JP6307565B2 - カルバゾール系重合体とそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
カルバゾール系重合体とそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDFInfo
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Description
有機EL素子は、有機化合物の薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有している。薄膜の形成方法としては、蒸着法と塗布法とに大別される。蒸着法は、主に低分子化合物を用い、真空中で基板上に薄膜を形成する手法であり、製品化が先行している。一方、塗布法は、インクジェットや印刷等、溶液を用いて基板上に薄膜を形成する手法であり、材料の利用効率が高く、大面積化、高精細化に向いており、今後の大画面有機ELディスプレイには不可欠とされる手法である。
しかしながら、一般的に塗布法は積層型の素子には適さず、素子の高性能化が容易ではないという問題点がある。
そのため、現状では、塗布法による有機EL素子の多くは、正孔注入層をポリチオフェン:ポリスチレンスルホン酸(PEDOT:PSS)の水分散液を用いて製膜し、発光層をトルエン等の芳香族系有機溶媒を用いて製膜を行うという2層構造のものに限られている。PEDOT:PSS層はトルエンに溶解しないため、かかる2層構造を作製することが可能だからである。
しかしながら、この素子は駆動電圧が非常に高く、また、発光効率、寿命が不十分という問題があった。
他方、高分子エレクトロルミネッセンス材料はその溶液を塗布、印刷する方法によって成膜することができる利点があり、種々検討されている(特許文献3〜7)。
しかしながら、上記の高分子化合物を用いた有機EL素子は、寿命(半減寿命)、発光効率等の素子特性が必ずしも十分でないという問題があった。
また、特許文献8,9の正孔輸送層用材料は、正孔注入層との密着性や表面平滑性が悪い等の原因で、素子性能(効率・寿命)が低下する問題がある。
1.下記式(A)で表される構造単位を含有する重合体。
aは2〜5の整数であり、(P)aは、式(P)で表される基がa個連続して結合していることを表す。a個のPは同じでも異なってもよい。
Xは、単結合、O、S、C(R)2又はNRである。
Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜10のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数3〜30のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のアリールアミノ基、置換もしくは無置換のアリールシリル基、又は他のP又はLとの結合に用いられる単結合である。
ただし、(P)aにおいて、少なくとも1つのRはそれぞれ下記式(3)〜(7)のいずれかで表される。
a、c、d、f、g及びiは、それぞれ0〜4の整数である。
b、e、h及びjは、それぞれ0〜3の整数である。
T1〜T5は、それぞれ単結合又は置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基である。))
Lは、連結基を表す。
bは0〜5の整数である。(L)bは、bが2以上である場合、Lがb個連続して結合していることを表す。この場合、b個のLは同じでも異なってもよく、また、L同士が結合する位置は限定されない。bが0の場合、(L)bは単結合である。]
2.Pがそれぞれ置換もしくは無置換のカルバゾール残基である1に記載の重合体。
3.a個連続した前記カルバゾール残基において、隣接するカルバゾール残基同士の結合位置が、それぞれ、3位−3’位、3位−2’位、及び2位−2’位から選ばれた1種である2に記載の重合体。
4.(P)aが、a個連続して結合しているカルバゾール残基であって、Lと結合するカルバゾール残基が、カルバゾール残基の9位、3位又は2位でLと結合する1〜3のいずれかに記載の重合体。
5.aが2又は3である1〜4のいずれかに記載の重合体。
6.下記式(8)〜(36)のいずれかで表される構造を有する1〜5のいずれかに記載の重合体。
a、c、d、f、g及びiは、それぞれ0〜4の整数である。
b、e、h及びjは、それぞれ0〜3の整数である。
T1〜T5は、それぞれ単結合又は置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基である。)
lは、それぞれ0又は1である。
nは、繰り返し数である。
Lは、連結基である。)
7.1〜6のいずれかに記載の重合体及び溶媒を含む塗布液。
8.前記溶媒の少なくとも1種が有機溶媒である7に記載の塗布液。
9.電子素子を構成する少なくとも1つの膜を、7又は8に記載の塗布液を用いて湿式成膜する電子素子の製造方法。
10.前記電子素子が、電界発光素子、光電変換素子又はトランジスタである9に記載の電子素子の製造方法。
11.前記電子素子が、有機エレクトロルミネッセンス素子である9又は10に記載の電子素子の製造方法。
12.陽極と、陰極と、前記陽極と陰極の間に、発光層を含む1以上の有機薄膜層とを有し、
前記有機薄膜層の少なくとも1層が1〜6のいずれかに記載の重合体を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
13.前記有機薄膜層の少なくとも1層が正孔注入層又は正孔輸送層である12に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
14.前記正孔注入層又は正孔輸送層が発光層と接している13に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
