JP2011195828A - ベンゾフルオランテン系高分子化合物 - Google Patents

ベンゾフルオランテン系高分子化合物 Download PDF

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Abstract

【課題】最大発光効率に優れる発光素子の製造に有用な高分子化合物を提供する。
【解決手段】式(1)で表される構成単位を含む高分子化合物。
Figure 2011195828

[式中、Ar1は、芳香族炭化水素基、又は、芳香族複素環基を示し、Eは、下記一般式(2)から誘導される基を示す。]
Figure 2011195828

【選択図】なし

Description

本発明は、ベンゾフルオランテン系高分子化合物、その製造方法、それを含む高分子組成物、溶液、有機薄膜、発光素子、面状光源及び表示装置、並びに、その原料化合物に関する。
高分子量の発光材料や電荷輸送材料は溶媒に可溶で塗布法により発光素子における有機層を形成できることから種々検討されており、例えば、共役した主鎖の側鎖に正孔注入輸送基、電子注入輸送基又は発光基等の機能性置換基を有する高分子化合物として、トリフェニルアミンジイル基を導入したポリフルオレンが知られている(非特許文献1参照)。
Advanced Materials;2002年,14巻11号,第809頁
しかし、前記高分子化合物を発光素子用の発光材料として用いたとき、最大発光効率が未だ十分とは言えなかった。
そこで、本発明は、最大発光効率に優れる発光素子の製造に有用な高分子化合物を提供することを目的とする。本発明はまた、当該高分子化合物を含む高分子組成物、溶液、有機薄膜、発光素子、面状光源及び表示装置を提供することを目的とする。本発明は更に、当該高分子化合物の製造方法及び当該高分子化合物の製造に有用な化合物を提供することを目的とする。
本発明は第一に、下記一般式(1)で表される構成単位を含む高分子化合物を提供する。
Figure 2011195828
[一般式(1)中、Ar1は、非置換若しくは置換の芳香族炭化水素基、又は、非置換若しくは置換の芳香族複素環基を示す。Eは、下記一般式(2):
Figure 2011195828
(一般式(2)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、R7とR9、R9とR10、R1とR8、及び、R10とR8は、互いに結合して、環を形成してもよい。)
で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基を示す。aaは、1以上の整数である。]
1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、R7とR9、R9とR10、R1とR8、及び、R10とR8が、互いに結合して、環を形成する場合、形成する環としては、未置換又は置換のベンゼン環が挙げられる。置換のベンゼン環が有する置換基としては、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、及び、−O−RAで表される基が挙げられる。
本発明は第二に、下記一般式(1M)で表される化合物を提供する。
Figure 2011195828
[一般式(1M)中、Ar1及びEはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。Z1及びZ2はそれぞれ独立に、置換基A群及び置換基B群からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。aaは、1以上の整数である。]
<置換基A群>
塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、−O−S(=O)227(R27は、アルキル基、又は、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基、フッ素原子若しくはシアノ基で置換されていてもよいアリール基を示す。)で表される基。
<置換基B群>
−B(OR282(R28は、水素原子又はアルキル基を示す。2個存在するR28は、同一であっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。)で表される基、−BF4 -1(Q1は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム又はセシウムの1価の陽イオンを示す。)で表される基、−MgY1(Y1は、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で表される基、−ZnY2(Y2は、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で表される基、−Sn(R293(R29は、水素原子又はアルキル基を示す。3個存在するR29は、同一であっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。)で表される基。
本発明は第三に、前記高分子化合物の製造方法であって、前記一般式(1M)で表される化合物と、下記一般式(5M)で示される化合物とを重合する工程を含む、高分子化合物の製造方法を提供する。
Figure 2011195828
[一般式(5M)中、R22及びR23はそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。Z3及びZ4はそれぞれ独立に、前記置換基A群及び前記置換基B群からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。]
本発明は第四に、前記高分子化合物と、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一種の材料とを含有する、高分子組成物を提供する。
本発明は第五に、前記高分子化合物と溶媒とを含有する溶液を提供する。
本発明は第六に、前記高分子化合物、又は、前記高分子組成物を含有する有機薄膜を提供する。
本発明は第七に、前記有機薄膜を備える発光素子を提供する。
本発明は第八に、前記発光素子を備える面状光源及び表示装置を提供する。
本発明によれば、最大発光効率に優れる発光素子の製造に有用な高分子化合物を提供することができる。また、当該高分子化合物を含む高分子組成物、溶液、有機薄膜、発光素子、面状光源及び表示装置を提供することができる。更に、当該高分子化合物の製造方法及び当該高分子化合物の製造に有用な化合物を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本明細書中、「構成単位」とは、高分子化合物中に1個以上存在する単位構造を意味する。「構成単位」は、「繰返し単位」(即ち、高分子化合物中に2個以上存在する単位構造)として高分子化合物中に含まれることが好ましい。「n価の芳香族複素環基」とは、芳香族性を有する複素環式化合物から、芳香環に直接結合する水素原子のうちn個を除いた原子団を意味し、縮合環構造を有する基を含む。「複素環式化合物」とは、環式構造を持つ有機化合物のうち、環を構成する原子として、炭素原子だけでなく、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、ケイ素原子等のヘテロ原子を含む化合物を意味する。「芳香族複素環式化合物」とは、オキサジアゾール、チアジアゾール、チアゾール、オキサゾール、チオフェン、ピロール、ホスホール、フラン、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、トリアジン、ピリダジン、キノリン、イソキノリン、カルバゾール、ジベンゾホスホール等のヘテロ原子を含む複素環式化合物であり、該複素環自体が芳香族性を示す化合物、並びに、フェノキサジン、フェノチアジン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、ジベンゾボロール、ジベンゾシロール、ベンゾピラン等のヘテロ原子を含む複素環それ自体は芳香族性を示さなくとも、該複素環に芳香環が縮環されている化合物を意味する。「n価の縮合芳香族複素環基」とは、前記「n価の芳香族複素環基」のうち、縮合環を有する基を表す。また、本明細書において、アリール基には、Eで表される基は含まれない。
本明細書中、構造式において、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。
<高分子化合物>
[第1構成単位]
本発明に係る高分子化合物は、前記一般式(1)で表される構成単位(以下、「第1構成単位」と言う。)を含む。この第1構成単位は、高分子化合物中に、一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
前記一般式(1)中、aaは、1以上の整数であるが、最大発光効率がより優れるので、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。なお、aaの上限は、高分子化合物の合成が容易であるので、4であることが好ましい。
前記一般式(2)中、R1〜R10におけるアルキル基は、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数が通常1〜20であり、より好ましくは1〜12である。該炭素数には置換基の炭素数は含まれない。前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソアミル基、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、ドデシル基等が挙げられる。前記アルキル基における水素原子は、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、シアノ基又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、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が例示できる。
前記一般式(2)中、R1〜R10におけるアリール基は、芳香族炭化水素から芳香環に直接結合する水素原子1個を除いた原子団であり、縮合環を有する基を含む。前記アリール基は、炭素数が通常6〜60であり、好ましくは6〜48であり、より好ましくは6〜20であり、更に好ましくは6〜14である。該炭素数には置換基の炭素数は含まれない。前記アリール基としては、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、1−テトラセニル基、2−テトラセニル基、5−テトラセニル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、4−ピレニル基、2−ペリレニル基、3−ペリレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基、4−フルオレニル基、1−ビフェニリル基、2−ビフェニリル基、2−フェナンスレニル基、9−フェナンスレニル基、6−クリセニル基、1−コロネニル基等が挙げられる。前記アリール基における水素原子は、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、シアノ基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
一般式(2)中、R1〜R10における1価の芳香族複素環基は、炭素数が通常3〜60であり、好ましくは3〜20である。該炭素数には置換基の炭素数は含まれない。前記1価の芳香族複素環基としては、1,3,4−オキサジアゾール−2−イル基、1,3,4−チアジアゾール−2−イル基、2−チアゾリル基、2−オキサゾリル基、2−チエニル基、2−ピロリル基、2−フリル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基、2−ピラジニル基、2−ピリミジニル基、2−トリアジニル基、3−ピリダジニル基、5−キノリル基、5−イソキノリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基、2−フェノキサジニル基、3−フェノキサジニル基、2−フェノチアジニル基、3−フェノチアジニル基等が挙げられる。前記1価の芳香族複素環基における水素原子は、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、シアノ基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
Aにおけるアルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基としては、上述のR1における基と、同様のものが例示できる。
前記一般式(2)中、R1〜R10における−O−RAで表される基としては、RAがアルキル基である場合、直鎖、分岐又は環状のアルキル基を有するアルコキシ基が挙げられる。前記アルコキシ基は、炭素数が通常1〜20である。前記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、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、ドデシルオキシ基、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、メトキシメチルオキシ基、2−メトキシエチルオキシ基、2−エトキシエチルオキシ基等が挙げられる。
前記一般式(2)中、R1〜R10における−O−RAで表される基としては、RAがアリール基である場合、炭素数が通常6〜60のアリールオキシ基が挙げられる。該アリール基部分としては、上述のR1で表されるアリール基と同様のものが挙げられる。前記アリールオキシ基としては、フェノキシ基、C1〜C12アルコキシフェノキシ基(「C1〜C12アルコキシ」は、アルコキシ部分の炭素数が1〜12であることを示し、以下同様である。)、C1〜C12アルキルフェノキシ基(「C1〜C12アルキル」は、アルキル部分の炭素数が1〜12であることを示し、以下同様である。)、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る。
前記一般式(2)中、R1〜R10における−O−RAで表される基としては、RAが1価の芳香族複素環基である場合、炭素数が通常3〜60であり、好ましくは3〜20である基が挙げられる。該1価の芳香族複素環基としては、上述のR1における1価の芳香族複素環基と同様のものが挙げられる。
前記一般式(2)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基は、隣接する炭素原子に結合したR9とR10とが、該炭素原子と共に環を形成してもよい。
一般式(2)において、R1〜R6、R9〜R10は、水素原子、アルキル基又はアリール基であることが好ましい。
一般式(2)において、R7及びR8はアルキル基、アリール基、又は1価の芳香族複素環基がより好ましく、アリール基であることが更に好ましい。
前記Eは、前記一般式(2)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基である場合、前記一般式(2)で表される化合物におけるR2、R3、R4、R5、R9又はR10で表される基又は原子のいずれか一つから水素原子を1個取り除いてなる基であることが好ましく、発光効率及びモノマー合成の容易さの観点からは、前記一般式(2)で表される化合物におけるR3又はR4で表される基又は原子のいずれか一つから水素原子を1個取り除いてなる基であることがより好ましく、発光効率、耐熱性、及び、モノマー合成の容易さの観点からは、前記一般式(2)で表される化合物におけるR9又はR10で表される基又は原子から水素原子を1個取り除いてなる基であることがより好ましい。なお、R2、R3、R4、R5、R9又はR10で表される原子(水素原子)のいずれか一つから水素原子を1個取り除いてなる基とは、前記一般式(2)におけるR2、R3、R4、R5、R9又はR10のいずれか一つが単結合である基を意味する。
