JP2020129652A - 重合体、重合体組成物及び発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子における発光層を簡易な液相プロセスによって形成できるとともに、発光層を液相プロセスにより形成した場合に長い発光寿命を示す重合体を提供すること。【解決手段】電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを有する熱活性化遅延蛍光性重合体とする。また、当該熱活性化遅延蛍光性重合体を用いて形成された発光層を備える発光素子とする。【選択図】なし

Description

本発明は、重合体、重合体組成物及び発光素子に関する。
発光素子の発光効率を向上させるための技術として、熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)を発光機構として利用することが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。特許文献1には、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層を、マトリック化合物と低分子型のTADF化合物との混合物により形成することが開示されている。また、特許文献2には、正孔を輸送することができる機能を有する第1の高分子鎖と、電子を輸送することができる機能を有する第2の高分子鎖と、第1の高分子鎖と第2の高分子鎖とを結合する第3の高分子鎖とを有する高分子材料を用いて発光層を形成することが開示されている。特許文献2には、三重項励起子を一重項励起子に変換し、一重項励起子を有する化合物から発光させるか、あるいは一重項励起子のエネルギー移動によって蛍光性化合物から発光させる旨が記載されている。
特表2016−522579号公報 特開2016−219807号公報
高分子型のTADF材料によれば、適当な溶媒に溶解させることによって液相プロセスによる成膜が可能となり、発光素子の製造コストの低減や大画面化を図ることが期待できる。また、発光層と併せて、発光層に隣接する層(例えば、電荷輸送層や電荷注入層)についても液相プロセスにより成膜することにより、発光素子の製造コストの低減効果をより高めることが可能となる。しかしながら、液相プロセスによる成膜を適用する場合、層同士のインターミキシングが起こりやすく、発光効率の低下や発光寿命の低下を招きやすくなることが懸念される。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、発光素子における発光層を簡易な液相プロセスによって形成できるとともに、発光層を液相プロセスにより形成した場合に長い発光寿命を示す重合体を提供することを一つの目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するべく鋭意検討し、特定構造を有する重合体によれば上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される。
<1>電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを有する、有機エレクトロルミネッセンス発光性重合体。
<2>電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを有する、熱活性化遅延蛍光性重合体。
<3>電子ドナー構造と、電子アクセプター構造と、架橋性基とを有する、重合体。
<4>重合体成分と溶剤とを含有する重合体組成物であって、同一の重合体又は異なる重合体中に、電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを含む、重合体組成物。
<5>上記<1>〜<3>のいずれかの重合体又は<4>の重合体組成物を用いて形成された発光層を備える、発光素子。
本発明によれば、簡易な液相プロセスによって、高い発光効率及び長い発光寿命を有する発光層を備える発光素子を製造することができる。
発光素子の概略構成を示す図。
以下、本開示の態様に関連する事項について詳細に説明する。なお、本明細書において、「〜」を用いて記載された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。
≪有機エレクトロルミネッセンス発光性重合体≫
本開示の重合体は、電子ドナー構造と電子アクセプター構造と架橋性基とを有する重合体(以下、「重合体(P)」ともいう。)であり、電子とホールとの再結合による励起子により発光する重合体である。より具体的には、重合体(P)は、熱活性化遅延蛍光性重合体であり、電子とホールとの再結合によるエネルギーによって三重項励起子が発生し、更に熱による一重項励起子への変換を経由した発光、いわゆる熱活性化遅延蛍光(TADF)を放出する。
重合体(P)は、電子ドナー構造と電子アクセプター構造とが空間的に会合(エキサイプレックス)しやすく光の取り出し効率を高くできる点や、電子ドナー構造と電子アクセプター構造との間の強いカップリングによるレッドシフトを回避できる点、及び発光の量子効率を高めることができる点に加え、さらに電子ドナー構造、電子アクセプター構造及び架橋性基を重合体に導入しやすい点で、電子ドナー構造、電子アクセプター構造及び架橋性基を側鎖に有し、かつ主鎖が非共役系である非共役系ポリマーであることが好ましい。このうち、重合体(P)は、炭素−炭素不飽和結合を有する単量体に由来する主骨格を有していることが特に好ましく、その具体例としては、オレフィン系重合体、(メタ)アクリル系重合体、スチレン系重合体、ビニルエーテル系重合体等が挙げられる。発光効率を高くする観点において、重合体(P)は、下記式(1)で表される部分構造を有する単量体に由来する主骨格を有していることが特に好ましい。
CH=C(R)−A−* …(1)
(式(1)中、Rは水素原子又はメチル基であり、Aは2価の芳香環基である。「*」は結合手であることを示す。)
上記式(1)において、Aの2価の芳香環基は、芳香環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基である。上記芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族炭化水素環;ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、キノリン環、イソキノリン環等の芳香族複素環等が挙げられる。また、上記芳香環は、メチル基、エチル基、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。これらのうち、Aは、ベンゼン環又はピリジン環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基であることが好ましい。なお、Aは、電子ドナー構造又は電子アクセプター構造の一部を構成していてもよい。
