KR20190134660A - 전하 수송성 재료 및 그 이용 - Google Patents

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KR20190134660A
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슌스케 고다마
?스케 고다마
이오리 후쿠시마
료타 모리야마
히로타카 사쿠마
겐이치 이시츠카
가즈유키 가모
도모츠구 스기오카
유키 요시나리
료 혼나
도모미 우치야마
나오키 아사노
히로시 다카이라
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히타치가세이가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 1 이상의 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머 및 1 이상의 1가의 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 전하 수송성 폴리머를 포함하는 전하 수송성 재료를 제공한다.

Description

전하 수송성 재료 및 그 이용
본 개시는, 전하 수송성 재료 및 이 재료를 이용한 잉크 조성물에 관한 것이다. 또한 본 개시는, 상기 전하 수송성 재료 또는 상기 잉크 조성물을 이용한 유기층과, 이 유기층을 갖는 유기 일렉트로닉스 소자, 유기 일렉트로루미네센스 소자(「유기 EL 소자」라고도 한다.), 표시 소자, 조명 장치 및 표시 장치에 관한 것이다.
유기 일렉트로닉스 소자는, 유기물을 이용하여 전기적인 동작을 행하는 소자이며, 에너지 절약, 저가격, 유연성과 같은 특징을 발휘할 수 있다고 기대되어, 종래의 실리콘을 주체로 한 무기 반도체를 대체하는 기술로서 주목을 받고 있다. 유기 일렉트로닉스 소자의 일례로서, 유기 EL 소자, 유기 광전 변환 소자, 유기 트랜지스터를 들 수 있다.
유기 일렉트로닉스 소자 중에서도 유기 EL 소자는, 예컨대 백열 램프, 가스 충전 램프 등의 대체로서, 대면적 솔리드 스테이트 광원 용도로서 주목을 받고 있다. 또한, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 분야에 있어서의 액정 디스플레이(LCD)를 대신하는 가장 유력한 자발광 디스플레이로서도 주목을 받고 있고, 제품화가 진행되고 있다.
유기 EL 소자는, 사용하는 유기 재료를 기준으로, 저분자 화합물을 이용하는 저분자형 유기 EL 소자와, 고분자 화합물을 이용하는 고분자형 유기 EL 소자, 이 둘로 크게 나뉜다. 또한 유기 EL 소자의 제조 방법은, 주로 진공계에서 성막이 이루어지는 건식 프로세스와, 철판 인쇄, 요판 인쇄 등의 유판 인쇄, 잉크젯 등의 무판 인쇄 등에 의해 성막이 이루어지는 습식 프로세스, 이 둘로 크게 나뉜다. 진공계를 필요로 하는 건식 프로세스와 비교하여 간이 성막이 가능하기 때문에, 습식 프로세스는 앞으로의 대화면 유기 EL 디스플레이에는 불가결한 방법으로서 기대되고 있다. 그 때문에, 최근 저비용화 및 대면적화가 용이한 습식 프로세스에 적합한 고분자 화합물의 개발이 진행되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
한편, 유기 EL 소자에 관해서는, 발광 효율 등의 각종 소자 특성에 있어서, 한층 더 개선이 요구되고 있다. 이에 대하여, 유기 EL 소자의 고성능화의 하나의 수단으로서, 유기층을 다층화하여, 각 층에 있어서의 기능을 분리하는 시도가 이루어지고 있다.
습식 프로세스에 따라 다층화할 때는, 상층의 성막 시에 이용하는 도포액의 용제에 대한, 하층의 내용제성이 요구된다. 그 때문에, 다층화를 위해서 하층의 내용제성을 높이는 방법이 검토되고 있다.
예컨대, 인접하는 층을 구성하는 재료로서, 물 및 유기 용제에 대한 용해성이 각각 역전되는 재료를 선택하는 방법이 알려져 있다. 구체적으로는, 버퍼층이나 정공 주입층의 재료로서, 수용성의 PEDOT:PSS를 사용하고, 한편, 광전 변환층이나 발광층의 재료로서, 톨루엔 등의 유기 용제에 가용인 재료를 사용하는 방법이 있다. 이 방법에 의하면, PEDOT:PSS의 층은, 톨루엔 등의 유기 용제에 불용으로 되기 때문에, 도포법에 의해서 2층 구조를 제작하는 것이 가능하게 된다.
다층화를 위한 다른 방법으로서, 도포액을 이용하여 성막을 행한 후에, 열이나 광 등의 자극에 의해서 중합 반응을 진행시켜, 유기층을 불용화하는 방법을 들 수 있다(예컨대, 특허문헌 2). 특허문헌 2에서는, 옥세탄기 등의 중합성 작용기와, 술폰산기 등의 이온성 치환기를 갖는 폴리머 또는 올리고머를 포함하는 재료의 중합 반응에 의해서, 유기층의 불용화가 가능하게 되는 것을 개시하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2006-279007호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허공개 2013-181103호 공보
그러나, 수용성의 PEDOT:PSS를 사용하는 방법에서는, 유기층에 수분이 잔존하기 쉬워, 유기막의 특성이 저하하는 경우가 있다. 또한, 다층화에 있어서 사용할 수 있는 재료가 제한된다.
또한, 상기 특허문헌 2에 있어서, 상기 이온성 치환기를 갖는 폴리머 또는 올리고머는, 이온성 치환기의 염(칼륨)을 포함하는 형태로 합성된다. 칼륨은 폴리머 또는 올리고머의 합성 후에 이온 교환 처리를 행함으로써 제거되지만, 폴리머 또는 올리고머에 잔존할 가능성이 있다. 폴리머 또는 올리고머에 칼륨 등의 알칼리 금속이 존재하면, 소자의 성능이 저하한다.
또한, 통상 경화에 의해서 유기층을 불용화하는 경우, 중합 가능한 폴리머 또는 올리고머와 중합 개시제와 용제를 포함하는 재료를 사용한다. 불용화는, 상기 재료를 도포한 후에, 예컨대 가열함으로써 달성할 수 있다. 이와 같이 중합 개시제를 포함하는 재료를 사용하여, 예컨대 발광층에 인접하는 정공 수송층 또는 정공 주입층을 형성한 경우, 중합 개시제가 발광층으로 이동하여, 발광층의 기능을 저해하는 경우가 있다. 또한, 유기층을 경화시킬 때의 가열 온도가 지나치게 높으면, 하층의 성능 저하 등의 문제점이 생기기 쉽다.
이상의 점에서, 습식 프로세스에 의한 다층화에 의해 유기 EL 소자의 고성능화를 실현하기 위해서, 인접하는 층의 특성을 저하시키는 일 없이 용이하게 습식 프로세스로 다층화할 수 있는 재료의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 개시는, 상기한 점에 감안하여, 중합 개시제를 포함하지 않으면서 또한 저온에서 불용화가 가능한, 폴리머를 포함하는 전하 수송성 재료 및 이 재료를 함유하는 잉크 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 개시는, 상기 전하 수송성 재료 또는 잉크 조성물을 이용하여, 낮은 온도에서 불용화한 유기층, 이 유기층을 갖는 유기 일렉트로닉스 소자, 유기 EL 소자, 표시 소자, 조명 장치 및 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 전하 수송성 폴리머의 불용화에 관해서 예의 검토한 결과, 중합성 작용기로서 공역 디엔 함유기 및/또는 디에노필 함유기의 구조를 갖는 전하 수송성 폴리머를 사용함으로써, 중합 개시제를 사용하는 일 없이 종래보다도 낮은 온도에서 폴리머를 불용화할 수 있다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다. 본 발명의 실시형태는 이하에 관한 것이지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일 실시형태는, 1 이상의 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머 및 1 이상의 1가의 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전하 수송성 재료에 관한 것이다.
상기 전하 수송성 재료에 있어서, 상기 제1 전하 수송성 폴리머 및 제2 전하 수송성 폴리머는, 각각 3 방향 이상으로 분기된 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 전하 수송성 재료에 있어서, 상기 제1 전하 수송성 폴리머 및 제2 전하 수송성 폴리머는, 각각 치환 또는 비치환의, 방향족 아민 구조, 카르바졸 구조, 티오펜 구조, 벤젠 구조 및 플루오렌 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 전하 수송성 재료는 정공 주입성 또는 정공 수송성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 전하 수송성 재료에 있어서, 상기 1가의 공역 디엔 함유기의 적어도 하나가 상기 제1 전하 수송성 폴리머의 말단에 존재하고, 또한 상기 1가의 디에노필 함유기의 적어도 하나가 상기 제2 전하 수송성 폴리머의 말단에 존재하는 것이 바람직하다.
상기 전하 수송성 재료에 있어서, 상기 1가의 공역 디엔 함유기는, 하기 식(I)으로 표시되는 구조를 갖는 1가의 푸란환 함유기인 것이 바람직하다.
Figure pct00001
[식 중, R1∼R3은 각각 독립적으로 -H, -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다), -C(=O)H, -CH2OH, -Br 및 -Cl로 이루어지는 군에서 선택되는 기를 나타낸다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.]
상기 전하 수송성 재료에 있어서, 상기 1가의 디에노필 함유기는, 하기 식(II-1)으로 표시되는 구조를 갖는 1가의 말레이미드환 함유기인 것이 바람직하다.
Figure pct00002
[식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 -H 및 -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다)로 이루어지는 군에서 선택되는 기이다. R1 및 R2는 상호 연결하여 고리를 형성하고 있어도 좋다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.]
일 실시형태에 있어서, 상기 전하 수송성 재료는, 상기 제1 전하 수송성 폴리머 또는 상기 제2 전하 수송성 폴리머를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 제1 전하 수송성 폴리머를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
다른 실시형태에 있어서, 상기 전하 수송성 재료는, 상기 제1 전하 수송성 폴리머와, 상기 제2 전하 수송성 폴리머를 포함하는 것이 바람직하다.
또 다른 실시형태에 있어서, 상기 전하 수송성 재료가, 상기 제1 전하 수송성 폴리머와 상기 제2 전하 수송성 폴리머를 포함하는 경우, 상기 1가의 디에노필 함유기가 하기 식(III)으로 표시되는 스티렌 구조를 갖는 것이 바람직하다.
Figure pct00003
[식 중, R은 각각 독립적으로 탄소수 1∼6의 알킬기이고, n은 0∼4의 정수이고, *는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.]
다른 실시형태는, 상기 실시형태의 전하 수송성 재료와 용매를 포함하는 잉크 조성물에 관한 것이다.
다른 실시형태는, 상기 실시형태의 전하 수송성 재료 또는 상기 실시형태의 잉크 조성물을 이용하여 형성된 유기층을 갖는 유기 일렉트로닉스 소자에 관한 것이다.
다른 실시형태는, 상기 실시형태의 전하 수송성 재료 또는 상기 실시형태의 잉크 조성물을 이용하여 형성된 유기층을 갖는 유기 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다.
상기 유기 일렉트로루미네센스 소자는 플렉시블 기판을 추가로 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 플렉시블 기판은 수지 필름을 포함하는 것이 바람직하다.
다른 실시형태는, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 표시 소자에 관한 것이다.
다른 실시형태는, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 조명 장치에 관한 것이다.
다른 실시형태는, 상기 조명 장치와, 표시 수단으로서 액정 소자를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.
본원의 개시는, 2017년 3월 29일에 출원된 일본 특허출원 2017-065665호 및 일본 특허출원 2017-065667호, 그리고 2017년 6월 19일에 출원된 일본 특허출원 2017-119632호에 기재된 주제와 관련되어 있으며, 그 모든 개시 내용은 인용에 의해 여기에 원용된다.
본 개시에 의하면, 습식 프로세스에 적합하며 또한 중합 개시제를 사용하는 일 없이 저온에서 불용화가 가능한 전하 수송성 재료 및 이 재료를 함유하는 잉크 조성물을 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 전하 수송성 재료 또는 상기 잉크 조성물을 사용하여, 중합 개시제를 포함하지 않으면서 또한 낮은 온도에서 불용화된 유기층, 이 유기층을 갖는 유기 일렉트로닉스 소자, 유기 EL 소자, 표시 소자, 조명 장치 및 표시 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 유기 EL 소자의 일 실시형태를 도시하는 단면 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 실시형태를 포함한다.
<전하 수송성 재료>
전하 수송성 재료는, 전하를 수송하는 능력을 가지면서 또한 후술하는 특정 중합성 작용기를 갖는 1종 이상의 전하 수송성 폴리머를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 재료는, 전하를 수송하는 능력을 가지고, 상호 반응 가능한 적어도 2종의 전하 수송성 폴리머를 포함하여도 좋다. 보다 구체적인 실시형태에 있어서, 전하 수송성 재료는, 1 이상의 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머 및 1 이상의 1가의 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 전하 수송성 폴리머를 포함하여도 좋다.
