JP2010084131A - 高分子化合物及びそれを用いた高分子発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】輝度10%減寿命が長い高分子化合物を提供する。
【解決手段】式(I)で示される繰り返し単位を含む高分子化合物。
Figure 2010084131

〔式中、X1及びX2は、酸素原子、硫黄原子、−N(RN)−又は−C(Rc1)=C(Rc2)−を表し、R1、R2、R3、R4、RN、Rc1及びRc2は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、Ar1は2価の複素環基を表す。〕
【選択図】なし

Description

本発明は、高分子化合物及びそれを用いた高分子発光素子に関する。
高分子発光素子に用いる材料として様々な高分子化合物が検討されており、その例として、フルオレンジイル基と、下記式で示される2価の基とを、繰り返し単位として含む高分子化合物が知られている(特許文献1参照)。
Figure 2010084131
特表2004−534863号公報
しかしながら、上記の高分子化合物を用いて作製した高分子発光素子は、輝度が発光開始時点から10%低減するまでの寿命(以下、「輝度10%減寿命」という。)が未だ十分なものではなかった。
そこで、本発明の目的は、高分子発光素子に用いた場合に輝度10%減寿命が長い高分子化合物を提供することにある。
即ち、本発明は第一に、式(I)で示される繰り返し単位を含む高分子化合物を提供する。
Figure 2010084131
(I)
〔式中、X1及びX2は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子、−N(RN)−又は−C(Rc1)=C(Rc2)−を表し、R1、R2、R3、R4、RN、Rc1及びRc2は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、Ar1は2価の複素環基を表す。〕
本発明は第二に、式(VI)で示される化合物を提供する。
Figure 2010084131
(VI)
〔式中、X1及びX2は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子、−N(RN)−又は−C(Rc1)=C(Rc2)−を表し、R1、R2、R3、R4、RN、RA1、RA2、Rc1及びRc2は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、Ar1は2価の複素環基を表す。〕
本発明は第三に、後述する式(VIII)で示される化合物を遷移金属化合物存在下で縮合重合することを含む、後述する式(III)で示される繰り返し単位を有する高分子化合物の製造方法を提供する。
本発明は第四に、前記高分子化合物を含有する組成物を提供する。
本発明は第五に、前記高分子化合物を含む薄膜を提供する。
本発明は第六に、陽極と、陰極と、該陽極及び該陰極の間に設けられた前記高分子化合物を含む有機層とを有する高分子発光素子を提供する。
本発明は第七に、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、前記高分子化合物を含む有機層とを有する有機トランジスタを提供する。
本発明は第八に、陽極と、陰極と、該陽極及び該陰極の間に設けられた前記高分子化合物を含む有機層とを有する光電変換素子を提供する。
本発明の高分子化合物は、該高分子化合物を用いて作製した高分子発光素子の輝度10%減寿命が長いため、高分子発光素子用の発光材料として好適に用いることができ、工業的に極めて有用である。
本発明の高分子化合物は、式(I)で示される繰り返し単位を含む。式(I)中、X1及びX2は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子、−N(RN)−又は−C(Rc1)=C(Rc2)−を表し、R1、R2、R3、R4、RN、Rc1及びRc2は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、Ar1は2価の複素環基を表す。
ここで、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
アルキル基は、直鎖状でも分岐状でもよく、シクロアルキル基でもよい。炭素数は通常1〜20である。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、s−ブチル基、3−メチルブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、n−ラウリル基が挙げられる。前記アルキル基中の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、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。
アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状でもよく、シクロアルキルオキシ基であってもよい。炭素数は通常1〜20である。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、i−プロピルオキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、n−ラウリルオキシ基が挙げられる。前記アルコキシ基中の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で置換されたアルコキシ基としては、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロブトキシ基、パーフルオロヘキシルオキシ基、パーフルオロオクチルオキシ基等が挙げられる。
アルキルチオ基は、直鎖状でも分岐状でもよく、シクロアルキルチオ基であってもよい。炭素数は通常1〜20である。アルキルチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n−ブチルチオ基、イソブチルチオ基、s−ブチルチオ基、t−ブチルチオ基、n−ペンチルチオ基、n−ヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、n−ヘプチルチオ基、n−オクチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、n−ノニルチオ基、n−デシルチオ基、3,7−ジメチルオクチルチオ基、n−ラウリルチオ基が挙げられる。前記アルキルチオ基中の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で置換されたアルキルチオ基としては、トリフルオロメチルチオ基等が挙げられる。
アリール基は、芳香族炭化水素から、水素原子1個を除いた原子団であり、縮合環を持つ基、独立したベンゼン環又は縮合環のいずれか又は両方の2個以上が直接又はビニレン基等を介して結合した基も含まれる。アリール基は、炭素数が通常6〜60であり、好ましくは6〜48である。前記アリール基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状のアルキル基又は炭素数3〜20のシクロアルキル基、該アルキル基又は該シクロアルキル基をその構造中に含むアルコキシ基、式(5)で示される基等が挙げられる。アリール基の具体例としては、フェニル基、C1〜C12アルコキシフェニル基(C1〜C12は、炭素数1〜12であることを示す。以下も同様である。)、C1〜C12アルキルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、9−アントラセニル基、ペンタフルオロフェニル基等が挙げられ、C1〜C12アルコキシフェニル基、C1〜C12アルキルフェニル基が好ましい。C1〜C12アルコキシフェニル基として具体的には、メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、n−プロピルオキシフェニル基、イソプロピルオキシフェニル基、n−ブトキシフェニル基、イソブトキシフェニル基、s−ブトキシフェニル基、t−ブトキシフェニル基、n−ペンチルオキシフェニル基、n−ヘキシルオキシフェニル基、シクロヘキシルオキシフェニル基、n−ヘプチルオキシフェニル基、n−オクチルオキシフェニル基、2−エチルヘキシルオキシフェニル基、n−ノニルオキシフェニル基、n−デシルオキシフェニル基、3,7−ジメチルオクチルオキシフェニル基、n−ラウリルオキシフェニル基が挙げられる。C1〜C12アルキルフェニル基としては、メチルフェニル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、n−プロピルフェニル基、メシチル基、メチルエチルフェニル基、イソプロピルフェニル基、n−ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、s−ブチルフェニル基、t−ブチルフェニル基、n−ペンチルフェニル基、イソアミルフェニル基、n−ヘキシルフェニル基、n−ヘプチルフェニル基、n−オクチルフェニル基、n−ノニルフェニル基、n−デシルフェニル基、n−ドデシルフェニル基等が挙げられる。前記アリール基中の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。
Figure 2010084131
(5)
(式中、g1は1〜6の整数を表し、h1は0〜5の整数を表す。)
アリールオキシ基は、炭素数が通常6〜60であり、好ましくは6〜48である。アリールオキシ基の具体例としては、フェノキシ基、C1〜C12アルコキシフェノキシ基、C1〜C12アルキルフェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、ペンタフルオロフェニルオキシ基等が挙げられ、C1〜C12アルコキシフェノキシ基、C1〜C12アルキルフェノキシ基が好ましい。C1〜C12アルコキシとしては、メトキシ、エトキシ、n−プロピルオキシ、イソプロピルオキシ、n−ブトキシ、イソブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、n−ペンチルオキシ、n−ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、n−ヘプチルオキシ、n−オクチルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、n−ノニルオキシ、n−デシルオキシ、3,7−ジメチルオクチルオキシ、n−ラウリルオキシが挙げられる。C1〜C12アルキルフェノキシ基として具体的にはメチルフェノキシ基、エチルフェノキシ基、ジメチルフェノキシ基、n−プロピルフェノキシ基、1,3,5−トリメチルフェノキシ基、メチルエチルフェノキシ基、イソプロピルフェノキシ基、n−ブチルフェノキシ基、イソブチルフェノキシ基、s−ブチルフェノキシ基、t−ブチルフェノキシ基、n−ペンチルフェノキシ基、イソアミルフェノキシ基、n−ヘキシルフェノキシ基、n−ヘプチルフェノキシ基、n−オクチルフェノキシ基、n−ノニルフェノキシ基、n−デシルフェノキシ基、n−ドデシルフェノキシ基等が挙げられる。
アリールチオ基は、芳香環上に置換基を有していてもよく、炭素数は通常6〜60である。アリールチオ基の具体例としては、フェニルチオ基、C1〜C12アルコキシフェニルチオ基、C1〜C12アルキルフェニルチオ基、1−ナフチルチオ基、2−ナフチルチオ基、ペンタフルオロフェニルチオ基、ピリジルチオ基、ピリダジニルチオ基、ピリミジルチオ基、ピラジルチオ基、トリアジルチオ基が挙げられる。
アリールアルキル基は、置換基を有していてもよく、炭素数は通常7〜60である。アリールアルキル基の具体例としては、フェニル−C1〜C12アルキル基、C1〜C12アルコキシフェニル−C1〜C12アルキル基、C1〜C12アルキルフェニル−C1〜C12アルキル基、1−ナフチル−C1〜C12アルキル基、2−ナフチル−C1〜C12アルキル基が挙げられる。
アリールアルコキシ基は、置換基を有していてもよく、炭素数は通常7〜60である。アリールアルコキシ基の具体例としては、フェニル−C1〜C12アルコキシ基、C1〜C12アルコキシフェニル−C1〜C12アルコキシ基、C1〜C12アルキルフェニル−C1〜C12アルコキシ基、1−ナフチル−C1〜C12アルコキシ基、2−ナフチル−C1〜C12アルコキシ基が挙げられる。
アリールアルキルチオ基としては、置換基を有していてもよく、炭素数は通常7〜60である。アリールアルキルチオ基の具体例としては、フェニル−C1〜C12アルキルチオ基、C1〜C12アルコキシフェニル−C1〜C12アルキルチオ基、C1〜C12アルキルフェニル−C1〜C12アルキルチオ基、1−ナフチル−C1〜C12アルキルチオ基、2−ナフチル−C1〜C12アルキルチオ基が挙げられる。
アリールアルケニル基は、炭素数が通常8〜60である。アリールアルケニル基の具体例としては、フェニル−C2〜C12アルケニル基、C1〜C12アルコキシフェニル−C2〜C12アルケニル基、C1〜C12アルキルフェニル−C2〜C12アルケニル基、1−ナフチル−C2〜C12アルケニル基、2−ナフチル−C2〜C12アルケニル基が挙げられ、C1〜C12アルコキシフェニル−C2〜C12アルケニル基、C1〜C12アルキルフェニル−C2〜C12アルケニル基が好ましい。
アリールアルキニル基は、炭素数が通常8〜60である。アリールアルキニル基の具体例としては、フェニル−C2〜C12アルキニル基、C1〜C12アルコキシフェニル−C2〜C12アルキニル基、C1〜C12アルキルフェニル−C2〜C12アルキニル基、1−ナフチル−C2〜C12アルキニル基、2−ナフチル−C2〜C12アルキニル基が挙げられ、C1〜C12アルコキシフェニル−C2〜C12アルキニル基、C1〜C12アルキルフェニル−C2〜C12アルキニル基が好ましい。