重合体(P)が、上記式(1)で表される部分構造を有する単量体に由来する主骨格を有する場合、重合体(P)を構成する全構造単位のうち、上記式(1)で表される部分構造を有する単量体に由来する構造単位の含有割合は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは60モル%以上であり、更に好ましくは70モル%以上であり、特に好ましくは85モル%以上である。
電子ドナー構造と電子アクセプター構造との会合(エキサイプレックス)による発光効率を高くする点、及び分子設計しやすさの点で、重合体(P)において、電子ドナー構造、電子アクセプター構造及び架橋性基は、それぞれ異なる構造単位中に含まれていることが好ましい。すなわち、重合体(P)は、電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを有する重合体であることが好ましい。構造単位(a)〜(c)は、炭素−炭素不飽和結合を有する単量体に由来する構造単位であることが好ましく、構造単位(a)及び構造単位(b)が、上記式(1)で表される部分構造を有する単量体に由来する構造単位であることが特に好ましい。以下、各構造単位について説明する。
・構造単位(a)
構造単位(a)が有する電子ドナー構造としては、構造単位(b)が有する電子アクセプター構造とエキサイプレックスを形成することにより室温(20℃)で発光する構造を適用することができる。電子ドナー構造としては、ラジカルカチオン状態の安定性が高い点で、電子供与性基を有し、かつ全部又は部分的に共役構造を有していることが好ましい。
電子ドナー構造を側鎖に有する重合体を簡便な操作により得ることができる点で、構造単位(a)は、電子ドナー構造を有する単量体(以下、「単量体(U1)」ともいう。)を用いた重合により重合体中に導入されることが好ましい。単量体(U1)としては、下記式(2)で表される化合物を好ましく用いることができる。
−L−X …(2)
(式(2)中、Rは、電子ドナー分子に由来する構造を有する1価の基であり、Xは重合性基であり、Lは単結合又は2価の連結基である。)
上記式(2)において、Xの重合性基としては、ビニル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルフェニル基、ビニルエーテル基等が挙げられる。これらのうち、好ましくはビニル基又はビニルフェニル基であり、発光効率がより高い点及び合成しやすさの点で、ビニルフェニル基が特に好ましい。
は、単結合又は炭素数1〜3のアルカンジイル基が好ましく、単結合がより好ましい。Lは、発光効率を高くできる点で、電子ドナー分子中の芳香環の環部分に結合していることが好ましい。
は、電子ドナー分子から1個の水素原子を取り除いた基である。電子ドナー分子としては、電子アクセプター分子と組み合わされることにより遅延蛍光を生じる分子として既知の化合物を適用することができる。電子ドナー分子は、例えば3級アミン構造を有する共役系化合物、π電子過剰の芳香族複素環を有する化合物であり、その具体例としては、下記式(2−1)〜式(2−35)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。重合体(P)の重合に際し、単量体(U1)としては1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
Figure 2020129652
Figure 2020129652
Figure 2020129652
Figure 2020129652
構造単位(a)が有する電子ドナー構造は、アミン構造を含むものが好ましい。アミン構造を含む電子ドナー構造とした場合、重合体(P)の分子間又は分子内における架橋反応を促進でき、発光層形成のための加熱をより低温で行うことができる点で好適である。好ましい具体例としては、上記式(2−1)〜式(2−9)、式(2−11)〜式(2−16)、式(2−19)、式(2−21)〜式(2−35)のそれぞれで表される電子ドナー分子に由来する構造が挙げられる。
・構造単位(b)
構造単位(b)が有する電子アクセプター構造としては、構造単位(a)が有する電子ドナー構造とエキサイプレックスを形成することにより室温(20℃)で発光する構造を適用することができる。電子アクセプター構造は、ラジカルアニオン状態の安定性が高い点で、電気陰性度が高い原子又は電子求引性基を有し、かつ全部又は部分的に共役構造を有していることが好ましい。
電子アクセプター構造を側鎖に有する重合体を簡便な操作により得ることができる点で、構造単位(b)は、電子アクセプター構造を有する単量体(以下、「単量体(U2)」ともいう。)を用いた重合により重合体に導入されることが好ましい。単量体(U2)としては、下記式(3)で表される化合物を好ましく用いることができる。
−L−X …(3)
(式(3)中、Rは、電子アクセプター分子に由来する構造を有する1価の基であり、Xは重合性基であり、Lは単結合又は2価の連結基である。)
上記式(3)において、Xの重合性基及びLの2価の連結基の説明については、上記式(2)のL、Xの説明が適用される。
は、電子アクセプター分子から1個の水素原子を取り除いた基である。電子アクセプター分子としては、電子ドナー分子と組み合わされることにより遅延蛍光を生じる分子として既知の化合物を選択することができる。電子アクセプター分子は、例えばπ電子不足の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を有する化合物であり、その具体例としては、下記式(3−1)〜式(3−23)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。重合体(P)の重合に際し、単量体(U2)としては、これらのうちの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
Figure 2020129652
Figure 2020129652
Figure 2020129652
構造単位(b)が有する電子アクセプター構造は、アミン構造を含むものが好ましい。アミン構造を含む電子アクセプター構造とした場合、重合体(P)の分子間又は分子内における架橋反応を促進でき、発光層形成のための加熱をより低温で行うことができる点で好適である。好ましい具体例としては、上記式(3−1)〜式(3−3)、式(3−5)、式(3−6)、式(3−8)、式(3−10)、式(3−12)〜式(3−15)、式(3−17)、式(3−18)、式(3−21)のそれぞれで表される電子アクセプター分子に由来する構造が挙げられる。