또한, 본 명세서에 있어서 「폴리머」라는 용어는, 중합도가 낮은 중합체를 나타내는 「올리고머」도 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「공역 디엔 함유기」 및 「디에노필 함유기」라는 용어를 사용하고 있지만, 이들 용어에 의해서 제1 및 제2 전하 수송성 폴리머의 병용을 반드시 전제로 하는 것은 아니다. 후술하는 바와 같이, 전하 수송성 재료는, 제1 및 제2 전하 수송성 폴리머를 병용하는 실시형태에 한정되지 않고, 제1 및 제2 전하 수송성 폴리머의 어느 하나를 단독으로 사용하는 실시형태라도 좋다.
중합 반응에 의해서 용제에의 용해도를 변화시킨다는 관점에서, 전하 수송성 폴리머는, 분자 내에 중합성 작용기를 적어도 하나 갖는 것이 바람직하다. 「중합성 작용기」란, 열 및 광의 적어도 한쪽을 가함으로써 결합을 형성할 수 있는 작용기를 말한다.
종래의 중합 가능한 전하 수송성 폴리머는, 대표적으로 옥세탄기, 에폭시기 등의 중합성 작용기를 갖는다. 상기 폴리머를 충분히 불용화(경화)시키기 위해서는 중합 개시제를 사용하여, 예컨대 230℃의 고온으로 가열할 필요가 있다. 이에 대하여, 본 발명자들은, 중합성 작용기로서 공역 디엔 함유기 및/또는 디에노필 함유기(올레핀 함유기라고도 한다)를 갖는 전하 수송성 폴리머를 사용한 경우, 중합 개시제를 사용하지 않고서 종래보다도 낮은 온도에서 불용화를 행할 수 있다는 것을 알아냈다.
옥세탄기 또는 에폭시기를 갖는 화합물의 중합은, 가열에 따라 중합 개시제로부터 발생한 활성종이나, 이 활성종에 의해 개환한 옥세탄기 또는 에폭시기가, 미개환의 옥세탄기 또는 에폭시기를 공격하여 부가함으로써 진행된다. 이에 대하여, 공역 디엔 함유기 또는 디에노필 함유기는, 상기 옥세탄기 또는 에폭시기를 갖는 화합물의 중합화와는 다른 메카니즘을 취할 수 있다. 즉, 이론에 의해 구속하는 것은 아니지만, 공역 디엔 함유기 또는 디에노필 함유기를 갖는 화합물은, 각각 이중 결합에 있어서의 부가 중합 반응에 의해서 화합물의 중합화가 진행됨으로써, 종래보다도 낮은 온도에서 폴리머의 불용화를 달성할 수 있다고 생각된다.
따라서, 일 실시형태에 있어서 전하 수송성 폴리머는, 분자 내에 공역 디엔 함유기 및 디에노필 함유기의 적어도 한쪽을 포함하는 것이 바람직하고, 반응성의 관점에서, 공역 디엔 함유기 및 디에노필 함유기의 어느 한쪽을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 보다 구체적으로는, 일 실시형태에 있어서 전하 수송성 재료는, 공역 디엔 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머 또는 디에노필 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머를 포함하는 것이 바람직하고, 공역 디엔 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 공역 디엔 함유기 및 디에노필 함유기를 갖는 화합물은, 딜스-알더 반응(Diels-Alder reaction) 등의 고리화 부가 반응의 기질이 된다. 그 때문에, 전하 수송성 재료 중에, 공역 디엔 함유기와 디에노필 함유기를 공존시켜, 동일한 막 중에 이들 기가 공존하는 상태에서 가열함으로써, 고리화 부가 반응이 가능하게 된다. 공역 디엔 함유기와 디에노필 함유기 사이에서 생기는 딜스-알더 반응에 의한 고리화 부가 반응은, 공역 디엔 함유기 또는 디에노필 함유기를 갖는 화합물 그 자신의 부가 중합 반응보다도 저온에서 진행하는 경향이 있다.
이러한 점에서, 일 실시형태에 있어서, 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머와, 1가의 디에노필 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머를 병용하는 것이 바람직하다. 이러한 2종의 폴리머를 병용하는 실시형태에 의하면, 중합 개시제의 사용을 필요로 하지 않고서, 종래보다도 낮은 온도에서 유기층의 불용화(경화)를 달성할 수 있다고 생각된다.
상기 실시형태의 전하 수송성 재료에 있어서, 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머와, 1가의 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머의 배합비는, 특별히 한정되지 않고, 공역 디엔 함유기와 디에노필 함유기의 몰비를 고려하여 조정하는 것이 바람직하다. 일 실시형태에 있어서, 딜스-알더 반응을 효율적으로 진행시킨다는 관점에서, 공역 디엔 함유기/디에노필 함유기의 비(몰비)는 0.05∼20의 범위가 바람직하고, 0.1∼10의 범위가 보다 바람직하고, 0.25∼4의 범위가 더욱 바람직하다.
이하, 전하 수송성 폴리머에 관해서 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 전하 수송성 폴리머 및 제2 전하 수송성 폴리머라는 용어를 사용하고 있지만, 앞서 기재한 바와 같이, 전하 수송성 재료는, 제1 및 제2 전하 수송성 폴리머를 병용하는 실시형태에 한정되지 않고, 제1 및 제2 전하 수송성 폴리머의 어느 하나를 단독으로 사용하는 실시형태라도 좋다.
[전하 수송성 폴리머]
(1가의 공역 디엔 함유기)
제1 전하 수송성 폴리머에 있어서의 1가의 공역 디엔 함유기는, 예컨대 일반적으로 딜스-알더 반응에 있어서 사용할 수 있는 공역 디엔 화합물에 유래하는 구조를 갖는 기를 의미한다. 상기 공역 디엔 화합물은, 공역하는 2개의 이중 결합을 포함하는 화합물이면 되며, 특별히 한정되지 않는다. 공역 디엔 화합물은 쇄상이라도 또는 환상이라도 좋다.
공역 디엔 화합물은, 공역 디엔 골격에 알킬기 등의 치환기가 도입된 것이라도 좋다. 상기 알킬기(-CnH2n+1)는, 탄소수 n이 1∼6이라도 좋고, 직쇄, 분기 및 환상의 어느 구조를 갖더라도 좋다. 공역 디엔 화합물은 공역 디엔부의 전자 밀도가 높은 것이 바람직하다.
공역 디엔 함유기는, 예컨대 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 시클로펜타디엔환, 1,3-부타디엔, 티오펜-1-옥사이드환, 티오펜-1,1-디옥사이드환, 시클로펜타-2,4-디에논환, 2H피란환, 시클로헥사-1,3-디엔환, 2H피란1-옥사이드환, 1,2-디히드로피리딘환, 2H티오피란-1,1-디옥사이드환, 시클로헥사-2,4-디에논환, 피란2-온환 및 안트라센에 유래하는 구조를 갖더라도 좋고, 이들 구조에 추가로 치환기를 갖더라도 좋다.
반응성의 점에서, 푸란환, 시클로펜타디엔환, 1,3-부타디엔, 티오펜-1,1-디옥사이드환 및 안트라센에 유래하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 1가의 공역 디엔 함유기는, 푸란환, 시클로펜타디엔환 및 안트라센에 유래하는 구조를 갖는 것이 보다 바람직하고, 푸란환에 유래하는 구조를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
(1가의 푸란환 함유기)
일 실시형태에 있어서, 1가의 공역 디엔 함유기는, 하기 식(I)으로 표시되는 구조를 갖는 1가의 푸란환 함유기인 것이 바람직하다.
Figure pct00004
식 중, R1∼R3은 각각 독립적으로 -H, -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다), -C(=O)H, -CH2OH, -Br 및 -Cl로 이루어지는 군에서 선택되는 기를 나타낸다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.
일 실시형태에 있어서, 1가의 푸란환 함유기는, 상기 식(I)에 있어서, R1∼R3이 각각 독립적으로 -H 또는 -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다)인 구조를 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시형태에 있어서, 1가의 공역 디엔 함유기는, 상기 식(I)에 있어서, R1이 -C(=O)H, -CH2OH, -Br 및 -Cl로 이루어지는 군에서 선택되는 기이고, R2 및 R3이 각각 독립적으로 -H 또는 -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다)인 구조를 갖는 것이 바람직하다.
1가의 푸란환 함유기는 하기 식(I-1)으로 표시되는 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다.
Figure pct00005
식 중, R1∼R3 및 「*」은 앞의 설명과 마찬가지다. 일 실시형태에 있어서, 1가의 푸란환 함유기는, 상기 식(I-1)에 있어서, R1이 -H 또는 -C(=O)H이고, R2 및 R3이 각각 -H인 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다. 상기 실시형태에 있어서, R1∼R3은 각각 -H인 것이 더욱 바람직하다.
1가의 푸란환 함유기는, 하기 식(I-2)으로 표시되는 바와 같이, 2개의 푸란환이 결합한 구조를 갖더라도 좋다. 식 중, R1∼R5는 각각 독립적으로 -H, -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다), -C(=O)H, -CH2OH, -Br 및 -Cl로 이루어지는 군에서 선택되는 기를 나타낸다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다. X는 탄소수 1∼6의 직쇄, 분기 및 환상 알킬렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 2가의 연결기를 나타낸다.
Figure pct00006
일 실시형태로서, 상기 식(I-2)에 있어서, R1이 -H, -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다) 및 -C(=O)H로 이루어지는 군에서 선택되는 기이고, R2∼R5가 각각 -H 또는 -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다)이고, X가 탄소수 1∼3의 직쇄의 알킬렌기인 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다. 상기 실시형태에 있어서, R1∼R5는 각각 -H이고, X는 메틸렌기인 것이 더욱 바람직하다.
일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 재료는, 상기 푸란환 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 푸란환 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머는, 폴리머의 단독 중합에 의해서 폴리머를 용이하게 불용화할 수 있는 경향이 있다. 또한, 상기 푸란환 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머는, 후술하는 디에노필 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머와의 병용에 있어서, 딜스-알더 반응이 진행되기 쉬운 경향이 있다. 이 경우, 단독 중합보다도 보다 저온에서 폴리머의 불용화를 달성할 수 있는 경향이 있다.
(1가의 디에노필 함유기)
제2 전하 수송성 폴리머에 있어서의 1가의 디에노필 함유기는, 일반적으로 딜스-알더 반응에 사용할 수 있는 디에노필 화합물에 유래하는 구조를 갖는 기를 의미한다. 즉, 1가의 디에노필 함유기는, 이중 결합 또는 삼중 결합을 포함하는 올레핀기 함유의 화합물(디에노필 화합물)이면 되며, 특별히 한정되지 않는다. 디에노필 화합물은 쇄상이라도, 환상이라도 좋다.
디에노필 화합물은, 이중 결합을 갖는 것이 바람직하고, 알킬기 등의 치환기가 도입된 것이라도 좋다. 상기 알킬기(-CnH2n+1)는, 탄소수 n이 1∼6이라도 좋고, 직쇄, 분기 및 환상의 어느 구조를 갖더라도 좋다. 디에노필 화합물은 이중 결합부의 전자 밀도가 낮은 것이 바람직하다.
1가의 디에노필 함유기는, 예컨대 무수말레산, 말레산, 말레산모노에스테르류, 말레산디에스테르류, 말레이미드류, 푸마르산, 이타콘산, 아크롤레인, 아크릴산, 메타크릴산, 염화아크릴로일, 염화메타크릴로일, 아크릴산에스테르류, 메타크릴산에스테르류, 1,4-벤조퀴논, 1,4-나프토퀴논, 2,5-디히드로푸란류 및 피롤린류 등에 유래하는 구조를 갖더라도 좋다. 이들은, 이중 결합부 또는 이중 결합에 인접한 부분에 치환기를 갖더라도 좋다.
일 실시형태에 있어서, 1가의 디에노필 함유기는, 하기 식(II)으로 표시되는 구조를 갖더라도 좋다. 식 중, R1∼R6은 각각 독립적으로 -H 및 -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다)로 이루어지는 군에서 선택되는 기이다. 또한, R3 및 R4는 상호 연결하여 고리를 형성하고 있어도 좋다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.
Figure pct00007
일 실시형태에 있어서, 반응성의 점에서, 1가의 디에노필 함유기는, 이중 결합에 인접한 부분에 카르보닐탄소가 결합한 화합물에 유래하는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 무수말레산, 말레산에스테르류 및 말레이미드류에 유래하는 구조를 갖는 것이 바람직하고, 말레이미드류에 유래하는 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다.
(1가의 말레이미드환 함유기)
일 실시형태에 있어서, 1가의 디에노필 함유기는, 하기 식(II-1)으로 표시되는 구조를 갖는 1가의 말레이미드환 함유기인 것이 바람직하다.
Figure pct00008
식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 -H 및 -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다)으로 이루어지는 군에서 선택되는 기이다. R1 및 R2는 상호 연결하여 고리를 형성하고 있어도 좋다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다. R1 및 R2는 각각 -H인 것이 바람직하다.
다른 실시형태에 있어서, 디에노필 함유기는, 적어도 하기 식(III)으로 표시되는 스티렌 구조를 갖는 1가의 기라도 좋다.
