(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
請求項1〜7のいずれか一項に記載の1つ又は複数のポリマーと、1つ又は複数のn型有機半導体化合物とを含むことを特徴とする請求項8に記載の混合物又はポリマーブレンド。
1つ又は複数のポリマーと、請求項1〜10のいずれか一項に記載の混合物又はポリマーブレンドと、有機溶媒から好適には選択される、1つ又は複数の溶媒とを含む調合物。
光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンスもしくは光輝性デバイスでの、又はかかるデバイスの構成要素での、又はかかるデバイスもしくは構成要素を含むアセンブリでの電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料としての請求項1〜11のいずれか一項に記載のポリマー、混合物、ポリマーブレンド又は調合物の使用。
請求項1〜11のいずれか一項に記載のポリマー、混合物、ポリマーブレンド又は調合物を含む、光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンスもしくは光輝性デバイス、もしくはそれの構成要素、又はそれを含むアセンブリ。
前記デバイスが、有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、有機発光ダイオード(OLED)、有機発光トランジスタ(OLET)、有機光起電力デバイス(OPV)、有機太陽電池、レーザダイオード、ショットキーダイオード、光伝導体及び光検出器から選択され、前記構成要素が、電荷注入層、電荷輸送層、中間層、平坦化層、帯電防止フィルム、ポリマー電解質膜(PEM)、導電性基板、導電性パターンから選択され、前記アセンブリが、集積回路(IC)、無線自動識別(RFID)タグ又はそれらを含有する安全保障マーキングもしくは防犯デバイス、平面パネル・ディスプレイもしくはそれのバックライト、電子写真装置、電子写真記録装置、有機記憶装置、センサデバイス、バイオセンサ及びバイオチップから選択される、請求項14に記載のデバイス、その構成要素、又はそれを含むアセンブリ。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明のモノマー及びポリマーは、合成するのが容易であり、かつ、有利な特性を示す。本発明の共役ポリマーは、デバイス製造プロセスのための良好な加工性、有機溶媒への高い溶解性を示し、溶液処理法を用いる大規模生産にとりわけ好適である。同時に、それらは、低いバンドギャップ、高い電荷担体移動性、BHJ太陽電池における高い外部量子効率、たとえばフラーレンとのp/n型ブレンドに使用されるときの良好なモルフォロジ、高い酸化安定性、及び電子デバイスでの長寿命を示し、有機電子OEデバイス用の、とりわけ高い電力変換効率のOPVデバイス用の有望な材料である。
【0029】
式Iの単位は、p型半導体ポリマーもしくはコポリマー、特に供与体及び受容体単位の両方を含有するコポリマー中の(電子)供与体単位として、ならびにバルク−ヘテロ接合(BHJ)有機光起電力(OPV)デバイスでの使用に好適であるp型及びn型半導体の混合物又はブレンドの調製のためにとりわけ好適である。
【0030】
さらに、それらは、以下の有利な特性を示す:
i)エステル側鎖は、アルコキシ側鎖と対比してベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェンコアの溶解性を向上させ、従ってOPVモジュールの大量生産印刷に望ましい非ハロゲン化溶媒へのポリマー溶解性を高める。
【0031】
ii)エステル側鎖は、2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−ジオンとの反応に安価な商業的に入手可能な酸塩化物を使用してベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェンコアへ容易に導入することができる。これにより、溶解性プロフィル、バルク−ヘテロ接合でのブレンドモルフォロジ、及びにバルク−ヘテロ接合の熱安定性に関して供与体ポリマーに好適な特性をもたらすためのエステル側鎖長さの最適化が容易になる。
【0032】
iii)本ポリマーをC
61PCBM又はC
71PCBMのようなフラーレン受容体と一緒にBHJ OPVモジュールでの供与体として使用するとき、エステル側鎖は、C
61PCBM又はC
71PCBMフラーレン受容体上にあるエステル側鎖との優遇分子間相互作用による有利な局部的モルフォロジを提供することによってBHJ層の全体にわたって供与体−受容体界面での供与体ポリマーからフラーレン受容体への電子移動を容易にすることができる。
【0033】
式Iの単位、その機能性誘導体、ホモポリマー、及びコポリマーの合成は、本明細書にさらに例示されるような、当業者に公知であり、かつ文献に記載されている方法に基づいて達成することができる。
【0034】
上記及び下記において、用語「ポリマー」は一般に、高い相対モル質量の分子を意味し、その構造は、低い相対モル質量の分子から、実際に又は概念的に、誘導される単位の多重繰り返しを本質的に含む(PAC、1996年、第68巻、p.2291)。用語「オリゴマー」は一般に、中間の相対モル質量の分子を意味し、その構造は、より低い相対モル質量の分子から、実際に又は概念的に、誘導される小さい複数の単位を本質的に含む(PAC、1996年、第68巻、p.2291)。本発明による好適な意味では、ポリマーは、1超、すなわち、少なくとも2つの繰り返し単位、好適には5つ以上の繰り返し単位を有する化合物を意味し、オリゴマーは、1を超え、かつ10未満、好適には5未満の繰り返し単位の化合物を意味する。
【0035】
上記及び下記において、式I及びその亜式のような、ポリマー又は繰り返し単位を示す式において、星印(「
*」)は、ポリマー鎖中の隣接繰り返し単位又は末端基との結合を表す。
【0036】
用語「繰り返し単位」及び「モノマー単位」は、構成上の繰り返し単位(CRU:constitutional repeating unit)を意味し、それは、その繰り返しが規則性高分子、規則性オリゴマー分子、規則性ブロック又は規則性鎖を構成する最小の構成単位である(PAC、1996年、第68巻、p.2291)。
【0037】
用語「供与体」及び「受容体」は、特に明記しない限り、それぞれ、電子供与体又は電子受容体を意味する。「電子供与体」は、別の化合物又は化合物の原子の別の基に電子を供与する化学実体を意味する。「電子受容体」は、別の化合物又は化合物の原子の別の基からそれに移される電子を受け入れる化学実体を意味する(米国環境保護庁(U.S.Environmental Protection Agency)、2009年、専門用語の用語集(Glossary of technical terms)、http://www.epa.gov/oust/cat/TUMGLOSS.HTMも参照されたい)。
【0038】
用語「脱離基」は、特定の反応に関与する分子の残留部分又は主要部分であると考えられるものの中の原子から遊離する原子又は基(帯電した又は帯電していない)を意味する(同様にPAC、1994年、第66巻、p.1134を参照されたい)。
【0039】
用語「共役」は、ヘテロ原子でまた置き換えられてもよい、sp
2−混成(又は任意選択的にまたsp−混成)のC原子を主として含有する化合物を意味する。最も簡単な場合では、これはたとえば、交互のC−C単結合と二重(又は三重)結合とを持った化合物であるが、1,3−フェニレンのような単位を持った化合物をまた含む。「主として」はこれに関連して、共役の途切れをもたらす可能性がある、必然的に(自然発生的に)存在する欠陥を持った化合物がそれでもなお共役化合物と見なされることを意味する。
【0040】
特に明記しない限り、分子量は、数平均分子量M
n又は重量平均分子量M
wとして与えられ、それは、テトラヒドロフラン、トリクロロメタン(TCM、クロロホルム)、クロロベンゼン又は1,2,4−トリクロロベンゼンなどの溶出溶媒でポリスチレン標準に対するゲル浸透クロマトグラフィー(GPC:gel permeation chromatography)によって測定される。特に明記しない限り、1,2,4−トリクロロベンゼンが溶媒として使用される。繰り返し単位の総数、nとも言われる、重合度は、n=M
n/M
u(式中、M
nは数平均分子量であり、M
uは単一繰り返し単位の分子量である)として与えられる数平均重合度を意味し、J.M.G.コウィー(J.M.G.Cowie)著、「ポリマー:近代材料の化学及び物理学(Polymers:Chemistry & Physics of Modern Materials)」、ブラッキー、グラスゴー(Blackie、Glasgow)、1991年を参照されたい。
【0041】
用語「カルビル基」は上記及び下記において用いるところでは、いかなる非炭素原子もなし(たとえば−C≡C−のような)か、N、O、S、P、Si、Se、As、Te又はGeなどの少なくとも1つの非炭素原子と任意選択的に組み合わせられた(たとえばカルボニルなど)かのどちらかの少なくとも1個の炭素原子を含む任意の一価の又は多価の有機ラジカル部分を表す。用語「ヒドロカルビル基」は、1つ又は複数のH原子をさらに含有し、かつたとえばN、O、S、P、Si、Se、As、Te又はGeのような1つ又は複数のヘテロ原子を任意選択的に含有するカルビル基を表す。
【0042】
用語「ヘテロ原子」は、H原子でもC原子でもない有機化合物中の原子を意味し、好適にはN、O、S、P、Si、Se、As、Te又はGeを意味する。
3個以上のC原子の鎖を含むカルビルもしくはヒドロカルビル基は、直鎖、分岐及び/又は、スピロ及び/又は縮合環を含む、環状であってもよい。
【0043】
好適なカルビル及びヒドロカルビル基には、それらのそれぞれが任意選択的に置換されており、1〜40、好適には1〜25、非常に好適には1〜18個のC原子を有する、アルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ及びアルコキシカルボニルオキシ、さらに、6〜40、好適には6〜25個のC原子を有する任意選択的に置換されたアリール又はアリールオキシ、さらに、それらのそれぞれが任意選択的に置換されており、6〜40、好適には7〜40個のC原子を有する、アルキルアリールオキシ、アリールカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールカルボニルオキシ及びアリールオキシカルボニルオキシが含まれ、ここで、すべてのこれらの基は、好適にはN、O、S、P、Si、Se、As、Te及びGeから選択される、1つ又は複数のヘテロ原子を任意選択的に含有する。
【0044】
カルビルもしくはヒドロカルビル基は、飽和もしくは不飽和の非環状基であっても、飽和もしくは不飽和の環状基であってもよい。不飽和非環状もしくは環状基、とりわけアリール、アルケニル及びアルキニル基(とりわけエチニル)が好適である。C
1〜C
40カ
ルビルもしくはヒドロカルビル基が非環状である場合、この基は、直鎖もしくは分岐であってもよい。C
1〜C
40カルビルもしくはヒドロカルビル基には、たとえば:C
1〜C
40アルキル基、C
1〜C
40アルコキシもしくはオキサアルキル基、C
2〜C
40アルケニル基、C
2〜C
40アルキニル基、C
3〜C
40アリル基、C
4〜C
40アルキルジエニル基、C
4〜C
40ポリエニル基、C
6〜C
18アリール基、C
6〜C
40アルキルアリール基、C
6〜C
40アリールアルキル基、C
4〜C
40シクロアルキル基、C
4〜C
40シクロアルケニル基などが含まれる。前述の基の中で、それぞれ、C
1〜C
20アルキル基、C
2〜C
20アルケニル基、C
2〜C
20アルキニル基、C
3〜C
20アリル基、C
4〜C
20アルキルジエニル基、C
6〜C
12アリール基、及びC
4〜C
20ポリエニル基が好適である。また、シリル基、好適にはトリアルキルシリル基で置換されている、たとえばアルキニル基、好適にはエチニル基のような、炭素原子を有する基とヘテロ原子を有する基との組み合わせも含まれる。
【0045】
アリール及びヘテロアリールは好適には、縮合環も含んでもよく、かつ1つ又は複数の基Lで任意選択的に置換されている、4〜30個の環C原子の単−、二−又は三環式芳香族もしくはヘテロ芳香族基を表し、
ここで、Lは、ハロゲン、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)NR
0R
00、−C(=O)X
0、−C(=O)R
0、−NH
2、−NR
0R
00、−SH、−SR
0、−SO
3H、−SO
2R
0、−OH、−NO
2、−CF
3、−SF
5、P−Sp−、任意選択的に置換されたシリル、又は任意選択的に置換されており、1つ又は複数のヘテロ原子を任意選択的に含み、かつ好適には、任意選択的にフッ素化されている1〜20個のC原子のアルキル、アルコキシ、チアアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル又はアルコキシカルボニルオキシである1〜40個のC原子のカルビルもしくはヒドロカルビルから選択され、R
0、R
00、X
0、P、Spは上記及び下記において与えられる意味を有する。
【0046】
非常に好適な置換基Lは、ハロゲン、最適にはF、又は1〜12個のC原子のアルキル、アルコキシ、オキサアルキル、チオアルキル、フルオロアルキル及びフルオロアルコキシ、又は2〜12個のC原子のアルケニル、アルキニルから選択される。
【0047】
とりわけ好適なアリール及びヘテロアリール基は、さらに、フェニル中で1つ又は複数のCH基がNで置き換えられていてもよいフェニル、ナフタレン、チオフェン、セレノフェン、チエノチオフェン、ジチエノチオフェン、フルオレン及びオキサゾールであり、それらのすべてが非置換であるか、又は上に定義されたようなLでモノ置換もしくは多置換され得る。非常に好適な環は、ピロール、好適にはN−ピロール、フラン、ピリジン、好適には2−もしくは3−ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアゾール、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、イソチアゾール、チアゾール、チアジアゾール、イソオキゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、チオフェン好適には2−チオフェン、セレノフェン、好適には2−セレノフェン、チエノ[3,2−b]チオフェン、インドール、イソインドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、キノール、2−メチルキノール、イソキノール、キノキサリン、キナゾリン、ベンゾトリアゾ−ル、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイソチアゾール、ベンゾイソオキサゾール、ベンゾオキサジアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアジアゾールであり、それらのすべてが非置換であるか、又は上に定義されたようなLでモノ置換もしくは多置換され得る。ヘテロアリール基のさらなる例は、以下の式から選択されるものである。