・構造単位(c)
構造単位(c)は、架橋性基を有する単量体(以下、「単量体(U3)」ともいう。)を用いた重合により重合体に導入されることが好ましい。単量体(U3)が有する架橋性基は、光又は熱によって同一又は異なる分子間に共有結合を形成可能な基であることが好ましい。これらのうち、発光寿命の改善効果が高く、保存安定性が良好であり、かつ熱に対する反応性が高い点、少ない導入量で耐溶剤性の改善効果を得ることができる点で、エポキシ基(オキシラニル基、オキセタニル基)又は水酸基であることが好ましく、オキシラニル基及び水酸基が特に好ましい。
なお、重合体(P)によれば発光の長寿命化を図ることができた理由は定かではないが、一つの仮説として、重合体側鎖に電子ドナー構造と電子アクセプター構造とを導入し、さらに架橋構造とすることで、電子ドナー構造と電子アクセプター構造間の距離が小さくなり、電荷移動の発生確率を高めることができたことによるものと考えられる。また、重合体(P)によれば、重合体(P)を用いて形成された発光層の上に塗布法によって他の層を形成した場合にも、層同士のインターミキシングを抑制でき、発光効率の高い発光素子を得ることができるという点でも有意である。
単量体(U3)の具体例としては、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−メチルグリシジル、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等の(メタ)アクリル酸エポキシ(シクロ)アルキルエステル化合物;
α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル等の他のα−アルキルアクリル酸エポキシ(シクロ)アルキルエステル化合物;
o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル化合物;
3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2,2−ジフロロ−3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン等のメタクリル酸エステル化合物;
3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2,2−ジフロロ−3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン等のアクリル酸エステル化合物;ビニルベンジルアルコール、ヒドロキシスチレン等のスチレン系化合物、等が挙げられる。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」は「アクリル」及び「メタクリル」を含む意味である。
これのうち、単量体(U3)としては、重合性の観点から、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、3−メチル−3−メタクリロイルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−メタクリロイルオキシメチルオキセタン、及びビニルベンジルアルコールよりなる群から選ばれる少なくとも一種であることが特に好ましい。なお、単量体(U3)としては1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
架橋性基を側鎖に有する重合体(P)を得る方法は、架橋性基を有する単量体を用いる方法に限定されない。例えば、構造単位(a)と構造単位(b)と第1の官能基とを有する重合体(重合体(P)の前駆体)を合成し、この前駆体と、第1の官能基と反応し得る第2の官能基及び架橋性基を有する反応性化合物と、を反応させることにより、前駆体の側鎖又は末端に架橋性基を導入し、これにより重合体(P)を得てもよい。
重合体(P)は、一分子内に架橋性基を1種のみ有していてもよく、2種以上有していてもよい。重合体(P)が架橋性基を2種以上有する場合、異なる架橋性基間の反応を利用して架橋構造を形成させるようにするとよい。この場合、重合体(P)が有する架橋性基の具体例としては、エポキシ基とカルボキシル基、水酸基とカルボキシル基、エポキシ基と水酸基、エポキシ基とアミノ基等の組み合わせが挙げられる。
なお、重合体(P)を、構造単位(a)及び構造単位(b)の少なくとも一方に架橋性基を有するものとしてもよい。この場合、重合体(P)は、更に構造単位(c)を有していてもよく、構造単位(c)を有さなくてもよい。
重合体(P)は、構造単位として構造単位(a)、構造単位(b)及び構造単位(c)のみを有する重合体であってもよいが、構造単位(a)〜(c)とは異なる構造単位(以下、「その他の構造単位」ともいう。)を更に有していてもよい。
・構造単位(d)
その他の構造単位としては、上記の電子ドナー構造及び電子アクセプター構造とは異なる発光メカニズムにより光を放出する構造(以下、「発光構造」という。)を有する構造単位(d)が挙げられる。構造単位(d)は、重合体(P)の光波長を調整すること等を目的として重合体(P)中に導入される。
構造単位(d)が有する発光構造から放出される光は、蛍光及び燐光のいずれでもよいが、低コスト化を図る点及び分子設計のしやすさの点で、蛍光であることが好ましい。なお、構造単位(d)が有する発光構造が蛍光を放出する場合、当該発光構造により放出される蛍光は、三重項励起子から一重項励起子への変換を経由せずに発光するために発光寿命が短い点で熱遅延蛍光とは異なる。
構造単位(d)が有する発光構造の発光波長は、重合体(P)が有する電子ドナー構造及び電子アクセプター構造の間の電荷移動による遅延蛍光の発光波長よりも長いことが好ましい。この場合、電子ドナー構造及び電子アクセプター構造間の電荷移動にて外部量子効率を向上させた重合体から直接発光させるだけでなく、電子ドナー構造と電子アクセプター構造との間の電荷移動により放出される光エネルギーを第三の発光部位に移動させ、第三の発光部位から発光させることができる点で好ましい。より具体的には、構造単位(d)は、構造単位(a)が有する電子ドナー構造と構造単位(b)が有する電子アクセプター構造との会合による発光の波長よりも長波な発光波長を有する構造であることが好ましい。
構造単位(d)は、蛍光分子構造を側鎖に有する重合体を簡便な操作により得ることができる点で、蛍光分子構造を有する単量体(以下、「単量体(U4)」ともいう。)を用いた重合により重合体(P)に導入されることが好ましい。具体的には、単量体(U4)として、下記式(4)で表される化合物を好ましく用いることができる。