Figure pct00009
식 중, R은 각각 치환기를 나타내며, 예컨대 탄소수 1∼6의 알킬기라도 좋다. 상기 알킬기는 직쇄, 분기 및 환상의 어느 구조를 갖더라도 좋다. 인접하는 R이 상호 연결하여 고리를 형성하고 있어도 좋다. n은 0∼4의 정수이다. n이 0인 경우, 스티렌 구조는 비치환임을 의미한다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.
일 실시형태에 있어서, 디에노필 함유기는, 하기 식(IIIA)으로 표시되는 바와 같이, 공역 디엔 화합물과 반응 가능한 이중 결합을 포함하는 다양한 화합물(단, 스티렌을 제외한다)에 대한 치환기로서 스티렌 구조가 도입된 것이라도 좋다.
Figure pct00010
식 중, Q는 공역 디엔 화합물과 반응 가능한 이중 결합을 포함하는 다양한 화합물(단, 스티렌을 제외한다)에 유래하는 2가의 기이다. 스티렌 구조는, 상기 화합물에 있어서의 이중 결합부 또는 이중 결합에 인접한 부분에 도입되어도 좋다. 식 중, R 및 n은 앞서 설명한 바와 같다.
식 중, Q는, 예컨대 상기 무수말레산, 말레산, 말레산모노에스테르류, 말레산디에스테르류, 말레이미드류, 푸마르산, 이타콘산, 아크롤레인, 아크릴산, 메타크릴산, 염화아크릴로일, 염화메타크릴로일, 아크릴산에스테르류, 메타크릴산에스테르류, 1,4-벤조퀴논, 1,4-나프토퀴논 및 2,5-디히드로푸란류 등에 유래하는 기라도 좋다.
또 다른 실시형태에 있어서, 디에노필 함유기는, 질소, 산소 및 유황 등의 헤테로 원자를 포함하지 않는 단순한 비닐기 또는 알릴기를 갖는 화합물에 대한 치환기로서 스티렌 구조가 도입된 것이라도 좋다.
스티렌 구조를 갖는 1가의 기의 상기 실시형태 중에서도, 스즈키-미야우라 커플링(Suzuki-Miyaura coupling) 반응을 이용한 폴리머 합성이 용이하므로, 1가의 디에노필 함유기는, 상기 식(III)으로 표시되는 스티렌 구조만으로 구성되는 것이 보다 바람직하다. 즉, 1가의 디에노필 함유기는 상기 식(III)으로 표시되는 1가의 스티렌기인 것이 보다 바람직하다.
이러한 관점에서, 일 실시형태에 있어서 1가의 디에노필 함유기는, 하기 식(III-1)으로 표시되는 비치환의 1가의 스티렌기인 것이 더욱 바람직하다. 식 중, *은 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.
Figure pct00011
상기 실시형태에 있어서, 스티렌 구조에 있어서의 비닐기의 위치는, 다른 구조 부위와의 결합 부위에 대하여, 오르토 위치, 메타 위치 및 파라 위치의 어느 것이라도 좋지만, 하기 식으로 표시되는 바와 같이, 메타 위치 또는 파라 위치인 것이 보다 바람직하다.
Figure pct00012
상술한 1가의 공역 디엔 함유기 및 1가의 디에노필 함유기(이하, 「중합성 작용기」라고 부른다)의 자유도를 올려, 중합 반응(단독 중합 또는 딜스-알더 반응)을 일으키기 쉽게 한다는 관점에서는, 전하 수송성 폴리머의 주골격과 중합성 작용기가, 예컨대 탄소수 1∼8의 직쇄상의 알킬렌쇄로 연결되어 있는 것이 바람직하지만, 특별히 한정하는 것은 아니다.
또한, 예컨대 전극 상에 유기층을 형성하는 경우, ITO 등의 친수성 전극과의 친화성을 향상시킨다는 관점에서는, 에틸렌글리콜쇄, 디에틸렌글리콜쇄 등의 친수성의 쇄로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 중합성 작용기를 도입하기 위해서 이용되는 모노머의 조제가 용이하게 된다는 관점에서는, 전하 수송성 폴리머는, 알킬렌쇄 및/또는 친수성의 쇄의 말단부, 즉, 이들 쇄와 중합성 작용기와의 연결부 및/또는 이들 쇄와 전하 수송성 폴리머의 골격과의 연결부에, 에테르 결합 또는 에스테르 결합을 갖고 있어도 좋다.
중합성 작용기는, 용해도의 변화에 기여한다는 관점에서는, 전하 수송성 폴리머 중에 많이 포함되는 쪽이 바람직하다. 한편, 전하 수송성을 방해하지 않는다는 관점에서는, 전하 수송성 폴리머 중에 포함되는 양이 적은 쪽이 바람직하다. 중합성 작용기의 함유량은, 이들을 고려하여 적절하게 설정할 수 있다.
예컨대, 전하 수송성 폴리머 1 분자당 중합성 작용기의 수는, 충분한 용해도의 변화를 얻는다는 관점에서, 2개 이상이 바람직하고, 3개 이상이 보다 바람직하다. 또한, 중합성 작용기의 수는, 전하 수송성을 유지한다는 관점에서, 1,000개 이하가 바람직하고, 500개 이하가 보다 바람직하다.
전하 수송성 폴리머 1 분자당 중합성 작용기의 수는, 전하 수송성 폴리머를 합성하기 위해서 사용한, 중합성 작용기의 주입량(예컨대, 중합성 작용기를 갖는 모노머의 주입량), 각 구조 단위에 대응하는 모노머의 주입량, 전하 수송성 폴리머의 중량 평균 분자량 등을 이용하여, 평균치로서 구할 수 있다. 또한, 중합성 작용기의 수는, 전하 수송성 폴리머의 1H NMR(핵자기 공명) 스펙트럼에 있어서의 중합성 작용기에 유래하는 시그널의 적분치와 전체 스펙트럼의 적분치와의 비, 전하 수송성 폴리머의 중량 평균 분자량 등을 이용하여, 평균치로서 산출할 수 있다. 간편하므로, 주입량이 분명한 경우는, 바람직하게는 주입량을 이용하여 구한 값을 채용한다.
(전하 수송성 폴리머의 구조)
이하의 설명에 있어서 기재하는 「전하 수송성 폴리머」라는 용어는, 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머 및 1가의 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머 각각을 의미한다.
전하 수송성 폴리머는 직쇄상이라도 또는 분기 구조를 갖고 있어도 좋다. 전하 수송성 폴리머는, 전하 수송성을 갖는 2가의 구조 단위 L과 말단부를 구성하는 1가의 구조 단위 T를 적어도 포함하는 것이 바람직하고, 분기부를 구성하는 3가 이상의 구조 단위 B를 추가로 포함하여도 좋다. 전하 수송성 폴리머는, 각 구조 단위를 각각 1종만 포함하고 있어도 또는 각각 복수 종류 포함하고 있어도 좋다. 전하 수송성 폴리머에 있어서, 각 구조 단위는 「1가」∼「3가 이상」의 결합 부위에 있어서 상호 결합하고 있다.
일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 폴리머는, 「3 방향 이상으로 분기된 구조」의 분기부를 구성하는 3가 이상의 구조 단위 B를 포함한다. 여기서, 구조 단위에 있어서의 「3가 이상」이라는 용어는, 구조 단위에 있어서, 다른 구조 단위와의 결합 부위를 형성하는 결합수가 3개 이상 존재하는 것을 의미한다. 즉, 구조 단위의 가수는 상기 결합수의 수에 상당한다.
일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 폴리머는, 분기부를 구성하는 3가 이상의 구조 단위 B를 포함하고, 또한 적어도 말단부를 형성하는 1가의 구조 단위 T를 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 전하 수송성 폴리머는, 3가 이상의 구조 단위 B를 포함하고, 또한 전하 수송성을 갖는 2가의 구조 단위 L과 1가의 구조 단위 T를 포함한다. 전하 수송성의 관점에서, 후자의 실시형태가 바람직하다.
상기 전하 수송성 폴리머에 포함되는 부분 구조의 일례로서 이하를 들 수 있다. 상기 전하 수송성 폴리머는 이하의 부분 구조를 갖는 것에 한정되지 않는다. 부분 구조 중, 「B」는 구조 단위 B를, 「L」은 구조 단위 L을, 「T」는 구조 단위 T를 나타낸다. 「*」는 다른 구조 단위와의 결합 부위를 나타낸다. 이하의 부분 구조 중, 복수의 B는, 상호 동일한 구조 단위라도, 상호 다른 구조 단위라도 좋다. T 및 L에 관해서도 마찬가지다.
직쇄상의 전하 수송성 폴리머의 예
Figure pct00013
분기 구조를 갖는 전하 수송성 폴리머의 예
Figure pct00014
전하 수송성 폴리머에 있어서, 중합성 작용기(1가의 공역 디엔 함유기 및 1가의 디에노필 함유기)는, 전하 수송성 폴리머의 말단부(즉, 구조 단위 T)에 도입되어 있어도, 말단부 이외의 부분(즉, 구조 단위 L 또는 B)에 도입되어 있어도, 말단부와 말단 이외 부분 양쪽에 도입되어 있어도 좋다. 경화성의 관점에서는, 적어도 말단부에 도입되어 있는 것이 바람직하고, 경화성 및 전하 수송성의 양립을 도모한다는 관점에서는, 말단부에만 도입되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전하 수송성 폴리머가 분기 구조를 갖는 경우, 중합성 작용기는, 전하 수송성 폴리머의 주쇄에 도입되어 있어도, 측쇄에 도입되어 있어도 좋고, 주쇄와 측쇄 양쪽에 도입되어 있어도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 폴리머끼리의 반응성의 관점에서, 제1 및 제2 전하 수송성 폴리머의 적어도 한쪽은, 말단에 적어도 하나의 중합성 작용기를 갖는 것이 바람직하다. 이하, 각 구조 단위에 관해서 구체적으로 설명한다.
(구조 단위 L)
구조 단위 L은 전하 수송성을 갖는 2가의 구조 단위이다. 구조 단위 L은, 전하를 수송하는 능력을 갖는 원자단을 포함하고 있으면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 구조 단위 L은, 치환 또는 비치환의, 방향족 아민 구조, 카르바졸 구조, 티오펜 구조, 비티오펜 구조, 플루오렌 구조, 벤젠 구조, 비페닐 구조, 터페닐 구조, 나프탈렌 구조, 안트라센 구조, 테트라센 구조, 페난트렌 구조, 디히드로페난트렌 구조, 피리딘 구조, 피라진 구조, 퀴놀린 구조, 이소퀴놀린 구조, 퀴녹살린 구조, 아크리딘 구조, 디아자페난트렌 구조, 푸란 구조, 피롤 구조, 옥사졸 구조, 옥사디아졸 구조, 티아졸 구조, 티아디아졸 구조, 트리아졸 구조, 벤조티오펜 구조, 벤조옥사졸 구조, 벤조옥사디아졸 구조, 벤조티아졸 구조, 벤조티아디아졸 구조, 벤조트리아졸 구조 및 이들의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 구조에서 선택된다. 상기 방향족 아민 구조 중에서도, 바람직하게는 트리아릴아민 구조이고, 보다 바람직하게는 트리페닐아민 구조이다. 또한, 상기 벤젠 구조 중에서도, p-페닐렌 구조, m-페닐렌 구조가 바람직하다.
일 실시형태에 있어서, 구조 단위 L은, 우수한 정공 수송성을 얻는다는 관점에서, 치환 또는 비치환의, 방향족 아민 구조, 카르바졸 구조, 티오펜 구조, 비티오펜 구조, 플루오렌 구조, 벤젠 구조, 피롤 구조 및 이들의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 구조에서 선택되는 것이 바람직하고, 치환 또는 비치환의, 방향족 아민 구조, 카르바졸 구조 및 이들의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 구조에서 선택되는 것이 보다 바람직하다.
다른 실시형태에 있어서, 구조 단위 L은, 우수한 전자 수송성을 얻는다는 관점에서, 치환 또는 비치환의, 플루오렌 구조, 벤젠 구조, 페난트렌 구조, 피리딘 구조, 퀴놀린 구조 및 이들의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 구조에서 선택되는 것이 바람직하다.
구조 단위 L의 구체예로서 이하를 들 수 있다. 구조 단위 L은 이하에 한정되지 않는다.
