JP5265994B2 - Fluorescent polymer and optical device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光性ポリマー、及びそれ用いた光デバイスに関する。本発明の蛍光性ポリマーは、優れた蛍光特性を有し、紫外光励起により高効率で青色〜水色〜緑色〜白色蛍光を示すもの、または赤橙色蛍光を示すものであり、発光デバイスや光波長変換デバイス用材料として使用可能なものである。また、この蛍光性ポリマー又はその前駆体を用いて作製された光デバイスは、従来にない優れた特性、すなわち高い耐熱性、優れた機械的強度、優れた電気的特性、製膜と微細加工の容易さ、長期安定性、耐環境性、耐化学薬品性などを有する。 The present invention relates to a fluorescent polymer and an optical device using the same. The fluorescent polymer of the present invention has excellent fluorescence characteristics, and exhibits blue-blue-green-green-white fluorescence or red-orange fluorescence with high efficiency when excited by ultraviolet light. It can be used as a device material. In addition, an optical device manufactured using this fluorescent polymer or its precursor has excellent characteristics that have not been achieved in the past, that is, high heat resistance, excellent mechanical strength, excellent electrical characteristics, film formation and microfabrication. Ease, long-term stability, environmental resistance, chemical resistance, etc.
近年、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子や、発光型の空間光変調素子、波長変換素子、さらに蛍光性表面コーティング材等に使用される有機発光材料として、種々の低分子化合物や高分子化合物が開発されている。発光デバイス等の製造において、低分子化合物を用いる場合、製造プロセスが蒸着方式に制約されるのに対して、高分子化合物は、溶液にして製膜、又はインクジェットプリント方式等により製造できることから製造コストを安くできるという利点を有している。また、高分子化合物は、微細加工なしに微細な塗り分けができる点、そして膜厚を容易に調整し製膜できる等の優れた特徴を有している。そのため、高効率な蛍光発光を示し、かつ発光波長の制御が容易な高分子系の発光材料の開発が望まれている。 In recent years, various low-molecular compounds and high-molecular compounds have been developed as organic light-emitting materials used for organic electroluminescence (EL) elements, light-emitting spatial light modulation elements, wavelength conversion elements, and fluorescent surface coating materials. Has been. In the production of light emitting devices, etc., when using low molecular weight compounds, the production process is limited to the vapor deposition method, whereas the polymer compounds can be produced in solution by film formation or ink jet printing, etc. It has the advantage that can be made cheaper. In addition, the polymer compound has excellent characteristics such that fine coating can be performed without fine processing, and the film thickness can be easily adjusted to form a film. Therefore, it is desired to develop a high-molecular light-emitting material that exhibits high-efficiency fluorescence and can easily control the emission wavelength.
高分子系発光材料としては、従来ポリパラフェニレンやポリパラフェニレンビニレン等のπ共役型高分子が知られている。しかし、このようなπ共役型高分子は、耐熱性に加え、耐環境性すなわち蛍光強度及び蛍光スペクトル形状の長期安定性などが十分でなく、また、製膜や微細加工が容易ではないという問題があった。また、蛍光性コーティング材としては、アクリレート系ポリマーの側鎖に色素分子を有する蛍光性高分子が報告されている(例えば、特許文献1参照)が、主鎖及び色素の耐熱性・耐環境性が十分でなく、さらに色素を高濃度含むと色素が析出してしまうことから、色素濃度を上げられない。一方、代表的な耐熱性高分子であるポリイミドは、優れた耐熱性や電気特性を有しており、前駆体であるポリアミド酸が製膜等の加工性に優れていることから、表示用デバイス材料としての用途が期待されている。例えば、主鎖や側鎖に蛍光性のフリル基を導入した青色の蛍光発光を示すポリイミドが報告されており(例えば、非特許文献1参照)、また、発光機能あるいは電荷輸送機能を有するポリイミドを用いた有機EL素子が報告されている(例えば、特許文献2及び3参照)。しかし、報告されたこれらのポリイミドの蛍光発光は、ポリイミドの主鎖又は側鎖に導入された蛍光性官能基によるものであり、また、その蛍光強度は、ポリイミド分子間の強い相互作用と、それに伴う濃度消光によって、同一の蛍光性官能基を有する低分子化合物の蛍光強度に比べると、その蛍光強度は非常に低いものである。
Conventionally known π-conjugated polymers such as polyparaphenylene and polyparaphenylene vinylene are known as polymer light emitting materials. However, such a π-conjugated polymer has not enough heat resistance, environmental resistance, that is, long-term stability of fluorescence intensity and fluorescence spectrum shape, and film formation and microfabrication are not easy. was there. In addition, as a fluorescent coating material, a fluorescent polymer having a dye molecule in the side chain of an acrylate polymer has been reported (for example, see Patent Document 1), but the heat resistance and environmental resistance of the main chain and the dye are described. Is not sufficient, and if the dye is further contained at a high concentration, the dye is precipitated, and therefore the dye concentration cannot be increased. On the other hand, polyimide, which is a typical heat-resistant polymer, has excellent heat resistance and electrical properties, and the precursor polyamic acid has excellent processability such as film formation. Use as a material is expected. For example, a polyimide exhibiting blue fluorescence emission in which a fluorescent furyl group is introduced into a main chain or a side chain has been reported (for example, refer to Non-Patent Document 1), and a polyimide having a light emitting function or a charge transport function has been reported. The used organic EL element has been reported (for example, refer to
また、全芳香族ポリイミド自体が紫外線の照射により、可視光の蛍光発光を示すことは、従来から知られていた(例えば、非特許文献2参照)。この蛍光は、ポリイミドの分子構造中のジアミン部分(電子供与性)と酸無水物部分(電子吸引性)との間で形成される電荷移動錯体(CTC)に起因する蛍光(CT蛍光)である(例えば、非特許文献3参照)。しかし、全芳香族ポリイミドの場合には、CT相互作用が強く、無輻射失活過程が増加するため、その蛍光強度は弱くなる。代表的な全芳香族ポリイミドフィルムであるピロメリット酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルから合成されるポリイミド(PMDA/ODA)においては、通常の蛍光分光計では観測が困難なほどの弱い蛍光しか観測されない。また、全芳香族ポリイミドでも、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミンから合成されるポリイミド(BPDA/PDA)は相対的に強い蛍光を示すことが報告されている(例えば、非特許文献4参照)。しかし、既存の蛍光性高分子化合物に比べると、その蛍光強度は非常に弱く、蛍光の量子収率は1%以下と非常に低いと考えられる。 In addition, it has been conventionally known that a wholly aromatic polyimide itself exhibits visible fluorescence by irradiation with ultraviolet rays (see, for example, Non-Patent Document 2). This fluorescence is fluorescence (CT fluorescence) resulting from a charge transfer complex (CTC) formed between a diamine portion (electron donating property) and an acid anhydride portion (electron attracting property) in the molecular structure of polyimide. (For example, refer nonpatent literature 3). However, in the case of wholly aromatic polyimide, the CT interaction is strong and the non-radiation deactivation process is increased, so that the fluorescence intensity becomes weak. A typical wholly aromatic polyimide film, pyromellitic dianhydride and polyimide synthesized from 4,4'-diaminodiphenyl ether (PMDA / ODA) is weak enough to be difficult to observe with a normal fluorescence spectrometer Only fluorescence is observed. In addition, even with wholly aromatic polyimides, it has been reported that polyimides synthesized from biphenyltetracarboxylic dianhydride and paraphenylenediamine (BPDA / PDA) exhibit relatively strong fluorescence (for example, Non-Patent Document 4). reference). However, compared to existing fluorescent polymer compounds, the fluorescence intensity is very weak, and the quantum yield of fluorescence is considered to be as low as 1% or less.
また、三次元的な構造を有し、芳香環に直接フッ素が結合した芳香族酸二無水物と脂環式構造を有するジアミンとからなる構造単位を有するポリイミドを用いることで、電荷移動(CT)相互作用が抑制されるため、優れた蛍光発光特性(蛍光強度の強さ、緑色から赤色領域における蛍光波長の制御性、蛍光強度の長期安定性)を有するとともに、耐熱性、化学安定性、製膜性に優れた単色発光性の蛍光性ポリイミドが得られることが報告されている(例えば、特許文献4参照)。また、屈曲性の2,2’,3,3’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物と脂環式ジアミンの組み合わせから合成されたポリイミドを用いることで、優れた緑色蛍光発光特性を有し、耐熱性、化学安定性、製膜性に優れた単色発光性の蛍光ポリイミドが得られることが報告されている(例えば、非特許文献5参照)。加えて、三次元的な構造を有し、電子受容性の低い酸二無水物と脂環式構造を有するジアミンとからなる構造単位を有するポリイミドを用いることで、優れた青色蛍光発光特性を有し、耐熱性、化学安定性、製膜製に優れた単色発光性の蛍光性ポリイミドが得られることが報告されている(例えば、特許文献5参照)。さらに、これらの蛍光性ポリイミドの薄膜を発光層あるいはホール輸送層として用いて有機電界発光(エレクトロルミネッセンス)による発光デバイスを作製した例が報告されている(例えば、非特許文献6参照)。 In addition, charge transfer (CT) can be achieved by using a polyimide having a three-dimensional structure and a structural unit composed of an aromatic dianhydride having fluorine directly bonded to an aromatic ring and a diamine having an alicyclic structure. ) Since the interaction is suppressed, it has excellent fluorescence emission characteristics (intensity of fluorescence intensity, controllability of fluorescence wavelength in the green to red region, long-term stability of fluorescence intensity), heat resistance, chemical stability, It has been reported that monochromatic luminescent fluorescent polyimides excellent in film forming properties can be obtained (see, for example, Patent Document 4). In addition, by using polyimide synthesized from a combination of flexible 2,2 ′, 3,3′-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride and alicyclic diamine, it has excellent green fluorescence characteristics, heat resistance It has been reported that a monochromatic luminescent fluorescent polyimide having excellent properties, chemical stability, and film forming properties can be obtained (see, for example, Non-Patent Document 5). In addition, by using polyimide that has a three-dimensional structure and a structural unit consisting of acid dianhydride having a low electron accepting property and a diamine having an alicyclic structure, it has excellent blue fluorescence emission characteristics. However, it has been reported that a monochromatic luminescent fluorescent polyimide excellent in heat resistance, chemical stability and film formation can be obtained (for example, see Patent Document 5). Furthermore, an example in which a light-emitting device by organic electroluminescence (electroluminescence) is produced using these fluorescent polyimide thin films as a light-emitting layer or a hole transport layer has been reported (for example, see Non-Patent Document 6).