−L−X …(4)
(式(4)中、Rは、蛍光分子構造を有する1価の基であり、Xは重合性基であり、Lは単結合又は2価の連結基である。)
上記式(4)において、Xの重合性基及びLの2価の連結基の説明については、上記式(2)のL、Xの説明が適用される。
は、既知の蛍光分子に由来する構造を有する基とすることができる。Rの具体例としては、例えばペリレン誘導体、ピレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、クマリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、フェナントレン誘導体、ナフタレン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体、キナクリドン誘導体等の蛍光分子から1個の水素原子を取り除いた基が挙げられる。重合体(P)の合成に際し、単量体(U4)としては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
重合体(P)において、電子ドナー構造と電子アクセプター構造との間の電荷移動による遅延蛍光の放射を高効率で実現させるようにする観点から、構造単位(a)と構造単位(b)との合計量に対し、構造単位(a)の含有割合を、50モル%よりも多くすることが好ましく、60モル%以上とすることがより好ましく、70モル%以上とすることが更に好ましく、80モル%以上とすることが特に好ましい。また、構造単位(a)の含有割合は、構造単位(a)と構造単位(b)との合計量に対し、好ましくは99モル%以下であり、より好ましくは98モル%以下であり、更に好ましくは95モル%以下である。
構造単位(a)と構造単位(b)との合計の含有割合は、重合体(P)が有する全構造単位に対し、好ましくは75モル%以上であり、より好ましくは80モル%以上、更に好ましくは85モル%以上である。また、構造単位(a)と構造単位(b)との合計の含有割合は、重合体(P)が有する全構造単位に対し、好ましくは98モル%以下であり、より好ましくは95モル%以下、更に好ましくは90モル%以下である。
構造単位(c)の含有割合は、発光素子の長寿命化を好適に図るようにする観点、及び重合体(P)を用いて得られる膜の耐溶剤性を十分に高くする観点から、重合体(P)が有する全構造単位に対し、好ましくは0.5モル%以上であり、より好ましくは1モル%以上、更に好ましくは2モル%以上である。また、構造単位(c)の含有割合は、重合体(P)が有する全構造単位に対し、好ましくは30モル%以下であり、より好ましくは25モル%以下、更に好ましくは20モル%以下である。
構造単位(d)の含有割合は、発光分子構造の導入による波長制御を好適に行う観点から、重合体(P)が有する全構造単位に対し、好ましくは0.01モル%以上であり、より好ましくは0.05モル%以上、更に好ましくは0.1モル%以上である。また、構造単位(d)の含有割合は、遅延蛍光の発光効率の低下を抑制する観点から、重合体(P)が有する全構造単位に対し、好ましくは20モル%以下であり、より好ましくは15モル%以下、更に好ましくは10モル%以下である。
重合体(P)の合成に用いる単量体(単量体(U1)〜単量体(U3))は、従来公知の方法に従って合成することができる。一例としては、目的とする部分構造(電子ドナー構造、電子アクセプター構造又は蛍光分子構造)を有するハロゲン化物と、重合性炭素−炭素不飽和結合を有するボロン酸(例えば、1−プロペン−1−イルボロン酸、2,2−ジメチルエテニルボロン酸等)とを、パラジウム触媒及び塩基の存在下でカップリング反応させる方法により合成することができる。なお、単量体の合成方法は上記に限定されるものではない。
・重合体(P)の合成
重合体(P)は、ラジカル重合等の常法に従って合成することができる。当該重合に使用される重合開始剤としては、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、反応に使用する単量体の全量100質量部に対して、0.01〜30質量部とすることが好ましい。
上記重合は、好ましくは有機溶媒中で行われる。重合溶媒としては、重合を阻害する溶媒(重合禁止効果を有するニトロベンゼン、連鎖移動効果を有するメルカプト化合物等)以外の溶媒であって、単量体を溶解可能な溶媒であれば使用することができる。重合溶媒の具体例としては、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル・ラクトン類、ニトリル類、及びこれらの混合溶媒等が挙げられる。反応温度は30℃〜120℃とすることが好ましく、反応時間は、1〜36時間とすることが好ましい。有機溶媒の使用量(x)は、反応に使用する単量体の合計量(y)が、反応溶液の全体量(x+y)に対して、0.1〜60質量%になるような量にすることが好ましい。
重合体(P)につき、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、1,500〜500,000であることが好ましく、2,500〜100,000であることがより好ましい。上記重合反応により得られた重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。また、再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去しつつ重合体を回収することもできる。重合体(P)は、発光波長のピークが430〜490nmとなることが好ましい。
≪発光素子≫
重合体(P)は、高分子発光材料であり、電流励起により熱活性化遅延蛍光(TADF)を放射する。したがって、発光素子等を構築するための発光材料として重合体(P)を好ましく適用することができる。より具体的には、重合体(P)は、公知のTADF発現する化合物の分子構造(電子ドナー構造と電子アクセプター構造とが一分子中に共存し、ホールの移動と電子の移動とが自由に起こる構造)とは異なり、高分子側鎖に電子ドナー構造と電子アクセプター構造とを有し、かつ分子間又は分子内で架橋されることで、電子ドナー構造と電子アクセプター構造間の距離が小さくなり、これにより電荷移動の発生確率が向上し、TADFの効率を向上させることができたと考えられる。
図1に、発光素子の一態様を示している。図1に示す発光素子10は、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子であり、基板11と、陽極12と、正孔注入層13と、正孔輸送層14と、発光層15と、電子注入層16と、陰極17とを備えている。発光素子10は、基板11上に、陽極12、正孔注入層13、正孔輸送層14、発光層15、電子注入層16及び陰極17がこの順に積層されることにより形成されている。