【0048】
アルキル又はアルコキシラジカル(すなわち、末端CH
2基が−O−で置き換えられている場合)は、直鎖又は分岐であり得る。それは好適には直鎖であり、2、3、4、5、6、7又は8個の炭素原子を有し、従って好適には、たとえば、エチル、プロピル、ブチ
ル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ペプトキシ、又はオクトキシ、さらにメチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシ又はテトラデコキシである。
【0049】
1つ又は複数のCH
2基が−CH=CH−で置き換えられている、アルケニル基は、直鎖又は分岐であり得る。それは好適には直鎖であり、2〜10個のC原子を有し、従って好適にはビニル、プロペ−1−、もしくはプロペ−2−ニル、ブテ−1−、2−もしくはブテ−3−ニル、ペンテ−1−、2−、3−もしくはペンテ−4−ニル、ヘキセ−1−、2−、3−、4−もしくはヘキセ−5−ニル、ヘプテ−1−、2−、3−、4−、5−もしくはヘプテ−6−ニル、オクテ−1−、2−、3−、4−、5−、6−もしくはオクテ−7−ニル、ノネ−1−、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくはノネ−8−ニル、デセ−1−、2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−もしくはデセ−9−ニルである。
【0050】
とりわけ好適なアルケニル基は、C
2〜C
7−1E−アルケニル、C
4〜C
7−3E−アルケニル、C
5〜C
7−4−アルケニル、C
6〜C
7−5−アルケニル及びC
7−6−アルケニル、特にC
2〜C
7−1E−アルケニル、C
4〜C
7−3E−アルケニル及びC
5〜C
7−4−アルケニルである。特に好適なアルケニル基の例は、ビニル、1E−プロペニル、1E−ブテニル、1E−ペンテニル、1E−ヘキセニル、1E−ヘプテニル、3−ブテニル、3E−ペンテニル、3E−ヘキセニル、3E−ヘプテニル、4−ペンテニル、4Z−ヘキセニル、4E−ヘキセニル、4Z−ヘプテニル、5−ヘキセニル、6−ヘプテニルなどである。最大で5個までのC原子を有する基が一般に好適である。
【0051】
オキサアルキル基(すなわち、1つのCH
2基が−O−で置き換えられている場合)は、好適には、たとえば、直鎖の2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−オキサブチル(=エトキシメチル)もしくは3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−、もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−、もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−、もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−、もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−、もしくは8−オキサノニル、又は2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−、もしくは9−オキサデシルである。オキサアルキル(すなわち、1つのCH2基が−O−で置き換えられている場合)は、好適には、たとえば、直鎖の2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−オキサブチル(=エトキシメチル)もしくは3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−、もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−、もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−、もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−、もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−、もしくは8−オキサノニル、又は2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−、もしくは9−オキサデシルである。
【0052】
1つのCH
2基が−O−であり1つが−C(O)−で置き換えられているアルキル基では、これらのラジカルは好適には隣接している。従ってこれらのラジカルはカルボニルオキシ基−C(O)−O−又はオキシカルボニル基−O−C(O)−を一緒に形成する。好適にはこの基は直鎖であり、2〜6個のC原子を有する。それは従って好適にはアセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、ペンタノイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、アセチルオキシメチル、プロピオニルオキシメチル、ブチリルオキシメチル、ペンタノイルオキシメチル、2−アセチルオキシエチル、2−プロピオニルオキシエチル、2−ブチリルオキシエチル、3−アセチルオキシプロピル、3−プロピオニルオキシプロピル、4−アセチルオキシブチル、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ペントキシカルボニル、メトキシカルボニルメチル、エ
トキシカルボニルメチル、プロポキシカルボニルメチル、ブトキシカルボニルメチル、2−(メトキシカルボニル)エチル、2−(エトキシカルボニル)エチル、2−(プロポキシカルボニル)エチル、3−(メトキシカルボニル)プロピル、3−(エトキシカルボニル)プロピル、4−(メトキシカルボニル)−ブチルである。
【0053】
2つ以上のCH
2基が−O−及び/又はC(O)O−で置き換えられているアルキル基は、直鎖もしくは分岐であり得る。それは好適には直鎖であり、3〜12個のC原子を有する。従ってそれは好適にはビス−カルボキシ−メチル、2,2−ビス−カルボキシ−エチル、3,3−ビス−カルボキシ−プロピル、4,4−ビス−カルボキシ−ブチル、5,5−ビス−カルボキシ−ペンチル、6,6−ビス−カルボキシヘキシル、7,7−ビス−カルボキシ−ヘプチル、8,8−ビス−カルボキシ−オクチル、9,9−ビス−カルボキシ−ノニル、10,10−ビス−カルボキシ−デシル、ビス−(メトキシカルボニル)−、2,2−ビス−(メトキシカルボニル)−エチル、3,3−ビス−(メトキシカルボニル)−プロピル、4,4−ビス−(メトキシカルボニル)−ブチル、5,5−ビス−(メトキシカルボニル)−ペンチル、6,6−ビス−(メトキシカルボニル)−ヘキシル、7,7−ビス−(メトキシカルボニル)−ヘプチル、8,8−ビス−(メトキシカルボニル)−オクチル、ビス(エトキシカルボニル)−メチル、2,2−ビス(エトキシカルボニル)−エチル、3,3−ビス(エトキシカルボニル)−プロピル、4,4−ビス(エトキシカルボニル)−ブチル、5,5−ビス(エトキシカルボニル)−ヘキシルである。
【0054】
チオアルキル基(すなわち、1つのCH
2基が−S−で置き換えられている場合)は、好適には直鎖のチオメチル(−SCH
3)、1−チオエチル(−SCH
2CH
3)、1−チオプロピル(=−SCH
2CH
2CH
3)、1−(チオブチル)、1−(チオペンチル)、1−(チオヘキシル)、1−(チオヘプチル)、1−(チオオクチル)、1−(チオノニル)、1−(チオデシル)、1−(チオウンデシル)又は1−(チオドデシル)であり、ここで、好適にはsp
2混成ビニル炭素原子に隣接したCH
2基が置き換えられている。
【0055】
フルオロアルキル基は好適には直鎖のパーフルオロアルキルC
iF
2i+1(式中、iは1〜15の整数である)、具体的にはCF
3、C
2F
5、C
3F
7、C
4F
9、C
5F
11、C
6F
13、C
7F
15又はC
8F
17、非常に好適にはC
6F
13である。
【0056】
上述のアルキル、アルコキシ、アルケニル、オキサアルキル、チオアルキル、カルボニル及びカルボニルオキシ基は、アキラル又はキラル基であり得る。特に好適なキラル基は、たとえば2−ブチル(=1−メチルプロピル)、2−メチルブチル、2−メチルペンチル、3−メチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、特に2−メチルブチル、2−メチルブトキシ、2−メチルペントキシ、3−メチルペントキシ、2−エチルヘキソキシ、1−メチルヘキソキシ、2−オクチルオキシ、2−オキサ−3−メチルブチル、3−オキサ−4−メチルペンチル、4−メチルヘキシル、2−ヘキシル、2−オクチル、2−ノニル、2−デシル、2−ドデシル、6−メトキシオクトキシ、6−メチルオクトキシ、6−メチルオクトキシ、6−メチルオクタノイルオキシ、5−メチルヘプチルオキシ−カルボニル、2−メチルブチリルオキシ、3−メチルバレロイルオキシ、4−メチルヘキサノイルオキシ、2−クロロプロピオニルオキシ、2−クロロ−3−メチルブチリルオキシ、2−クロロ−4−メチル−バレリルオキシ、2−クロロ−3−メチルバレリルオキシ、2−メチル−3−オキサペンチル、2−メチル−3−オキサヘキシル、1−メトキシプロピル−2−オキシ、1−エトキシプロピル−2−オキシ、1−プロポキシプロピル−2−オキシ、1−ブトキシプロピル−2−オキシ、2−フロロオクチルオキシ、2−フルオロデシルオキシ、1,1,1−トリフルオロ−2−オクチルオキシ、1,1,1−トリフルオロ−2−オクチル、2−フルオロメチルオクチルオキシである。2−ヘキシル、2−オクチル、2−オクチルオキシ、1,1,1−トリフルオロ−2−ヘキシル、1
,1,1−トリフルオロ−2−オクチル及び1,1,1−トリフルオロ−2−オクチルオキシが非常に好適である。
【0057】
好適なアキラル分岐基は、イソプロピル、イソブチル(=メチルプロピル)、イソペンチル(=3−メチルブチル)、第三ブチル、イソプロポキシ、2−メチル−プロポキシ及び3−メチルブトキシである。
【0058】
本発明の別の好適な実施形態では、R
3及びR
4は互いに独立して、1〜30個のC原子の第一、第二もしくは第三アルキル又はアルコキシから選択され、ここで、1個又は複数個のH原子は、F、又は任意選択的にアルキル化又はアルコキシル化されており、かつ4〜30の環原子を有するアリール、アリールオキシ、ヘテロアリール又はヘテロアリールオキシで任意選択的に置き換えられている。このタイプの非常に好適な基は、次式
【0059】
【化2】
[式中、「ALK」は、1〜20、好適には1〜12個のC原子、第三基の場合には非常に好適には1〜9個のC原子の、任意選択的にフッ素化された、好適には線状の、アルキルもしくはアルコキシを表し、破線は、これらの基が結合する環への結合を表す]
からなる群から選択される。これらの基の中で、すべてのALKサブ基が同一であるものがとりわけ好適である。
【0060】
−CY
1=CY
2−は好適には、−CH=CH−、−CF=CF−又は−CH=C(CN)−である。
ハロゲンは、F、Cl、BrもしくはI、好適にはF、ClもしくはBrである。
【0061】
−CO、−C(=O)−、及び−C(O)−は、カルボニル基、すなわち
【0063】
単位及びポリマーはまた、ポリマーを形成するプロセスの間に任意選択的に保護されている、重合性もしくは架橋性反応基で置換されていてもよい。このタイプの特に好適な単位ポリマーは、R
1〜4の1つ又は複数が基P−Sp−を表すか又は含有する式Iの1つ又は複数の単位を含むものである。これらの単位及びポリマーは、それらが、高い電荷担体移動性及び高い熱的、機械的及び化学的安定性の架橋ポリマーフィルムをもたらすために、たとえばその場重合により、ポリマーを加工して半導体構成要素用の薄膜にする間に
又はその後に、基Pによって架橋することができるので、半導体又は電荷輸送材料として特に有用である。
【0064】
好適には重合性もしくは架橋性基Pは、
CH
2=CW
1−C(O)−O−、CH
2=CW
1−C(O)−、
【0065】
【化4】
CH
2=CW
2−(O)
k1−、CW
1=CH−C(O)−(O)
k3−、CW
1=CH−C(O)−NH−、CH
2=CW
1−C(O)−NH−、CH
3−CH=CH−O−、(CH
2=CH)
2CH−O(CO)−、(CH
2=CH−CH
2)
2CH−O(CO)−、(CH
2=CH)
2CH−O−、(CH
2=CH−CH
2)
2N−、(CH
2=CH−CH
2)
2N−C(O)−、HO−CW
2W
3−、HS−CW
2W
3−、HW
2N−、HO−CW
2W
3−NH−、CH
2=CH−(C(O)−O)
k1−Phe−(O)
k2−、CH
2=CH−(C(O))
k1−Phe−(O)
k2−、Phe−CH=CH−、HOOC−、OCN−、及びW
4W
5W
6Si−から選択され、W
1は、H、F、Cl、CN、CF
3、フェニル又は1〜5個のC原子のアルキル、特にH、Cl又はCH
3であり、W
2及びW
3は互いに独立して、H又は1〜5個のC原子のアルキル、特にH、メチル、エチル又はn−プロピルであり、W
4、W
5及びW
6は互いに独立して、Cl、1〜5個のC原子のオキサアルキル又はオキサカルボニルアルキルであり、W
7及びW
8は互いに独立して、H、Cl又は1〜5個のC原子のアルキルであり、Pheは、上に定義されたような1つ又は複数の基Lで任意選択的に置換されている1,4−フェニレンであり、k
1、k
2及びk
3は互いに独立して、0又は1であり、k
3は好適には1であり、k
4は、1〜10の整数である。
【0066】
あるいはPは、本発明による方法について記載された条件下に非反応性であるこれらの基の保護誘導体である。好適な保護基は、たとえばアセタール又はケタールのような、当業者に公知であり、文献に、たとえばグリーン(Green)著、「有機合成における保護基(Protective Groups in Organic Synthesis)」、ジョーン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley and Sons)、ニューヨーク(New York)(1981年)に記載されている。