1価の複素環基とは、複素環式化合物から水素原子1個を除いた残りの原子団をいう。1価の複素環基の炭素数は通常4〜60であり、好ましくは4〜20である。なお、1価の複素環基の炭素数には、置換基の炭素数は含まれない。前記複素環式化合物とは、環式構造をもつ有機化合物のうち、環を構成する元素が炭素原子だけでなく、酸素、硫黄、窒素、燐、硼素、珪素等のヘテロ原子を環内に含む化合物をいう。1価の複素環基の具体例としては、チエニル基、C1〜C12アルキルチエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、C1〜C12アルキルピリジル基、ピペリジル基、キノリル基、イソキノリル基が挙げられ、チエニル基、C1〜C12アルキルチエニル基、ピリジル基、C1〜C12アルキルピリジル基が好ましい。1価の複素環基の中では、1価の芳香族複素環基が好ましい。
複素環チオ基は、メルカプト基の水素原子が1価の複素環基で置換された基を意味する。複素環チオ基としては、ピリジルチオ基、ピリダジニルチオ基、ピリミジルチオ基、ピラジニルチオ基、トリアジニルチオ基等のヘテロアリールチオ基等が挙げられる。
置換アミノ基としては、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基及び1価の複素環基からなる群から選ばれる1又は2個の基で置換されたアミノ基が挙げられ、該アルキル基、アリール基、アリールアルキル基及び1価の複素環基は置換基を有していてもよい。置換アミノ基の炭素数は、該置換基の炭素数を含めないで通常1〜60であり、好ましくは2〜48である。置換アミノ基の具体例としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、n−プロピルアミノ基、ジn−プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、n−ブチルアミノ基、s−ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、t−ブチルアミノ基、n−ペンチルアミノ基、n−ヘキシルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、n−ヘプチルアミノ基、n−オクチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、n−ノニルアミノ基、n−デシルアミノ基、3,7−ジメチルオクチルアミノ基、n−ラウリルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、ジシクロペンチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、ジシクロヘキシルアミノ基、ピロリジル基、ピペリジル基、ジトリフルオロメチルアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、C1〜C12アルコキシフェニルアミノ基、ジ(C1〜C12アルコキシフェニル)アミノ基、ジ(C1〜C12アルキルフェニル)アミノ基、1−ナフチルアミノ基、2−ナフチルアミノ基、ペンタフルオロフェニルアミノ基、ピリジルアミノ基、ピリダジニルアミノ基、ピリミジルアミノ基、ピラジルアミノ基、トリアジルアミノ基フェニル−C1〜C12アルキルアミノ基、C1〜C12アルコキシフェニル−C1〜C12アルキルアミノ基、C1〜C12アルキルフェニル−C1〜C12アルキルアミノ基、ジ(C1〜C12アルコキシフェニル−C1〜C12アルキル)アミノ基、ジ(C1〜C12アルキルフェニル−C1〜C12アルキル)アミノ基、1−ナフチル−C1〜C12アルキルアミノ基、2−ナフチル−C1〜C12アルキルアミノ基が挙げられる。
置換シリル基としては、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基及び1価の複素環基からなる群から選ばれる1、2又は3個の基で置換されたシリル基が挙げられる。置換シリル基の炭素数は通常1〜60であり、好ましくは3〜48である。なお該アルキル基、アリール基、アリールアルキル基及び1価の複素環基は置換基を有していてもよい。
置換シリル基の具体例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリn−プロピルシリル基、トリ−イソプロピルシリル基、ジメチル−イソプロピルシリル基、ジエチル−イソプロピルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、n−ペンチルジメチルシリル基、n−ヘキシルジメチルシリル基、n−ヘプチルジメチルシリル基、n−オクチルジメチルシリル基、2−エチルヘキシル−ジメチルシリル基、n−ノニルジメチルシリル基、n−デシルジメチルシリル基、3,7−ジメチルオクチル−ジメチルシリル基、n−ラウリルジメチルシリル基、フェニル−C1〜C12アルキルシリル基、C1〜C12アルコキシフェニル−C1〜C12アルキルシリル基、C1〜C12アルキルフェニル−C1〜C12アルキルシリル基、1−ナフチル−C1〜C12アルキルシリル基、2−ナフチル−C1〜C12アルキルシリル基、フェニル−C1〜C12アルキルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、トリ−p−キシリルシリル基、トリベンジルシリル基、ジフェニルメチルシリル基、t−ブチルジフェニルシリル基、ジメチルフェニルシリル基が挙げられる。
アシル基は、炭素数が通常2〜20であり、好ましくは2〜18である。アシル基の具体例としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、トリフルオロアセチル基、ペンタフルオロベンゾイル基が挙げられる。
アシルオキシ基は、炭素数が通常2〜20であり、好ましくは2〜18である。アシルオキシ基の具体例としては、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、トリフルオロアセチルオキシ基、ペンタフルオロベンゾイルオキシ基が挙げられる。
イミン残基としては、イミン化合物(即ち、分子内に、−N=C−を持つ有機化合物のことをいう。その例として、アルジミン、ケチミン及びこれらのN上の水素原子が、アルキル基等で置換された化合物等が挙げられる。)から水素原子1個を除いた残基が挙げられる。イミン残基の炭素数は、通常、2〜20であり、好ましくは2〜18である。イミン残基の具体例としては、以下の構造式で示される基が挙げられる。
Figure 2010084131
(式中、Meはメチル基を表し、以下、同様である。また、波線は、結合手を表し、イミン残基の種類によっては、シス体、トランス体等の幾何異性体を持つ場合があることを意味する。)
アミド基は、炭素数が通常2〜20であり、好ましくは2〜18である。アミド基の具体例としては、ホルムアミド基、アセトアミド基、プロピオアミド基、ブチロアミド基、ベンズアミド基、トリフルオロアセトアミド基、ペンタフルオロベンズアミド基、ジホルムアミド基、ジアセトアミド基、ジプロピオアミド基、ジブチロアミド基、ジベンズアミド基、ジトリフルオロアセトアミド基、ジペンタフルオロベンズアミド基が挙げられる。
酸イミド基は、酸イミドからその窒素原子に結合した水素原子1個を除いて得られる残基が挙げられ、好ましくは、炭素数が4〜20である。酸イミド基の具体例としては、以下に示す基が挙げられる。
Figure 2010084131
置換カルボキシル基は、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基又は1価の複素環基で置換されたカルボキシル基が挙げられる。なお、前記のアルキル基、アリール基、アリールアルキル基及び1価の複素環基は置換基を有していてもよい。置換カルボキシル基の炭素数は、通常、2〜60であり、好ましくは2〜48である。なお、置換カルボキシル基の炭素数には該置換基の炭素数は含まれない。置換カルボキシル基の具体例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシロキシカルボニル基、シクロヘキシロキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシロキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシロキシカルボニル基、3,7−ジメチルオクチルオキシカルボニル基、n−ドデシルオキシカルボニル基、トリフルオロメトキシカルボニル基、ペンタフルオロエトキシカルボニル基、パーフルオロブトキシカルボニル基、パーフルオロヘキシルオキシカルボニル基、パーフルオロオクチルオキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、ナフトキシカルボニル基、ピリジルオキシカルボニル基が挙げられる。
モノマーの合成の容易さの観点からは、式(I)中、R1、R2、R3及びR4は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の発光開始電圧を低下させる観点からは、式(I)中、X1及びX2は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
式(I)中、Ar1は、2価の複素環基を表す。
2価の複素環基とは、複素環式化合物から水素原子2個を除いた残りの原子団をいい、該基は置換基を有していてもよい。
ここに複素環式化合物とは、環式構造を持つ有機化合物のうち、環を構成する元素が炭素原子だけでなく、酸素、硫黄、窒素、リン、ホウ素、ヒ素等のヘテロ原子を環内に含む化合物をいう。2価の複素環基の中では、2価の芳香族複素環基が好ましい。置換基の種類は、溶解性、蛍光特性、合成の行いやすさ、素子にした場合の特性等の観点からは、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基が好ましい。
2価の複素環基における置換基を除いた部分の炭素数は通常3〜60である。また、2価の複素環基の置換基を含めた全炭素数は、通常3〜100である。
2価の複素環基としては、例えば以下の基が挙げられる。
ヘテロ原子として、窒素原子を含む2価の複素環基:ピリジンジイル基(下式101〜106)、ジアザフェニレン基(下式107〜110)、キノリンジイル基(下式111〜125)、キノキサリンジイル基(下式126〜130)、アクリジンジイル基(下式131〜134)、ビピリジルジイル基(下式135〜137)、フェナントロリンジイル基(下式138〜140)。
ヘテロ原子として酸素原子、ケイ素原子、窒素原子、硫黄原子、セレン原子、ホウ素原子、リン原子等を含む5員環複素環基(下式141〜145)。
ヘテロ原子として酸素原子、ケイ素原子、窒素原子、セレン原子等を含む5員環縮合複素基(下式146〜157)。
ヘテロ原子として酸素原子、ケイ素原子、窒素原子、硫黄原子、セレン原子等を含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位で結合し2量体やオリゴマーになっている基(下式158〜159)。
ヘテロ原子として酸素原子、ケイ素原子、窒素原子、硫黄原子、セレン原子等を含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位でフェニル基に結合している基(下式160〜166)。
ヘテロ原子として酸素原子、窒素原子、硫黄原子、セレン原子等を含む5員環縮合複素環基にフェニル基やフリル基、チエニル基が置換した基(下式167〜172)。
ヘテロ原子として酸素原子、ケイ素原子、窒素原子、硫黄原子、セレン原子等を含みフルオレン類似構造を有する基(下式173〜202)。
ヘテロ原子として酸素原子、ケイ素原子、窒素原子、硫黄原子、セレン原子、ホウ素原子、リン原子等を含む6員環縮合複素基(下式203〜205)。
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
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Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
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式101〜205中、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表す。複数あるRは、同一であっても異なっていてもよい。
アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、置換アミノ基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基及び置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(I)中、Ar1は、式101〜110、126〜130、135〜145、158〜159、173〜205であることが好ましく、式126〜130、135〜137、141〜145、158〜159であることがより好ましい。
モノマーの合成の容易さの観点からは、本発明の高分子化合物が式(II)で示される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 2010084131
(II)
〔式中、X3及びX4は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、R5、R6、R7及びR8は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、X1、X2、R1、R2、R3、R4、RN及びAr1は、前記と同じ意味を表す。〕
5、R6、R7、R8で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
モノマーの合成の容易さの観点からは、式(II)中、R5、R6、R7及びR8は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子又はアルキル基であることがさらに好ましい。
モノマーの合成の容易さの観点からは、式(II)中、R1、R2、R3及びR4は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の発光開始電圧を低下させる観点からは、式(II)中、X1及びX2は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(II)中、X3及びX4は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(II)で示される繰り返し単位の中では、式(III)で示される繰り返し単位が好ましい。
