JP2003078188A - High polymer structure and functional element having the same - Google Patents
High polymer structure and functional element having the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ホール伝導性また
は電子伝導性を備えた超分岐高分子を有する高分子構造
体およびそれを用いた機能素子に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polymer structure having a hyperbranched polymer having hole conductivity or electron conductivity, and a functional device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】導電性高分子(半導体性の高分子を含む
物とする。)は、容易に薄膜状に出来るなど成形性に優
れることから、発光素子、太陽電池、有機FET素子、
光電変換素子等、種々の機能素子への応用開発が進めら
れている。上記の機能素子において、半導体−半導体
間、半導体−導体間等の界面が存在し、これらの界面を
ホールや電子といったキャリアーが通過することなどか
ら機能を発現する。2. Description of the Related Art A conductive polymer (including a semiconductor polymer) is excellent in moldability such that it can be easily formed into a thin film, and therefore, a light emitting device, a solar cell, an organic FET device,
Application development to various functional elements such as photoelectric conversion elements is under way. In the above-mentioned functional element, interfaces are present between semiconductors, semiconductors, conductors, etc., and carriers such as holes and electrons pass through these interfaces, thereby exhibiting functions.
【0003】こうした界面は、大面積で密着しているこ
とが重要であるが、界面の面積を大きくすることは限界
があり、界面の多くは、多くの電界や応力がかかり、劣
化したり、剥離したりし易い。このため界面の劣化に起
因する耐久性の低下や、界面の面積が充分に大きくない
ことによる応答速度の低下や出力の低下などを招いてい
る。It is important that such an interface is in close contact with a large area, but there is a limit to increasing the area of the interface, and many of the interfaces are deteriorated due to a large electric field or stress. Easy to peel off. As a result, the durability is reduced due to the deterioration of the interface, and the response speed is reduced and the output is reduced because the area of the interface is not sufficiently large.
【0004】そこで、米国特許5563424号明細書
には界面の面積を増大するために、ポリマーブレンドタ
イプのポリマーアロイの三次元共連続相分離構造を利用
した技術が開示されている。また、特開2000−28
6479号公報には、界面に化学結合を形成することに
より界面の耐久性を向上した共重合タイプのポリマーの
ポリマーアロイを利用した技術が開示されている。Therefore, US Pat. No. 5,563,424 discloses a technique utilizing a three-dimensional co-continuous phase separation structure of a polymer alloy of a polymer blend type in order to increase the area of the interface. In addition, JP-A-2000-28
Japanese Patent No. 6479 discloses a technique using a polymer alloy of a copolymer type polymer in which the durability of the interface is improved by forming a chemical bond at the interface.
【0005】また、近年、デンドリマーやハイパーブラ
ンチポリマーといった超分岐高分子が注目されている。
デンドリマーやハイパーブランチポリマーは非晶質であ
り、有機溶媒に可溶であり、機能性基を導入可能な末端
が多く存在する等の特徴がある。そこで、L.L.Mi
llerら;J.Am.Chem.Soc.,199
7,119,1005には、4級ピリジニウム塩を結合
した1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸ジイ
ミド残基を分岐末端に有するポリアミドデンドリマー
が、等方的な電子伝導性を有し、この導電性は分岐末端
構造の空間的な重なり合いによるπ電子相互作用による
ことが示されている。また、特開2000−33617
1号公報には、分岐末端にホール(正孔)伝導性構造を
有し、カルボニル基とベンゼン環を含むπ電子共役系を
含まないデンドロンを用いたデンドリマーとそれを用い
た光電変換デバイスについて開示されている。In recent years, hyperbranched polymers such as dendrimers and hyperbranched polymers have attracted attention.