【0067】
とりわけ好適な基Pは、CH
2=CH−C(O)−O−、CH
2=C(CH
3)−C(O)−O−、CH
2=CF−C(O)−O−、CH
2=CH−O−、(CH
2=CH)
2CH−O−C(O)−、(CH
2=CH)
2CH−O−、
【0069】
【化6】
又はそれらの保護誘導体である。さらなら好適な基Pは、ビニルオキシ、アクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、クロルアクリレート、オキセタン及びエポキシ基からなる群から、非常に好適にはアクリレート又はメタクリレート基から選択される。
【0070】
基Pの重合は、当業者に公知であり、文献、たとえばD.J.ブロア(D.J.Broer);G.チャラ(G.Challa);G.N.モル(G.N.Mol)著、マクロモレキュラー・ケミストリー(Macromol.Chem)、1991年、第192巻、p.59に記載されている方法に従って実施することができる。
【0071】
用語「スペーサ基」は先行技術で公知であり、好適なスペーサ基Spは当業者に公知である(たとえばピュア・アンド・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)第73巻(5)、p.888(2001年))を参照されたい。スペーサ基Spは好適には、P−Sp−がP−Sp’−X’[式中、
Sp’は、非置換であるか又はF、Cl、BrもしくはCNでモノ−もしくは多置換されている最大で30個までのC原子のアルキレンであり、1つ又は複数の非隣接CH
2基が、O及び/又はS原子が互いに直接結合しないようなやり方で−O−、−S−、−NH−、−NR
0−、−SiR
0R
00−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−OC(O)−O−、−S−C(O)−、−C(O)−S−、−CH=CH−又はC≡C−で、各場合に互いに独立して、置き換えられることがまた可能であり、
X’は、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)O−、−OC(O)−、−O−C(O)O−、−C(O)NR
0−、−NR
0−C(O)−、−NR
0−C(O)−NR
00−、−OCH
2−、−CH
2O−、−SCH
2−、−CH
2S−、−CF
2O−、−OCF
2―、―CF
2S−、−SCF
2−、−CF
2CH
2−、−CH
2CF
2−、−CF
2CF
2−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR
0−、−CY
1=CY
2−、−C≡C−、−CH=CH−C(O)O−、−OC(O)−CH=CH−又は単結合であり、
R
0及びR
00は互いに独立して、H又は1〜12個のC原子のアルキルであり、
Y
1及びY
2は互いに独立して、H、F、ClもしくはCNである]
であるような、式Sp’−X’のものである。
【0072】
X’は好適には、−O−、−S−、−OCH
2−、−CH
2O−、−SCH
2−、−CH
2S−、−CF
2O−、−OCF
2―、―CF
2S−、−SCF
2−、−CH
2CH
2−、−CF
2CH
2−、−CH
2CF
2−、−CF
2CF
2−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR
0−、−CY
1=CY
2−、−C≡C−又は単結合、特に−O−、−S−、−C≡C−、−CY
1=CY
2−又は単結合である。別の好適な実施形態ではX’は、−C≡C−又は−CY
1=CY
2−などの、共役系を形成することができる基、又は単結合である。
【0073】
典型的な基Sp’は、たとえば、−(CH
2)
p−、−(CH
2CH
2O)
q−CH
2CH
2−、−CH
2CH
2−S−CH
2CH
2−又は−CH
2CH
2−NH−CH
2CH
2−又は−(SiR
0R
00−O)
p−であり、pは2〜12の整数であり、qは1〜3の整数であり、R
0及びR
00は、上記において与えられた意味を有する。
【0074】
好適な基Sp’は、たとえばエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレ
ン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレン−チオエチレン、エチレン−N−メチル−イミノエチレン、1−メチルアルキレン、エテニレン、プロペニレン及びブテニレンである。
【0075】
好適には、式I中のR
3及びR
4は、1〜30個のC原子、好適には1〜20個のC原子の直鎖、分岐もしくは環状アルキルから選択され、アルキル中で1つ又は複数の非隣接C原子は、−O−、−S−、−C(O)−、−C(S)−、−C(O)−O−、−C(S)−O−、−C(S)−S−、−C(O)−S−、−O−C(O)−、−O−C(S)−、−S−C(S)−、−S−C(O)−、−CH=CH−又は−C≡C−で任意選択的に置き換えられ、アルキルは非置換であるか又はF、Cl、Br、IもしくはCNで置換されている。
【0076】
好適には式I中のX
3及びX
4はOである。
さらに好適には式I中のX
1及びX
2はOである。
式Iの好適な単位は、X
1及びX
2がO又はSであり、X
3及びX
4はOであるものである。
【0077】
式Iのさらに好適な単位は、X
1、X
2、X
3及びX
4がOであるものである。
式Iのさらに好適な単位は、X
1及びX
2がSであり、X
3及びX
4はOであるものである。
【0078】
式Iのさらに好適な単位は、X
1、X
2、X
3及びX
4がSであるものである。
本発明による好適なポリマーは、式II:
−[(Ar
1)
a−(U)
b−(Ar
2)
c−(Ar
3)
d]− II
[式中
Uは、式Iの単位であり、
Ar
1、Ar
2、Ar
3は、それぞれ同一でもしくは異なって、かつ互いに独立して、Uとは異なり、好適には5〜30の環原子を有し、好適には1つ又は複数の基R
Sで、任意選択的に置換されているアリールもしくはヘテロアリールであり、
R
Sは、それぞれ同一でもしくは異なって、F、Br、Cl、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(O)NR
0R
00、−C(O)X
0、−C(O)R
0、−C(O)OR
0、−NH
2、−NR
0R
00、−SH、−SR
0、−SO
3H、−SO
2R
0、−OH、−NO
2、−CF
3、−SF
5、任意選択的に置換されたシリル、任意選択的に置換されており、かつ1つ又は複数のヘテロ原子、又はP−Sp−を任意選択的に含む1〜40個のC原子のカルビルもしくはヒドロカルビルであり、
R
0及びR
00は、互いに独立してH又は任意選択的に置換されたC
1〜40カルビルもしくはヒドロカルビルであり、
Pは、重合性又は架橋性基であり、
Spはスペーサ基又は単結合であり、
X
0は、ハロゲン、好適にはF、ClもしくはBrであり、
a、b及びcは、それぞれ同一でもしくは異なって、0、1又は2であり、
dは、それぞれ同一でもしくは異なって、0又は1〜10の整数である]
の1つ又は複数の繰り返し単位を含み、
ここで、本ポリマーは、bが少なくとも1である式IIの少なくとも1つの繰り返し単位を含む。
【0079】
本発明によるさらに好適なポリマーは、式I又はIIの単位に加えて、任意選択的に置換されている単環式もしくは多環式アリールもしくはヘテロアリール基から選択される1つ又は複数の繰り返し単位を含む。
【0080】
これらの追加の繰り返し単位は、式III
−[(Ar
1)
a−(A
1)
b−(Ar
2)
c−(Ar
3)
d]− III
[式中、Ar
1、Ar
2、Ar
3、a、b、c及びdは、式IIにおいて定義された通りであり、A
1は、U及びAr
1〜3とは異なるアリールもしくはヘテロアリール基であり、5〜30の環原子を好適には有し、上記及び下記に定義されるような1つ又は複数の基R
Sで任意選択的に置換されており、かつ好適には電子受容体特性を有するアリールもしくはヘテロアリール基から選択される]
から好適には選択され、ここで、本ポリマーは、bが少なくとも1である式IIIの少なくとも1つの繰り返し単位を含む。
【0081】
R
Sは好適には、R
1又はR
3に対して与えられた意味の1つを有する。
本発明による共役ポリマーは、式IV:
【0082】
【化7】
[式中、
Aは、式IもしくはII又はその好適な亜式の単位であり、
Bは、Aとは異なり、任意選択的に置換されている1つ又は複数のアリールもしくはヘテロアリール基を含み、かつ式IIIから好適には選択される単位であり、
xは、>0かつ≦1であり、
yは、0≧かつ<1であり、
x+yは、1であり、
nは、1超の整数である]
から好適には選択される。
【0083】
式IVの好適なポリマーは、次式
*−[(Ar
1−U−Ar
2)
x−(Ar
3)
y]
n−
* IVa
*−[(Ar
1−U−Ar
2)
x−(Ar
3−Ar
3)
y]
n−
* IVb
*−[(Ar
1−U−Ar
2)
x−(Ar
3−Ar
3−Ar
3)
y]
n−
* IVc
*−[(Ar
1)
a−(U)
b−(Ar
2)
c−(Ar
3)
d]
n−
* IVd
*−([(Ar
1)
a−(U)
b−(Ar
2)
c−(Ar
3)
d]
x−[(Ar
1)
a−(A
1)
b−(Ar
2)
c−(Ar
3)
d]
y)
n−
* IVe
[式中、U、Ar
1、Ar
2、Ar
3、a、b、c及びdはそれぞれ同一でもしくは異なって、式IIにおいて与えられた意味の1つを有し、A
1はそれぞれ同一でもしくは異なって、式IIIにおいて与えられた意味の1つを有し、x、y及びnは、式IVにおいて定義された通りである]
から選択され、ここで、これらのポリマーは交互もしくはランダムコポリマーであり得、かつ、式IVd及びIVeにおいて繰り返し単位[(Ar
1)
a−(U)
b−(Ar
2)
c−(Ar
3)
d]の少なくとも1つで、及び繰り返し単位[(Ar
1)
a−(A
1)
b−(Ar
2)
c−(Ar
3)
d]の少なくとも1つでbは少なくとも1である。
【0084】
本発明によるポリマーでは、繰り返し単位の総数nは好適には2〜10,000である。繰り返し単位の総数は好適には、5以上、非常に好適には10以上、最適には50以上、かつ好適には500以下、非常に好適には1,000以下、最適には2,000以下であり、nの前述の下限及び上限の任意の組み合わせを含む。
【0085】
本発明のポリマーには、ホモポリマー及び、統計もしくはランダムコポリマー、交互コ
ポリマー及びブロックコポリマーのようなコポリマー、ならびにそれらの組み合わせが含まれる。
【0086】
次の群:
− 単位U又は(Ar
1−U)又は(Ar
1−U−Ar
2)又は(Ar
1−U−Ar
3)又は(U−Ar
2−Ar
3)又は(Ar
1−U−Ar
2−Ar
3)のホモポリマーからなる群A(すなわち、すべての繰り返し単位が同一である場合)、
− 同一単位(Ar
1−U−Ar
2)及び同一単位(Ar
3)によって形成されるランダム又は交互コポリマーからなる群B、
− 同一単位(Ar
1−U−Ar
2)及び同一単位(A
1)によって形成されるランダム又は交互コポリマーからなる群C、
− 同一単位(Ar
1−U−Ar
2)及び同一単位(Ar
1−A
1−Ar
2)によって形成されるランダム又は交互コポリマーからなる群D、
[式中、すべてのこれら群においてU、A
1、Ar
1、Ar
2及びAr
3は、上に又は下に定義される通りであり、群A、B及びCにおいてAr
1、Ar
2及びAr
3は、単結合とは異なり、群DにおいてAr
1及びAr
2の1つはまた、単結合を表してもよい]
から選択されるポリマーがとりわけ好適である。
【0087】
式IV及びIVa〜IVeの好適なポリマーは、式V
R
5−鎖−R
6 V
[式中、「鎖」は、式IV又は式IVa〜IVeのポリマー鎖を表し、R
5及びR
6は互いに独立して、上に定義されたようなR
1の意味の1つを有し、互いに独立して、H、F、Br、Cl、I、−CH
2Cl、−CHO、−CR’=CR’’
2、−SiR’R’’R’’’、−SiR’X’X’’、−SiR’R’’X’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)
2、−O−SO
2−R’、−C≡CH、−C≡C−SiR’
3、−ZnX’、P−Sp−又はエンドキャップ基を好適には表し、ここで、P及びSpは、式IIにおいて定義された通りであり、X’及びX’’はハロゲンを表し、R’、R’’及びR’’’は互いに独立して、式Iにおいて与えられたR
0の意味の1つを有し、R’、R’’及びR’’’の2つはまた、それらが結合しているヘテロ原子と一緒に環を形成してもよい]
から選択される。
【0088】
式IV、IVa〜IVe及びVで表されるポリマーにおいて、xは、単位Aのモル分率を表し、yは、単位Bのモル分率を表し、nは、重合度又は単位A及びBの総数を表す。これらの式には、A及びBのブロックコポリマー、ランダムもしくは統計コポリマー及び交互コポリマー、ならびにxが0超であり、yが0である場合についてAのホモポリマーが含まれる。
【0089】
本発明の別の態様は、式VI
R
5−(Ar
1)
a−U−(Ar
2)
b−R
6 VI
[式中、U、Ar
1、Ar
2、R
5、R
6、a及びbは、式II,Vの意味、又は上記及び下記に記載されるような好適な意味の1つを有する]
のモノマーに関する。
【0090】
次式
R
5−Ar
1−U−Ar
2−R
6 VI1
R
5−U−R
6 VI2
R
5−Ar
1−U−R
6 VI3
R
5−U−Ar
2−R
6 VI4
[式中、U、Ar
1、Ar
2、R
5及びR
6は、式VIにおいて定義された通りである]
のモノマーとがとりわけ好適である。
【0091】
式VI[式中、R
5及びR
5は、好適には互いに独立して、Cl、Br、I、O−トシレート、O−トリフレート、O−メシレート、O−ノナフレート、−SiMe
2F、−SiMeF
2、−O−SO
2Z
1、−B(OZ
2)
2、−CZ
3=C(Z
3)
2、−C≡CH、−C≡CSi(Z
1)
3、−ZnX
0及び−Sn(Z
4)
3(ここで、X
0は、ハロゲン、好適にはCl、BrもしくはIであり、Z
1〜4は、それぞれ任意選択的に置換されている、アルキル及びアリールからなる群から選択され、2つの基Z
2はまた、環状基を一緒に形成してもよい)から選択される]のモノマーがとりわけ好適である。
【0092】
R
1及び/又はR
2は好適には互いに独立して、非置換であるか又は1つ又は複数のF原子で置換されている1〜20個のC原子の直鎖もしくは分岐アルキルを表す。