15.前記発光層が湿式成膜法により成膜された12〜14のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
aは2〜5の整数であり、(P)aは、式(P)で表される基がa個連続して結合していることを表す。aは好ましくは2又は3である。aが2又は3であると、2種又は3種の置換基(下記式(3)〜(7)のいずれか)を容易に組み合わせることができ、その組み合わせ次第では、薄膜にしたときの密着性を向上できるだけではなく、その電子物性も調節可能である。
a個のPは同じでも異なってもよい。
Xは、単結合、O、S、C(R)2又はNRである。
Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜10のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数3〜30のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のアリールアミノ基、置換もしくは無置換のアリールシリル基、又は他のP又はLとの結合に用いられる単結合である。
ただし、(P)aにおいて、少なくとも1つのRはそれぞれ下記式(3)〜(7)のいずれかで表される。
尚、Pが、下記式(3)〜(7)で表される基を介して他のP(その構造単位中の他のP、又は他の構造単位中のP)又はL(その構造単位中のL、又は他の構造単位中のL)と結合することはない。
b、e、h及びjは、それぞれ0〜3の整数である。
T1〜T5は、それぞれ単結合又は置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基である。
カルバゾール残基同士が結合している位置が3位−3’位であるとは、例えば以下のような場合をいう。
従って、本発明の重合体によれば、安定的かつ容易に良質な薄膜を形成できることから、有機EL素子の発光効率及び寿命を向上することができる。
また、本発明の重合体は、成膜後の表面平坦性が高い。
尚、本願の「水素原子」は、重水素原子及び三重水素原子も含む。また、「環形成炭素原子」とは飽和環、不飽和環、又は芳香環等の環を構成する炭素原子を意味し、「環形成原子」とはヘテロ環(飽和環、不飽和環、及び芳香環を含む)等の環を構成する炭素原子及びヘテロ原子を意味する。
また、Lのアリールシラン残基としては、モノアリールシラン残基、ジアリールシラン残基、アルキルアリールシラン残基が挙げられる。ケイ素原子に結合するアリール基及びアルキル基の例としては上述のアリール基及びアルキル基が挙げられる。
トリアリールシリル基としては、トリフェニルシリル基、トリナフチルシリル基等が挙げられる。好ましくはトリフェニルシリル基である。
アルキルアリールシリル基としては、ジメチルフェニルシリル基、ジエチルフェニルシリル基、ジフェニルメチルシリル基、エチルジフェニルシリル基等が挙げられる。好ましくはジフェニルメチルシリル基、エチルジフェニルシリル基である。
アルケニル基としては、上述したアルキル基の分子内に不飽和結合を有する置換基が挙げられる。
重合体は、数平均分子量(Mn)で好ましくは103〜108、より好ましくは5×103〜106である。また、重量平均分子量(Mw)で好ましくは103〜108、より好ましくは5×103〜106である。また、Mw/Mnで表される分子量分布は特に制限はないが、10以下が好ましく、3以下がさらに好ましい。
尚、数平均分子量及び重量平均分子量は、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を用い、標準ポリスチレンで検量して求めることができる。
重合方法は特に限定されないが、上記各基に対応するジハライド誘導体と、ジボロン酸誘導体若しくはボロン酸エステル類誘導体をパラジウム触媒でカップリングさせる鈴木重合法が望ましい。ジハライド誘導体のハロゲンは、Clよりも、Br又はIがより好ましい。ジハライド誘導体のカップリング相手は、ボロン酸よりもボロン酸エステル類誘導体がより好ましい。特に、ボロン酸エステル類誘導体、ジピナコールエステル誘導体、ジ−1,3−プロパンジオール誘導体が好ましい。
特に微細なパターニングを要する場合、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、孔版印刷法、及び、それらとオフセット印刷法を組み合わせた印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー塗布等が好ましい。
また、転写前駆基板へ本重合体を上記の乾式又は湿式成膜法により成膜した後、レーザー光や熱プレスなどで対象とする電極を有する配線基板上へ転写する方法を用いることもできる。これらの方法による成膜は当業者に周知の条件により行うことができ、その詳細は省略する。
溶媒は好ましくは有機溶媒であり、当該有機溶媒としては、クロロホルム、クロロベンゼン、クロロトルエン、クロロキシレン、クロロアニソール、ジクロロメタン、ジクロロベンゼン、ジクロロトルエン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロベンゼン、トリクロロメチルベンゼン、ブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、ブロモアニソール等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、オキサゾール、メチルベンゾオキサゾール、ベンゾイソオキサゾール、フラン、フラザン、ベンゾフラン、ジヒドロベンゾフラン等のエーテル系溶媒、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、トリメトキシベンゼン、プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ジイソプロピルベンゼン、ジブチルベンゼン、アミルベンゼン、ジヘキシルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、テトラメチルベンゼン、ドデシルベンゼン、ベンゾニトリル、アセトフェノン、メチルアセトフェノン、メトキシアセトフェノン、トルイル酸エチルエステル、トルエン、エチルトルエン、メトキシトルエン、ジメトキシトルエン、トリメトキシトルエン、イソプロピルトルエン、キシレン、ブチルキシレン、イソプロピルキシレン、アニソール、エチルアニソール、ジメチルアニソール、トリメチルアニソール、プロピルアニソール、イソプロピルアニソール、ブチルアニソール、メチルエチルアニソール、アネトールアニシルアルコール、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸ブチル、ジフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、ベンジルメチルエーテル、ベンジルエチルエーテル、メチレンジオキシベンゼン、メチルナフタレン、テトラヒドロナフタレン、アニリン、メチルアニリン、エチルアニリン、ブチルアニリン、ビフェニル、メチルビフェニル、イソプロピルビフェニル等の芳香族炭化水素系溶媒、シクロへキサン、メチルシクロへキサン、n−ペンタン、n−へキサン、n−へプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン、テトラデカン、デカリン、イソプロピルシクロヘキサ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、シクロへキサノン、アセトフェノン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセロソルブアセテート、安息香酸メチル、酢酸フェニル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−へ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、シクロへ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、これらの有機溶媒は、単独で、又は複数組み合わせて用いることができる。
また、上記塗布液には、必要に応じて粘度の調整剤、表面張力の調整剤を添加することもできる。尚、粘度の調整剤、表面張力の調整剤は、膜中に残留しても素子特性に影響を与えないものを選択するか、成膜工程で膜中から除去できるものが望ましい。
本発明においては、溶媒中に重合体が少なくとも1種類以上含まれ、重合体が分散又は溶解され、分散体又は溶液となっているものが好ましい。
また、本発明の有機EL素子は、陽極と発光層間に有機薄膜層を有し、この層が、本発明の重合体を含む有機薄膜層であることが好ましく、この有機薄膜層が正孔輸送領域であると好ましい。正孔輸送領域に形成される層としては、正孔輸送層や正孔注入層等が挙げられる。さらに、上記正孔輸送層又は正孔注入層が上記発光層と接していると好ましい。
本発明では、上記重合体が正孔輸送層及び正孔注入層の少なくとも1層の主成分として含有されていることがより好ましい。具体的には、正孔輸送層又は正孔注入層においては、本発明の重合体の含有量は、好ましくは51〜100重量%である。
電子吸引性の置換基として、例えば、ハロゲン、CN−、カルボニル基、アリールホウ素基等が挙げられる。
(1)陽極/発光層/陰極
(2)陽極/正孔注入層/発光層/陰極
(3)陽極/発光層/電子注入層/陰極
(4)陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
(5)陽極/有機半導体層/発光層/陰極
(6)陽極/有機半導体層/電子障壁層/発光層/陰極
(7)陽極/有機半導体層/発光層/付着改善層/陰極
(8)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
(9)陽極/絶縁層/発光層/絶縁層/陰極
(10)陽極/無機半導体層/絶縁層/発光層/絶縁層/陰極
(11)陽極/有機半導体層/絶縁層/発光層/絶縁層/陰極
(12)陽極/絶縁層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/絶縁層/陰極
(13)陽極/絶縁層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
各層の膜厚は特に限定されるものではないが、適切な膜厚に設定することが好ましい。膜厚が厚すぎると、一定の光出力を得るために大きな印加電圧が必要になり効率が悪くなる。膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生して、電界を印加しても充分な発光輝度が得られない。通常の膜厚は5nm〜10μmの範囲が適しているが、10nm〜0.2μmの範囲がさらに好ましい。
窒素雰囲気下、冷却管付き500mL三口フラスコ中に、カルバゾール10.0g(59.8mmol)に、ジメチルホルムアミド(DMF)100mLを入れ、氷水浴にて0℃まで冷却した。冷却後、N−ブロモスクシンイミド(NBS)10.6g(59.8mmol)をDMF100mLに溶かした溶液をゆっくり滴下した。滴下終了後、氷水浴を外し、室温に戻し、8時間撹拌した。
窒素雰囲気下、冷却管付き300mL三口フラスコ中に、M−1−1 6.0g(24.3mmol)、ヨードベンゼン5.4g(26.7mmol)、CuI1.4g(7.29mmol)、トランス−シクロヘキサンジアミン(trans-cyclohexanediamine)0.8g(7.29mmol)、りん酸カリウム10.3g(48.6mmol)にジオキサン120mLを加え、8時間還流させながら加熱した。