Figure 2010084131
(III)
〔式中、X5は、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、R9及びR10は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、X1、X2、X3、X4、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及びRNは、前記と同じ意味を表す。〕
9、R10で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
モノマーの合成の容易さの観点からは、式(III)中、R5、R6、R7及びR8は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子又はアルキル基であることがさらに好ましい。
モノマーの合成の容易さの観点からは、式(III)中、R1、R2、R3及びR4は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
モノマーの合成の容易さの観点からは、式(III)中、R9及びR10は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、アルキル基又は水素原子であることがさらに好ましい。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の発光開始電圧を低下させる観点からは式(III)中、X1及びX2は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(III)中、X3、X4及びX5は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
式(III)で示される繰り返し単位の具体例としては、式(III−1)〜(III−22)で示される繰り返し単位が挙げられる。
Figure 2010084131
Figure 2010084131
式(III)で示される繰り返し単位としては、熱安定性の観点からは、式(III-1)〜(III-13)、(III-15)〜(III-18)、(III-20)で示される繰り返し単位のように対称であることが好ましく、溶解性の観点からは、式(III-14)、(III-19)、(III-21)、(III-22)で示される繰り返し単位のように非対称であることが好ましい。
本発明の高分子化合物は、高分子発光素子の発光効率、素子特性の観点からは、さらに式(IV)で示される繰り返し単位を含んでいることが好ましい。なお、式(IV)で示される繰り返し単位は、式(I)で示される繰り返し単位とは相違する。
−(Ar2)− (IV)
〔式中、Ar2はアリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン残基を表す。〕
Ar2で示されるアリーレン基とは、芳香族炭化水素から、水素原子2個を除いた原子団であり、縮合環を持つ基、独立したベンゼン環又は縮合環2個以上が直接又はビニレン基等を介して結合した基も含まれる。アリーレン基は置換基を有していてもよい。置換基の種類は、溶解性、蛍光特性、合成の行いやすさ、素子にした場合の特性等の観点からは、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基が好ましい。アリーレン基における置換基を除いた部分の炭素数は通常6〜60であり、好ましくは6〜20である。また、アリーレン基の置換基を含めた全炭素数は、通常6〜100である。
Ar2で示されるアリーレン基としては、フェニレン基(下式1〜3)、ナフタレンジイル基(下式4〜13)、アントラセン−ジイル基(下式14〜19)、ビフェニル−ジイル基(下式20〜25)、ターフェニル−ジイル基(下式26〜28)、フルオレン−ジイル基(下式29〜31)、ベンゾフルオレン−ジイル基(下式32〜39)、縮合環化合物基(下式40〜53)が例示される。
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
Figure 2010084131
式1〜53中、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表す。複数あるRは、同一であっても異なっていてもよい。
アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、置換アミノ基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基及び置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
2価の芳香族アミン残基としては、式(VII−1)で示される基等が挙げられる。
Figure 2010084131
[式中、Ar0、Ar3、Ar4及びAr5は、同一又は相異なり、アリーレン基又は2価の複素環基を表し、Ar6、Ar7及びAr8は、同一又は相異なり、アリール基又は1価の複素環基を表し、x、yは、同一又は相異なり、0〜5の整数を表す。Ar3中の炭素原子とAr0中の炭素原子は直接結合して、又は酸素原子若しくは硫黄原子を介して結合して縮合環を形成してもよい。Ar4、Ar5、Ar6、Ar8が複数個ある場合、それらは同一でも相異なってもよい。]
アリーレン基、2価の複素環基の定義、具体例等は、前記Ar1における定義、具体例等と同じである。アリール基、1価の複素環基の定義、具体例等は、前記R1における定義、具体例等と同じである。
式(VII-1)中、xは、0〜3の整数が好ましく、0又は1がより好ましい。yは、0〜3の整数が好ましく、0又は1がより好ましい。
式(VII-1)で示される繰り返し単位の具体例としては、式(VII-1-1)〜(VII-1-18)で示される繰り返し単位が挙げられる。
Figure 2010084131
Figure 2010084131
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命の観点からは、式(IV)中、Ar2はアリーレン基、2価の芳香族アミン残基であることが好ましい。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(IV)中、Ar2で示されるアリーレン基は式(V)で示される基であることが好ましい。
Figure 2010084131
(V)
〔式中、R12及びR13は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表す。R11は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表す。複数個存在するR11は、同一でも相異なっていてもよい。〕
12、R13で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、イミン残基、アミド基、酸イミド基及び置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。R11で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
本発明の高分子化合物を用いた高分子発光素子の輝度10%減寿命を長くする観点からは、式(V)中、R12及びR13が、アリール基又はアルキル基であることが好ましい。
モノマーの合成の容易さの観点からは、式(V)中、R11は、水素原子であることが好ましい。
式(V)で示される基の具体例としては、式(V−1)〜(V−12)で示される基が挙げられる。
Figure 2010084131
本発明の高分子化合物は、高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命を長くする観点から、式(IV)で示される繰り返し単位として、アリーレン基からなる繰り返し単位及び2価の芳香族アミン残基からなる繰り返し単位を含むことが好ましく、上記式(V)で示される基からなる繰り返し単位及び2価の芳香族アミン残基からなる繰り返し単位を含むことがより好ましい。
また、本発明の高分子化合物は、素子の寿命特性の観点からは、ポリスチレン換算の数平均分子量が1×103〜1×108であることが好ましく、1×103〜1×107であることがより好ましく、1×104〜1×107であることがさらに好ましい。また、本発明の高分子化合物は、ポリスチレン換算の重量平均分子量が、1×103〜1×108であることが好ましく、1×103〜1×107であることがより好ましく、1×104〜1×107であることがさらに好ましい。
また、本発明の高分子化合物は、交互共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体又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。蛍光又はりん光の量子収率の観点からは、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共重合体、グラフト共重合体が好ましい。本発明の高分子化合物には、主鎖に枝分かれがあり、末端部が3つ以上ある化合物やデンドリマーも含まれる。
また、本発明の高分子化合物の末端基は、重合活性基がそのまま残っていると、素子にしたときの発光特性や寿命が低下する可能性があるので、安定な基で保護されていてもよい。高分子化合物の末端基としては、主鎖の共役構造と連続した共役結合を有しているものが好ましく、例えば、炭素−炭素結合を介してアリール基又は1価の複素環基と結合している構造が挙げられ、特開平9−45478号公報の化10に記載の置換基も挙げられる。
本発明の高分子化合物に対する良溶媒としては、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−ブチルベンゼンが例示される。高分子化合物の構造や分子量にもよるが、通常はこれらの溶媒に高分子化合物を0.1重量%以上溶解させることができる。
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。
例えば、Ya−A−Ybで示される化合物(モノマー)を原料の一つとして用い、これを縮合重合させることにより本発明の高分子化合物を製造することができる。
(式中、−A−は式(I)又は(II)で示される繰り返し単位を表す。Ya及びYbは、同一又は相異なり、縮合重合に関与する置換基を示す。)
前記縮合重合に関与する置換基としては、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、アリールアルキルスルホネート基、ホウ酸エステルから誘導される基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、−B(OH)2、ホルミル基、シアノ基及びビニル基等が挙げられる。
ここに、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
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が例示される。
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。
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が例示される。
ホウ酸エステルから誘導される基としては、下記式で示される基が例示される。
Figure 2010084131
(式中、Etはエチル基を示す。)
スルホニウムメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CH2+Me2a -、−CH2+Ph2a -
(式中、Xaはハロゲン原子を示す。Phはフェニル基を示し、以下、同様である。)
ホスホニウムメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CH2+Ph3a -
(式中、Xaは上記と同じ意味を有する。)
ホスホネートメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CH2PO(OR’)2
(式中、R’はアルキル基、アリール基又はアリールアルキル基を示す。)
モノハロゲン化メチル基としては、フッ化メチル基、塩化メチル基、臭化メチル基及びヨウ化メチル基が例示される。
縮合重合に関与する置換基として好ましい置換基は重合反応の種類によって異なるが、例えばYamamotoカップリング反応等のNi(0)錯体を用いる場合には、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及びアリールアルキルスルホネート基が挙げられる。またSuzukiカップリング反応等のニッケル触媒又はパラジウム触媒を用いる場合には、アルキルスルホネート基、ハロゲン原子、ホウ酸エステルから誘導される基、−B(OH)2等が挙げられる。
本発明の高分子化合物の製造は、具体的には、モノマーとなる、縮合重合に関与する置換基を複数有する化合物を、必要に応じ、有機溶媒に溶解させ、例えばアルカリや適当な触媒を用い、有機溶媒の融点以上沸点以下の温度で重合させることにより行うことができる。例えば、“オルガニック リアクションズ(Organic Reactions)”,第14巻,270−490頁,ジョンワイリー アンド サンズ(John Wiley&Sons,Inc.),1965年、“オルガニック シンセシス(Organic Syntheses)”,コレクティブ第6巻(Collective Volume VI),407−411頁,ジョンワイリー アンド サンズ(John Wiley&Sons,Inc.),1988年、ケミカル レビュー(Chem.Rev.),第95巻,2457頁(1995年)、ジャーナル オブ オルガノメタリック ケミストリー(J.Organomet.Chem.),第576巻,147頁(1999年)、マクロモレキュラー ケミストリー マクロモレキュラー シンポジウム(Makromol.Chem.,Macromol.Symp.),第12巻,229頁(1987年)等に記載の公知の方法を用いることができる。
本発明の高分子化合物の製造方法において、縮合重合に関与する置換基に応じて、既知の縮合反応を用いることができる。例えば、対応するモノマーを、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、Ni(0)錯体により重合する方法、FeCl3等の酸化剤により重合する方法、電気化学的に酸化重合する方法、適当な脱離基を有する中間体高分子の分解による方法等が例示される。これらのうち、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、及びニッケルゼロ価錯体により重合する方法が、構造制御がしやすいので好ましい。
本発明の高分子化合物の製造方法の中で、好ましい一つの態様として、縮合重合に関与する置換基が同一又は相異なり、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であり、かつ、ニッケルゼロ価錯体存在下で縮合重合する製造方法が好ましい。
前記モノマーとしては、ジハロゲン化化合物、ビス(アルキルスルホネート)化合物、ビス(アリールスルホネート)化合物、ビス(アリールアルキルスルホネート)化合物、ハロゲン−アルキルスルホネート化合物、ハロゲン−アリールスルホネート化合物、ハロゲン−アリールアルキルスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物、及びアリールスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物が挙げられる。前記モノマーとしてハロゲン−アルキルスルホネート化合物、ハロゲン−アリールスルホネート化合物、ハロゲン−アリールアルキルスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物、又はアリールスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物を用いることにより、シーケンスを制御した高分子化合物を製造することができる。
また、本発明の高分子化合物の製造方法の中で、好ましい一つの態様として、縮合重合に関与する置換基が、同一又は相異なり、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、アリールアルキルスルホネート基、−B(OH)2、又はホウ酸エステルから誘導される基であり、全モノマーが有する、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及びアリールアルキルスルホネート基のモル数の合計(J)と、−B(OH)2及びホウ酸エステルから誘導される基のモル数の合計(K)の比が実質的に1(通常、K/Jは0.7〜1.2の範囲)であり、ニッケル触媒又はパラジウム触媒を用いて縮合重合する製造方法が好ましい。
溶媒としては、用いる化合物や反応によっても異なるが、一般に副反応を抑制するために、用いる溶媒は十分に脱酸素処理を施し、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、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。
溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等の飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の不飽和炭化水素、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等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等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−ブチルアルコール等のアルコール類、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸類、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、ジオキサン等のエーテル類、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、ピリジン等のアミン類、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等のアミド類が例示される。これらの溶媒は単一で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中で、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、エーテル類が好ましく、ヘキサン、オクタン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルがさらに好ましい。
反応させるために、必要に応じて、アルカリや適当な触媒を添加する。これらは用いる反応に応じて選択すればよい。該アルカリ又は触媒は、反応に用いる溶媒に十分に溶解するものが好ましい。アルカリ又は触媒を混合する方法としては、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又は触媒の溶液を添加するか、逆にアルカリ又は触媒の溶液に反応液をゆっくりと添加する方法が例示される。
本発明の高分子化合物を高分子発光素子に用いる場合、その純度が発光特性等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のちに重合することが好ましい。また重合後、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。
ここで、本発明の高分子化合物の製造方法において、好ましい実施形態は、後述する式(VIII)で示される化合物を遷移金属化合物の存在下で縮合重合することを含む、式(III)で示される繰り返し単位を有する高分子化合物の製造方法である。具体的には、後述する式(VIII)で示される化合物、又は後述する式(VIII)で示される化合物及び縮合重合に関与する置換基を有する化合物を、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、Yamamotoカップリング反応により重合する方法、Negishiカップリング反応により重合する方法、Stilleカップリング反応により重合する方法、Ullmannカップリング反応により重合する方法、FeCl3等の酸化剤により重合する方法が例示され、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、及びYamamotoカップリング反応により重合する方法が、構造制御の観点から好ましい。
ここで、遷移金属化合物としては、Suzukiカップリング反応により重合する方法においては、パラジウム化合物、ニッケル化合物が挙げられ、Grignard反応により重合する方法においては、ニッケル化合物が挙げられ、Yamamotoカップリング反応により重合する方法においては、ニッケル化合物が挙げられる。
(化合物)
本発明の高分子化合物を製造するために有用な化合物として、式(VI)で示される化合物が挙げられる。
Figure 2010084131
(VI)
〔式中、X1及びX2は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子、−N(RN)−又は−C(Rc1)=C(Rc2)−を表し、R1、R2、R3、R4、RN、RA1、RA2、Rc1及びRc2は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、Ar1は2価の複素環基を表す。〕
1、R2、R3、R4、RN、Rc1、Rc2で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基の定義、具体例等は、前述の定義、具体例等と同じである。Ar1で表される2価の複素環基の定義、具体例等は、前述の定義、具体例等と同じである。RA1、RA2で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
化合物の合成の容易さの観点からは、式(VI)中、R1、R2、R3及びR4は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
式(VI)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の発光開始電圧を低下させる観点からは、式(VI)中、X1及びX2は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
式(VI)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(VI)中、Ar1は、式101〜110、126〜130、135〜145、158〜159、173〜205で表される基であることが好ましく、式126〜130、135〜137、141〜145、158〜159で表される基であることがより好ましい。
A1、RA2としては、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、一価の複素環基が好ましく、アリール基、1価の複素環基がより好ましい。
式(VI)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(VI)で示される化合物が式(VII)で示される化合物であることが好ましい。
Figure 2010084131
(VII)
〔式中、X3及びX4は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、RA3、RA4、R5、R6、R7及びR8は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、X1、X2、R1、R2、R3、R4、RN及びAr1は、前記と同じ意味を表す。〕
5、R6、R7、R8で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前述の定義、具体例等と同じである。RA3、RA4で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
化合物の合成の容易さの観点からは、式(VII)中、R5、R6、R7及びR6は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子又はアルキル基であることがさらに好ましい。
化合物の合成の容易さの観点からは、式(VII)中、R1、R2、R3及びR4は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
式(VII)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の発光開始電圧を低下させる観点からは式(VII)中、X1、X2は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
式(VII)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(VII)中、X3及びX4は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
A3、RA4としては、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基が好ましく、水素原子、ハロゲン原子がより好ましい。
式(VII)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(VII)で示される化合物が式(VIII)で示される化合物であることが好ましい。
Figure 2010084131
(VIII)
〔式中、X5は、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、R9、R10、R14及びR15は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基又はホウ酸エステルから誘導される基を表し、X1、X2、X3、X4、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及びRNは、前記と同じ意味を表す。〕
9、R10で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基の定義、具体例等は、前述の定義、具体例等と同じである。R14、R15で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換カルボキシル基、及びホウ酸エステルから誘導される基の定義、具体例等は、前記R1におけるそれらの定義、具体例等と同じである。
化合物の合成の容易さの観点からは、式(VIII)中、R5、R6、R7及びR8は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子又はアルキル基であることがさらに好ましい。
化合物の合成の容易さの観点からは、式(VIII)中、R1、R2、R3及びR4は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
化合物の合成の容易さの観点からは、式(VIII)中、R9及びR10は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又は1価の複素環基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、アルキル基又は水素原子であることがさらに好ましい。
式(VIII)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の発光開始電圧を低下させる観点からは式(VIII)中、X1、X2は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
