすることは驚くべきことであった。
本発明は、1以上の同一若しくは相異なる式Iの単位と1以上の同一若しくは相異なる式IIの単位とを含むポリマ−に関する。
Figure 2009544772
Figure 2009544772
ここで、
A、B及びB’は、互いに独立しており、互いに独立した並列の出現の場合には、二価の基であり、好ましくは、-CR-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SO-、-SO-、-CO-、-CS-、-CSe-、-P(=O)R-、-P(=S)R-及びSiR-から選ばれ、
及びRは、互いに独立して同一であるか異なり、H、ハロゲン、-CN、-NC、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)NR00、-C(=O)X、-C(=O)R、-NH、-NR00、-SH、-SR、-SOH、-SO、-OH、-NO、-CF、-SF、随意に置換されたシリル、若しくは随意に置換され、随意に1以上のヘテロ原子を含む1〜40個のC原子を有するカルビル或いはヒドロカルビルから選択される基であり、随意に、基R及びRは、それらが結合するフルオレン部分と共にスピロ環基を形成し、
Xは、ハロゲンであり、
及びR00は、互いに独立して、H又は随意に1以上のヘテロ原子を含む随意に置換されたカルビル或いはヒドロカルビル基であり、
各gは、独立して、0若しくは1であり、同じ副単位中の対応するhは、反対の0及び1であり、
mは、1以上の整数であり、
Ar及びArは、互いに独立して、随意に置換され、インデノフルオレン基の7,8-位或いは8,9-位で随意に縮合された単核或いは多核アリール若しくはヘテリアリールであり、
a及びbは、互いに独立して、0若しくは1であり、
及びTは、互いに独立して、随意に1以上の基Rにより置換されるチオフェン、セレノフェン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン及びピロールから選ばれ、
は、互いに独立した並列の出現の場合には、ハロゲン、-CN、-NC、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)NR00、-C(=O)X、-C(=O)R、-NH、-NR00、-SH、-SR、-SOH、-SO、-OH、-NO、-CF、-SF、随意に置換されたシリル若しくは随意に置換され、随意に1以上のヘテロ原子を含むカルビル或いはヒドロカルビルであり、随意に、2個のR基は、隣接する位置で、結合する環と共にポリ環状基を形成し、
Ar及びArは、互いに独立して、随意に置換され、隣接するチオフェン或いはセレノフェン基の1方或いは両方の2,3-位で、随意に縮合された単核或いは多核アリール若しくはヘテリアリールであり、
c及びeは、互いに独立して、0、1、2、3若しくは4で、1<c+e≦6であり、
d及びfは、互いに独立して、0、1、2、3若しくは4であり、
但し、式Iが、6,6-12,12-テトラアルキルトランスインデノフルオレンを意味するならば、式IIは、非置換或いはアルキル化ジ、ター或いはクオーターチオフェン若しくはジチエノ[3,2-:2’,3’-e]ピリジンとは異なる。
本発明は、更に、上記及び下記に記載されるとおりの1以上のポリマーを含む有機半導体(OSC)材料、層若しくは成分に関する。
本発明は、更に、上記及び下記に記載されるとおりの1以上のポリマーを含む有機エレクトロルミネッセンス(OEL)材料、層若しくは成分に関する。
本発明は、更に、上記及び下記に記載されるとおりのポリマー若しくは材料の電子、エレクトロルミネッセンス若しくは電気光学素子又は装置への使用に関する。
本発明は、更に、上記及び下記に記載されるとおりのポリマー若しくは材料を含む電子エレクトロルミネッセンス若しくは電気光学素子又は装置に関する。
前記素子若しくは装置は、限定するものではないが、有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、集積回路(IC)、無線周波数識別(RFID)タグ、光検査器、センサー、論理回路、記憶素子、コンデンサー、有機光(OPV)電池、電荷注入層、ショットキーダイオード、平坦化層、帯電防止膜、導電基板或いはパターン、ポリマー電極膜(PEM)、有機フォトレフラクティブ素子、光伝導体、電子写真素子、電場職消光素子、有機発光トランジスタ(OLED)有機発光ダイオード(OLED)若しくは有機レーザーイオード(O-Laser)を含む。
例4により調製されたOFETの伝達スキャンである。 例4により調製されたOFETの出力プロットである。
発明の詳細な説明
他に指示がなければ、Ar、R等のような基若しくは添字は、並列して存在する場合は、互いに独立して選択され、互いに同一であっても、相異なってもよい。したがって、幾つかの異なる基は、「R」のような単一の符号により代表され得る。
用語「単位」は、ポリマー若しくはコポリマー中のモノマー単位若しくは反復単位を意味する。
用語「副単位」は、式Iの単位中で、基
Figure 2009544772
を意味する。
したがって、gが1で、hが0である式Iの単位中の副単位は、次の構造である。
Figure 2009544772
したがって、gが0で、hが1である式Iの単位中の副単位は、次の構造である。
Figure 2009544772
用語「アリール」若しくは「アリーレン」は、芳香族炭化水素基若しくは芳香族炭化水素基から誘導された基を意味する。用語「ヘテロアリール」若しくは「ヘテロアリーレン」は、1以上のヘテロ原子を含む「アリール」若しくは「アリーレン」基を意味する。用語「アルキル」、「アリール」、「ヘテリアリール」等も、多価化学種、例えば、アルキレン、アリーレン、「ヘテロアリーレン」等をも含む。
上記及び下記で使用されるとおりの用語「カルビル基」は、任意の非炭素原子を含まないか(例えば、-C≡C-のような)、又はN、O、S、P、Si、Se、As、Te若しくはGeのような少なくとも一つの非炭素原子と随意に結合した少なくとも一つの炭素原子を含む(例えば、カルボニル等)任意の一価若しくは多価有機基部分を指す。用語「炭化水素基」及び「ヒドロカルビル基」は、1以上のH原子を追加的に含み、随意に、例えば、N、O、S、P、Si、Se、As、Te若しくはGeのような1以上のヘテロ原子を含むカルビル基を意味する。
3個以上のC原子鎖を含むカルビル若しくはヒドロカルビル基は、ピロ及び/又は縮合環を含む、直鎖、分岐及び/又は環状であってよい。
好ましいカルビル及びヒドロカルビル基は、夫々は、随意に置換され、1〜40個、好ましくは、1〜25個、非常に好ましくは、1〜18個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ及びアルコキシカルボニルオキシ、更に、6〜40個、好ましくは、6〜25個のC原子を有する随意に置換されるアリール若しくはアリールオキシ、更に、夫々は、随意に置換され、6〜40個、好ましくは、6〜25個のC原子を有するアリール若しくはアリールオキシであり、更に、夫々は、随意に置換され、6〜40個の、好ましくは、6〜25個のC原子を有するアルキルアリール、アリールアルキル、アルキルアリールオキシ、アリールアルキルオキシ、アリールカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールカルボニルオキシ及びアリールオキシカルボニルオキシを含む。