上記特許文献4、5及び非特許文献5によれば、優れた蛍光特性を有する蛍光性ポリイミドを得られることが開示されている。上記特許文献4、5及び非特許文献5に開示された蛍光性ポリイミドは、それぞれ、緑色から赤色領域における蛍光波長の制御性、及び青色蛍光特性を示すものである。また、一般にポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物(以下、酸二無水物)とジアミンとを極性溶媒中で反応させことによりポリアミド酸を得、これを加熱処理あるいは化学的処理により脱水閉環(イミド化)することにより得られる。本発明者らの検討により、ポリイミドの蛍光発光波長は、ジアミンに比して酸二無水物の電子構造および立体構造に強く依存することが明らかとなっている。すなわち、電子親和力の弱い非フッ素化酸二無水物から合成されたポリイミド(以下、非フッ素化無水物ポリイミド)は可視領域での高い透明性と紫色・青色の蛍光発光を有する。一方、電子親和力が大きな全フッ素化酸二無水物から合成されたポリイミド(以下、フッ素化無水物ポリイミド)又は屈曲性酸二無水物から合成されたポリイミドは緑色・赤色の蛍光発光を示す。しかし、緑色・赤色蛍光の発光に好適な励起光は可視光であることから、紫外光励起では強い緑色・赤色蛍光が得られない。さらに、紫外光励起が可能な非フッ素化酸二無水物に数モル%の全フッ素化酸二無水物を添加した混合物を原料として用いて合成したポリイミドでは、橙色蛍光の成分を有するものの青色の蛍光が強く残ってしまい、これらの合成色となるため橙色〜赤色蛍光発光は得られない。将来的には紫外光がバックライトなどの光源に用いられることが予測されるため、表示デバイス・ディスプレイ材料として、紫外光励起によって青色〜赤色、及び白色蛍光を発する光波長変換材料の開発もまた求められている。
従って、本発明の目的は、優れた蛍光特性(蛍光強度の強さ、蛍光強度の長期安定性)と高い耐熱性(ガラス転移点:200℃以上、熱分解開始温度:350℃以上)に加え、優れた機械的特性(高い弾性率、優れた可撓性、高い靱性)と低い複屈折性、紫外光励起による380〜800nmの蛍光発光を有し、蛍光色の制御が容易な新規蛍光材料を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is in addition to excellent fluorescence characteristics (fluorescence intensity, long-term stability of fluorescence intensity) and high heat resistance (glass transition point: 200 ° C. or higher, thermal decomposition start temperature: 350 ° C. or higher). A new fluorescent material with excellent mechanical properties (high elastic modulus, excellent flexibility, high toughness), low birefringence, fluorescence emission of 380 to 800 nm by excitation with ultraviolet light, and easy control of fluorescent color It is to provide.
本発明者らは、上記目的を達成するため検討を重ねた結果、特定の酸無水物構造を末端基として有するポリマーが上記目的を達成し得るという知見を得、その知見を基に鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。 As a result of repeated studies to achieve the above object, the present inventors have obtained the knowledge that a polymer having a specific acid anhydride structure as a terminal group can achieve the above object, and intensively studied based on that knowledge. As a result of overlapping, the present invention has been completed.
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖と、下記一般式(I)で表わされる末端基とを有する蛍光性ポリマーを提供するものである。 The present invention has been made based on the above findings, and provides a fluorescent polymer having a molecular chain exhibiting fluorescence emission at a wavelength of 380 to 800 nm and a terminal group represented by the following general formula (I) It is.
式中、R1〜R3は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基若しくはアルコキシ基、直接若しくは架橋員を介して結合するアリール基、又はそれらの組み合わせによって構成される1価の置換基を示す。 In the formula, R 1 to R 3 may be the same or different from each other, and are a hydrogen atom, a hydroxyl group, a halogen atom, an alkyl group or an alkoxy group which may be substituted with a halogen, directly or via a bridging member. The monovalent substituent comprised by the aryl group couple | bonded together or those combination is shown.
本発明の一般式(I)で表される末端基としては、下記式(1)−(4)で表される基が好ましい。 The terminal group represented by the general formula (I) of the present invention is preferably a group represented by the following formulas (1) to (4).
本発明の蛍光性ポリマーにおける、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖としては、少なくとも1種の酸成分と、少なくとも1種のジアミン成分とを重合させて得られるポリイミド分子鎖が好ましい。 In the fluorescent polymer of the present invention, the molecular chain exhibiting fluorescence emission at a wavelength of 380 to 800 nm is preferably a polyimide molecular chain obtained by polymerizing at least one acid component and at least one diamine component.
該ポリイミド分子鎖における酸成分としては、下記一般式(II)で示される芳香族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を、単独で用いるのが好ましい。 As the acid component in the polyimide molecular chain, an aromatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride represented by the following general formula (II) or a derivative thereof is preferably used alone.
式中、R4は、単環式又は縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前期芳香族又は脂環式化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物の4価の基を示し、ここで前記芳香族又は脂環式化合物は置換されていてもよい。 In the formula, R 4 represents a monocyclic or condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound, or an aromatic or alicyclic compound which may be the same or different, either directly or via a crosslinking member. 4 represents a tetravalent group of a non-condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound connected to each other, wherein the aromatic or alicyclic compound may be substituted.
さらに、該ポリイミド分子鎖における酸成分として、前記一般式(II)で示される芳香族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体と、下記一般式(II′)で示される芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体とを組み合わせて用いるのもまた好ましい。 Furthermore, as an acid component in the polyimide molecular chain, an aromatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (II) or a derivative thereof, and an aromatic tetra represented by the following general formula (II ′) It is also preferred to use in combination with a carboxylic dianhydride or a derivative thereof.
式中、R4′は、単環式又は縮合多環式の芳香族化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前期芳香族化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族化合物の4価の基を示し、ここで前記芳香族化合物は置換されていてもよいが、但しR4′は、R4と同一ではない。 In the formula, R 4 ′ represents a monocyclic or condensed polycyclic aromatic compound, or a non-aromatic compound in which the same or different pre-aromatic compounds are connected to each other directly or via a bridging member. 4 represents a tetravalent group of a condensed polycyclic aromatic compound, in which the aromatic compound may be substituted, provided that R 4 ′ is not the same as R 4 .
該ポリイミド分子鎖におけるジアミン成分としては、下記一般式(III)で示される芳香族又は脂環式ジアミンが好ましい。 The diamine component in the polyimide molecular chain is preferably an aromatic or alicyclic diamine represented by the following general formula (III).
式中、R5は、芳香族又は脂環式化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前期芳香族又は脂環式化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物の2価の基を示し、ここで前記芳香族又は脂環式化合物は置換されていてもよい。 In the formula, R 5 represents an aromatic or alicyclic compound, or a non-condensed polycyclic compound in which the same or different pre-aromatic or alicyclic compounds are connected to each other directly or via a cross-linking member. 2 represents a divalent group of a cyclic aromatic or alicyclic compound, wherein the aromatic or alicyclic compound may be substituted.
したがって、本発明の蛍光性ポリマーにおける、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖としては、下記一般式(IV)で表されるポリイミド分子鎖が好ましい。 Therefore, as the molecular chain exhibiting fluorescence emission at a wavelength of 380 to 800 nm in the fluorescent polymer of the present invention, a polyimide molecular chain represented by the following general formula (IV) is preferable.
式中、R4、R5及びnは、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 4 , R 5 and n are as defined above.
さらに、本発明の蛍光性ポリマーにおける、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖としては、下記一般式(IV′)で表されるポリイミド分子鎖が好ましい。 Furthermore, as the molecular chain that exhibits fluorescence emission at a wavelength of 380 to 800 nm in the fluorescent polymer of the present invention, a polyimide molecular chain represented by the following general formula (IV ′) is preferable.
式中、R4、R4′、R5及びnは、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 4 , R 4 ′ , R 5 and n are as defined above.
そして典型的には、本発明の、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖と、一般式(I)で表される末端基とを有する蛍光性ポリマーは、下記一般式(V)で表されるポリイミドである。 Typically, the fluorescent polymer of the present invention having a molecular chain exhibiting fluorescence emission at a wavelength of 380 to 800 nm and the terminal group represented by the general formula (I) is represented by the following general formula (V). Polyimide.
式中、R1〜R3、R4、R5及びnは、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 1 to R 3 , R 4 , R 5 and n are as defined above.
さらに、本発明の、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖と、一般式(I)で表される末端基とを有する蛍光性ポリマーとしては、下記一般式(V′)で表されるポリイミドが好ましい。 Furthermore, the fluorescent polymer having a molecular chain exhibiting fluorescence emission at a wavelength of 380 to 800 nm and a terminal group represented by the general formula (I) according to the present invention is represented by the following general formula (V ′). Polyimide is preferred.
式中、R1〜R3、R4、R4′、R5及びn′は、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 1 to R 3 , R 4 , R 4 ′ , R 5 and n ′ are as defined above.
なお本発明は、本発明の蛍光性ポリマーの前駆体として、前記一般式(V)で表されるポリイミドの前駆体である、下記一般式(VI)で表されるポリアミド酸も提供することができる。 In addition, this invention can also provide the polyamic acid represented by the following general formula (VI) which is a precursor of the polyimide represented by the said general formula (V) as a precursor of the fluorescent polymer of this invention. it can.
式中、R1〜R5及びnは、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 1 to R 5 and n are as defined above.
同様に、本発明の蛍光性ポリマーの前駆体として、前記一般式(V′)で表されるポリイミドの前駆体である、下記一般式(VI′)で表されるポリアミド酸も提供することもできる。 Similarly, a polyamic acid represented by the following general formula (VI ′), which is a polyimide precursor represented by the general formula (V ′), may also be provided as a precursor of the fluorescent polymer of the present invention. it can.
式中、R1〜R5及びn′は、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 1 to R 5 and n ′ are as defined above.
また、本発明は、上記蛍光性ポリマー又はその前駆体を用いて製造された有機発光デバイスを提供するものである。有機発光デバイスとしては、有機EL素子や有機レーザーなどの発光素子、短波長の励起光(紫外線)を可視光に変換する波長変換素子、及びそれらを組み込んだ空間光変調素子などが挙げられる。 Moreover, this invention provides the organic light-emitting device manufactured using the said fluorescent polymer or its precursor. Examples of organic light emitting devices include light emitting elements such as organic EL elements and organic lasers, wavelength conversion elements that convert short-wave excitation light (ultraviolet rays) into visible light, and spatial light modulation elements that incorporate them.
また、本発明は、上記蛍光性ポリマー又はその前駆体を用いて製造された有機光波長変換デバイスを提供するものである。 Moreover, this invention provides the organic light wavelength conversion device manufactured using the said fluorescent polymer or its precursor.
さらに、本発明は、上記蛍光性ポリマー又はその前駆体を用いて製造された蛍光性表面コーティング材を提供するものである。 Furthermore, this invention provides the fluorescent surface coating material manufactured using the said fluorescent polymer or its precursor.
本発明によれば、優れた蛍光発光特性を有し、かつ耐熱性及び機械特性に優れた新規蛍光性ポリマーが提供される。特に、本発明の蛍光性ポリマーは、大きな蛍光強度を有することに加え、その末端基の割合を調整することで、その蛍光強度や蛍光波長の制御が容易にできる点で有用である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the novel fluorescent polymer which has the outstanding fluorescence emission characteristic, and was excellent in heat resistance and a mechanical characteristic is provided. In particular, the fluorescent polymer of the present invention is useful in that, in addition to having a high fluorescence intensity, it is possible to easily control the fluorescence intensity and the fluorescence wavelength by adjusting the ratio of the terminal groups.
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖と、下記一般式(I)で表わされる末端基とを有する蛍光性ポリマーを提供するものである。
The present invention is described in detail below.
The present invention provides a fluorescent polymer having a molecular chain that emits fluorescence at a wavelength of 380 to 800 nm and a terminal group represented by the following general formula (I).
上記一般式(I)中において、R1〜R3は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基若しくはアルコキシ基、直接若しくは架橋員を介して結合するアリール基であるか、又はそれらの組み合わせによって構成される1価の置換基である。 In the general formula (I), R 1 to R 3 may be the same or different from each other, and are a hydrogen atom, a hydroxyl group, a halogen atom, an alkyl group or an alkoxy group that may be substituted with a halogen, It is an aryl group bonded directly or via a bridging member, or a monovalent substituent constituted by a combination thereof.