式(VIII)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(VIII)中、X3、X4及びX5は、硫黄原子又は−N(RN)−であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
14、R15としては、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基が好ましく、水素原子、ハロゲン原子がより好ましい。
式(VIII)で示される化合物の具体例としては、式(VIII−1)〜(VIII−8)で示される化合物が挙げられる。
Figure 2010084131
式(VIII)で示される化合物は、例えば、以下の方法で合成することができる。
Figure 2010084131
(式中、n−Buは、n−ブチル基を示し、以下、同様である。)
化合物(C−1−1)とn−ブチルリチウムヘキサン溶液存在下、テトラヒドロフラン溶媒中、化合物(C−3)を作用させることで、ホウ酸エステル体(C−1−2)を合成することができる。さらにジブロモ体(C−1−3)とトルエン溶媒中、パラジウム触媒と塩基の存在下、鈴木カップリング反応を行うことで、化合物(C−1)を合成できる。同様の操作で化合物(C−1−1)から上記の経路にて化合物(C−2)を合成できる。
Figure 2010084131
(式中、Acはアセチル基を示し、以下、同様である。)
上記で得られた化合物(C−1)とジホウ酸エステル体(C−4)をトルエン溶媒中、パラジウム触媒と塩基の存在下、鈴木カップリング反応を行うことで化合物(C−5)を合成できる。
Figure 2010084131
上記で得られた化合物(C−5)と化合物(C−2)とをトルエン溶媒中、パラジウム触媒と塩基の存在下、鈴木カップリング反応を行うことで、式(VIII)で示される化合物を得ることができる。
式(VIII)で示される化合物を用いて合成した高分子化合物を高分子発光素子に用いた場合の輝度10%減寿命をより長くする観点からは、式(VIII)で示される化合物が式(IX)で示される化合物であることが好ましい。
Figure 2010084131
(IX)
〔式中、R及びRは、同一又は相異なり、ハロゲン原子を表し、X1、X2、X3、X4、X5、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10及びRNは、前記と同じ意味を表す。〕
式(IX)中、R及びRで表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
(組成物)
本発明の組成物は、本発明の高分子化合物を含む組成物であり、正孔輸送材料、電子輸送材料及び発光材料からなる群から選ばれる少なくとも1種類の材料と、本発明の高分子化合物の少なくとも1種類とを含有する組成物、本発明の高分子化合物を少なくとも2種類含有する組成物等が挙げられる。
本発明の組成物は液状組成物でもよく、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。液状組成物は、前記高分子化合物と溶媒とを含んでなるものである。本明細書において、「液状組成物」とは、素子作製時において液状であるものを意味し、通常、常圧(即ち、1気圧)、25℃において液状である。また、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。
液状組成物は、前記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、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
液状組成物が含有してもよい低分子蛍光材料としては、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の金属錯体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、その他の蛍光性金属錯体、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蛍光性材料が挙げられる。具体的には、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材料、公知の材料が挙げられる。
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)及びその誘導体が挙げられる。
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、テトラシアノアント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が挙げられる。
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、リン系酸化防止剤が挙げられる。
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が挙げられる。ここで貧溶媒とは、溶媒1gに溶解する本発明の高分子化合物の重量が0.1mg以下である溶媒をいう。
前記の高分子量の化合物としては、発光や電荷輸送を阻害しないものであればよく、通常、液状組成物の溶媒に可溶性の化合物である。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を用いることができる。前記の高分子量の化合物のポリスチレン換算の重量平均分子量は50万以上が好ましく、100万以上がより好ましい。また、貧溶媒を増粘剤として用いることもできる。
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、組成物が溶媒を含む場合には、通常、該溶媒に可溶性の化合物である。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤が例示される。酸化防止剤を用いることにより、前記高分子化合物、溶媒の保存安定性を改善し得る。
液状組成物が正孔輸送材料を含有する場合には、該液状組成物中の正孔輸送材料の量は、溶媒以外の全成分を100重量部とすると、通常、1〜80重量部であり、好ましくは5〜60重量部である。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、該液状組成物中の電子輸送材料の量は、溶媒以外の全成分を100重量部とすると、通常、1〜80重量部であり、好ましくは5〜60重量部である。
高分子発光素子の作製の際に、この液状組成物を用いて成膜する場合、該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させてもよく、また、10-3Pa程度に減圧して乾燥させてもよい。
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等の塗布法を用いることができる。
液状組成物中の溶媒の割合は、該液状組成物の全重量に対して、通常、1〜99.9重量%であり、好ましくは60〜99.9重量%であり、さらに好ましく90〜99.8重量%である。液状組成物の粘度は印刷法によって異なるが、25℃において0.5〜500mPa・sの範囲が好ましく、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好ましい。
液状組成物に含まれる溶媒としては、該液状組成物中の該溶媒以外の成分を溶解又は分散できるものが好ましい。該溶媒としては、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種単独で用いても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、かつ融点が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。
溶媒の種類としては、液状組成物中の溶媒以外の成分の溶媒への溶解性、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、ビシクロヘキシルメチルベンゾエートがより好ましく、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が特に好ましい。
液状組成物に含まれる溶媒の種類は、成膜性の観点や素子特性等の観点から、2種類以上であることが好ましく、2〜3種類であることがより好ましく、2種類であることがさらに好ましい。
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。成膜性の観点から、1種類の溶媒は沸点が180℃以上であり、他の1種類の溶媒は沸点が180℃未満であることが好ましく、1種類の溶媒は沸点が200℃以上であり、他の1種類の溶媒は沸点が180℃未満であることがより好ましい。
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。成膜性の観点から、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℃以上であり、少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃未満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200〜300℃であり、少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃未満であることがより好ましい。
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重量の40〜90重量%であることが好ましく、50〜90重量%であることがより好ましく、65〜85重量%であることがさらに好ましい。
<用途>
本発明の高分子化合物は、発光材料として用いることができるだけでなく、薄膜用の材料、有機半導体材料、有機トランジスタ材料、光学材料、太陽電池材料、ドーピングによる導電性材料として用いることもできる。
本発明の薄膜について説明する。この薄膜は、前記高分子化合物を用いてなるものである。薄膜の種類としては、発光性薄膜、導電性薄膜、有機半導体薄膜等が例示される。
発光性薄膜は、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。
導電性薄膜は、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。
有機半導体薄膜は、電子移動度又は正孔移動度のいずれか大きいほうが、好ましくは10-5cm2/Vs以上であり、より好ましくは10-3cm2/Vs以上であり、さらに好ましくは10-1cm2/Vs以上である。また、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、前記高分子化合物を含み、該陽極及び該陰極の間に設けられた有機層とを有するものである。前記有機層は発光層、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層等として機能する。本発明の高分子発光素子において、前記有機層は発光層であることが好ましい。
また、本発明の高分子発光素子としては、(1)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、(2)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、(3)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。
より具体的には、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。発光層、正孔輸送層、電子輸送層は、同一又は相異なり、2層以上用いてもよい。
また、発光層に隣接した正孔輸送層をインターレイヤー層と呼ぶ場合もある。
発光層の成膜の方法としては、溶液からの成膜による方法が例示される。
溶液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等の塗布法を用いることができる。
高分子発光素子作製の際に、本発明の高分子化合物を用いることにより、溶液から成膜する場合、この溶液を塗布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、製造上非常に有利である。
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選択すればよいが、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。
本発明の高分子発光素子においては、発光層に前記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。また、本願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。
前記高分子化合物以外の発光材料としては、公知の化合物が使用できる。低分子化合物としては、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や、特開昭57-51781号公報、特開昭59-194393号公報に記載されている化合物等が挙げられる。
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、前記高分子化合物、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)及びその誘導体等や、特開昭63-70257号公報、特開昭63-175860号公報、特開平2-135359号公報、特開平2-135361号公報、特開平2-209988号公報、特開平3-37992号公報、特開平3-152184号公報に記載されている化合物等が挙げられる。
これらの中で、正孔輸送層に用いる正孔輸送材料としては、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、側鎖又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、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、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がより好ましい。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。