窒素雰囲気下、冷却管付き300mL三口フラスコ中に、M−1−2 4.0g(12.5mmol)、ほう酸トリイソプロピル2.8g(15.0mmol)、脱水テトラヒドロフラン(THF)60mLを加えて撹拌し、メタノール/ドライアイスバスにて−78℃まで冷却した。冷却後、n−ブチルリチウム(1.61M)38mL(60.9mmol)をゆっくり滴下し、滴下後1時間冷却したまま撹拌した。次に室温まで戻し、7時間撹拌した。反応終了後、メタノール10mLを滴下し、さらに1N HCl水溶液30mLを滴下した。塩化メチレン、水を加え、目的物を抽出し、有機層を取り出した。この有機層へMgSO4を加えて乾燥し、ろ過によりMgSO4を除去した。溶媒を減圧下にて除去し、カラムクロマトグラフィにより単離し、白色固体2.1g(収率60%)を得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、得られた白色粉末を中間体M−1−3と同定した。
窒素雰囲気下、冷却管付き300mL三口フラスコ中に、M−1−1 4g(10.0mmol)、M−1−3 3.7g(10.0mmol)、Pd(PPh3)40.2g(0.2mol)、炭酸ナトリウム2.1g(20.0mmol)、DME40mL、水20mLを加えた後、還流し、8時間加熱撹拌した。反応終了後、減圧除去にて溶媒を取り除いた。その後、ジクロロメタン100mL、水100mLを加えて目的物を抽出し、有機層を取り出した。取り出した有機層へMgSO4を加えて乾燥し、ろ過によりMgSO4を除去した。溶媒を減圧下にて除去し、得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで精製した。得られた固体を減圧乾燥したところ、3.0g(収率74%)の白色固体を得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、得られた白色粉末を中間体M−1−4と同定した。
窒素雰囲気下、M−1−4 2.5g(6.1mmol)、4−(4−ブロモフェニル)−ジベンゾフラン2.0g(6.1mmol)、CuI0.4g(1.8mmol)、トランス−シクロヘキサンジアミン(trans-cyclohexanediamine)0.2g(1.8mmol)、りん酸カリウム2.6g(12.2mmol)にジオキサン30mLを加え、8時間還流させながら加熱した。
窒素雰囲気下、M−1−5 2.5g(3.8mmol)に、DMF40mLを入れ、氷水浴にて0℃まで冷却した。
冷却後、N−ブロモスクシンイミド1.4g(8.0mmol)をDMF40mLに溶かした溶液をゆっくり滴下した。滴下終了後、氷水浴を外し、室温に戻し、8時間撹拌した。反応液を水に落として固体を析出させ、吸引ろ過により回収した。
得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、得られた固体を減圧乾燥したところ、2.5g(収率80%)の白色固体を得た。
1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、得られた白色粉末を中間体M−1と同定した。
窒素雰囲気下、2,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−9,9−ジ−n−オクチルフルオレン4.1g(6.2mmol)、M−1 5.0g(6.2mmol)、Pd(OAc)20.01g(0.04mmol)、P(o−Tol)30.06g(0.2mmol)、りん酸カリウム6.6g(30.9mmol)にジオキサン50mL、トルエン12mL、水11mLを加え、16時間還流させながら加熱した。
原料としてカルバゾールを用い、ヨードベンゼンの代わりに2−ブロモジベンゾフランを用いた他は中間体M−1−2の合成と同様の方法でM−2−1を合成した。目的物を収量4.0g(収率68%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−2−1と同定した。
原料としてM−2−1を用い、中間体M−1−1の合成と同様の方法でM−2−2を合成した。目的物を収量3.2g(収率59%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−2−2と同定した。
原料としてM−2−2を用い、中間体M−1−3の合成と同様の方法でM−2−3を合成した。目的物を収量5.4g(収率66%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−2−3と同定した。
NBSをN−ヨードスクシンイミド(NIS)とした他は、中間体M−1−1の合成と同様の方法でM−2−4を合成した。目的物を収量5.6g(収率79%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−2−4と同定した。
原料としてM−2−4を用い、中間体M−1−1の合成と同様の方法でM−2−5を合成した。目的物を収量3.7g(収率82%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−2−5と同定した。
原料としてM−2−5を用い、3−ブロモ−9H−カルバゾールの代わりにM−2−3を用いた他は中間体M−1−4の合成と同様の方法でM−2−6を合成した。目的物を収量5.2g(収率76%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−2−6と同定した。
原料としてM−2−6を用い、ヨードベンゼンの代わりに1−ブロモ−4−ヨードベンゼンを用いた他は中間体M−1−2の合成と同様の方法でM−2を合成した。目的物を収量4.9g(収率66%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−2と同定した。