カルビル若しくはヒドロカルビル基は、飽和或いは不飽和非環状基若しくは飽和或いは不飽和環状基であってよい。不飽和非環状若しくは環状基は、特別にアルケニル及びアルキニル基(特別に、エチニル)が、好ましい。C〜C40カルビル若しくはヒドロカルビル基が非環状であるところでは、その基は、直鎖か分岐であってよい。
〜C40カルビル若しくはヒドロカルビル基は、例えば、C〜C40アルキル、C〜C40アルケニル、C〜C40アルキニル、C〜C40アリル基、C〜C40アルキルジエニル、C〜C40ポリエニル、C〜C40アリール、C〜C40アルキルアリール、C〜C40アリールアルキル、C〜C40アルキルアリールオキシ、C〜C40アリールアルキルオキシ、C〜C40ヘテロアリール、C〜C40シクロアルキル、C〜C40シクロアルケニル等を含む。非常に好ましいのは、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C20アリル、C〜C20アルキルジエニル、C〜C12アリール、C〜C20アリールアルキル及びC〜C20ヘテロアリールである。
更に好ましいカルビル及びヒドロカルビル基は、1〜40個、好ましくは、1〜25個のC原子を有する直鎖、分岐或いは環状アルキルを含み、それは、非置換か、F、Cl、Br、I若しくはCNにより一或いは多置換され、1以上の隣接しないCH基は、各場合、互いに独立して、O及び/又はS原子が互いに直接連結しないようにして、-O-、-S-、-NH-、-NR-、-SiR00-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-SO-、-CO-NR-、-NR-CO-、-NR-CO-NR00、-CX=CX-若しくは-C≡C-により随意に置き代えられ、R及びR00は、上記及び下記に記載されるとおりに与えられる意味の1つであり、X及びXは、互いに独立して、H、F、Cl若しくはCNである。
及びR00は、好ましくは、H、1〜12個のC原子を有する直鎖或いは分岐アルキル若しくは6〜12個のC原子を有するアリールから選択される。
ハロゲンは、F、Cl、Br若しくはIである。
好ましいアルキル基は、限定するものではないが、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、i-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、2-メチルブチル、n-ペンチル、s-ペンチル、シクロペンチル、n-ヘキシル、シクロヘキシル、2-エチルヘキシル、n-ヘプチル、シクロヘプチル、n-オクチル、シクロオクチル、ドデカニル、トリフルオロメチル、パーフルオロ-n-ブチル、2,2,2-トリフルオロエチル、パーフルオロオクチル、パーフルオロヘキシル等を含む。
好ましいアルケニル基は、限定するものではないが、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、シクロヘプテニル、オクテニル、シクロオクテニル等である。
好ましいアルキニル基は、限定するものではないが、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、オクチニル等を含む。
好ましいアルコキシ基は、限定するものではないが、メトキシ、エトキシ、2-メトキシエトキシ、n-プロポキシ、i-プロポキシ、n-ブトキシ、i-ブトキシ、s-ブトキシ、t-ブトキシ、2-メチルブトキシ、n-ペントキシ、n-ヘキソキシ、n-ヘプトキシ、n-オクトキシ等を含む。
好ましいアミノ基は、限定するものではないが、ジメチルアミノ、メチルアミノ、メチルフェニルアミノ、フェニルアミノ等を含む。
アリール基は、単核、すなわち、(例えば、フェニル若しくはフェニレンのような)ただ一つの芳香族環を有するもの、又は多核、すなわち、(例えば、ナフチル若しくはナフチレンのように)縮合していてもよく、(例えば、ビフェニルのように)個々に共有結合してもよく及び/又は縮合及び個々に連結した芳香族環の組み合わせであってよい2個以上の芳香族環を有するものであってよい。好ましくは、アリール基は、実質的に基全体にわたって実質的に共役する芳香族基である。
好ましいアリール基は、限定するものではないが、ベンゼン、ビフェニレン、トリフェニレン、[1,1’:3’,1’’]ターフェニル-2’-アイレン、ナフタレン、アントラセン、ビナフチレン、フェナントレン、ピレン、ジヒドロピレン、クリセン、ペリレン、テトラセン、ペンタセン、ベンゾピレン、フルオレン、インデン、インデノフルオレン、スピロビフルオレン等を含む。
好ましいヘテロアリール基は、限定するものではないが、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、テトラゾール、フラン、チオフェン、セレノフェン、オキサゾール、イソオキサゾール、1,2-チアゾール、1,3-チアゾール、1,2,3-オキサジアゾール、1,2,4-オキサジアゾール、1,2,5-オキサジアゾール、1,3,4-オキサジアゾール、1,2,3-チアジアゾール、1,2,4-チアジアゾール、1,2,5-チアジアゾール、1,3,4-チアジアゾールのような5員環、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,3,5-トリアジン、1,2,4-トリアジン、1,2,3-トリアジン、1,2,4,5-テトラジン、1,2,3,4-テトラジン、1,2,3,5-テトラジンのような6員環及びカルバゾール、インドール、イソインドール、インドリジン、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、プリン、ナフトイミダゾール、フェナントリイミダゾール、ピリジンイミダゾール、ピラジンイミダゾール、キノキサリンイミダゾール、ベンゾオキサゾール、ナフトオキサゾール、アントロオキサゾール、フェナントロオキサゾール、イソキサゾール、ベンゾチアジアゾール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、キノリン、イソキノリン、プテリジン、ベンゾ-5,6-キノリン、ベンゾ-6,7-キノリン、ベンゾ-7,8-キノリン、ベンゾイソキノリン、アクリジン、フェノチアジン、フェノキサジン、ベンゾピリダジン、ベンゾピリミジン、キノキサリン、フェナジン、ナフチリジン、アザカルバゾール、ベンゾカルボリン、フェナントリジン、フェナントロリン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン、ジチエノピリジン、イソベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾチアジアゾチオフェン若しくはそれらの組み合わせのような縮合環を含む。ヘテロアリール基は、アルキル、アルコキシ、チオアルキル、フルオロ、フルオロアルキル若しくは更なるアリール或いはヘテロアリール置換基で置換されてもよい。