Figure pct00015
Figure pct00016
R은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. 바람직하게는 R은 각각 독립적으로 -R1, -OR2, -SR3, -OCOR4, -COOR5, -SiR6R7R8, 할로겐 원자 및 후술하는 중합성 작용기를 포함하는 기로 이루어지는 군에서 선택된다. R1∼R8은 각각 독립적으로 수소 원자; 탄소수 1∼22개의 직쇄, 환상 또는 분기 알킬기; 또는 탄소수 2∼30개의 아릴기 또는 헤테로아릴기를 나타낸다. 아릴기는, 방향족 탄화수소에서 수소 원자 1개를 제외한 원자단이다. 헤테로아릴기는, 방향족 복소환에서 수소 원자 1개를 제외한 원자단이다. 알킬기는, 또한 탄소수 2∼20개의 아릴기 또는 헤테로아릴기에 의해 치환되어 있어도 좋고, 아릴기 또는 헤테로아릴기는, 또한 탄소수 1∼22개의 직쇄, 환상 또는 분기 알킬기에 의해 치환되어 있어도 좋다. R은 바람직하게는 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 알킬 치환 아릴기이다. Ar은 탄소수 2∼30개의 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기를 나타낸다. 아릴렌기는 방향족 탄화수소에서 수소 원자 2개를 제외한 원자단이다. 헤테로아릴렌기는 방향족 복소환에서 수소 원자 2개를 제외한 원자단이다. Ar은 바람직하게는 아릴렌기이고, 보다 바람직하게는 페닐렌기이다.
일 실시형태에 있어서, R은 앞서 설명한 1가의 공역 디엔 함유기 또는 1가의 디에노필 함유기라도 좋다.
(구조 단위 T)
구조 단위 T는, 전하 수송성 폴리머의 말단부를 구성하는 1가의 구조 단위이다. 구조 단위 T는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 치환 또는 비치환의, 방향족 탄화수소 구조, 방향족 복소환 구조 및 이들의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 구조에서 선택된다. 일 실시형태에 있어서, 구조 단위 T는, 전하의 수송성을 저하시키지 않고서 내구성을 부여한다고 하는 관점에서, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 구조인 것이 바람직하고, 치환 또는 비치환의 벤젠 구조인 것이 보다 바람직하다. 구조 단위 T는, 구조 단위 L 및 B의 적어도 한쪽과 동일한 구조를 갖고 있어도 또는 다른 구조를 갖고 있어도 좋다.
일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 폴리머는 말단부에 중합성 작용기를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 중합성 작용기는, 앞서 설명한 1가의 공역 디엔 함유기 또는 1가의 디에노필 함유기인 것이 바람직하다.
구조 단위 T의 구체예로서 이하를 들 수 있다. 단, 구조 단위 T는 이하에 한정되지 않는다.
Figure pct00017
R은 구조 단위 L에 있어서의 R과 마찬가지다. 전하 수송성 폴리머가 말단부에 중합성 작용기를 갖는 경우, R의 적어도 하나가 중합성 작용기를 포함하는 기인 것이 바람직하다.
여기서, 중합성 작용기는, 앞서 설명한 1가의 공역 디엔 함유기 또는 1가의 디에노필 함유기인 것이 바람직하다. 예컨대, 1가의 공역 디엔 함유기는 1가의 푸란환 함유기이고, 상기 1가의 디에노필 함유기는 1가의 말레이미드 함유기 또는 스티렌 구조를 갖는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는 다음과 같다.
일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 재료가, 말단에 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머와, 말단에 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머를 포함하는 경우, 상기 제1 전하 수송성 폴리머를 구성하는 구조 단위 T1 및 상기 제2 전하 수송성 폴리머를 구성하는 구조 단위 T2의 구체예로서 이하를 들 수 있다.
Figure pct00018
상기 식(T1a)에 있어서의 R1∼R3 및 상기 식(T2a)에 있어서의 R1 및 R2는 각각 앞서 설명한 바와 같다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다. 상기 식(T1a)으로 표시되는 구조 중에서도, 푸란환의 산소 원자에 인접하는 위치에 페닐렌기가 결합한 구조가 보다 바람직하다.
구조 단위 T의 예로서, 상술한 1가의 공역 디엔 함유기 및 1가의 디에노필 함유기의 그 자신의 구조를 들 수 있다. 즉, 구조 단위 T1 및 구조 단위 T2의 다른 예로서 이하를 들 수 있다.
Figure pct00019
상기 식(T1b)에 있어서의 R1∼R3 및 상기 식(T2b)에 있어서의 R1 및 R2는 각각 앞서 설명한 바와 같다. 상기 식(T1b)으로 표시되는 구조 중에서도, 푸란환의 산소 원자에 인접하는 위치에 다른 구조 부위와의 결합 부위를 갖는 구조가 보다 바람직하다.
다른 실시형태에 있어서, 전하 수송성 재료가, 말단에 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머를 포함하는 경우, 상기 제1 전하 수송성 폴리머를 구성하는 구조 단위 T1의 구체예로서 이하를 들 수 있다.
Figure pct00020
식 중, R1∼R3은 앞서 설명한 바와 같고, *는 다른 구조 단위와의 결합 부위이다. 일 실시형태에 있어서, R1∼R3은 각각 수소 원자인 (즉 비치환기의 푸란환 함유기인) 것이 보다 바람직하다.
또한 다른 실시형태에 있어서, 전하 수송성 재료가, 말단에 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머와, 말단에 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머를 포함하는 경우, 상기 제2 전하 수송성 폴리머를 구성하는 디에노필 함유기를 갖는 구조 단위 T는, 스티렌 구조를 갖더라도 좋다. 예컨대, 스티렌 구조를 갖는 상기 구조 단위 T3의 구체예로서 이하를 들 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 말단에 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머를 구성하는 구조 단위 T는, 예컨대 상술한 구조(T1a) 또는 구조(T1b)라도 좋다.
Figure pct00021
식 중, R은 앞서 말한 바와 같고, *는 다른 구조 단위와의 결합 부위이다. 일 실시형태에 있어서, n은 0인 (즉 비치환의 스티렌기)인 것이 보다 바람직하다.
(구조 단위 B)
구조 단위 B는, 전하 수송성 폴리머 또는 올리고머가 분기 구조를 갖는 경우에, 분기부를 구성하는 3가 이상의 구조 단위이다. 구조 단위 B는, 유기 일렉트로닉스 소자의 내구성 향상의 관점에서, 바람직하게는 6가 이하이고, 보다 바람직하게는 3가 또는 4가이다. 구조 단위 B는 전하 수송성을 갖는 단위인 것이 바람직하다. 예컨대, 구조 단위 B는, 유기 일렉트로닉스 소자의 내구성 향상의 관점에서, 치환 또는 비치환의, 방향족 아민 구조, 카르바졸 구조, 축합 다환식 방향족 탄화수소 구조 및 이들의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 구조에서 선택된다. 구조 단위 B는, 구조 단위 L과 동일한 구조를 갖고 있어도 또는 다른 구조를 갖고 있어도 좋으며, 또한 구조 단위 T와 동일한 구조를 갖고 있어도 또는 다른 구조를 갖고 있어도 좋다.
구조 단위 B의 구체예로서 이하를 들 수 있다. 구조 단위 B는 이하에 한정되지 않는다.
Figure pct00022
W는 3가의 연결기를 나타내며, 예컨대 탄소수 2∼30개의 아렌트리일기 또는 헤테로아렌트리일기를 나타낸다. 상술한 대로, 아렌트리일기는 방향족 탄화수소에서 수소 원자 3개를 제외한 원자단이다. 헤테로아렌트리일기는 방향족 복소환에서 수소 원자 3개를 제외한 원자단이다. Ar은 각각 독립적으로 2가의 연결기를 나타내며, 예컨대 각각 독립적으로 탄소수 2∼30개의 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기를 나타낸다.
Ar은 바람직하게는 아릴렌기, 보다 바람직하게는 페닐렌기이다. Y는 2가의 연결기를 나타내며, 예컨대 구조 단위 L에 있어서의 R(단, 중합성 작용기를 포함하는 기를 제외한다.) 중 수소 원자를 1개 이상 갖는 기에서 또 1개의 수소 원자를 제외한 2가의 기를 들 수 있다. Z는 탄소 원자, 규소 원자 또는 인 원자의 어느 것을 나타낸다. 구조 단위 중, 벤젠환 및 Ar은 치환기를 갖고 있어도 좋으며, 치환기의 예로서, 구조 단위 L에 있어서의 R을 들 수 있다.
(수평균 분자량)
전하 수송성 폴리머의 수평균 분자량은, 용제에의 용해성, 성막성 등을 고려하여 적절하게 조정할 수 있다. 수평균 분자량은, 전하 수송성이 우수하다고 하는 관점에서, 500 이상이 바람직하고, 1,000 이상이 보다 바람직하고, 2,000 이상이 더욱 바람직하다. 일 실시형태에 있어서, 수평균 분자량은, 18,000 이상이 바람직하고, 20,000 이상이 보다 바람직하고, 30,000 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 수평균 분자량은, 용매에의 양호한 용해성을 유지하여, 잉크 조성물의 조제를 용이하게 한다고 하는 관점에서, 1,000,000 이하가 바람직하고, 100,000 이하가 보다 바람직하고, 50,000 이하가 더욱 바람직하다.
(중량 평균 분자량)
전하 수송성 폴리머의 중량 평균 분자량은, 용제에의 용해성, 성막성 등을 고려하여 적절하게 조정할 수 있다. 중량 평균 분자량은, 전하 수송성이 우수하다고 하는 관점에서, 1,000 이상이 바람직하고, 5,000 이상이 보다 바람직하고, 10,000 이상이 더욱 바람직하다. 또한 중량 평균 분자량은, 용매에의 양호한 용해성을 유지하여, 잉크 조성물의 조제를 용이하게 한다고 하는 관점에서, 1,000,000 이하가 바람직하고, 700,000 이하가 보다 바람직하고, 400,000 이하가 더욱 바람직하고, 300,000 이하가 가장 바람직하다. 일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 폴리머의 중량 평균 분자량은 200,000 이하가 특히 바람직하다.
수평균 분자량 및 중량 평균 분자량은, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해, 표준 폴리스티렌의 검량선을 이용하여 측정할 수 있다.
(구조 단위의 비율)
전하 수송성 폴리머에 포함되는 구조 단위 L의 비율은, 충분한 전하 수송성을 얻는다는 관점에서, 전체 구조 단위를 기준으로 하여, 10 몰% 이상이 바람직하고, 20 몰% 이상이 보다 바람직하고, 30 몰% 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 구조 단위 L의 비율은, 구조 단위 T 및 필요에 따라서 도입되는 구조 단위 B를 고려하면, 95 몰% 이하가 바람직하고, 90 몰% 이하가 보다 바람직하고, 85 몰% 이하가 더욱 바람직하다.
전하 수송성 폴리머에 포함되는 구조 단위 T의 비율은, 유기 일렉트로닉스 소자의 특성 향상의 관점, 또는 점도의 상승을 억제하여 전하 수송성 폴리머의 합성을 양호하게 행한다는 관점에서, 전체 구조 단위를 기준으로 하여, 5 몰% 이상이 바람직하고, 10 몰% 이상이 보다 바람직하고, 15 몰% 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 구조 단위 T의 비율은, 충분한 전하 수송성을 얻는다는 관점에서, 60 몰% 이하가 바람직하고, 55 몰% 이하가 보다 바람직하고, 50 몰% 이하가 더욱 바람직하다. 여기서, 구조 단위 T의 비율은, 예컨대 말단에 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머를 구성하는 구조 단위 T1의 경우, 구조 단위 T1a와 T1b의 합계량을 의미한다. 구조 단위 T2에 관해서도 마찬가지로 구조 단위 T2a와 T2b의 합계량을 의미한다.
전하 수송성 폴리머가 구조 단위 B를 포함하는 경우, 구조 단위 B의 비율은, 유기 일렉트로닉스 소자의 내구성 향상의 관점에서, 전체 구조 단위를 기준으로 하여, 1 몰% 이상이 바람직하고, 5 몰% 이상이 보다 바람직하고, 10 몰% 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 구조 단위 B의 비율은, 점도의 상승을 억제하여 전하 수송성 폴리머의 합성을 양호하게 행한다는 관점, 또는 충분한 전하 수송성을 얻는다는 관점에서, 50 몰% 이하가 바람직하고, 40 몰% 이하가 보다 바람직하고, 30 몰% 이하가 더욱 바람직하다.
전하 수송성 폴리머가 중합성 작용기를 갖는 경우, 중합성 작용기의 비율은, 전하 수송성 폴리머를 효율적으로 경화시킨다고 하는 관점에서, 전체 구조 단위를 기준으로 하여, 0.1 몰% 이상이 바람직하고, 1 몰% 이상이 보다 바람직하고, 3 몰% 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 중합성 작용기의 비율은, 양호한 전하 수송성을 얻는다고 하는 관점에서, 70 몰% 이하가 바람직하고, 60 몰% 이하가 보다 바람직하고, 50 몰% 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 여기서의 「중합성 작용기의 비율」이란, 중합성 작용기를 갖는 구조 단위의 비율을 말한다.
전하 수송성, 내구성, 생산성 등의 밸런스를 고려하면, 구조 단위 L 및 구조 단위 T의 비율(몰비)은, L:T=100:1∼70이 바람직하고, 100:3∼50이 보다 바람직하고, 100:5∼30이 더욱 바람직하다. 또한, 전하 수송성 폴리머가 구조 단위 B를 포함하는 경우, 구조 단위 L, 구조 단위 T 및 구조 단위 B의 비율(몰비)은, L:T:B=100:10∼200:10∼100이 바람직하고, 100:20∼180:20∼90이 보다 바람직하고, 100:40∼160:30∼80이 더욱 바람직하다.