The dendrimer and the hyperbranched polymer are amorphous, soluble in an organic solvent, and have many terminals capable of introducing a functional group. Therefore, L. L. Mi
ller et al .; Am. Chem. Soc. , 199
7,119,1005, a polyamide dendrimer having a quaternary pyridinium salt-bonded 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid diimide residue at the branch end has isotropic electron conductivity, It has been shown that this conductivity is due to π-electron interaction due to the spatial overlap of the branched end structures. Also, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-33617
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 1 discloses a dendrimer using a dendron having a hole-conducting structure at a branched end and not containing a π-electron conjugated system containing a carbonyl group and a benzene ring, and a photoelectric conversion device using the same. Has been done.
【0006】以下、共役系高分子に代表され、超分岐高
分子を含まない導電性高分子を「従来の導電性高分子」
と呼ぶことにする。Hereinafter, a conductive polymer represented by a conjugated polymer and containing no hyperbranched polymer will be referred to as "conventional conductive polymer".
I will call it.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の導電性高分子を用いた機能素子については、高い
電荷伝導性は分子鎖の配向方向にあり、高分子の構造の
影響を受ける。However, in the functional element using the above-mentioned conventional conductive polymer, the high charge conductivity is in the orientation direction of the molecular chain and is influenced by the structure of the polymer.
【0008】さらに、従来の導電性高分子は、一般に、
剛直で、不溶不融性のもの多い。そこで、溶融性や溶解
性の付与または向上のために側鎖を導入したポリマー誘
導体やオリゴマーが用いられている(例えば、特開平7
−126616号公報、特開平8−18125号公報お
よび特開平10−92576号公報参照)。しかしなが
ら、側鎖を導入すると高分子鎖の柔軟性が高くなり、使
用温度範囲にガラス転移点が発現し、その結果、ミクロ
ブラウン運動によるサーモクロミズムが生じ、π電子の
共役長が短くなり、温度に対する特性の安定性が低下す
るという問題が発生する。また、オリゴマーを用いる
と、信頼性が低下するなど問題が生じる。Further, conventional conductive polymers are generally
Many are rigid and insoluble and infusible. Therefore, a polymer derivative or an oligomer having a side chain introduced therein is used in order to impart or improve the meltability and the solubility (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7 (1994) -7).
-126166, JP-A-8-18125, and JP-A-10-92576). However, when a side chain is introduced, the flexibility of the polymer chain becomes high, and the glass transition point is expressed in the operating temperature range. As a result, thermochromism due to micro Brownian motion occurs, the π electron conjugation length becomes short, and There is a problem in that the stability of the characteristics is deteriorated. Further, the use of the oligomer causes problems such as deterioration in reliability.
【0009】また、一方特開平2000−336171
号公報に開示されている素子においては、電荷伝導部だ
けがデンドリマーを用いて形成されており、電荷発生部
は従来の導電性高分子を用いて形成されているため、デ
ンドリマーから形成された電荷伝導部の特性は向上され
るものの、層間のエネルギー移動やキャリア移動などの
特性は、従来の導電性高分子を用いた構成と実質的に同
じであるため、耐久性や界面が剥離するなどの問題が生
じる。On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-336171
In the device disclosed in the publication, only the charge conducting portion is formed by using the dendrimer, and the charge generating portion is formed by using the conventional conductive polymer. Although the characteristics of the conductive part are improved, the characteristics such as energy transfer and carrier transfer between layers are substantially the same as the structure using a conventional conductive polymer, so durability and interface peeling etc. The problem arises.