好ましいアリールアルキル基は、限定するものではないが、2-トリル、3-トリル、4-トリル、2,6-ジメチルフェニル、2,6-ジエチルフェニル、2,6-ジ-i-プロピルフェニル、2,6-ジ-t-ブチルフェニル、o-t-ブチルフェニル、m-t-ブチルフェニル、p-t-ブチルフェニル、4-フェノキシフェニル、4-フルオロフェニル、3-カルボメトキシフェニル、4-カルボメトキシフェニル等を含む。
好ましいアルキルアリール基は、限定するものではないが、ベンジル、エチルフェニル、2-フェノキシエチル、プロピルフェニル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル若しくはナフタリニルメチルを含む。
好ましいアリールオキシ基は、限定するものではないが、フェノキシ、ナフトキシ、4-フェニルフェノキシ、4-メチルフェノキシ、ビフェニルオキシ、アントラセニルオキシ、フェナントレニルオキシ等を含む。
アリール、ヘテリアリール、カルビル及びへテロカルビル基は、好ましくは、シリル、スルホ、スルホニル、ホルミル、アミノ、イミノ、ニトリロ、メルカプト、シアノ、ニトロ、ハロゲン、C1-12アルキル、C6-12アリール、C1-12アルコキシ、ヒドロキシ及び/又はそれらの組み合わせより選択される1以上の置換基を随意に含む。随意の置換基は、同じ基及び/又は複数(好ましくは、2個)の前記基における全ての化学的に可能な組み合わせを含んでもよい(例えば、アミノとスルホニルは、互いに直接結合するならば、スルファモイル基を表わす)。
好ましい置換基は、限定するものではないが、アルキル若しくはアルコキシのような可溶化基、フッ素、ニトロ若しくはシアノのような電子吸引基、及び嵩高い基、例えば、tert-ブチル若しくは随意に置換されたアリール基のようなポリマーのガラス転移温度(T)を増加するための置換基を含む。
好ましい置換基は、限定するものではないが、F、Cl、Br、I、-CN、-NO、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)NRNR00、-C(=O)X、-C(=O)R-、-NRNR00であって、ここで、R、R00及びXは、上記定義されるとおりであり、随意に置換されたシリル、4〜40個、好ましくは、6〜20個のC原子を有するアリール、1〜20個、好ましくは、1〜12個のC原子を有する直鎖或いは分岐アルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ若しくはアルコキシカルボニルオキシを含み、ここで、1以上のH原子は、随意にF或いはClにより置き代えられる。
基RとR及び/又は基RとRがフルオレン基と一緒になってスピロ基を形成するならば、それは、好ましくは、スピロビフルオレンである。
基T及びTは、好ましくは、
Figure 2009544772
(ここで、Rは、式Iで定義されるとおりのものであり、Rは、式IのRの意味の1つを有する。)
から選ばれる。
基RとRが、それらが結合するフルオレンと共にスピロ基を形成するならば、それは、好ましくは、スピロビフルオレンである。
式I中の単位中で、mは、好ましくは、1、2若しくは3である。
非常に好ましいのは、各副単位中で、gが隣接する副単位中とは異なり、hが隣接する副単位中とは異なる、式Iの単位(「全-トランス」単位)である。更に好ましいのは、各副単位中で、gが1で、hが0である式Iの単位(「全-シス」単位)である。
式Iの単位は、好ましくは、次の下位式から選ばれる。
Figure 2009544772
ここで、Rは、式Iで定義されるとおりのものであり、Rは、互いに独立した並列の出現の場合には、式Iで与えられるRの意味の1つを有し、rは、0、1、2、3若しくは4である。
特に好ましい式Iの単位が、次の下位式から選ばれる。
Figure 2009544772
ここで、
Lは、H、ハロゲン又は随意にフッ素化された1〜12個のC原子を有する直鎖若しくは分岐アルキル或いはアルコキシであり、好ましくは、H、F、メチル、i-プロピル、t-ブチル、n-ペントキシ又はトリフルオロメチルであり、
L’は、H、随意にフッ素化された1〜12個のC原子を有する直鎖若しくは分岐アルキル或いはアルコキシであり、好ましくは、n-オクチル又はn-オクチルオキシである。
式IIの単位は、好ましくは、次の下位式から選ばれる。
Figure 2009544772
Figure 2009544772
Figure 2009544772
ここで、Yは、CH或いはNであり、Xは、S或いはSeであり、Rは、式Iで定義されるとおりであり、R’、R’’及びRは、互いに独立した並列の出現の場合には、式IでのRの意味の1つを有し、rは、0、1、2、3若しくは4である。
式II1、II2、II3及びII4中のR’及びR’’は、好ましくは、H及びn-アルキルとは異なり、好ましくは、1〜22個のC原子を有する直鎖或いは分岐アルコキシ、チオアルキル若しくはフッ素化アルキルである。
式IIの特に好ましい単位は、次の下位式から選ばれる。
Figure 2009544772
Figure 2009544772
ここで、チオフェン、チエノチオフェン及びフェニル基は、1以上の上記定義されるとおりのR’基で置換されてもよく、Rは、上記定義のとおりであり、好ましくは、C1−8アルキル、非常に好ましくは、メチルである。
ポリマー中の式Iの単位の割合は、好ましくは、1−50モル%である。
ポリマー中の式IIの単位の割合は、好ましくは、50−99モル%である。
上記及び下記記載のとおりの式I及びIIの単位に加えて、本発明によるポリマーは、好ましくは、正孔輸送単位を有する単位から選ばれる1以上の更なる単位を含む。適切な正孔輸送単位は、限定するものではないが、トリアリールアミン、ベンジジン、テトラアリール-パラ-フェニレンジアミン、トリアリールホスフィン、フェノチアジン、フェノキサジン、ジヒドロフェナジン、チアントレン、ジベンゾ-p-ジオキシン、フェノキサチン、カルバゾール、アズレン、ピロール及びフラン誘導体若しくは、好ましくは、高HOMOを有する更なるO-、S-或いはN-含有ヘテロ環である。
ポリマー中の前記追加的単位の量は、好ましくは、1−10モル%である。
非常に好ましい前記追加的単位は、式IIIから選ばれる。
Figure 2009544772
ここで、
Ar4−5は、互いに独立した並列の出現の場合には、随意に置換された単核或いは多核アリール若しくはヘテロアリールであり、
Arは、異なる式の鎖残基と連結するブリッジ基により随意に置換されてもよい、随意に置換された単核或いは多核アリール若しくはヘテロアリールであり、
mは、1、2若しくは3である。
式IIIの単位は、好ましくは、次の下位式から選ばれる。
Figure 2009544772
ここで、R’、R’’及びrは、上記に定義されるとおりであり、sは、0、1、2、3、4若しくは5である。
式IIIの特に好ましい単位は、次の下位式から選ばれる。
Figure 2009544772
Figure 2009544772
Figure 2009544772
