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縮合多環芳香族骨格を有するポリマー及びそれを用いた発光素子及び電極 新技術説明会

国内特許コード P160013195
整理番号 S2015-0112-N0
掲載日 2016年8月9日
出願番号 特願2014-219812
公開番号 特開2016-084448
出願日 平成26年10月29日(2014.10.29)
公開日 平成28年5月19日(2016.5.19)
発明者
  • 福元 博基
  • 久保田 俊夫
  • 安藤 正敏
  • 塩田 知美
  • 泉谷 宏一
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
発明の名称 縮合多環芳香族骨格を有するポリマー及びそれを用いた発光素子及び電極 新技術説明会
発明の概要 【課題】縮合多環芳香族骨格が有するπ共役性を十分に発現しつつ、溶媒に対する溶解性が高く、安定性と耐久性に優れる新規な共重合体ポリマーの提供。
【解決手段】フルオレン単位と、フェナントレン環又はフェナントロリン環の化学構造の一部に、水素の少なくとも1個がフッ素原子又は塩素原子で置換された炭化水素系の飽和環状構造を部分的に導入した単位を含む、縮合多環芳香族骨格を有する共重合体であり、有機発光素子の発光材料及び電気化学素子の電極材として使用できるポリマー。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来から、有機化合物を発光材料として用いた発光素子(有機EL素子)は比較的低電圧で高輝度の発光が可能であることから、様々な材料の適用が検討されている。それらの中で、π共役系のフェニレンビニレン、フルオレン又はフェナントレン等を基本骨格として有する高分子は、溶液塗布法等によって有機EL素子を作製できるため、大面積化が容易であり、製造コストの低減を図ることができることが知られている。例えば、特許文献1~3並びに非特許文献1及び2には、それらの骨格を有する種々の共重合体がそれぞれ提案されている。



前記特許文献1には、フルオレン単位とベンゼン環又はヘテロ環が3個以上のアセン単位とからなり、高分子鎖の凝集が生じにくい機能性共重合高分子が開示されている。また、前記特許文献2には、フルオレン骨格とフェニレンビニレン骨格とを有する共重合体が開示されており、この共重合体は有機溶媒に溶解するため均一な薄膜を製造することができるだけでなく、EL素子の安定性、効率、寿命の向上に対して寄与する。さらに、特許文献3には、フェナントレンおよび/またはインデノフルオレン単位を含み、アミンを含有する単位を含まない共役ポリマーが開示されており、この共役ポリマーは高い電荷キャリア移動度、有機溶媒における高い溶解性、良好な加工性、高い酸化安定性及び電子装置における長寿命という特徴を有するものである。



前記非特許文献1には、フルオレン単位と、トリメチルシリル基で核置換したフェナントレン単位とからなる共重合体が、また、前記非特許文献2には、フルオレン単位と、フッ素で核置換したフェニル単位とからなる共重合体が、それぞれ開示されている。



また、前記の特許文献1~3及び非特許文献1及び2に記載の共重合体の他にも、有機溶媒における優れた溶解性及び優れた膜形成特性を有する共重合体として、特許文献4には、フェナントレン構造をより嵩高い構造に改質した骨格を有する共重合体が提案されている。そして、特許文献4に記載の共重合体は100℃を超えるガラス転移温度を有することが特徴となっている。



一方、ポリフルオレンは、青色の高分子LED材料としてだけでなく、導電性を有する高分子であるため、例えば、二次電池、電気二重層又は電気化学キャパシタにおける1対の電極の一方としての適用が検討されている。このポリフルオレンは重合反応時に主鎖の成長方向が不規則になり電荷利用率の低下という問題があり、その技術課題を改善するために、特許文献5及び6にはフルオレンーフェニレン共重合体及びフルオレンーチオフェン交互共重合体がそれぞれ提案されている。それらの共重合体を使用することによって高容量でエネルギー密度の高い電気化学素子が得られる。

産業上の利用分野


本発明は、π電子共役性を十分に発現しながら、有機溶媒に対する溶解性が高く成膜性が良好で、且つ、安定性と耐久性に優れる縮合多環芳香族骨格を有するポリマー及びそれを用いた発光素子及び電極に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
フルオレン単位と、下記式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及び(6)の何れかで表される単位とを含む、縮合多環芳香族骨格を有するポリマー。
【化1】


【化2】


【化3】


【化4】


【化5】


【化6】


[式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子又は塩素原子である。a、b、c、dは0又は1の整数であり、a+b+c+d=2~4の何れかの整数である。R、R、R、R、R、R、R、R、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58は、互いに独立にして水素原子、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子、炭素数1~8のアルキル基、核置換基を有していてもよいアリール基、アルコキシ基、アシル基、アミノ基、アミノピリジル基、又は置換されていてもよい環の構成原子として窒素原子、硫黄原子及び酸素原子の何れかを有する複素環基を示す。]

【請求項2】
下記式(7)で表される繰返し単位を有し、該繰返し単位の数が1~2000の交互共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマー。
【化7】


[式中、A、Aは、互いに独立して水素原子、炭素数が1~22個の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルコキシアルコキシアルキル基、アルコキシアルコキシアルコキシアルキル基、炭素数が6~18個のアリール基、アリールオキシ基又はアラルキル基を示し、Wは前記式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)又は(6)で表される基を示す。]

【請求項3】
11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42が、フッ素原子及び塩素原子の少なくとも何れかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマー。

【請求項4】
a+b+c+d=3の整数であることを特徴とする請求項3に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマー。

【請求項5】
11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42が、フッ素原子であることを特徴とする請求項3又は4に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマー。

【請求項6】
、R、R、R、R、R、R、R、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58が、互いに独立して水素原子、メチル基、核置換基を有していてもよいアリール基であることを特徴とする請求項5に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマー。

【請求項7】
、R、R、R、R、R、R、R、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58が、何れも水素原子であることを特徴とする請求項6に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマー。

【請求項8】
請求項1~7の何れか一項に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマーを発光層の発光材料として含む発光素子。

【請求項9】
請求項1~7の何れか一項に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマーを活物質層の電極活物質として含む電極。

【請求項10】
二次電池、電気二重層又は電気化学キャパシタにおける1対の電極の一方として使用されることを特徴とする請求項9に記載の電極。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014219812thum.jpg
出願権利状態 公開
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