구조 단위의 비율은, 전하 수송성 폴리머를 합성하기 위해서 사용한, 각 구조 단위에 대응하는 모노머의 주입량을 이용하여 구할 수 있다. 또한, 구조 단위의 비율은, 전하 수송성 폴리머의 1H NMR 스펙트럼에 있어서의 각 구조 단위에 유래하는 스펙트럼의 적분치를 이용하여, 평균치로서 산출할 수 있다. 간편하므로, 주입량이 분명한 경우는, 바람직하게는 주입량을 이용하여 구한 값을 채용한다.
특히 바람직한 일 실시형태에 있어서, 전하 수송성 폴리머는, 높은 정공 주입성, 정공 수송성 등을 갖는다는 관점에서, 방향족 아민 구조를 갖는 구조 단위 및/또는 카르바졸 구조를 갖는 구조 단위를 주요한 구조 단위(주골격)로 하는 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 전하 수송성 폴리머는, 다층화를 용이하게 행한다는 관점에서, 적어도 2개 이상의 중합성 작용기를 갖는 화합물인 것이 바람직하다.
(제조 방법)
전하 수송성 폴리머는 다양한 합성 방법에 의해 제조할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 스즈키 커플링, 네기시 커플링, 소노가시라 커플링, 스틸 커플링, 부흐발트-하트위그 커플링(Buchwald-Heartwig coupling) 등의 공지된 커플링 반응을 이용할 수 있다. 스즈키 커플링은, 방향족 보론산 유도체와 방향족 할로겐화물의 사이에서, Pd 촉매를 이용한 크로스 커플링 반응을 일으키게 하는 것이다. 스즈키 커플링에 의하면, 원하는 방향환끼리를 결합시킴으로써 전하 수송성 폴리머를 간편하게 제조할 수 있다.
커플링 반응에서는, 촉매로서, 예컨대 Pd(0) 화합물, Pd(II) 화합물, Ni 화합물 등이 이용된다. 또한, 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0), 아세트산팔라듐(II) 등을 전구체로 하여, 포스핀 배위자와 혼합함으로써 발생시킨 촉매종을 이용할 수도 있다. 전하 수송성 폴리머의 합성 방법에 관해서는, 예컨대 국제공개 제2010/140553호의 기재를 참조할 수 있다.
[도펀트]
전하 수송성 재료는 임의의 첨가제를 포함할 수 있으며, 예컨대 도펀트를 추가로 함유하여도 좋다. 도펀트는, 전하 수송성 재료에 첨가함으로써 도핑 효과를 발현시켜, 전하의 수송성을 향상시킬 수 있는 것이면 되며, 특별히 제한은 없다. 도핑에는 p형 도핑과 n형 도핑이 있으며, p형 도핑에서는 도펀트로서 전자 수용체로서 작용하는 물질이 이용되고, n형 도핑에서는 도펀트로서 전자 공여체로서 작용하는 물질이 이용된다. 정공 수송성의 향상에는 p형 도핑, 전자 수송성의 향상에는 n형 도핑을 행하는 것이 바람직하다. 전하 수송성 재료에 이용되는 도펀트는, p형 도핑 또는 n형 도핑의 어느 쪽의 효과를 발현시키는 도펀트라도 좋다. 또한, 1종의 도펀트를 단독으로 첨가하여도 복수 종류의 도펀트를 혼합하여 첨가하여도 좋다.
p형 도핑에 이용되는 도펀트는 전자 수용성의 화합물이며, 예컨대 루이스산, 프로톤산, 천이 금속 화합물, 이온 화합물, 할로겐 화합물, π 공역계 화합물 등을 들 수 있다. 구체적으로는 루이스산으로서는, FeCl3, PF5, AsF5, SbF5, BF5, BCl3, BBr3 등; 프로톤산으로서는 HF, HCl, HBr, HNO5, H2SO4, HClO4 등의 무기산, 벤젠술폰산, p-톨루엔술폰산, 도데실벤젠술폰산, 폴리비닐술폰산, 메탄술폰산, 트리플루오로메탄술폰산, 트리플루오로아세트산, 1-부탄술폰산, 비닐페닐술폰산, 캄포술폰산 등의 유기산; 천이 금속 화합물로서는, FeOCl, TiCl4, ZrCl4, HfCl4, NbF5, AlCl3, NbCl5, TaCl5, MoF5; 이온 화합물로서는, 테트라키스(펜타플루오로페닐)붕산 이온, 트리스(트리플루오로메탄술포닐)메티드 이온, 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 이온, 헥사플루오로안티몬산 이온, AsF6 -(헥사플루오로비산 이온), BF4 -(테트라플루오로붕산 이온), PF6 -(헥사플루오로인산 이온) 등의 퍼플루오로 음이온을 갖는 염, 음이온으로서 상기 프로톤산의 공역 염기를 갖는 염; 할로겐 화합물로서는, Cl2, Br2, I2, ICl, ICl3, IBr, IF 등; π 공역계 화합물로서는, TCNE(테트라시아노에틸렌), TCNQ(테트라시아노퀴노디메탄) 등을 들 수 있다. 또한, 일본 특허공개 2000-36390호 공보, 일본 특허공개 2005-75948호 공보, 일본 특허공개 2003-213002호 공보 등에 기재된 전자 수용성 화합물을 이용할 수도 있다. 바람직하게는 루이스산, 이온 화합물, π 공역계 화합물 등이다.
n형 도핑에 이용되는 도펀트는 전자 공여성의 화합물이며, 예컨대 Li, Cs 등의 알칼리 금속, Mg, Ca 등의 알칼리 토류 금속, LiF, Cs2CO3 등의 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토류 금속의 염, 금속 착체, 전자 공여성 유기 화합물 등을 들 수 있다.
상기 도펀트에 있어서, 이온 화합물은 중합 개시제로서도 기능한다. 본 명세서에서 개시하는 전하 수송성 재료는, 중합 개시제를 사용하지 않고서 불용화할 수 있는 것을 특징으로 하고 있지만, 필요에 따라서, 전하 수송성의 향상을 의도하여, 이온 화합물을 포함하여도 좋다.
[다른 임의 성분]
전하 수송성 재료는, 전하 수송성 저분자 화합물, 다른 폴리머 등을 추가로 함유하여도 좋다.
[함유량]
전하 수송성 재료 중의 전하 수송성 폴리머의 함유량은, 양호한 전하 수송성을 얻는다는 관점에서, 전하 수송성 재료의 전체 질량에 대하여 50 질량% 이상인 것이 바람직하고, 70 질량% 이상이 보다 바람직하고, 80 질량% 이상이 더욱 바람직하다. 전하 수송성 폴리머의 함유량의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 100 질량%로 하는 것도 가능하다. 도펀트 등의 첨가제를 포함하는 것을 고려하여, 전하 수송성 폴리머의 함유량을, 예컨대 95 질량% 이하, 90 질량% 이하 등으로 하여도 좋다.
도펀트를 함유하는 경우, 그 함유량은, 전하 수송성 재료의 전하 수송성을 향상시킨다는 관점에서, 전하 수송성 재료의 전체 질량에 대하여, 0.01 질량% 이상이 바람직하고, 0.1 질량% 이상이 보다 바람직하고, 0.5 질량% 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 도펀트의 함유량이 많으면, 막 표면의 거칠기나 막 두께의 불균일이 생기기 쉽다. 그 때문에, 전하 수송성 재료의 전체 질량에 대하여, 40 질량% 이하가 바람직하고, 30 질량% 이하가 보다 바람직하고, 20 질량% 이하가 더욱 바람직하다.
<잉크 조성물>
일 실시형태에 있어서, 잉크 조성물은, 상기 실시형태의 전하 수송성 재료와, 이 재료를 용해 또는 분산할 수 있는 용매를 함유한다. 잉크 조성물을 이용함으로써, 도포법과 같은 간편한 방법에 의해서 유기층을 용이하게 형성할 수 있다.
[용매]
용매로서는, 물, 유기 용매 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있다. 유기 용매로서는, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 등의 알코올; 펜탄, 헥산, 옥탄 등의 알칸; 시클로헥산 등의 환상 알칸; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌, 테트랄린, 디페닐메탄 등의 방향족 탄화수소; 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜-1-모노메틸에테르아세테이트 등의 지방족 에테르; 1,2-디메톡시벤젠, 1,3-디메톡시벤젠, 아니솔, 페네틀, 2-메톡시톨루엔, 3-메톡시톨루엔, 4-메톡시톨루엔, 2,3-디메틸아니솔, 2,4-디메틸아니솔 등의 방향족 에테르; 아세트산에틸, 아세트산n-부틸, 젖산에틸, 젖산n-부틸 등의 지방족 에스테르; 아세트산페닐, 프로피온산페닐, 안식향산메틸, 안식향산에틸, 안식향산프로필, 안식향산n-부틸 등의 방향족 에스테르; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드계 용매; 디메틸술폭시드, 테트라히드로푸란, 아세톤, 클로로포름, 염화메틸렌 등을 들 수 있다. 바람직하게는 방향족 탄화수소, 지방족 에스테르, 방향족 에스테르, 지방족 에테르, 방향족 에테르 등이다.
[첨가제]
잉크 조성물은, 임의 성분으로서 첨가제를 추가로 함유하여도 좋다. 첨가제로서는, 예컨대 중합금지제, 안정제, 증점제, 겔화제, 난연제, 산화방지제, 환원방지제, 산화제, 환원제, 표면개질제, 유화제, 소포제, 분산제, 계면활성제 등을 들 수 있다.
[함유량]
잉크 조성물에 있어서의 용매의 함유량은, 다양한 도포 방법에 적용하는 것을 고려하여 정할 수 있다. 예컨대, 용매의 함유량은, 용매에 대하여 전하 수송성 폴리머의 비율이 0.1 질량% 이상이 되는 양이 바람직하고, 0.2 질량% 이상이 되는 양이 보다 바람직하고, 0.5 질량% 이상이 되는 양이 더욱 바람직하다. 또한, 용매의 함유량은, 용매에 대하여 전하 수송성 폴리머의 비율이 20 질량% 이하가 되는 양이 바람직하고, 15 질량% 이하가 되는 양이 보다 바람직하고, 10 질량% 이하가 되는 양이 더욱 바람직하다.
<유기층>
일 실시형태에 있어서, 유기층은, 상기 실시형태의 전하 수송성 재료 또는 잉크 조성물을 이용하여 형성된 층이다. 잉크 조성물을 이용함으로써, 도포법에 의해 유기층을 양호하면서 또한 간편하게 형성할 수 있다. 도포 방법으로서는, 예컨대 스핀 코팅법; 캐스트법; 침지법; 철판 인쇄, 요판 인쇄, 오프셋 인쇄, 평판 인쇄, 철판 반전 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 등의 유판 인쇄법; 잉크젯법 등의 무판 인쇄법 등의 공지된 방법을 들 수 있다. 도포범에 의해서 유기층을 형성하는 경우, 도포 후에 얻어진 유기층(도포층)을, 핫플레이트 또는 오븐을 이용하여 건조시켜, 용매를 제거하여도 좋다.
전하 수송성 폴리머가 중합성 작용기를 갖기 때문에, 광 조사, 가열 처리 등에 의해 전하 수송성 폴리머의 중합 반응을 진행시켜, 유기층의 용해도를 변화시킬 수 있다. 용해도를 변화시킨 유기층을 적층함으로써, 유기 일렉트로닉스 소자의 다층화를 용이하게 도모할 수 있게 된다. 유기층의 형성 방법에 관해서는, 예컨대 국제공개 제2010/140553호의 기재를 참조할 수 있다.
상기 유기층을 형성하기 위해서 사용하는 상기 실시형태의 전하 수송성 재료 또는 잉크 조성물은, 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머와, 1가의 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머를 포함한다. 그 때문에, 전하 수송성 재료 또는 잉크 조성물의 도포 후에 가열 처리를 행함으로써 제1 전하 수송성 폴리머와 제2 전하 수송성 폴리머의 딜스-알더 반응이 진행되어, 종래보다도 저온에서 유기층을 불용화(경화)시킬 수 있다. 예컨대, 전하 수송성 재료 또는 잉크 조성물을 도포한 후, 200℃ 이하의 가열이라도 유기층을 충분히 경화시킬 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 경화 시의 가열 온도는, 120℃ 이상이 바람직하고, 130℃ 이상이 보다 바람직하고, 150℃ 이상이 더욱 바람직하다. 가열 시간은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 가열에 의한 유기층의 성능 저하를 억제한다는 관점에서, 60분 이내로 조정하는 것이 바람직하다.
이러한 관점에서, 유기 일렉트로닉스 소자 또는 유기 EL 소자의 제조에 있어서, 유기층은, 전하 수송성 재료 또는 잉크 조성물을 도포한 후에, 120℃∼220℃의 온도에서 가열 처리를 행함으로써 불용화할 수 있다. 가열 처리는, 130℃∼220℃의 온도에서 실시하는 것이 보다 바람직하고, 180℃∼210℃의 온도에서 실시하는 것이 더욱 바람직하다.