ここで、L’及びL’’は、上記に定義されるとおりであり、Lは、好ましくは、H、i-プロピル、t-ブチル若しくはトリフルオロメチルであり、L’は、H、n-オクチル若しくはn-オクチルオキシである。
式IIIの単位に加えて或いは代替として、本発明のポリマーは、1以上の次の式から選ばれる単位を含んでもよい。
Figure 2009544772
Figure 2009544772
Figure 2009544772
ここで、RとR’は、上記に定義されるとおりであり、好ましくは、H、アルキル、アリール、パーフルオロアルキル、チオアルキル、シアノ、アルコキシ、ヘテロアリール、アルキルアリール若しくはアリールアルキルである。
式IV-VIII中で、Rは、好ましくは、H若しくはフェニルである。式IX-XIV中で、Rは、好ましくは、H若しくは1、2、3、4、5及び6個のC原子を有するアルキルである。R’は、好ましくは、n-オクチル若しくはn-オクチルオキシである。
上記式III-XVの単位に加えて或いは代替として、ポリマーは、フェニレン、ビフェニレン、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、ビフルオレン、スピロビフルオレン、フェニレン-ビニレン、カルバゾール、ピレン、ペリレン、9,10-ジヒドロフェナントレン、チエノ[2,3b]チオフェン或いはチエノ[3,2b]チオフェンのような縮合チオフェン、ジチエノチオフェン、フェナントロリン若しくはそれらの誘導体から選ばれる更なる単位を含んでもよい。
本発明のポリマーは、ランダムコポリマー、交互或いは位置規則的(レジオレギュラー)コポリマー、ブロックコポリマー若しくはそれらの組み合わせであってよい。それらは、2、3以上の別のモノマー単位を含んでもよい。
ポリマーは、好ましくは、次の式から選ばれる。
Figure 2009544772
ここで、
Aは、式I若しくはその好ましい下位式の単位であり、
Bは、式II若しくはその好ましい下位式の単位であり、
xは、0.5≧x>0であり、
yは、1>y≧0.5であり、
x+yは、1であり、
nは、1を超える整数である。
特に好ましいのは、次の式のポリマーである。
Figure 2009544772
ここで、
Aは、式I若しくはその好ましい下位式の単位であり、
Bは、式II若しくはその好ましい下位式の単位であり、
nは、1を超える整数である。)
特に好ましいのは、式1及び1Aのポリマーであって、Aが、式I1a-I1b、I1c或いはI5aから選ばれ、Bが、式II1a、式II8a、式II9a、式II11a、式II12a、式II13aから選ばれる。
本発明によるポリマー中で、反復単位数nは、好ましくは、10〜10,000、非常に好ましくは、50〜5,000、最も好ましくは、50〜2,000である。
本発明のポリマーは、任意の適当な方法により調製され得る。例えば、ヤマモトカップリング、鈴木カップリング、スチル(Stille)カップリング、ソノガシラカップリング若しくはヘック(Heck)カップリングのようなアリール-アリールカップリング反応により適切に調製することができる。鈴木カップリングとヤマモトカップリングが特別に好ましい。
本発明のポリマーの反復単位を生成するために重合されるモノマーは、当業者に知られ、文献に開示された適当な方法により調製することができる。式Iのインデノフルオレンモノマーの調製のための適切で好ましい方法は、例えば、WO2004/041901に記載されている。式IIIのトリアリールアミンモノマーの調製のための適切で好ましい方法は、例えば、WO99/54385に記載されている。式IIのチオフェンモノマーの調製のための適切で好ましい方法は、例えば、WO2005/014691 A2、EP1279689 A2、EP1279691 A1、EP1284276 A1、EP1398336 A1、EP1411563 A2、EP1439590 A2、EP1477504 A1、EP1510535 A1に記載されている。
好ましくは、ポリマーは、2個の重合可能な基Pに連結する上記言及された式I−IXIVの基の一つを含むモノマーから調製される。したがって、例えば、式I1の単位のためのモノマーは、次の式から選択され、
Figure 2009544772
ここで、Pは重合可能な基であり、Rは上記定義されるとおりである。式IIの単位のためのチオフェンモノマー及び例えば、トリアリールアミンモノマーのようなその他のコモノマーは、それに応じて構築される。
好ましくは、基Pは、互いに独立して、Cl、Br、I、O-トシレート、O-トリフレート、O-メシレート、O-ノナフレート、SiMe3−z(ここで、zは、1或いは2である。)、-O-SOZ、B(OZ、-CZ=C(Z、-C≡CH及びSn(Zより選択され、ここで、Z及びZ1−3は、アルキル及びアリールから成る基より選択され、夫々は随意に置換され、2個の基Zは環状基を形成してもよい。
本発明の別の面は、式Iの単位に基づく1以上のモノマーと式IIの単位に基づく1以上のモノマーと、随意に更なる単位とを、重合反応でカップリングすることによるポリマーを調製する方法である。
重合のための好ましい方法は、例えば、WO00/53656に記載されているとおりの、鈴木重合のような、例えば、T.Yamamoto et al.,Progress in Polymer Science 1993,17,1153-1205若しくはWO2004/022626 A1に記載されるとおりのヤマモト重合及びスチルカップリングのようなC-Cカップリング若しくはC-Nカップリングへ導くものである。例えば、ヤマモト重合により線状ポリマーを合成するときには、2個の反応性ハロゲン基Pを有する上記記載のとおりのモノマーが、好ましくは、使用される。鈴木重合により線状ポリマーを合成するときには、少なくとも一つの反応性基Pが硼素誘導体基である上記記載のとおりのモノマーが、好ましくは、使用される。
鈴木重合は、位置規則的、ブロック及びランダムコポリマーを調製するために使用され得る。特に、ランダムコポリマーは、1つの反応性基Pがハロゲンでありその他の反応性基Pが硼素誘導体基である上記モノマーから、調製され得る。代替として、ブロックコポリマー若しくは交互コポリマー、特に、AB型コポリマーは、第1のモノマーの両方の反応性基が硼素であり、第2のモノマーの両方の反応性基がハロゲン化物である第1及び第2の上記モノマーから、調製され得る。ブロックコポリマーの合成は、例えば、WO2005/014688 A2に詳細に記載されている。
例えば、構造P-AB-Pを有する単一のモノマー単位から式1Aのポリマー(「-[A-B]-」)を調製することも可能である。
鈴木重合は、Pd(0)錯体若しくはPd(II)塩を使用する。好ましいPd(0)錯体は、Pd(PhP)のような少なくとも1つのホスフィン配位子を保持するものである。別の好ましいホスフィン配位子は、トリス(オルト-トリル)ホスフィン、すなわちPd(o-Tol)である。好ましいPd(II)塩は、酢酸パラジウム、すなわちPd(OAc)を含む。鈴木重合は、塩基、例えば、炭酸ナトリウム、燐酸カリウム若しくはテトラエチルアンモニウムカーボネートのような有機塩基の存在下実行される。山本重合は、Ni(0)錯体、例えば、ビス(1,5-シクロオクタジエニル)ニッケル(0)を使用する。
