JP5317315B2 - 高分子化合物とそれを用いた高分子発光素子 - Google Patents

高分子化合物とそれを用いた高分子発光素子 Download PDF

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Description

本発明は、高分子化合物とそれを用いた高分子発光素子(以下高分子LEDということがある。)に関する。
高分子量の発光材料は低分子量のそれとは異なり溶媒に可溶で塗布法により発光素子における発光層を形成できることから種々検討されており、その例として、主鎖に芳香環を含む繰り返し単位を2種類有し、末端基としてアリール基であるフェニル基(式量77)を有する高分子化合物が知られている(特許文献1、特許文献2、及び特許文献3参照)。
また、主鎖の繰り返し単位として、フェノキサジン−ジイル基やフェノチアジン−ジイル基を含む高分子化合物が知られている(特許文献4及び特許文献5参照)。
しかしながら、上記の高分子化合物は、高分子LEDの発光層の発光材料として、蛍光強度、耐久性などの特性の点で、実用のためには未だ十分ではなく、高分子LEDの発光層の発光材料として、より優れた特性を示す高分子化合物が望まれていた。
国際公開第99/54385号パンフレット 国際公開第01/49769号パンフレット 米国特許第5777070号明細書 米国特許第2004−72989号明細書 特開2004−137456号公報
本発明の目的は、高分子LEDの発光層の発光材料として、優れた特性を示す高分子化合物を提供することにある。
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、下記式(1)で示される高分子化合物の分子主鎖を構成するArが、少なくとも1個の、下記式(2)又は式(3)で示される1価の基からなる群から選ばれる基を有する高分子化合物が、強い蛍光強度を示し、高分子LEDの発光層の発光材料として、優れた特性を示すことを見出し、本発明に至った。
本発明の高分子化合物は、発光材料として、優れた特性を示す。該高分子化合物を用いた高分子発光素子は高性能であり、バックライトとしての面状光源、フラットパネルディスプレイ等の装置として使用できる。また、本発明の高分子化合物は、レーザー用色素、有機太陽電池用材料、有機トランジスタ用の有機半導体、導電性薄膜用材料として用いることができる。
本発明の高分子化合物は、下記式(1)で示される繰り返し単位を1種類以上含む。
即ち本発明は、下記式(1)で示される繰り返し単位からなる群から選ばれる1種類以上の繰り返し単位を有する高分子化合物(重合体)であって、下記式(1)のArが、少なくとも1個の下記式(2)又は式(3)で示される1価の基からなる群から選ばれる基を有することを特徴とする上記高分子化合物に係るものである。
− Ar−(Z’)p− (1)
(ここで、Arは、アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基を示す。Z’は、−CR=CR−又は−C≡C−を表す。R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。pは0又は1を示す。)
Figure 0005317315

(式中、Aは、−O−、−S−又は−C(O)−を表し、Ar01は、直接結合、アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基を表し、R05及びR07は、それぞれ独立に、直接結合、―R−、*−O―R−、*−R−O−、*−R−C(O)O−、*−R−OC(O)−、*−R−N(R20)−、−O−、−S−、*−C(O)O−、又は−C(O)−を表し(ただし、*印は、*印側でAr01と結合することを意味する。)、Rは、アルキレン基又はアルケニレン基を表し、R20は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。ただし、Ar01が直接結合の場合は、R07も直接結合である。R01及びR02は、それぞれ独立に、置換基を示す。a及びbは、それぞれ独立に0から4の整数であり、複数のR01及びR02は同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
Figure 0005317315

(式中、Bは、−O−、−S−又は−C(O)−を表し、Ar02は、水素原子、アリール基、1価の複素環基又は1価の芳香族アミン基を表し、Ar03は、直接結合、アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基を表し、R06、R08及びR09は、それぞれ独立に、直接結合、―R−、−O―R−*、−R−O−*、−R−C(O)O−*、−R−OC(O)−*、−R−N(R20)−*、−O−、−S−、−C(O)O−*、又は−C(O)−を表し(ただし、*印は、*印側でAr02又はAr03と結合することを意味する。)、Rは、アルキレン基又はアルケニレン基を表し、R20は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。ただし、Ar03が直接結合の場合は、R09も直接結合である。R03及びR04は、それぞれ独立に、置換基を示す。cは0から4の整数であり、dは0から3の整数である。複数のR03及びR04は同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
本発明の高分子化合物は、前記式(1)で示される繰り返し単位を1種類以上含む。
前記式(1)において、Arは、アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基を示す。ここで、Arは、上記式(2)で表される基、上記式(3)で表される基のほかに、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基などの置換基を有していてもよい。Arが複数の置換基を有する場合、それらは同一であってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
前記式(1)において、アリーレン基とは、芳香族炭化水素から、水素原子2個を除いた残りの原子団であり、炭素数は、通常6〜60程度である。炭素数には置換基の炭素数は含まない。ここに芳香族炭化水素には縮合環をもつもの、独立したベンゼン環又は縮合環2個以上が直接又はビニレン等の基を介して結合したものも含まれる。
アリーレン基としては、フェニレン基(例えば、下記式1〜3)、ナフタレンジイル基(下記式4〜13)、アントラセニレン基(下記式14〜19)、ビフェニレン基(下記式20〜25)、トリフェニレン基(下記式26〜28)、縮合環化合物基(下記式29〜38)、スチルベン−ジイル(下記式AからD)、ジスチルベン−ジイル(下記式E及びF)、ベンゾフルオレン−ジイル(下記式G、H、I及びK)などが例示される。
Figure 0005317315
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Figure 0005317315
Figure 0005317315
上記式1〜38、A〜I及びKにおいて、Rは、前記式(2)で表される基、前記式(3)で表される基、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。上記の例において、複数のRを有しているが、それらは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、Rは、少なくとも1個は、前記式(2)で表される基又は前記式(3)で表される基である。
ここに、アルキル基は、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数は通常1〜20程度であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、ラウリル基などが挙げられ、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基が好ましい。
アルコキシ基は、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数は通常1〜20程度であり、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、ラウリルオキシ基などが挙げられ、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基が好ましい。
アルキルチオ基は、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数は通常1〜20程度であり、具体的には、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、イソブチルチオ基、t−ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、3,7−ジメチルオクチルチオ基、ラウリルチオ基などが挙げられ、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、デシルチオ基、3,7−ジメチルオクチルチオ基が好ましい。
アルキルシリル基は、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、炭素数は通常1〜60程度であり、具体的には、メチルシリル基、エチルシリル基、プロピルシリル基、イソプロピルシリル基、ブチルシリル基、イソブチルシリル基、t−ブチルシリル基、ペンチルシリル基、ヘキシルシリル基、シクロヘキシルシリル基、ヘプチルシリル基、オクチルシリル基、2−エチルヘキシルシリル基、ノニルシリル基、デシルシリル基、3,7−ジメチルオクチルシリル基、ラウリルシリル基、トリメチルシリル基、エチルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、イソプロピルジメチルシリル基、ブチルジメチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、ペンチルジメチルシリル基、ヘキシルジメチルシリル基、ヘプチルジメチルシリル基、オクチルジメチルシリル基、2−エチルヘキシル−ジメチルシリル基、ノニルジメチルシリル基、デシルジメチルシリル基、3,7−ジメチルオクチル−ジメチルシリル基、ラウリルジメチルシリル基などが挙げられ、ペンチルシリル基、ヘキシルシリル基、オクチルシリル基、2−エチルヘキシルシリル基、デシルシリル基、3,7−ジメチルオクチルシリル基、ペンチルジメチルシリル基、ヘキシルジメチルシリル基、オクチルジメチルシリル基、2−エチルヘキシル−ジメチルシリル基、デシルジメチルシリル基、3,7−ジメチルオクチル−ジメチルシリル基が好ましい。
アルキルアミノ基は、直鎖、分岐又は環状のいずれでもよく、モノアルキルアミノ基でもジアルキルアミノ基でもよく、炭素数は通常1〜40程度であり、具体的には、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、t−ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、ヘプチルアミノ基、オクチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ノニルアミノ基、デシルアミノ基、3,7−ジメチルオクチルアミノ基、ラウリルアミノ基などが挙げられ、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、オクチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、デシルアミノ基、3,7−ジメチルオクチルアミノ基が好ましい。
アリール基は、炭素数は通常6〜60程度であり、具体的には、フェニル基、C〜C12アルコキシフェニル基(C〜C12は、炭素数1〜12であることを示す。以下も同様である。)、C〜C12アルキルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基などが例示され、C〜C12アルコキシフェニル基、C〜C12アルキルフェニル基が好ましい。
アリールオキシ基は、炭素数は通常6〜60程度であり、具体的には、フェノキシ基、C〜C12アルコキシフェノキシ基、C〜C12アルキルフェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基などが例示され、C〜C12アルコキシフェノキシ基、C〜C12アルキルフェノキシ基が好ましい。
アリールアルキル基は、炭素数は通常7〜60程度であり、具体的には、フェニル−C〜C12アルキル基、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルキル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキル基、1−ナフチル−C〜C12アルキル基、2−ナフチル−C〜C12アルキル基などが例示され、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルキル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキル基が好ましい。
アリールアルコキシ基は、炭素数は通常7〜60程度であり、具体的には、フェニル−C〜C12アルコキシ基、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルコキシ基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルコキシ基、1−ナフチル−C〜C12アルコキシ基、2−ナフチル−C〜C12アルコキシ基などが例示され、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルコキシ基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルコキシ基が好ましい。
アリールアルケニル基としては、炭素数は通常8〜60程度であり、具体的には、フェニル−C〜C12アルケニル基、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルケニル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルケニル基、1−ナフチル−C〜C12アルケニル基、2−ナフチル−C〜C12アルケニル基などが例示され、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルケニル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルケニル基が好ましい。
アリールアルキニル基としては、炭素数は通常8〜60程度であり、具体的には、フェニル−C〜C12アルキニル基、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルキニル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキニル基、1−ナフチル−C〜C12アルキニル基、2−ナフチル−C〜C12アルキニル基などが例示され、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルキニル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキニル基が好ましい。
アリールアミノ基は、炭素数は通常6〜60程度であり、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、C〜C12アルコキシフェニルアミノ基、ジ(C〜C12アルコキシフェニル)アミノ基、ジ(C〜C12アルキルフェニル)アミノ基、1−ナフチルアミノ基、2−ナフチルアミノ基などが例示され、C〜C12アルキルフェニルアミノ基、ジ(C〜C12アルキルフェニル)アミノ基が好ましい。
1価の複素環基とは、複素環化合物から水素原子1個を除いた残りの原子団をいい、炭素数は通常4〜60程度であり、具体的には、チエニル基、C〜C12アルキルチエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、C〜C12アルキルピリジル基などが例示され、チエニル基、C〜C12アルキルチエニル基、ピリジル基、C〜C12アルキルピリジル基が好ましい。
上記置換基がアルキル鎖を含む基の場合は、該アルキル鎖は、ヘテロ原子又はヘテロ原子を含む基で中断されていてもよい。ここに、ヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子などが例示される。ヘテロ原子又はヘテロ原子を含む基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 0005317315
ここで、R’としては、例えば、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜60のアリール基、炭素数4〜60の1価の複素環基が挙げられる。
前記式(1)において、2価の複素環基とは、複素環化合物から水素原子2個を除いた残りの原子団をいい、炭素数は通常4〜60程度である。炭素数には置換基の炭素数は含まない。
ここに複素環化合物とは、環式構造をもつ有機化合物のうち、環を構成する元素が炭素原子だけでなく、酸素、硫黄、窒素、リン、ホウ素などのヘテロ原子を環内に含むものをいい、例えば以下のものが挙げられる。
ヘテロ原子として、窒素を含む基:ピリジン−ジイル基(下記式39〜44)、ジアザフェニレン基(下記式45〜48)、キノリンジイル基(下記式49〜63)、キノキサリンジイル基(下記式64〜68)、アクリジンジイル基(下記式69〜72)、ビピリジルジイル基(下記式73〜75)、フェナントロリンジイル基(下記式76〜78)など。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、酸素、硫黄、セレンなどを含みフルオレン構造を有する基(下記式79〜93)。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、酸素、硫黄、セレンなどを含む5員環複素環基(下記式94〜98)。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、酸素、硫黄、セレンなどを含む5員環縮合複素環基(下記式99〜108)。
ヘテロ原子として硫黄などを含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位で結合し2量体やオリゴマーになっている基(下記式109〜110)。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、酸素、硫黄、セレンなどを含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位でフェニル基に結合している基(下記式111〜117)。
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
上記式39〜117において、Rは、前記と同じ意味を表す。
前記式(1)において、2価の芳香族アミン基とは、芳香族アミンから水素原子2個を除いた残りの原子団をいい、炭素数は通常4〜60程度であり、炭素数には置換基の炭素数は含まない。2価の芳香族アミン基としては、例えば、下記一般式(50)で示される基が挙げられる。
−Ar−N(Ar)−Ar− (50)
式中、Ar及びArはそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいアリーレン基、下記一般式(4)で表される基、又は下記一般式(5)で表される基である。Arは、置換基を有していてもよいアリール基、下記一般式(6)で表される基又は下記一般式(7)で表される基を示す。また、ArとArの間、ArとArの間、又はArとArの間に環を形成していてもよい。
Figure 0005317315