ここで、本明細書において別に記載のない限り、用語ハロゲン原子又はハロゲンは、フッ素、塩素、臭素又はヨウ素原子を意味する。 Here, unless otherwise stated in this specification, the term halogen atom or halogen means a fluorine, chlorine, bromine or iodine atom.
また、本明細書において別に記載のない限り、単独で又は他の用語との組み合わせにおいて、用語アルキル基は、炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状の飽和炭化水素基を意味する。アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、ヘキシル基等が挙げられる。ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基は、前記アルキル基と共に、1個以上のハロゲンで置換されたアルキル基を包含する概念であり、後者としては、例えばフルオロメチル基、クロロメチル基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。 Moreover, unless otherwise indicated in this specification, the term alkyl group alone or in combination with other terms means a linear or branched saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, and a hexyl group. The alkyl group which may be substituted with halogen is a concept including an alkyl group substituted with one or more halogens together with the alkyl group. Examples of the latter include a fluoromethyl group, a chloromethyl group, and trifluoro. A methyl group etc. are mentioned.
また、本明細書において別に記載のない限り、単独で又は他の用語との組み合わせにおいて、用語アルコキシ基は、アルキル−オキシ基を意味する。アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ヘキシルオキシ基等が挙げられる。ハロゲンで置換されていてもよいアルコキシ基は、前記アルコキシ基と共に、1個以上のハロゲンで置換されたアルコキシ基を包含する概念であり、後者としては、例えばフルオロメトキシ基、クロロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基等が挙げられる。 Also, unless otherwise stated herein, the term alkoxy group, alone or in combination with other terms, means an alkyl-oxy group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, and a hexyloxy group. The alkoxy group which may be substituted with a halogen is a concept including an alkoxy group substituted with one or more halogens together with the alkoxy group. Examples of the latter include a fluoromethoxy group, a chloromethoxy group, and a trifluoro group. A methoxy group etc. are mentioned.
さらに、本明細書において別に記載のない限り、単独で又は他の用語との組み合わせにおいて、用語アリール基は、フェニル基又はナフチル基を意味し、架橋員は、酸素原子(−O−)、カルボニル基(−CO−)、エステル基(−C(O)O−又は−OC(O)−)、硫黄原子(−S−)、スルフィニル基(−SO−)、スルホニル基(−SO2−)、ハロゲンで置換されていてもよいアルキレン基(−CH2−、−C(CH3)2−、−C(CF3)2−等)又はアリーレン基を意味する。したがって架橋員を介して結合するアリール基としては、フェノキシ基、ベンジル基等が挙げられる。 Further, unless stated otherwise herein, alone or in combination with other terms, the term aryl group means a phenyl group or a naphthyl group, and the bridging member is an oxygen atom (—O—), carbonyl Group (—CO—), ester group (—C (O) O— or —OC (O) —), sulfur atom (—S—), sulfinyl group (—SO—), sulfonyl group (—SO 2 —) , An alkylene group (—CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —C (CF 3 ) 2 — etc.) which may be substituted with halogen, or an arylene group. Accordingly, examples of the aryl group bonded through a cross-linking member include a phenoxy group and a benzyl group.
なお、本明細書において別に記載のない限り、単独で又は他の用語との組み合わせにおいて、用語アルキレン基は、炭素数1〜6の直鎖状又は分岐鎖状の2価の飽和炭化水素基を意味する。アルキレン基としては、例えばメチレン基、エチレン基、イソプロピリデン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。ハロゲンで置換されていてもよいアルキレン基は、前記アルキレン基と共に、1個以上のハロゲンで置換されたアルキレン基を包含する概念であり、後者としては、例えばヘキサフルオロイソプロピリデン基等が挙げられる。 Unless otherwise specified in the present specification, the term alkylene group alone or in combination with other terms is a linear or branched divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. means. Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, an isopropylidene group, and a hexamethylene group. The alkylene group which may be substituted with halogen is a concept including an alkylene group substituted with one or more halogens together with the alkylene group, and examples of the latter include a hexafluoroisopropylidene group.
さらにまた、本明細書において別に記載のない限り、単独で又は他の用語との組み合わせにおいて、用語アリーレン基は、フェニレン基又はナフタレン基を意味する。ハロゲンで置換されていてもよいアリーレン基は、フェニレン基又はナフタレン基と共に、1個以上のハロゲンで置換されたフェニレン基又はナフタレン基を包含する概念であり、後者としては、例えばフルオロフェニレン、ジフルオロフェニレン基等が挙げられる。 Furthermore, unless stated otherwise herein, the term arylene group, alone or in combination with other terms, means a phenylene group or a naphthalene group. The arylene group which may be substituted with a halogen is a concept including a phenylene group or a naphthalene group together with a phenylene group or a naphthalene group. Examples of the latter include fluorophenylene and difluorophenylene. Groups and the like.
上記一般式(I)のR1〜R3において、それらの組み合わせによって構成される1価の置換基とは、水酸基、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基若しくはアルコキシ基、又は直接若しくは架橋員を介して結合するアリール基から選択される2種以上の基の組み合わせによって構成される1価の置換基を意味し、例えば水酸基で置換されたアルキル基若しくはアルコキシ基;あるいは水酸基、ハロゲン原子、又はハロゲンで置換されていてもよいアルキル基若しくはアルコキシ基から選択される1個以上の基で置換されたアリール基等が挙げられる。 In R 1 to R 3 of the general formula (I), the monovalent substituent constituted by a combination thereof is a hydroxyl group, a halogen atom, an alkyl group or an alkoxy group optionally substituted with a halogen, or directly Or a monovalent substituent composed of a combination of two or more groups selected from aryl groups bonded via a bridging member, such as an alkyl group or alkoxy group substituted with a hydroxyl group; or a hydroxyl group, halogen Examples thereof include an aryl group substituted with one or more groups selected from an atom or an alkyl group or an alkoxy group optionally substituted with a halogen.
上記一般式(I)で表される末端基におけるR1〜R3としては、水素原子又は水酸基であるものが好ましく、例えば、下記式(1)〜(4)で表わされるものが挙げられる。 As R < 1 > -R < 3 > in the terminal group represented by the said general formula (I), what is a hydrogen atom or a hydroxyl group is preferable, for example, what is represented by following formula (1)-(4) is mentioned.
本発明の蛍光性ポリマーにおける、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖としては、ポリベンズオキサゾール、ポリフルオレン、ポリイミダゾール、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリイミド等の分子鎖が挙げられ、本発明の内容を逸脱しない範囲である限り特に限定されないが、好ましくは、少なくとも1種の酸成分と、少なくとも1種のジアミン成分とを重合させて得られるポリイミド分子鎖が挙げられる。 Examples of the molecular chain that exhibits fluorescence emission at a wavelength of 380 to 800 nm in the fluorescent polymer of the present invention include molecular chains such as polybenzoxazole, polyfluorene, polyimidazole, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, and polyimide, Although it does not specifically limit as long as it is the range which does not deviate from the content of this invention, Preferably, the polyimide molecular chain obtained by superposing | polymerizing at least 1 type of acid component and at least 1 type of diamine component is mentioned.
ポリイミド分子鎖において、少なくとも1種の酸成分としては下記一般式(II)で示される芳香族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体が挙げられる。ここで誘導体とは、前記酸二無水物の一部及び/又は全部が開環したもの、並びに、開環した結果のカルボキシル基の一部及び/又は全部がエステル化されたものを包含する概念である。エステル化のアルコールとしては特に限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール等の炭化水素系のアルコールや、フェノール、クレゾール等の芳香族アルコールを挙げることができる。下記一般式(II)で示される芳香族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を用いることで、380〜800nm、特に380〜500nmに蛍光発光を示すポリイミド分子鎖を得ることができる。 In the polyimide molecular chain, the at least one acid component includes an aromatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride represented by the following general formula (II) or a derivative thereof. Here, the term “derivative” includes a concept in which a part and / or all of the acid dianhydride is ring-opened and a part and / or all of the carboxyl group resulting from the ring opening are esterified. It is. The esterification alcohol is not particularly limited, and examples thereof include hydrocarbon alcohols such as methanol, ethanol and propanol, and aromatic alcohols such as phenol and cresol. By using an aromatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride represented by the following general formula (II) or a derivative thereof, a polyimide molecular chain exhibiting fluorescence emission at 380 to 800 nm, particularly 380 to 500 nm can be obtained. .
一般式(II)において、R4は、単環式又は縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族又は脂環式化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物の4価の基を示し、ここで、前記芳香族又は脂環式化合物は置換されていてもよい。また、酸成分としてこれらの酸二無水物を単独で又は複数を組み合わせて用いてもよい。下記一般式(II′)で示される芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体と組み合わせて用いるのが好ましい。 In the general formula (II), R 4 represents a monocyclic or condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound, or the aromatic or alicyclic compound which may be the same or different, directly or 4 represents a tetravalent group of a non-condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound connected to each other via a cross-linking member, wherein the aromatic or alicyclic compound may be substituted. Moreover, you may use these acid dianhydrides individually or in combination as an acid component. It is preferably used in combination with an aromatic tetracarboxylic dianhydride represented by the following general formula (II ′) or a derivative thereof.
一般式(II)におけるR4は、好ましくは、総炭素数6〜36の単環式又は縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族又は脂環式化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物の4価の基である。そのような単環式又は縮合多環式の芳香族化合物としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等が挙げられる。また単環式又は縮合多環式の脂環式化合物としては、シクロブタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、スピロ[4.5]デカン等が挙げられる。 R 4 in the general formula (II) is preferably a monocyclic or condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound having 6 to 36 carbon atoms, or the same or different fragrance A tetravalent group of a non-condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound in which an aromatic or alicyclic compound is connected to each other directly or via a cross-linking member. Examples of such monocyclic or condensed polycyclic aromatic compounds include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, and the like. Examples of the monocyclic or condensed polycyclic alicyclic compound include cyclobutane, cyclohexane, norbornane, spiro [4.5] decane, and the like.
これらはその環上で、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基、直接又は架橋員を介して結合するアリール基、あるいはそれらの組み合わせによって構成される1価の置換基から選択される1個以上の基で置換されていてもよい。 These are selected from a monovalent substituent constituted by a halogen atom, an alkyl group optionally substituted with a halogen, an aryl group bonded directly or through a bridging member, or a combination thereof on the ring. It may be substituted with one or more groups.
一般式(II)におけるR4としては、例えば下記式(5)〜(8)で表わされるものが挙げられる。 Examples of R 4 in the general formula (II) include those represented by the following formulas (5) to (8).
式(5)におけるR7及びR8、また式(6)におけるR9〜R14は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基、又は直接若しくは架橋員を介して結合するアリール基のいずれかであるか、あるいはそれらの組み合わせによって構成される1価の置換基である。 R 7 and R 8 in formula (5), and R 9 to R 14 in formula (6) may be the same or different, and may be a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl optionally substituted with a halogen. It is either a group or an aryl group bonded directly or via a bridging member, or a monovalent substituent constituted by a combination thereof.
式(7)において、R15は、単結合であるか、又は酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、又はハロゲンで置換されていてもよいアルキレン基若しくはアリーレン基のいずれかであるか、あるいはそれらの組み合わせによって構成される2価の架橋員である。 In the formula (7), R 15 is a single bond, or an oxygen atom, a sulfur atom, a sulfonyl group, or an alkylene group or an arylene group which may be substituted with a halogen, or It is a divalent cross-linking member constituted by a combination.