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又はラジカル重合によって得られる。
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が例示される。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。
ポリシロキサン誘導体は、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、側鎖又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又は主鎖に有するものが例示される。
正孔輸送層の成膜の方法としては、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。
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よい。該溶媒として、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。
溶液からの成膜方法としては、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等の塗布法を用いることができる。
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。該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、ポリシロキサンが例示される。
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、該正孔輸送層の膜厚としては、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。
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、前記高分子化合物、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、テトラシアノアント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や、特開昭63-70257号公報、特開昭63-175860号公報、特開平2-135359号公報、特開平2-135361号公報、特開平2-209988号公報、特開平3-37992号公報、特開平3-152184号公報に記載されている化合物が挙げられる。
これらのうち、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、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。
電子輸送層の成膜法としては、低分子電子輸送材料では、粉末からの真空蒸着法、溶液又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又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。溶液又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。
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よい。該溶媒として、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。
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等の塗布法を用いることができる。
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。該高分子バインダーとしては、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、ポリシロキサンが例示される。
電子輸送層の膜厚は、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、該電子輸送層の膜厚は、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。
また、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。
さらに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、電極に隣接して前記の電荷注入層又は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選択すればよい。
本発明において、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。
例えば、具体的には、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/電荷輸送層/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/電荷輸送層/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
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等が例示される。
上記電荷注入層が導電性高分子を含む層の場合、該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以下であることがより好ましく、10-5S/cm以上101S/cm以下であることがさらに好ましい。通常は該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、該導電性高分子に適量のイオンをドープする。
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。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が挙げられ、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が挙げられる。
電荷注入層の膜厚は、例えば、1nm〜100nmであり、2nm〜50nmが好ましい。
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選択すればよく、前記高分子化合物、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又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(銅フタロシアニン等)、カーボンが例示される。
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。この絶縁層の平均厚さは、通常、0.1〜20nmであり、好ましくは0.5〜10nm、より好ましくは1〜5nmである。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。絶縁層を設けた高分子発光素子としては、陰極に隣接して絶縁層を設けた高分子発光素子、陽極に隣接して絶縁層を設けた高分子発光素子が挙げられる。
具体的には、例えば、以下のq)〜ab)の構造が挙げられる。
q)陽極/絶縁層/発光層/陰極
r)陽極/発光層/絶縁層/陰極
s)陽極/絶縁層/発光層/絶縁層/陰極
t)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/陰極
u)陽極/正孔輸送層/発光層/絶縁層/陰極
v)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/絶縁層/陰極
w)陽極/絶縁層/発光層/電子輸送層/陰極
x)陽極/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
y)陽極/絶縁層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
z)陽極/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/絶縁層/陰極
ab)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
本発明の高分子発光素子を形成する基板は、電極を形成し、有機物の層を形成する際に変形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、シリコン等の基板が例示される。不透明な基板の場合には、反対の電極が透明又は半透明であることが好ましい。
本発明において、通常は、陽極及び陰極からなる電極の少なくとも一方が透明又は半透明であり、陽極側が透明又は半透明であることが好ましい。
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用いられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及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材料を用いて作製された膜(NESA等)や、金、白金、銀、銅等が用いられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。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、該陽極として、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。
陽極の膜厚は、光の透過性と電気伝導度とを考慮して、選択することができるが、通常、10nm〜10μmであり、好ましくは20nm〜1μmであり、さらに好ましくは50nm〜500nmである。
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、カーボン等からなる層、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。
陰極の材料としては、仕事関数の小さい材料が好ましい。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、イッテルビウム等の金属、及びそれらのうち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、グラファイト又はグラファイト層間化合物等が用いられる。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。
陰極の膜厚は、電気伝導度や耐久性を考慮して選択することができるが、通常、10nm〜10μmであり、好ましくは20nm〜1μmであり、さらに好ましくは50nm〜500nmである。
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を設けてもよく、陰極作製後、該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。該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。
該保護層としては、樹脂、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、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、該カバーを熱硬化樹脂や光硬化樹脂で素子基板と貼り合わせて密閉する方法が好適に用いられる。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。該空間に窒素やアルゴン等の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、さらに酸化バリウム等の乾燥剤を該空間内に設置することにより製造工程で吸着した水分が素子にダ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。
本発明の高分子発光素子は面状光源、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(例えば、バックライト等)等の表示装置等に用いることができる。
本発明の高分子発光素子を用いて面状の発光を得るためには、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、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、陽極及び陰極のいずれか一方、又は両方の電極をパターン状に形成する方法がある。これらのいずれかの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、簡単な記号等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、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。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、カラーフィルター又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。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等と組み合わせてアクティブ駆動してもよい。これらの表示素子は、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等の表示装置として用いることができる。