式中、Ar及びArは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアリーレン基を示す。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。lは0又は1である。
Figure 0005317315

式中、Ar10及びAr11は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアリーレン基を示す。Ar12は、置換基を有していてもよいアリール基である。また、Ar10とAr12の間、Ar10とAr11の間、又はAr11とAr12の間に環を形成していてもよい。
Figure 0005317315

式中、Ar13は、置換基を有していてもよいアリーレン基を示す。Ar16及びAr17は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアリール基である。また、Ar13とAr16の間、Ar13とAr17の間、又はAr16とAr17の間に環を形成していてもよい。
Figure 0005317315

式中、Ar14は、置換基を有していてもよいアリーレン基を示す。Ar15は、置換基を有していてもよいアリール基を示す。R11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。rは0又は1である。
上記式(4)のAr及びAr、式(5)のAr10及びAr11、式(6)のAr13、及び式(7)のAr14は、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基、シアノ基等の置換基を有していてもよい。
また上記式(50)のAr、上記式(5)のAr12、上記式(6)のAr16とAr17、及び上記式(7)のAr15は、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基、シアノ基等の置換基を有していてもよい。
2価の芳香族アミン基として、具体的には以下の基が例示される。
Figure 0005317315

上記式118〜122において、Rは、前記と同じ意味を表す。
中でも、フェニレン基(例えば、上記式1〜3)、ナフタレンジイル基(上記式4〜13)、アントラセニレン基(上記式14〜19)、ビフェニレン基(上記式20〜25)、トリフェニレン基(上記式26〜28)、縮合環化合物基(上記式29〜38)、ジベンゾフラン−ジイル基(上記式85〜87)、ジベンゾチオフェン−ジイル基(上記式88〜90)、スチルベン−ジイル基(上記式A〜D)、ジスチルベン−ジイル基(上記式E及びF)、ベンゾフルオレン−ジイル基(上記式G、H、I及びK)、2価の芳香族アミン基(上記式118〜119及び122)、などが好ましく、中でもフェニレン基、ビフェニレン基、フルオレン−ジイル基(上記式36〜38)、ジベンゾフラン−ジイル基(上記式85〜87)、ジベンゾチオフェン−ジイル基(上記式88〜90)、スチルベン−ジイル基(上記式A〜D)、ジスチルベン−ジイル基(上記式E及びF)、ベンゾフルオレン−ジイル基(上記式G、H、I及びK)、2価の芳香族アミン基がより好ましい。
前記式(1)において、Z’は、−C(R)=C(R)−又は、−C≡C−を表す。R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基である。−C(R)=C(R)−が安定性の観点から好ましい。
Z’が、−C(R)=C(R)−である繰り返し単位としては、下記式128〜135で示されるものが好ましい。
Figure 0005317315

ここにRは前記と同じ意味を表す。
pは、0又は1である。光酸化安定性の観点からは、pは0であることが好ましい。
前記式(2)において、Aは、−O−、−S−又は−C(O)−を表す。
前記式(2)において、Ar01は、直接結合、アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基を表す。アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基は、前記と同じ意味を表す。
前記式(2)において、R05は、直接結合、―R−、*−O―R−、*−R−O−、*−R−C(O)O−、−R−OC(O)−*、*−R−N(R20)−、−O−、−S−、*−C(O)O−、又は−C(O)−を表し(ただし、*印は、*印側でAr01と結合することを意味する。)、R07は、直接結合、―R−、−O―R−*、−R−O−*、−R−C(O)O−*、−R−OC(O)−*、−R−N(R20)−*、−O−、−S−、−C(O)O−*、又は−C(O)−を表し(ただし、*印は、*印側でAr01と結合することを意味する。)、Rは、アルキレン基又はアルケニレン基を表す。R20は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。合成の容易さや安定性の観点からは、R05は、直接結合、−R−、*−O−R−であることが好ましく、R07は、直接結合、−R−、−R−O−*であることが好ましい。
前記式(2)において、R01及びR02は、それぞれ独立に、置換基である。置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。
a及びbは、それぞれ独立に0から4の整数であり、複数のR01及びR02は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
前記式(2)で表される基としては、具体的には、下記のような基が例示される。
Figure 0005317315

Figure 0005317315
ここで、Rは、水素原子又は01と同様の意味を表す。Rは、前記と同様の意味を表す。
前記式(3)において、Bは、−O−、−S−又は−C(O)−を表す。
前記式(3)において、Ar02は、水素原子、アリール基、1価の複素環基又は1価の芳香族アミン基を表す。
ここにアリール基としては、炭素数は通常6〜60程度であり、具体的には、フェニル基、C〜C12アルコキシフェニル基(C〜C12は、炭素数1〜12であることを示す。以下も同様である。)、C〜C12アルキルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基などが例示され、C〜C12アルコキシフェニル基、C〜C12アルキルフェニル基が好ましい。
1価の複素環基とは、複素環化合物から水素原子1個を除いた残りの原子団をいい、炭素数は通常2〜60程度である。
1価の複素環基としては、例えば、以下のものが挙げられる。
ヘテロ原子として窒素を含む1価の複素環基:ピリジニル基、ジアザフェニル基、キノリニル基、キノキサリニル基、アクリジニル基、ビピリジニル基、フェナントロリン−イル基など。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、硫黄、セレン、酸素などを含みフルオレン構造を有する基(前記式79〜93で示された環を有する基)。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、硫黄、セレン、酸素などを含む5員環複素環基(前記式94〜98で示された環を有する基)。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、硫黄、セレン、酸素などを含む5員環縮合複素環基(前記式99〜108で示された環を有する基)。
ヘテロ原子として、硫黄などを含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位で結合し2両体やオリゴマーになっている基(前記式109〜110で示された環を有する基)。
ヘテロ原子としてケイ素、窒素、硫黄、セレン、酸素などを含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位でフェニル基に結合している基(前記式111〜117で示された環を有する基)。
1価の芳香族アミン基とは、芳香族アミンから水素原子1個を除いた残りの原子団をいい、炭素数は通常4〜60程度である。炭素数には置換基の炭素数は含まない。1価の芳香族アミン基としては、例えば、下記式123〜127に示す基が例示される。
Figure 0005317315

ここにRは、R01と同じ意味を表す。
前記式(3)において、R06は、直接結合、―R−、−O―R−*、−R−O−*、−R−C(O)O−*、−R−OC(O)−*、−R−N(R20)−*、−O−、−S−、−C(O)O−*、又は−C(O)−を表し(ただし、*印は、*印側でAr02と結合することを意味する。)、Rは、アルキレン基又はアルケニレン基を表す。R20は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。合成の容易さや安定性の観点からは、R06は、直接結合、―R−、−R−O−*であることが好ましい。
08は、直接結合、―R−、*−O―R−、*−R−O−、*−R−C(O)O−、*−R−OC(O)−、*−R−N(R20)−、−O−、−S−、*−C(O)O−、又は−C(O)−を表し(ただし、*印は、*印側でAr03と結合することを意味する。)、R09は、直接結合、―R−、−O―R−*、−R−O−*、−R−C(O)O−*、−R−OC(O)−*、−R−N(R20)−*、−O−、−S−、−C(O)O−*、又は−C(O)−を表し(ただし、*印は、*印側でAr03と結合することを意味する。)、Rは、アルキレン基又はアルケニレン基を表す。R20は、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。合成の容易さや安定性の観点からは、R08は、直接結合、−R−、*−O−R−であることが好ましく、R09は、直接結合、−R−、−R−O−*であることが好ましい。
03及びR04は、それぞれ独立に、置換基を表す。置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基である。
cは0から4の整数であり、dは0から3の整数である。複数のR03及びR04は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
前記式(3)で表される基としては、具体的には、下記のような基が例示される。
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
ここで、Rは、R03と同様の意味を表す。Rは、前記と同様の意味を表す。
本発明の高分子化合物の中では、さらに下記式(30)で示される繰り返し単位を含むものが、溶解性や蛍光強度の観点から好ましい。
− Ar−(Z)− (30)
上記式(30)におけるArは、アリーレン基、2価の複素環基、又は2価の芳香族アミン基である。Arとしては、Arと同じ基が例示される。ただし、Arは、前記式(2)で表される基、前記式(3)で表される基を含まない。
Arとしては、フェニレン基(例えば、上記式1〜3)、ナフタレンジイル基(上記式4〜13)、アントラセニレン基(上記式14〜19)、ビフェニレン基(上記式20〜25)、トリフェニレン基(上記式26〜28)、縮合環化合物基(上記式29〜38)、ジベンゾフラン−ジイル基(上記式85〜87)、ジベンゾチオフェン−ジイル基(上記式88〜90)、スチルベン−ジイル基、ジスチルベン−ジイル基、2価の芳香族アミン基(上記式118〜119及び122)、などが好ましく、中でも、フェニレン基、ビフェニレン基、フルオレン−ジイル基(上記式36〜38)、ジベンゾフラン−ジイル基(上記式85〜87)、ジベンゾチオフェン−ジイル基(上記式88〜90)、スチルベン−ジイル基、ジスチルベン−ジイル基、2価の芳香族アミン基がより好ましい。
上記式(30)において、Zは、−C(R)=C(R)−又は−C≡C−を表す。R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。tは0又は1を示す。
安定性の観点からは、−C(R)=C(R)−であることが好ましい。
Zが、−C(R)=C(R)−である繰り返し単位としては、下記式128〜135で示されるものが好ましい。
Figure 0005317315