上記式(7)のR15における、それらの組み合わせによって構成される2価の架橋員とは、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、又はハロゲンで置換されていてもよいアルキレン基若しくはアリーレン基から選択される2種以上の基の組み合わせによって構成される2価の架橋員を意味し、例えば、−O−(アリーレン)−O−、−O−(アリーレン)−O−(アリーレン)−O−、−O−(アリーレン)−(アルキレン)−(アリーレン)−O−、−S−(アリーレン)−S−、−S−(アリーレン)−S−(アリーレン)−S−、−S−(アリーレン)−SO2−(アリーレン)−S−〔ここで、アルキレン又はアリーレンは、1個以上のハロゲンで置換されていてもよい〕等が挙げられる。 The divalent bridging member constituted by a combination thereof in R 15 of the above formula (7) is selected from an oxygen atom, a sulfur atom, a sulfonyl group, or an alkylene group or an arylene group optionally substituted with a halogen Means a divalent cross-linking member constituted by a combination of two or more kinds of groups, for example, -O- (arylene) -O-, -O- (arylene) -O- (arylene) -O-, -O- (arylene)-(alkylene)-(arylene) -O-, -S- (arylene) -S-, -S- (arylene) -S- (arylene) -S-, -S- (arylene) -SO 2 - (arylene) -S- [wherein, alkylene or arylene may be substituted with one or more halogens], and the like.
式(8)において、R16及びR17は、同一であっても異なっていてもよく、単結合であるか、又は酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、ハロゲンで置換されていてもよいアルキレン基若しくはアリーレン基のいずれかであるか、あるいはそれらの組み合わせによって構成される2価の架橋員である。 In the formula (8), R 16 and R 17 may be the same or different, and are a single bond, or an alkylene group which may be substituted with an oxygen atom, a sulfur atom, a sulfonyl group or a halogen. Alternatively, they are either an arylene group or a divalent cross-linking member constituted by a combination thereof.
上記一般式(II)におけるR4としては、酸二無水物を形成できる構造を有しているもの、例えば、下記式(9)〜(34)で表わされるものが挙げられる。 Examples of R 4 in the general formula (II) include those having a structure capable of forming an acid dianhydride, for example, those represented by the following formulas (9) to (34).
前記一般式(II)で示される芳香族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体と組み合わせて用いられる酸成分として、下記一般式(II′)で示される芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体が好ましい。なお、ここで誘導体とは、一般式(II)におけるのと同義である。下記一般式(II′)で示される芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を組み合わせて用いることで、380〜500nmに加え、500〜800nmに蛍光発光を示すポリイミド分子鎖を得ることができる。 As an acid component used in combination with the aromatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (II) or a derivative thereof, the aromatic tetracarboxylic dianhydride represented by the following general formula (II ′) Or a derivative thereof. Here, the derivative is synonymous with that in the general formula (II). By using in combination the aromatic tetracarboxylic dianhydride or derivative thereof represented by the following general formula (II ′), a polyimide molecular chain exhibiting fluorescence emission at 500 to 800 nm can be obtained in addition to 380 to 500 nm. .
一般式(II′)において、R4′は、単環式又は縮合多環式の芳香族化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族化合物の4価の基を示し、ここで前記芳香族化合物は置換されていてもよいが、但しR4′は、R4と同一ではない。 In the general formula (II ′), R 4 ′ represents a monocyclic or condensed polycyclic aromatic compound, or the same or different aromatic compounds which may be the same or different from each other directly or via a bridging member. Represents a tetravalent group of a non-condensed polycyclic aromatic compound linked to, wherein the aromatic compound may be substituted, provided that R 4 ′ is not the same as R 4 .
一般式(II′)におけるR4′は、好ましくは、総炭素数6〜36の単環式又は縮合多環式の芳香族化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族化合物の4価の基である。そのような単環式又は縮合多環式の芳香族化合物としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ピレン、トリフェニレン、クリセン、ピセン、ペリレン等が挙げられる。 R 4 ′ in formula (II ′) is preferably a monocyclic or condensed polycyclic aromatic compound having 6 to 36 carbon atoms, or the same or different aromatic compound Is a tetravalent group of a non-condensed polycyclic aromatic compound linked to each other directly or via a bridging member. Examples of such monocyclic or condensed polycyclic aromatic compounds include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pyrene, triphenylene, chrysene, picene, and perylene.
これらはその環上で、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基、直接又は架橋員を介して結合するアリール基、あるいはそれらの組み合わせによって構成される1価の置換基から選択される1個以上の基で置換されていてもよい。 These are selected from a monovalent substituent constituted by a halogen atom, an alkyl group optionally substituted with a halogen, an aryl group bonded directly or through a bridging member, or a combination thereof on the ring. It may be substituted with one or more groups.
一般式(II′)におけるR4′としては、例えば下記式(10)、(25)、(88)で表わされるものが挙げられる。 Examples of R 4 ′ in the general formula (II ′) include those represented by the following formulas (10), (25), and (88).
本発明の蛍光性ポリマーにおける、波長380〜800nmに蛍光発光を示す分子鎖がポリイミド分子鎖である場合、そのジアミン成分としては、下記一般式(III)で示される芳香族又は脂環式ジアミンが挙げられる。 In the fluorescent polymer of the present invention, when the molecular chain that emits fluorescence at a wavelength of 380 to 800 nm is a polyimide molecular chain, the diamine component is an aromatic or alicyclic diamine represented by the following general formula (III): Can be mentioned.
式中、R5は、芳香族又は脂環式化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族又は脂環式化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物の2価の基を示し、ここで前記芳香族又は脂環式化合物は置換されていてもよい。また、ジアミン成分としてこれらのジアミンを単独で又は複数を組み合わせて用いてもよい。 In the formula, R 5 represents an aromatic or alicyclic compound, or a non-condensed polycyclic compound in which the aromatic or alicyclic compounds, which may be the same or different, are connected to each other directly or via a cross-linking member. 2 represents a divalent group of a cyclic aromatic or alicyclic compound, wherein the aromatic or alicyclic compound may be substituted. Moreover, you may use these diamines individually or in combination as a diamine component.
一般式(III)におけるR5は、好ましくは、総炭素数4〜36の芳香族又は脂環式化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族又は脂環式化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物の2価の基である。上記脂環式化合物としては、例えばシクロアルカン、シクロアルケン等が挙げられる。脂環式化合物を構成する炭素数に特に制限はないが、通常は4〜30、好ましくは5〜20、更に好ましくは5〜15である。炭素数が上記範囲内であると、耐熱性に優れた蛍光性ポリマーを得ることができる。また、上記芳香族化合物としては、ベンゼン、ナフタレン等の芳香環を1個以上含むものが挙げられる。R5が芳香族化合物の2価の基である場合、R5の2個の結合部位は、得られるポリイミドに剛直性を持たせる観点から芳香環上に直接存在するのが好ましい。 R 5 in the general formula (III) is preferably an aromatic or alicyclic compound having a total carbon number of 4 to 36, or the aromatic or alicyclic compound which may be the same or different, directly or It is a divalent group of a non-condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound connected to each other via a cross-linking member. Examples of the alicyclic compound include cycloalkane and cycloalkene. Although there is no restriction | limiting in particular in carbon number which comprises an alicyclic compound, Usually, 4-30, Preferably it is 5-20, More preferably, it is 5-15. When the carbon number is within the above range, a fluorescent polymer having excellent heat resistance can be obtained. Examples of the aromatic compound include those containing one or more aromatic rings such as benzene and naphthalene. When R 5 is a divalent group of an aromatic compound, the two bonding sites of R 5 are preferably directly present on the aromatic ring from the viewpoint of imparting rigidity to the resulting polyimide.
上記芳香族又は脂環式化合物はその環上で、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基、直接又は架橋員を介して結合するアリール基、あるいはそれらの組み合わせによって構成される1価の置換基から選択される1個以上の基で置換されていてもよい。特に、電荷移動相互作用に起因する無輻射失活を抑制するために、その環上にフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基等の電子吸引性基を有していることが好ましい。 The aromatic or alicyclic compound is a monovalent group constituted by a halogen atom, an alkyl group optionally substituted with a halogen, an aryl group bonded directly or via a bridging member, or a combination thereof on the ring. It may be substituted with one or more groups selected from these substituents. In particular, in order to suppress the non-radiative deactivation due to the charge transfer interaction, it is preferable to have an electron withdrawing group such as a fluorine atom, a chlorine atom or a trifluoromethyl group on the ring.
一般式(III)におけるR5としては、例えば、下記式(35)〜(38)で表されるものが挙げられる。 Examples of R 5 in the general formula (III) include those represented by the following formulas (35) to (38).
式(36)中、R18は、ハロゲン(特にフッ素)で置換されていてもよいアルキレン基である。上記アルキレン基としては、特にメチレン基、エチレン基、イソプロピリデン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。また、特にフッ素で置換されているアルキレン基としては、ジフルオロメチレン基、ヘキサフルオロイソプロピリデン基等が挙げられる。 In formula (36), R 18 represents an alkylene group which may be substituted with halogen (particularly fluorine). Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, an isopropylidene group, and a hexamethylene group. In particular, examples of the alkylene group substituted with fluorine include a difluoromethylene group and a hexafluoroisopropylidene group.
式(37)中、R19は、水素原子、又はハロゲン(特にフッ素)で置換されていてもよいアルキル基又はアルコキシ基である。上記アルキル基又はアルコキシ基としては、特にメチル基、メトキシ基、エチル基、エトキシ基、イソプロピル基、ヘキシル基等が挙げられる。また、特にフッ素で置換されているアルキル基又はアルコキシ基としては、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエチル基等のペルフルオロアルキル基又はペルフルオロアルコキシ基が挙げられる。 In the formula (37), R 19 is a hydrogen atom, or an alkyl group or an alkoxy group that may be substituted with a halogen (particularly fluorine). Examples of the alkyl group or alkoxy group include a methyl group, a methoxy group, an ethyl group, an ethoxy group, an isopropyl group, and a hexyl group. In particular, examples of the alkyl group or alkoxy group substituted with fluorine include perfluoroalkyl groups such as trifluoromethyl group, trifluoromethoxy group, and pentafluoroethyl group, and perfluoroalkoxy groups.
式(38)中、R20は、水素原子、ハロゲン、又はハロゲン(特にフッ素)で置換されているアルキル基である。特にフッ素で置換されている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等のペルフルオロアルキル基が挙げられる。 In formula (38), R 20 represents a hydrogen atom, halogen, or an alkyl group substituted with halogen (particularly fluorine). In particular, examples of the alkyl group substituted with fluorine include perfluoroalkyl groups such as a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group.