基板11としては、例えばガラス、プラスチック、シリコン等からなる基材を用いることができる。プラスチック基板としては、発光素子の基板として一般的に使用される基材を使用することができる。その具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリ(脂環式オレフィン)等のプラスチックからなる透明基板が挙げられる。
陽極12は、透明導電膜又は金属膜からなり、金属、合金、金属酸化物等の導電性化合物を用いて基板11上に形成されている。導電性化合物の具体例としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、アルミニウム−リチウム(Al−Li)、カルシウム(Ca)、マグネシウム−インジウム(Mg−In)、マグネシウム−銀(Mg−Ag)、カーボンナノチューブ等が挙げられる。陽極12の作製方法は特に限定されず、公知の方法を使用することができる。具体的には、真空蒸着法、スパッタリング法等が挙げられる。陽極12の厚さは、所望の目的に応じて適宜選択すればよいが、通常、10nm〜10μm程度である。なお、陽極12の作製後に、陽極12と上層との電気的接続を向上させるために、基板11の電極形成面に対し、UVオゾン、シランカップリング剤等による表面処理を施してもよい。
正孔注入層13は、陽極12において基板11とは反対側の面に、陽極12に隣接して設けられている。正孔注入層13は、金属酸化物を用いて形成されている。金属酸化物の具体例としては、遷移金属又は典型金属の酸化物が挙げられる。正孔注入層13の材料としては、正孔注入性が良好である点で、上記のうち周期表第4族〜第8族に属する金属の酸化物が好ましく、酸化モリブデン又は酸化タングステンが特に好ましい。
正孔注入層13の作製方法としては特に限定されず、公知の方法を利用することができる。具体的には、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等が挙げられる。正孔注入層13の厚さは、駆動電圧と発光効率とのバランスを保つように正孔注入層13の作製に用いる材料に応じて適宜選択することができるが、通常、1nm〜1μm程度である。
正孔輸送層14は、正孔注入層13において基板11とは反対側の面に、正孔注入層13に隣接して設けられている。正孔輸送層14は、正孔注入層13のHOMO準位と同じか又はこれに近いHOMO準位を有する材料により形成されていることが好ましい。当該材料は、低分子材料及び高分子材料のいずれを用いてもよいが、塗布プロセスにより簡便に成膜でき、かつ大面積への膜形成を容易にかつ均一に行うことができる点で、電子よりも正孔の輸送性が高い(すなわち、正孔輸送性を有する)高分子材料を用いて形成されることが好ましい。
正孔輸送層14の形成に用いられる高分子材料としては、例えばカルバゾール骨格、芳香族アミン骨格、又はチオフェン骨格を主鎖とする重合体が挙げられる。これらの具体例としては、カルバゾール骨格を有する重合体として、ポリ(N−ビニルカルバゾール)等を;芳香族アミン骨格を有する重合体として、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド]、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン]等を;チオフェン骨格を有する重合体として、ポリ(エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホン酸)共重合体等を、それぞれ挙げることができる。また、正孔輸送層14を形成する高分子材料は、上層(発光層15)の作製に用いる溶剤への溶解性を低減させることができる点で、架橋性基を有していることが好ましい。架橋性基としては、重合体(P)が有する架橋性基の例示及び好ましい具体例の説明が適用される。
正孔輸送層14の作製方法としては特に限定されず、正孔輸送層14の作製に用いる材料に応じて公知の方法を利用することができる。正孔輸送層14を高分子材料により形成する場合、高分子材料を適当な溶媒に溶解し、その溶液を用いて成膜することにより行うことが好ましい。使用する溶媒は、正孔輸送材料を溶解させることができればよく、特に限定されないが、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アニソール、テトラヒドロフラン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル・ラクトン類;トルエン、キシレン等の炭化水素類、クロロホルム、ジクロロメタン、塩化メチレン等の塩素含有化合物;メタノール、エタノール、2−エトキシエタノール等のアルコール類;水、及びこれらの混合溶媒等が挙げられる。
溶液からの成膜により正孔輸送層14を形成する場合、その成膜方法としては、スピンコート法やオフセット印刷法、インクジェット印刷法等の液相プロセスによるものとすることが好ましい。正孔輸送層14の厚さは、駆動電圧と発光効率とのバランスを保つように正孔輸送層14の作製に用いる材料に応じて適宜選択することができる。正孔輸送層14の厚さは、通常、1nm〜1μm程度である。
発光層15は、重合体(P)が、好ましくは溶剤に均一に溶解又は分散されてなる重合体組成物(以下、「発光層形成用組成物」ともいう。)を用いて形成される。なお、重合体(P)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
発光層形成用組成物の調製に際し使用される溶剤としては、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル・ラクトン類、ニトリル類、炭化水素類、及びこれらの混合溶媒等が挙げられる。これらのうち、低沸点溶剤を用いた場合には、膜形成時の加熱を低温(例えば180℃以下で)で行うことができ、基板11の材料の制約を減らすことができる点で好ましい。
好ましい低沸点溶剤の具体例としては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、アニソール、テトラヒドロフラン等のエーテル類;
エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル等のエステル類;