上記記載されるとおりのハロゲンの代替として、Zが上記記載されるとおりの式-O-SOZの脱離基が使用され得る。このような脱離基の特別な例は、トシレート、メシレート及びトリフレートである。
本発明の更なる面は、上記及び下記記載の1以上のポリマーを含む有機半導体材料、層若しくは成分である。更なる面は、上記及び下記記載されるとおりのポリマー若しくは材料の、電子若しくは電気光学素子或いは装置での使用である。更なる面は、上記及び下記のポリマー若しくは材料を含む電子成分或いは素子である。
電子若しくは電気光学成分或いは素子は、有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、集積回路(IC)、無線周波数識別(RFID)タグ、光検査器、センサー、論理回路、記憶素子、コンデンサー、有機光(OPV)電池、電荷注入層、ショットキーダイオード、平坦化層、帯電防止膜、導電基板或いはパターン、光伝導体、電子写真素子、有機発光トランジスタ(OLET)若しくは有機発光ダイオード(OLED)である
本発明のポリマーは、薄い有機層若しくは膜の形で、好ましくは、30ミクロン厚み未満で、有機半導体として、典型的には使用される。典型的には、本発明の半導体層は、せいぜい1ミクロン(1μm)厚みであるが、所望であればより厚くともよい。種々の電子素子用途のために、厚さは、約1ミクロン厚み未満であってもよい。例えば、OFET若しくはOLEDの使用のためには、層厚は、典型的には、100nm以下であり得る。層の正確な厚さは、例えば、層が使用される電子素子の要請に依存するだろう。
例えば、OFETでのドレーンとソースとの間の活性半導体チャネルは、本発明の層を含み得る。別の例として、OLED素子での中間層或いは電荷輸送層は、本発明の層を含み得る。
本発明によるOFET素子は、好ましくは、
-ソース電極
-ドレーン電極
-ゲート電極
-半導体層
-1以上のゲート絶縁層
-随意に、基板
を含み、ここで、半導体層は、好ましくは、1以上の上記及び下記記載のとおりのポリマーを含む。
OFET素子での、ゲート、ソース及びドレーン電極並びに絶縁及び半導体層は、ソース及びドレーン電極が、絶縁層によりゲート電極から分離され、ゲート電極と半導体層両者が絶縁層と接触し、ソース電極とドレーン電極両者が半導体層と接触するという条件で、任意の配列で配置され得る。
好ましくは、電子素子は、第1のサイドと第2のサイドを有する絶縁体、絶縁体の第1のサイド上に位置するゲート電極、絶縁体の第2のサイド上に位置する本発明のポリマーを含む層及びポリマー層上に位置するドレーン電極とソース電極を含むOFETである。
OFET素子は、トップゲート素子若しくはボトムゲート素子であり得る。OFET素子の適切な構造と製造方法は、当業者に知られており、文献、例えば、WO03/5052841に記載されている。
ゲート絶縁層は、例えば、市販のCytop 809M(登録商標)若しくはCytop 107M(登録商標)(旭硝子から)のようなフッ化物ポリマーを含んでもよい。好ましいゲート絶縁層は、例えば、絶縁材料と、1以上のフッ素原子を有する1以上の溶媒(フッ化物溶媒)、好ましくは、過フッ化物溶媒を含む処方から、例えば、スピンコーティング、ドクターブレーディング、ワイヤーバー被覆、噴霧或いは浸漬被覆若しくは他の既知の方法により堆積される。適切な過フッ化物溶媒は、例えば、FC75(登録商標)(Acrosから、製品番号12380で入手可能)である。他の適切な過フッ化物ポリマーと過フッ化物溶媒は、先行技術において、例えば、過フッ化物ポリマー、テフロンAF(登録商標)1600或いは2400(デュポンから)若しくはフルオロペル(登録商標)(Cytonixから)又は過フッ化物溶媒FC43(登録商標)(Acrosから、番号12377)である。
更に好ましいのは、本発明による電界効果トランジスタを含む集積回路である。
更に好ましいのは、本発明によるポリマー若しくは材料を含む中間層を含むポリマーOLEDである。
更に好ましいのは、本発明によるポリマー若しくは層を含む光電池である。
上記言及される素子に加えて、本発明のポリマーは、有機発光素子(OLED)の電子輸送若しくは発光成分としても機能し得る。
本発明の別の面は、上記及び下記記載されるとおりの1以上のポリマーと1以上の溶媒とを含む溶液に関する。
適切で好ましい有機溶媒の例は、限定するものでないが、ジクロロメタン、トリクロロメタン、モノクロロベンゼン、o-ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、アニソール、モルホリン、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、1,4-ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、1,2-ジクロロエタン、1,1,1-トリクロロエタン、1,1,2,2,-テトラクロロエタン、エチルアセテート、n-ブチルアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラリン、デカリン、インダン及び/又はそれらの混合物を含む。
溶液中のポリマーの濃度は、好ましくは、0.1〜10重量%、より好ましくは、0.5〜5重量%である。場合によっては、溶液は、WO2005055248に記載されるとおりのレオロジー特性を調整するための結合剤を含む。
適正な混合と熟成後、溶液は、完全溶液、境界線の溶液若しくは不溶解液のカテゴリーの1つとして評価される。溶解性と不溶解性とを区別する溶解パラメータ-水素結合限界の輪郭を描くために等高線が引かれる。溶解領域に入る「完全」溶媒は「Crowley, J. D., Teague, G.S. Jr and Lowe, J.W. Jr., Journal of Paint Technology, 38, No 496, 296 (1966)」で刊行されたような文献値から選ぶことができる。溶媒混合物は、「Solvents, W.H.Ellis, Federation of Societies for Coatings Technology, p9-10, 1986」で記載されたとおりに使用することも同定することもできる。このような手順は、本発明の両ポリマーを溶解するであろう「非」溶媒の混合物をもたらすかもしれないが、混合物中に少なくとも1つの真の溶媒を有することが望ましい。
本発明の別の面は、上記及び下記記載のとおりの1以上のポリマーを水中若しくは1以上の有機溶媒中に含む分散液に関し、ここで、特に、上記及び下記記載のとおりの1以上のポリマーがスルホン化若しくはリン酸化され、水中若しくは1以上の有機溶媒中で分散液を形成している。スルホン化若しくはリン酸化のための適切で好ましい方法は、Chemical Review 2004, VoI 104, 45687に記載されている。このような分散液は、例えば、ポリマー電極膜(PEM)での使用のために適している。
費用(より多い素子/単位面積)と電力消費を減らすために、現代の超小型回路では小さい構造若しくはパターンを生成することが望ましい。本発明の層のパターン形成は、写真印刷若しくは電子ビームリソグラフィーにより実行され得る。