本発明の蛍光性ポリマーにおいて特筆すべきことは、一般式(I)で表される末端基の導入によって、高分子鎖由来の蛍光強度や蛍光波長が容易に制御できる点である。例えば、本発明の一般式(V)で表される蛍光ポリマーは、一般式(IV)で示されるポリイミド分子鎖由来の波長400nmを中心とする青色領域と、一般式(I)で表される末端基由来の波長520〜530nmを中心とした緑色領域に強い蛍光発光を示し、かつ可視光領域の光吸収が観測されない。このため、一般式(I)で表される末端基の割合を調整することで、青色〜水色〜白色〜緑色の蛍光色を得ることができる。同様に、本発明の一般式(IV′)で示される2種の構成単位から成るポリイミド分子鎖は、波長400nmを中心とする青色領域に加え、波長600nmを中心とする赤橙色領域に蛍光発光を示す。したがって、本発明の一般式(V′)で表される蛍光ポリマーは、一般式(IV′)で示されるポリイミド分子鎖由来の赤橙色領域に示される蛍光発光の強度を、一般式(I)で表される末端基の導入により増強しうる。
What should be noted in the fluorescent polymer of the present invention is that the fluorescence intensity and the fluorescence wavelength derived from the polymer chain can be easily controlled by introducing the terminal group represented by the general formula (I). For example, the fluorescent polymer represented by the general formula (V) of the present invention is represented by the blue region centered on the
本発明のポリマーの末端基が紫外光を吸収し、かつ緑色蛍光を発する理由は以下の通りである。基底状態の一般式(I)で表される末端基は、可視光を吸収しないエノール型(フェノール性水酸基とイミドカルボニル基との間で分子内水素結合が形成されている)であり、仮に光励起状態においてもエノール型が保持されれば青色蛍光を発すると考えられる。しかし、紫外光吸収により生じる光励起状態においては、フェノール性水酸基からカルボニル基への分子内での水素原子移動(プロトン移動)が起こり、エノール型より共役長が長く遷移エネルギーの小さなケト型が形成されるため、緑色蛍光を発すると考えられる。このことから、イミド環に隣接した3位の位置にフェノール性水酸基が存在する末端基を有することが、本発明の蛍光性ポリマーには必須である。これらの知見は、3−ヒドロキシ無水フタル酸を用いて合成した低分子モデル化合物で同様の光吸収/蛍光挙動が観測されることから裏付けられる。 The reason why the end group of the polymer of the present invention absorbs ultraviolet light and emits green fluorescence is as follows. The terminal group represented by the general formula (I) in the ground state is an enol type that does not absorb visible light (an intramolecular hydrogen bond is formed between a phenolic hydroxyl group and an imide carbonyl group), and is temporarily photoexcited. Even in the state, if the enol type is maintained, it is considered to emit blue fluorescence. However, in the photoexcited state caused by ultraviolet light absorption, hydrogen atom transfer (proton transfer) from the phenolic hydroxyl group to the carbonyl group occurs, resulting in the formation of a keto type that has a longer conjugate length than the enol type and a lower transition energy. Therefore, it is considered that green fluorescence is emitted. For this reason, it is essential for the fluorescent polymer of the present invention to have a terminal group having a phenolic hydroxyl group at the 3-position adjacent to the imide ring. These findings are supported by the fact that similar light absorption / fluorescence behavior is observed in a low molecular weight model compound synthesized using 3-hydroxyphthalic anhydride.
なお、本発明の一般式(V)で表される蛍光性ポリマーにおいて、青色蛍光と緑色蛍光の強度比はポリマーにおける末端基の割合に強く依存することから、末端基の割合を変えることで可視光領域での光透過性に優れる種々の蛍光色を有する蛍光性ポリマーを得ることができる。例えば、全イミド環に対する末端基のモル比をφとすると、φ=0では青色蛍光、0<φ<0.02の範囲では水色蛍光、φ=0.03では白色蛍光、φ>0.07では緑色蛍光を示した。このように、末端基の割合を制御することにより、蛍光波長を青色〜水色〜白色〜緑色において制御することが可能である。従来から無水フタル酸等の末端基はポリイミドの分子量を制御するために用いられていることから、主鎖の分子構造を変えることなく、末端基分率を変える(すなはち、分子量を変える)という簡易な手法によって蛍光色の制御が可能な蛍光性ポリマーを得ることができる。 In the fluorescent polymer represented by the general formula (V) of the present invention, since the intensity ratio of blue fluorescence and green fluorescence strongly depends on the ratio of terminal groups in the polymer, it is visible by changing the ratio of terminal groups. Fluorescent polymers having various fluorescent colors that are excellent in light transmittance in the light region can be obtained. For example, when the molar ratio of terminal groups to all imide rings is φ, blue fluorescence is obtained when φ = 0, light blue fluorescence when 0 <φ <0.02, white fluorescence when φ = 0.03, and φ> 0.07. Showed green fluorescence. Thus, by controlling the ratio of the terminal groups, it is possible to control the fluorescence wavelength from blue to light blue to white to green. Conventionally, end groups such as phthalic anhydride have been used to control the molecular weight of polyimide, so the end group fraction is changed without changing the molecular structure of the main chain (that is, the molecular weight is changed). A fluorescent polymer capable of controlling the fluorescent color can be obtained by a simple method.
また、本発明の一般式(V′)で表されるポリマーが紫外光を吸収し、赤橙色蛍光を発する理由は以下の通りである。末端基未導入の場合は、R4′ユニットの吸収波長とR4ユニットの蛍光波長が一致しないため両ユニット間でのエネルギー移動効率が低くなる。その結果、強度比は小さい値をとなり青色蛍光が強く観測される。一方、末端基導入の場合は、R4′ユニットの吸収波長(500nm付近)と末端基の蛍光波長(530nm付近)がほぼ一致するため、 末端基を経由してR4ユニットからR4′ユニットへエネルギーが効率的に伝達され、その結果、蛍光強度比が増大すると考えられる。 The reason why the polymer represented by the general formula (V ′) of the present invention absorbs ultraviolet light and emits reddish orange fluorescence is as follows. When the terminal group is not introduced, the absorption wavelength of the R 4 ′ unit and the fluorescence wavelength of the R 4 unit do not coincide with each other, so that the energy transfer efficiency between both units is lowered. As a result, the intensity ratio becomes a small value and blue fluorescence is strongly observed. On the other hand, in the case of terminal group introduction, the absorption wavelength (near 500 nm) of the R 4 ′ unit and the fluorescence wavelength (near 530 nm) of the terminal group are almost the same, so the R 4 unit to R 4 ′ unit via the terminal group It is considered that energy is efficiently transferred to the fluorescent substance, and as a result, the fluorescence intensity ratio increases.
本発明の蛍光性ポリマーに含まれるポリイミド鎖が、脂環式構造の2価の有機基を有する場合、かかるポリマーより得られる成形品は耐熱性が高く、しかも優れた機械的特性を示す。さらに、ポリイミド分子内および分子間の電荷移動相互作用が抑制されるため、高い蛍光強度を発現できることから蛍光性光学デバイス用材料として好適に用いることができる。また、特に一般式(III)で表されるジアミン成分中のR5が、ペルフルオロアルキル基を有する場合には、本発明の蛍光性ポリマーの光透過性および蛍光強度及び蛍光スペクトル形状の長期安定性がさらに向上するとともに、吸水性の低減を達成することができる。 When the polyimide chain contained in the fluorescent polymer of the present invention has a divalent organic group having an alicyclic structure, a molded product obtained from such a polymer has high heat resistance and exhibits excellent mechanical properties. Furthermore, since the charge transfer interaction within and between the polyimide molecules is suppressed, high fluorescence intensity can be expressed, and therefore, it can be suitably used as a material for a fluorescent optical device. In particular, when R 5 in the diamine component represented by the general formula (III) has a perfluoroalkyl group, the light transmittance, fluorescence intensity, and long-term stability of the fluorescence spectrum shape of the fluorescent polymer of the present invention As a result, the water absorption can be reduced.
本発明の蛍光性ポリマーとしては、例えば、下記一般式(V)で表されるポリイミドが挙げられる。 Examples of the fluorescent polymer of the present invention include polyimides represented by the following general formula (V).
式中、R1〜R5、及びnは、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 1 to R 5 and n are as defined above.
本発明の一般式(V)で表される蛍光性ポリイミドとしては、具体的には、下記式(40)〜(83)で表わされるポリイミドが挙げられる。 Specific examples of the fluorescent polyimide represented by the general formula (V) of the present invention include polyimides represented by the following formulas (40) to (83).
さらに本発明の蛍光性ポリマーとしては、例えば、下記一般式(V′)で表されるポリイミドが挙げられる。 Furthermore, as a fluorescent polymer of this invention, the polyimide represented by the following general formula (V ') is mentioned, for example.
式中、R1〜R5、及びn′は、上記に定義のとおりである。 In the formula, R 1 to R 5 and n ′ are as defined above.
本発明の一般式(V′)で表される蛍光性ポリイミドとしては、具体的には、下記式(89)〜(132)で表わされるポリイミドが挙げられる。 Specific examples of the fluorescent polyimide represented by the general formula (V ′) of the present invention include polyimides represented by the following formulas (89) to (132).
なお、本発明の蛍光性ポリマーの分子量(n又はn′の数)は、その蛍光特性が発揮される範囲であれば特に限定されず、重合度が高い高分子ポリマーであっても、重合度が低い(イミド)オリゴマーであってもよい。 The molecular weight (the number of n or n ′) of the fluorescent polymer of the present invention is not particularly limited as long as the fluorescent properties are exhibited. Even if the polymer has a high degree of polymerization, the degree of polymerization is not limited. May be a low (imide) oligomer.
本発明の蛍光性ポリマーの合成において使用される末端基の原料は、その分子鎖の種類に応じて選択すればよい。具体的には、分子鎖に存在する又は分子鎖に導入することができる反応性基に基づいて、本発明の一般式(I)で表される末端基を導入することができる原料を、例えばフタル酸イミド、無水フタル酸又はそれらの誘導体等から適切に選択すればよい。分子鎖がポリイミド分子鎖である場合、末端基の原料としては、酸無水物を使用するのが好ましい。そのような酸無水物としては、下記一般式(VII)で表されるものが挙げられる。 The end group raw material used in the synthesis of the fluorescent polymer of the present invention may be selected according to the type of the molecular chain. Specifically, based on the reactive group present in the molecular chain or capable of being introduced into the molecular chain, a raw material capable of introducing the terminal group represented by the general formula (I) of the present invention is, for example, What is necessary is just to select suitably from a phthalimide, phthalic anhydride, or those derivatives. When the molecular chain is a polyimide molecular chain, it is preferable to use an acid anhydride as a raw material for the end group. Examples of such acid anhydrides include those represented by the following general formula (VII).
上記一般式(VII)におけるR1〜R3は、前記一般式(I)におけるR1〜R3と同義である。 R 1 to R in the general formula (VII) 3 has the same meaning as R 1 to R 3 in the general formula (I).
その代表例として、下記式(84)で表される3−ヒドロキシ無水フタル酸、式(85)で表されるジヒドロキシ無水フタル酸、式(86)で表されるトリヒドロキシ無水フタル酸、式(87)で表されるテトラヒドロキシ無水フタル酸等が挙げられる。 Representative examples thereof include 3-hydroxyphthalic anhydride represented by the following formula (84), dihydroxyphthalic anhydride represented by the formula (85), trihydroxyphthalic anhydride represented by the formula (86), a formula ( 87) and the like, and the like.