式I、II、III、IV、IVa〜IVe、V、VI及びそれらの亜式の繰り返し単位、モノマー及びポリマーがとりわけ好ましく、式中、Ar
1、Ar
2及びAr
3の1つ又は複数は、次式
【0093】
【化8】
[式中、X
11及びX
12の一方はSであり、他方はSeであり、R
11、R
12、R
13、R
14、R
15、R
16、R
17及びR
18は互いに独立して、Hを表すか又は上にもしくは下に定義されるようなR
3の意味の1つを有する]
からなる群から選択され、好適には電子供与体特性を有する、アリールもしくはヘテロアリールを表す。
【0094】
Ar
1、Ar
2及びAr
3の1つ又は複数は好適には、式D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D19、D21、D23、D28、D29及びD30からなる群から、非常に好適には式D1、D2、D3、D5、D19及びD28から選択される。
【0095】
別の好適な実施形態では、式D1においてR
11及びR
12は、H又はFを表す。本発明の別の好適な実施形態では、式D2、D5、D6、D19、D20及びD28においてR
11及びR
12は、H又はFを表す。
【0096】
式I、II、III、IV、IVa〜IVe、V、VI及びそれらの亜式の繰り返し単位、モノマー及びポリマーがさらに好ましく、式中、Ar
3及びA
1の1つ又は複数は、次式
【0097】
【化9】
[式中、X
11及びX
12の一方はSであり、他方はSeであり、R
11、R
12、R
13、R
14及びR
15は互いに独立して、Hを表すか又は上にもしくは下に定義されるようなR
3の意味の1つを有する]
からなる群から選択され、好適には電子受容体特性を有する、アリールもしくはヘテロアリールを表す。
【0098】
Ar
3及びA
1の1つ又は複数は好適には、式A1、A2、A3、A4、A5、A38及びA44からなる群から、非常に好適には式A2及びA3から選択される。
好適な実施形態の次のリスト:
− X
3及びX
4はOである、
− X
1及びX
2はOである、
− X
1、X
2、X
3及びX
4はOである、
− X
1及びX
2はSであり、X
3及びX
4はOである、
− X
1、X
2、X
3及びX
4はSである、
− X
1及びX
2はO又はSであり、X
3及びX
4はOである、
− yは、≧0かつ≦1である
− 好適にはすべての繰り返し単位において、b=d=1かつa=c=0である、
− 好適にはすべての繰り返し単位において、a=b=c=d=1である、
− 好適にはすべての繰り返し単位において、a=b=d=1かつc=0である、
− 好適にはすべての繰り返し単位において、a=b=c=1かつd=0である、
− 好適にはすべての繰り返し単位において、a=c=2、b=1かつd=0である、
− 好適にはすべての繰り返し単位において、a=c=2かつb=d=1である、
− nは、少なくとも5、好適には少なくとも10、非常に好適には少なくとも50、及び最大で2,000まで、好適には最大で500までである。
【0099】
− M
wは、少なくとも5,000、好適には少なくとも8,000、非常に好適には少なくとも10,000、及び好適には最大で300,000まで、非常に好適には最大で100,000までである、
− R
1及び/又はR
2は互いに独立して、1〜30個のC原子、好適には1〜20個のC原子の第一アルキル、3〜30個のC原子の第二アルキル、及び4〜30個のC原子の第三アルキルからなる群から選択され、ここで、すべてのこれらの基において1個又は複数個のH原子が任意選択的にFで置き換えられている、
− R
3及び/又はR
4はHを表す、
− R
3及び/又はR
4は互いに独立して、1〜30個のC原子の第一アルキル又はアルコキシ、3〜30個のC原子の第二アルキル又はアルコキシ、及び4〜30個のC原子の第三アルキル又はアルコキシからなる群から選択され、ここで、すべてのこれらの基において1個又は複数個のH原子が任意選択的にFで置き換えられている、
− R
3及び/又はR
4は互いに独立して、アリール、ヘテロアリール、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシからなる群から選択され、それらのそれぞれは、任意選択的にアルキル化又はアルコキシル化されており、4〜30の環原子を有する、
− R
3及び/又はR
4は互いに独立して、それらのすべてが直鎖もしくは分岐であり、任意選択的にフッ素化されており、1〜30個のC原子を有する、アルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシ、ならびにそれらのすべてが任意選択的にアルキル化又はアルコキシル化されており、4〜30の環原子を有するアリール、アリールオキシ、ヘテロアリール及びヘテロアリールオキシからなる群から選択される、
− R
3及び/又はR
4は互いに独立して、F、Cl、Br、I、CN、R
7、−C(O)−R
7、−C(O)−O−R
7、もしくは−O−C(O)−R
7(ここで、R
7は、1〜30個のC原子の直鎖、分岐もしくは環状アルキルであり、アルキル中で1つ又は複数の非隣接C原子が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−CR
0=CR
00−もしくは−C≡C−で任意選択的に置き換えられており、アルキル中で1つ又は複数のH原子が、F、Cl、Br、IもしくはCNで任意選択的に置き換えられている)を表すか、又はR
3及び/又はR
4は互いに独立して、4〜30の環原子を有するアリール、アリールオキシ、ヘテロアリールもしくはヘテロアリールオキシを表し、それは、非置換であるか又は1つ又は複数のハロゲン原子でもしくは上に定義されたような1つ又は複数の基R
7、−C(O)−R
7、−C(O)−O−R
7、もしくは−O−C(O)−R
7で置換されている、
− R
7は、1〜30個のC原子の、非常に好適には1〜15個のC原子の第一アルキル、3〜30個のC原子の第二アルキル、又は4〜30個のC原子の第三アルキルであり、ここで、すべてのこれらの基において1個又は複数個のH原子がFで任意選択的に置き換えられている、
− R
0及びR
00は、H又はC
1〜C
10アルキルから選択される、
− R
5及びR
6は、H、ハロゲン、−CH
2Cl、−CHO、−CH=CH
2−SiR’R’’R’’’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)
2、P−Sp、C
1〜C
20アルキル、C
1〜C
20アルコキシ、C
2〜C
20アルケニル、C
1〜C
20フルオロアルキル及び任意選択的に置換されたアリールもしくはヘテロアリールから選択される、
− R
5及びR
6は、好適には互いに独立して、Cl、Br、I、O−トシレート、O
−トリフレート、O−メシレート、O−ノナフレート、−SiMe
2F、−SiMeF
2、−O−SO
2Z
1、−B(OZ
2)
2、−CZ
3=C(Z
4)
2、−C≡CH、−C≡CSi(Z
1)
3、−ZnX
0及び−Sn(Z
4)
3(ここで、X
0はハロゲンであり、Z
1〜4は、それぞれ任意選択的に置換されている、アルキル及びアリールからなる群から選択され、2つの基Z
2はまた、環状基を形成してもよい)から選択される
から選択される式I、II、III、IV、IVa〜IVe、V、VI及びそれらの亜式の繰り返し単位、モノマー及びポリマーがさらに好適である。
【0101】
【化10】
[式中、R
1、R
2、R
3及びR
4は、式Iにおいて与えられた意味又は上記及び下記において与えられる好適な意味の1つを有し、n、x及びyは、式IVにおいて与えられた意味を有し、R
21、R
22、R
23、R
24、R
25及びR
26は互いに独立して、R
3の意味の1つを有する]
から選択される。
【0102】
R
22及びR
23がHを表す式I1〜
I17のポリマーが好適である。R
21、R
22、R
23及びR
24がHを表す式I1〜
I17のポリマーがさらに好適である。R
25及びR
26がHとは異なる式I1〜
I17のポリマーがさらに好適である。R
21、R
22、R
23及びR
24がHを表し、R
25及びR
26がHとは異なる式I1〜
I17のポリマーがさらに好適である。R
25及びR
26がHとは異なる場合、それらは好適には、それらのすべてが直鎖もしくは分岐であり、任意選択的にフッ素化されており、かつ1〜30個のC原子を有する、アルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシと、それらのすべてが任意選択的にアルキル化もしくはアルコキシル化され、かつ4〜30の環原子を有する、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール及びヘテロアリールオキシとから選択される。
【0103】
本発明のポリマーは、当業者に公知であり、文献に記載されている方法に従って又は方法と類似して合成することができる。他の製造方法は、実施例から入手することができる。たとえば、それらは、山本(Yamamoto)カップリング、鈴木(Suzuki)カップリング、スティル(Stille)カップリング、薗頭(Sonogashira)カップリング、ヘック(Heck)カップリング又はブッフバルト(Buchwald)カップリングなどの、アリール−アリールカップリングによって好適に製造することができる。鈴木カップリング及び山本カップリングがとりわけ好適である。
【0104】
ポリマーの繰り返し単位を形成するために重合させられるモノマーは、当業者に公知である方法に従って製造することができる。
ポリマーは、好適には、式Iaのモノマー又は上記及び下記に記載されるようなその好適な実施形態から製造される。
【0105】
本発明の別の態様は、式Iの1つ又は複数の同一のもしくは異なるモノマー単位又は式
Iaのモノマーを、重合反応で、好適にはアリール−アリールカップリング反応で互いに及び/又は1つ又は複数のコモノマーとカップリングさせることによるポリマーの製造方法である。
【0106】
好適な及び好適なコモノマーは、次式
R
5−(Ar
1)
a−A
1−(Ar
2)
c−R
6 C
R
5−Ar
1−R
6 D
R
5−Ar
3−R
6 E
[式中、Ar
1、Ar
2、Ar
3、a及びcは、式IIの意味の1つ又は上記及び下記において与えられる好適な意味の1つを有し、A
1は、式IIIの意味の1つ又は上記及び下記において与えられる好適な意味の1つを有し、R
5及びR
6は、式Vの意味の1つ又は上記及び下記において与えられる好適な意味の1つを有する]
から選択される。
【0107】
式VI又は式VI1〜VI4から選択される1つ又は複数のモノマーを、アリール−アリールカップリング反応で、式Cの1つ又は複数のモノマーと、及び任意選択的に式D及びEから選択される1つ又は複数のモノマーとカップリングさせることによるポリマーの製造方法が非常に好適である。
【0108】
たとえば、本発明の第1の好適な実施形態は、式VI1
R
5−Ar
1−U−Ar
2−R
6 VI1
のモノマーを、アリール−アリールカップリング反応で式C1
R
5−A
1−R
6 C1
のモノマーとカップリングさせることによるポリマーの製造方法に関する。
【0109】
本発明の第2の好適な実施形態は、式VI2
R
5−U−R
6 VI2
のモノマーを、アリール−アリールカップリング反応で式C2
R
5−Ar
1−A
1−Ar
2−R
6 C2
のモノマーとカップリングさせることによるポリマーの製造方法に関する。
【0110】
本発明の第3の好適な実施形態は、式VI2
R
5−U−R
6 VI2
のモノマーを、アリール−アリールカップリング反応で式C1
R
5−A
1−R
6 C1
のモノマー及び式D1
R
5−Ar
1−R
6 D1
のモノマーとカップリングさせることによるポリマーの製造方法に関する。
【0111】
上記及び下記に記載される方法に用いられる好適なアリール−アリールカップリング法は、山本カップリング、熊田(Kumada)カップリング、根岸(Negishi)カップリング、鈴木カップリング、スティル(Stille)カップリング、薗頭カップリング、ヘック(Heck)カップリング、C−H活性化カップリング、ウルマン(Ullmann)カップリング又はブッフバルト(Buchwald)カップリングである。鈴木カップリング、根岸カップリング、スティル(Stille)カップリング及び山本カップリングがとりわけ好適である。鈴木カップリングは、たとえば国際公開第00/53656 A1号パンフレットに記載されている。根岸カップリングは、たとえばジャーナル・オブ・ザ・ケミカル・ソサエティ、ケミカル・コミュニケーションズ(J.Chem.Soc.,Chem.Commun.)、1977年、p.683〜684に記載されている。山本カップリングは、たとえばT.山本ら著、プログレス・イン・ポリマー・サ
イエンス(Prog.Polym.Sci.)、1993年、第17巻、p.1153〜1205、又は国際公開第2004/022626 A1号パンフレットに記載されており、スティル(Stille)カップリングは、たとえばZ.バオ(Z.Bao)ら著、ジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ(J.Am.Chem.Soc.)、1995年、第117巻、p.12426〜12435に記載されている。たとえば、山本カップリングを用いるときには、2つの反応性ハライド基を有するモノマーが好適には使用される。鈴木カップリングを用いるときには、2つの反応性ボロン酸もしくはボロン酸エステル基又は2つの反応性ハライド基を有する式IIの化合物が好適には使用される。スティル(Stille)カップリングを用いるときには、2つの反応性スタナン基又は2つの反応性ハライド基を有するモノマーが好適には使用される。根岸カップリングを用いるときには、2つの反応性有機亜鉛基又は2つの反応性ハライド基を有するモノマーが好適には使用される。
【0112】
とりわけ鈴木、根岸又はスティル(Stille)カップリングにとって、好適な触媒は、Pd(0)錯体又はPd(II)塩から選択される。好適なPd(0)錯体は、Pd(Ph
3P)
4などの少なくとも1つのホスフィン配位子を有するものである。
【0113】
別の好適なホスフィン配位子は、トリス(オルト−トリル)ホスフィン、すなわちPd(o−Tol
3P)
4である。好適なPd(II)塩には、酢酸パラジウム、すなわちPd(OAc)