M−1の代わりにM−2を用いた他はP−1と同様の方法でP−2を合成した。目的物を収量2.2gで得た。ポリマーP−2のポリスチレン換算数平均分子量は1.2×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は3.3×104であった。
原料として2−ブロモジベンゾフランを用い、中間体M−1−3の合成と同様の方法でM−3−1を合成した。目的物を収量6.1g(収率63%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−3−1と同定した。
窒素気流下、9−H−カルバゾール10g(59.8mmol)を入れ、75mlのクロロホルムに溶解させた後、氷水浴にて0℃まで冷却した。次にゆっくりとFeCl338.8g(239.2mmol)を60ml程度のクロロホルムに分散して得た溶液を滴下した。滴下後、室温に戻し、24時間撹拌した。反応液を多量のメタノールに滴下し、固体を析出させた。固体は、ろ取して回収した。その後、多量のメタノールと水で繰り返し洗浄し、ろ取して固体7.8g(収率82%)を得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、得られた白色粉末をM−3−2と同定した。
原料としてM−3−2を用い、中間体M−1−1の合成と同様の方法でM−3−3を合成した。目的物を収量4.1g(収率56%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−3−3と同定した。
原料としてM−3−3を用い、3−ブロモ−9H−カルバゾールの代わりにM−3−1を用いた他は中間体M−1−4の合成と同様の方法でM−3を合成した。目的物を収量3.4g(収率48%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−3と同定した。
窒素雰囲気下、9,9−ジオクチル−2,7−ジブロモフルオレン5.8g(10.0mmol)、M−3 7.0g(10.5mmol)、Pd2(dba)30.2g(0.2mmol)、P(t−Bu)30.06g(0.3mmol)、t−ブトキシナトリウム3.0g(31.5mmol)にトルエン40mLを加え、20時間還流させながら加熱した。
原料として9−フェニルカルバゾールを用い、モノマーM−1の合成と同様の方法でM−4−1を合成した。目的物を収量2.9g(収率73%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−4−1と同定した。
原料としてM−2−3を用い、3−ブロモ−9H−カルバゾールの代わりにM−4−1を用いた他は中間体M−1−4の合成と同様の方法でM−4−2を合成した。目的物を収量2.7g(収率61%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−4−2と同定した。
原料としてM−4−2を用い、モノマーM−1の合成と同様の方法で合成した。目的物を収量3.9g(収率56%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−4と同定した。
M−1の代わりにM−4を用いて、P−1と同様の方法にてP−4を合成した。目的物を収量3.6gで得た。ポリマーP−4のポリスチレン換算数平均分子量は1.4×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は3.5×104であった。
原料として2−(9H−カルバゾール−9−イル)ジベンゾフランを用い、中間体M−1−1の合成と同様の方法でM−5−1を合成した。目的物を収量4.6g(収率87%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−5−1と同定した。
原料としてM−5−1を用い、中間体M−1−3の合成と同様の方法でM−5−2を合成した。目的物を収量1.9g(収率43%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−5−2と同定した。
原料としてM−5−2を用い、中間体M−1−4の合成と同様の方法でM−5を合成した。目的物を収量3.5g(収率56%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−5と同定した。
M−3の代わりにM−5を用いて、P−3と同様の方法にてポリマーP−5を合成した。目的物を収量6.2gで得た。ポリマーP−5のポリスチレン換算数平均分子量は1.7×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は3.3×104であった。
原料として3−(9H−カルバゾール−3−イル)カルバゾールを用い、中間体M−1−1の合成と同様の方法でM−6−1を合成した。目的物を収量3.5g(収率66%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−6−1と同定した。
原料としてM−6−1を用い、3−ブロモ−9H−カルバゾールの代わりに(9−(ジベンゾフラン−2−イル)−カルバゾール−3−イル)ボロン酸を用いた他は、中間体M−1−4の合成と同様の方法でM−6を合成した。目的物を収量4.9g(収率72%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−6と同定した。
M−3の代わりにM−6を用いて、P−3と同様の方法でP−6を合成した。目的物を収量2.4gで得た。ポリマーP−6のポリスチレン換算数平均分子量は1.3×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は3.0×104であった。