なお、本発明の蛍光性ポリマーにおいては、一般式(I)で表される末端基は、一種のみを用いても、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。したがって、その合成において使用される末端基の原料としては、一般式(VII)で表される酸無水物を一種のみを用いても、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、本発明の蛍光性ポリマーの蛍光特性を妨げない範囲で、水酸基を有さない既知の酸無水物から誘導される基を末端基として導入してもよい。したがって、例えば無水フタル酸、ベンゾフェノンジカルボン酸無水物、ジフェニルエーテルジカルボン酸無水物、ジフェニルジカルボン酸無水物、ジフェニルスルホンジカルボン酸無水物、ナフタレンジカルボン酸無水物、アントラセンジカルボン酸無水物等と、一般式(VII)で表される酸無水物とを組み合わせて用いてもよい。 In addition, in the fluorescent polymer of this invention, the terminal group represented by general formula (I) may use only 1 type, or may use it in combination of 2 or more type. Therefore, as the raw material of the terminal group used in the synthesis, only one kind of acid anhydride represented by the general formula (VII) may be used, or two or more kinds may be used in combination. Furthermore, a group derived from a known acid anhydride having no hydroxyl group may be introduced as a terminal group as long as it does not interfere with the fluorescence characteristics of the fluorescent polymer of the present invention. Accordingly, for example, phthalic anhydride, benzophenone dicarboxylic acid anhydride, diphenyl ether dicarboxylic acid anhydride, diphenyl dicarboxylic acid anhydride, diphenyl sulfone dicarboxylic acid anhydride, naphthalene dicarboxylic acid anhydride, anthracene dicarboxylic acid anhydride, etc. You may use in combination with the acid anhydride represented by.
また、分子内三重結合を有する芳香族酸無水物から誘導される基を、その蛍光特性を妨げない範囲で、一般式(I)で表される末端基と共に用いると、本発明の蛍光性ポリマーに高温度領域での熱硬化性を付与することができる。分子内三重結合としては、エチニル基やフェニルエチニル基等が挙げられ、そのような分子内三重結合を有する芳香族酸無水物としては、下記一般式(VIII)で表される化合物が挙げられる。下記一般式(VIII)の末端封止剤と一般式(VII)で表される酸無水物とを共に用いることで、得られるポリイミド又はイミドオリゴマーは、ある温度以上で鎖延長反応と芳香環形成反応による熱硬化反応が起こり、フィルムの破断伸びなどの機械的特性が向上する。これは特に主鎖(すなわち、分子鎖)の重合度が数量体と低いイミドオリゴマーの機械的強度・製膜性を向上させる場合に特に有効である。 In addition, when a group derived from an aromatic acid anhydride having an intramolecular triple bond is used together with a terminal group represented by the general formula (I) within a range that does not impede its fluorescence properties, the fluorescent polymer of the present invention Can be imparted with thermosetting property in a high temperature region. Examples of the intramolecular triple bond include an ethynyl group and a phenylethynyl group, and examples of the aromatic acid anhydride having such an intramolecular triple bond include a compound represented by the following general formula (VIII). By using both the end-capping agent of the following general formula (VIII) and the acid anhydride represented by the general formula (VII), the resulting polyimide or imide oligomer has a chain extension reaction and aromatic ring formation at a certain temperature or higher. A thermosetting reaction occurs due to the reaction, and mechanical properties such as elongation at break of the film are improved. This is particularly effective when the mechanical strength and film-forming property of an imide oligomer having a low degree of polymerization of the main chain (that is, molecular chain) is low.
ここで、式中、R6は、総炭素数6〜30の単環式又は縮合多環式芳香族化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式芳香族基の3価の基を示し、ここで前記芳香族化合物は、置換されていてもよい。一般式(VIII)の酸無水物としては、例えば、3−ヒドロキシ−4−フェニルエチニル無水フタル酸、4−フェニルエチニル無水フタル酸、3−ヒドロキシ−6−フェニルエチニル無水フタル酸、3−フェニルエチニル無水フタル酸、フェニルエチニルナフタレンジカルボン酸無水物、フェニルエチニルジフェニルジカルボン酸無水物、フェニルエチニルジフェニルエーテルジカルボン酸無水物、フェニルエチニルベンゾフェノンジカルボン酸無水物、フェニルエチニルジフェニルスルホンジカルボン酸無水物、フェニルエチニルアントラセンジカルボン酸無水物等を挙げることができる。これらはその環上で、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよいアルキル基、直接又は架橋員を介して結合するアリール基、あるいはそれらの組み合わせによって構成される1価の置換基から選択される1個以上の基で置換されていてもよい。また、これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。 Here, in the formula, R 6 is a monocyclic or condensed polycyclic aromatic compound having 6 to 30 carbon atoms in total, or the aromatic compound which may be the same or different may be directly or cross-linked. 3 represents a trivalent group of non-condensed polycyclic aromatic groups interconnected via each other, wherein the aromatic compound may be substituted. Examples of the acid anhydride of the general formula (VIII) include 3-hydroxy-4-phenylethynyl phthalic anhydride, 4-phenylethynyl phthalic anhydride, 3-hydroxy-6-phenylethynyl phthalic anhydride, and 3-phenylethynyl. Phthalic anhydride, phenylethynylnaphthalenedicarboxylic anhydride, phenylethynyldiphenyldicarboxylic anhydride, phenylethynyldiphenyletherdicarboxylic anhydride, phenylethynylbenzophenone dicarboxylic anhydride, phenylethynyldiphenylsulfone dicarboxylic anhydride, phenylethynylanthracene dicarboxylic acid An anhydride etc. can be mentioned. These are selected from a monovalent substituent constituted by a halogen atom, an alkyl group optionally substituted with a halogen, an aryl group bonded directly or through a bridging member, or a combination thereof on the ring. It may be substituted with one or more groups. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明の蛍光性ポリマー、特に本発明の蛍光性ポリイミドの製造方法に特に制限はないが、例えば、上記一般式(VII)や式一般(VIII)で表される酸無水物と上記一般式(II)で表される酸二無水物(場合により、上記一般式(II′)で表される酸二無水物と組み合わせて)と上記式(III)で表されるジアミン化合物とを重縮合して得られるポリアミド酸を200℃以上の温度で加熱閉環することによって製造することができる。加熱閉環する方法に特に制限はなく、従来公知の方法が用いられる。 The method for producing the fluorescent polymer of the present invention, particularly the fluorescent polyimide of the present invention is not particularly limited. For example, the acid anhydride represented by the general formula (VII) or the general formula (VIII) and the general formula ( II) an acid dianhydride (optionally combined with the acid dianhydride represented by the above general formula (II ′)) and a diamine compound represented by the above formula (III). The polyamic acid obtained in this manner can be produced by heating and ring closure at a temperature of 200 ° C. or higher. There is no restriction | limiting in particular in the method of carrying out a heat ring closure, A conventionally well-known method is used.
以下に、本発明の蛍光性ポリイミドを用いたフィルムの製造方法の一例を示す。 Below, an example of the manufacturing method of the film using the fluorescent polyimide of this invention is shown.
まず、極性有機溶媒中で、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物と3−ヒドロキシフタル酸無水物の任意のモル比の混合物を4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンと重縮合し、ポリアミド酸溶液を得る。この時、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミドやN,O−ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミドのようなシリルエステル化物を混合すると、原料の会合体や生成物の不溶化(ゲル化)が起こりにくくなる。用いる極性有機溶媒としては、例えば、N−メチル−4−ピロリドン、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。重合溶液中の原料化合物の濃度は、好ましくは5〜40重量%であり、更に好ましくは10〜25重量%である。この反応を下記スキーム1及び2に示す。
First, in a polar organic solvent, a mixture of 3,3 ′, 4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride and 3-hydroxyphthalic anhydride in an arbitrary molar ratio is mixed with 4,4′-diaminodicyclohexylmethane. Polycondensation is performed to obtain a polyamic acid solution. At this time, when a silyl esterified product such as N, O-bis (trimethylsilyl) acetamide or N, O-bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide is mixed, insolubilization (gelation) of the raw material aggregate or product is unlikely to occur. Become. Examples of the polar organic solvent to be used include N-methyl-4-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide and the like. The concentration of the raw material compound in the polymerization solution is preferably 5 to 40% by weight, more preferably 10 to 25% by weight. This reaction is shown in
上述のようにして得られたポリアミド酸の溶液を、溶融石英板等の基板上に回転塗布し、不活性気体(例えば窒素)雰囲気下で、例えば70℃程度の温度から300℃程度の温度まで段階的あるいは連続的に加熱し、脱水閉環(イミド化)する。この反応を下記式に示す。段階的加熱の例としては、例えば、70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で30分、300℃で2時間のように行ってもよく、また毎分5℃での連続的な昇温によっても良い。イミド化後、空気中あるいは水中で基板から剥離することによりポリイミドフィルムを得る。基板からの剥離が困難な場合は、ポリアミド酸溶液をアルミ板上に回転塗布し、熱イミド化後、基板ごと10%塩酸に浸しアルミ板を溶解することにより、ポリイミドフィルムを得る。また、基板材料としては溶融石英や単結晶シリコン等の無機系のみならず、ポリイミド成型体等の有機高分子を用いても良い。この反応を下記スキーム3及び4に示す。
The polyamic acid solution obtained as described above is spin-coated on a substrate such as a fused quartz plate, and the temperature is about 70 ° C. to about 300 ° C. in an inert gas (eg, nitrogen) atmosphere. Heating stepwise or continuously to dehydrate ring closure (imidization). This reaction is shown in the following formula. Examples of stepwise heating may be, for example, 70 ° C for 2 hours, 160 ° C for 1 hour, 250 ° C for 30 minutes, 300 ° C for 2 hours, or continuous at 5 ° C per minute. It is also possible to increase the temperature. After imidation, a polyimide film is obtained by peeling from the substrate in air or water. When peeling from the substrate is difficult, the polyimide film is obtained by spin-coating the polyamic acid solution on the aluminum plate, thermal imidization, and then immersing the substrate together with 10% hydrochloric acid to dissolve the aluminum plate. Further, as a substrate material, not only an inorganic material such as fused quartz or single crystal silicon but also an organic polymer such as a polyimide molded body may be used. This reaction is shown in
ポリアミド酸の合成方法としては、上記のように極性有機溶媒を用いて合成する方法の他、原料である酸二無水物とジアミン化合物の昇華性を利用して、真空蒸着重合法により基板上で合成する方法が挙げられる。この場合のポリイミドフィルムの合成方法としては、具体的には、酸二無水物モノマー、酸無水物モノマーとジアミンモノマーを、真空槽内でそれぞれの蒸着源を加熱して蒸発させ、基板上でポリアミド酸を合成し、さらにこれを不活性気体中で加熱して、脱水閉環することによりポリイミド薄膜を得ることができる。また、必要に応じてピリジン/無水酢酸などの閉環触媒と脱水剤の組み合わせによる化学処理を行ってイミド化してもよい。 As a method for synthesizing the polyamic acid, in addition to the method of synthesizing using a polar organic solvent as described above, the sublimation property of the acid dianhydride and the diamine compound as raw materials is used to form a polyamic acid on the substrate by vacuum deposition polymerization. The method of synthesizing is mentioned. As a method for synthesizing the polyimide film in this case, specifically, an acid dianhydride monomer, an acid anhydride monomer and a diamine monomer are evaporated by heating respective vapor deposition sources in a vacuum chamber, and a polyamide is formed on the substrate. A polyimide thin film can be obtained by synthesizing an acid, heating it in an inert gas, and dehydrating and ring-closing. Further, if necessary, imidization may be performed by chemical treatment with a combination of a ring-closing catalyst such as pyridine / acetic anhydride and a dehydrating agent.