さらに、前記面状の発光素子は、自発光薄型であり、液晶表示装置のバックライト用の面状光源、又は面状の照明用光源、光通信用光源、電子写真方式プリンタの光源、イメージセンサー用材料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。
次に、有機トランジスタの一態様である高分子電界効果トランジスタを説明する。
本発明の高分子化合物は、高分子電界効果トランジスタの材料として、中でも活性層として好適に用いることができる。高分子電界効果トランジスタの構造としては、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ていればよい。
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。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よく、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。
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。
活性層を形成する際に、有機溶媒可溶性の高分子化合物を用いることが製造上非常に有利であり好ましい。有機溶媒可溶性の高分子化合物を溶媒に溶解させてなる溶液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等の塗布法を用いることができる。
高分子電界効果トランジスタを作製後、封止してなる封止高分子電界効果トランジスタが好ましい。これにより、高分子電界効果トランジスタが、大気から遮断され、高分子電界効果トランジスタの特性の低下を抑えることができる。
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。
次に、光電変換素子について説明する。光電変換素子は太陽電池、光センサー等の用途に用いることができる。ここでは、光電変換素子の一態様である太陽電池について説明する。
本発明の高分子化合物は、太陽電池の材料として、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、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太陽電池、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、好適に用いることができる。本発明の高分子化合物を太陽電池に用いた場合、高い変換効率を得ることが出来る。
太陽電池の構造としては、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ていればよい。
太陽電池は、通常は支持基板上に形成される。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ければよく、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。
太陽電池は、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、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、ポリスチレン換算の数平均分子量及び重量平均分子量については、サイズエクスクルージョンクロマトグラフィー(SEC)(島津製作所製:LC−10Avp又はウォーターズ社製:PL−GPC2000)によりポリスチレン換算の数平均分子量及び重量平均分子量を求めた。
<分析条件A>
LC−10Avpで測定する場合は、測定する高分子化合物を、約0.5重量%の濃度になるようにテトラヒドロフランに溶解させ、SECに30μL注入した。SECの移動相はテトラヒドロフランを用い、0.6mL/分の流速で流した。カラムは、TSKgel SuperHM−H(東ソー製)2本とTSKgel SuperH2000(東ソー製)1本を直列に繋げた。検出器には示差屈折率検出器(島津製作所製:RID−10A)を用いた。
<分析条件B>
PL−GPC2000にて測定する場合は、高分子化合物を、約1重量%の濃度となるようにo−ジクロロベンゼンに溶解させた。GPCの移動相としては、o−ジクロロベンゼンを用い、測定温度140℃で、1mL/分の流速で流した。カラムは、PLGEL 10μm MIXED−B(PLラボラトリー製)を3本直列で繋げた。
<実施例1>(化合物M−1の合成)
下記反応により化合物M−1を合成した。
Figure 2010084131
・化合物M−1−3の合成
Figure 2010084131
不活性雰囲気下、500mL 4つ口フラスコに化合物M−1−1(13.46g、80mmol)、テトラヒドロフラン240mLを入れ、アセトン/ドライアイスを用いて−78℃に冷却し、撹拌した。滴下漏斗からn−ブチルリチウム1.6M ヘキサン溶液(58mL、88mmol)を加え、1時間撹拌した後、化合物M−1−2(44.36g、240mmol)を加え、−78℃で2時間撹拌を続けた。その後、水を加え、テトラヒドロフラン溶液を濃縮した後、トルエンで抽出した。硫酸マグネシウムを用いて乾燥後ろ別し、濃縮した後シリカゲルカラムによる精製を行い、化合物M−1−3(18.05g、収率:71%)を得た。上記操作を2回繰り返した。
・化合物M−1−5の合成
Figure 2010084131
不活性雰囲気下、100mL3つ口フラスコに化合物M−1−3(29.4g、0.1mol)、化合物M−1−4(29.3g、0.1mol)、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド(18.34g、商品名:Aliquat(登録商標)336、アルドリッチ製)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(2.10g、3mmol)を加え、トルエン700 mLに溶解させた。その後、滴下漏斗より2M炭酸ナトリウム水溶液125 mLを加えて70℃で18時間加熱撹拌した。反応終了後、有機相を抽出し、硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた後にろ別し、濃縮した後、シリカゲルカラムによる精製を行い、化合物M−1−5(20.5g、収率54%)を得た。
・化合物M−1−7の合成
Figure 2010084131
不活性雰囲気下、500mL4つ口フラスコに化合物M−1−5(4.58g、12mmol)、化合物M−1−6(2.10g、6mmol)、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド(1.09g、商品名:Aliquat(登録商標)336、アルドリッチ製)、酢酸パラジウム(68.5mg、0.3mmol)、トリス(o−メトキシフェニル)ホスフィン(285mg、1.0mmol)、トルエン80mLを加え、撹拌しながら2M炭酸ナトリウム水溶液10mLを滴下後、105℃で2.5時間加熱撹拌した。有機層を抽出した後、水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた後にろ別し、有機層を濃縮した後、クロロホルム再結晶を繰り返し実施し、化合物M−1−7(3.25g、収率:79%)を得た。
・化合物M−1の合成
Figure 2010084131
不活性雰囲気下、1000mL 4つ口フラスコに化合物M−1−7(3.08g、4.5mmol)を入れ、クロロホルム450 mLで溶解させた。氷浴で0℃に冷却し、滴下漏斗からN−ブロモスクシンイミド(1.52g、9.0mmol)のジメチルホルムアミド溶液30 mLを30分かけて滴下した。2時間撹拌を続け、水を加えて反応を停止した。その後、水層を除去した後、希塩酸水溶液、飽和食塩水、水で洗浄し、硫酸マグネシウムを用いて乾燥後ろ別し、得られた溶液を濃縮した。得られた固体を繰り返しクロロホルムによる再結晶を実施し、化合物M−1(2.51g、66%)を得た。
<実施例2>(高分子化合物P−1の合成)
・化合物M−2の合成
Figure 2010084131
M−2
特表2004−534863号公報に記載の方法で化合物M−2を合成した。即ち、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ヘキシルチオフェン−2−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾールと2−(トリブチルスタニル)チオフェンをトルエンに溶解させ、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムの存在下、加熱還流で18時間反応した。反応物を室温まで冷却し、シリカゲルを通してろ過した。濾液を濃縮してヘキサンから再結晶した。再結晶体をジメチルホルムアミド(以下、「DMF」という。)に溶解させ、さらにN−ブロモスクシンイミドのDMF溶液を滴下して、室温で一晩攪拌した。生成物をろ過してメタノールと脱イオン水で洗浄した。ヘキサンで再結晶して化合物M−2を得た。
・高分子化合物P−1の合成
2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(1.596g、化合物A−1)、2,7−ジブロモ−9,9−ジオクチルフルオレン(0.790g、化合物A−2)、化合物M−2(0.095g)、4,7−ジブロモ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(0.176g、化合物A−3)、ビス(4−ブロモフェニル)−(4−セカンダリブチルフェニル)−アミン(0.276g、化合物A−4)、化合物M−1(0.201g)、酢酸パラジウム(1.3mg)、トリ(2−メトキシフェニル)ホスフィン(8.5mg)、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド(0.39g,商品名:Aliquat(登録商標)336、アルドリッチ製)、トルエン(30mL)を混合し、得られた反応溶液を105℃に加熱した。次に、前記反応溶液に2M炭酸ナトリウム水溶液(8.2mL)を滴下し、3.5時間還流させた後、フェニルホウ酸(39mg)、酢酸パラジウム(1.3mg)、トリ(2−メトキシフェニル)ホスフィン(8.5mg)を加え、さらに18時間還流させた。次いで、前記反応溶液に1.8Mのジエチルジチアカルバミン酸ナトリウム水溶液(18mL)を加え、80℃で3時間撹拌した。その後、反応溶液を25℃に冷却した後、水(40mL)で2回、3重量%酢酸水溶液(40mL)で2回、水(40mL)で2回洗浄し、アルミナカラム、シリカゲルカラムを通すことにより精製し、トルエン溶液を得た。そして得られたトルエン溶液をメタノール(450mL)に滴下し、1時間撹拌した後、得られた固体をろ取し乾燥させて、高分子化合物P−1を得た。得られた高分子化合物P−1の収量は1.83gであった。また、高分子化合物P−1の<分析条件A>でのポリスチレン換算重量平均分子量は2.6×105であり、ポリスチレン換算数平均分子量は1.2×105であった。
Figure 2010084131
A−1 A−2 M−2

Figure 2010084131
A−3 A−4 M−1

高分子化合物P−1は、以下の繰り返し単位(RA−1、RA−2、RM−2、RA−3、RA−4、RM−1)を以下のモル比で有する高分子化合物である(原料から求めた理論値である)。
Figure 2010084131
RA−1 RA−2 RM−2
(50) (24) (2)

Figure 2010084131
RA−3 RA−4 RM−1
(10) (10) (4)
<比較例1>(高分子化合物P−2の合成)
2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(2.926g、化合物A−1)、2,7−ジブロモ−9,9−ジオクチルフルオレン(1.689g、化合物A−2)、化合物M−2(0.175g)、4,7−ジブロモ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(0.323g、化合物A−3)、ビス(4−ブロモフェニル)−(4−セカンダリブチルフェニル)−アミン(0.505g、化合物A−4)、酢酸パラジウム(2.5mg)、トリ(2−メトキシフェニル)ホスフィン(15.5mg)、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド(0.72g、商品名:Aliquat(登録商標)336、アルドリッチ製)、トルエン(55mL)を混合し、得られた反応溶液を105℃に加熱した。次に、前記反応溶液に2M炭酸ナトリウム水溶液(15mL)を滴下し、2時間還流させた後、フェニルホウ酸(71mg)、酢酸パラジウム(2.5mg)、トリ(2−メトキシフェニル)ホスフィン(15.5mg)を加え、さらに18時間還流させた。次いで、前記反応溶液に1.8Mのジエチルジチアカルバミン酸ナトリウム水溶液(33mL)を加え、80℃で2時間撹拌した。その後、反応溶液を25℃に冷却した後、水(70mL)で2回、3重量%酢酸水溶液(70mL)で2回、水(70mL)で2回洗浄し、アルミナカラム、シリカゲルカラムを通すことにより精製し、トルエン溶液を得た。そして得られたトルエン溶液をメタノール(850mL)に滴下し、1時間撹拌した後、得られた固体をろ取し乾燥させて、高分子化合物P−2を得た。得られた高分子化合物P−2の収量は2.92gであった。また、高分子化合物P−2の<分析条件A>でのポリスチレン換算重量平均分子量は1.7×105であり、ポリスチレン換算数平均分子量は8.2×104であった。
Figure 2010084131
A−1 A−2 M−2

Figure 2010084131
A−3 A−4

高分子化合物P−2は、以下の繰り返し単位(RA−1、RA−2、RM−2、RA−3、RA−4)を以下のモル比で有する高分子化合物である(原料から求めた理論値である)。
Figure 2010084131
RA−1 RA−2 RM−2
(50) (28) (2)

Figure 2010084131
RA−3 RA−4
(10) (10)
<合成例1>(高分子化合物P−3の合成)