건조 후 또는 경화 후의 유기층의 두께는, 전하 수송의 효율을 향상시킨다는 관점에서, 바람직하게는 0.1 nm 이상이고, 보다 바람직하게는 1 nm 이상이며, 더욱 바람직하게는 3 nm 이상이다. 또한 유기층의 두께는, 전기 저항을 작게 한다는 관점에서, 바람직하게는 300 nm 이하이고, 보다 바람직하게는 200 nm 이하이며, 더욱 바람직하게는 100 nm 이하이다.
<유기 일렉트로닉스 소자>
일 실시형태에 있어서, 유기 일렉트로닉스 소자는 적어도 1 이상의 상기 실시형태의 유기층을 갖는다. 유기 일렉트로닉스 소자로서, 예컨대 유기 EL 소자, 유기 광전 변환 소자, 유기 트랜지스터 등을 들 수 있다. 유기 일렉트로닉스 소자는, 바람직하게는 적어도 한 쌍의 전극 사이에 유기층이 배치된 구조를 갖는다.
<유기 EL 소자>
일 실시형태에 있어서, 유기 EL 소자는 적어도 1 이상의 상기 실시형태의 유기층을 갖는다. 유기 EL 소자는, 통상 발광층, 양극, 음극 및 기판을 구비하고 있으며, 필요에 따라서, 정공 주입층, 전자 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 등의 다른 기능층을 구비하고 있다. 각 층은 증착법에 의해 형성하여도 좋고, 도포법에 의해 형성하여도 좋다. 유기 EL 소자는, 바람직하게는 상기 유기층을 발광층 또는 다른 기능층으로서 가지며, 보다 바람직하게는 기능층으로서 가지고, 더욱 바람직하게는 정공 주입층 및 정공 수송층의 적어도 한쪽으로서 갖는다.
도 1은 유기 EL 소자의 일 실시형태를 도시하는 단면 모식도이다. 도 1의 유기 EL 소자는 다층 구조의 소자이며, 기판(8), 양극(2), 정공 주입층(3) 및 정공 수송층(6), 발광층(1), 전자 수송층(7), 전자 주입층(5), 그리고 음극(4)을 이 순서로 갖고 있다. 이하, 각 층에 관해서 설명한다.
[발광층]
발광층에 이용하는 재료로서, 저분자 화합물, 폴리머, 덴드리머 등의 발광 재료를 사용할 수 있다. 폴리머는, 용매에의 용해성이 높고, 도포법에 적합하기 때문에 바람직하다. 발광 재료로서는 형광 재료, 인광 재료, 열활성화 지연 형광 재료(TADF) 등을 들 수 있다.
형광 재료로서, 페릴렌, 쿠마린, 루브렌, 퀴나크리돈, 스틸벤, 색소 레이저용 색소, 알루미늄 착체, 이들의 유도체 등의 저분자 화합물; 폴리플루오렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리비닐카르바졸, 플루오렌-벤조티아디아졸 공중합체, 플루오렌-트리페닐아민 중합체, 이들의 유도체 등의 폴리머; 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
인광 재료로서, Ir, Pt 등의 금속을 포함하는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. Ir 착체로서는, 예컨대 청색 발광을 행하는 FIr(pic)(이리듐(III)비스[(4,6-디플루오로페닐)-피리디네이트N,C2]피콜리네이트), 녹색 발광을 행하는 Ir(ppy)3(fac 트리스(2-페닐피리딘)이리듐), 적색 발광을 행하는 (btp)2Ir(acac)(비스〔2-(2’-벤조[4,5-α]티에닐)피리디네이트-N,C3〕이리듐(아세틸-아세토네이트)), Ir(piq)3(트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐) 등을 들 수 있다. Pt 착체로서는, 예컨대 적색 발광을 행하는 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금) 등을 들 수 있다.
발광층이 인광 재료를 포함하는 경우, 인광 재료 외에, 추가로 호스트 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 호스트 재료로서는, 저분자 화합물, 폴리머 또는 덴드리머를 사용할 수 있다. 저분자 화합물로서는, 예컨대 CBP(4,4’-비스(9H-카르바졸-9-일)비페닐), mCP(1,3-비스(9-카르바졸릴)벤젠), CDBP(4,4’-비스(카르바졸-9-일)-2,2’-디메틸비페닐), 이들의 유도체 등을, 폴리머로서는, 상기 실시형태의 전하 수송성 재료, 폴리비닐카르바졸, 폴리페닐렌, 폴리플루오렌, 이들의 유도체 등을 들 수 있다.
열활성화 지연 형광 재료로서는, 예컨대 문헌[Adv. Mater., 21, 4802-4906 (2009); Appl. Phys. Lett., 98, 083302 (2011); Chem. Comm., 48, 9580 (2012); Appl. Phys. Lett., 101, 093306 (2012); J. Am. Chem. Soc., 134, 14706 (2012); Chem. Comm., 48, 11392 (2012); Nature, 492, 234 (2012); Adv. Mater., 25, 3319 (2013); J. Phys. Chem. A, 117, 5607 (2013); Phys. Chem. Chem. Phys., 15, 15850 (2013); Chem. Comm., 49, 10385 (2013); Chem. Lett., 43, 319 (2014) 등]에 기재된 화합물을 들 수 있다.
[정공 주입층, 정공 수송층]
도 1에서는, 정공 주입층(3) 및 정공 수송층(6)이 상기 전하 수송성 재료를 이용하여 형성된 유기층이라도 좋지만, 본 실시형태의 유기 EL 소자는 이러한 구조에 한하지 않는다. 정공 주입층 및 정공 수송층 이외의 유기층이, 상기 전하 수송성 재료를 이용하여 형성되어도 좋다.
상기 전하 수송성 재료는, 정공 주입층 및 정공 수송층의 적어도 한쪽을 구성하는 재료로서 사용되는 것이 바람직하고, 적어도 정공 수송층의 재료로서 사용되는 것이 더욱 바람직하다. 상술한 대로, 전하 수송성 재료를 포함하는 잉크 조성물을 이용함으로써, 이들 층을 용이하게 형성할 수 있다.
예컨대, 유기 EL 소자가, 상기한 전하 수송성 재료를 이용하여 형성된 유기층을 정공 수송층으로서 가지고, 또한 정공 주입층을 갖는 경우, 정공 주입층에는 공지된 재료를 사용할 수 있다. 또한, 유기 EL 소자가, 상기한 전하 수송성 재료를 이용하여 형성된 유기층을 정공 주입층으로서 가지고, 또한 정공 수송층을 갖는 경우, 정공 수송층에는 공지된 재료를 사용할 수 있다.
정공 주입층 및 정공 수송층에 이용할 수 있는 재료로서는, 방향족 아민계 화합물(N,N’-디(나프탈렌-1-일)-N,N’-디페닐-벤지딘(α-NPD) 등의 방향족 디아민), 프탈로시아닌계 화합물, 티오펜계 화합물(티오펜계 도전성 폴리머(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌술폰산염)(PEDOT:PSS) 등) 등을 들 수 있다.
정공 주입층에 트리페닐아민 구조를 갖는 재료를 이용한 경우, 정공의 이동에 대하여 에너지 준위의 관점에서, 정공 수송층에 본 실시형태의 전하 수송성 재료를 이용하는 것이 적합하다.
[전자 수송층, 전자 주입층]
전자 수송층 및 전자 주입층에 이용하는 재료로서는, 예컨대 페난트롤린 유도체, 비피리딘 유도체, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥사이드 유도체, 나프탈렌, 피릴렌 등의 축합환 테트라카르복실산무수물, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 옥사디아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 알루미늄 착체 등을 들 수 있다. 또한, 상기 실시형태의 전하 수송성 재료도 사용할 수 있다.
[음극]
음극 재료로서는, 예컨대 Li, Ca, Mg, Al, In, Cs, Ba, Mg/Ag, LiF, CsF 등의 금속 또는 금속 합금이 이용된다.
[양극]
양극 재료로서는, 예컨대 금속(예컨대, Au) 또는 도전성을 갖는 다른 재료가 이용된다. 다른 재료로서, 예컨대 산화물(예컨대, ITO:산화인듐/산화주석), 도전성 고분자(예컨대, 폴리티오펜-폴리스티렌술폰산 혼합물(PEDOT:PSS))를 들 수 있다.
[기판]
일 실시형태에 있어서, 상기 유기 일렉트로닉스 소자는 기판을 또한 갖는 것이 바람직하다. 기판으로서 유리, 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 기판은 투명한 것이 바람직하고, 또한 유연성을 갖는 플렉시블 기판인 것이 바람직하다. 석영 유리, 광투과성 수지 필름 등이 바람직하게 이용된다.
수지 필름으로서는, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술피드, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 셀룰로오스트리아세테이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트 등으로 이루어지는 필름을 들 수 있다.
수지 필름을 이용하는 경우, 수증기, 산소 등의 투과를 억제하기 위해서, 수지 필름에 산화규소, 질화규소 등의 무기물을 코팅하여 이용하여도 좋다.
[밀봉]
유기 EL 소자는, 외기의 영향을 저감시켜 장수명화시키기 위해서 밀봉되어 있어도 좋다. 밀봉에 이용하는 재료로서는, 유리, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 플라스틱 필름, 또는 산화규소, 질화규소 등의 무기물을 이용할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 밀봉 방법도 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법으로 행할 수 있다.
[발광색]
유기 EL 소자의 발광색은 특별히 한정되는 것은 아니다. 백색의 유기 EL 소자는, 가정용 조명, 차내 조명, 시계 또는 액정의 백라이트 등의 각종 조명 기구에 이용할 수 있기 때문에 바람직하다.
백색의 유기 EL 소자를 형성하는 방법으로서는, 복수의 발광 재료를 이용하여 복수의 발광색을 동시에 발광시켜 혼색시키는 방법을 이용할 수 있다. 복수의 발광색의 조합으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 청색, 녹색 및 적색 3개의 발광 극대 파장을 함유하는 조합, 청색과 황색, 황녹색과 귤색 등의 2개의 발광 극대 파장을 함유하는 조합 등을 들 수 있다. 발광색은 발광 재료의 종류와 양의 조정에 의해 제어할 수 있다.
<표시 소자, 조명 장치, 표시 장치>
일 실시형태에 있어서, 표시 소자는, 상기 실시형태의 유기 EL 소자를 구비하고 있다. 예컨대, 적, 녹 및 청(RGB)의 각 화소에 대응하는 소자로서 유기 EL 소자를 이용함으로써, 컬러의 표시 소자를 얻을 수 있다. 화상의 형성 방법에는, 매트릭스형으로 배치한 전극으로 패널에 배열된 개개의 유기 EL 소자를 직접 구동하는 단순 매트릭스형과, 각 소자에 박막 트랜지스터를 배치하여 구동하는 액티브 매트릭스형이 있다.
또한 일 실시형태에 있어서, 조명 장치는 상기 실시형태의 유기 EL 소자를 구비하고 있다. 또한 일 실시형태에 있어서, 표시 장치는 조명 장치와 표시 수단으로서 액정 소자를 구비하고 있다. 예컨대, 표시 장치는, 백라이트로서 상기 실시형태인 조명 장치를 이용하고, 표시 수단으로서 공지된 액정 소자를 이용한 표시 장치, 즉 액정 표시 장치로 할 수 있다.
실시예
이하에, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특별히 양해를 구하지 않는 한, 「%」는 「질량%」를 의미한다.
<Pd 촉매의 조제>
질소 분위기 하의 글로브 박스 안에서, 실온 하, 샘플관에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(73.2 mg, 80 μmol)를 칭량하여 취하고, 아니솔(15 mL)을 가하여 30분간 교반했다. 마찬가지로, 샘플관에 트리스(t-부틸)포스핀(129.6 mg, 640 μmol)을 칭량하여 취하고, 아니솔(5 mL)을 가하여 5분간 교반했다. 이들 용액을 혼합하여, 실온에서 30분간 교반하여 촉매로 했다. 모든 용매는 30분 이상 질소 버블에 의해 탈기한 후에 사용했다.
<전하 수송성 폴리머 1의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 하기 모노머 B1(5.0 mmol), 하기 모노머 L1(10.0 mmol), 하기 모노머 T1(5.0 mmol) 및 톨루엔(42.8 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(67.2 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(15.0 mL)을 가했다. 30분 교반한 후, 3M 수산화칼륨 수용액(13.5 mL)을 가했다. 모든 용매는 30분 이상 질소 버블에 의해 탈기한 후에 사용했다. 이 혼합물을 2시간 가열 환류했다. 여기까지의 모든 조작은 질소 기류 하에서 행했다.