また、末端基として、本発明の一般式(I)で表される基と共に、分子内三重結合を有する芳香族酸無水物から誘導される基を導入した熱硬化性ポリイミド及び/又はイミドオリゴマーに関しては、高温度領域に加熱することにより、さらに優れた機械的特性を有する成形品(硬化物)を得ることができる。例えば、酸無水物モノマーとして、上記一般式(VII)で表される酸無水物と共に、上記一般式(VIII)で表される末端封止剤を用いる以外は、上記のようにして得られたフィルム状ポリイミド及び/又はイミドオリゴマーを高温度領域で熱硬化処理することにより得られる。なお、これらのポリイミド及び/又はイミドオリゴマーの一部が、ポリアミド酸及び/又はアミド酸オリゴマーであってもよい。また、熱イミド化を行うときに同時に熱硬化処理を行うこともできる。 Moreover, regarding the thermosetting polyimide and / or imide oligomer which introduce | transduced the group induced | guided | derived from the aromatic acid anhydride which has an intramolecular triple bond with the group represented by general formula (I) of this invention as a terminal group. Can obtain a molded article (cured product) having further excellent mechanical properties by heating to a high temperature region. For example, the acid anhydride monomer was obtained as described above, except that the terminal blocker represented by the general formula (VIII) was used together with the acid anhydride represented by the general formula (VII). The film-like polyimide and / or imide oligomer can be obtained by heat-curing in a high temperature region. A part of these polyimides and / or imide oligomers may be polyamic acid and / or amic acid oligomers. In addition, a thermosetting treatment can be performed simultaneously with the thermal imidization.
熱硬化処理温度は、ポリイミド及び/又はイミドオリゴマーあるいはポリアミド酸及び/又はアミド酸オリゴマーの種類によっても異なるが、100℃から500℃であり、より好適には250〜300℃である。熱処理時間は、ポリイミド又はポリアミド酸の種類や熱処理温度によっても異なるが、一般に炭素−炭素三重結合の熱架橋反応が十分に完結する時間から、ポリイミドが熱的に変性しない時間が望ましい。具体的には1分から1時間である。 The thermosetting temperature varies depending on the type of polyimide and / or imide oligomer or polyamic acid and / or amic acid oligomer, but is 100 ° C. to 500 ° C., more preferably 250 to 300 ° C. Although the heat treatment time varies depending on the kind of polyimide or polyamic acid and the heat treatment temperature, generally, the time during which the polyimide is not thermally denatured is desirable because the heat-crosslinking reaction of the carbon-carbon triple bond is sufficiently completed. Specifically, it is 1 minute to 1 hour.
したがって、本発明の蛍光性ポリマーは、前記ポリマー又はその前駆体それ自体、あるいは前記ポリマー又はその前駆体を含むワニスとして使用することができる。特に、分子鎖がポリイミド分子鎖である場合、本発明の蛍光性ポリマーは、ポリイミド、イミドオリゴマー、又はそれらの前駆体であるポリアミド酸、アミド酸オリゴマーそれ自体、あるいはそれらのいずれかを含むワニスとして使用することができる。ワニスの調製に使用される溶媒は、前記ポリマー又はその前駆体に対し不活性であって、かつ溶解しうるものであれば特に制限はない。好ましくは、前記ポリマー又はその前駆体の重合反応の際に使用された溶媒がそのまま使用される。 Therefore, the fluorescent polymer of the present invention can be used as the polymer or its precursor itself, or as a varnish containing the polymer or its precursor. In particular, when the molecular chain is a polyimide molecular chain, the fluorescent polymer of the present invention is a varnish containing polyimide, an imide oligomer, or a precursor thereof, polyamic acid, amide acid oligomer itself, or any of them. Can be used. The solvent used for preparing the varnish is not particularly limited as long as it is inert to the polymer or its precursor and can be dissolved. Preferably, the solvent used in the polymerization reaction of the polymer or its precursor is used as it is.
次に、本発明の有機発光デバイス、有機光波長変換デバイスについて説明する。本発明の有機発光デバイス、及び有機光波長変換デバイスは、上述した本発明の蛍光性ポリマーを用いて製造されたものである。 Next, the organic light emitting device and the organic light wavelength conversion device of the present invention will be described. The organic light-emitting device and the organic light wavelength conversion device of the present invention are manufactured using the above-described fluorescent polymer of the present invention.
本発明の蛍光性ポリマーは、有機EL素子、有機レーザー、波長変換素子、空間光変調素子等の有機発光デバイス、又は有機光波長変換デバイスの材料として用いることができる。例えば、本発明の蛍光性ポリマーのフィルムを発光層/受光層として用いて、透明基板/透明電極/電荷輸送層/発光層/受光層/電極の積層体を形成することにより有機EL素子にすることができる。また、本発明の蛍光性ポリマーのフィルムを紫外光LEDの封止材料として用いることで、面発光デバイスのLED波長変換素子(紫外光を青色〜水色〜白色〜緑色に、または赤橙色に変換)にすることができる。既存のLEDでは蛍光体にイットリウム、ユーロピウム、タンタルなどの希少金属を用いている。しかしながら、原料価格の高騰・資源の枯渇・人体への有害性などの問題がとされており、これらの原子を含まない有機化合物への転換が求められている。その他、通信用の光導波路や光源、光ファイバー増幅器、蛍光増白剤、塗料、インク、蛍光コレクタ、シンチレータ、植物育成用フィルム等に利用することができる。また、表面コーティング材として用いることにより、コーティングの有無を紫外光照射により確認できることから、製品検査の大幅な簡略化が可能となる。 The fluorescent polymer of the present invention can be used as a material for organic light-emitting devices such as organic EL elements, organic lasers, wavelength conversion elements, and spatial light modulation elements, or organic light wavelength conversion devices. For example, the film of the fluorescent polymer of the present invention is used as a light emitting layer / light receiving layer to form an organic EL device by forming a laminate of transparent substrate / transparent electrode / charge transport layer / light emitting layer / light receiving layer / electrode. be able to. Moreover, by using the fluorescent polymer film of the present invention as a sealing material for ultraviolet light LED, the LED wavelength conversion element of a surface emitting device (converts ultraviolet light from blue to light blue to white to green, or red to orange) Can be. Existing LEDs use rare metals such as yttrium, europium, and tantalum as phosphors. However, problems such as rising raw material prices, depletion of resources, and harmfulness to human bodies are considered, and conversion to organic compounds that do not contain these atoms is required. In addition, it can be used for optical waveguides and light sources for communication, optical fiber amplifiers, optical brighteners, paints, inks, fluorescent collectors, scintillators, plant growth films, and the like. Further, by using it as a surface coating material, the presence or absence of coating can be confirmed by irradiation with ultraviolet light, so that product inspection can be greatly simplified.
以下に、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、これらにより本発明は何ら制限を受けるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
実施例1
〈本発明の蛍光性ポリマー(上記式(40)のポリイミド)の薄膜の製造〉
三角フラスコに、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(s−ODPA)0.4829g(1.557mmol)と4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン(DCHM)0.3341g(1.588mmol)を加え、溶液中の原材料の濃度が14.85重量%になるようにN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)4.685gを加えた。三角フラスコ中の溶液を窒素雰囲気中、室温で24時間攪拌後、3−ヒドロキシフタル酸無水物(3HPA)0.0103g(0.063mmol)を加え、窒素雰囲気中、室温で24時間攪拌してポリアミド酸オリゴマーのDMAc溶液を得た。得られたポリアミド酸のDMAc溶液を直径75mmの石英板上に回転塗布し、窒素雰囲気下、70℃で1時間、220℃で1.5時間、2段階で昇温して加熱イミド化を行った。加熱イミド化によって形成された層を石英板から剥離してポリイミド薄膜を得た。仕込み量から計算されるポリアミド酸の重合度(n)は100であり、全イミド環に対する末端基のモル比(φ)は0.0198である。
Example 1
<Production of Thin Film of Fluorescent Polymer of the Present Invention (Polyimide of Formula (40) above)>
Into an Erlenmeyer flask, 0.4829 g (1.557 mmol) of 3,3 ′, 4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride (s-ODPA) and 0.3341 g of 4,4′-diaminodicyclohexylmethane (DCHM) ( 1.588 mmol) was added, and 4.685 g of N, N-dimethylacetamide (DMAc) was added so that the concentration of the raw material in the solution was 14.85% by weight. After stirring the solution in the Erlenmeyer flask in a nitrogen atmosphere at room temperature for 24 hours, 0.0103 g (0.063 mmol) of 3-hydroxyphthalic anhydride (3HPA) was added, and the mixture was stirred in a nitrogen atmosphere at room temperature for 24 hours to form polyamide. A DMAc solution of the acid oligomer was obtained. The obtained DMAc solution of polyamic acid was spin-coated on a quartz plate having a diameter of 75 mm, and heated in a nitrogen atmosphere at 70 ° C. for 1 hour, at 220 ° C. for 1.5 hours, and heated in two steps for imidization. It was. A layer formed by heating imidization was peeled off from the quartz plate to obtain a polyimide thin film. The degree of polymerization (n) of the polyamic acid calculated from the charged amount is 100, and the molar ratio (φ) of terminal groups to all imide rings is 0.0198.
得られたポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを減衰全反射(ATR)法により測定したところ、1777cm−1及び1719cm−1にイミド基のカルボニルに特有の吸収が観察され、またポリアミド酸において観測される1677cm−1、1637cm−1のアミド結合特有の吸収が消失しており、イミド化が完全に進行したことが確認できた。得られた薄膜の膜厚を蝕針式膜厚計で測定したところ、2.1μmであった。また、熱重量分析装置(TGA)により熱分解開始温度(5%重量減少温度)を測定したところ、452℃であった。得られたポリイミド薄膜の蛍光発光スペクトルを励起波長334nm、蛍光観測波長330〜800nmで測定したところ、波長350〜700nmにおいて強い蛍光が観測された。この結果を図1に示した。図1は、蛍光発光強度を測定した結果を示すグラフである。図1には、後述する実施例2、3、4、及び比較例1のポリイミドにおけるそれぞれの蛍光スペクトルの波長依存性を併せて示す。図1において縦軸は蛍光強度(対数表示)、横軸は波長(nm)を示している。図1に示すように、実施例1で得られた蛍光性ポリマーは、青色蛍光を最も強く発するが、蛍光波長が青色〜緑色領域全体に広がっていることから、蛍光色は水色を示す。このポリイミド薄膜の吸収端を、自記分光光度計により測定したところ、波長365nmの紫外域であった。紫外域にのみ吸収があることは、このポリイミドが可視域の全域で無色透明であることを示す。上記の結果を第1表に示す。 The infrared absorption spectrum of the obtained polyimide thin film was measured by attenuated total reflection (ATR) method, the absorption specific to carbonyl of the imide group to 1777cm -1 and 1719 cm -1 was observed, also observed in the polyamic acid Absorption peculiar to the amide bond at 1677 cm −1 and 1637 cm −1 disappeared, and it was confirmed that imidization proceeded completely. It was 2.1 micrometers when the film thickness of the obtained thin film was measured with the stylus type film thickness meter. Moreover, it was 452 degreeC when the thermal decomposition start temperature (5% weight reduction | decrease temperature) was measured with the thermogravimetric analyzer (TGA). When the fluorescence emission spectrum of the obtained polyimide thin film was measured at an excitation wavelength of 334 nm and a fluorescence observation wavelength of 330 to 800 nm, strong fluorescence was observed at a wavelength of 350 to 700 nm. The results are shown in FIG. FIG. 1 is a graph showing the results of measuring fluorescence emission intensity. In FIG. 1, the wavelength dependence of each fluorescence spectrum in the polyimide of Example 2, 3, 4 mentioned later and the comparative example 1 is shown collectively. In FIG. 1, the vertical axis represents fluorescence intensity (logarithmic display), and the horizontal axis represents wavelength (nm). As shown in FIG. 1, the fluorescent polymer obtained in Example 1 emits blue fluorescence most strongly, but since the fluorescence wavelength is spread over the entire blue to green region, the fluorescent color is light blue. When the absorption edge of this polyimide thin film was measured with a self-recording spectrophotometer, it was an ultraviolet region with a wavelength of 365 nm. Absorption only in the ultraviolet region indicates that this polyimide is colorless and transparent throughout the visible region. The results are shown in Table 1.