不活性雰囲気下、2,7−ビス(1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−9,9−ジオクチルフルオレン(5.20g)、ビス(4−ブロモフェニル)−(4−セカンダリブチルフェニル)−アミン(4.50g)、酢酸パラジウム(2.2mg)、トリ(2−メチルフェニル)ホスフィン(15.1mg)、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド(商品名:Aliquat(登録商標)336、0.91g、アルドリッチ製)、トルエン(70ml)を混合し、105℃に加熱した。この反応溶液に2M炭酸ナトリウム水溶液(19ml)を滴下し、4時間還流させた。反応後、フェニルホウ酸(121mg)を加え、さらに3時間還流させた。次いでジエチルジチアカルバミン酸ナトリウム水溶液を加え80℃で4時間撹拌した。冷却後、水(60ml)で3回、3重量%酢酸水溶液(60ml)で3回、水(60ml)で3回洗浄し、アルミナカラム、シリカゲルカラムを通すことにより精製した。得られたトルエン溶液をメタノール(3L)に滴下し、3時間撹拌した後、得られた固体をろ取し乾燥させた。得られた高分子化合物P−3の収量は5.25gであった。高分子化合物P−3の<分析条件A>でのポリスチレン換算数平均分子量は1.2×105であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は2.6×105であった。
高分子化合物P−3は、以下の繰り返し単位を以下のモル比で有する高分子化合物である(原料から求めた理論値である)。
Figure 2010084131
50 : 50
<実施例3>(高分子発光素子の作製と評価)
・高分子発光素子の作製
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜をつけたガラス基板に、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(Bayer製、商品名:BaytronP)の懸濁液をのせ、スピンコート法により約50nmの厚みと成るように成膜し、ホットプレート上で200℃、10分間乾燥させた。次に、高分子化合物P−3をキシレンに1.5重量%の濃度で溶解させ、得られたキシレン溶液をBaytronPの膜の上にのせ、スピンコート法により成膜した後、酸素濃度及び水分濃度が10ppm以下(重量基準)の窒素雰囲気下で、180℃、60分乾燥させた。この基板を窒素ガス雰囲気下において室温に戻した後、キシレンを基板上に滴下し、2000rpmで30秒スピンコート法をした。次に、高分子化合物P−1をキシレンに1.8重量%の濃度で溶解させ、得られたキシレン溶液を高分子化合物P−3の膜の上にスピンコート法により塗布し約120nmの厚みとなるように成膜した。そして、酸素濃度及び水分濃度が10ppm以下(重量基準)の窒素雰囲気下で、130℃、1時間乾燥させた。1.0×10-4Pa以下にまで減圧した後、陰極として、高分子化合物P−1の膜の上にバリウムを厚さ約5nmで蒸着し、次いでバリウムの層の上にアルミニウムを厚さ約80nm蒸着した。蒸着後、ガラス基板を用いて封止を行うことで、高分子発光素子1を作製した。素子構成は以下の通りである。
ITO/BaytronP(約50nm)/高分子化合物P−3(20nm)/高分子化合物P−1(約120nm)/Ba/Al
・高分子発光素子の性能
高分子発光素子1の発光波長は713nmであり、発光開始電圧は5.21V、1000cd/m発光時の電圧は7.97Vであった。また初期の発光強度が4mW/cmになる電流密度で定電流駆動したところ、輝度10%減寿命は0.25時間であった。
<比較例2>(高分子発光素子の作製と評価)
・高分子発光素子の作製
実施例3において高分子化合物P−1の代わりに高分子化合物P−2を用いた以外は実施例3と同様にして高分子発光素子2を作製した。素子構成は以下の通りである。
ITO/BaytronP(約50nm)/高分子化合物P−3(20nm)/高分子化合物P−2(約120nm)/Ba/Al
・高分子発光素子の性能
高分子発光素子2の発光波長は695nmであり、発光開始電圧は6.01V、1000cd/m発光時の電圧は9.41Vと高電圧であった。また初期の発光強度が4mW/cmになる電流密度で定電流駆動したところ、輝度10%減寿命は0.05時間と短寿命であった。
<実施例4>(高分子化合物P−4の合成)
窒素置換した50mL三つ口フラスコに、化合物M−1を0.4272g(0.507mmol)、9,9−ジドデシルフルオレン−2,7−ジボロン酸を0.3008g(0.509mmol)、酢酸パラジウムを0.1mg(0.001mmol)、トリ(o−メトキシ)ホスフィン1.3mg(0.004mmol)、トリカプリリルメチルアンモニウムクロリド(商品名:Aliquat(登録商標)336、Aldrich製)を0.1g、及びあらかじめ30分間窒素バブリングしたトルエンを9mlそれぞれ添加し、105℃に加熱しつつ、炭酸ナトリウム水溶液(2M/L)0.939mlを滴下した。滴下終了後、5時間加熱還流し、フェニルホウ酸11mgを加え、さらに3時間加熱還流した。続いてN,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物0.25g及び水を加え、90℃で5時間撹拌した。それから、水層を除去した後、有機層を熱水で3回、3重量%酢酸で3回、さらに熱水で3回洗浄した。メタノールに有機層を滴下し、沈殿を回収、減圧乾燥させた。得られた固体をアセトンでソックスレー抽出後、残った固体を回収、減圧乾燥させた。100℃のトルエンに再溶解させ、シリカゲル−アルミナカラムを通した後、300mlのメタノールに加えた。析出した沈殿をろ過して回収し、減圧乾燥させた。得られた高分子化合物P−4の重量は0.38gであった。また、<分析条件B>でのポリスチレン換算の数平均分子量は1.23×104であり、重量平均分子量は1.78×104であった。
高分子化合物P−4は、以下の繰り返し単位を以下のモル比で有する高分子化合物である(原料から求めた理論値である)。
Figure 2010084131
50 : 50
<実施例5>(有機薄膜太陽電池の作製と評価)
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板をオゾンUV処理して表面処理を行った。次に、高分子化合物P−4及びフラーレン誘導体であるPCBM(フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル、フロンティアカーボン社製)のオルトジクロロベンゼン溶液(高分子化合物P−4/PCBM=1/3(重量比))を用い、膜厚が約100nmとなるようにスピンコートにより塗布して光活性層を作製した。その後、真空蒸着機によりフッ化リチウムを厚さ4nmで蒸着し、次いでAlを厚さ100nmで蒸着した。得られた有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正四角形であった。得られた有機薄膜太陽電池にソーラーシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO−SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度 100mW/cm)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して光電変換効率を求めた。Jsc(短絡電流密度)は3.29mA/cmであり、Voc(開放電圧)は0.881Vであり、ff(フィルファクター)は0.325であり、光電変換効率(η)は0.94%であった。

Claims (21)

  1. 式(I)で示される繰り返し単位を含む高分子化合物。
    Figure 2010084131
    (I)
    〔式中、X1及びX2は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子、−N(RN)−又は−C(Rc1)=C(Rc2)−を表し、R1、R2、R3、R4、RN、Rc1及びRc2は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、Ar1は2価の複素環基を表す。〕
  2. 式(II)で示される繰り返し単位を含む請求項1に記載の高分子化合物。
    Figure 2010084131
    (II)
    〔式中、X3及びX4は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、R5、R6、R7及びR8は同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、X1、X2、R1、R2、R3、R4、RN及びAr1は、前記と同じ意味を表す。〕
  3. 式(II)で示される繰り返し単位が、式(III)で示される繰り返し単位である請求項2に記載の高分子化合物。
    Figure 2010084131
    (III)
    〔式中、X5は、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、R9及びR10は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、X1、X2、X3、X4、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及びRNは、前記と同じ意味を表す。〕
  4. 1及びX2が、硫黄原子である請求項1〜3のいずれかに記載の高分子化合物。
  5. 1、R2、R3及びR4が水素原子である請求項1〜4のいずれかに記載の高分子化合物。
  6. 3及びX4が、硫黄原子である請求項2〜5のいずれかに記載の高分子化合物。
  7. 5が、硫黄原子である請求項3〜6のいずれかに記載の高分子化合物。
  8. さらに、式(IV)で示される繰り返し単位を含む請求項1〜7のいずれかに記載の高分子化合物。
    −(Ar2)− (IV)
    〔式中、Ar2はアリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン残基を表す。〕
  9. Ar2で示されるアリーレン基が、式(V)で示される基である請求項8に記載の高分子化合物。
    Figure 2010084131
    (V)

    〔式中、R12及びR13は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表す。R11は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表す。複数個存在するR11は、同一でも相異なっていてもよい。〕
  10. ポリスチレン換算の重量平均分子量が、1×103〜1×108である請求項1〜9のいずれかに記載の高分子化合物。
  11. 式(VI)で示される化合物。
    Figure 2010084131
    (VI)
    〔式中、X1及びX2は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子、−N(RN)−又は−C(Rc1)=C(Rc2)−を表し、R1、R2、R3、R4、RN、RA1、RA2、Rc1及びRc2は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、Ar1は2価の複素環基を表す。〕
  12. 式(VI)で示される化合物が、式(VII)で示される化合物である請求項11に記載の化合物。
    Figure 2010084131
    (VII)
    〔式中、X3及びX4は、同一又は相異なり、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、RA3、RA4、R5、R6、R7及びR8は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、X1、X2、R1、R2、R3、R4、RN及びAr1は、前記と同じ意味を表す。〕
  13. 式(VII)で示される化合物が、式(VIII)で示される化合物である請求項12に記載の化合物。
    Figure 2010084131
    (VIII)
    〔式中、X5は、酸素原子、硫黄原子又は−N(RN)−を表し、R9、R10、R14及びR15は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、複素環チオ基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基又はニトロ基を表し、X1、X2、X3、X4、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及びRNは、前記と同じ意味を表す。〕
  14. 式(VIII)で示される化合物が、式(IX)で示される化合物である請求項13に記載の化合物。
    Figure 2010084131
    (IX)
    〔式中、R及びRは、同一又は相異なり、ハロゲン原子を表し、X1、X2、X3、X4、X5、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10及びRNは、前記と同じ意味を表す。〕
  15. 式(VIII)で示される化合物を遷移金属化合物存在下で縮合重合することを含む、式(III)で示される繰り返し単位を有する高分子化合物の製造方法。
  16. 請求項1〜10のいずれかに記載の高分子化合物を含有する組成物。
  17. 請求項1〜10のいずれかに記載の高分子化合物を含有する薄膜。
  18. 陽極と、陰極と、該陽極及び該陰極の間に設けられた請求項1〜10のいずれかに記載の高分子化合物を含む有機層とを有する高分子発光素子。
  19. 有機層が発光層である請求項18に記載の高分子発光素子。
  20. ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、請求項1〜10のいずれかに記載の高分子化合物を含む有機層とを有する有機トランジスタ。
  21. 陽極と、陰極と、該陽極及び該陰極の間に設けられた請求項1〜10のいずれかに記載の高分子化合物を含む有機層とを有する光電変換素子。
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