Figure pct00023
반응 종료 후, 유기층을 수세하여, 유기층을 메탄올-물(9:1)에 부었다. 생긴 침전을 흡인 여과에 의해 회수하고, 아세트산부틸로 세정하여, 침전물을 얻었다. 얻어진 침전을 흡인 여과에 의해 회수하여, 톨루엔에 용해하고, 금속 흡착제(Strem Chemicals사 제조 「Triphenylphosphine, polymer-bound on styrene-divinylbenzene copolymer」, 침전물 100 mg에 대하여 200 mg)를 가하여, 밤새 교반했다. 교반 종료 후, 금속 흡착제와 불용물을 여과하여 제거하고, 여과액을 회전식 증발기로 농축했다. 농축액을 톨루엔에 용해한 후, 메탄올-아세톤(8:3)으로부터 재침전했다. 생긴 침전을 흡인 여과에 의해 회수하여, 메탄올-아세톤(8:3)으로 세정했다. 얻어진 침전을 진공 건조하여, 전하 수송성 폴리머 1을 얻었다.
얻어진 전하 수송성 폴리머 1의 수평균 분자량은 21,300, 중량 평균 분자량은 432,600이었다. 전하 수송성 폴리머 1은 구조 단위 B1, 구조 단위 L1, 구조 단위 T1을 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 25.1%, 50.1%, 24.8%였다.
전하 수송성 폴리머 1의 수평균 분자량 및 질량 평균 분자량은, 용리액에 테트라히드로푸란(THF)을 이용한 GPC(폴리스티렌 환산)에 의해 측정했다. 측정 조건은 이하와 같다. 이하에 기재하는 각 폴리머의 수평균 분자량 및 질량 평균 분자량에 관해서도 마찬가지다.
송액 펌프: L-6050 (주)히타치하이테크놀로지즈
UV-Vis 검출기: L-3000(주) 히타치하이테크놀로지즈
컬럼: Gelpack(등록상표) GL-A160S/GL-A150S 히타치가세이(주)
용리액: THF(HPLC용, 안정제를 포함하지 않음) 와코쥰야쿠고교(주)
유속: 1 mL/min
컬럼 온도: 실온
분자량 표준 물질: 표준 폴리스티렌
<전하 수송성 폴리머 2의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B1(5.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 상기 모노머 T1(5.0 mmol) 및 톨루엔(99.2 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(67.2 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(15.0 mL)을 가했다. 이후, 전하 수송성 폴리머 1의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 2를 합성했다.
얻어진 전하 수송성 폴리머 2의 수평균 분자량은 30,800, 중량 평균 분자량은 196,900이었다. 전하 수송성 폴리머 2는 구조 단위 B1, 구조 단위 L1, 구조 단위 T1을 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 24.9.%, 50.2%, 24.9%였다.
<전하 수송성 폴리머 3의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B1(5.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 하기 모노머 T2(5.0 mmol) 및 톨루엔(176.7 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(67.2 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(15.0 mL)을 가했다. 이후, 전하 수송성 폴리머 1의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 3을 합성했다.
Figure pct00024
얻어진 전하 수송성 폴리머 3의 수평균 분자량은 25,500, 중량 평균 분자량은 198,800이었다. 전하 수송성 폴리머 3은 구조 단위 B1, 구조 단위 L1, 구조 단위 T2를 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 24.7.%, 50.1%, 25.2%였다.
<전하 수송성 폴리머 4의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B1(4.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 하기 모노머 T3(8.0 mmol) 및 톨루엔(80.1 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(67.2 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(15.0 mL)을 가했다. 이후, 전하 수송성 폴리머 1의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 4를 합성했다.
Figure pct00025
얻어진 전하 수송성 폴리머 4의 수평균 분자량은 18,200, 중량 평균 분자량은 40,300이었다. 전하 수송성 폴리머 4는 구조 단위 B1, 구조 단위 L1, 구조 단위 T3을 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 18.2%, 45.4%, 36.4%였다.
<전하 수송성 폴리머 5의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B1(4.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 하기 모노머 T4(2.0 mmol) 및 T5(3.0 mmol) 및 톨루엔(62.4 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(67.2 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(15.0 mL)을 가했다. 이후, 전하 수송성 폴리머 1의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 5를 합성했다.
Figure pct00026
얻어진 전하 수송성 폴리머 5의 수평균 분자량은 17,200, 중량 평균 분자량은 45,900이었다. 전하 수송성 폴리머 5는 구조 단위 B1, 구조 단위 L1, 구조 단위 T4, 구조 단위 T5를 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 18.1%, 45.3%, 27.4%, 9.2%였다.
<전하 수송성 폴리머 6의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B1(4.0 mmol), 하기 모노머 L2(10.0 mmol), 상기 모노머 T4(8.0 mmol) 및 톨루엔(54.1 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(67.2 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(15.0 mL)을 가했다. 이후, 전하 수송성 폴리머 1의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 6을 합성했다.
Figure pct00027
얻어진 전하 수송성 폴리머 6의 수평균 분자량은 21,700, 중량 평균 분자량은 67,200이었다. 전하 수송성 폴리머 6은 구조 단위 L2, 구조 단위 B1 및 옥세탄기를 갖는 구조 단위 T4를 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 45.6%, 18.1%, 36.4%였다.
<전하 수송성 폴리머 1A의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 하기 모노머 B1(4.0 mmol), 하기 모노머 L1(10.0 mmol), 하기 모노머 T6(8.0 mmol) 및 톨루엔(100.2 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(134.4 mg)를 가하고, 또한 앞서 조제한 Pd 촉매 용액(2.0 mL)을 가했다. 30분 교반한 후, 3M 수산화칼륨 수용액(13.5 mL)을 가했다. 원료가 되는 모든 모노머는, 각각 톨루엔 용액 상태에서 30분 이상 질소 버블에 의해 탈기한 후에 사용했다. 상기 원료(톨루엔 용액)의 혼합물을 2시간에 걸쳐 가열 환류했다. 여기까지의 모든 조작은 질소 기류 하에서 행했다.
Figure pct00028
반응 종료 후, 유기층을 수세하고, 유기층을 메탄올-물(9:1)에 부었다. 생긴 침전을 흡인 여과에 의해 회수하고, 아세트산부틸로 세정하여, 침전물을 얻었다. 얻어진 침전물을 흡인 여과에 의해 회수하여, 톨루엔에 용해하고, 금속 흡착제(Strem Chemicals사 제조 「Triphenylphosphine, polymer-bound on styrene-divinylbenzene copolymer」, 침전물 100 mg에 대하여 200 mg)를 가하여, 밤새 교반했다. 교반 종료 후, 금속 흡착제와 불용물을 여과하여 제거하고, 여과액을 회전식 증발기로 농축했다. 농축액을 톨루엔에 용해한 후, 메탄올-아세톤(8:3)으로부터 재침전했다. 생긴 침전물을 흡인 여과에 의해 회수하고, 메탄올-아세톤(8:3)으로 세정했다. 얻어진 침전물을 진공 건조하여, 전하 수송성 폴리머 1A를 얻었다.
얻어진 전하 수송성 폴리머 1A의 수평균 분자량은 15,700이고, 중량 평균 분자량은 41,600이었다. 전하 수송성 폴리머 1A는 구조 단위 B1, 구조 단위 L1, 구조 단위 T6을 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 18.3%, 45.5%, 36.2%였다.
<전하 수송성 폴리머 2A의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B1(4.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 하기 모노머 T3(8.0 mmol) 및 톨루엔(87.3 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(134.4 mg)를 가하고, 또한 앞서 조제한 Pd 촉매 용액(2.0 mL)을 가했다. 이 이후에는, 전하 수송성 폴리머 1A의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 2A를 합성했다.
Figure pct00029
얻어진 전하 수송성 폴리머 2A의 수평균 분자량은 16,500이고, 중량 평균 분자량은 56,800이었다. 전하 수송성 폴리머 2A는 구조 단위 B1, 구조 단위 L1, 구조 단위 T3을 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 18.1%, 45.5%, 36.4%였다.
<전하 수송성 폴리머 3A의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 하기 모노머 B2(4.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 상기 모노머 T6(8.0 mmol) 및 톨루엔(90.4 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(134.4 mg)를 가하고, 또한 앞서 조제한 Pd 촉매 용액(2.0 mL)을 가했다. 이 이후에는, 전하 수송성 폴리머 1A의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 3A를 합성했다.
Figure pct00030
얻어진 전하 수송성 폴리머 3A의 수평균 분자량은 11,400이고, 중량 평균 분자량은 49,000이었다. 전하 수송성 폴리머 3A는 구조 단위 B2, 구조 단위 L1, 구조 단위 T6을 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 18.0%, 45.3%, 36.7%였다.
<전하 수송성 폴리머 4A의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B2(4.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 상기 모노머 T3(8.0 mmol) 및 톨루엔(78.3 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(134.4 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(2.0 mL)을 가했다. 이 이후는, 전하 수송성 폴리머 1A의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 4A를 합성했다.
얻어진 전하 수송성 폴리머 4A의 수평균 분자량은 11,200이고, 중량 평균 분자량은 61,400이었다. 전하 수송성 폴리머 4A는 구조 단위 B2, 구조 단위 L1 및 구조 단위 T3을 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 순서대로 18.2%, 45.6%, 36.2%였다.
<전하 수송성 폴리머 5A의 합성>
3구 둥근바닥 플라스크에, 상기 모노머 B1(4.0 mmol), 상기 모노머 L1(10.0 mmol), 하기 모노머 T4(8.0 mmol) 및 톨루엔(54.1 mL), 메틸트리-n-옥틸암모늄클로리드(134.4 mg)를 가하고, 또한 조제한 Pd 촉매 용액(2.0 mL)을 가했다. 이 이후는, 전하 수송성 폴리머 1A의 합성과 같은 식으로 하여 전하 수송성 폴리머 5A를 합성했다.
Figure pct00031
얻어진 전하 수송성 폴리머 5A의 수평균 분자량은 21,700이고, 중량 평균 분자량은 67,200이었다. 전하 수송성 폴리머 5A는 구조 단위 B1, 구조 단위 L1 및 옥세탄기를 갖는 구조 단위 T4를 가지고, 각각의 구조 단위의 비율(몰비)은 순서대로 18.1%, 45.6%, 36.4%였다.
<실시예 1A>
얻어진 전하 수송성 폴리머 1(10.0 mg)을 톨루엔(2000 μL)에 용해한 도포 용액을, 3000 rpm으로 석영판 상에 스핀 코팅했다. 이어서, 핫플레이트 상 230℃에서 30분간 가열하여 중합시켜, 폴리머층을 형성했다. 가열 후에 톨루엔 용매에, 표면에 폴리머층을 형성한 석영판을 1분간 침지하여, 세정을 행했다. 세정 전후의 UV-vis 스펙트럼에 있어서의 흡수 극대(λmax)의 흡광도(Abs)의 비로부터, 잔막률을 측정한 바, 94.8%였다.
잔막률(%)=세정 후 Abs/세정 전 Abs×100
또한, 소자의 다른 층을 적층한다는 관점에서, 잔막률은 89% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 핫플레이트에서의 가열 조건을 변경한 것 이외에는 같은 식으로 하여 폴리머층의 잔막률을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 2A>
얻어진 전하 수송성 폴리머 1 대신에, 전하 수송성 폴리머 2(10.0 mg)를 이용한 것 이외에는 실시예 1A와 같은 식으로 폴리머층을 형성하여, 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표1 에 나타낸다.
<실시예 3A>
얻어진 전하 수송성 폴리머 1 대신에, 전하 수송성 폴리머 3(10.0 mg)을 이용한 것 이외에는 실시예 1A와 같은 식으로 폴리머층을 형성하여, 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
<실시예 4A>
얻어진 전하 수송성 폴리머 1 대신에, 전하 수송성 폴리머 4(10.0 mg)를 이용한 것 이외에는 실시예 1A와 같은 식으로 폴리머층을 형성하여, 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
<비교예 1A>
얻어진 전하 수송성 폴리머 1 대신에, 전하 수송성 폴리머 5(10.0 mg)를 이용한 것 이외에는 실시예 1A와 같은 식으로 폴리머층을 형성하여, 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
<비교예 2A>
얻어진 전하 수송성 폴리머 1 대신에, 전하 수송성 폴리머 6(10.0 mg)을 이용한 것 이외에는 실시예 1A와 같은 식으로 폴리머층을 형성하여, 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure pct00032
주기: 표 1에 기재한 중합성 작용기의 몰%는, 전하 수송성 폴리머에 있어서의 중합성 작용기를 갖는 구조 단위 T의 비율에 대응한다.
실시예 1A∼3A와 비교예 1A의 대비 및 실시예 4A와 비교예 2A의 대비로부터, 중합성 작용기로서 1가의 디에노필 함유기 또는 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머는, 중합성 작용기로서 옥세탄기를 갖는 전하 수송성 폴리머보다도 보다 낮은 온도에서 충분히 불용화할 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 3A 및 실시예 4A에 나타낸 바와 같이, 중합성 작용기로서 1가의 공역 디엔 함유기(푸란환 함유기)를 갖는 전하 수송성 폴리머는, 120℃ 정도의 저온 조건 하에서도 80%를 넘는 잔막률을 얻을 수 있다.