前記一般式(2)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基としては、下記一般式(2−1)で表される基が挙げられる。
Figure 2011195828
[一般式(2−1)中、複数あるXのうち、1個は、結合手を示し、その他は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示す。RXは、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。複数あるX、RXは、各々、同一であっても異なっていてもよい。RAは前記と同じ意味を表す。]
前記一般式(2)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基において、隣接する炭素原子に結合したR9とR10とが、該炭素原子と共に環を形成してなるものとしては、例えば、下記一般式(3)、下記一般式(8)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基が挙げられ、発光効率が優れ、かつ、モノマー合成が容易となるので、下記一般式(3)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基が好ましく、下記一般式(3)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基であってベンゾフルオランテン環を構成する炭素数が24以下である基がより好ましい。下記式(3)において、R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、及び、R1とR8が、互いに結合して、環を形成している場合、「ベンゾフルオランテン環を構成する炭素数」には、これらの環の炭素数も含む。
Figure 2011195828
[一般式(3)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、及び、R1とR8は、互いに結合して、環を形成してもよい。R11、R12、R13及びR14はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは、前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。]
Figure 2011195828
[一般式(8)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、及び、R1とR8は、互いに結合して、環を形成してもよい。R27、R28、R29、R30、R31及びR32はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは、前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。]
前記Eは、前記一般式(3)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基である場合、前記一般式(3)で表される化合物におけるR2、R3、R4、R5、R12又はR13で表される基又は原子のいずれか一つから水素原子を1個取り除いてなる基であることが好ましく、発光効率が優れ、かつ、モノマー合成が容易となるので、前記一般式(3)で表される化合物におけるR3、R4、R12又はR13で表される基又は原子のいずれか一つから水素原子を1個取り除いてなる基であることがより好ましい。なお、前記一般式(3)で表される化合物におけるR2、R3、R4、R5、R12又はR13で表される原子(水素原子)のいずれか一つから水素原子を1個取り除いてなる基とは、前記一般式(3)におけるR2、R3、R4、R5、R12又はR13のいずれか一つが単結合である基を意味する。
前記一般式(3)中、R7及びR8は、発光効率及び耐久性が優れるので、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基であることが好ましく、アリール基であることがより好ましい。
前記一般式(3)で表される化合物としては、下記一般式(3−1)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基が挙げられる。
Figure 2011195828
[一般式(3−1)中、複数あるXのうち、1個は、結合手を示し、その他は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RXは、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。複数あるX及びRXは、各々、同一であっても異なっていてもよい。RAは前記と同じ意味を表す。]
前記一般式(2)で表される化合物の例としては、以下の式(1−001)〜(1−061)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
前記式(1)中、Ar1は、非置換若しくは置換の芳香族炭化水素基、又は、非置換若しくは置換の芳香族複素環基を表す。置換基としては、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、及び、−O−RAで表される基が挙げられる。
前記芳香族炭化水素基の炭素数は、通常、6〜60であり、好ましくは6〜48であり、より好ましくは6〜20であり、更に好ましくは6〜14である。前記芳香族炭化水素基は、(2+aa)価の芳香族炭化水素基であり、3価又は4価の芳香族炭化水素基が好ましく、3価の芳香族炭化水素基がより好ましい。
前記芳香族複素環基の炭素数は、通常、3〜60であり、好ましくは3〜20である。前記芳香族複素環基は、(2+aa)価の芳香族複素環基であり、3価又は4価の芳香族複素環基が好ましく、3価の芳香族複素環基がより好ましい。
前記一般式(1)中、Ar1としては、発光効率及び耐久性が優れるので、非置換若しくは置換の芳香族炭化水素基が好ましく、3価又は4価の芳香族炭化水素基がより好ましく、3価の芳香族炭化水素基が更に好ましい。「n価の芳香族炭化水素基」とは、芳香族炭化水素から、芳香環に直接結合する水素原子のうちn個を除いた原子団を意味し、縮合環構造を有する基を含む。
前記芳香族炭化水素としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、1−テトラセン、ピレン、ペリレン、フルオレン、フェナントレン、クリセン、コロネン等が挙げられる。
前記一般式(1)で表される構成単位としては、発光効率及び耐久性が優れ、かつ、高分子化合物の合成が容易となるので、下記一般式(4)で表される構成単位が好ましい。
Figure 2011195828
[一般式(4)中、R15は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、又は、Eで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。R16、R17、R18、R19、R20及びR21はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R17とR18、及び、R19とR20は、互いに結合して、環を形成してもよい。Eは、前記と同じ意味を有する。]
前記式(4)中、R15は、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基であることが好ましい。
前記式(4)中、R16、R17、R20及びR21が水素原子であることが好ましく、R16、R17、R18、R19、R20及びR21が水素原子であることがより好ましい。
前記式(4)中、発光効率及び耐久性が優れるので、R15が、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基であり、かつ、R16、R17、R20及びR21が、水素原子であることが好ましく、R15が、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基であり、かつ、R16、R17、R18、R19、R20及びR21が、水素原子であることがより好ましい。
前記式(1)で表される構成単位としては、発光効率及び耐久性が優れるので、以下の式(1−101)〜(1−114)で表される構成単位が好ましい。
Figure 2011195828
[式中、Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、シアノ基又はフッ素原子を示す。アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、及び、−C(=O)−O−RAで表される基は、置換基を有していてもよい。Raは、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。Eは、前記と同じ意味を表す。複数あるRは同一であっても異なっていてもよい。複数あるRaは、同一であっても異なっていてもよい。RAは前記と同じ意味を表す。]
[第2構成単位]
本発明に係る高分子化合物は、発光効率及び耐久性が優れるので、下記一般式(5)で表される構成単位(以下、「第2構成単位」と言う。)を含むことが好ましい。
Figure 2011195828
[一般式(5)中、R22及びR23はそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。なお、R22及びR23は、Eで表される基とは異なる。]
前記一般式(5)中、R22及びR23におけるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、2−メチルブチル基、イソアミル基、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、ドデシル基等が挙げられる。これらの基は置換基を有していてもよい。
前記一般式(5)中、R22及びR23におけるアリール基としては、非置換若しくは置換のフェニル基、非置換若しくは置換の1−ナフチル基、非置換若しくは置換の2−ナフチル基等が挙げられる。
前記一般式(5)中、R22及びR23における1価の芳香族複素環基は、上述のR1における1価の芳香族複素環基で説明し例示した基と同様である。
前記一般式(5)中、R22及びR23としては、本発明に係る高分子化合物の耐熱性と溶解性が優れるので、置換若しくは非置換のアリール基、又は、置換若しくは非置換のアルキル基であることが好ましく、非置換のアリール基;アルキル基、アルコキシ基、アリール基若しくは置換アミノ基で置換されたアリール基;非置換のアルキル基;アルキル基、アルコキシ基、アリール基若しくは置換アミノ基で置換されたアルキル基がより好ましく、4−トリル基、4−ブチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ヘキシルフェニル基、4−オクチルフェニル基、4−(2−エチルヘキシル)フェニル基、4−(3,7−ジメチルオクチル)フェニル基、3−トリル基、3−ブチルフェニル基、3−tert−ブチルフェニル基、3−ヘキシルフェニル基、3−オクチルフェニル基、3−(2−エチルヘキシル)フェニル基、3−(3,7−ジメチルオクチル)フェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、3,5−ジ−(tert−ブチル)フェニル基、3,5−ジヘキシルフェニル基、3,5−ジオクチルフェニル基、3、4−ジヘキシルフェニル基、3,4−ジオクチルフェニル基、4−ヘキシルオキシフェニル基、4−オクチルオキシフェニル基、4−(2−エトキシ)エトキシフェニル基、4−(4’−tert−ブチルビフェニリル)基、9,9−ジヘキシルフルオレン−2−イル基、9,9−ジオクチルフルオレン−2−イル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、3,7−ジメチルオクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、2−エチルデシル基、又は、4−ブチルオクチル基が更に好ましい。
この第2構成単位は、高分子化合物中に、一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
[第3構成単位]
本発明に係る高分子化合物は、耐久性が優れるので、下記一般式(6):
Figure 2011195828
[一般式(6)中、Ar2は、アリーレン基、2価の芳香族複素環基、又は、アリーレン基及び2価の芳香族複素環基からなる群より選ばれる同一又は異なる基が2以上連結した2価の基を示す。Ar2は、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、−N(RA2で表される基、シアノ基、及び、フッ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1個の置換基を有していてもよい。RAは前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。なお、式(6)で表される構成単位は、前記式(1)、(5)で表される構成単位とは異なる。]
で表される構成単位(以下、「第3構成単位」と言う。)を含むことが好ましい。
前記一般式(6)中、−S−RAで表される基としては、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数が通常1〜20のアルキルチオ基、炭素数が通常6〜60のアリールチオ基が挙げられる。
前記一般式(6)中、前記−C(=O)−RAで表される基としては、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数が通常1〜20のアルキルカルボニル基、炭素数が通常6〜60のアリールカルボニル基が挙げられる。
前記一般式(6)中、前記−C(=O)−O−RAで表される基としては、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数が通常1〜20のアルキルオキシカルボニル基、炭素数が通常6〜60のアリールオキシカルボニル基が挙げられる。
前記一般式(6)中、前記−N(RA2で表される基としては、炭素数が通常1〜20のアルキル基及び炭素数が通常6〜60のアリール基からなる群から選ばれる2個の基で置換されたアミノ基が挙げられる。
前記一般式(6)中、Ar2におけるアリーレン基は、炭素数が通常6〜60であり、好ましくは6〜48であり、より好ましくは6〜30であり、更に好ましくは6〜14である。該炭素数には置換基の炭素数は含まない。前記アリーレン基としては、1,4−フェニレン基(式(6−001))、1,3−フェニレン基(式(6−002))、1,2−フェニレン基(式(6−003))等のフェニレン基;ナフタレン−1,4−ジイル基(式(6−004))、ナフタレン−1,5−ジイル基(式(6−005))、ナフタレン−2,6−ジイル基(式(6−006))、ナフタレン−2,7−ジイル基(式(6−007))等のナフタレンジイル基;4,5−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル基(式(6−008))等のジヒドロフェナントレンジイル基;フルオレン−3,6−ジイル基(式(6−009));式(6−010)〜(6−012)で表されるベンゾフルオレンジイル基;アントラセン−2,6−ジイル基(式(6−013))、アントラセン−9,10−ジイル基(式(6−014))等のアントラセンジイル基等が挙げられる。これらのアリーレン基における水素原子は、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、−N(RA2で表される基、シアノ基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