ここにRは前記と同じ意味を表す。ただし、前記式(2)で表される基、前記式(3)で表される基を含まない。
光酸化安定性の観点からは、tは0であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物において、高分子化合物の蛍光強度や耐熱性の観点からは、Arのアリーレン基が下記式(1−1)、(1−2)で示される基、(1−3)、(1−4)で示される基が特に好ましい。
Figure 0005317315

〔式中、Rp1、Rq1、Rp2、Rq2、Rp3、Rq3、Rp4及びRq4はそれぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。aは0〜3の整数を表し、bは0〜5の整数を表す。Rp1、Rq1、Rp2、Rq2、Rp3、Rq3、Rp4及びRq4が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Rw1、Rx1、Rw2、Rx2、Rw3、Rx3、Rw4及びRx4はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を表し、Rw1とRx1、Rw2とRx2、Rw3とRx3、Rw4とRx4はそれぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。〕
上記式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)において、有機溶媒への溶解性、素子特性、高分子化合物の合成の行いやすさや蛍光強度等の観点からは、Rp1、Rq1、Rp2、Rq2、Rp3、Rq3、Rp4及びRq4が、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基であることが好ましい。アルキル基、アルコキシ基、アリール基であることがより好ましい。
上記式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)において、有機溶媒への溶解性、素子特性、高分子化合物の合成の行いやすさや蛍光強度等の観点からは、Rw1、Rx1、Rw2、Rx2、Rw3、Rx3、Rw4及びRx4としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基が好ましく、アルキル基、アリール基がより好ましい。
アルキル基、アルコキシ基、アリール基として、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソアミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘキシルメチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、ラウリル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基等の炭素数が通常1〜20程度の直鎖、分岐又は環状のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、シクロヘキシルメチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、ラウリルオキシ基、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロブトキシ基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基、メトキシメチルオキシ基、2−メトキシエチルオキシ基等の炭素数が通常1〜20程度のアルコキシ基;フェニル基、C〜C12アルコキシフェニル基、C〜C12アルキルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、9−アントラセニル基、ペンタフルオロフェニル基等の炭素数が通常6〜60程度のアリール基等が例示される。
ここに、C〜C12アルコキシとして具体的には、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、イソプロピルオキシ、ブトキシ、イソブトキシ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、3,7−ジメチルオクチルオキシ、ラウリルオキシなどが例示され、C〜C12アルキルフェニル基として具体的には、メチルフェニル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、プロピルフェニル基、メシチル基、メチルエチルフェニル基、イソプロピルフェニル基、ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、t−ブチルフェニル基、ペンチルフェニル基、イソアミルフェニル基、ヘキシルフェニル基、ヘプチルフェニル基、オクチルフェニル基、ノニルフェニル基、デシルフェニル基、ドデシルフェニル基などが例示される。
上記式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)で示される基の具体例として、Rw1とRx1、Rw2とRx2、Rw3とRx3、Rw4とRx4がそれぞれ互いに結合して環を形成しているものとしては、それぞれ、下記式群(1−1−2)、(1−2−2)、(1−3−2)及び(1−4−2)が例示される。これらの構造に、さらに置換基を有していてもよい。
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315
上記式(1−1)及び(1−2)において、高分子量化の観点及び耐熱性向上の観点からは、a=b=0であることが好ましい。
本発明の高分子化合物のなかで、単量体の合成の容易さからは、式(1−1)、(1−3)、(1−4)で示される基を含むものが好ましく、さらに好ましくは式(1−1)である。
合成した高分子化合物の有機溶媒への溶解性を向上させる観点と耐熱性とのバランスから、Rw1、Rx1はアルキル基が好ましく、炭素数が3以上のものがさらに好ましく、7以上がより好ましく、8以上がさらに好ましい。最も好ましくはn−オクチル基であり、下記式(80)で示される構造である。
Figure 0005317315

また、高分子化合物の合成の容易さや蛍光強度の観点からは、Arの2価の複素環基は、下記式(70):
Figure 0005317315

〔式中、C環及びD環は、それぞれ独立に、芳香環を表す。C環及びD環は、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基及びシアノ基からなる群から選ばれる置換基を有していてもよい。置換基が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。Eは、O又はSである。〕
で表される基が特に好ましい。
前記式(70)で表される基としては、例えば、下記式(2a)〜(2d):
Figure 0005317315

(式中、XはO又はSを表し、Rは置換基を表し、mは独立に0〜5の整数を表し、nは独立に0〜3の整数を表す。Rが複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。)
のいずれかで表されるものが挙げられる。
で表される置換基は、前記Rで表される置換基として説明し例示したものと同じである。また、高分子化合物の溶解性の観点から、mは1〜3の整数が好ましく、nは1又は2が好ましい。
前記式(2a)で表される基は、下記式(2E):
Figure 0005317315

〔式中、Yは、O又はSを表す。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基を表す。〕
で表されるものであることが、高分子化合物の合成の容易さの観点から好ましい。
前記式(2E)中、R及びRは、高分子化合物の合成の容易さからは、同一のもの(即ち、両方とも、水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基)であることが好ましく、アルコキシ基であることが好ましい。R及びRで表されるアルキル基、アリール基は、Rで表される置換基として説明し例示したものと同じである。また、R及びRで表されるアルコキシ基としては、高分子化合物の溶解性や蛍光強度の観点から、ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、ラウリルオキシ基が好ましく、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基がさらに好ましい。
前記式(70)で表される繰り返し単位としては、例えば、
Figure 0005317315

(式中、Rは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。)
等が挙げられ、高分子化合物の耐熱性や高分子量化の観点からは、
Figure 0005317315

(式中、Rは前記と同じ意味を有する。)
が好ましい。
前記式において、1つの構造式中に複数のRを有しているが、それらは同一であっても異なっていてもよい。前記式中、Rで表される基は、前記Rで表される置換基として説明し例示したものと同じである。
本発明の高分子化合物は、その分子主鎖を構成するアリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基上の置換基として、前記式(2)で表される基、及び/又は、前記式(3)で表される基を少なくとも1個有するものであればよい。この置換基は、1種類でも2種類以上であってもよい。
なお、本発明の高分子化合物は、蛍光特性や電荷輸送特性を損なわない範囲で上記、式(1)及び(30)で示される繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよいが、実質的に式(1)で示される繰り返し単位からなるもの、実質的に式(1)及び(30)で示される繰り返し単位からなるものが好ましい。繰り返し単位が、ビニレンや非共役部分で連結されていてもよいし、繰り返し単位にそれらのビニレンや非共役部分が含まれていてもよい。上記非共役部分を含む結合構造としては、以下に示すもの、以下に示すものとビニレン基を組み合わせたもの、及び以下に示すもののうち2つ以上を組み合わせたものなどが例示される。ここで、Rは前記のものと同じ置換基から選ばれる基であり、Arは炭素数6〜60個の炭化水素基を示す。
Figure 0005317315
本発明の高分子化合物は、数平均分子量がポリスチレン換算で10〜10であり、成膜性の点から好ましくは3×10〜5×10であり、より好ましくは5×10〜2×10、さらに好ましくは1×10〜1×10である。
本発明の高分子化合物は、固体状態で蛍光を有するものが好ましい。固体状態で蛍光を有し、かつ、数平均分子量がポリスチレン換算で10〜10であるものが、さらに好ましい。
また、本発明の高分子化合物は、りん光を有していてもよい。
本発明の高分子化合物に対する良溶媒としては、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、デカリン、n−ブチルベンゼンなどが例示される。高分子化合物の構造や分子量にもよるが、通常はこれらの溶媒に0.1重量%以上溶解させることができる。
本発明の高分子化合物は、ランダム、ブロック又はグラフト共重合体であってもよいし、それらの中間的な構造を有する高分子、例えばブロック性を帯びたランダム共重合体であってもよい。蛍光の量子収率の高い高分子化合物を得る観点からは完全なランダム共重合体よりブロック性を帯びたランダム共重合体やブロック又はグラフト共重合体が好ましい。主鎖に枝分かれがあり、末端部が3つ以上ある場合やデンドリマーも含まれる。
本発明の高分子化合物を高分子LEDの発光材料として用いる場合、薄膜からの発光やりん光を利用するので本発明の高分子化合物としては、固体状態で蛍光又はりん光を有するものが好ましい。
次に、本発明の高分子化合物の製造方法について説明する。
本発明の高分子化合物は、例えば、下記式で示される化合物を原料の一つとして縮合重合することにより製造することができる。
Figure 0005317315

(式中、Rは、前記式(2)で表される基、前記式(3)で表される基、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。上記の例において、複数のRが存在するが、それらは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、Rは、少なくとも1個は、前記式(2)で表される基又は前記式(3)で表される基である。D及びDはそれぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基、アリールアルキルスルホネート基、ホウ酸エステル基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸基、ホルミル基、シアノメチル基又はビニル基を示す。)
ここにアルキルスルホネート基としては、メタンスルホネート基、エタンスルホネート基、トリフルオロメタンスルホネート基などが例示され、アリールスルホネート基としては、ベンゼンスルホネート基、p−トルエンスルホネート基などが例示され、アリールアルキルスルホネート基としては、ベンジルスルホネート基などが例示される。
ホウ酸エステル基としては、下記式で示される基が例示される。
Figure 0005317315

スルホニウムメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CHMe、−CHPh (Xはハロゲン原子を示す。)
ホスホニウムメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CHPh (Xはハロゲン原子を示す。)
ホスホネートメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CHP(O)(OR’’’)
(R’’’はアルキル基、アリール基又はアリールアルキル基を示す。)
モノハロゲン化メチル基としては、フッ化メチル基、塩化メチル基、臭化メチル基、ヨウ化メチル基が例示される。
縮合重合の方法としては、例えば、主鎖がビニレン基を有する場合には、必要に応じてその他の単量体を用いて、例えば、
〔1〕アルデヒド基を有する化合物とホスホニウム塩基を有する化合物とのWittig反応による重合、
〔2〕アルデヒド基とホスホニウム塩基とを有する化合物のWittig反応による重合、
〔3〕ビニル基を有する化合物とハロゲン原子を有する化合物とのHeck反応による重合、
〔4〕ビニル基とハロゲン原子とを有する化合物のHeck反応による重合、
〔5〕アルデヒド基を有する化合物とアルキルホスホネート基を有する化合物とのHorner−Wadsworth−Emmons法による重合、
〔6〕アルデヒド基とアルキルホスホネート基とを有する化合物のHorner−Wadsworth−Emmons法による重合、
〔7〕ハロゲン化メチル基を2つ以上有する化合物の脱ハロゲン化水素法による重縮合、
〔8〕スルホニウム塩基を2つ以上有する化合物のスルホニウム塩分解法による重縮合、
〔9〕アルデヒド基を有する化合物とアセトニトリル基を有する化合物とのKnoevenagel反応による重合、
〔10〕アルデヒド基とアセトニトリル基とを有する化合物のKnoevenagel反応による重合などの方法、
〔11〕アルデヒド基を2つ以上有する化合物のMcMurry反応による重合
などの方法が例示される。
また、本発明の高分子化合物の製造方法として、例えば、
〔12〕Suzukiカップリング反応により重合する方法、
〔13〕Grignard反応により重合する方法、
〔14〕Ni(0)触媒により重合する方法、
〔15〕FeCl等の酸化剤により重合する方法、電気化学的に酸化重合する方法、又は
〔16〕適当な脱離基を有する中間体高分子の分解による方法
などが例示される。
Ni(0)触媒を用いた反応としては、ゼロ価ニッケル錯体{Ni(COD)2}の存在下で重合を行う方法が例示される。
ゼロ価ニッケル錯体としては、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)、(エチレン)ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケル(0)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケルなどが例示され、中でも、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)が、汎用性で安価という観点で好ましい。
また、中性配位子を添加することが、収率向上の観点から好ましい。
ここに、中性配位子とは、アニオンやカチオンを有していない配位子であり、2,2’−ビピリジル、1,10−フェナントロリン、メチレンビスオキサゾリン、N,N’−テトラメチルエチレンジアミン等の含窒素配位子;トリフェニルホスフィン、トリトリルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェノキシホスフィン等の第三ホスフィン配位子などが例示され、汎用性、安価の点で含窒素配位子が好ましく、2,2’−ビピリジルが高反応性、高収率の点で特に好ましい。特に、重合体の収率向上の点から、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を含む系に中性配位子として2,2’−ビピリジルを加えた系が好ましい。
重合溶媒としては、重合を阻害しないものであれば特に限定されないが、例えば、アミド系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒などが挙げられる。
ここに、アミド系溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
芳香族炭化水素系溶媒としては、芳香族炭化水素化合物からなる溶媒であり、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、ブチルベンゼン、ナフタリン、テトラリン等が挙げられ、トルエン、キシレン、テトラリン、テトラメチルベンゼンなどが好ましい。
また、エーテル系溶媒としては、酸素原子で炭化水素基が結合した化合物からなる溶媒であり、例えば、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジフェニルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、tert−ブチルメチルエーテル等が挙げられ、高分子化合物に対する良溶媒である、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどが好ましい。
また、重合性、溶解性を改良する観点から、これら溶媒を混合して用いてもよい。
重合反応は、通常アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行われる。
重合時間は、通常0.5〜100時間程度であるが、製造コストの点から、30時間以内が好ましい。
重合温度は、通常0〜200℃程度であるが、高収率、低加熱費の点から、0〜100℃が好ましい。
Pd触媒の存在下で反応を行う例としては、例えば、Suzukiカップリング反応が挙げられる。
Suzukiカップリング反応に用いられるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]錯体、ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)パラジウム錯体などが例示される。
リン配位子としては、トリフェニルホスフィン、トリ(o−トリル)ホスフィン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが例示される。
例えば、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]を用い、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化バリウム等の無機塩基、トリエチルアミン等の有機塩基、又はフッ化セシウム等の無機塩をモノマーに対して当量以上、好ましくは1〜10当量加えて反応を行う。無機塩を水溶液として、2相系で反応を行ってもよい。溶媒としては、N、N−ジメチルホルムアミド、トルエン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフランなどが例示される。溶媒にもよるが50〜160℃程度の温度が好適に用いられる。溶媒の沸点近くまで昇温し、環流させてもよい。反応時間は0.2時間から200時間程度である。なお、重合反応は、通常アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下、Pd(0)触媒が失活しない反応系で行う。
これらのうち、Wittig反応による重合、Heck反応による重合、Horner−Wadsworth−Emmons法による重合、Knoevenagel反応による重合、及びSuzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、Ni(0)触媒により重合する方法が、構造制御がしやすいので好ましい。さらに、Ni(0)触媒により重合する方法が原料の入手しやすさと重合反応操作の簡便さからより好ましい。
本発明の高分子化合物を製造終了後、必要に応じ、酸洗浄、アルカリ洗浄、中和、水洗浄、有機溶媒洗浄、再沈殿、遠心分離、抽出、カラムクロマトグラフィーなどの慣用の分離操作、精製操作、乾燥その他の操作に供してもよい。
本発明の高分子化合物を高分子LEDの発光材料として用いる場合、その純度が発光特性に影響を与えるため、本発明の製造方法においては、上記分離操作、精製操作を十分行い、未反応モノマー、副生成物、触媒残渣などを十分除いておくことが好ましい。
乾燥は、残存する溶媒が十分に除去される条件で行えばよい。高分子化合物の変質を防止するために、不活性な雰囲気で遮光して乾燥を行うことが好ましい。また、高分子化合物が熱的に変質しない温度で乾燥を行うことが好ましい。
本発明の高分子化合物は、発光材料として用いることができる。さらに、電荷輸送性材料、有機半導体材料、光学材料、又はドーピングにより導電性材料として用いることもできる。
本発明の高分子化合物を高分子LEDの発光材料として用いる場合、その純度が発光特性に影響を与えるため、重合前のモノマーを蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製したのちに重合することが好ましく、また合成後、再沈精製、クロマトグラフィーによる分別等の純化処理をすることが好ましい。
本発明の高分子組成物は、固体状態で蛍光を有し、ポリスチレン換算の数平均分子量が10〜10である前記本発明の高分子化合物以外の高分子化合物と、前記本発明の高分子化合物を含む。前記本発明の高分子化合物以外の高分子化合物は、溶媒への溶解性、蛍光強度、寿命や輝度などの素子にした時の特性などを向上させるものであれば特に限定されず、具体的には、特開2001−247861号、特開2001−507511号、特開2001−504533号、特開2001−278958号、特開2001−261796号、特開2001−226469号、特許第3161058号公報などに記載の高分子化合物が挙げられるがこれらには限定されない。前記本発明の高分子化合物以外の高分子化合物の種類としてはポリフルオレン系化合物、ポリフルオレン系高分子化合物、ポリアリーレン系化合物、ポリアリーレン系高分子化合物、ポリアリーレンビニレン系化合物、ポリアリーレンビニレン系高分子化合物、ポリスチルベン系化合物、ポリスチルベン系高分子化合物、ポリスチルベンビニレン系化合物、ポリスチルベンビニレン系高分子化合物、ポリピリジンジイル系化合物、ポリピリジンジイル系高分子化合物、アルコキシポリチオフェン系化合物、アルコキシポリチオフェン系高分子化合物などが挙げられるがこれらには限定されない。これらの中で、ポリフルオレン系高分子化合物、ポリアリーレン系高分子化合物、ポリアリーレンビニレン系高分子化合物、ポリスチルベン系高分子化合物、ポリスチルベンビニレン高分子化合物が好ましい。
混合の割合は、溶媒への溶解性、蛍光強度、寿命や輝度などの素子にした時の特性などを向上させるような割合ならば何でもよいが、本発明の高分子化合物の割合が高分子組成物全体に対して、通常、5〜95重量%の範囲である。
また本発明の高分子組成物として、本発明の置換基を有する高分子化合物を2種以上含むものが挙げられる。本発明の置換基を有する高分子化合物としては、ポリフルオレン系重合体、ポリアリーレン系重合体、ポリアリーレンビニレン系重合体、ポリスチルベン系重合体、ポリスチルベンビニレン系重合体、ポリピリジンジイル系重合体、アルコキシポリチオフェン系重合体等で、本発明の置換基を有する高分子化合物が挙げられ、本発明の高分子組成物は、これらの高分子化合物の2種以上を適宜組合わせて得られる。また、その配合割合は特に限定されないが、組成物中に最も多く含まれる高分子化合物の割合を高分子組成物全体に対して5〜90重量%の範囲としたものも好ましい。
<組成物(液状組成物)>
本発明の組成物は、前記本発明の高分子化合物と、該高分子化合物以外のポリスチレン換算の数平均分子量が10〜10である高分子化合物とを含有するものである。該高分子化合物以外のポリスチレン換算の数平均分子量が10〜10である高分子化合物としては、ポリ(フェニレン)及びその誘導体、ポリ(ベンゾフルオレン)及びその誘導体、ポリ(ジベンゾフラン)及びその誘導体、ポリ(ジベンゾチオフェン)及びその誘導体、ポリ(カルバゾール)及びその誘導体、ポリ(チオフェン)及びその誘導体、ポリ(フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(フルオレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(ベンゾフルオレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(ジベンゾフランビニレン)及びその誘導体等が例示される。但し、これら誘導体は、前記式(1)で表される繰り返し単位以外のものである。
本発明の液状組成物は、高分子発光素子等の発光素子や有機トランジスタの作製に有用である。液状組成物は、前記高分子化合物と溶媒とを含んでなるものである。本明細書において、「液状組成物」とは、素子作製時において液状であるものを意味し、典型的には、常圧(即ち、1気圧)、25℃において液状のものを意味する。また、液状組成物は、一般的には、インク、インク組成物、溶液等と呼ばれることがある。
本発明の液状組成物は、前記高分子化合物以外に、低分子発光材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、安定剤、粘度及び/又は表面張力を調節するための添加剤、酸化防止剤等を含んでいてもよい。これらの任意成分は、各々、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
本発明の液状組成物が含有してもよい低分子蛍光材料としては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン、アントラセン誘導体、ペリレン、ペリレン誘導体、ポリメチン系色素、キサンテン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素、8−ヒドロキシキノリンの金属錯体を配位子として有する金属錯体、8−ヒドロキシキノリン誘導体を配位子として有する金属錯体、その他の蛍光性金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン、テトラフェニルシクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルシクロブタジエン、テトラフェニルシクロブタジエン誘導体、スチルベン系、含ケイ素芳香族系、オキサゾール系、フロキサン系、チアゾール系、テトラアリールメタン系、チアジアゾール系、ピラゾール系、メタシクロファン系、アセチレン系等の低分子化合物の蛍光性材料が挙げられる。具体的には、例えば、特開昭57−51781号公報、特開昭59−194393号公報等に記載されているもの、公知のものが挙げられる。
本発明の液状組成物が含有してもよい正孔輸送材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びその誘導体等が挙げられる。
本発明の液状組成物が含有してもよい電子輸送材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体等が挙げられる。
本発明の液状組成物が含有してもよい安定剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が挙げられる。
本発明の液状組成物が含有してもよい粘度及び/又は表面張力を調節するための添加剤としては、例えば、粘度を高めるための高分子量の化合物(増粘剤)や貧溶媒、粘度を下げるための低分子量の化合物、表面張力を下げるための界面活性剤等を適宜組み合わせて使用すればよい。
前記の高分子量の化合物としては、発光や電荷輸送を阻害しないものであればよく、通常、液状組成物の溶媒に可溶性のものである。高分子量の化合物としては、例えば、高分子量のポリスチレン、高分子量のポリメチルメタクリレート等を用いることができる。前記の高分子量の化合物のポリスチレン換算の重量平均分子量は50万以上が好ましく、100万以上がより好ましい。また、貧溶媒を増粘剤として用いることもできる。
本発明の液状組成物が含有してもよい酸化防止剤としては、発光や電荷輸送を阻害しないものであればよく、組成物が溶媒を含む場合には、通常、該溶媒に可溶性のものである。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が例示される。酸化防止剤を用いることにより、前記高分子化合物、溶媒の保存安定性を改善し得る。
本発明の液状組成物が正孔輸送材料を含有する場合には、該液状組成物中の正孔輸送材料の割合は、通常、1重量%〜80重量%であり、好ましくは5重量%〜60重量%である。本発明の液状組成物が電子輸送材料を含有する場合には、該液状組成物中の電子輸送材料の割合は、通常、1重量%〜80重量%であり、好ましくは5重量%〜60重量%である。
高分子発光素子の作製の際に、この液状組成物を用いて成膜する場合、該液状組成物を塗布した後、乾燥により溶媒を除去するだけでよく、また電荷輸送材料や発光材料を混合した場合においても同様な手法が適用できるので、製造上非常に有利である。なお、乾燥の際には、50〜150℃程度に加温した状態で乾燥してもよく、また、10−3Pa程度に減圧して乾燥させてもよい。
液状組成物を用いた成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法を用いることができる。
液状組成物中の溶媒の割合は、該液状組成物の全重量に対して、通常、1重量%〜99.9重量%であり、好ましくは60重量%〜99.9重量%であり、さらに好ましく90重量%〜99.8重量%である。液状組成物の粘度は印刷法によって異なるが、25℃において0.5〜500mPa・sの範囲が好ましく、インクジェットプリント法等、液状組成物が吐出装置を経由するものの場合には、吐出時の目づまりや飛行曲がりを防止するために粘度が25℃において0.5〜20mPa・sの範囲であることが好ましい。