半導体層としての使用のために、本発明のポリマー若しくは溶液は、任意の適切な方法で堆積し得る。電界効果トランジスタのような有機電子素子の液体被覆は、真空堆積技術よりも、より望ましい。溶液堆積法は、特別に好ましい。好ましい堆積技術は、限定するものではないが、浸漬被覆、スピンコート、インクジェット印刷、活版印刷、スクリーン印刷、ドクターブレード被覆、ロール印刷、逆ロール印刷、オフセット平板印刷、フレキソ印刷、ウェブ印刷、噴霧被覆、ブラシ被覆或いはパッド被覆を含む。インクジェット印刷が、高解像度表示装置を調製することができることから、特に望ましい。
本発明の選択された溶液は、インクジェット印刷若しくは微小計量分配によって、予備成形された素子基板に適用され得る。限定するものではないが、Aprion、日立工機、InkJet Technology、 On Target Technology、Picojet、Spectra、Trident、Xaarにより供給されるもののような好ましい工業的圧電印刷へッドが、有機半導体層を基板に適用するために使用され得る。追加的に、ブラザー、エプソン、コニカ、セイコーインスツルメンツ、東芝テックにより製造されるもののような半工業的ヘッド又はMicrodrop及びMicrofabにより製造されるもののような単一ノズル微小計量分配器が使用され得る。
インクジェット印刷若しくは微小計量分配により適用するために、ポリマーは、まず適当な溶媒中に溶解されねばならない。溶媒は、上記要請を満たさなければならず、選択された印刷ヘッドに如何なる有害な作用を有してはならない。追加的に、溶媒は、溶媒が印刷へッド内側で乾燥することにより引き起こされる操作上の問題を防止するために、>100℃、好ましくは、>140℃、そして、より好ましくは、>150℃の沸点を有さねばならない。上記溶媒法に加えて、適切な溶媒は、置換及び非置換キシレン誘導体、ジ-C1−2-アルキルホルムアミド、置換及び非置換アニソール及び他のフェノールエ−テル誘導体、置換ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピロリドンのような置換ヘテロ環、置換及び非置換N,N-ジ-C1−2-アルキルアニリン及び他のフッ素化或いは塩素化芳香族を含む。
インクジェト印刷による本発明によるポリマーを堆積するための好ましい溶媒は、1以上の置換基中の炭素原子の合計数が少なくとも3個である1以上の置換基により置換されたベンゼン環を有するベンゼン誘導体を含む。例えば、ベンゼン誘導体は、1個のプロピル基若しくは3個のメチル基で置換され得るが、何れの場合でも、合計で少なくとも3個の炭素原子が存在する。このような溶媒は、インクジェット流体がポリマーを有する溶媒を含むように形成されることを可能とし、噴霧中のジェットの閉塞と成分の分離を減少し又は防止する。溶媒は、次の例のリストより選択されるものを含み得る。ドデシルベンゼン、1-メチル-4-tert-ブチルベンゼン、テルピネオール、リモネン、イソデュレン、テルピノレン、シメネン、ジエチルベンゼン。溶媒は、2以上の溶媒の組み合わせである溶媒混合物であってもよく、各溶媒は、好ましくは、>100℃、より好ましくは、>140℃の沸点を有する。このような溶媒は、堆積された層中の膜の形成をも向上し、層中の欠陥を減少する。
(溶媒、結合剤及び半導体化合物の混合物である)インクジェット流体は、好ましくは、20℃で1〜100mPa・s、より好ましくは、1〜50mPa・s、最も好ましくは、1〜30mPa・sの粘度を有する。
本発明によるポリマー若しくは溶液は、追加的に、例えば、界面活性剤化合物、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水剤、接着剤、流動性改善剤、消泡剤、脱泡剤、反応性或いは非反応性であり得る希釈剤、補助剤、着色剤、染料或いは顔料、増感剤、安定剤、ナノ粒子若しくは抑制剤のような1以上の更なる成分を含むことができる。
文脈が明らかに他に指示しない限り、ここで使用されるような用語の複数形は、単数形を含むものと解されるべきであり、逆もそうである。
本明細書の記載と特許請求の範囲を通じて、用語「含む」及びその用語の変形、例えば、「含んでいる」は、「限定せずに含む」ことを意味し、他の成分を除外することを意図していない(他の成分を除外しない)。
本発明の前記実施例に対する変形は、本発明の範囲内に未だ入る間になされ得ることが評価されるだろう。本明細書に開示された各特徴は、他に断らなければ、同じで等価若しくは類似の目的に役立つ代替例により置き代えられ得る。したがって、他に断らなければ、開示された各特徴は、等価で類似の特徴の一般系列の1例だけである。
本明細書に開示された全特徴は、そのような特徴及び/又は工程の少なくとも幾つかが互いに背反する組合わせを除いて、任意の組み合わせで結合され得る。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明の全ての面に適用可能であり、任意の組み合わせで使用され得る。同様に、非本質的組み合わせで記載される特徴は、(組み合わせではなく)分離して使用され得る。
上記記載の特徴の多くは、特に好ましい具体例は、本発明の具体例の部分としてではなく、それ自身で発明性がある。独立した保護は、これら特徴に加えて、現在特許請求された任意の本発明への代替例に求められる。
本発明は、以下の例を参照してより詳細に今や説明されるだろうが、それは単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
他に断らない限り、上記及び下記に与えられるとおりの透過度(ε)、電荷キャリヤー移動度(μ)、溶解度パラメータ(δ)及び粘度(η)のような物理的パラメータの特定の値は、温度20℃(+/−1℃)を基準としている。
例1
ポリマー(1)は、以下に記載されるとおりに調製される。
Figure 2009544772
ポリ-{2,8-[6,6,12,12-テトラオクチル-6,12-ジヒドロ-インデノ[1,2-b]フルオレン]-alt-2,5-チエノ[2,3-b]チオフェン
ビス-2,8-[6,6,12,12-テトラオクチル-6,12-ジヒドロ-インデノ[1,2-b]フルオレンボロネートエステル(500mg、0.59ミリモル)と2,5-ジブロモ-チエノ[3,4-b]チオフェン(177mg、0.59ミリモル)の混合物が、50℃でトルエン(10mL)中に溶解される。完全に溶解すると、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(21mg、0.02ミリモル)と引き続きテトラエチルアンモニウム水酸化物溶液(20重量%、2.50mg)が添加される。混合物は、110℃で6時間、攪拌される、反応混合物は、メタノール(150mL)中に注がれ、20℃で1時間攪拌される。ポリマーは、ソックスレー円筒ろ紙でろ過され、5時間アセトンを使用してソクスレー抽出を介して洗浄される。抽出溶媒はイソ-ヘキサンに交換され、一晩中洗浄が続けられる。ポリマーは単離され、加熱しながらジクロロベンゼン中に溶解され、次いで攪拌しながらメタノールに滴下される。ポリマーはろ過により集められ、真空乾燥される。