Figure 2011195828
Figure 2011195828
[式(6−001)〜(6−014)中、R及びRaはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。]
前記一般式(6)中、Ar2における2価の芳香族複素環基としては、本発明に係る高分子化合物の安定性が優れるので、2価の縮合芳香族複素環基が好ましい。この2価の縮合芳香族複素環基は、炭素数が、通常8〜60であり、好ましくは8〜20である。該炭素数には置換基の炭素数は含まない。前記2価の縮合芳香族複素環基としては、キノリン−2,6−ジイル基(式(6−101))等のキノリンジイル基;イソキノリン−1,4−ジイル基(式(6−102))等のイソキノリンジイル基;キノキサリン−5,8−ジイル基(式(6−103))等のキノキサリンジイル基;カルバゾール−3,6−ジイル基(式(6−104))、カルバゾール−2,7−ジイル基(式(6−105))等のカルバゾールジイル基;ジベンゾフラン−4,7−ジイル基(式(6−106))、ジベンゾフラン−3,8−ジイル基(式(6−107))等のジベンゾフランジイル基;ジベンゾチオフェン−4,7−ジイル基(式(6−108))、ジベンゾチオフェン−3,8−ジイル基(式(6−109))等のジベンゾチオフェンジイル基;ジベンゾシロール−4,7−ジイル基(式(6−110))、ジベンゾシロール−3,8−ジイル基(式(6−111))等のジベンゾシロールジイル基;フェノキサジン−3,7−ジイル基(式(6−112))、フェノキサジン−2,8−ジイル基(式(6−113))等のフェノキサジンジイル基;フェノチアジン−3,7−ジイル基(式(6−114))、フェノチアジン−2,8−ジイル基(式(6−115))等のフェノチアジンジイル基;ジヒドロアクリジン−2,7−ジイル基(式(6−116))等のジヒドロアクリジンジイル基;式(6−117)で表される2価の基等が挙げられる。これらの2価の縮合芳香族複素環基における水素原子は、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、シアノ基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
Figure 2011195828
Figure 2011195828
[式(6−101)〜(6−117)中、R及びRaはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。]
前記一般式(6)中、Ar2におけるアリーレン基及び2価の芳香族複素環基からなる群より選ばれる同一又は異なる種の基が2以上連結した2価の基は、炭素数が通常4〜60であり、好ましくは12〜60である。該炭素数には置換基の炭素数は含まない。このような基としては、下記式(6−201)〜(6−208)で表される基が挙げられる。
Figure 2011195828
[式(6−201)〜(6−208)中、Rは、前記と同じ意味を表す。]
前記式(6)中、Ar2としては、本発明に係る高分子化合物の化学安定性、及び、該高分子化合物を用いた発光素子の発光効率が優れるので、1,4−フェニレン基(式(6−001))、1,3−フェニレン基(式(6−002))、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル基(式(6−008))、フルオレン−3,6−ジイル基(式(6−009))、式(6−010)〜(6−012)で表されるベンゾフルオレンジイル基、アントラセン−2,6−ジイル基(式(6−013))、アントラセン−9,10−ジイル基(式(6−014))、カルバゾール−3,6−ジイル基(式(6−104))、カルバゾール−2,7−ジイル基(式(6−105))、ジベンゾフラン−4,7−ジイル基(式(6−106))、ジベンゾフラン−3,8−ジイル基(式(6−107))、ジベンゾチオフェン−4,7−ジイル基(式(6−108))、ジベンゾチオフェン−3,8−ジイル基(式(6−109))、ジベンゾシロール−4,7−ジイル基(式(6−110))、ジベンゾシロール−3,8−ジイル基(式(6−111))、フェノキサジン−3,7−ジイル基(式(6−112))、フェノチアジン−3,7−ジイル基(式(6−114))、ジヒドロアクリジン−2,7−ジイル基(式(6−116))、式(6−117)で表される2価の基、式(6−201)で表される2価の基、式(6−202)で表される2価の基、式(6−207)で表される2価の基が好ましく、これらの基において、Rが、水素原子、アルキル基、アリール基又は1価の芳香族複素環基であり(特には、水素原子又はアルキル基であり)、かつ、Raが、アルキル基又はアリール基であることがより好ましい。
この第3構成単位は、高分子化合物中に、一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
[第4構成単位]
本発明に係る高分子化合物は、該高分子化合物を用いて得られる発光素子の発光効率及び耐久性が優れるので、下記一般式(7):
Figure 2011195828
[一般式(7)中、Ar3、Ar4、Ar5及びAr6はそれぞれ独立に、非置換若しくは置換のアリーレン基、非置換若しくは置換の2価の芳香族複素環基、又は、アリーレン基及び2価の芳香族複素環基からなる群より選ばれる同一又は異なる基が2以上連結した2価の基を表す。Ar3とAr4、Ar3とAr6、及び、Ar4とAr5は、それぞれ、単結合して、又は、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−N(RA)−、−C(=O)−N(RA)−若しくは−C(RA2−で表される基を介して結合して、環を形成してもよい。RAは前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R24、R25及びR26はそれぞれに独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基、又は、アリールアルキル基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。aは0〜3の整数を示し、bは0又は1を示す。]
で表される構成単位(以下、「第4構成単位」と言う。)を含むことが好ましい。
「Ar3とAr4、Ar3とAr6、及び、Ar4とAr5が、それぞれ、単結合する」とは、Ar3とAr4、Ar3とAr6、及び、Ar4とAr5が、それぞれ、直接結合することを意味する。
前記一般式(7)中、Ar3、Ar4、Ar5及びAr6におけるアリーレン基としては、下記式(6−301)で表される基、及び、上述のAr2におけるアリーレン基として説明し例示した基と同様のものが挙げられる。
Figure 2011195828
[式(6−301)中、R及びRaはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。]
前記一般式(7)中、Ar3、Ar4、Ar5及びAr6における2価の芳香族複素環基としては、上述のAr2における2価の芳香族複素環基として説明し例示した基と同様である。
前記一般式(7)中、Ar3、Ar4、Ar5及びAr6におけるアリーレン基及び2価の芳香族複素環基からなる群より選ばれる同一又は異なる種の基が2以上連結した2価の基は、前記と同じ意味を表すが、前記式(6−301)で表される基を組み合わせた基も含まれる。
前記一般式(7)中、Ar3、Ar4、Ar5及びAr6で表される基としては、非置換若しくは置換のアリーレン基であることが、本発明の高分子化合物の安定性が良好であり、かつ、該高分子化合物を用いた発光素子の発光効率がより優れるので好ましい。
前記一般式(7)中、R24、R25及びR26は、本発明に係る高分子化合物の安定性、及び、該高分子化合物を用いた発光素子の発光効率が優れるので、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基であることが好ましく、アリール基であることがより好ましい。
前記一般式(7)中、Ar3とAr4、Ar3とAr6、Ar4とAr5が、それぞれ、互いに結合して、環を形成する場合、その環は、通常、5〜7員環である。
前記一般式(7)で表される構成単位としては、下記式(7−001)〜(7−005)で表される構成単位が好ましい。
Figure 2011195828
[式(7−001)〜(7−005)中、R及びRaはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。]
前記一般式(7)で表される構成単位としては、本発明に係る高分子化合物の安定性、及び、該高分子化合物を用いた発光素子の発光効率が優れるので、前記式(7−001)〜(7−005)中のRが、水素原子、アルキル基、アリール基又は1価の芳香族複素環基であり(特には、水素原子又はアルキル基であり)、かつ、Raが、アルキル基又はアリール基である構成単位が好ましい。
この第4構成単位は、高分子化合物中に、一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
本発明に係る高分子化合物としては、耐久性の観点からは、
前記一般式(1)で表される第1構成単位と、
前記一般式(5)で表される第2構成単位
とを含む高分子化合物が好ましい。
本発明に係る高分子化合物としては、発光効率及び耐久性の観点からは、
前記一般式(1)で表される第1構成単位と、
前記一般式(5)で表される第2構成単位と、
前記一般式(6)で表される第3構成単位及び前記一般式(7)で表される第4構成単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構成単位
とを含む高分子化合物が好ましく、
前記一般式(1)で表される第1構成単位と、
前記一般式(5)で表される第2構成単位と、
前記一般式(7)で表される第4構成単位
とを含む高分子化合物がより好ましい。
本発明に係る高分子化合物としては、該高分子化合物を用いて得られる発光素子の発光効率が優れるので、共役系高分子化合物が好ましい。
[本発明に係る高分子化合物の構成]
本発明に係る高分子化合物は、該高分子化合物を用いて得られる発光素子の発光効率が優れるので、前記第1構成単位の含有量が、前記第1構成単位、前記第2構成単位、前記第3構成単位及び前記第4構成単位の総含有量に対して、0.01〜90モル%であることが好ましく、0.1〜50モル%であることがより好ましく、0.1〜20モル%であることが更に好ましく、0.5〜10モル%であることが特に好ましい。
本発明に係る高分子化合物は、該高分子化合物を用いて得られる発光素子の発光効率が優れるので、前記第1構成単位、前記第2構成単位、前記第3構成単位及び前記第4構成単位の総含有量が、前記高分子化合物の総量に対して、80〜100重量%であることが好ましく、90〜100重量%であることがより好ましい。
本発明に係る高分子化合物が第4構成単位を含有する場合、第4構成単位の含有量が、前記第1構成単位、前記第2構成単位、前記第3構成単位及び前記第4構成単位の総含有量に対して、0.5モル%以上であることが好ましく、1モル%以上であることがより好ましい。また、前記含有量の上限は、発光効率及び耐久性が優れるので、20モル%であることが好ましく、10モル%であることがより好ましい。
本発明に係る高分子化合物としては、第1構成単位、第2構成単位、第3構成単位及び第4構成単位を組み合わせた高分子化合物P1〜P20が挙げられる。ここで、高分子化合物P1〜P20における第1構成単位、第2構成単位、第3構成単位及び第4構成単位の総含有量は、高分子化合物の総量基準で100重量%である。
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
本発明に係る高分子化合物は、末端基に重合活性基がそのまま残っていると、該高分子化合物を用いて作製した発光素子の発光特性や寿命が低下する可能性がある。そのため、末端基は安定な基(例えば、アリール基又は1価の芳香族複素環基)であることが好ましい。
本発明の高分子化合物は、如何なる共重合体であってもよく、例えば、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体等のいずれであってもよい。
本発明に係る高分子化合物は、発光材料、電荷輸送材料等として有用であり、使用する際には、その他の化合物と併用し、後述の高分子組成物として用いてもよい。
本発明に係る高分子化合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」と言う。)によるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、通常、1×103〜1×108であり、好ましくは1×104〜1×106である。
本発明に係る高分子化合物のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、通常、1×103〜1×108であり、成膜性、及び、該高分子化合物から得られる発光素子の発光効率が優れるので、好ましくは1×104〜5×106である。
発光素子等を作製するための様々なプロセスに対する耐久性や、発光素子の駆動中の発熱による安定性、耐熱性がより良好となるので、本発明に係る高分子化合物のガラス転移温度は、70℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましい。
<高分子化合物の製造方法>
本発明に係る高分子化合物は、如何なる方法で製造してもよいが、以下、好ましい実施態様について説明する。
本発明に係る高分子化合物が、前記一般式(1)で表される第1構成単位と、前記一般式(5)で表される第2構成単位とを含む高分子化合物である場合、該高分子化合物は、下記一般式(1M)で表される化合物と、下記一般式(5M)で示される化合物とを、必要に応じて有機溶媒に溶解させ、アルカリや適切な触媒、配位子となる化合物を用いた公知のアリール−アリールカップリング等の重合方法により重合する工程を含む方法により製造することができる。
Figure 2011195828
[一般式(1M)中、Ar1及びEはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。Z1及びZ2はそれぞれ独立に、前記置換基A群及び前記置換基B群からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。aaは、1以上の整数である。]
Figure 2011195828
[一般式(5M)中、R22及びR23はそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。Z3及びZ4はそれぞれ独立に、前記置換基A群及び前記置換基B群からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。]