原料として(9−(ジベンゾフラン−2−イル)−カルバゾール−3−イル)ボロン酸を用い、3−ブロモ−9H−カルバゾールの代わりに3−ブロモ−9−(ジベンゾフラン−2−イル)−カルバゾールを用いた他は、中間体M−1−4の合成と同様の方法でM−7−1を合成した。目的物を収量3.6g(収率82%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−7−1と同定した。
原料としてM−7−1を用い、中間体M−1−1の合成と同様の方法でM−7−2を合成した。目的物を収量3.5g(収率66%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−7−2と同定した。
原料としてM−7−2を用い、中間体M−1−3の合成と同様の方法でM−7−3を合成した。目的物を収量4.1g(収率62%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−7−3と同定した。
原料としてM−7−3を用い、3−ブロモ−9H−カルバゾールの代わりに3−ブロモ−6−ヨード−9H−カルバゾールを用いた他は、中間体M−1−4の合成と同様の方法でM−7−4を合成した。目的物を収量1.8g(収率76%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−7−4と同定した。
原料としてM−7−4を用い、ヨードベンゼンの代わりに1−ブロモ−4−ヨードベンゼンを用いた他は、中間体M−1−2の合成と同様の方法でM−7を合成した。目的物を収量2.7g(収率70%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−7と同定した。
M−1の代わりにM−7を用いて、P−1と同様の方法にてP−7を合成した。目的物を収量3.1gで得た。ポリマーP−4のポリスチレン換算数平均分子量は1.1×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は2.7×104であった。
窒素ガス気流下、撹拌子を用い、均一な状態を保ちながら反応を行なった。
300mL三口フラスコに、9−フェニル−3,6−ジブロモカルバゾール10.03g(2.50×10−2mol)、溶媒THF125mLを入れ、ドライアイス/メタノールにより−78℃に冷却した。これに、n−ブチルリチウム2.50×10−2molを1.6Mヘキサン溶液として34.4mLをゆっくり滴下し、滴下終了後1時間撹拌を続けることでジリチオ体、9−フェニル−3,6−ジリチオカルバゾールとした。
次に−78℃のまま、この反応液に2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン11.2g、(6.00×10−2mol)を加え、ゆっくり室温に戻し、さらに5時間撹拌を続けることで反応を行なった。反応終了後、反応液を水500mLに注ぎ、分液ロートを用い塩化メチレンにより抽出操作を行なった。減圧下、塩化メチレンを留去し、粗生成物を得た。最後に、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶媒:体積比1:1の塩化メチレンおよびヘキサンの混合溶媒、あるいは塩化メチレンのみ)により精製し、目的生成物であるM−8−1を8.20g単離した(収率66%)。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−8−1と同定した。
原料としてM−2−1を用い、モノマーM−1の合成と同様の方法で合成した。目的物を収量4.86g(収率75%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−8−2と同定した。
窒素ガス気流下、撹拌子を用い、均一な状態を保ちながら反応を行なった。
冷却管(リフラックスコンデンサー)を取り付けた100mL三口フラスコに、M−8−1 0.69g(1.40×10−3mol)、M−8−2 0.69g(1.40×10−3mol)、リン酸三カリウム1.53g(7.21×10−3mmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン0.0122g、(4.00×10−5mol)、ジオキサン17mL、トルエン4mL、水2.7mLを入れ、充分撹拌させた。これに、酢酸パラジウム0.0225g(1.00×10−5mol)を加え、90℃にて8時間、重合反応を行なった。次に、この反応液にM−8−1 0.0297g(6.00×10−5mol)を加え4時間還流し、さらに臭化ベンゼン0.100g(6.37×10−4mol)を加え4時間還流した。最後に、N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム1.26g(5.60×10−3mol)を加え、80℃にて8時間反応を行なった。
2,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−9,9−ジ−n−オクチルフルオレン及びM−9を用いて、P−1と同様の方法にてP−9を合成した。目的物を収量5.6gで得た。ポリマーP−9のポリスチレン換算重量平均分子量は2.4×104であり、ポリスチレン換算数平均分子量は7.8×103であった。
窒素雰囲気下、9,9−ジオクチル−2,7−ジブロモフルオレン10.0g(18.2mmol)、アニリン1.7g(18.2mmol)、Pd2(dba)3 0.6g(0.6mmol)、rac−BINAP(2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル)1.7g(0.8mmol)、t−ブトキシナトリウム5.0g(72.8mmol)にトルエン500mLを加え、16時間還流させながら加熱した。