2が含まれる。あるいはPd(0)錯体は、Pd(0)ジベンジリデンアセトン錯体、たとえばトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、又はPd(II)塩、たとえば酢酸パラジウムを、ホスフィン配位子、たとえばトリフェニルホスフィン、トリス(オルト−トリル)ホスフィン又はトリ(第三ブチル)ホスフィンと混合することによって調製することができる。鈴木重合は、塩基、たとえば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化リチウム、リン酸カリウム、又は炭酸テトラエチルアンモニウムもしくは水酸化テトラエチルアンモニウムなどの有機塩基の存在下で行われる。山本重合は、Ni(0)錯体、たとえばビス(1,5−シクロオクタジエニル)ニッケル(0)を用いる。
【0114】
鈴木及びスティル(Stille)重合は、統計、交互及びブロックランダム・コポリマーだけでなく、ホモポリマーを製造するために用いられてもよい。統計もしくはブロックコポリマーは、たとえば式VIもしくはその亜式[式中、反応基R
5及びR
6の1つはハロゲンであり、他の反応基はボロン酸、ボロン酸誘導体基又は及びアルキルスタナンである]の上記のモノマーから製造することができる。統計、交互及びブロックコポリマーの合成は、たとえば国際公開第03/048225 A2号パンフレット又は国際公開第2005/014688 A2号パンフレットに詳細に記載されている。
【0115】
上記のようなハロゲンに代わるものとして、式−O−SO
2Z
1[式中、Z
1は上に記載された通りである]の脱離基を使用することができる。かかる脱離基の特定の例は、トシレート、メシレート及びトリフレートである。
【0116】
式I、II、III、IV、V及びVIの繰り返し単位、モノマー、及びポリマーのとりわけ好適な、好適な合成方法は、本明細書で以下に示される合成スキームに例示され、式中、R
3,4及びAr
1,2は、式I及びIIにおいて定義された通りであり、Rはアルキル基である。
【0117】
4,8−ビス(エステル)ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェンジブロミド・モノマーの合成は、スキーム1に下で示される。ケトン遊離体の合成は、文献に、たとえば国際公開第2008/011957 A1号パンフレットに記載されている。
【0118】
スキーム1
【化11】
4,8−ビス(エステル)ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェンの交互共重合についての合成スキームは、スキーム2に示される。
【0119】
スキーム2
【化12】
4,8−ビス(エステル)ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェンの統計ブロック共重合についての合成スキームは、スキーム3に示される。
【0120】
スキーム3
【化13】
上記及び下記に記載されるようなモノマー及びポリマーの新規製造方法は、本発明の別の態様である。
【0121】
本発明による化合物及びポリマーはまた、混合物又はポリマーブレンドで、たとえばモノマー化合物と一緒にもしくは電荷輸送、半導体、導電、光伝導及び/又は発光半導体特性を有する他のポリマーと一緒に、又はたとえば、OLEDデバイスでの中間層もしくは電荷ブロッキング層としての使用のための正孔ブロッキングもしくは電子ブロッキング特性を有するポリマーと共に使用することができる。従って、本発明の別の態様は、本発明
による1つ又は複数のポリマーと、上述の特性の1つ又は複数を有する1つ又は複数のさらなるポリマーとを含むポリマーブレンドに関する。これらのブレンドは、先行技術に記載され、かつ当業者に公知である従来法によって調製することができる。典型的にはポリマーは、互いに混合されるか又は好適な溶媒に溶解され、溶液が組み合わせられる。
【0122】
本発明の別の態様は、上記及び下記に記載されるような1つ又は複数の小分子、ポリマー、混合物又はポリマーブレンドと1つ又は複数の有機溶媒とを含む調合物に関する。
好適な溶媒は、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素、芳香族炭化水素、ケトン、エーテル及びそれらの混合物である。使用することができる追加の溶媒には、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、ペンチルベンゼン、メシチレン、クメン、シメン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン、デカリン、2,6−ルチジン、2−フルオロ−m−キシレン、3−フルオロ−o−キシレン、2−クロロベンゾトリフルオリド、N,N−ジメチルホルムアミド、2−クロロ−6−フルオロトルエン、2−フルオロアニソール、アニソール、2,3−ジメチルピラジン、4−フルオロアニソール、3−フルオロアニソール、3−トリフルオロメチルアニソール、2−メチルアニソール、フェネトール、4−メチルアニソール、3−メチルアニソール、4−フルオロ−3−メチルアニソール、2−フルオロベンゾニトリル、4−フルオロベラトロール、2,6−ジメチルアニソール、3−フルオロベンゾニトリル、2,5−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール、ベンゾニトリル、3,5−ジメチル−アニソール、N,N−ジメチルアニリン、安息香酸エチル、1−フルオロ−3,5−ジメトキシ−ベンゼン、1−メチルナフタレン、N−メチルピロリジノン、3−フルオロベンゾ−トリフルオリド、ベンゾトリフルオリド、ジオキサン、トリフルオロメトキシ−ベンゼン、4−フルオロベンゾトリフルオリド、3−フルオロピリジン、トルエン、2−フルオロ−トルエン、2−フルオロベンゾトリフルオリド、3−フルオロトルエン、4−イソプロピルビフェニル、フェニルエーテル、ピリジン、4−フルオロトルレン、2,5−ジフルオロトルエン、1−クロロ−2,4−ジフルオロベンゼン、2−フルオロピリジン、3−クロロフルオロベンゼン、1−クロロ−2,5−ジフルオロベンゼン、4−クロロフルオロベンゼン、クロロ−ベンゼン、o−ジクロロベンゼン、2−クロロフルオロベンゼン、p−キシレン、m−キシレン、o−キシレンもしくはo−、m−、及びp−異性体の混合物が含まれる。比較的低い極性の溶媒が一般に好適である。インクジェット印刷のためには、高い沸騰温度の溶媒及び溶媒混合物が好適である。スピンコーティングのためには、キシレン及びトルエンのようなアルキル化ベンゼンが好適である。
【0123】
とりわけ好適な溶媒の例には、ジクロロメタン、トリクロロメタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、アニソール、モルホリン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、1,4−ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラリン、デカリン、インダン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、メシチレン及び/又はそれらの混合物が挙げられるがこれに限定されるものではない。
【0124】
溶液中の化合物又はポリマーの濃度は、好適には0.1〜10重量%、より好適には0.5〜5重量%である。任意選択的に、溶液はまた、たとえば国際公開第2005/055248 A1号パンフレットに記載されているように、レオロジー特性を調整するための1つ又は複数のバインダーを含む。
【0125】
適切な混合及び熟成の後に、溶液は、次のカテゴリーの1つとして評価される:完全溶液、ボーダライン溶液又は不溶性。等高線が、溶解性と不溶性とを分ける溶解度パラメータ−水素結合限界の概要を示すために引かれる。溶解性領域内に入る「完全」溶媒は、「
クラウリー、J.D.(Crowley、J.D.)、ティーグ、G.S.ジュニア(Teague,G.S.Jr.)及びレーベ、J.W.ジュニア(Lowe,J.W.Jr.)著、ジャーナル・オブ・ペイント・テクノロジー(Journal of Paint Technology)、1966年、第38(496)巻、p.296」に公表されているなどの文献値から選ぶことができる。溶媒ブレンドがまた使用されてもよく、「溶媒(Solvents)、W.H.エリス(W.H.Ellis)著、フェデレーション・オブ・ソサエティーズ・フォー・コーティングス・テクノロジー(Federation of Societies for Coatings Technology)、p.9〜10、1986年」に記載されているように特定することができる。かかる手順は、ブレンド中に少なくとも1つの真溶媒を有することが望ましいが、本発明のポリマーを両方とも溶解させるであろう「非」溶媒のブレンドをもたらす場合がある。
【0126】
本発明による化合物及びポリマーはまた、上記及び下記に記載されるようなデバイスでのパターン化OSC層に使用することができる。近代マイクロエレクトロニクスでの用途向けには、コスト(より多くのデバイス/単位面積)、及び電力消費を削減するために小さい構造又はパターンを生み出すことが一般に望ましい。本発明によるポリマーを含む薄層のパターン化は、たとえばフォトリソグラフィー、電子ビームリソグラフィー又はレーザパターン化によって実施することができる。
【0127】
電子又は電気光学デバイスでの薄層としての使用のためには、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は調合物は、任意の好適な方法によって堆積させされてもよい。デバイスの液体コーティングは、真空蒸着技術よりも望ましい。溶液堆積法がとりわけ好適である。本発明の調合物は、多数の液体コーティング技術の使用を可能にする。好適な堆積技術には、浸漬コーティング、スピンコーティング、インクジェット印刷、ノズル印刷、活版印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、ドクタブレードコーティング、ローラ印刷、反転ローラ印刷、オフセットリソグラフィー印刷、ドライオフセットリソグラフィー印刷、フレキソ印刷、ウェブ印刷、スプレーコーティング、カーテンコーティング、ブラシコーティング、スロットダイコーティング又はパッド印刷が含まれるがこれに限定されるものではない。
【0128】
インクジェット印刷は、高解像度層及びデバイスが製造される必要があるときには特に好適である。本発明の選択された調合物は、あらかじめ製造されたデバイス基板にインクジェット印刷又はマイクロディスペンシングによって適用されてもよい。好適には、アプリオン(Aprion)、日立工機株式会社、インクジェット・テクノロジー(InkJet Technology)、オン・ターゲット・テクノロジー(On Target
Technology)、ピコジェット(Picojet)、スペクトラ(Spectra)、トリデント(Trident)、ザール(Xaar)によって供給されるもののなどの、しかしそれらに限定されない工業圧電印刷ヘッドが、有機半導体層を基板に適用するために用いられてもよい。さらに、ブラザー(Brother)、エプソン(Epson)、コニカ(Konica)、セイコー・インスツルメント東芝TEC(Seiko
Instruments Toshiba TEC)によって製造されるものなどの準工業ヘッド又はマイクロドロップ(Microdrop)及びマイクロファブ(Microfab)によって製造されるものなどのシングルノズル・マイクロディスペンサーが用いられてもよい。
【0129】
インクジェット印刷又はマイクロディスペンシングによって適用されるために、化合物又はポリマーは、好適な溶媒に先ず溶解されるべきである。溶媒は、上述の要件を満たさなければならず、選ばれた印刷ヘッドにいかなる有害な影響も及ぼしてはならない。さらに、溶媒は、印刷ヘッド内部で完全に乾く溶液によって引き起こされる操作問題を防ぐために100℃超、好適には140℃超、より好適には150℃超の沸点を有するべきであ
る。上述の溶媒は別として、好適な溶媒には、置換及び非置換キシレン誘導体、ジ−C
1〜2アルキルホルムアミド、置換及び非置換アニソール及び他のフェノール−エーテル誘導体、置換ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピロリジノンなどの置換複素環化合物、置換及び非置換N,N−ジ−C
1〜2アルキルアニリン及び他のフッ素化もしくは塩素化芳香族化合物が含まれる。
【0130】
インクジェット印刷によって本発明による化合物又はポリマーを堆積させるための好適な溶媒は、1つ又は複数の置換基で置換されたベンゼン環を有するベンゼン誘導体であって、1つ又は複数の置換基中の炭素原子の総数が少なくとも3つであるベンゼン誘導体を含む。たとえば、ベンゼン誘導体は、いずれにしても少なくとも3個の炭素原子が合計で存在する、プロピル基又は3つのメチル基で置換されていてもよい。かかる溶媒は、化合物又はポリマーと共に溶媒を含むインクジェット流体が形成されることを可能にし、それはジェットの閉塞及びスプレー中の成分の分離を減少させるか又は防ぐ。溶媒には、次のリストの例から選択されるものが含まれてもよい:ドデシルベンゼン、1−メチル−4−第三ブチルベンゼン、テルピネオール、リモネン、イソデュレン、テルピノレン、シメン、ジエチルベンゼン。溶媒は、各溶媒が好適には100℃超、より好適には140℃超の沸点を有する、2つ以上の溶媒の組み合わせである、溶媒混合物であってもよい。かかる溶媒はまた、堆積された層でのフィルム形成を高め、かつ、層における欠陥を低減する。
【0131】
インクジェット流体(溶媒、バインダー、及び半導体化合物との混合物である)は好適には、20℃で1〜100mPa・s、より好適には1〜50mPa・s、最適には1〜30mPa・sの粘度を有する。
【0132】
本発明によるポリマーブレンド及び調合物は、界面活性化合物、平滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水化剤、接着剤、流動性向上剤、消泡剤、脱気剤、反応性であっても非反応性であってもよい希釈剤、補助剤、ナノ粒子、着色剤、染料もしくは顔料、さらに、架橋性バインターが使用される場合にはとりわけ、触媒、増感剤、安定剤、阻害剤、連鎖移動剤又は共反応モノマーからたとえば選択される1つ又は複数のさらなる成分又は添加剤をさらに含むことができる。
【0133】
本発明による化合物及びポリマーは、光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンスもしくは光輝性構成要素もしくはデバイスでの電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料として有用である。これらのデバイスでは、本発明のポリマーは典型的には、薄層又はフィルムとして適用される。