液状組成物に含まれる溶媒としては、該液状組成物中の該溶媒以外の成分を溶解又は分散できるものが好ましい。該溶媒としては、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、メシチレン等の芳香族炭化水素系溶媒、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−へプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等の脂肪族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルベンゾエート、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒、エチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジメトキシエタン、プロピレングリコール、ジエトキシメタン、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、1,2−ヘキサンジオール等の多価アルコール及びその誘導体、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が例示される。また、これらの溶媒は、1種単独で用いても複数組み合わせて用いてもよい。前記溶媒のうち、ベンゼン環を少なくとも1個以上含む構造を有し、かつ融点が0℃以下、沸点が100℃以上である有機溶媒を1種類以上含むことが、粘度、成膜性等の観点から好ましい。
溶媒の種類としては、液状組成物中の溶媒以外の成分の有機溶媒への溶解性、成膜時の均一性、粘度特性等の観点から、芳香族炭化水素系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましく、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メシチレン、n−プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼン、n−ブチルベンゼン、イソブチルベンゼン、s−ブチルベンゼン、アニソール、エトキシベンゼン、1−メチルナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロヘキシルベンゼン、ビシクロヘキシル、シクロヘキセニルシクロヘキサノン、n−ヘプチルシクロヘキサン、n−ヘキシルシクロヘキサン、メチルベンゾエート、2−プロピルシクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−オクタノン、2−ノナノン、2−デカノン、ジシクロヘキシルケトンが好ましく、キシレン、アニソール、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、ビシクロヘキシルメチルベンゾエートのうち少なくとも1種類を含むことがより好ましい。
液状組成物に含まれる溶媒の種類は、成膜性の観点や素子特性等の観点から、2種類以上であることが好ましく、2〜3種類であることがより好ましく、2種類であることがさらに好ましい。
液状組成物に2種類の溶媒が含まれる場合、そのうちの1種類の溶媒は25℃において固体状態でもよい。成膜性の観点から、1種類の溶媒は沸点が180℃以上のものであり、他の1種類の溶媒は沸点が180℃未満のものであることが好ましく、1種類の溶媒は沸点が200℃以上のものであり、他の1種類の溶媒は沸点が180℃未満のものであることがより好ましい。また、粘度の観点から、60℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2重量%以上が溶媒に溶解することが好ましく、2種類の溶媒のうちの1種類の溶媒には、25℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2重量%以上が溶解することが好ましい。
液状組成物に3種類の溶媒が含まれる場合、そのうちの1〜2種類の溶媒は25℃において固体状態でもよい。成膜性の観点から、3種類の溶媒のうちの少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃以上の溶媒であり、少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃以下の溶媒であることが好ましく、3種類の溶媒のうちの少なくとも1種類の溶媒は沸点が200℃以上300℃以下の溶媒であり、少なくとも1種類の溶媒は沸点が180℃以下の溶媒であることがより好ましい。また、粘度の観点から、3種類の溶媒のうちの2種類の溶媒には、60℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2重量%以上が溶媒に溶解することが好ましく、3種類の溶媒のうちの1種類の溶媒には、25℃において、液状組成物から溶媒を除いた成分の0.2重量%以上が溶媒に溶解することが好ましい。
液状組成物に2種類以上の溶媒が含まれる場合、粘度及び成膜性の観点から、最も沸点が高い溶媒が、液状組成物に含まれる全溶媒の重量の40〜90重量%であることが好ましく、50〜90重量%であることがより好ましく、65〜85重量%であることがさらに好ましい。
−薄膜−
本発明の薄膜について説明する。この薄膜は、前記高分子化合物を用いてなるものである。薄膜の種類としては、発光性薄膜、導電性薄膜、有機半導体薄膜等が例示される。
発光性薄膜は、素子の輝度や発光電圧等の観点から、発光の量子収率が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。
導電性薄膜は、表面抵抗が1KΩ/□以下であることが好ましい。薄膜に、ルイス酸、イオン性化合物等をドープすることにより、電気伝導度を高めることができる。表面抵抗が100Ω/□以下であることがより好ましく、10Ω/□以下であることがさらに好ましい。
有機半導体薄膜は、電子移動度又は正孔移動度のいずれか大きい方が、好ましくは10−5cm/V/秒以上であり、より好ましくは10−3cm/V/秒以上であり、さらに好ましくは10−1cm/V/秒以上である。また、有機半導体薄膜を用いて、有機トランジスタを作製することができる。具体的には、SiO等の絶縁膜とゲート電極とを形成したSi基板上に有機半導体薄膜を形成し、Au等でソース電極とドレイン電極を形成することにより、有機トランジスタとすることができる。
−有機トランジスタ(高分子電界効果トランジスタ)−
次に、有機トランジスタの一態様である高分子電界効果トランジスタを説明する。
本発明の高分子化合物は、高分子電界効果トランジスタの材料として、中でも活性層として好適に用いることができる。高分子電界効果トランジスタの構造としては、通常は、ソース電極及びドレイン電極が高分子からなる活性層に接して設けられており、さらに活性層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていればよい。
高分子電界効果トランジスタは、通常は支持基板上に形成される。支持基板としては電界効果トランジスタとしての特性を阻害しなければ材質は特に制限されないが、ガラス基板やフレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板も用いることができる。
高分子電界効果トランジスタは、公知の方法、例えば、特開平5−110069号公報に記載の方法により製造することができる。
活性層を形成する際に、有機溶媒可溶性の高分子化合物を用いることが製造上非常に有利であり好ましい。有機溶媒可溶性の高分子化合物を溶媒に溶解させてなる溶液からの成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の塗布法を用いることができる。
高分子電界効果トランジスタを作製後、封止してなる封止高分子電界効果トランジスタが好ましい。これにより、高分子電界効果トランジスタが、大気から遮断され、高分子電界効果トランジスタの特性の低下を抑えることができる。
封止する方法としては、紫外線(UV)硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のSiONx膜等でカバーする方法、ガラス板やフィルムをUV硬化樹脂、熱硬化樹脂等で張り合わせる方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため高分子電界効果トランジスタを作製後、封止するまでの工程を大気に曝すことなく(例えば、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等で)行うことが好ましい。
−有機太陽電池−
次に、有機太陽電池について説明する。有機太陽電池の一態様である有機光電変換素子で、光起電力効果を利用する固体光電変換素子を説明する。
本発明の高分子化合物は、有機光電変換素子の材料として、中でも有機半導体と金属との界面を利用するショットキー障壁型素子の有機半導体層として、また、有機半導体と無機半導体、又は有機半導体どうしの界面を利用するpnへテロ接合型素子の有機半導体層として、好適に用いることができる。
さらに、ドナー・アクセプターの接触面積を増大させたバルクヘテロ接合型素子における電子供与性高分子、電子受容性高分子として、また、高分子・低分子複合系を用いる有機光電変換素子、例えば、電子受容体としてフラーレン誘導体を分散したバルクヘテロ接合型有機光電変換素子の電子供与性共役系高分子(分散支持体)として、好適に用いることができる。
有機光電変換素子の構造としては、例えば、pnへテロ接合型素子では、オーム性電極、例えば、ITO上に、p型半導体層を形成し、さらに、n型半導体層を積層し、その上にオーム性電極が設けられていればよい。
有機光電変換素子は、通常は支持基板上に形成される。支持基板としては有機光電変換素子としての特性を阻害しなければ材質は特に制限されないが、ガラス基板やフレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板も用いることができる。
有機光電変換素子は、公知の方法、例えば、Synth.Met.,102,982(1999)に記載の方法やScience,270,1789(1995)に記載の方法により製造することができる。
本発明の高分子LEDは陽極及び陰極からなる電極間に、発光層を有し、該発光層が、本発明の高分子化合物又は高分子組成物を含むことを特徴とする。
本発明の高分子LEDには、少なくとも一方の電極と発光層との間に該電極に隣接して導電性高分子を含む層を設けた高分子発光素子、少なくとも一方の電極と発光層との間に該電極に隣接して平均膜厚2nm以下の絶縁層を設けた高分子発光素子も含まれる。
また、本発明の高分子LEDとしては、陰極と発光層との間に、電子輸送層を設けた高分子LED、陽極と発光層との間に、正孔輸送層を設けた高分子LED、陰極と発光層との間に、電子輸送層を設け、かつ陽極と発光層との間に、正孔輸送層を設けた高分子LED等が挙げられる。
本発明の高分子LEDの構造としては、具体的には、以下のa)〜d)の構造が例示される。
a)陽極/発光層/陰極
b)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
c)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
d)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(ここで、/は各層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。)
ここで、発光層とは、発光する機能を有する層であり、正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する層であり、電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する層である。なお、電子輸送層と正孔輸送層を総称して電荷輸送層と呼ぶ。発光層、正孔輸送層、電子輸送層は、それぞれ独立に2層以上用いてもよい。
また、電極に隣接して設けた電荷輸送層のうち、電極からの電荷注入効率を改善する機能を有し、素子の駆動電圧を下げる効果を有するものは、特に電荷注入層(正孔注入層、電子注入層)と一般に呼ばれることがある。
さらに電極との密着性向上や電極からの電荷注入の改善のために、電極に隣接して前記の電荷注入層又は膜厚2nm以下の絶縁層を設けてもよく、また、界面の密着性向上や混合の防止等のために電荷輸送層や発光層の界面に薄い絶縁層を挿入してもよい。積層する層の順番や数、及び各層の厚さについては、発光効率や素子寿命を勘案して適宜用いることができる。
本発明において、電荷注入層(電子注入層、正孔注入層)を設けた高分子LEDとしては、陰極に隣接して電荷注入層を設けた高分子LED、陽極に隣接して電荷注入層を設けた高分子LEDが挙げられる。例えば、具体的には、以下のe)〜p)の構造が挙げられる。
e)陽極/電荷注入層/発光層/陰極
f)陽極/発光層/電荷注入層/陰極
g)陽極/電荷注入層/発光層/電荷注入層/陰極
h)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
i)陽極/正孔輸送層/発光層/電荷注入層/陰極
j)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電荷注入層/陰極
k)陽極/電荷注入層/発光層/電子輸送層/陰極
l)陽極/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
m)陽極/電荷注入層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
n)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
o)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
p)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
電荷注入層の具体的な例としては、導電性高分子を含む層、陽極と正孔輸送層との間に設けられ、陽極材料と正孔輸送層に含まれる正孔輸送材料との中間の値のイオン化ポテンシャルを有する材料を含む層、陰極と電子輸送層との間に設けられ、陰極材料と電子輸送層に含まれる電子輸送材料との中間の値の電子親和力を有する材料を含む層などが例示される。
上記電荷注入層が導電性高分子を含む層の場合、該導電性高分子の電気伝導度は、10−5S/cm以上10以下であることが好ましく、発光画素間のリーク電流を小さくするためには、10−5S/cm以上10以下がより好ましく、10−5S/cm以上10以下がさらに好ましい。
上記電荷注入層が導電性高分子を含む層の場合、該導電性高分子の電気伝導度は、10−5S/cm以上10S/cm以下であることが好ましく、発光画素間のリーク電流を小さくするためには、10−5S/cm以上10S/cm以下がより好ましく、10−5S/cm以上10S/cm以下がさらに好ましい。通常は該導電性高分子の電気伝導度を10−5S/cm以上10以下とするために、該導電性高分子に適量のイオンをドープする。
ドープするイオンの種類は、正孔注入層であればアニオン、電子注入層であればカチオンである。アニオンの例としては、ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、樟脳スルホン酸イオンなどが例示され、カチオンの例としては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンなどが例示される。電荷注入層の膜厚としては、例えば1nm〜100nmであり、2nm〜50nmが好ましい。
電荷注入層に用いる材料は、電極や隣接する層の材料との関係で適宜選択すればよく、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、芳香族アミン構造を主鎖又は側鎖に含む重合体などの導電性高分子、金属フタロシアニン(銅フタロシアニンなど)、カーボンなどが例示される。
膜厚2nm以下の絶縁層は電荷注入を容易にする機能を有するものである。上記絶縁層の材料としては、金属フッ化物、金属酸化物、有機絶縁材料等が挙げられる。膜厚2nm以下の絶縁層を設けた高分子LEDとしては、陰極に隣接して膜厚2nm以下の絶縁層を設けた高分子LED、陽極に隣接して膜厚2nm以下の絶縁層を設けた高分子LEDが挙げられる。
具体的には、例えば、以下のq)〜ab)の構造が挙げられる。
q)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/陰極
r)陽極/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
s)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
t)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/陰極
u)陽極/正孔輸送層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
v)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
w)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/電子輸送層/陰極
x)陽極/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
y)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
z)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
aa)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
ab)陽極/膜厚2nm以下の絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/膜厚2nm以下の絶縁層/陰極
発光層は、本発明の高分子化合物又は高分子組成物を含むが、発光層に上記高分子化合物以外の発光材料を混合して使用してもよい。また、本発明の高分子LEDにおいては、上記高分子化合物以外の発光材料を含む発光層が、上記高分子化合物を含む発光層と積層されていてもよい。該発光材料としては、公知のものが使用できる。低分子化合物では、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン又はその誘導体、ペリレン又はその誘導体、ポリメチン系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン又はその誘導体、又はテトラフェニルブタジエン又はその誘導体などを用いることができる。具体的には、例えば特開昭57−51781号、同59−194393号公報に記載されているもの等、公知のものが使用可能である。
さらに、該発光材料として、下記のような、三重項発光錯体又はその誘導体などを用いることができる。
Figure 0005317315
Figure 0005317315
Figure 0005317315