反応終了後、減圧除去にて溶媒を取り除いた。水100mLを加えて目的物を抽出し、有機層を取り出した。取り出した有機層へMgSO4を加えて乾燥し、ろ過によりMgSO4を除去した。溶媒を減圧下にて除去し、得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで精製した。得られた固体を減圧乾燥したところ、6.8g(収率65%)の白色固体を得た。
1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、得られた白色粉末を中間体M−10と同定した。
4、4’−ジブロモビフェニル及びM−10を用いて、P−4と同様の方法にてP−10を合成した。目的物を収量4.5gで得た。ポリマーP−10のポリスチレン換算数平均分子量は1.3×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は3.6×104であった。
窒素雰囲気下、1.3g(8.0mmol)の9H−カルバゾールと3.1g(16mmol)の炭酸カリウム1.7g(12mmol)を入れ、20mLのDMFを加えた。さらに3.0g(11.4mmol)の1−ブロモオクタンを加え、80℃で16時間撹拌した。反応終了後、減圧除去にて溶媒を取り除いた。水100mLを加えて目的物を抽出し、有機層を取り出した。取り出した有機層へMgSO4を加えて乾燥し、ろ過によりMgSO4を除去した。溶媒を減圧下にて除去し、得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで精製した。得られた固体を減圧乾燥したところ、1.9g(収率86%)の白色固体を得た。
1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、得られた白色粉末を中間体M−11−1と同定した。
原料としてM−11−1を用い、中間体M−1−1の合成と同様の方法で合成した。目的物を収量5.3g(収率83%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−11−2と同定した。
原料として3−ブロモカルバゾールの代わりに、M−11−2を用い、中間体M−1−4の合成と同様の方法で合成した。目的物を収量4.4g(収率78%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−11−3と同定した。
原料としてM−11−3を用い、モノマーM−1の合成と同様の方法で合成した。目的物を収量4.9g(収率75%)で得た。1H−NMRスペクトルとFD−MS分析により、M−11と同定した。
M−1の代わりにM−11を用いて、P−1と同様の方法にて合成した。目的物を収量3.3gで得た。ポリマーP−11のポリスチレン換算数平均分子量は1.9×104であり、ポリスチレン換算重量平均分子量は4.1×104であった。
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極付きガラス基板(ジオマティック社製)を、イソプロピルアルコール中で5分間超音波洗浄した後、UVオゾン洗浄を30分間行なった。洗浄後の透明電極付きガラス基板に、スピンコート法で正孔注入層に用いる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(PEDOT:PSS(アクセプター))の混合物を10nmの膜厚で成膜して、正孔注入層を形成した。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに比較例1で得られたP−9を用いた他は、参考例9と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表1に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに比較例2で得られたP−10を用いた他は参考例9と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表1に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに比較例3で得られたP−11を用いた他は参考例9と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表1に示す。
正孔輸送層及び発光層を以下のように形成した他は参考例9と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔注入層上に、参考例1で得られたP−1のキシレン溶液(1.0重量%)を、スピンコート法で25nmの膜厚で成膜し、230℃で30分間乾燥及び熱硬し、正孔輸送層を形成した。
次に、化合物EM1(ホスト)とスチリル基を有するアミン化合物D1(ドーパント)が固形分重量比95:5で混合しているキシレン溶液(1.0重量%)を、スピンコート法で40nmの膜厚で成膜し、150℃で30分間乾燥させ、発光層を形成した。この膜上に化合物Alqを蒸着により、膜厚10nmに成膜した。この層は、電子注入層として機能する。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに参考例2で得られたP−2を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに参考例3で得られたP−3を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに参考例4で得られたP−4を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに参考例5で得られたP−5を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに参考例6で得られたP−6を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに参考例7で得られたP−7を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