【0134】
従って、本発明はまた、電子デバイスでの半導体化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、調合物又は層の使用を提供する。調合物は、様々なデバイス及び装置での高移動性半導体材料として使用されてもよい。調合物は、たとえば、半導電層又はフィルムの形態で使用されてもよい。従って、別の態様では、本発明は、電子デバイスでの使用のための半導電層を提供し、この層は、本発明による化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は調合物を含む。層又はフィルムは、約30マイクロメートル(ミクロン)未満であってもよい。様々な電子デバイス用途向けには、この厚さは約1マイクロメートル(ミクロン)厚さ未満であってもよい。この層は、前述の溶液コーティング又は印刷技術のいずれかによって、たとえば電子デバイスの一部上に堆積させられてもよい。
【0135】
本発明はさらに、本発明による化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、調合物又は有機半導電層を含む電子デバイスを提供する。とりわけ好適なデバイスは、OFET、TFT、IC、論理回路、キャパシタ、RFIDタグ、OLED、OLET、OPED、OPV、OPD、太陽電池、レーザダイオード、光伝導体、光検出器、電子写真装置、電子写真記録装置、有機記憶装置、センサデバイス、電荷注入層、ショットキー(Schttky
)ダイオード、平坦化層、帯電防止フィルム、導電性基板及び導電性パターンである。
【0136】
とりわけ好適な電子デバイスは、OFET、OLED及びOPVデバイス、特にバルクヘテロ接合(BHJ)OPVデバイス及びOPDデバイスである。OFETでは、たとえば、ドレインとソースとの間の活性半導体チャネルが、本発明の層を含んでもよい。別の例として、OLEDデバイスでは、電荷(正孔もしくは電子)注入又は輸送層が本発明の層を含んでもよい。
【0137】
OPV又はOPDデバイスでの使用のためには、本発明によるポリマーは、p型(電子供与体)半導体及びn型(電子受容体)半導体を含むもしくは含有する、より好適にはそれらから本質的になる、非常に好適にはそれらのみからなる調合物で好適には使用される。p型半導体は、本発明によるポリマーで構成される。n型半導体は、酸化亜鉛(ZnO
x)、酸化亜鉛スズ(ZTO)、酸化チタン(TiO
x)、酸化モリブデン(MoO
x)、酸化ニッケル(NiO
x)、もしくはセレン化カドミウム(CdSe)などの無機材料、又はグラフェン又はフラーレンもしくは置換フラーレンなどの有機材料、たとえばICBAのようなインデン−C
60フラーレンビスアダクト、もしくは、たとえばG.ユ(G.Yu)、J.ガオ(J.Gao)、J.C.フムメレン(J.C.Hummelen)、F.ウドル(F.Wudl)、A.J.ヒーガー(A.J.Heeger)著、サイエンス(Science)1995年、第270巻、p.1789ffに開示され、かつ下に示される構造を有するような、「PCBM−C
60」もしくは「C
60PCBM」としても知られる、(6,6)−フェニル−酪酸メチルエステル誘導体化メタノC
60フラーレン、もしくはたとえばC
61フラーレン群、C
70フラーレン群、もしくはC
71フラーレン群との構造類似化合物、もしくは有機ポリマー(たとえばコークレイ、K.M.(Coakley,K.M.)及びマックゲヒー、M.D.(McGehee,M.D.)著、ケミストリー・オブ・マテリアルズ(Chem.Mater.)2004年、第16巻、p.4533を参照されたい)であり得る。
【0138】
【化14】
本発明によるポリマーは好適には、OPV又はOPDデバイスでの活性層を形成するために、たとえばPCBM−C
60、PCBM−C
70、PCBM−C
61、PCBM−C
71、ビス−PCBM−C
61、ビス−PCBM−C
71、ICBA(1’,1’’,4’,4’’−テトラヒドロ−ジ[1,4]メタノナフタレノ[1,2:2’,3’;56,60:2’’,3’’][5,6]フラーレン−C60−Ih)のような、フラーレンもしくは置換フラーレン、グラフェン、又は、たとえばZnO
x、TiO
x、ZTO、MoO
x、NiO
xのような、金属酸化物などのn型半導体とブレンドされる。デバイスは好適には、活性層の片側で透明もしくは半透明基板上に第1の透明もしくは半透明電極と、活性層の反対側に第2の金属もしくは半透明電極とをさらに含む。
【0139】
さらに好適にはOPV又はOPDデバイスは、活性層と第1もしくは第2電極との間に
、正孔輸送層及び/又は電子ブロッキング層として機能する1つ又は複数の追加の緩衝層を含み、緩衝層は、たとえば、ZTO、MoO
x、NiO
xのような、金属酸化物、たとえばPEDOT:PSSのような、共役ポリマー電解質、たとえばポリトリアリールアミン(PTAA)のような、共役ポリマー、たとえばN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(1−ナフチル)(1,1’−ビフェニル)−4,4’ジアミン(NPB)、N,N’−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)のような有機化合物を含むか、又はあるいは正孔ブロッキング層及び/又は電子輸送層として、緩衝層は、たとえばZnO
x、TiO
xのような、金属酸化物、たとえばLiF、NaF、CsFのような、塩、たとえばポリ[3−(6−トリメチルアンモニウムヘキシル)チオフェン]、ポリ(9,9−ビス(2−エチルヘキシル)−フルオレン)−b−ポリ[3−(6−トリメチルアンモニウムヘキシル)チオフェン]、もしくはポリ[(9,9−ビス(3’−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル)−2,7−フルオレン)−アルト−2,7−(9,9−ジオクチルフルオレン)]のような、共役ポリマー電解質又は、たとえばトリス(8−キノリノラト)−アルミニウム(III)(Alq
3)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリンのような有機化合物を含む。
【0140】
本発明によるポリマーとフラーレンもしくは変性フラーレンとのブレンドもしくは混合物において、ポリマー:フレーレンの比は、好適には重量で5:1〜1:5、より好適には重量で1:1〜1:3、最適には重量で1:1〜1:2である。ポリマーバインダーがまた、5〜95重量%含められてもよい。バインダーの例には、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルメタクリレート(PMMA)が挙げられる。
【0141】
BHJ OPVデバイスで薄層を生成するために、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は調合物は、任意の好適な方法によって堆積させられてもよい。デバイスの液体コーティングが真空蒸着技術よりも望ましい。溶液堆積法がとりわけ好適である。本発明の調合物は、多数の液体コーティング技術の使用を可能にする。好適な堆積技術には、浸漬コーティング、スピンコーティング、インクジェット印刷、ノズル印刷、活版印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、ドクタブレードコーティング、ローラ印刷、反転ローラ印刷、オフセットリソグラフィー印刷、ドライオフセットリソグラフィー印刷、フレキソ印刷、ウェブ印刷、スプレーコーティング、浸漬コーティング、カーテンコーティング、ブラシコーティング、スロットダイコーティング又はパッド印刷が含まれるがこれに限定されるものではない。OPVデバイス及びモジュールの製造のためには、可撓性基板と相性がよい領域印刷法、たとえばスロットダイコーティング、スプレーコーティングなどが好適である。
【0142】
本発明によるポリマーとC
60もしくはC
70フラーレン又はPCBMのような変性フラーレンとのブレンドもしくは混合物を含有する好適な溶液又は調合物が調製されなければならない。調合物の調製では、好適な溶媒は、両成分、p型及びn型の完全溶解を確実にするために及び選ばれた印刷法によって導入される境界条件(たとえばレオロジー特性)を考慮に入れるために選択されなければならない。
【0143】
有機溶媒がこの目的のために一般に使用される。典型的な溶媒は、芳香族溶媒、塩素化芳香族溶媒などの、ハロゲン化溶媒もしくは塩素化溶媒であり得る。例には、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、四塩化炭素、トルエン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アニソール、モルホリン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、1,4−ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラリン、デカリン、
インダン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、メシチレン及びこれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【0144】
OPVデバイスはたとえば、文献(たとえばワルダウフ(Waldauf)ら著、アプライド・フィジックス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)、2006年、第89巻、p.233517を参照されたい)から公知のあらゆるタイプのものであり得る。
【0145】
本発明による第1の好適なOPVデバイスは、(底面から最上部へ順に)次の層:
− 任意選択的に基板、
− アノードとしての機能を果たす、たとえばITOのような、金属酸化物を好適には含む、高仕事関数電極、
− たとえばPEDOT:PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレン−スルホネート)、又はTBD(N,N’−ジフェニル−N−N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’ビフェニル−4,4’−ジアミン)もしくはNBD(N,N’−ジフェニル−N−N’−ビス(1−ナフチルフェニル)−1,1’ビフェニル−4,4’−ジアミン)の、有機ポリマーもしくはポリマーブレンドを好適には含む、任意選択の導電性ポリマー層又は正孔輸送層、
− たとえばp型/n型二層としてもしくは別個のp型及びn型層として、又はブレンドもしくはp型及びn型半導体として存在し、BHJを形成することができる、p型及びn型有機半導体を含む、「活性層」とも言われる、層、
− 任意選択的に、たとえばLiFを含む、電子輸送特性を有する層、
− カソードとしての機能を果たす、たとえばアルミニウムのような金属を好適には含む、低仕事関数電極
を含み、
ここで、電極の少なくとも1つ、好適にはアノードは、可視光を透過させ、そして
ここで、p型半導体は、本発明によるポリマーである。
【0146】
本発明による第2の好適なOPVデバイスは、反転OPVデバイスであり、(底面から最上部へ順に)次の層:
− 任意選択的に基板、
− カソードとしての機能を果たす、たとえばITOを含む、高仕事関数金属もしくは金属酸化物電極、
− TiO
x又はZn
xのような金属酸化物を好適には含む、正孔ブロッキング特性を有する層、
− たとえばp型/n型二層としてもしくは別個のp型及びn型層として、又はブレンドもしくはp型及びn型半導体として存在し、BHJを形成することができる、電極間に置かれた、p型及びn型有機半導体を含む活性層、
− たとえばPEDOT:PSS又はTBDもしくはNBDの、有機ポリマーもしくはポリマーブレンドを好適には含む、任意選択の導電性ポリマー層又は正孔輸送層、
− アノードとしての機能を果たす、たとえば銀のような高仕事関数金属を含む電極、を含み、
ここで、電極の少なくとも1つ、カソードは好適には、可視光を透過させ、そして
ここで、p型半導体は、本発明によるポリマーである。
【0147】
本発明のOPVデバイスでは、p型及びn型半導体材料は、上に記載されたような、ポリマー/フラーレン系のような、材料から好適には選択される。
活性層が基板上に堆積されるとき、それは、ナノスケールレベルで相分離するBHJを形成する。ナノスケール相分離に関する考察については、デンラー(Dennler)ら著、IEEEのプロシーディングス(Proceedings of IEEE)、20
05年、第93巻(8)、p.1429又はホッペ(Hoppe)ら著、アドバンスド・ファンクショナル・マテリアルズ(Adv.Func.Mater.)、2004年、第14巻(10)、p.1005を参照されたい。任意選択のアニーリングステップが次に、ブレンドモルフォロジ及びその結果としてOPVデバイス性能を最適化するために必要であることもある。
【0148】
デバイス性能を最適化するための別の方法は、理にかなったやり方で相分離を促進するための高沸点添加剤を含んでもよいOPV(BHJ)デバイスの製造用の調合物を調製することである。1,8−オクタンジチオール、1,8−ジヨードオクタン、ニトロベンゼン、クロロナフタレン、及び他の添加剤が、高効率太陽電池を得るために使用されてきた。例は、J.ピート(J.Peet)ら著、ネイチャー・マテリアルズ(Nat.Mater.)、2007年、第6巻、p.497又はフレシェ(Frechet)ら著、ジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ(J.Am.Chem.Soc.)、2010年、第132巻、p.7595−7597に開示されている。
【0149】
本発明の化合物、ポリマー、調合物及び層はまた、半導体チャネルとしてOFETでの使用に好適である。従って、本発明はまた、ゲート電極、絶縁(又はゲート絶縁体)層、ソース電極、ドレイン電極及びソース電極とドレイン電極とを連結する有機半導体チャネルを含むOFETであって、有機半導体チャネルが、本発明による化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、調合物又は有機半導体層を含むOFETを提供する。OFETの他の特徴は、当業者によく知られている。
【0150】
OSC材料がゲート誘電体とドレイン及びソース電極との間に薄膜として配置されているOFETは一般に公知であり、たとえば米国特許第5,892,244号明細書、米国特許第5,998,804号明細書、米国特許第6,723,394号明細書に及び背景技術セクションに引用された参考文献に記載されている。本発明による化合物の溶解度特性、従って大表面の加工性を用いる低コスト生産のような、利点のために、これらのFETの好適な用途は、集積回路部品、TFTディスプレイ及び保安用途などである。