이상과 같이, 실시예를 이용하여 본 발명의 실시형태의 효과를 나타냈다. 실시예에 있어서 사용한 전하 수송성 폴리머 이외에도, 위에서 설명한, 1가의 공역 디엔 함유기 및 1가의 디에노필 함유기의 적어도 한쪽을 갖는 전하 수송성 폴리머는, 중합 개시제를 사용하지 않고서, 종래보다도 저온에서의 불용화가 가능하게 된다. 또한, 상기 전하 수송성 폴리머를 포함하는 전하 수송성 재료를 사용함으로써, 중합 개시제를 포함하지 않고, 저온에서 불용화된 유기층을 형성하는 것이 가능하게 되기 때문에, 인접하는 층의 성능 저하가 억제된, 고성능의 유기 EL 소자를 제공하는 것이 가능하게 된다고 생각된다.
<실시예 1B>
얻어진 전하 수송성 폴리머 1(5.0 mg)과 전하 수송성 폴리머 3(5.0 mg)을 톨루엔(2000 μL)에 용해한 도포 용액을, 3000 rpm으로 석영판 상에 스핀 코팅했다. 이어서, 핫플레이트 상 150℃에서 30분간 가열하여 중합시켜, 폴리머층을 형성했다. 가열 후에 톨루엔 용매에, 표면에 폴리머층을 형성한 석영판을 1분간 침지하여 세정을 행했다. 세정 전후의 UV-vis 스펙트럼에 있어서의 흡수 극대(λmax)의 흡광도(Abs)의 비로부터 잔막률을 측정한 바, 96.2%였다.
잔막률(%)=세정 후 Abs/세정 전 Abs×100
또한, 소자의 다른 층을 적층한다는 관점에서, 잔막률은 95.0% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 핫플레이트에서의 가열 조건을 변경한 것 이외에는 같은 식으로 하여 잔막률을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
<실시예 2B>
전하 수송성 폴리머 1과 전하 수송성 폴리머 3 대신에, 전하 수송성 폴리머 2(5.0 mg)와 전하 수송성 폴리머 4(5.0 mg)를 이용한 것 이외에는 실시예 1B와 같은 식으로 폴리머층을 형성하여, 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
<비교예 1B>
전하 수송성 폴리머 1과 전하 수송성 폴리머 3 대신에, 전하 수송성 폴리머 5(10.0 mg)와 중합 개시제로서도 기능하는 하기 전자 수용성 화합물 1(0.5 mg)을 이용한 것 이외에는 실시예 1B와 같은 식으로 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
Figure pct00033
<비교예 2B>
전하 수송성 폴리머 1과 전하 수송성 폴리머 3 대신에, 전하 수송성 폴리머 6(10.0 mg)과 중합 개시제로서도 기능하는 전자 수용성 화합물 1(0.5 mg)을 이용한 것 이외에는 실시예 1B와 같은 식으로 폴리머층을 형성하여, 잔막률을 측정했다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
Figure pct00034
실시예 1B에서는 150℃/30분 및 실시예 2B에서는 120℃/30분으로 충분히 불용화하는 결과가 얻어졌다. 이로부터, 실시예 1B 및 실시예 2B는, 비교예 1B보다도 보다 낮은 온도에서 충분히 불용화하고 있는 것을 알 수 있다. 특히 실시예 2B의 실시형태에 관해서는, 중합 개시제를 사용하고, 또한 옥세탄기 함유율을 증가시킨 비교예 2B와 비교하더라도, 모든 가열 조건에 있어서 잔막률의 값이 높다. 이로부터, 본 실시형태의 전하 수송성 재료를 사용함으로써, 중합 개시제를 사용하는 일 없이 보다 저온에서의 불용화가 가능하게 된다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1B 및 2B와 같이 공역 디엔 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머와 디에노필 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머를 병용하는 실시형태에 의하면, 어느 한쪽의 전하 수송성 폴리머만을 사용하는 실시형태보다도, 보다 저온에서의 불용화가 가능하게 된다는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 앞서 표 1에 나타낸 실시예 1A 및 3A에서는, 150℃ 이하의 온도에 있어서 충분한 불용화를 달성하기가 어렵지만, 표 2에 나타낸 실시예 1B 및 2B에서는 150℃ 이하의 온도에서도 충분한 불용화를 달성할 수 있다.
이상으로부터, 공역 디엔 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머와, 디에노필 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머의 병용에 의해서, 150℃ 이하의 저온에 있어서도 바람직한 불용화를 달성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
<실시예 1C>
전하 수송성 폴리머 1A(5.0 mg)와 전하 수송성 폴리머 2A(5.0 mg)를 톨루엔(2000 μL)에 용해하여 얻은 도포 용액을, 3000 rpm으로 석영판 상에 스핀 코팅했다. 이어서. 박막을 갖는 석영판을 핫플레이트 위에 놓고, 150℃에서 30분간에 걸쳐 가열하여, 박막을 경화(폴리머를 중합화)시켰다. 이와 같이 하여 얻은 표면에 경화 박막을 갖는 석영판을, 톨루엔 용매에 1분간 침지하여, 세정을 행했다. 하기 (식 1)에 따라서, 세정 전후의 UV-vis 스펙트럼에 있어서의 흡수 극대(λmax)의 흡광도(Abs)의 비로부터 잔막률을 측정한 바, 91.0%였다.
(식 1)
잔막률(%)=세정 후 Abs/세정 전 Abs×100
경화 박막 형성 시의 상기 가열 조건(150℃)을, 120℃, 180℃, 200℃, 230℃로 각각 변경한 것을 제외하고, 상기와 같은 식으로 경화 박막을 형성하여, 각각의 잔막률을 측정했다. 각각의 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 습식 프로세스에 의해서 다층화를 행한다는 관점에서, 잔막률은 90.0% 이상인 것이 바람직하다.
이하의 실시예 2C∼5C는, 실시예 1C에 있어서의 전하 수송성 폴리머 1A와 전하 수송성 폴리머 2A의 합계 중량을 바꾸지 않고서, 중량비를 2:8, 4:6, 6:4, 8:2가 되도록 변경한 실시형태에 관한 것이다.
<실시예 2C>
전하 수송성 폴리머 1A와 전하 수송성 폴리머 2A의 중량을 각각 (2.0 mg)과 (8.0 mg)로 변경한 것 이외에는, 전부 실시예 1C와 같은 식으로 경화 박막을 형성하여, 그 잔막률을 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 3C>
전하 수송성 폴리머 1A와 전하 수송성 폴리머 2A의 중량을 각각 (4.0 mg)과 (6.0 mg)로 변경한 것 이외에는, 전부 실시예 1C와 같은 식으로 경화 박막을 형성하여, 그 잔막률을 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 4C>
전하 수송성 폴리머 1A와 전하 수송성 폴리머 2A의 중량을 각각 (6.0 mg)과 (4.0 mg)로 변경한 것 이외에는, 전부 실시예 1C와 같은 식으로 경화 박막을 형성하여, 그 잔막률을 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 5C>
전하 수송성 폴리머 1A와 전하 수송성 폴리머 2A의 중량을 각각 (8.0 mg)과 (2.0 mg)로 변경한 것 이외에는, 전부 실시예 1C와 같은 식으로 경화 박막을 형성하여, 그 잔막률을 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 6C>
전하 수송성 폴리머 1A와 전하 수송성 폴리머 2A 대신에, 전하 수송성 폴리머 3A(5.0 mg)와 전하 수송성 폴리머 4A(5.0 mg)를 이용한 것 이외에는, 전부 실시예 1C와 같은 식으로 경화 박막을 형성하여, 그 잔막률을 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
<비교예 1C>
전하 수송성 폴리머 1A와 전하 수송성 폴리머 2A 대신에, 전하 수송성 폴리머 5A(10.0 mg)를 이용한 것 이외에는 실시예 1C와 같은 식으로 경화 박막을 형성하여, 그 잔막률을 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00035
표 3에 나타낸 결과로부터, 공역 디엔 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머와, 디에노필 함유기를 갖는 전하 수송성 폴리머를 포함하는 본 실시형태의 전하 수송성 재료를 사용함으로써, 중합 개시제를 사용하는 일 없이 보다 저온에서의 불용화가 가능하게 된다는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로는, 실시예 1C 및 실시예 3C에서는 150℃/30분 및 실시예 2C에서는 120℃/30분, 실시예 4C 및 실시예 5C, 실시예 6C에서는 180℃/30분의 가열조건에 있어서, 전하 수송성 폴리머의 충분한 불용화를 달성할 수 있었다.
한편, 비교예 1C의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 중합성 작용기로서 옥세탄기를 갖는 종래의 대표적인 전하 수송성 폴리머에서는, 중합 개시제를 사용하지 않고서 200℃ 미만의 온도에서 충분한 불용화를 달성하기는 어려웠다.
이상과 같이, 실시예에 의해 본 발명의 실시형태의 효과를 나타냈다. 그러나, 실시예에 있어서 사용한 전하 수송성 폴리머 이외에도, 위에서 설명한, 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머와, 상기 공역 디엔 함유기에 상보적인 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머를 동시에 포함하는 전하 수송성 재료를 구성함으로써, 중합 개시제를 사용하지 않고서, 종래보다도 저온에서의 불용화가 가능하게 된다는 것을 알 수 있다. 또한, 인접하는 층의 성능 저하를 억제하는 것도 가능하게 되기 때문에, 고성능의 유기 EL 소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.
1: 발광층
2: 양극
3: 정공 주입층
4: 음극
5: 전자 주입층
6: 정공 수송층
7: 전자 수송층
8: 기판

Claims (18)

1 이상의 1가의 공역 디엔 함유기를 갖는 제1 전하 수송성 폴리머 및 1 이상의 1가의 디에노필 함유기를 갖는 제2 전하 수송성 폴리머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 전하 수송성 폴리머를 포함하는 전하 수송성 재료.
제1항에 있어서, 상기 제1 전하 수송성 폴리머 및 제2 전하 수송성 폴리머가, 각각 3 방향 이상으로 분기된 구조를 갖는 전하 수송성 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 전하 수송성 폴리머 및 제2 전하 수송성 폴리머가, 각각 치환 또는 비치환의, 방향족 아민 구조, 카르바졸 구조, 티오펜 구조, 벤젠 구조 및 플루오렌 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 구조를 갖는 전하 수송성 재료.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 정공 주입성 또는 정공 수송성을 갖는 전하 수송성 재료.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1가의 공역 디엔 함유기의 적어도 하나가 상기 제1 전하 수송성 폴리머의 말단에 존재하며, 또한 상기 1가의 디에노필 함유기의 적어도 하나가 상기 제2 전하 수송성 폴리머의 말단에 존재하는 전하 수송성 재료.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1가의 공역 디엔 함유기가, 하기 식(I)으로 표시되는 구조를 갖는 1가의 푸란환 함유기인 전하 수송성 재료.
Figure pct00036

[식 중, R1∼R3은 각각 독립적으로 -H, -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다), -C(=O)H, -CH2OH, -Br 및 -Cl로 이루어지는 군에서 선택되는 기를 나타낸다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.]
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1가의 디에노필 함유기가, 하기 식(II-1)으로 표시되는 구조를 갖는 1가의 말레이미드환 함유기인 전하 수송성 재료.
Figure pct00037

[식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 -H 및 -CnH2n+1(n은 1∼6의 정수이다)로 이루어지는 군에서 선택되는 기이다. R1 및 R2는 상호 연결하여 고리를 형성하고 있어도 좋다. 「*」는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.]
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 수송성 재료가, 상기 제1 전하 수송성 폴리머를 포함하는 전하 수송성 재료.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 수송성 재료가, 상기 제1 전하 수송성 폴리머와 상기 제2 전하 수송성 폴리머를 포함하는 전하 수송성 재료.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 수송성 재료가 상기 제1 전하 수송성 폴리머와 상기 제2 전하 수송성 폴리머를 포함하며, 또한 상기 1가의 디에노필 함유기가 하기 식(III)으로 표시되는 스티렌 구조를 갖는 전하 수송성 재료.
Figure pct00038

[식 중, R은 각각 독립적으로 탄소수 1∼6의 알킬기이고, n은 0∼4의 정수이고, *는 다른 구조 부위와의 결합 부위를 나타낸다.]
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재한 전하 수송성 재료와 용매를 포함하는 잉크 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재한 전하 수송성 재료 또는 제11항에 기재한 잉크 조성물을 이용하여 형성된 유기층을 갖는 유기 일렉트로닉스 소자.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재한 전하 수송성 재료 또는 제11항에 기재한 잉크 조성물을 이용하여 형성된 유기층을 갖는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
제13항에 있어서, 플렉시블 기판을 추가로 갖는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
제14항에 있어서, 상기 플렉시블 기판이 수지 필름을 포함하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재한 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 표시 소자.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재한 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 조명 장치.
제17항에 기재한 조명 장치와, 표시 수단으로서 액정 소자를 구비한 표시 장치.
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