本発明に係る高分子化合物が、前記一般式(1)で表される第1構成単位と、前記一般式(5)で表される第2構成単位と、下記一般式(6)で表される第3構成単位及び下記一般式(7)で表される第4構成単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構成単位とを含む高分子化合物である場合、該高分子化合物は、前記一般式(1M)で表される化合物と、前記一般式(5M)で表される化合物と、下記一般式(6M)で表される化合物及び/又は下記一般式(7M)で表される化合物とを、必要に応じて有機溶媒に溶解させ、アルカリや適切な触媒、配位子となる化合物を用いた公知のアリール−アリールカップリング等の重合方法により共重合する工程を含む方法により、製造することができる。
Figure 2011195828
[一般式(6M)中、Ar2は前記と同じ意味を表す。Z5及びZ6はそれぞれ独立に、前記置換基A群及び前記置換基B群からなる群から選ばれる基を示す。]
Figure 2011195828
[一般式(7M)中、Ar3、Ar4、Ar5及びAr6はそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。Z7及びZ8はそれぞれ独立に、前記置換基A群及び前記置換基B群からなる群から選ばれる基を示す。]
27、R28及びR29におけるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、2−メチルブチル基、イソアミル基、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、ドデシル基等が挙げられ、これらの基は置換基を有していてもよい。これらのアルキル基の炭素数は、通常1〜20であり、好ましくは1〜15であり、より好ましくは1〜10である。
27におけるアリール基としては、前記一般式(2)中のR1におけるアリール基として説明し例示した基と同じであるが、合成が容易となり、かつ、重合時の反応性が良好となるので、フェニル基、4−トリル基、4−メトキシフェニル基、4−ニトロフェニル基、3−ニトロフェニル基、2−ニトロフェニル基、4−トリフルオロメチルフェニル基が好ましい。
−O−S(=O)227で表される基としては、メタンスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基、フェニルスルホニルオキシ基、4−メチルフェニルスルホニルオキシ基、4−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ基等が挙げられる。
−B(OR282で表される基としては、下記式で表される基等が挙げられる。
Figure 2011195828
−BF4 -1で表される基としては、−BF4 -+等が挙げられる。
−Sn(R363で表される基としては、トリメチルスタニル基、トリエチルスタニル基、トリブチルスタニル基等が挙げられる。
前記一般式(5M)中、Z3及びZ4はそれぞれ独立に、前記置換基A群及び下記置換基B群からなる群から選ばれる基を示すが、
前記一般式(1M)におけるZ1及びZ2がいずれも前記置換基A群から選ばれる基である場合、Z3及びZ4の少なくとも一方は前記置換基B群から選ばれる基であり、
前記一般式(1M)におけるZ1及びZ2がいずれも前記置換基B群から選ばれる基である場合、Z3及びZ4の少なくとも一方は前記置換基A群から選ばれる基である。
前記一般式(1M)で表される化合物と、前記一般式(5M)で表される化合物と、前記一般式(6M)で表される化合物及び前記一般式(7M)で表される化合物は、予め合成し単離したものを用いてもよく、反応系中で合成してそのまま用いてもよい。得られる高分子化合物を発光素子に用いる場合、その純度が発光素子の性能に影響を与える傾向がある。そのため、これらの化合物は、蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製されていることが好ましい。
前記重合の方法としては、Suzukiカップリング反応により重合する方法(ケミカル レビュー(Chem.Rev.),第95巻,2457−2483頁(1995年))、Grignard反応により重合する方法(Bull.Chem.Soc.Jpn.,第51巻,2091頁(1978年))、Ni(0)触媒により重合する方法(プログレス イン ポリマー サイエンス(Progress in Polymer Science),第17巻,1153〜1205頁,1992年)、Stilleカップリング反応を用いる方法(ヨーロピアン ポリマー ジャーナル(European Polymer Journal),第41巻,2923−2933頁(2005年))等が挙げられる。これらのうち、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Ni(0)触媒により重合する方法が、原料の合成がし易く、かつ、重合反応操作が簡便となるので好ましく、高分子化合物の構造制御がし易いので、Suzukiカップリング反応、Grignard反応、Stilleカップリング反応等のアリール−アリールクロスカップリング反応により重合する方法がより好ましく、Suzukiカップリング反応により重合する方法が特に好ましい。
置換基A群及び置換基B群からなる群から選ばれる基としては、重合反応の種類に応じて適切な基を選択すればよいが、Suzukiカップリング反応により重合する方法を選択する場合は、合成が簡便であり、かつ、各化合物が取り扱い易いので、置換基A群から選ばれる基としては塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が好ましく、臭素原子がより好ましく、置換基B群から選ばれる基としては−B(OR282で表される基が好ましい。
前記重合の方法としては、前記一般式(1M)で表される化合物と、前記一般式(5M)で表される化合物と、前記一般式(6M)で表される化合物及び/又は前記一般式(7M)で表される化合物を、必要に応じて、適切な触媒や塩基と共に反応させる方法が挙げられる。Suzukiカップリング反応により重合する方法を選択する場合、所望の分子量を有する高分子化合物を得るためには、前記一般式(1M)で表される化合物と、前記一般式(5M)で表される化合物と、前記一般式(6M)で表される化合物と、前記一般式(7M)で表される化合物とが有する置換基A群から選ばれた基の合計モル数と、置換基B群から選ばれた基の合計モル数との比率を調整すればよい。通常、置換基A群から選ばれた基の合計モル数に対する置換基B群から選ばれた基の合計モル数の比率を、0.95〜1.05とすることが好ましく、0.98〜1.02とすることがより好ましく、0.99〜1.01とすることが更に好ましい。
本発明に係る高分子化合物の製造方法においては、前記一般式(1M)で表される化合物の全化合物に対する仕込み比率を、0.1モル%以上とすることが好ましく、20モル%以下とすることが好ましい。これにより、全構成単位の合計に対する前記一般式(1)で表される構成単位の比率が、0.1〜20モル%である高分子化合物を容易に製造することができる。
本発明に係る高分子化合物の製造方法においては、触媒の存在下、単量体を重合することが好ましい。触媒としては、Suzukiカップリング反応により重合する場合、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、[トリス(ジベンジリデンアセトン)]ジパラジウム、パラジウムアセテート、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム等のパラジウム錯体等の遷移金属錯体、並びにこれらの遷移金属錯体にトリフェニルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等の配位子が配位した錯体等が挙げられる。
また、Ni(0)触媒により重合する場合、Ni(0)触媒としては、ニッケル[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ジクロロニッケル、[ビス(1,4−シクロオクタジエン)]ニッケル等のニッケル錯体等の遷移金属錯体、並びにこれらの遷移金属錯体にトリフェニルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン、ビピリジル等の配位子が配位した錯体等が挙げられる。
上述の触媒は、予め合成したものを用いてもよいし、反応系中で調製したものをそのまま用いてもよい。また、これらの触媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
触媒の使用量は、触媒としての有効量であればよく、例えば、重合反応における全化合物の合計100モル%に対して、遷移金属のモル数換算で、通常、0.0001〜300モル%であり、好ましくは0.001〜50モル%であり、より好ましくは0.01〜20モル%である。
Suzukiカップリング反応による重合においては、塩基を用いることが好ましく、塩基としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、リン酸三カリウム等の無機塩基、フッ化テトラブチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の有機塩基が挙げられる。
塩基の使用量は、重合反応における全化合物の合計100モル%に対して、通常50〜2000モル%であり、好ましくは100〜1000モル%である。
重合反応は、溶媒の非存在下で行っても、溶媒の存在下で行ってもよいが、通常、有機溶媒の存在下で行う。ここで、有機溶媒としては、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等が挙げられる。分子量を制御できるので、脱酸素処理を行った溶媒を用いることが望ましい。有機溶媒は一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
有機溶媒の使用量は、重合反応における全単量体の合計濃度が、0.1〜90重量%になる量であることが好ましく、1〜50重量%になる量であることがより好ましく、2〜30重量%となる量であることが更に好ましい。
重合反応の反応温度は、好ましくは−100〜200℃であり、より好ましくは−80〜150℃であり、更に好ましくは0〜120℃である。
反応時間は、通常、1時間以上であり、好ましくは2〜500時間である。
本発明に係る高分子化合物の製造方法において、Z1〜Z8で表される基として−MgY1で表される基を有する化合物を用いる場合、重合反応は脱水条件下で行うことが好ましい。一方、重合反応がSuzukiカップリング反応である場合、使用する塩基を水溶液として用いてもよく、また、溶媒として、前記有機溶媒に加えて水を用いてもよい。
重合反応において、本発明に係る高分子化合物の末端に重合活性基が残存するのを避けるために、連鎖停止剤として、下記式(9)で示される化合物を用いてもよい。これにより、末端がアリール基又は1価の芳香族複素環基である高分子化合物を得ることができる。
Figure 2011195828
[式(9)中、Ar7は、アリール基又は1価の芳香族複素環基を示す。Z9は、置換基A群及び置換基B群からなる群から選ばれる基を示す。]
前記式(9)中、Ar7におけるアリール基、1価の芳香族複素環基としては、それぞれ、上述のアリール基、1価の芳香族複素環基として説明し例示したものと同じである。
重合反応の後処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、メタノール等の低級アルコールに重合反応後の反応溶液を加えて、析出させた沈殿をろ過、乾燥させる方法で行うことができる。
本発明に係る高分子化合物の純度が低い場合には、再結晶、再沈殿、ソックスレー抽出器による連続抽出、カラムクロマトグラフィー等の通常の方法にて精製すればよいが、本発明に係る高分子化合物を発光素子に用いる場合、その純度が発光特性等の素子の性能に影響を与えるため、縮合重合後、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。
前記一般式(1M)で示される化合物の製造方法として、下記一般式(4M)で示される化合物の製造方法を一例として説明する。
Figure 2011195828
[一般式(4)中、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21及びEはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。Z10及びZ11はそれぞれ独立に、前記置換基A群及びB群からなる群から選ばれる基を示す。]
前記一般式(4)で示される化合物の製造方法としては、公知の製造方法に従った下記反応式(R1)又は下記反応式(R2):
Figure 2011195828
[式(R1)及び(R2)中、R16、R17、R18、R19、R20、R21及びEはそれぞれ独立に、前記と同じ意味を表す。R15-1、R15-2及びR15-3はそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基又は1価の芳香族複素環基を示す。Z10及びZ11はそれぞれ独立に、置換基A群及び置換基B群からなる群から選ばれる基を示す。]
で示される経路が挙げられる。
15-1、R15-2及びR15-3におけるアルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基としては、それぞれ、上述のR1におけるアルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基として説明し例示したものと同じである。
10及びZ11は、モノマーとなる化合物の合成が容易となるので、置換基A群から選ばれる基が好ましく、ハロゲン原子がより好ましい。
「置換基Eの導入」の工程において、好ましい反応剤としては、下記一般式(10):
Figure 2011195828
[式(10)中、Z12は、置換基A群から選ばれる基を示す。Eは、前記と同じ意味を表す。]
で示される化合物が挙げられる。
前記一般式(10)中、Z12としては、化合物が取り扱い易いので、ハロゲン原子が好ましい。
前記一般式(10)で示される化合物をグリニヤール試薬やリチウム塩に変換することで、置換基Eを導入することができる。
前記一般式(10)で示される化合物としては、例えば、Polycyclic Aromatic Compounds, 11(1-4), 261-266; 1996に記載されている下記式:
Figure 2011195828
で示されるブロモフルオランテン、Journal of Organic Chemistry, 62(3), 530-537; 1997に記載されている下記式:
Figure 2011195828
で示される3−ブロモジフェニルベンゾフルオランテン、下記反応式:
Figure 2011195828
で製造できる9−又は10−ブロモジフェニルベンゾフルオランテンが挙げられる。なお、式中の化合物は、置換基を有していてもよい。
<高分子組成物>
本発明に係る高分子組成物は、本発明に係る高分子化合物と、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一種の材料とを含有する。
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、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。その他にも、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号公報に記載された化合物も挙げられる。
正孔輸送材料の含有量は、高分子組成物中の高分子化合物100重量部に対して、好ましくは1〜500重量部、より好ましくは5〜200重量部である。