また、例えば、WO03/001616に記載されている、三重項発光錯体基を含む高分子化合物などを用いることができる。
発光層の成膜の方法に制限はないが、例えば、溶液からの成膜による方法が例示される。
溶液からの成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法を用いることができる。
溶液からの成膜に用いる溶媒としては、トルエン、キシレン、クロロホルム、テトラヒドロフランが例示される。
発光層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、例えば1nmから1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。
本発明の高分子LEDが正孔輸送層を有する場合、使用される正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール又はその誘導体、ポリシラン又はその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン又はその誘導体、ポリチオフェン又はその誘導体、ポリピロール又はその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)又はその誘導体、又はポリ(2,5−チエニレンビニレン)又はその誘導体などが例示される。
具体的には、該正孔輸送材料として、特開昭63−70257号公報、同63−175860号公報、特開平2−135359号公報、同2−135361号公報、同2−209988号公報、同3−37992号公報、同3−152184号公報に記載されているもの等が例示される。
これらの中で、正孔輸送層に用いる正孔輸送材料として、ポリビニルカルバゾール又はその誘導体、ポリシラン又はその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミン化合物基を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン又はその誘導体、ポリチオフェン又はその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)又はその誘導体、又はポリ(2,5−チエニレンビニレン)又はその誘導体等の高分子正孔輸送材料が好ましく、さらに好ましくはポリビニルカルバゾール又はその誘導体、ポリシラン又はその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体である。低分子の正孔輸送材料の場合には、高分子バインダーに分散させて用いることが好ましい。
ポリビニルカルバゾール又はその誘導体は、例えばビニルモノマーからカチオン重合又はラジカル重合によって得られる。
ポリシラン又はその誘導体としては、ケミカル・レビュー(Chem.Rev.)第89巻、1359頁(1989年)、英国特許GB2300196号公開明細書に記載の化合物等が例示される。合成方法もこれらに記載の方法を用いることができるが、特にキッピング法が好適に用いられる。
ポリシロキサン又はその誘導体は、シロキサン骨格構造には正孔輸送性がほとんどないので、側鎖又は主鎖に上記低分子正孔輸送材料の構造を有するものが好適に用いられる。特に正孔輸送性の芳香族アミンを側鎖又は主鎖に有するものが例示される。
正孔輸送層の成膜の方法に制限はないが、低分子正孔輸送材料では、高分子バインダーとの混合溶液からの成膜による方法が例示される。また、高分子正孔輸送材料では、溶液からの成膜による方法が例示される。
溶液からの成膜に用いる溶媒としては、正孔輸送材料を溶解させるものであれば特に制限はない。該溶媒として、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒が例示される。
溶液からの成膜方法としては、溶液からのスピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法を用いることができる。
混合する高分子バインダーとしては、電荷輸送を極度に阻害しないものが好ましく、また可視光に対する吸収が強くないものが好適に用いられる。該高分子バインダーとして、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサン等が例示される。
正孔輸送層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、該正孔輸送層の膜厚としては、例えば1nmから1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。
本発明の高分子LEDが電子輸送層を有する場合、使用される電子輸送材料としては公知のものが使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン又はその誘導体、ベンゾキノン又はその誘導体、ナフトキノン又はその誘導体、アントラキノン又はその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン又はその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン又はその誘導体、ジフェノキノン誘導体、又は8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体、ポリキノリン又はその誘導体、ポリキノキサリン又はその誘導体、ポリフルオレン又はその誘導体等が例示される。
具体的には、特開昭63−70257号公報、同63−175860号公報、特開平2−135359号公報、同2−135361号公報、同2−209988号公報、同3−37992号公報、同3−152184号公報に記載されているもの等が例示される。
これらのうち、オキサジアゾール誘導体、ベンゾキノン又はその誘導体、アントラキノン又はその誘導体、又は8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体、ポリキノリン又はその誘導体、ポリキノキサリン又はその誘導体、ポリフルオレン又はその誘導体が好ましく、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、ベンゾキノン、アントラキノン、トリス(8−キノリノール)アルミニウム、ポリキノリンがさらに好ましい。
電子輸送層の成膜法としては特に制限はないが、低分子電子輸送材料では、粉末からの真空蒸着法、又は溶液若しくは溶融状態からの成膜による方法が、高分子電子輸送材料では溶液若しくは溶融状態からの成膜による方法がそれぞれ例示される。溶液若しくは溶融状態からの成膜時には、高分子バインダーを併用してもよい。
溶液からの成膜に用いる溶媒としては、電子輸送材料及び/又は高分子バインダーを溶解させるものであれば特に制限はない。該溶媒として、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒が例示される。
溶液又は溶融状態からの成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法を用いることができる。
混合する高分子バインダーとしては、電荷輸送を極度に阻害しないものが好ましく、また、可視光に対する吸収が強くないものが好適に用いられる。該高分子バインダーとして、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリアニリン又はその誘導体、ポリチオフェン又はその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)又はその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)又はその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、又はポリシロキサンなどが例示される。
電子輸送層の膜厚は、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、該電子輸送層の膜厚としては、例えば1nmから1μmであり、好ましくは2nm〜500nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。
本発明の高分子LEDを形成する基板は、電極を形成し、有機物の層を形成する際に変化しないものであればよく、例えばガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコン基板などが例示される。不透明な基板の場合には、反対の電極が透明又は半透明であることが好ましい。
通常は、陽極及び陰極からなる電極の少なくとも一方が透明又は半透明であり、陽極側が透明又は半透明であることが好ましい。該陽極の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が用いられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性ガラスを用いて作成された膜(NESAなど)や、金、白金、銀、銅等が用いられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。また、該陽極として、ポリアニリン又はその誘導体、ポリチオフェン又はその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。陽極の膜厚は、光の透過性と電気伝導度とを考慮して、適宜選択することができるが、例えば10nmから10μmであり、好ましくは20nm〜1μmであり、さらに好ましくは50nm〜500nmである。また、陽極上に、電荷注入を容易にするために、フタロシアニン誘導体、導電性高分子、カーボンなどからなる層、又は金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等からなる平均膜厚2nm以下の層を設けてもよい。
本発明の高分子LEDで用いる陰極の材料としては、仕事関数の小さい材料が好ましい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、及びそれらのうち2つ以上の合金、又はそれらのうち1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうち1つ以上との合金、又はグラファイト若しくはグラファイト層間化合物等が用いられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などが挙げられる。陰極を2層以上の積層構造としてもよい。陰極の膜厚は、電気伝導度や耐久性を考慮して、適宜選択することができるが、例えば10nmから10μmであり、好ましくは20nm〜1μmであり、さらに好ましくは50nm〜500nmである。
陰極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、また金属薄膜を熱圧着するラミネート法等が用いられる。また、陰極と有機物層との間に、導電性高分子からなる層、又は金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等からなる平均膜厚2nm以下の層を設けてもよく、陰極作製後、該高分子LEDを保護する保護層を装着していてもよい。該高分子LEDを長期安定的に用いるためには、素子を外部から保護するために、保護層及び/又は保護カバーを装着することが好ましい。
該保護層としては、高分子化合物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物などを用いることができる。また、保護カバーとしては、ガラス板、表面に低透水率処理を施したプラスチック板などを用いることができ、該カバーを熱効果樹脂や光硬化樹脂で素子基板と貼り合わせて密閉する方法が好適に用いられる。スペーサーを用いて空間を維持すれば、素子が傷付くのを防ぐことが容易である。該空間に窒素やアルゴンのような不活性なガスを封入すれば、陰極の酸化を防止することができ、さらに酸化バリウム等の乾燥剤を該空間内に設置することにより製造工程で吸着した水分が素子にダメージを与えるのを抑制することが容易となる。これらのうち、いずれか1つ以上の方策をとることが好ましい。
本発明の高分子発光素子は、面状光源、セグメント表示装置、ドットマトリックス表示装置、液晶表示装置のバックライト等として用いることができる。
本発明の高分子LEDを用いて面状の発光を得るためには、面状の陽極と陰極が重なり合うように配置すればよい。また、パターン状の発光を得るためには、前記面状の発光素子の表面にパターン状の窓を設けたマスクを設置する方法、非発光部の有機物層を極端に厚く形成し実質的に非発光とする方法、陽極又は陰極のいずれか一方、又は両方の電極をパターン状に形成する方法がある。これらのいずれかの方法でパターンを形成し、いくつかの電極を独立にON/OFFできるように配置することにより、数字や文字、簡単な記号などを表示できるセグメントタイプの表示素子が得られる。更に、ドットマトリックス素子とするためには、陽極と陰極をともにストライプ状に形成して直交するように配置すればよい。複数の種類の発光色の異なる高分子蛍光体を塗り分ける方法や、カラーフィルター又は蛍光変換フィルターを用いる方法により、部分カラー表示、マルチカラー表示が可能となる。ドットマトリックス素子は、パッシブ駆動も可能であるし、TFTなどと組み合わせてアクティブ駆動してもよい。これらの表示素子は、コンピュータ、テレビ、携帯端末、携帯電話、カーナビゲーション、ビデオカメラのビューファインダーなどの表示装置として用いることができる。
さらに、前記面状の発光素子は、自発光薄型であり、液晶表示装置のバックライト用の面状光源、又は面状の照明用光源として好適に用いることができる。また、フレキシブルな基板を用いれば、曲面状の光源や表示装置としても使用できる。
また、本発明の高分子化合物は、レーザー用色素、有機太陽電池用材料、有機トランジスタ用の有機半導体、導電性薄膜用材料として用いることができる。
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、数平均分子量及び重量平均分子量については、テトラヒドロフランを溶媒として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(島津製作所製:LC−10Avp)によりポリスチレン換算の数平均分子量及び重量平均分子量を求めた。
実施例1
<単量体(1)の合成>
合成例(1)
下記化合物(A):
Figure 0005317315