ジアセトンアルコール、3−メトキシ−1−ブタノール等のアルコール類メチルエチルケトン、メチル−i−ブチルケトン、ジイソブチルケトン、2−ヘプタノン、シクロブタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;トルエン、キシレン等の炭化水素類、などが挙げられる。溶剤としては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
発光層形成用組成物における固形分濃度(組成物の溶剤以外の成分の合計質量が、組成物の全質量に占める割合)は、粘性、揮発性などを考慮して適宜に選択される。当該固形分濃度は、発光層形成用組成物を基板上に(より詳細には、正孔輸送層14の上に)塗布して発光層15を形成する際の塗布性を良好にする観点から、好ましくは0.1〜20質量%の範囲であり、より好ましくは0.2〜15質量%の範囲であり、更に好ましくは0.5〜10質量%の範囲である。組成物を調製する際の温度は、好ましくは0〜90℃であり、より好ましくは5〜60℃である。
発光層形成用組成物を基板上に塗布する方法は特に限定されない。当該塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコーター法、バーコーター法、ダイコーター法、スプレーコート法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法等が挙げられる。発光層形成用組成物を塗布した後、塗布した組成物の液垂れ防止又は溶剤を除去する等の目的で、好ましくは加熱処理が実施される。このときの加熱温度は、好ましくは30〜200℃であり、加熱時間は、好ましくは0.25〜30分である。発光層15の厚さは、駆動電圧と発光効率とのバランスを保つように、発光層15の作製に用いる材料に応じて適宜選択することができる。発光層15の厚さは、通常、5nm〜1μm程度である。
なお、発光層形成用組成物は、重合体(P)及び溶剤以外の成分(その他の成分)を更に含有していてもよい。例えば、その他の成分として、重合体(P)が有する官能基(例えば、エポキシ基、カルボキシル基等)と反応し得る官能基(例えば、水酸基、アミノ基等)を複数個有する化合物(架橋性化合物)を発光層形成用組成物に含有させ、発光層形成時の加熱によって、重合体(P)が有する官能基と架橋性化合物が有する官能基とを反応させ、これにより架橋構造が形成されるようにしてもよい。
電子注入層16は、発光層15において基板11とは反対側の面に、発光層15に隣接して設けられている。電子注入層16は、電子注入性の高い化合物を用いて形成されている。当該化合物の具体例としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiO)等のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩;フッ化エルビウム(ErF)等の希土類金属塩;トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノン誘導体等の有機材料、などが挙げられる。電子注入層16の作製方法としては、公知の方法を利用できる。具体的には、昇華性化合物を用いる場合には、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等が挙げられる。また、溶液からの成膜方法としては、スピンコート法やオフセット印刷法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法等の塗布方法が挙げられる。この場合、電子注入材料を溶解する溶媒としては、正孔輸送層14の説明が適用される。電子注入層16の厚さは、駆動電圧と発光効率とのバランスを保つように電子注入層16の作製に用いる材料に応じて適宜選択することができるが、通常、1nm〜1μm程度である。
ここで、本実施形態の発光素子10は、重合体(P)を用いて発光層15が形成されている。このため、発光層15に隣接して設けられる電荷輸送層及び電荷注入層につき、塗布法で形成した場合にも、発光層15とその隣接層とのインターミキシングを抑制でき、発光効率の低下や寿命の低下を抑制することができる点で好適である。なお、本明細書において、「電荷輸送層」は「正孔輸送層」及び「電子輸送層」を含む意味であり、「電荷注入層」は「正孔注入層」及び「電子注入層」を含む意味である。
陰極17は、透明導電膜又は金属膜からなり、金属、合金、金属酸化物等の導電性化合物を用いて基板11上に形成されている。陰極17の形成に用いられる導電性化合物の具体例としては、リチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、アルミニウム−リチウム(Al−Li)、カルシウム(Ca)、マグネシウム−インジウム(Mg−In)、マグネシウム−銀(Mg−Ag)等が挙げられる。陰極17の作製方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタリング法等が挙げられる。陰極17の厚さは、所望の目的に応じて適宜選択すればよいが、通常、10nm〜10μm程度である。
(その他の実施形態)
なお、本開示の発光素子は、重合体(P)を含有する発光層を有していればよく、図1に示す層構成に限定されない。例えば、下記(1)〜(5)に示す各層を有する発光素子としてもよい。
(1)基板−陽極−発光層−陰極
(2)基板−陽極−正孔輸送層−発光層−陰極
(3)基板−陽極−正孔注入層−正孔輸送層−発光層−陰極
(4)基板−陽極−正孔輸送層−発光層−電子輸送層−陰極
(5)基板−陽極−正孔注入層−正孔輸送層−発光層−電子輸送層−電子注入層−陰極
発光素子を構成する各層は、単層構造であってもよく、同一組成又は異なる組成からなる多層構造であってもよい。また、発光素子は、上記で説明した各層とは異なる層(例えば、正孔注入層に含まれるイオンが発光層に移動することを抑制するためのインターレイヤー、電極との密着性を改善するための絶縁層、平坦化層等)を更に有していてもよい。
電子輸送層は、正孔よりも電子の輸送性が高い(すなわち、電子輸送性の高い)化合物を用いて形成されている。当該化合物としては公知の電子輸送性材料を使用でき、具体的には、例えばトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリン誘導体、ポリキノリン誘導体等が挙げられる。