【0151】
OFETデバイスでのゲート、ソース及びドレイン電極ならびに絶縁及び半導体層は、任意の順に配置されてもよいが、ただし、ソース及びドレイン電極は、絶縁層によってゲート電極から分離され、ゲート電極及び半導体層は両方とも絶縁層に接触し、ソース電極及びドレイン電極は両方とも半導体層に接触している。
【0152】
本発明によるOFETデバイスは好適には:
− ソース電極、
− ドレイン電極、
− ゲート電極、
− 半導体層、
− 1つ又は複数のゲート絶縁層、
− 任意選択的に基板
を含み、
ここで、半導体層は好適には、上記及び下記に記載されるような化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は調合物を含む。
【0153】
OFETデバイスは、上部ゲートデバイス又は底面ゲートデバイスであり得る。OFETデバイスの好適な構造及び製造方法は、当業者に公知であり、文献、たとえば米国特許出願公開第2007/0102696 A1号明細書に記載されている。
【0154】
ゲート絶縁層は好適には、たとえば商業的に入手可能なサイトップ(Cytop)80
9M(登録商標)又はサイトップ(Cytop)107M(登録商標)(旭硝子株式会社製)のような、フルオロポリマーを含む。好適にはゲート絶縁層は、絶縁材料と1個又は複数個のフルオロ原子を持った1つ又は複数の溶媒(フルオロ溶媒)、好適にはパーフルオロ溶媒とを含む調合物から、たとえばスピン−コーティング、ドクターブレーディング、ワイヤバーコーティング、スプレーもしくは浸漬コーティング又は他の公知の方法によって、堆積させられる。好適なパーフルオロ溶媒は、たとえばFC75(登録商標)(アクロス(Acros)から入手可能な、カタログ番号 12380)である。他の好適なフルオロポリマー及びフルオロ溶媒は、たとえばパーフルオロポリマー・テフロン(Teflon)AF(登録商標)1600もしくは2400(デュポン(DuPont)製)又はフルオロペル(Fluoropel)(登録商標)(サイトニックス(Cytenix)製)又はパーフルオロ溶媒FC43(登録商標)(アクロス(Acros)、No.12377)のように、先行技術分野で公知である。たとえば米国特許出願公開第2007/0102696 A1号明細書又は米国特許第7,095,044号明細書に開示されているような、1.0から5.0、非常に好適には1.8〜4.0の低い誘電率(又は誘電定数)を有する有機誘電材料(「低k材料」)がとりわけ好適である。
【0155】
安全保障用途では、トランジスタ又はダイオードのような、本発明による半導体材料を使ったOFET及び他のデバイスは、紙幣、クレジットカードもしくはIDカード、国家身分証明書、ライセンス又は、印紙、切符、株、小切手などのような、貨幣価値のあるあらゆる製品のような価値のある文書を認証する及びそれらの偽造を防ぐためのRFIDタグ又は安全保障マーキング用に使用することができる。
【0156】
あるいは、本発明による材料は、OLEDに、たとえば平面パネル・ディスプレイ用途での活性ディスプレイ材料として、又は、たとえば液晶ディスプレイのような平面パネル・ディスプレイのバックライトとして使用することができる。一般のOLEDは、多層構造を用いて実現される。発光層は一般に、1つ又は複数の電子輸送及び/又は正孔輸送層の間に挟まれる。電圧を印加することによって、電荷担体としての電子及び正孔は、発光層の方へ移動し、発光層でのそれらの再結合は励起、それ故に発光層に含有される発光団(lumophor)単位の発光をもたらす。本発明の化合物、材料及びフィルムは、それらの電気的及び/又は光学的特性に対応して、電荷輸送層の1つ又は複数に及び/又は発光層に用いられてもよい。さらに発光層内でのそれらの使用は、本発明による化合物、材料及びフィルムがエレクトロルミネセンス特性自体を示すか又はエレクトロルミネセンス基もしくは化合物を含む場合に、とりわけ有利である。OLEDでの使用のための好適なモノマー、オリゴマー及びポリマー化合物又は材料の選択、キャラクタリゼーションならびに加工は、当業者に一般に知られており、たとえば、ミュラー(Mueller)ら著、シンセティック・メタルズ(Synth.Metals)、2000年、第111〜112巻、p.31〜34、アルカラ(Alcala)著、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(J.Appl.Phys.)、2000年、第88巻、p.7124〜7128及びそれらに引用された文献を参照されたい。
【0157】
別の使用によれば、本発明による材料、とりわけフォトルミネセンス特性を示すものは、欧州特許出願公開第0 889 350 A1号明細書に又はC.ウェーダ(C.Weder)ら著、サイエンス(Science)、1998年、第279巻、p.835〜837によって記載されているように、たとえばディスプレイデバイスにおいて、光源の材料として用いられてもよい。
【0158】
本発明のさらなる態様は、本発明による化合物の酸化及び還元形態の両方に関する。電子の損失か獲得かのどちらかは、高度に非局在化したイオン形態の形成をもたらし、それは高導電性のものである。これは、一般ドーパントへの暴露時に起こり得る。好適なドーパント及びドーピングの方法は、たとえば欧州特許第0 528 662号明細書、米国
特許第5,198,153号明細書又は国際公開第96/21659号パンフレットから、当業者に公知である。
【0159】
ドーピング・プロセスは、相当する対イオンが適用されるドーパントに由来する状態で、非局在化イオン中心を材料中に形成するための酸化還元反応における酸化剤又は還元剤での半導体材料の処理を典型的には暗示する。好適なドーピング方法は、たとえば大気圧での又は減圧でのドーピング蒸気への暴露、ドーパントを含有する溶液中での電気化学的ドーピング、ドーパントと熱的に拡散される半導体材料との接触、及び半導体材料中へのイオン注入を含む。
【0160】
電子がキャリアとして使用されるとき、好適なドーパントは、たとえばハロゲン(たとえば、I
2、Cl
2、Br
2,ICl、ICl
3、IBr及びIF)、ルイス(Lewis)酸(たとえば、PF
5、AsF
5、SbF
5、BF
3、BCl
3、SbCl
5、BBr
3及びSO
3)、プロトン酸、有機酸、又はアミノ酸(たとえば、HF、HCl、HNO
3、H
2SO
4、HClO
4、FSO
3H及びClSO
3H)、遷移金属化合物(たとえば、FeCl
3、FeOCl、Fe(ClO
4)
3、Fe(4−CH
3C
6H
4SO
3)
3、TiCl
4、ZrCl
4、HfCl
4、NbF
5、NbCl
5、TaCl
5、MoF
5、MoCl
5、WF
5、WCl
6、UF
6及びLnCl
3(式中、Lnはランタノイドである)、アニオン(たとえば、Cl
−、Br
−、I
−、I
3−、HSO
4−、SO
42−、NO
3−、ClO
4−、BF
4−、PF
6−、AsF
6−、SbF
6−、FeCl
4−、Fe(CN)
63−、及びアリール−SO
3−などの、様々なスルホン酸のアニオン)である。正孔がキャリアとして使用されるとき、ドーパントの例は、カチオン(たとえば、H
+、Li
+、Na
+、K
+、Rb
+及びCs
+)、アルカリ金属(たとえば、Li、Na、K、Rb、及びCs)、アルカリ土類金属(たとえば、Ca、Sr、及びBa)、O
2、XeOF
4、(NO
2+)(SbF
6−)、(NO
2+)(SbCl
6−)、(NO
2+)(BF
4−)、AgClO
4、H
2IrCl
6、La(NO
3)
3・6H
2O、FSO
2OOSO
2F、Eu、アセチルコリン、R
4N
+(Rはアルキル基である)、R
4P
+(Rはアルキル基である)、R
6As
+(Rはアルキル基である)、ならびにR
3S
+(Rはアルキル基である)である。
【0161】
本発明の化合物の導電性形態は、OLED用途での電荷注入層及びITO平坦化層、平面パネル・ディスプレイ及びタッチスクリーン用のフィルム、帯電防止フィルム、プリント導電性基板、プリント回路基板及びコンデンサーなどの電子用途でのパターン又はトラクトを含むが、それらに限定されない用途で有機「金属」として使用することができる。
【0162】
本発明による化合物及び調合物はまた、たとえばコラー(Koller)ら著、ネイチャー・フォトニックス(Nat.Photonics)、2008年、第2巻、p.684に記載されているように、有機プラズモン発光ダイオード(OPED:organic
plasmon−emitting diode)での使用に好適である。
【0163】
別の使用によれば、本発明による材料は、たとえば米国特許出願公開第2003/0021913号明細書に記載されているように、LCD又はOLEDデバイスでの配向層に又は配向層として単独で又は他の材料と一緒に使用することができる。本発明による電荷輸送化合物の使用は、配向層の導電性を増加させることができる。LCDに使用されるとき、この増加し導電性は、切替可能なLCDセルでの残留dc悪影響を低減し、かつ、たとえば強誘電性LCDでの、イメージ固着を抑え、強誘電性LCの自発分極電荷の切替によって生じる残留電荷を減少させることができる。配向層上へ提供された発光材料を含むOLEDデバイスに使用されるとき、この増加した導電性は、発光材料のエレクトロルミネセンスを高めることができる。メソゲン特性又は液晶特性を有する本発明による化合物又は材料は、上記のような被配向異方性フィルムを形成することができ、フィルムは、前
記異方性フィルム上へ提供された液晶媒体での整列を誘発するか又は高めるための配向層としてとりわけ有用である。本発明による材料はまた、米国特許出願公開第2003/0021913 A1号明細書に記載されているように、光配向層での又は光配向層としての使用のための光異性化可能な化合物及び/又は発色団と組み合わせられてもよい。
【0164】
別の使用によれば本発明による材料、とりわけそれらの水溶性誘導体(たとえば極性もしくはイオン性側基を持った)又はイオンドープ形態は、DNA配列を検出する及び識別するための化学センサ又は材料として用いることができる。かかる使用はたとえばL.チェン(L.Chen)、D.W.マックブランチ(D.W.McBranch)、H.ワング(H.Wang)、R.ヘルゲソン(R.Helgeson)、F.ウドル(F.Wudl)及びD.G.ホイッテン(D.G.Whitten)著、米国科学アカデミー紀要(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.)、1999年、第96巻、p.12287;D.ワング(D.Wang)、X.ゴング(X.Gong)、P.S.ヒーガー(P.S.Heeger)、F.リニンスランド(F.Rininsland)、G.C.バザン(G.C.Bazan)及びA.J.ヒーガー(A.J.Heeger)著、米国科学アカデミー紀要(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.)、2002年、第99巻、p.49;N.ジセラーレ(N.DiCesare)、M.R.ピノ(M.R.Pinot)、K.S.シャンゼ(K.S.Schanze)及びJ.R.ラコウィックズ(J.R.Lakowicsz)著、ラングミュア(Langmuir)、2002年、第18巻、p.7785;D.T.マッケード(D.T.McQuade)、A.E.プレン(A.E.Pullen)、T.M.スワガー(T.M.Swager)著、ケミカル・レビュース(Chem.Rev.)、2000年、第100巻、p.2537に記載されている。
【0165】
特に文脈が明らかに示さない限り、本明細書で用いるところでは本明細書での用語の複数形は、単数形を含むと解釈されるべきであり、逆もまた同様である。
本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体にわたって、単語「含む(comprise)」及び「含有する(contain)」ならびに該単語の変形、たとえば、「含むこと(comprising)」及び「含む(comprises)」は、「含むが限定されない」を意味し、他の構成要素を排除することを意図しない(及び排除しない)。
【0166】
本発明の前述の実施形態の変形が、本発明の範囲内に依然として入りながら行い得ることは十分理解されるであろう。本明細書に開示される各特徴は、特に明記しない限り、同じ、均等の又は類似の目的を果たす代わりの特徴で置き換えられてもよい。従って、特に明記しない限り、開示される各特徴は、包括的シリーズの均等の又は類似の特徴の一例にすぎない。
【0167】
本明細書に開示される特徴のすべては、かかる特徴及び/又はステップの少なくとも幾らかが互いに排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせられてもよい。特に、本発明の好適な特徴は、本発明のすべての態様に適用でき、任意の組み合わせで用いられてもよい。同様に、非本質的な組み合わせで記載される特徴は、(組み合わせでではなく)別々に用いられてもよい。
【0168】
上記及び下記において、特に明記しない限り、百分率は重量パーセントであり、温度は度摂氏で与えられる。誘電定数ε(「誘電率」)の値は、20℃及び1,000Hzで取られた値を意味する。
【0169】
本発明は、以下の実施例を参照してより詳細に以下に記載され、実施例は、例示的であるにすぎず、本発明の範囲を限定しない。
(実施例)
【0170】
実施例1
テトラデカン酸2,6−ジブロモ−8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル
【化15】
2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4,8−ジオン(3.1g、8.2ミリモル)、亜鉛(5.4g、82ミリモル)、炭酸カリウム(11.3g、82ミリモル)及びテトラヒドロフラン(200cm
3)の混合物に、テトラデカノイルクロリド(27cm
3、98ミリモル)を加え、混合物を70℃で2時間加熱する。暖かい混合物を、シリカの短いパッドを通して濾過する(ジクロロメタン)。溶媒を真空で除去し、固体をジクロロメタンから数回再結晶してテトラデカン酸2,6−ジブロモ−8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステルを白色固体(2.25g、34%)として得る。
1H NMR(300MHz,CDCl
3)0.84−0.92(6H,m,CH
3),1.22−1.59(40H,m,CH
2),1.80−1.92(4H,m,CH
2),2.72(4H,t,CH
2,J7.4),7.18(2H,s,ArH).