5.0gとフェノキサジン2.56gとを、o−ジクロロベンゼン60gに溶解した。この溶液に、40%水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド3.2gを加え、105℃で25時間反応した。なお、反応は窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液を冷却した後、静置し、分液した上層を回収した。次に、この溶液をイオン交換水で洗浄した後、減圧下、溶媒を留去した。次に、この溶液に、トルエン40gを加え、ろ過した後、この溶液をアルミナを充填したカラムを通して、精製した。この溶液から、減圧下、溶媒を留去した後、減圧乾燥して、下記単量体(1)2.0gを得た。
[H−NMR:溶媒CDCl3;1.5〜1.8ppm(6H)、3.4〜3.6ppm(2H)、3.9〜4.1ppm(2H)、6.4〜7.4ppm(11H)]
Figure 0005317315

<高分子化合物1の合成>
2,7−ジブロムー9,9−ジオクチルフルオレン1.18gと2,7−ジブロムー9,9−ジイソペンチルフルオレン0.26gと前記単量体(1) 0.12gと2、2’−ビピリジル1.4gとを反応容器に仕込んだ後、反応系内を窒素ガスで置換した。これに、あらかじめアルゴンガスでバブリングして、脱気したテトラヒドロフラン(脱水溶媒)80gを加えた。次に、この混合溶液に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を2.5g加え、室温で14時間反応させた。なお、反応は、窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液に、メタノール120ml/イオン交換水120ml混合溶液をそそぎ込み、約1時間攪拌した。次に、生成した沈殿を、ろ過することにより回収した。次に、この沈殿を減圧乾燥した後、トルエンに溶解した。このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した後、このトルエン溶液を、アルミナを充填したカラムに通すことで精製した。次に、このトルエン溶液を、約5%アンモニア水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液をイオン交換水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、メタノール中にそそぎ込み、再沈殿物を生成させた。
次に、生成した沈殿を回収し、この沈殿を減圧乾燥して、重合体0.48gを得た。この重合体を高分子化合物1と呼ぶ。得られた高分子化合物1のポリスチレン換算重量平均分子量は、1.0x10であり、数平均分子量は、4.1x10であった。
仕込みから推定される高分子化合物1に含まれる繰り返し単位の構造は、下記のとおりであり、仕込みから推定されるモル比は、繰り返し単位A/繰り返し単位B/繰り返し単位C=72/18/10である。
Figure 0005317315
実施例2
<高分子化合物2の合成>
下記構造式:
Figure 0005317315

で表される単量体(2) 0.61gと前記単量体(1) 0.19gと2、2’−ビピリジル0.7gとを反応容器に仕込んだ後、反応系内を窒素ガスで置換した。これに、あらかじめアルゴンガスでバブリングして、脱気したテトラヒドロフラン(脱水溶媒)50gを加えた。次に、この混合溶液に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を1.24g加え、室温で32時間反応させた。なお、反応は、窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液に、メタノール40ml/イオン交換水40ml混合溶液をそそぎ込み、約1時間攪拌した。次に、生成した沈殿を、ろ過することにより回収した。次に、この沈殿を減圧乾燥した後、トルエンに溶解した。このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した後、このトルエン溶液を、アルミナを充填したカラムに通すことで精製した。次に、このトルエン溶液を、約5%アンモニア水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液をイオン交換水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、メタノール中にそそぎ込み、再沈殿物を生成させた。
次に、生成した沈殿を回収し、この沈殿を減圧乾燥して、重合体0.11gを得た。この重合体を高分子化合物2と呼ぶ。得られた高分子化合物2のポリスチレン換算重量平均分子量は、7.5x10であり、数平均分子量は、1.4x10であった。
仕込みから推定される高分子化合物2に含まれる繰り返し単位の構造は、下記のとおりであり、仕込みから推定されるモル比は、繰り返し単位D/繰り返し単位E=70/30である。
Figure 0005317315
比較例1
<高分子化合物3の合成>
2,7−ジブロムー9,9−ジオクチルフルオレン0.59gと2,7−ジブロムー9,9−ジイソペンチルフルオレン0.13gと下記構造式:
Figure 0005317315

で表される単量体(3) 0.071gと2、2’−ビピリジル0.56gとを反応容器に仕込んだ後、反応系内を窒素ガスで置換した。これに、あらかじめアルゴンガスでバブリングして、脱気したテトラヒドロフラン(脱水溶媒)60gを加えた。次に、この混合溶液に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を1.0g加え、60℃で4時間反応させた。なお、反応は、窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液を冷却した後、メタノール40ml/イオン交換水40ml混合溶液をそそぎ込み、約1時間攪拌した。次に、生成した沈殿を、ろ過することにより回収した。次に、この沈殿を減圧乾燥した後、トルエンに溶解した。このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した後、このトルエン溶液を、アルミナを充填したカラムに通すことで精製した。次に、このトルエン溶液を、1規定塩酸水溶液で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、約5%アンモニア水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液をイオン交換水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、メタノール中にそそぎ込み、再沈殿物を生成させた。
次に、生成した沈殿を回収し、この沈殿を減圧乾燥して、重合体0.29gを得た。この重合体を高分子化合物3と呼ぶ。得られた高分子化合物3のポリスチレン換算重量平均分子量は、4.2x10であり、数平均分子量は、8.9x10であった。
仕込みから推定される高分子化合物3に含まれる繰り返し単位の構造は、下記のとおりであり、仕込みから推定されるモル比は、繰り返し単位F/繰り返し単位G/繰り返し単位H=72/18/10である。
Figure 0005317315
比較例2
<高分子化合物4の合成>
前記単量体(2) 0.61gと前記単量体(3) 0.21gと2、2’−ビピリジル0.56gとを反応容器に仕込んだ後、反応系内を窒素ガスで置換した。これに、あらかじめアルゴンガスでバブリングして、脱気したテトラヒドロフラン(脱水溶媒)60gを加えた。次に、この混合溶液に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を1.0g加え、室温で40時間反応させた。なお、反応は、窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液に、メタノール40ml/イオン交換水40ml混合溶液をそそぎ込み、約1時間攪拌した。次に、生成した沈殿を、ろ過することにより回収した。次に、この沈殿を減圧乾燥した後、トルエンに溶解した。このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した後、このトルエン溶液を、アルミナを充填したカラムに通すことで精製した。次に、このトルエン溶液を、1規定塩酸水溶液で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、約5%アンモニア水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液をイオン交換水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、メタノール中にそそぎ込み、再沈殿物を生成させた。
次に、生成した沈殿を回収し、この沈殿を減圧乾燥して、重合体0.35gを得た。この重合体を高分子化合物4と呼ぶ。得られた高分子化合物4のポリスチレン換算重量平均分子量は、7.2x10であり、数平均分子量は、2.0x10であった。
仕込みから推定される高分子化合物4に含まれる繰り返し単位の構造は、下記のとおりであり、仕込みから推定されるモル比は、繰り返し単位M/繰り返し単位N=70/30である。
Figure 0005317315
実施例3
<高分子化合物5の合成>
下記構造式:
Figure 0005317315