電子輸送層の作製方法としては、公知の方法を利用できる。簡便な操作によって電子輸送層を形成でき、発光素子の製造コストをより低減できる点で、電子輸送性材料の溶液を用い、スピンコート法やオフセット印刷法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法等の塗布法により成膜することが好ましい。この場合、電子輸送性材料を溶解する溶媒としては、正孔輸送層14の説明が適用される。特に、重合体(P)を用いて発光層が形成された発光素子では、電子輸送層を塗布法により形成した場合にも、発光層と電子輸送層とのインターミキシングを抑制でき、発光効率の低下や発光寿命の低下を抑制することができる点で好適である。電子輸送層の厚さは、駆動電圧と発光効率とのバランスを保つように電子輸送層の作製に用いる材料に応じて適宜選択することができるが、通常、1nm〜1μm程度である。
なお、発光層15に隣接する層(隣接層)のうち、基板11側の隣接層、及び基板11とは反対側の隣接層のそれぞれが電荷輸送層又は電荷注入層である場合、基板11側の隣接層、及び基板11とは反対側の隣接層は、共に高分子材料を用いて形成されていてもよい。あるいは、基板11側の隣接層、及び基板11とは反対側の隣接層の一方のみが高分子材料を用いて形成されていてもよい。塗布プロセスにより簡便に成膜できるとともに、大面積への膜形成を容易にかつ均一に行うことができる点で、基板11側の隣接層、及び基板11とは反対側の隣接層の両方が高分子材料により形成されていることが好ましい。
上記実施形態では、発光素子は、構造単位(a)、構造単位(b)及び構造単位(c)を同一の分子内に有する重合体(P)を用いて形成された発光層を備える構成とした。これに対し、発光素子が、構造単位(a)及び構造単位(c)を有する重合体(以下、「重合体(p1)」という。)と、構造単位(b)及び構造単位(c)を有する重合体(以下、「重合体(p2)」という。)とを用いて形成された発光層を備える構成としてもよい。この場合、重合体(p1)が有する電子ドナー構造と、重合体(p2)が有する電子アクセプター構造との間の電荷移動により遅延蛍光が放出される。なお、重合体(p1)が有する構造単位(c)と、重合体(p2)が有する構造単位(c)とは、互いに同じでも異なっていてもよい。
発光層形成用組成物が、重合体成分として2種以上の重合体を含有し、重合体成分における異なる重合体中に、電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを含有していてもよい。発光層形成用組成物が2種以上の重合体を含有する場合、各重合体が架橋性基を有していることが好ましい。2種以上の重合体を含有する発光層形成用組成物の具体例としては、重合体(p1)と重合体(p2)とを含有する組成物;重合体(p1)及び重合体(p2)に加え更に、構造単位(d)及び構造単位(c)を有する重合体(p3)を含有する組成物、等が挙げられる。
本開示の発光素子は、種々の用途に有効に適用することができる。具体的には、時計、携帯型ゲーム、ワープロ、ノート型パソコン、カーナビゲーションシステム、カムコーダー、PDA、デジタルカメラ、携帯電話、スマートフォン、モニター、液晶テレビ、インフォメーションディスプレイ、大型ゲーム機、音響装置等の各種電子機器の液晶表示装置;家屋やビル等の建物や、自動車、電車、船舶、航空機等の車両に取り付けられる照明装置などに適用することができる。
以下、実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。各種物性値の測定方法を以下に示す。
<重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)>
東ソー社製GPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
1.化合物の合成
[合成例1]
下記スキーム1に従って下記式(A)で表される化合物(以下、「化合物(A)」という。)を合成した。
Figure 2020129652
冷却管を備えた500mLの三口フラスコに、1−プロペン−1−イルボロン酸14.41g(0.1mol)、化合物(a−1)13.15g(0.05mol)、炭酸カリウム27.64g(0.2mol)、テトラヒドロフラン300mL、及び純水20mLを仕込んで混合した後、150℃の油浴中において7分間、撹拌下に反応を行った。反応の終了を薄層クロマトグラフィーにより確認した後、反応混合物を室温まで冷却した。冷却後の反応混合物を1N塩酸200mL中に注ぎ、析出物を回収した。得られた析出物を酢酸エチルに溶解し、その溶液を1N塩酸100mL、純水100mL及び飽和食塩水100mLにより順次に洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を留去した。得られた固体を真空乾燥し、化合物(A)を7.37g(収率70%)得た。
[合成例2]
国際公開第2018/103747号に記載の方法に従い、下記スキーム2により下記式(B)で表される化合物(以下、「化合物(B)」という。)を合成した。
Figure 2020129652
1.重合体の合成
[実施例1]
温度計、還流管を取り付けた3つ口フラスコに、化合物(A)を重合モノマーの全量に対して5質量%、化合物(B)を同90質量%、及びグリシジルメタクリレートを同5質量%加え、ここにテトラヒドロフランを加えて撹拌溶解することにより、モノマー濃度が30質量%の溶解液を調製した。この溶解液に、アゾビスイソブチロニトリルを、溶解液の全量に対して2質量%となるように加えて溶解した。得られた溶液を窒素雰囲気下にて50℃で48時間、加熱撹拌することにより重合反応を行い、その後、反応液を室温まで冷却した。重合反応液を減圧濃縮後、メタノールを用いて再沈殿を行い、その後、沈殿物を濾過し、析出した固体をメタノールで3回洗浄した後、減圧乾燥することにより、目的の重合体(P−1)を得た。この重合体(P−1)のGPCによるポリスチレン換算で測定された重量平均分子量Mwは19300、分子量分布Mw/Mnは2.13であった。
Figure 2020129652
[実施例2、3及び比較合成例1]
使用する重合モノマーを下記表1に示す種類及びモル比とした以外は実施例1と同様に重合を行い、重合体(P−2)、重合体(P−3)及び重合体(R−1)をそれぞれ得た。表1中の数値は、重合体の合成に使用した全モノマーに対する各モノマーの仕込み量(質量%)を表す。
Figure 2020129652
表1中、重合モノマーの略称は以下のとおりである。
A:化合物(A)
B:化合物(B)
C:グリシジルメタクリレート
D:ビニルベンジルアルコール
E:3−ビニルペリレン
[合成例3]
使用する重合モノマーにつき、ビニルカルバゾールを95質量%及びグリシジルメタクリレートを5質量%に変更した点以外は実施例1と同様に重合を行い、重合体(Q−1)を得た。
2.有機発光素子の製造及び評価
[実施例4]
(1)正孔輸送層形成用組成物の調製