電子輸送材料としては、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。その他にも、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号公報に記載された化合物も挙げられる。
電子輸送材料の含有量は、高分子組成物中の高分子化合物100重量部に対して、好ましくは1〜500重量部、より好ましくは5〜200重量部である。
発光材料としては、低分子蛍光発光材料、燐光発光材料等が挙げられる。発光材料の例としては、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、ポリメチン系色素、キサンテン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素等の色素類、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、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、イリジウム錯体、白金錯体等の金属錯体、三重項発光錯体が挙げられる。その他にも、特開昭57−51781号公報、特開昭59−194393号公報等に記載された化合物も挙げられる。
発光材料の含有量は、高分子組成物中の高分子化合物100重量部に対して、好ましくは1〜500重量部であり、より好ましくは5〜200重量部である。その発光材料としては、本発明の発光材料を用いることが好ましい。
<溶液>
本発明に係る高分子化合物は、有機溶媒に溶解又は分散させて、溶液としてもよい。この溶液又は分散液は、インク、液状組成物等と呼ばれる。前記溶液は、高分子化合物の他に、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一種の材料を含有していてもよい。
ここで、有機溶媒としては、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等が挙げられる。これらの有機溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。これらの有機溶媒のうち、ベンゼン環を含む構造を有し、融点が0℃以下であり、かつ、沸点が100℃以上である有機溶媒が、粘度及び成膜性が良好となるので好ましい。
前記溶液によれば、本発明に係る高分子化合物を含有する有機薄膜を容易に製造することができる。具体的には、前記溶液を基板上に塗布して、加熱、減圧等により有機溶媒を留去することにより、本発明に係る高分子化合物を含有する有機薄膜が得られる。有機溶媒の留去は、使用される有機溶媒に応じて条件を変更することができ、例えば、50〜150℃程度の加温、10-3Pa程度の減圧により行うことができる。
塗布には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビア法、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、キャピラリーコート法、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。
前記溶液の好適な粘度は印刷法によっても異なるが、好ましくは25℃において0.5〜500mPa・sである。また、インクジェットプリント法のように前記溶液が吐出装置を経由する場合、吐出時の目詰まりや飛行曲がりを防止するために25℃における粘度は0.5〜20mPa・sであることが好ましい。
<有機薄膜>
本発明に係る有機薄膜は、本発明に係る高分子化合物又は本発明に係る高分子組成物を含有する。本発明に係る有機薄膜は、上述のように前記溶液から容易に製造することができる。
本発明に係る有機薄膜は、後述する発光素子における発光層として好適に使用することができる。また、本発明に係る有機薄膜は、有機半導体素子にも好適に使用できる。本発明に係る有機薄膜は、前記高分子化合物を含有するため、発光素子の発光層として使用した場合に当該発光素子の発光効率が非常に優れたものとなる。
<有機半導体素子>
本発明に係る有機薄膜を用いることで、有機半導体素子を作製することも可能である。該有機半導体素子としては、有機薄膜太陽電池、電界効果型有機トランジスタが例示される。具体的には、SiO2等の絶縁膜とゲート電極とを形成したSi基板上に前記有機薄膜を形成し、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、電界効果型有機トランジスタとすることができる。
<発光素子>
本発明に係る発光素子は、前記有機薄膜を備える。好ましい実施形態では、本発明に係る発光素子は、陽極と、陰極と、該陽極及び該陰極の間に存在する前記高分子化合物を含有する層とを有する。ここで、前記高分子化合物を含有する層は前記有機薄膜からなる層であることが好ましく、当該層は発光層として機能することが好ましい。以下、前記高分子化合物を含有する層が、発光層として機能する場合を、好ましい一実施形態として例示する。
本発明に係る発光素子の構成としては、以下の(a)〜(d)の構造が挙げられる。なお、「/」は、その前後の層が隣接して積層していることを示す(例えば、「陽極/発光層」とは、陽極と発光層とが隣接して積層していることを示す。)。
(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
なお、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。正孔輸送層と電子輸送層とを総称して電荷輸送層と呼ぶことがある。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ことがある。
各層の積層・成膜は、それぞれ各層の構成成分を含有する溶液を用いて行うことができる。溶液からの積層・成膜には、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、キャピラリーコート法、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。
発光層の厚さは、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、更に好ましくは5nm〜200nmである。
正孔輸送層は、上述する正孔輸送材料を含有することが好ましい。正孔輸送層の成膜は、如何なる方法で行ってもよいが、正孔輸送材料が高分子化合物である場合には、正孔輸送材料を含有する溶液から成膜することが好ましく、正孔輸送材料が低分子化合物である場合には、高分子バインダーと正孔輸送材料とを含有する混合溶液から成膜することが好ましい。成膜方法としては、上述の塗布法と同様の方法を用いることができる。
前記高分子バインダーは、電荷輸送を極度に阻害しないものであって、可視光に対する吸収が強くないものが好ましい。高分子バインダーとしては、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挙げられる。
正孔輸送層の厚さは、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、ピンホールが発生しない厚さが必要であり、厚すぎると素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、正孔輸送層の厚さは、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、更に好ましくは5nm〜200nmである。
電子輸送層は、上述する電子輸送材料を含有することが好ましい。電子輸送層の成膜は、如何なる方法で行ってもよいが、電子輸送材料が高分子化合物である場合には、電子輸送材料を含有する溶液から成膜する方法、電子輸送材料を溶融して成膜する方法等が好ましい。また、電子輸送材料が低分子化合物である場合には、電子輸送材料の粉末を用いて真空蒸着法により成膜する方法、電子輸送材料を含有する溶液から成膜する方法、電子輸送材料を溶融して成膜する方法等が好ましい。電子輸送材料を含有する溶液から成膜する方法としては、上述の塗布法と同様の方法が例示できる。また、溶液中に高分子バインダーが含有していてもよい。
前記高分子バインダーは、電荷輸送を極度に阻害しないものであって、可視光に対する吸収が強くないものが好ましい。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、ポリシロキサン等が挙げられる。
電子輸送層の厚さは、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、ピンホールが発生しない厚さが必要であり、厚すぎると素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、電子輸送層の厚さは、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、更に好ましくは5nm〜200nmである。
電極に隣接して設けられ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)と呼ぶことがある。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、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。なお、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。
電荷注入層を設けた発光素子としては、以下の(e)〜(p)の構造を有するものが挙げられる。
(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
電荷注入層としては、(I)導電性高分子を含む層、(II)陽極と正孔輸送層との間に設けられ、陽極中の陽極材料と正孔輸送層中の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有する層、(III)陰極と電子輸送層との間に設けられ、陰極中の陰極材料と電子輸送層中の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有層、等が挙げられる。
電荷注入層が(I)導電性高分子を含む層である場合、該導電性高分子の電気伝導度は、10-5S/cm〜103S/cm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〜102S/cmがより好ましく、10-5S/cm〜101S/cmが特に好ましい。かかる範囲を満たすために、導電性高分子に適量のイオンをドープしてもよい。
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等が挙げられ、カチオンとしては、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等が挙げられる。
電荷注入層の厚さは、1〜100nmであることが好ましく、2〜50nmであることがより好ましい。
導電性高分子としては、電極や隣接する層の材料との関係で選択すればよく、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又は側鎖に含む重合体等の導電性高分子が挙げられる。また、電荷注入層としては、金属フタロシアニン(銅フタロシアニン等)、カーボン等を含有する層も挙げられる。
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。絶縁層に用いる材料としては、金属フッ化物、金属酸化物、有機絶縁材料等が挙げられる。
絶縁層を設けた発光素子としては、以下の(q)〜(ab)の構造を有するものが挙げられる。
(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
本発明に係る発光素子は、陽極又は陰極に隣接して基板を備えることが好ましい。基板としては、電極及び各層を形成する際に形状や性状が変化しないものが好ましく、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挙げられる。不透明な基板の場合には、該基板が接する電極とは反対側の電極が、透明又は半透明であることが好ましい。
本発明に係る発光素子において、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、インジウム・スズ・オキサイド(ITO)からなる複合酸化物、インジウム・亜鉛・オキサイドからなる複合酸化物等の導電性無機化合物を用いて作製された膜、NESAや、金、白金、銀、銅等が用いられる。また、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透明導電膜を用いてもよい。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、カーボン等からなる層、又は、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。
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。
陽極の厚さは、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、更に好ましくは50nm〜500nmである。
陰極の材料としては、仕事関数の小さい材料が好ましく、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、該金属のうち2種以上を含む合金、該金属のうち1種以上と、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種以上とを含む合金、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。
陰極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、金属薄膜を熱圧着するラミネート法等が用いられる。
陰極の厚さは、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、更に好ましくは50nm〜500nmである。
また、陰極と発光層又は陰極と電子輸送層との間に、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、発光素子を保護する保護層を装着していてもよい。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。
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、該保護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容易に防ぐことができる。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、更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タメージを与えるのを抑制することが容易となる。
本発明に係る高分子化合物又は本発明に係る高分子組成物を含有する発光素子は、曲面状光源、平面状光源等の面状光源(例えば、照明等);セグメント表示装置、ドットマトリックス表示装置(例えば、ドットマトリックスのフラットディスプレイ等)、液晶表示装置(例えば、液晶表示装置、液晶ディスプレイのバックライト等)等の表示装置等に有用である。また、本発明に係る高分子化合物は、これらの作製に用いられる材料として好適である以外にも、レーザー用色素、有機太陽電池用材料、有機トランジスタ用の有機半導体、導電性薄膜、有機半導体薄膜等の伝導性薄膜用材料、蛍光を発する発光性薄膜材料、高分子電界効果トランジスタの材料等としても有用である。