収率:0.38g。Mn 45,700、Mw 172,800、PD 3.78。UV-Vis-lamda max-472nm。NMRは、広いピークを示す。
例2
ポリマー(2)は、以下に記載されるとおりに調製される。
Figure 2009544772
ポリ-{2,8-[6,6,12,12-テトラオクチル-6,12-ジヒドロ-インデノ[1,2-b]フルオレン]-alt-2,6-ジチエノ[3,2-b;2’,3’-d]チオフェン
ビス-2,8-[6,6,12,12-テトラオクチル-6,12-ジヒドロ-インデノ[1,2-b]フルオレンボロネートエステル(500mg、0.59ミリモル)と2,6-ジブロモ-ジチエノ[3,2-b;2’,3’-d]チオフェン(177mg、0.59ミリモル)の混合物が、50℃でトルエン(10mL)中に溶解される。完全に溶解すると、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(21mg、0.02ミリモル)と引き続きテトラエチルアンモニウム水酸化物溶液(20重量%、2.50mg)が添加される。混合物は、110℃で6時間、攪拌される、反応混合物は、メタノール(150mL)中に注がれ、20℃で1時間攪拌される。ポリマーは、ソックスレー円筒ろ紙でろ過され、6時間アセトンを使用してソックスレー抽出を介して洗浄される。抽出溶媒はイソ-ヘキサン/2-メチルペンタンに交換され、一晩中洗浄が続けられる。ポリマーは単離され、クロロホルム中に溶解され、次いで攪拌しながらイソ-ヘキサンに滴下される。ポリマーはろ過により集められ、真空乾燥される。
収率:0.39g。Mn 85,000、Mw 276,800、PD 3.26。UV-Vis-lamda max-476nm。NMRは、広いピークを示す。
例3-エネルギー準位
ポリマーの電荷輸送特性は、それを通じて電荷キャリヤーが輸送されるエネルギーの無秩序度と分子軌道の準位との双方に依存する。前者はポリマー鎖の形態学に関連し、分子軌道のエネルギー準位のために最も重要なのは、最高占有分子軌道(HOMO)と最低空分子軌道(LUMO)である。形態学とエネルギー準位は、両方共に、確立された量子化学的方法、例えば、AM1とDFT(密度関数理論)によりシミュレートすることができる。
出願人は、有機材料のエネルギー準位を決定する非常に一定な組み合わせ方法を確立した。1組の材料(20より多い異なる材料)のHOMO/LUMO準位が、安定的評価法を有するCV(シクロボルタンメトリー)により測定され、CaCheのAM1により計算もされる。計算された値は、次いで測定値により較正される。このような較正因子は、更なる計算のために使用される。したがって、本発明のエネルギー準位の比較は、健全な基礎で定めることができる。
シミュレーションは、式X-I1a-X-I1a-Xの五量体に関してなされたが、ここで、Xは、表1で示される、上記言及された好ましい式II1a-II18a(更なる置換もなく、II18a中のRはメチルである。)の基であり、I1aは、L’が-CHである上記言及された好ましい式I1aのインデノフルオレン基である。
Figure 2009544772
結果は、以下の表1で要約される。
表1
Figure 2009544772
見て取れるように、全ての五量体は、参照と匹敵するHOMO或いはより浅いHOMOとまったく平坦な鎖構造とを有し、超分子間構造に有利である。両性質は、正孔輸送材料としての使用のために非常に良好である。
例4:OFET素子
薄膜ボトムゲートのボトムコンタクト有機電界効果トランジスタ(OFET)は、熱成長酸化シリコン(SiO)絶縁層(230mm層厚)を有する高度にドープされたシリコン基板上に、乾燥窒素グローブボックス環境下で製造され、ここで、基板は、共通ゲート電極として機能する。トランジスタソース-ドレーン金コンタクトが、フォトリソグラフィーによりSiO層上に規定される。FET基板は溶媒洗浄され、次いで、注文製造された低圧水銀ランプ装置中で、10分間オゾン処理される。素子は、次いで、加熱トルエン(60℃)中の10mL溶液に基板を浸漬することにより、オクチルトリクロロシランで処理され、続いて、ヘキサン、アセトン及びイソプロパンノールで完全に洗浄される。薄い半導体膜が、暖い1,2-ジクロロベンゼン(10mg/ml)中のスピンコート溶液により、3000rpmの回転速度で堆積される。試料は、次いで乾燥され、100℃で10分間アニールされ、光の不存在下、測定される。電界効果移動度μsatは、方程式(1)を使用して飽和領域(V>(VーV))で計算される。
Figure 2009544772
ここで、Wは、チャンネル幅、Lは、チャンネル長さ、Cは、絶縁層の容量、Vは、ドレーン電圧、Vは、ゲート電圧、Vは、ターンオン電圧、Iは、ドレーン電流である。
ボトムゲートのボトムコンタクトOFET素子は、例1と2のポリマー及び比較としてのポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)を半導体成分として使用して、上記記載のとおり調製される。素子の特性は上記記載のとおり測定される。結果は表2及び図1と2に要約される。
表2は、参照としてポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)を使用する、ポリマー1とポリマー2の移動度を示す。
表2
Figure 2009544772
ポリマー1とポリマーは、P3HTよりもわずかにより低い移動度を有するが、P3HTに匹敵するか、1桁より高いオン/オフ比を示すことが見て取れる。
図1と2は、ポリマー1を有するOFETの伝達及びアウトプット特性を示す。図1は、OFETの順逆特性を有する伝達スキャンを示す。図2は、異なるゲート電圧で測定されたOFETの出力プロットを示す。これは、ポリマー1が良好な伝達及び出力特性を有するOFETを調製するために有益であることを示す。

Claims (15)

  1. 1以上の同一若しくは相異なる式Iの単位と、
    Figure 2009544772
    1以上の同一若しくは相異なる式IIの単位とを含むポリマー。
    Figure 2009544772
    (ここで、
    A、B及びB’は、互いに独立しており、互いに独立した並列の出現の場合には、二価の基であり、
    各gは、独立して、0若しくは1であり、同じ副単位中の各対応するhは、反対の0及び1であり、
    mは、1以上の整数であり、
    Ar及びArは、互いに独立して、随意に置換されるか、随意にインデノフルオレン基の7,8-位或いは8,9-位で縮合された単核或いは多核アリール若しくはヘテリアリールであり、
    a及びbは、互いに独立して、0若しくは1であり、
    及びTは、互いに独立して、随意にRにより置換されるチオフェン、セレノフェン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン及びピロールから選ばれ、