発光層の材料として、スチリル基を有するアミン化合物D1の代わりにアリールアミン化合物D2を用いた他は参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに比較例1で得られたP−9を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに比較例2で得られたP−10を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
正孔輸送材料としてP−1の代わりに比較例3で得られたP−11を用いた他は、参考例11と同様にして有機EL素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
この明細書に記載の文献及び本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
Claims (16)
- 末端基を除き、下記式(A)で表される構造単位のみを含有する重合体。
aは2〜5の整数であり、(P)aは、式(P)で表される基がa個連続して結合していることを表す。a個のPは同じでも異なってもよい。
Xは、単結合である。
Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜10のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数3〜30のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のアリールアミノ基、置換もしくは無置換のアリールシリル基、又は他のPとの結合に用いられる単結合である。式(P)において、少なくとも1つのRは他のPとの結合に用いられる単結合である。
ただし、(P)aにおいて、少なくとも1つのRはそれぞれ下記式(3)〜(7)のいずれかで表される。
R12、R13は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基である。
a1、c、d、f、g及びiは、それぞれ0〜4の整数である。
b1、e、h及びjは、それぞれ0〜3の整数である。
T1〜T5は、それぞれ単結合又は置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基である。))
bは0であり、(L)bは単結合である。] - Pがそれぞれ置換もしくは無置換のカルバゾール残基である請求項1に記載の重合体。
- a個連続した前記カルバゾール残基において、隣接するカルバゾール残基同士の結合位置が、それぞれ、3位−3’位、3位−2’位、及び2位−2’位から選ばれた1種である請求項2に記載の重合体。
- aが2又は3である請求項1〜3のいずれかに記載の重合体。
- 下記式(8)、(9)、(13)〜(18)、(33)〜(36)のいずれかで表される構造を有する請求項1〜4のいずれかに記載の重合体。
R12、R13は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基である。
a1、c、d、f、g及びiは、それぞれ0〜4の整数である。
b1、e、h及びjは、それぞれ0〜3の整数である。
T1〜T5は、それぞれ単結合又は置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基である。)
lは0であり、(L)lは単結合である。
nは、繰り返し数である。) - 前記(P)aにおいて、少なくとも1つのRが、それぞれ前記式(3)〜(6)のいずれかで表される請求項1〜5のいずれかに記載の重合体。
- 前記(P)aにおいて、少なくとも1つのRが、それぞれ前記式(3)で表される請求項1〜6のいずれかに記載の重合体。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の重合体及び溶媒を含む塗布液。
- 前記溶媒の少なくとも1種が有機溶媒である請求項8に記載の塗布液。
- 電子素子を構成する少なくとも1つの膜を、請求項8又は9に記載の塗布液を用いて湿式成膜する電子素子の製造方法。
- 前記電子素子が、電界発光素子、光電変換素子又はトランジスタである請求項10に記載の電子素子の製造方法。
- 前記電子素子が、有機エレクトロルミネッセンス素子である請求項10又は11に記載の電子素子の製造方法。
- 陽極と、陰極と、前記陽極と陰極の間に、発光層を含む1以上の有機薄膜層とを有し、
前記有機薄膜層の少なくとも1層が請求項1〜7のいずれかに記載の重合体を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記有機薄膜層の少なくとも1層が正孔注入層又は正孔輸送層である請求項13に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記正孔注入層又は正孔輸送層が発光層と接している請求項14に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記正孔注入層又は正孔輸送層を湿式成膜法により成膜する工程を含む、請求項14又は15に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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