合成例3で得られた重合体(Q−1)、並びにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/アニソール(8/2(質量比))の混合溶剤を、重合体濃度が1質量%となるように混合し、正孔輸送層形成用組成物1を得た。
(2)発光層形成用組成物の調製
実施例1で得られた重合体(P−1)、並びにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/アニソール(8/2(質量比))の混合溶剤を、重合体濃度が1質量%となるように混合し、発光層形成用組成物1を得た。
(3)有機発光素子の製造
図1に示す発光素子10を製造した。まず、陽極12としてITO電極パターンが形成されたガラス基板11の電極面に対し、低圧水銀ランプによるUVオゾン洗浄を施し、ITO電極面を洗浄した。続いて、ITO電極面に、タングステンボート加熱による真空蒸着法により、正孔注入層13として膜厚1nmの酸化モリブデン層を成膜した。続いて、正孔注入層13の上に、上記(1)で調製した正孔輸送層形成用組成物1を不活性雰囲気中(グローブボックス中)でスピンコートにより塗布し、膜厚10nmの塗膜を形成した。得られた基板を不活性雰囲気下、150℃で60分間加熱し、塗膜中の重合体を架橋させた。架橋処理の後(塗膜を不溶化させた後)、不活性雰囲気下で室温まで自然冷却し、正孔輸送層14を形成した。
次に、正孔輸送層14の上に、上記(2)で調製した発光層形成用組成物1を不活性雰囲気中でスピンコートにより塗布し、膜厚60nmの塗膜を形成した。得られた基板を不活性雰囲気下、130℃で10分間加熱して溶媒を蒸発させた後、不活性雰囲気下で室温まで自然冷却させ、発光層15を形成した。
続いて、発光層15の上に、電子注入層16として膜厚1nmのフッ化リチウム層を真空蒸着法により形成し、更に電子注入層16の上に 陰極17として膜厚50nmのアルミニウム層を真空蒸着法により成膜した。
得られた有機積層体を真空蒸着装置から取り出し、不活性雰囲気中において、ザグリガラス(コーニング社EAGLEガラス製)及びUV硬化性のエポキシ樹脂(スリーボンド社製のTB3124M)にて封止を行った。エポキシ樹脂の硬化は、365nm波長を中心とする高圧水銀ランプを用いて、光照射量を1500mJ/cmとすることにより行った。これにより発光素子10を得た。
(4)評価
(4−1)最大発光効率及び外部量子効率の評価
上記で得られた発光素子10に0Vから10Vまでのスイープ電圧を印加することによりI−V特性を取得し、発光の有無を確認した。評価結果を下記表2に示す。
(4−2)寿命評価
初期輝度1000cd/mとなる電流値で一定電流を通電し、輝度が5%減少するまでの寿命(LT95)を評価した。その評価結果を下記表2に示す。なお、表2には、比較例1の測定結果を1とした相対時間により評価結果を示している。
[実施例5、6及び比較例1]
使用する重合体を下記表2に記載のとおり変更した点以外は実施例4と同様にして発光素子を製造した。また、得られた発光素子を用いて実施例4と同様にして評価を行った。それらの結果を下記表2に示す。
[実施例7]
電子注入層16として膜厚1nmのフッ化リチウム層を真空蒸着法により形成した代わりに、膜厚10nmの電子注入層を塗布法により形成した点以外は、実施例4と同様にして発光素子を製造した。
(塗布法による電子注入層の形成)
まず、ZnOの10mg/ml溶液(エトキシエタノール:クロロホルム=4:1)と、DMBI(1,3−ジメチル−2−フェニル−2,3−ジヒドロ−1H−ベンゾイミダゾール)の2.0mg/mlエトキシエタノール溶液とを混合することにより、ZnOとDMBIとの混合溶液を調製した。この混合溶液を発光層15の上にスピンコートにより塗布し、その後30分間UV照射することにより、発光層15の上に電子注入層16を形成した。
得られた発光素子につき、実施例4と同様の評価を行った。その結果を下記表2に示す。
[比較例2]
使用する重合体をR−1に変更した点以外は実施例7と同様にして発光素子を製造して評価を行った。その結果を下記表2に示す。
Figure 2020129652
表2に示すように、重合体(P)を用いて発光層を形成した実施例4〜7の発光素子では発光が確認された。また、実施例4〜7の発光素子は、比較例1の発光素子と比較して、発光寿命が1.5〜2.5倍長かった。
実施例7では、電子注入層を塗布法により形成したが、その場合にも発光が観察され、また発光寿命も長かった。一方、重合体(P−1)の代わりに、重合体(R−1)を用いて発光層を形成するとともに、電子注入層を塗布法により形成した比較例2では、発光が観察されなかった。これは、発光層と電子注入層とのインターミキシングにより発光効率の低下が生じたことに起因するものと推測される。
さらに、重合体(P−1)、(P−2)及び(P−3)の各重合体をトルエン溶液に溶解させ、蛍光寿命測定装置(浜松ホトニクス社製)を用いてフォトルミネッセンス(PL)発光を観測したところ、発光寿命(τe)が100ns未満の強い成分と、τeが100ns以上の遅延した弱い成分とが観測された。
10…発光素子、11…基板、12…陽極、13…正孔注入層、14…正孔輸送層、15…発光層、16…電子注入層、17…陰極

Claims (8)

  1. 電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを有する、有機エレクトロルミネッセンス発光性重合体。
  2. 電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを有する、熱活性化遅延蛍光性重合体。
  3. 炭素−炭素不飽和結合を有する単量体に由来する主骨格を有する、請求項2に記載の熱活性化遅延蛍光性重合体。
  4. 前記電子ドナー構造及び前記電子アクセプター構造とは異なる発光構造を更に有する、請求項2又は3に記載の熱活性化遅延蛍光性重合体。
  5. 電子ドナー構造と、電子アクセプター構造と、架橋性基とを有する、重合体。
  6. 重合体成分と溶剤とを含有する重合体組成物であって、
    同一の重合体又は異なる重合体中に、電子ドナー構造を有する構造単位(a)と、電子アクセプター構造を有する構造単位(b)と、架橋性基を有する構造単位(c)とを含む、重合体組成物。
  7. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の重合体又は請求項6に記載の重合体組成物を用いて形成された発光層を備える、発光素子。
  8. 高分子材料を用いて形成され、かつ電荷輸送層及び電荷注入層のうち少なくともいずれかである層が前記発光層に隣接して設けられている、請求項7に記載の発光素子。
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