    は、互いに独立した並列の出現の場合には、ハロゲン、-CN、-NC、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)NR00、-C(=O)X、-C(=O)R、-NH、-NR00、-SH、-SR、-SOH、-SO、-OH、-NO、-CF、-SF、随意に置換されたシリル若しくは随意に置換され、随意に1以上のヘテロ原子を含む1〜40個のC原子を有するカルビル或いはヒドロカルビルであり、随意に、2個のR基は、隣接する位置で、結合する環と共にポリ環状基を形成し、
    Ar及びArは、互いに独立して、随意に置換され、随意に隣接するチオフェン或いはセレノフェン基の1方或いは両方の2,3-位で縮合された単核或いは多核アリール若しくはヘテリアリールであり、
    c及びeは、互いに独立して、0、1、2、3若しくは4で、1<c+e≦6であり、
    d及びfは、互いに独立して、0、1、2、3若しくは4であり、
    但し、式Iが、6,6-12,12-テトラアルキルトランスインデノフルオレンを意味するならば、そのときは、式IIは、非置換或いはアルキル化ジ、ター或いはクオータチオフェン若しくはジチエノ[3,2-b:2’,3’-e]ピリジンとは異なる。)
  2. A、B及びB’は、互いに独立して、-CR-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SO-、-SO-、-CO-、-CS-、-CSe-、-P(=O)R-、-P(=S)R-及びSiR-から選ばれ、
    及びRは、互いに独立して同一であるか異なり、H、ハロゲン、-CN、-NC、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)NR00、-C(=O)X、-C(=O)R、-NH、-NR00、-SH、-SR、-SOH、-SO、-OH、-NO、-CF、-SF、随意に置換されたシリル若しくは随意に置換され、随意に1以上のヘテロ原子を含む1〜40個のC原子を有するカルビル或いはヒドロカルビルから選ばれる基であり、随意に、基R及びR基は、結合するフルオレン部分と共にスピロ環基を形成し、
    Xは、ハロゲンであり、
    及びR00は、互いに独立して、H又は随意に1以上のヘテロ原子を含む置換カルビル或いはヒドロカルビル基である、
    ことを特徴とする、請求項1記載のポリマー。
  3. 式Iの単位が、次の下位式から選ばれることを特徴とする、請求項1または2記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    (ここで、Rは、請求項1で定義されるとおりのものであり、Rは、互いに独立した並列の出現の場合には、請求項1で与えられるRの意味の1つを有し、rは、0、1、2、3若しくは4である。)
  4. 式Iの単位が、次の下位式から選ばれることを特徴とする、請求項1〜3何れか1項記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    (ここで、
    Lは、H、ハロゲン又は1〜12個のC原子を有する随意にフッ素化された直鎖或いは分岐アルキル若しくはアルコキシであり、好ましくは、H、F、メチル、i-プロピル、t-ブチル、n-ペントキシ又はトリフルオロメチルであり、
    L’は、1〜12個のC原子を有する随意にフッ素化された直鎖或いはは分岐アルキル若しくはアルコキシであり、好ましくは、n-オクチル又はn-オクチルオキシである。)
  5. 式IIの単位が、次の下位式から選ばれることを特徴とする、請求項1〜4何れか1項記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    Figure 2009544772
    Figure 2009544772
    (ここで、Yは、CH或いはNであり、Xは、S或いはSeであり、Rは、請求項1で定義されるとおりであり、R’、R’’及びRは、互いに独立した並列の出現の場合には、請求項1でのRの意味の1つを有し、rは、0、1、2、3若しくは4である。)
  6. 式IIの単位が、次の下位式から選ばれることを特徴とする、請求項1〜5何れか1項記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    Figure 2009544772
    (ここで、Rは、C1−8アルキルである。)
  7. 1以上の式IIIの単位を更に含むことを特徴とする、請求項1〜6何れか1項記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    (ここで、
    Ar4−6は、互いに独立した並列の出現の場合には、随意に置換された単核或いは多核アリール若しくはヘテロアリールであり、
    mは、1、2若しくは3である。)
  8. 次の式から選ばれる1以上の単位を更に含むことを特徴とする、請求項1〜7何れか1項記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    Figure 2009544772
    (ここで、R及びR’は、互いに独立して、請求項1で与えられるRの意味の1つを有する。)
  9. 次の式から選ばれることを特徴とする、請求項1〜6何れか1項記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    (ここで、
    Aは、式Iの単位であり、
    Bは、式IIの単位であり、
    xは、0.5≧x>0であり、
    yは、1>y≧0.5であり、
    x+yは、1であり、
    nは、1を超える整数である。)
  10. 次の式から選択されることを特徴とする、請求項1〜6何れか1項記載のポリマー。
    Figure 2009544772
    (ここで、
    Aは、式Iの単位であり、
    Bは、式IIの単位であり、
    nは、1を超える整数である。)
  11. 請求項1〜10何れか1項記載のポリマーを含む有機半導体材料、層若しくは成分。
  12. 請求項1〜10何れか1項記載のポリマーを含む有機エレクトロルミネッセンス材料、層若しくは成分。
  13. 請求項1〜11何れか1項記載のポリマー、材料、層若しくは成分を含む電子、エレクトロルミネッセンス若しくは電気光学素子。
  14. 有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、集積回路(IC)、無線周波数識別(RFID)タグ、光検査器、センサー、論理回路、記憶素子、コンデンサー、有機光(OPV)電池、電荷注入層、ショットキーダイオード、平坦化層、帯電防止膜、導電基板或いはパターン、ポリマー電極膜(PEM)、有機フォトレフラクティブ素子、光伝導体、電子写真要素、電場消光素子、有機発光トランジスタ(OLET)、有機発光ダイオード(OLED)若しくは有機レーザーダイオード(O-Laser)である、請求項13記載の素子。
  15. 式Iの単位に基づく1以上のモノマーと、式IIの単位に基づく1以上のモノマーと、及び随意に、更なる単位とを、重合反応でカップリングすることによる、請求項1〜10何れか1項記載のポリマーの調製方法。
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