本発明に係る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、陽極若しくは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表示装置が得られる。更に、ドットマトリックス表示装置とするためには、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表示装置は、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。これらの表示装置は、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に用いることができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
高分子化合物のポリスチレン換算の数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(島津製作所製、商品名:LC−10Avp)を用いて、以下の測定条件により求めた。
[測定条件]
測定する高分子化合物を、約0.05重量%の濃度になるようにテトラヒドロフラン(THF)に溶解させ、GPCに10μL注入した。GPCの移動相としてテトラヒドロフランを用い、2.0ml/分の流速で流した。カラムとして、PLgel MIXED−B(ポリマーラボラトリーズ製)を用いた。検出器には示差屈折率検出器(島津製作所製、商品名:RID−10A)を用いた。
<実施例1>
{化合物2の合成}
Figure 2011195828
1Lの4つ口ナスフラスコに、4−ブロモフタル酸無水物23.2g(100.2mmol)を入れ、THF(430ml)に溶解させた後、フラスコ内の気体を窒素で置換した。フラスコ内を−66℃まで冷却した後、リチウムトリ(tert−ブトキシ)アルミニウムヒドリド溶液(100.2ml、100.2mmol、1.0MのTHF溶液)を滴下した。反応溶液を−65℃以下で2時間攪拌後、水(100ml)及び希塩酸(400ml)を加えた。反応溶液を分液し、水層を酢酸エチル(400ml)で2回抽出した後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、ろ過し、濃縮することで、白色固体として化合物1を23.5g得た。
300mlのナスフラスコに化合物1を23.5g入れ、メタノール(232ml)に溶解させた後、フラスコ内の気体を窒素で置換した。得られた溶液を80℃で6時間加熱した。その後、放冷して得られた溶液を、濃縮し、酢酸エチル(100ml)及び水(100ml)を加えて分液した。更に、水層を酢酸エチル(100ml)で抽出した。次いで、有機層を飽和食塩水(100ml)で洗浄した後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、ろ過し、濃縮することで、淡黄色オイルとして化合物2を20.3g得た。
{化合物3の合成}
Figure 2011195828
1Lの4つ口ナスフラスコに、化合物2(16.2g)を入れ、THF(267ml)に溶解させた後、フラスコ内の気体を窒素で置換した。得られた溶液を0℃まで冷却した後、フェニルマグネシウムブロミド(110.0ml、1.0MのTHF溶液)を滴下し、この温度で3時間後、希塩酸(200ml)を滴下した。反応溶液を分液し、水層を酢酸エチル(300ml)で2回抽出した後、有機層を水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、ろ過し、濃縮することで、化合物3を22.1g得た。
{化合物5の合成}
Figure 2011195828
アルゴン雰囲気下、1L3つ口フラスコに、5−ブロモアセナチレン(10g)、化合物4a(17.2g)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(2.1g)、及び、トルエン550mlを加え、撹拌し、10分間アルゴンでバブリングを行った。そこに、2M水酸化カリウム水溶液140ml、及び、テトラブチルアンモニウムブロミド(0.6mg)を加え、100℃で90分加熱し、攪拌した。反応溶液を室温に戻し、反応を停止した。得られた溶液から水層を除去した後、水150mlで3回洗浄し、飽和食塩水により脱水した。そこに、硫酸ナトリウムを加えて乾燥させた後、ろ過した。ろ過後に得られた溶液を減圧濃縮した後、ヘキサン/クロロホルムを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することで、橙色粉末の化合物4(13.5g)を得た。
Figure 2011195828
化合物3(3.3g)、化合物4(5.0g)及びキシレン30mlを仕込み、150℃のオイルバスにて2時間加熱した。その後、反応溶液に、110℃にてp−TsOH 0.54gを添加し、その温度で2時間、加熱して撹拌した。次いで、室温まで冷却した後、トルエン及び水を添加して攪拌し、分液して抽出し、有機層を得た。この有機層を5重量%塩化ナトリウム水溶液及び水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濃縮し乾固した。得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/クロロホルム)にて分離精製し、化合物5(化合物5aと化合物5bとの混合物)1.8g(黄橙色結晶)を得た。
LC−MS(APCI、positive): [M+H]+ 823
{化合物6の合成}
Figure 2011195828
化合物5(3.2g)を100mlガラス容器に仕込んだ後に、該容器内をアルゴン置換し、THF18mlを滴下した。その後、ドライアイス−アセトンバスにて−70℃以下に冷却し、2.76Mのn−ブチルリチウム/ヘキサン溶液 1.39mlを約10分かけて滴下した。そのまま攪拌を30分間継続した後に、2,7−ジブロモフルオレノン1.23gとTHF18mlとの混合物を30分かけて滴下した。滴下に伴い、反応溶液は暗赤褐色から赤色に変化し、反応1時間後には赤橙色透明液となった。その後、反応溶液に、水を滴下してから、トルエンで抽出した。得られた有機層を、水にて2回洗浄後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥させ、ろ過後に得られた溶液を濃縮し乾固した。得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/トルエン)にて分離精製し、化合物6(化合物6aと化合物6bとの混合物)3.0g(黄橙色粉末)を得た。
LC−MS(API−ES(ESI−KCl)、positive): [M+K]+ 1121
{化合物7の合成}
Figure 2011195828
化合物6(2.8g)を200mlガラス容器に仕込んだ後に、該容器内をアルゴン置換し、シクロヘキサン54mlを滴下した。その後、室温にて、反応溶液に、トリエチルシラン1.25mlを約10分で滴下し、そこへ、トリフルオロ酢酸3.9mlを約30分かけて滴下した。2時間後、そこに、水を滴下してから、クロロホルム300mlとトルエン300mlとを用いて抽出した。得られた有機層を5重量%リン酸水素2カリウム塩水溶液及び水にて洗浄した後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥させ、ろ過後に得られた溶液を濃縮し乾固することにより、化合物7(化合物7aと化合物7bとの混合物)2.8g(淡褐色固体)を得た。
LC−MS(APCI、negative): [M−H]- 1065
{化合物8の合成}
Figure 2011195828
化合物7(1.40g)、及び、炭酸カリウム 0.91gを50mlガラス容器に仕込んだ後に、該容器内をアルゴン置換し、n−オクチルブロミド1.01g、ジメチルスルホキシド(DMSO)21ml及びトルエン9.6mlを滴下した。その後、前記容器を115℃付近まで加温した。昇温前は濃青色の反応溶液であったが、加温30分後には青みが消失して淡褐色の反応溶液となった。さらに、115〜120℃で1時間加熱し撹拌した後、室温付近まで冷却した。その後、反応溶液に水を滴下してトルエンで抽出し、5重量%塩化ナトリウム水溶液及び水にて洗浄した後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥させ、ろ過後に得られた溶液を濃縮し乾固した。得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて分離精製し、化合物8(化合物8aと化合物8bとの混合物)1.2g(黄色固体)を得た。H−NMRによれば、該混合物中の化合物8aと化合物8bとの存在比(モル比)は、およそ50:50であった。
LC−MS(API−ES(ESI−KCl)、positive): [M+K]+ 1217
<実施例2>
{化合物11の合成}
Figure 2011195828
アルゴン雰囲気下、500mlの4つ口フラスコに、5−ブロモアセナチレン(18g)、2−ナフタレンボロン酸(14.7g)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(2.6g)、トルエン260ml、及び、エタノール70mlを加え、撹拌し、10分間アルゴンでバブリングを行った。そこに、25重量%炭酸ナトリウム水溶液82.6gを加え、100℃で120分加熱し、攪拌した。反応溶液を室温に戻し、反応を停止した。得られた溶液から水層を除去した後、蒸留水(150ml)で3回洗浄し、飽和食塩水により脱水した。そこに、硫酸マグネシウム、活性炭2gを加えた後、ろ過した。ろ過後に得られた溶液を減圧濃縮した後、ヘキサン/酢酸エチルを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することで橙色粉末の化合物10(21.8g)を得た。
Figure 2011195828
化合物9(2.2g)と、化合物10(1.0g)と、キシレン10mlとを仕込み、150℃のオイルバスにて2時間加熱した。その後、110℃にて、そこに、p−TsOH 0.11gを添加し、その温度で2時間加熱撹拌した。その後、室温まで冷却し、トルエン及び水を添加して攪拌し、次いで、分液して抽出することにより、有機層を得た。この有機層を5重量%炭酸水素ナトリウム水溶液及び水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥させ、濃縮し乾固した。得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/クロロホルム)にて分離精製し、化合物11(化合物11aと化合物11bとの混合物)1.6g(黄赤色油状物)を得た。
LC−MS(APCI、positive): [M+H]+ 946
{化合物12の合成}
Figure 2011195828
化合物11(4.05g)を100mlガラス容器に仕込んだ後に、該容器内をアルゴン置換し、THF23mlを滴下した。その後、反応溶液をドライアイス−アセトンバスにて−70℃以下に冷却し、2.76Mのn−ブチルリチウム/ヘキサン溶液 1.6mlを約10分かけて滴下した。そのまま攪拌を10分間継続した後に、そこに、2,7−ジブロモフルオレノン1.45gとTHF18mlとの混合物を10分かけて滴下した。更に10分間撹拌した後、0℃まで昇温し、水を滴下してトルエンで抽出した。得られた有機層を、水にて2回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥させ、ろ過後に得られた溶液を濃縮し乾固した。得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/トルエン)にて分離精製し、化合物12(化合物12aと化合物12bとの混合物)3.6g(黄色油状物)を得た。
LC−MS(APCI、positive): [M−OH]+ 1187
{化合物13の合成}
Figure 2011195828
化合物12(5.6g)を200mlガラス容器に仕込んだ後に、該容器内をアルゴン置換し、シクロヘキサン100mlを滴下した。その後、反応溶液を5〜10℃に冷却し、トリエチルシラン2.3mlを約2分で滴下し、そこへトリフルオロ酢酸 10.7mlを約10分かけて滴下した。2時間撹拌した後、そこに、水を滴下してヘキサンで抽出した。得られた有機層を5重量%リン酸水素2カリウム塩水溶液及び水にて洗浄した後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥させ、ろ過後に得られた溶液を濃縮し乾固して、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/クロロホルム)にて分離精製し、化合物13(化合物13aと化合物13bとの混合物)4.7g(黄色油状物)を得た。
{化合物14の合成}
Figure 2011195828
化合物13(0.22g)、及び、炭酸カリウム0.13gを50mlガラス容器に仕込んだ後に該容器内をアルゴン置換し、n−オクチルブロミド0.14g、DMSO 3ml及びトルエン1.5mlを滴下した。その後、反応溶液を115℃付近まで加温した。昇温前は濃青色の反応溶液であったが、加温30分後には青みが消失して淡褐色の反応溶液となった。反応溶液を115〜120℃で1時間加熱し撹拌した後、室温付近まで冷却した。その後、そこに、水を滴下してトルエンで抽出し、5重量%炭酸水素ナトリウム水溶液及び水にて洗浄した後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥させ、ろ過後に得られた溶液を濃縮し乾固した。得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/クロロホルム)にて分離精製し、化合物14(化合物14aと化合物14bとの混合物)0.16g(黄色固体)を得た。H−NMRによれば、該混合物中の化合物14aと化合物14bとの存在比(モル比)は、およそ50:50であった。
LC−MS(APCI、positive): [M]+ 1302
<実施例3>
{高分子化合物Aの合成}
アルゴン雰囲気下、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.163g、0.20mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.360g、0.56mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.064g、1.44mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.031g、1.60mmol)と、化合物8(0.236g、0.20mmol)と、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.4mg)と、トルエン(50ml)とを混合し、105℃に加熱した。得られた溶液に20重量%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液(6.6ml)を滴下し、2時間40分還流させた。反応後、そこに、フェニルホウ酸(24.4mg)及びトルエン(5ml)を加え、更に18.5時間還流させた。次いで、そこに、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2時間撹拌した。冷却後、有機層を、水(26ml)で2回、3重量%酢酸水溶液(26ml)で2回、水(26ml)で2回洗浄し、得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下、ろ取することで沈殿物を得た。該沈殿物をトルエン(80ml)に溶解させ、アルミナカラム、シリカゲルカラムを順番に通すことにより精製した。得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下し、撹拌した後、得られた沈殿物をろ取し、乾燥させることにより、下記式(K−1)(2種の構成単位の存在比(モル比)は、およそ50:50)で表される構成単位と、下記式(K−2)で表される構成単位と、下記式(K−3)で表される構成単位と、下記式(K−4)で表される構成単位とを、5:14:5:76のモル比で有する重合体(以下、「高分子化合物A」と言う。)を1.47g得た。