実施例2〜4
実施例1と同様に、但し第1表に示すように末端基の割合を変えてポリイミド薄膜を作成した。その結果も合わせて第1表に示す。
Examples 2-4
As in Example 1, except that the ratio of terminal groups was changed as shown in Table 1, polyimide thin films were prepared. The results are also shown in Table 1.
比較例1〜7
実施例1と同様に、但し第2表に示すように末端基の種類、割合を変えてポリイミド薄膜を作成した。その結果も合わせて第2表に示す。
Comparative Examples 1-7
In the same manner as in Example 1, except that the types and proportions of the terminal groups were changed as shown in Table 2, polyimide thin films were prepared. The results are also shown in Table 2.
実施例5
酸二無水物とジアミンの合計(固形分)の濃度を35%とし、実施例2と同様の方法でs−ODPA、3HPA、DCHMからポリアミド酸オリゴマーのDMAc溶液を調製した。この溶液を厚さ1mmの石英板上に塗布し、最高温度220℃で熱イミド化したところ、膜厚18μmのフィルムが得られた。ポリアミド酸溶液の塗布、乾燥、熱イミド化の処理をさらに2度繰り返したところ、膜厚約50μmのポリイミドが得られた。ダイシングソーを用いて基板ごと5×5mmの大きさに切り出し、ポリイミドフィルム側に紫外線シャープカットフィルタ(ガラス基板)をアクリル系光学接着剤により貼り付けた。石英基板の裏面から紫外発光ダイオード(発光波長386nm、電流20mA、光出力70mcd)を照射したところ、ポリイミドの表面から波長350〜700nmに広がる白色の明るい蛍光発光が観測された。本発明によるポリイミドが、紫外光→可視光の有機光波長変換デバイスにおける波長変換材料として機能することが明らかとなった。
Example 5
A DMAc solution of a polyamic acid oligomer was prepared from s-ODPA, 3HPA, and DCHM in the same manner as in Example 2 with the concentration of acid dianhydride and diamine (solid content) being 35%. When this solution was applied onto a quartz plate having a thickness of 1 mm and thermally imidized at a maximum temperature of 220 ° C., a film having a thickness of 18 μm was obtained. When the polyamic acid solution coating, drying, and thermal imidization were repeated twice, a polyimide film having a thickness of about 50 μm was obtained. The whole substrate was cut into a size of 5 × 5 mm using a dicing saw, and an ultraviolet sharp cut filter (glass substrate) was attached to the polyimide film side with an acrylic optical adhesive. When an ultraviolet light-emitting diode (emission wavelength: 386 nm, current: 20 mA, light output: 70 mcd) was irradiated from the back surface of the quartz substrate, white bright fluorescent emission extending from 350 to 700 nm from the surface of the polyimide was observed. It has been clarified that the polyimide according to the present invention functions as a wavelength conversion material in an organic light wavelength conversion device of ultraviolet light → visible light.
実施例6
〈蛍光性ポリマー(上記式(89)のポリイミド)の薄膜の製造〉
三角フラスコに、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(s−ODPA)0.6246g(2.013mmol),1,4−ジフルオロピロメリット酸二無水物(P2FDA)0.0568g(0.2235mmol),3−ヒドロキシフタル酸無水物(3HPA)0.0300g(0.1828mmol)と4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン(DCHM)0.4898g(2.328mmol)を加え、溶液中の原材料の濃度が20重量%になるようにN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)4.685gを加えた。三角フラスコ中の溶液を窒素雰囲気中、室温で24時間攪拌後、を加え、窒素雰囲気中、室温で24時間攪拌してポリアミド酸オリゴマーのDMAc溶液を得た。得られたポリアミド酸のDMAc溶液を直径75mmの石英板上に回転塗布し、窒素雰囲気下、70℃で1時間、220℃で1.5時間、2段階で昇温して加熱イミド化を行った。加熱イミド化によって形成された層を石英板から剥離してポリイミド薄膜を得た。仕込み量から計算されるポリアミド酸の重合度(n)は50、s−ODPAとP2FDAのモル比は9:1,全イミド環に対する末端基のモル比(φ)は0.0392である。
Example 6
<Manufacture of a thin film of fluorescent polymer (polyimide of the above formula (89))>
To an Erlenmeyer flask, 0.6246 g (2.013 mmol) of 3,3 ′, 4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride (s-ODPA), 1,4-difluoropyromellitic dianhydride (P2FDA) 0 0.0568 g (0.2235 mmol), 3-hydroxyphthalic anhydride (3HPA) 0.0300 g (0.1828 mmol) and 4,4′-diaminodicyclohexylmethane (DCHM) 0.4898 g (2.328 mmol) were added to the solution. 4.685 g of N, N-dimethylacetamide (DMAc) was added so that the concentration of the raw material in it was 20% by weight. The solution in the Erlenmeyer flask was stirred for 24 hours at room temperature in a nitrogen atmosphere, and then added at room temperature for 24 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a DMAc solution of a polyamic acid oligomer. The obtained DMAc solution of polyamic acid was spin-coated on a quartz plate having a diameter of 75 mm, and heated in a nitrogen atmosphere at 70 ° C. for 1 hour, at 220 ° C. for 1.5 hours, and heated in two steps for imidization. It was. A layer formed by heating imidization was peeled off from the quartz plate to obtain a polyimide thin film. The degree of polymerization (n) of the polyamic acid calculated from the charged amount is 50, the molar ratio of s-ODPA and P2FDA is 9: 1, and the molar ratio (φ) of terminal groups to all imide rings is 0.0392.
得られたポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを減衰全反射(ATR)法により測定したところ、1777cm−1及び1719cm−1にイミド基のカルボニルに特有の吸収が観察され、またポリアミド酸において観測される1677cm−1、1637cm−1のアミド結合特有の吸収が消失しており、イミド化が完全に進行したことが確認できた。得られた薄膜の膜厚を蝕針式膜厚計で測定したところ、6.4μmであった。また、熱重量分析装置(TGA)により熱分解開始温度(5%重量減少温度)を測定したところ、400℃であった。得られたポリイミド薄膜の蛍光発光スペクトルを励起波長331nm、蛍光観測波長330〜800nmで測定したところ、波長350〜800nmにおいて強い蛍光が観測された。この結果を図2に示した。図2は、蛍光発光強度を測定した結果を示すグラフである。図2には、後述する実施例7〜9及び比較例8、11のポリイミドにおけるそれぞれの蛍光スペクトルの波長依存性を併せて示す。図2において縦軸は蛍光強度、横軸は波長(nm)を示している。図2に示すように、実施例6で得られた蛍光性ポリマーは、紫外光励起により可視光領域全体にわたり蛍光を発するが、橙色蛍光を最も強く発する。このポリイミド薄膜の光吸収スペクトルを、自記分光光度計により測定したところ、P2FDA由来の吸収ピークが波長500nmに存在することから、得られたポリイミド薄膜は薄い赤色を呈する。上記の結果を第3表に示す。 The infrared absorption spectrum of the obtained polyimide thin film was measured by attenuated total reflection (ATR) method, the absorption specific to carbonyl of the imide group to 1777cm -1 and 1719 cm -1 was observed, also observed in the polyamic acid Absorption peculiar to the amide bond at 1677 cm −1 and 1637 cm −1 disappeared, and it was confirmed that imidization proceeded completely. It was 6.4 micrometers when the film thickness of the obtained thin film was measured with the stylus type film thickness meter. Moreover, it was 400 degreeC when the thermal decomposition start temperature (5% weight reduction | decrease temperature) was measured with the thermogravimetric analyzer (TGA). When the fluorescence emission spectrum of the obtained polyimide thin film was measured at an excitation wavelength of 331 nm and a fluorescence observation wavelength of 330 to 800 nm, strong fluorescence was observed at a wavelength of 350 to 800 nm. The results are shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the results of measuring the fluorescence emission intensity. In FIG. 2, the wavelength dependence of each fluorescence spectrum in the polyimide of Examples 7-9 mentioned later and Comparative Examples 8 and 11 is shown collectively. In FIG. 2, the vertical axis represents fluorescence intensity, and the horizontal axis represents wavelength (nm). As shown in FIG. 2, the fluorescent polymer obtained in Example 6 emits fluorescence over the entire visible light region by ultraviolet light excitation, but emits orange fluorescence most strongly. When the light absorption spectrum of this polyimide thin film was measured with the self-recording spectrophotometer, since the absorption peak derived from P2FDA exists in wavelength 500nm, the obtained polyimide thin film exhibits light red. The results are shown in Table 3.
実施例7〜9
実施例6と同様に、但し第3表に示すように末端基の割合及び共重合比を変えてポリイミド薄膜を作成した。その結果も合わせて第3表に示す。
Examples 7-9
As in Example 6, except that the ratio of terminal groups and the copolymerization ratio were changed as shown in Table 3, polyimide thin films were prepared. The results are also shown in Table 3.
比較例8〜6
実施例6と同様に、但し第4表に示すように末端基を用いず、共重合比を変えてポリイミド薄膜を作成した。その結果も合わせて第4表に示す。
Comparative Examples 8-6
As in Example 6, except that the end groups were not used as shown in Table 4, polyimide thin films were prepared by changing the copolymerization ratio. The results are also shown in Table 4.
Claims (14)
で表わされる末端基とを有する蛍光性ポリマーからなる蛍光材料。 A molecular chains exhibiting fluorescence emission in the wavelength 380 to 800 nm, the following formula (1):
A fluorescent material comprising a fluorescent polymer having a terminal group represented by the formula:
で表わされる末端基とを有する蛍光性ポリマーからなる蛍光材料。 And at least one acid component, obtained by polymerizing at least one diamine component, and polyimides molecular chains exhibiting fluorescence emission in the wavelength 380 to 800 nm, the following formula (1):
A fluorescent material comprising a fluorescent polymer having a terminal group represented by the formula:
(式中、R4は、単環式又は縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物、あるいは同一であっても異なっていてもよい前記芳香族又は脂環式化合物が直接又は架橋員を介して相互に連結された非縮合多環式の芳香族又は脂環式化合物の4価の基を示し、ここで前記芳香族又は脂環式化合物は置換されていてもよい)で表される芳香族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体である、請求項2に記載の蛍光材料。 The acid component alone is the general formula (II):
(Wherein R 4 is a monocyclic or condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound, or the aromatic or alicyclic compound which may be the same or different may be directly or cross-linked. Represents a tetravalent group of a non-condensed polycyclic aromatic or alicyclic compound interconnected via each other, wherein the aromatic or alicyclic compound may be substituted) The fluorescent material according to claim 2, which is an aromatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof.
(式中、R4は、請求項3に定義のとおりである)で表される芳香族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体と、一般式(II′):
(Wherein R 4 is as defined in claim 3) and an aromatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride or derivative thereof, and a general formula (II ′):
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