【0171】
ポリ{[2,5−[(チオフェン−2−イル)−6−(テトラデカン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)−コ−[5,7−(チオフェン−2−イル)−4−(5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(1)
【化16】
クロロベンゼン(7.5cm
3)中のテトラデカン酸2,6−ジブロモ−8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル(480.5mg、0.600ミリモル)、2,5−ビス(トリメチルスタニル)チオフェン(492.0mg、1.200ミリモル)、4,7−ジブロモ−5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(330.0mg、0.600ミリモル)
、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(22mg、0.020ミリモル)、トリ(o−トリル)ホスフィン(29mg、0.096ミリモル)の溶液を調製し、N
2で5分間脱気する。反応混合物をマイクロ波反応器(イニシェイター、バイオテージ AB(Initiator,Biotage AB))中で、140℃(1分)、160℃(1分)、及び180℃(30分)で加熱する。反応混合物をメタノール(100cm
3)中へ入れて沈澱させ、10分間攪拌する。粗ポリマーを濾過によって集め、メタノール(100cm
3)で洗浄する。ポリマーを、クロロホルムへの抽出前にアセトン、40−60ペトロール、次にシクロヘキサンでのソックスレー(Soxhlet)抽出によって洗浄する。クロロホルム抽出液をメタノールから沈澱させ、ポリマーを濾過によって集め、メタノールで洗浄し、真空下に乾燥させてポリ{[2,5−(チオフェン−2−イル)−6−(テトラデカン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)−コ−[5,7−(チオフェン−2−イル)−4−(5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(1)を黒色固体(0.620g、87%)として得る。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、140℃):M
w=57,000g/モル、M
n=30,700g/モル。
【0172】
実施例2
ポリ{[2,5−(チエノ[3,2−b]チオフェン−2−イル)−6−(テトラデカン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)]−コ−[5,7−(チエノ[3,2−b]チオフェン−2−イル)−4−(5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(2)
【化17】
クロロベンゼン(7.5cm
3)中のテトラデカン酸2,6−ジブロモ−8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル(480.5mg、0.600ミリモル)、2,5−ビス(トリメチルスタニル)チエノ[3,2−b]チオフェン(559.0mg、1.200ミリモル)、4,7−ジブロモ−5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(330.0mg、0.600ミリモル)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(22mg、0.020ミリモル)、トリ(o−トリル)ホスフィン(29mg、0.096ミリモル)の溶液を調製し、N
2で5分間脱気する。反応混合物をマイクロ波反応器(イニシェイター、バイオテージ AB(Initiator,Biotage AB))中で、140℃(1分)、160℃(1分)、及び180℃(30分)で加熱する。反応混合物をメタノール(100cm
3)中へ入れて沈澱させ、10分間攪拌する。粗ポリマーを濾
過によって集め、メタノール(100cm
3)で洗浄する。ポリマーを、クロロベンゼンへの抽出前にアセトン、40−60ペトロール、シクロヘキサン、次にクロロホルムでのソックスレー(Soxhlet)抽出によって洗浄する。クロロベンゼン抽出液をメタノールから沈澱させ、ポリマーを濾過によって集め、メタノールで洗浄し、真空下に乾燥させてポリ{[2,5−(チエノ[3,2−b]チオフェン−2−イル)−6−(テトラデカン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)]−コ−[5,7−(チエノ[3,2−b]チオフェン−2−イル)−4−(5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(2)を黒色固体(0.200g、26%)として得る。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、140℃):M
w=29,700g/モル、M
n=10,200g/モル。
【0173】
実施例3
ポリ{[2,6−テトラデカン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル]}−アルト−[4,7−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(3)
【化18】
テトラデカン酸2,6−ジブロモ−8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル(480.5mg、0.600ミリモル)、4,7−ジブロモ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(232.9mg、0.600ミリモル)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(11mg、0.012ミリモル)、トリ(o−トリル)ホスフィン(15mg、0.048ミリモル)及びトルエン(12cm
3)の混合物に、アリクエート(aliquat)336(50mg)を加え、混合物をN
2で60分間脱気する。この混合物に次に、水性炭酸ナトリウム(0.90cm
3、2.0M)の脱気(N
240分間)溶液を加え、混合物をN
2で5分間脱気する。反応混合物を予熱油浴に入れ、還流で30分間加熱する。反応混合物を放冷し、メタノール(100cm
3)中へ入れて沈澱させ、10分間攪拌する。粗ポリマーを濾過によって集め、メタノール(20cm
3)、水(50cm
3)及びメタノール(50cm
3)で洗浄する。ポリマーを、クロロベンゼンへの抽出前にアセトン、40−60ペトロール、シクロヘキサン、次にクロロホルムでのソックスレー(Soxhlet)抽出によって洗浄する。クロロベンゼン抽出液をメタノールから沈澱させ、ポリマーを濾過によって集め、メタノールで洗浄し、真空下に乾燥させてポリ{2,6−テトラデカン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4
−イルエステル)]−アルト−[4,7−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(3)を黒色固体(0.193g、40%)として得る。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、140℃):M
w=14,400g/モル、M
n=7,800g/モル。
【0174】
実施例4
ノナン酸2,6−ジブロモ−8−ノナノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル
【化19】
2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4,8−ジオン(1.68g、4.4ミリモル)、亜鉛(2.91g、44ミリモル)、炭酸カリウム(6.1g、44ミリモル)及びテトラヒドロフラン(100cm
3)の混合物に、ノナノイルクロリド(8.0cm
3、44ミリモル)を加え、混合物を70℃で25分間加熱し、次に氷浴中で5分間急冷する。混合物を、シリカの短いパッドを通して濾過する(ジクロロメタン)。溶媒を真空で除去し、未精製品を、カラムクロマトグラフィー(40−60ペトロールから1:1の40−60ペトロール:ジクロロメタンまでのグラジエント)によって精製する。カラムからの生成物を繰り返し再結晶(アセトニトリル:テトラヒドロフラン)によってさらに精製してノナン酸2,6−ジブロモ−8−ノナノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステルを白色固体(440mg、15%)として得る。
1H NMR(300MHz,CDCl
3)0.86−0.96(6H,m,CH
3),1.25−1.55(20H,m,CH
2),1.86(4H,五重線,CH
2,J7.5),2.72(4H,t,CH
2,J7.4),7.18(2H,s,ArH)。
【0175】
ポリ{2,5−[(チオフェン−2−イル)−6−(ノナン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)−コ−[5,7−(チオフェン−2−イル)−4−(5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)}(4)
【化20】
クロロベンゼン(2.3cm
3)中のノナン酸2,6−ジブロモ−8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル(123.4mg、0.184ミリモル)、2,5−ビス(トリメチルスタニル)チオフェン(150.5mg、0.367ミリモル)、4,7−ジブロモ−5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(101.1mg、0.184ミリモル)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(6.7mg、0.007ミリモル)、トリ(o−トリル)ホスフィン(8.9mg、0.03ミリモル)の溶液を調製し、N
2で5分間脱気する。反応混合物をマイクロ波反応器(イニシェイター、バイオテージ AB(Initiator,Biotage AB))中で、140℃(1分)、160℃(1分)及び180℃(30分)で加熱する。混合物を65℃まで放冷し、ブロモベンゼン(0.08cm
3)を加える。反応混合物をマイクロ波反応器(イニシェイター、バイオテージ AB(Initiator,Biotage AB))中で、170℃(10分)で加熱する。混合物を65℃まで放冷し、トリブチルスタニルベンゼン(0.36cm
3)を加える。反応混合物をマイクロ波反応器(イニシェイター、バイオテージ AB(Initiator,Biotage AB))中で、170℃(10分)で加熱する。反応混合物をメタノール(100cm
3)中へ入れて沈澱させ、10分間攪拌する。粗ポリマーを濾過によって集め、メタノール(100cm
3)で洗浄する。ポリマーを、クロロベンゼンへの抽出前にアセトン、40−60ペトロール、80−100ペトロール、シクロヘキサン、次にクロロホルムでのソックスレー(Soxhlet)抽出によって洗浄する。クロロベンゼン抽出液をメタノールから沈澱させ、ポリマーを濾過によって集め、メタノールで洗浄し、真空下に乾燥させてポリ{2,5−[(チオフェン−2−イル)−6−(ノナン酸8−テトラデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)−コ−5,7−(チオフェン−2−イル)−4−(5,6−ジオクチルオキシ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)](4)を黒色固体(60mg、16%)として得る。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、140℃):M
w=47,000g/モル、M
n=74,600g/モル。
【0176】
実施例5
2−ヘプチル−ウンデカン酸2,6−ジブロモ−8−(2−ヘプチル−ウンデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル
【化21】
2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4,8−ジオン(1.0g、2.6ミリモル)、亜鉛(1.7g、26ミリモル)、炭酸カリウム(3.6g、26ミリモル)及びテトラヒドロフラン(60cm
3)の混合物に、2−ヘプチル−ウンデカノイルクロリド(8.0g、26ミリモル)を加え、混合物を70℃で2時間加熱する。暖かい混合物を、シリカの短いパッドを通して濾過し(ジクロロメタン)、混合物を水(100cm
3)で洗浄する。有機物を無水硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過し、溶媒を真空で除去する。未精製品を、カラムクロマトグラフィー(40−60ペトロールからジクロロメタンまでのグラジエント)、引き続く繰り返し再結晶(メタノール:テトラヒドロフラン)によって精製して2−ヘプチル−ウンデカン酸2,6−ジブロモ−8−(2−ヘプチル−ウンデカノイルオキシ)−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステルを白色固体(867mg、36%)として得る。
1H
NMR(300MHz,CDCl
3)0.84−0.95(12H,m,CH
3),1.23−1.58(48H,m,CH
2),1.62−1.75(4H,m,CH
2),1.79−1.94(4H,m,CH
2),2.69−2.81(2H,m,CH),7.16(2H,s,ArH).
【0177】
ポリ{2,5−[(4,8−ジドデシル−ベンゾ[1’,2’−b;4’,5’−b’]ジチオフェン−2’−イル)−6−(2−ヘプチル−ウンデカン酸8−(2−ヘプチル−ウンデカノイルオキシ)−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)−コ−6,7−(4,8−ジドデシル−ベンゾ[1’,2’−b;4’,5’−b’]ジチオフェン−2’−イル)―4―(ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)}(5)
【化22】
クロロベンゼン(7.0cm
3)中の2−ヘプチル−ウンデカン酸2,6−ジブロモ−8−(2−ヘプチル−ウンデカノイルオキシ−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル(319.6mg、0.350ミリモル)、4,8−ジドデシル−2,6−ビス−ビス−トリメチルスタニル−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン(596.8mg、0.700ミリモル)、4,7−ジブロモ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(102.9mg、0.350ミリモル)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(12.8mg、0.014ミリモル)、トリ(o−トリル)ホスフィン(17.0mg、0.056ミリモル)の溶液を調製し、N
2で5分間脱気する。反応混合物をマイクロ波反応器(イニシェイター、バイオテージ AB(Initiator,Biotage AB))中で、140℃(1分)、160℃(1分)及び180℃(30分)で加熱する。反応混合物をメタノール(100cm
3)中へ入れて沈澱させ、10分間攪拌する。粗ポリマーを濾過によって集め、メタノール(100cm
3)で洗浄する。ポリマーを、クロロホルムへの抽出前にアセトン、40−60ペトロール、80−100ペトロール、次にシクロヘキサンでのソックスレー(Soxhlet)抽出によって洗浄する。クロロホルム抽出液をメタノールから沈澱させ、ポリマーを濾過によって集め、メタノールで洗浄し、真空下に乾燥させてポリ{2,5−[(4,8−ジドデシル−ベンゾ[1’,2’−b;4’,5’−b’]ジチオフェン−2’−イル)−6−(2−ヘプチル−ウンデカン酸2,6−ジブロモ−8−(2−ヘプチル−ウンデカノイルオキシ)−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)−コ−6,7−(4,8−ジドデシル−ベンゾ[1’,2’−b;4’,5’−b’]ジチオフェン−2’−イル)―4―(ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)}(5)を黒色固体(660mg、95%)として得る。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、140℃):M
w=82,700g/モル、M
n=32,100g/モル。
【0178】
実施例6
ポリ{[2,6−(2−ヘプチル−ウンデカン酸8−(2−ヘプチル−ウンデカノイルオキシ)−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)]−アルト−[4,7−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(6)
【化23】
2−ヘプチル−ウンデカン酸2,6−ジブロモ−8−(2−ヘプチル−ウンデカノイル
オキシ)−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル(273.9mg、0.300ミリモル)、4,7−ジブロモ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(116.4mg、0.300ミリモル)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(5.5mg、0.006ミリモル)、トリ(o−トリル)ホスフィン(7.3mg、0.024ミリモル)及びトルエン(8cm
3)の混合物に、アリクエート(aliquat)336(50mg)を加え、混合物をN
2で60分間脱気する。この混合物に次に、水性炭酸ナトリウム(0.45cm
3、2.0M)の脱気(N
240分間)溶液を加え、混合物をN
2で5分間脱気する。反応混合物を110℃で41時間加熱する。反応混合物を放冷し、メタノール(100cm
3)中へ入れて沈澱させ、10分間攪拌する。粗ポリマーを濾過によって集め、メタノール(20cm
3)、水(50cm
3)及びメタノール(50cm
3)で洗浄する。ポリマーを、クロロホルムへの抽出前にアセトン、40−60ペトロール、80−100ペトロール及びシクロヘキサンでのソックスレー(Soxhlet)抽出によって洗浄する。クロロホルム抽出液をメタノールから沈澱させ、ポリマーを濾過によって集め、メタノールで洗浄し、真空下に乾燥させてポリ{[2,6−(2−ヘプチル−ウンデカン酸8−(2−ヘプチル−ウンデカノイルオキシ)−ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン−4−イルエステル)]−アルト−[4,7−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール)]}(6)を黒色固体(0.180g、68%)として得る。GPC(クロロベンゼン、50℃):M
w=42,400g/モル、M
n=14,700g/モル。
実施例7:光起電力セル製造及び測定
有機光起電力(OPV)デバイスは、ルムテック・コーポレーション(LUMTEC Corporation)から購入したITO−ガラス基板(13□/sq.)上で製造した。基板を、底面電極(アノード)を画定するために実施される従来のフォトリソグラフィー・プロセスの前に超音波浴中で共通溶媒(アセトン、イソ−プロパノール、脱イオン水)を使用してきれいにした。ポリ(スチレンスルホン酸)でドープされた導電性ポリマーポリ(エチレンジオキシチオフェン)[クレビオス(Clevios)VPAI 4083(H.C.スタルク(H.C.Starck)]を脱イオン水と1:1の比率で混合した。この溶液を適切な混合を確実にするために20分間超音波処理し、20nmの厚さを達成するためにスピン−コーティングの前に0.2μmフィルターを使用して濾過した。基板は、良好な湿潤特性を確実にするためにスピン−コーティング・プロセスの前にオゾンに曝した。フィルムを、次に窒素雰囲気中で130℃で30分間アニールし、窒素雰囲気中にそれらをプロセスの残りの間保った。活性材料(すなわち、ポリマー+PCBM)溶液を、実施例で記述される濃度及び成分比率で調製し、一晩攪拌した。薄膜は、表面形状測定装置を用いて測定されるように100〜250nmの活性層厚さを達成するために窒素雰囲気中でスピン−コートするかブレード−コートするかのどちらかであった。短い乾燥期間がこれに続いてあらゆる残留溶媒の除去を確実にした。典型的には、スピン−コートしたフィルムは、23℃で10分間乾燥させ、ブレード−コートしたフィルムは、熱板上で70℃で2分間乾燥させた。デバイス製造の最終ステップについては、Ca(30nm)/Al(200nm)カソードを、シャドウマスクによって熱蒸発させてセルを画定した。試料は、光源としてソーラ・シミュレータ(Solar Simulator)(ニューポート(Newport)Ltd、モデル 91160)を用いて、及び基準として較正Si−セルを用いて1サン(Sun)の照射下に23℃で測定した。
【0179】
1サン(Sun)の照射下のポリマー(1)、(2)、(3)、(4)及び(5)とC
61PCBMとのブレンドについてのOPVデバイス特性を表1に示す。
表1.光起電力セル特性