高分子化合物Aのポリスチレン換算数平均分子量は8.5×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は2.39×105であった。
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
<実施例4>
{高分子化合物Bの合成}
アルゴン雰囲気下、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.163g、0.20mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.360g、0.56mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.104g、1.44mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.031g、1.60mmol)と、化合物14(0.260g、0.20mmol)と、酢酸パラジウム(0.67mg)と、トリス(o−メトキシフェニル)ホスフィン(4.23mg)と、1−ヘキセン(10.1mg、0.12mmol)と、トルエン(50ml)とを混合し、105℃に加熱した。得られた溶液に20重量%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液(6.6ml)を滴下し、2時間40分還流させた。反応後、そこに、フェニルホウ酸(24.4mg)及びトルエン(5ml)を加え、更に18.5時間還流させた。次いで、そこに、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2時間撹拌した。冷却後、有機層を、水(26ml)で2回、3重量%酢酸水溶液(26ml)で2回、水(26ml)で2回洗浄し、得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下、ろ取することで沈殿物を得た。この沈殿物をトルエン(80ml)に溶解させ、アルミナカラム、シリカゲルカラムを順番に通すことにより精製した。得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下し、撹拌した後、得られた沈殿物をろ取し、乾燥させることにより、下記式(K−5)(2種の構成単位の存在比(モル比)は、およそ50:50)で表される構成単位と、前記式(K−2)で表される構成単位と、前記式(K−3)で表される構成単位と、下記式(K−6)で表される構成単位と、下記式(K−7)で表される構成単位とを、5:14:5:36:40のモル比で有する重合体(以下、「高分子化合物B」と言う。)を1.37g得た。
高分子化合物Bのポリスチレン換算数平均分子量は1.02×105であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は3.02×105であった。
Figure 2011195828
Figure 2011195828
Figure 2011195828
<実施例5>
{高分子化合物Cの合成}
アルゴン雰囲気下、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.360g、0.56mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.104g、1.44mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.031g、1.60mmol)と、化合物14(0.521g、0.40mmol)と、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.4mg)と、トルエン(50ml)とを混合し、105℃に加熱した。得られた溶液に20重量%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液(6.6ml)を滴下し、2時間40分還流させた。反応後、そこに、フェニルホウ酸(24.4mg)及びトルエン(5ml)を加え、更に18.5時間還流させた。次いで、そこに、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2時間撹拌した。冷却後、有機層を、水(26ml)で2回、3重量%酢酸水溶液(26ml)で2回、水(26ml)で2回洗浄し、得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下、ろ取することで沈殿物を得た。該沈殿物をトルエン(80ml)に溶解させ、アルミナカラム、シリカゲルカラムを順番に通すことにより精製した。得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下し、撹拌した後、得られた沈殿物をろ取し、乾燥させることにより、前記式(K−5)(2種の構成単位の存在比(モル比)は、およそ50:50)で表される構成単位と、前記式(K−2)で表される構成単位と、前記式(K−6)で表される構成単位と、前記式(K−7)で表される構成単位を10:14:36:40のモル比で有する重合体(以下、「高分子化合物C」と言う。)を1.32g得た。
高分子化合物Cのポリスチレン換算数平均分子量は7.8×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は2.55×105であった。
<合成例1>
{高分子化合物Eの合成}
不活性雰囲気下、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(3.863g、7.283mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(3.177g、6.919mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(156.3mg、0.364mmol)と、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(4.9mg)と、第四級アンモニウムクロライドの0.74Mトルエン溶液(Aldrich社製、商品名:Aliquat336、3.1ml)と、トルエン(50ml)とを混合し、105℃に加熱した。得られた溶液に炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、14ml)を滴下し、16.5時間還流させた。反応後、そこに、フェニルホウ酸(0.5g)及びトルエン(140ml)を加え、更に18.5時間還流させた。次いで、そこに、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.75g及び水50mlを添加した。反応物を油浴(85℃)中、16時間撹拌した。反応溶液から、水層を除去し、得られた有機層を水(100ml)で3回洗浄し、次いでシリカゲル及び塩基性アルミナのカラムに通した。次いで、得られた溶液をメタノールに沈殿させ、得られた固体を、再度、トルエンに溶解させた後にメタノールに沈殿させ、得られた高分子化合物を60℃で真空乾燥させ、下記式(K−9)で表される構成単位と、下記式(K−10)で表される構成単位と、前記式(K−2)で表される構成単位とを、47.5:2.5:50のモル比で有する重合体(以下、「高分子化合物E」と言う。)を4.2g得た。
高分子化合物Eのポリスチレン換算数平均分子量は4.4×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は1.24×105であった。
Figure 2011195828
Figure 2011195828
<実施例6>
{有機EL素子Aの作製・評価}
スパッタ法により45nmの厚さでITO膜を付けたガラス基板に、ポリチオフェンスルホン酸のエチレングリコールモノブチルエーテル/水(3/2(体積比))溶液(シグマアルドリッチ社、商品名:Plexcore OC 1200)を用いてスピンコートにより50nmの厚さで成膜し、ホットプレート上、170℃で15分間乾燥させた。
次に、高分子化合物Eを0.7重量%のキシレン溶液の状態でスピンコートして、約20nmの厚さに成膜した。その後、ホットプレート上で180℃、60分間加熱し、膜Aを得た。
その後、高分子化合物Aをキシレン溶媒中に1.3重量%の濃度で溶解させ、さらに膜A上にスピンコートにより2000rpmの回転速度で成膜し、膜Bを得た。膜Bの厚さは約60nmであった。膜Bを窒素ガス雰囲気下130℃で10分間乾燥させた後、陰極としてフッ化ナトリウムを約3nm、次いでアルミニウムを約80nm真空蒸着して、有機EL素子Aを作製した。なお、真空蒸着の際は、真空度が、1×10-4Pa以下に到達した後に金属の蒸着を開始した。
有機EL素子Aに電圧を印加したところ、この素子から高分子化合物Aに由来する470nmにピークを有するEL発光が得られた。有機EL素子Aは2.9Vから発光が開始し、5.2Vで1000cd/m2の発光を示し、最大発光効率は6.9cd/Aであった。
<実施例7>
{有機EL素子Bの作製・評価}
実施例6において、高分子化合物Aをキシレン溶媒中に1.3重量%の濃度で溶解させる代わりに、高分子化合物Bをキシレン溶媒中に1.2重量%の濃度で溶解させ、かつ、スピンコートの回転速度を2000rpmから1600rpmに代えた以外は、実施例6と同様にして、有機EL素子Bを作製した。有機EL素子Bに電圧を印加したところ、高分子化合物Bに由来する475nmにピークを有するEL発光が得られた。有機EL素子Bは2.7Vから発光が開始し、4.4Vで1000cd/m2の発光を示し、最大発光効率は7.6cd/Aであった。
<実施例8>
{有機EL素子Cの作製・評価}
実施例6において、高分子化合物Aをキシレン溶媒中に1.3重量%の濃度で溶解させる代わりに、高分子化合物Cをキシレン溶媒中に1.2重量%の濃度で溶解させ、かつ、スピンコートの回転速度を2000rpmから1500rpmに代えた以外は、実施例6と同様にして、有機EL素子Cを作製した。有機EL素子Cに電圧を印加したところ、高分子化合物Cに由来する480nmにピークを有するEL発光が得られた。有機EL素子Cは2.8Vから発光が開始し、4.6Vで1000cd/m2の発光を示し、最大発光効率は7.0cd/Aであった。
<比較例1>
{高分子化合物Dの合成}
アルゴン雰囲気下、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.193g、2.25mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.987g、1.80mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.390g、0.450mmol)と、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド(Aldrich社製、商品名:Aliquat336)(0.29g、0.72mmol)とをアルゴンガス雰囲気下、トルエン(17.5ml)に溶解させた。溶液中へアルゴンガスをバブリングした後、80℃まで昇温し、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム(1.6mg、2.3μmol)のトルエン懸濁液(5ml)を仕込み、更に20重量%テトラエチルアンモニウム水酸化物水溶液(7.3ml、10.4mmol)を加え、還流下で7時間反応させた。冷却した後に、そこに、フェニルホウ酸 (0.27g、2.25mmol)をトルエン3mlに懸濁させた溶液を加え、還流下で2時間反応させた。反応溶液にトルエン(22ml)を加え希釈した後に、水層を除去し、9重量%N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム水溶液(14ml)を加え、90℃で2時間攪拌した。次いで、得られた有機層をイオン交換水(30ml)で2回、3重量%酢酸水溶液(30ml)で2回、イオン交換水(30ml)で2回順次洗浄した後、メタノール(350ml)へ滴下し、30分攪拌したところ、析出物が得られた。この析出物を吸引ろ過でろ取し、メタノールで洗浄した後、ろ取し、減圧して乾燥させることで沈殿物を得た。この沈殿物をアルミナカラム、シリカゲルカラムを順番に通すことにより精製した。得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下し、撹拌した後、得られた沈殿物をろ取し、乾燥させることにより、下記式(K−8)で表される構成単位と、前記式(K−2)で表される構成単位を10:90のモル比で有する重合体(以下、「高分子化合物D」と言う。)を1.65g得た。
高分子化合物Dのポリスチレン換算の数平均分子量は2.8×104であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は6.1×104であった。
Figure 2011195828
{有機EL素子Dの作製・評価}
実施例6において、高分子化合物Aをキシレン溶媒中に1.3重量%の濃度で溶解させる代わりに、高分子化合物Dをキシレン溶媒中に1.5重量%の濃度で溶解させ、かつ、スピンコートの回転速度を2000rpmから1400rpmに代えた以外は、実施例6と同様にして、有機EL素子Dを作製した。有機EL素子Dに電圧を印加したところ、高分子化合物Dに由来する450nmにピークを有するEL発光が得られた。有機EL素子Dは3.3Vから発光が開始し、5.3Vで1000cd/m2の発光を示し、最大発光効率は2.0cd/Aであった。
<比較例2>
{高分子化合物Fの合成}
アルゴン雰囲気下、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(1.193g、2.25mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.987g、1.80mmol)と、下記式:
Figure 2011195828