で表される単量体(4)0.81gと前記単量体(1)0.063gと2、2’−ビピリジル0.58gとを反応容器に仕込んだ後、反応系内を窒素ガスで置換した。これに、あらかじめアルゴンガスでバブリングして、脱気したテトラヒドロフラン(脱水溶媒)60gを加えた。次に、この混合溶液に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を1.0g加え、室温で23時間反応させた。なお、反応は、窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液に、メタノール40ml/イオン交換水40ml混合溶液をそそぎ込み、約1時間攪拌した。次に、生成した沈殿を、ろ過することにより回収した。次に、この沈殿を減圧乾燥した後、トルエンに溶解した。このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した後、このトルエン溶液を、約5%酢酸水溶液で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、4%アンモニア水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液をイオン交換水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、メタノール中にそそぎ込み、再沈殿物を生成させた。
次に、生成した沈殿を回収し、この沈殿を減圧乾燥して、重合体0.40gを得た。この重合体を高分子化合物5と呼ぶ。得られた高分子化合物5のポリスチレン換算重量平均分子量は、1.4x10であり、数平均分子量は、4.7x10であった。
仕込みから推定される高分子化合物5に含まれる繰り返し単位の構造は、下記のとおりであり、仕込みから推定されるモル比は、繰り返し単位F’’/繰り返し単位G’’=90/10である。
Figure 0005317315
実施例4
<単量体(7)の合成>
合成例2
上記化合物(A)5.0gとフェノチアジン2.8gとを、o−ジクロロベンゼン60gに溶解した。この溶液に、40%水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド3.2gを加え、105℃で25時間反応した。なお、反応は窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液を冷却した後、静置し、分液した上層を回収した。次に、この溶液をイオン交換水で洗浄した後、減圧下、溶媒を留去した。次に、この溶液に、トルエン40gを加え、ろ過した後、この溶液をアルミナを充填したカラムを通して、精製した。この溶液から、減圧下、溶媒を留去し、沈殿2.0gを得た。次に、この沈殿1.5gを、シリカゲルカラム(トルエン/へキサン=2/8混合溶媒)で精製した。分取した溶液から、減圧下、溶媒を留去した後、減圧乾燥して、下記単量体(7) 0.9gを得た。
[H−NMR:溶媒CDCl3;1.5〜2.0ppm(6H)、3.8〜4.0ppm(4H)、6.7〜7.3ppm(11H)]
Figure 0005317315

<高分子化合物6の合成>
前記単量体(4)0.72gと前記単量体(7)0.13gと2、2’−ビピリジル0.56gとを反応容器に仕込んだ後、反応系内を窒素ガスで置換した。これに、あらかじめアルゴンガスでバブリングして、脱気したテトラヒドロフラン(脱水溶媒)60gを加えた。次に、この混合溶液に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を1.0g加え、室温で23時間反応させた。なお、反応は、窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液に、メタノール40ml/イオン交換水40ml混合溶液をそそぎ込み、約1時間攪拌した。次に、生成した沈殿を、ろ過することにより回収した。次に、この沈殿を減圧乾燥した後、トルエンに溶解した。このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した後、このトルエン溶液を、約5%酢酸水溶液で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、4%アンモニア水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液をイオン交換水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、メタノール中にそそぎ込み、再沈殿物を生成させた。
次に、生成した沈殿を回収し、この沈殿を減圧乾燥して、重合体0.34gを得た。この重合体を高分子化合物6と呼ぶ。得られた高分子化合物6のポリスチレン換算重量平均分子量は、4.9x10であり、数平均分子量は、2.5x10であった。
仕込みから推定される高分子化合物6に含まれる繰り返し単位の構造は、下記のとおりであり、仕込みから推定されるモル比は、繰り返し単位H’’’/繰り返し単位I’’’=80/20である。
Figure 0005317315
実施例5
<高分子化合物7の合成>
前記単量体(2)0.70gと前記単量体(7)0.13gと2、2’−ビピリジル0.56gとを反応容器に仕込んだ後、反応系内を窒素ガスで置換した。これに、あらかじめアルゴンガスでバブリングして、脱気したテトラヒドロフラン(脱水溶媒)60gを加えた。次に、この混合溶液に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)を1.0g加え、室温で23時間反応させた。なお、反応は、窒素ガス雰囲気下で行った。
反応後、この溶液に、メタノール40ml/イオン交換水40ml混合溶液をそそぎ込み、約1時間攪拌した。次に、生成した沈殿を、ろ過することにより回収した。次に、この沈殿を減圧乾燥した後、トルエンに溶解した。このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した後、このトルエン溶液を、約5%酢酸水溶液で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、4%アンモニア水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液をイオン交換水で洗浄し、静置、分液した後、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を、メタノール中にそそぎ込み、再沈殿物を生成させた。
次に、生成した沈殿を回収し、この沈殿を減圧乾燥して、重合体0.21gを得た。この重合体を高分子化合物7と呼ぶ。得られた高分子化合物7のポリスチレン換算重量平均分子量は、3.0x10であり、数平均分子量は、6.3x10であった。
仕込みから推定される高分子化合物7に含まれる繰り返し単位の構造は、下記のとおりであり、仕込みから推定されるモル比は、繰り返し単位J’’’/繰り返し単位K’’’=80/20である。
Figure 0005317315
実施例6
<高分子化合物の蛍光特性評価>
高分子化合物の0.8wt%トルエン溶液を石英板上にスピンコートして高分子化合物の薄膜を作製した。この薄膜の蛍光スペクトルを、蛍光分光光度計(JOBINYVON−SPEX社製 Fluorolog(商品名))を用い、励起波長350nmで測定した。薄膜での相対的な蛍光強度を得るために、水のラマン線の強度を標準として、波数プロットした蛍光スペクトルをスペクトル測定範囲で積分した値を、分光光度計(Varian社製 Cary5E(商品名))を用いて測定した励起波長での吸光度で割った値を求めた。
蛍光ピーク波長と蛍光強度の測定結果を表1に示す。本発明の側鎖基を含有する高分子化合物1の蛍光強度は、高分子鎖中にフェノキサジン環を含む高分子化合物3よりも強かった。また、本発明の側鎖基を含有する高分子化合物2の蛍光強度は、高分子鎖中にフェノキサジン環を含む高分子化合物4よりも強かった。
Figure 0005317315
実施例7
<素子特性評価>
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板に、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の溶液(バイエル社、BaytronP(商品名))を用いてスピンコートにより50nmの厚みで成膜し、ホットプレート上で200℃で10分間乾燥する。次に、高分子化合物1と高分子化合物2の3:7(重量比)混合物が1.5wt%となるように調製したトルエン溶液を用いてスピンコートにより1500rpmの回転速度で成膜する。さらに、これを減圧下80℃で1時間乾燥した後、フッ化リチウムを約4nmを蒸着し、陰極として、カルシウムを約20nm、次いでアルミニウムを約50nm蒸着して、EL素子を作製する。なお真空度が、1×10−4Pa以下に到達したのち、金属の蒸着を開始する。得られた素子に電圧を引加することにより、青色のEL発光が得られる。
本発明の高分子化合物を高分子LEDの発光層に発光材料として用いたとき、その高分子LEDは、特性に優れている。したがって、該高分子LEDは、液晶ディスプレイのバックライト又は照明用としての曲面状や平面状の光源、セグメントタイプの表示素子、ドットマトリックスのフラットパネルディスプレイ等の装置に好ましく使用できる。また、本発明の高分子化合物は、レーザー用色素、有機太陽電池用材料、有機トランジスタ用の有機半導体、導電性薄膜用材料として用いることができる。

Claims (22)

  1. 下記式(1)で示される繰り返し単位からなる群から選ばれる1種類以上の繰り返し単位を有する高分子化合物であって、下記式(1)のArが、少なくとも1個の、下記式(II)で示される1価の基からなる群から選ばれる基を側鎖に有することを特徴とする上記高分子化合物。
    − Ar−(Z’)p− (1)
    (ここで、Arは、アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基を示す。Z’は、−CR=CR−又は−C≡C−を表す。R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。pは0又は1を示す。)
    Figure 0005317315

    (式中、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を表し、Rは、アルキレン基又はアルケニレン基を表す。複数のRは同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
  2. さらに下記式(30)で示される繰り返し単位を含む請求項1記載の高分子化合物。
    − Ar−(Z)− (30)
    (ここで、Arは、アリーレン基、2価の複素環基又は2価の芳香族アミン基を示す。Zは、−CR=CR−又は−C≡C−を表す。R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基又はシアノ基を示す。tは0又は1を示す。)
  3. 前記式(30)で示される繰り返し単位に含まれるArがアリーレン基であり、下記式(1−1)、(1−2)、(1−3)、又は(1−4)で示されるベンゾフルオレンジイル基である請求項2に記載の高分子化合物。
    Figure 0005317315

    (式中、Rp1、Rq1、Rp2、Rq2、Rp3、Rq3、Rp4及びRq4はそれぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を表す。aは0〜3の整数を表し、bは0〜5の整数を表す。Rp1、Rq1、Rp2、Rq2、Rp3、Rq3、Rp4及びRq4が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。Rw1、Rx1、Rw2、Rx2、Rw3、Rx3、Rw4及びRx4はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アリールアミノ基、1価の複素環基又はシアノ基を表し、Rw1とRx1、Rw2とRx2、Rw3とRx3、Rw4とRx4はそれぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。)
  4. ポリスチレン換算の数平均分子量が10〜10である請求項1記載の高分子化合物。
  5. 固体状態で蛍光を有する請求項1記載の高分子化合物。
  6. 固体状態で蛍光を有し、かつ、ポリスチレン換算の数平均分子量が10〜10である請求項1記載の高分子化合物。
  7. ポリスチレン換算の数平均分子量が10〜10であり、固体状態で蛍光を有する高分子化合物と、請求項1記載の高分子化合物とを含んでなることを特徴とする高分子組成物。
  8. 陽極及び陰極からなる電極間に、発光層を有し、該発光層が、請求項1記載の高分子化合物又は請求項7に記載の高分子組成物を含むことを特徴とする高分子発光素子。
  9. 陽極及び陰極からなる電極間に、発光層を有し、該発光層が、請求項1記載の高分子化合物及び請求項7に記載の高分子組成物を含むことを特徴とする高分子発光素子。
  10. 少なくとも一方の電極と発光層との間に、該電極に隣接して導電性高分子を含む層を設けた請求項8又は9記載の高分子発光素子。
  11. 少なくとも一方の電極と発光層との間に、該電極に隣接して平均膜厚2nm以下の絶縁層を設けた請求項8〜10記載のいずれか一項に記載の高分子発光素子。
  12. 陰極と発光層との間に、該発光層に隣接して電子輸送層を設けた請求項8〜11のいずれか一項に記載の高分子発光素子。
  13. 陽極と発光層との間に、該発光層に隣接して正孔輸送層を設けた請求項8〜12のいずれか一項に記載の高分子発光素子。
  14. 陰極と発光層との間に、該発光層に隣接して電子輸送層、及び陽極と発光層との間に、該発光層に隣接して正孔輸送層を設けた請求項8〜13のいずれか一項に記載の高分子発光素子。
  15. 請求項8〜14のいずれか一項に記載の高分子発光素子を含むことを特徴とする面状光源。
  16. 請求項8〜14のいずれか一項に記載の高分子発光素子を含むことを特徴とするセグメント表示装置。
  17. 請求項8〜14のいずれか一項に記載の高分子発光素子を含むことを特徴とするドットマトリックス表示装置。
  18. 請求項8〜14のいずれか一項に記載の高分子発光素子を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  19. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の高分子化合物と溶媒とを含む液状組成物。
  20. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の高分子化合物を含む薄膜。
  21. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の高分子化合物を含む有機トランジスタ。
  22. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の高分子化合物を含む太陽電池。
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