で表される化合物(0.340g、0.450mmol)と、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド(Aldrich社製、商品名:Aliquat336)(0.29g、0.72mmol)とを、トルエン(17.5ml)に溶解させた。溶液中へアルゴンガスをバブリングした後、80℃まで昇温し、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム(1.6mg、2.3μmol)のトルエン懸濁液(5ml)を滴下し、更に20重量%テトラエチルアンモニウム水酸化物水溶液(7.3ml、10.4mmol)を加え、還流下で7時間反応させた。反応溶液を冷却した後に、そこに、フェニルホウ酸(0.27g、2.25mmol)をトルエン3mlに懸濁させた溶液を加え、還流下で2時間反応させた。反応溶液にトルエン(22ml)を加え希釈した後に、水層を除去し、9重量%N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム水溶液(14ml)を加え、90℃で2時間攪拌した。次いで、得られた有機層をイオン交換水(30ml)で2回、3重量%酢酸水溶液(30ml)で2回、イオン交換水(30ml)で2回順次洗浄した後、メタノール(350ml)へ滴下し、30分攪拌したところ、析出物が得られた。この析出物を吸引ろ過でろ取し、メタノールで洗浄した後、ろ取し、減圧して乾燥させることで沈殿物を得た。この沈殿物を、アルミナカラム、シリカゲルカラムを順番に通すことにより精製した。得られた溶液をメタノール(400ml)に滴下し、撹拌した後、得られた沈殿物をろ取し、乾燥させることにより、下記式(K−11)で表される構成単位と、前記式(K−2)で表される構成単位を10:90のモル比で有する重合体(以下、「高分子化合物F」と言う。)を1.6g得た。
高分子化合物Fのポリスチレン換算の数平均分子量は1.7×104であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は3.2×104であった。
Figure 2011195828
{有機EL素子Fの作製・評価}
実施例6において、高分子化合物Aをキシレン溶媒中に1.3重量%の濃度で溶解させる代わりに、高分子化合物Fをキシレン溶媒中に2.1重量%の濃度で溶解させ、かつ、スピンコートの回転速度を2000rpmから3810rpmに代えた以外は、実施例6と同様にして、有機EL素子Fを作製した。有機EL素子Fに電圧を印加したところ、高分子化合物Fに由来する495nmにピークを有するEL発光が得られた。有機EL素子Fは2.9Vから発光が開始し、4.3Vで1000cd/m2の発光を示し、最大発光効率は4.5cd/Aであった。

Claims (20)

  1. 下記一般式(1)で表される構成単位を含む高分子化合物。
    Figure 2011195828
    [一般式(1)中、Ar1は、非置換若しくは置換の芳香族炭化水素基、又は、非置換若しくは置換の芳香族複素環基を示す。Eは、下記一般式(2):
    Figure 2011195828
    (一般式(2)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、R7とR9、R9とR10、R1とR8、及び、R10とR8は、互いに結合して、環を形成してもよい。)
    で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基を示す。aaは、1以上の整数である。]
  2. Eが、下記一般式(3)で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基である、請求項1に記載の高分子化合物。
    Figure 2011195828
    [一般式(3)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、及び、R1とR8は、互いに結合して、環を形成してもよい。R11、R12、R13及びR14はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは、前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。]
  3. 前記一般式(1)で表される構成単位が、下記一般式(4)で表される構成単位である、請求項1又は2に記載の高分子化合物。
    Figure 2011195828
    [一般式(4)中、R15は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、又は、Eで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。R16、R17、R18、R19、R20及びR21はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R17とR18、及び、R19とR20は、互いに結合して、環を形成してもよい。Eは、前記と同じ意味を有する。]
  4. 前記一般式(1)で表される第1構成単位と、下記一般式(5)で表される第2構成単位とを含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の高分子化合物。
    Figure 2011195828
    [一般式(5)中、R22及びR23はそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。]
  5. 前記一般式(1)で表される第1構成単位と、
    前記一般式(5)で表される第2構成単位と、
    下記一般式(6)で表される第3構成単位及び下記一般式(7)で表される第4構成単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構成単位
    とを含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の高分子化合物。
    Figure 2011195828
    [一般式(6)中、Ar2は、アリーレン基、2価の芳香族複素環基、又は、アリーレン基及び2価の芳香族複素環基からなる群より選ばれる同一又は異なる基が2以上連結した2価の基を示す。Ar2は、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、−O−RAで表される基、−S−RAで表される基、−C(=O)−RAで表される基、−C(=O)−O−RAで表される基、−N(RA2で表される基、シアノ基、及び、フッ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1個の置換基を有していてもよい。RAは前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。]
    Figure 2011195828
    [一般式(7)中、Ar3、Ar4、Ar5及びAr6はそれぞれ独立に、非置換若しくは置換のアリーレン基、非置換若しくは置換の2価の芳香族複素環基、又は、アリーレン基及び2価の芳香族複素環基からなる群より選ばれる同一又は異なる基が2以上連結した2価の基を表す。Ar3とAr4、Ar3とAr6、及び、Ar4とAr5は、それぞれ、単結合して、又は、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−N(RA)−、−C(=O)−N(RA)−若しくは−C(RA2−で表される基を介して結合して、環を形成してもよい。RAは前記と同じ意味を表す。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R24、R25及びR26はそれぞれに独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基、又は、アリールアルキル基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。aは0〜3の整数を示し、bは0又は1を示す。]
  6. 前記一般式(1)で表される第1構成単位と、前記一般式(5)で表される第2構成単位と、前記一般式(7)で表される第4構成単位とを含む請求項4又は5に記載の高分子化合物。
  7. 前記Eが、前記一般式(2)において、R9又はR10で表される基又は原子から水素原子を1個取り除いてなる基である、請求項1、3〜6のいずれか一項に記載の高分子化合物。
  8. 前記Eが、前記一般式(2)又は(3)において、R3又はR4で表される基又は原子から水素原子を1個取り除いてなる基である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の高分子化合物。
  9. 前記Eが、前記一般式(3)において、R12又はR13で表される基又は原子から水素原子を1個取り除いてなる基である、請求項2〜6のいずれか一項に記載の高分子化合物。
  10. 共役系高分子化合物である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の高分子化合物。
  11. 前記第1構成単位の含有量が、前記第1構成単位、前記第2構成単位、前記第3構成単位及び前記第4構成単位の総含有量に対して、0.1〜50モル%である、請求項4〜10のいずれか一項に記載の高分子化合物。
  12. 前記第1構成単位、前記第2構成単位、前記第3構成単位及び前記第4構成単位の総含有量が、前記高分子化合物の総量に対して、80〜100重量%である、請求項4〜11のいずれか一項に記載の高分子化合物。
  13. 下記一般式(1M)で表される化合物。
    Figure 2011195828
    [一般式(1M)中、Ar1は、非置換若しくは置換の芳香族炭化水素基、又は、非置換若しくは置換の芳香族複素環基を示す。Eは、下記一般式(2):
    Figure 2011195828
    (一般式(2)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、R7とR9、R9とR10、R1とR8、及び、R10とR8は、互いに結合して、環を形成してもよい。)
    で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基を示す。Z1及びZ2はそれぞれ独立に、置換基A群及び置換基B群からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。aaは、1以上の整数である。]
    <置換基A群>
    塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、−O−S(=O)227(R27は、アルキル基、又は、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基、フッ素原子若しくはシアノ基で置換されていてもよいアリール基を示す。)で表される基。
    <置換基B群>
    −B(OR282(R28は、水素原子又はアルキル基を示す。2個存在するR28は、同一であっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。)で表される基、−BF4 1(Q1は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム又はセシウムの1価の陽イオンを示す。)で表される基、−MgY1(Y1は、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で表される基、−ZnY2(Y2は、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で表される基、−Sn(R293(R29は、水素原子又はアルキル基を示す。3個存在するR29は、同一であっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。)で表される基。
  14. 請求項4〜12のいずれか一項に記載の高分子化合物の製造方法であって、下記一般式(1M)で表される化合物と、下記一般式(5M)で示される化合物とを重合する工程を含む、高分子化合物の製造方法。
    Figure 2011195828
    [一般式(1M)中、Ar1は、非置換若しくは置換の芳香族炭化水素基、又は、非置換若しくは置換の芳香族複素環基を示す。Eは、下記一般式(2):
    Figure 2011195828
    (一般式(2)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の芳香族複素環基、又は、−O−RAで表される基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAは、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。RAが複数存在する場合、それらは、同一であっても異なっていてもよい。R1とR2、R2とR3、R3とR4、R4とR5、R5とR6、R6とR7、R7とR9、R9とR10、R1とR8、及び、R10とR8は、互いに結合して、環を形成してもよい。)
    で表される化合物における水素原子を1個取り除いてなる基を示す。Z1及びZ2はそれぞれ独立に、置換基A群及び置換基B群からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。aaは、1以上の整数である。]
    <置換基A群>
    塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、−O−S(=O)227(R27は、アルキル基、又は、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基、フッ素原子若しくはシアノ基で置換されていてもよいアリール基を示す。)で表される基。
    <置換基B群>
    −B(OR282(R28は、水素原子又はアルキル基を示す。2個存在するR28は、同一であっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。)で表される基、−BF41(Q1は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム又はセシウムの1価の陽イオンを示す。)で表される基、−MgY1(Y1は、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で表される基、−ZnY2(Y2は、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で表される基、−Sn(R293(R29は、水素原子又はアルキル基を示す。3個存在するR29は、同一であっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。)で表される基。
    Figure 2011195828
    [一般式(5M)中、R22及びR23はそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、1価の芳香族複素環基を示し、これらの基は置換基を有していてもよい。Z3及びZ4はそれぞれ独立に、前記置換基A群及び前記置換基B群からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。]
  15. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の高分子化合物と、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一種の材料とを含有する、高分子組成物。
  16. 請求項1〜12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溶液。
  17. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の高分子化合物、又は、請求項15に記載の高分子組成物を含有する有機薄膜。
  18. 請求項17に記載の有機薄膜を備える発光素子。
  19. 請求項18に記載の発光素子を備える面状光源。
  20. 請求項18に記載の発光素子を備える表示装置。
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