【0010】本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、導電性高分子を用いた機能素子
の特性および/または信頼性を改善すること、およびそ
のような機能素子に好適に用いられる高分子構造体を提
供することにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to improve the characteristics and / or reliability of a functional element using a conductive polymer, and such a functional element. Another object of the present invention is to provide a polymer structure suitable for use in.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明による高分子構造
体は、ホール伝導層および電子伝導層を備える高分子構
造体であって、第1超分岐高分子と、第2超分岐高分子
とを有し、前記第1超分岐高分子および前記第2超分岐
高分子の少なくともいずれか一方は、ホール伝導性また
は電子伝導性を有し、前記ホール伝導層および前記電子
伝導層のいずれか一方は前記第1超分岐高分子および前
記第2超分岐高分子のいずれか一方を含み、前記ホール
伝導層、前記電子伝導層および前記ホール伝導層と前記
電子伝導層との間の少なくとも1つに、前記第1超分岐
高分子または前記第2超分岐高分子を介した非共有結合
的相互作用による自己組織化構造を有することを特徴と
し、そのことによって上記目的が達成される。The polymer structure according to the present invention is a polymer structure having a hole conducting layer and an electron conducting layer, and comprises a first hyperbranched polymer and a second hyperbranched polymer. And at least one of the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer has hole conductivity or electron conductivity, and either one of the hole conductive layer and the electron conductive layer Includes at least one of the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer, and is provided in at least one of the hole conducting layer, the electron conducting layer, and the hole conducting layer and the electron conducting layer. The present invention is characterized in that it has a self-assembled structure by a non-covalent bond interaction through the first hyperbranched polymer or the second hyperbranched polymer, whereby the above object is achieved.
【0012】好ましい実施形態において、前記第1超分
岐高分子はホール伝導性を有し、前記第2超分岐高分子
は電子伝導性を有する。In a preferred embodiment, the first hyperbranched polymer has hole conductivity and the second hyperbranched polymer has electron conductivity.
【0013】前記ホール伝導層は、複数の第1超分岐高
分子によって形成された自己組織化構造を含み、前記電
子伝導層は、複数の第2超分岐高分子によって形成され
た自己組織化構造を含むことが好ましい。The hole conductive layer includes a self-assembled structure formed of a plurality of first hyperbranched polymers, and the electron conductive layer includes a self-assembled structure formed of a plurality of second hyperbranched polymers. It is preferable to include.
【0014】前記ホール伝導層と前記電子伝導層とは互
いに積層されており、前記第1超分岐高分子と前記第2
超分岐高分子との間の非共有結合的相互作用によって形
成された自己組織化構造を含むことが好ましい。The hole conducting layer and the electron conducting layer are laminated on each other, and the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer are laminated.
It preferably comprises a self-assembled structure formed by non-covalent interactions with the hyperbranched polymer.
【0015】前記ホール伝導層および前記電子伝導層の
少なくとも一方は、等方的な特性を有することが好まし
く、いずれもが等方的な特性を有することがさらに好ま
しい。等方的な特性とは、複数の超分岐高分子(同種、
異種を問わない)の中心構造間と分岐構造間とで特性に
実質的な差がないことを意味する。At least one of the hole conductive layer and the electron conductive layer preferably has isotropic characteristics, and more preferably both have isotropic characteristics. An isotropic property means that multiple hyperbranched polymers (of the same kind,
It means that there is no substantial difference in characteristics between the central structure (of any kind) and the branched structure.
【0016】前記第1超分岐高分子および前記第2超分
岐高分子の少なくとも一方は、デンドリマーであること
が好ましく、いずれもがデンドリマーであることがさら
に好ましい。At least one of the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer is preferably a dendrimer, and more preferably both are dendrimers.
【0017】前記第1超分岐高分子および前記第2超分
岐高分子の少なくとも一方は、2種以上の異なる機能を
有してもよい。2つの機能は、例えば、蛍光性と電子伝
導性である。At least one of the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer may have two or more different functions. The two functions are, for example, fluorescence and electronic conductivity.
【0018】ある実施形態の前記高分子構造体は、前記
第1超分岐高分子と前記第2超分岐高分子との間に、第
3超分岐高分子をさらに有し、前記第3超分岐高分子
と、前記第1超分岐高分子または前記第2超分岐高分子
との間の非共有結合的相互作用によって自己組織化構造
が形成されている。[0018] The polymer structure of one embodiment further comprises a third hyperbranched polymer between the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer, and the third hyperbranched polymer is provided. A self-assembled structure is formed by a non-covalent bond interaction between the polymer and the first hyperbranched polymer or the second hyperbranched polymer.
【0019】前記第1超分岐高分子はホール伝導性を有
し、前記第2超分岐高分子は電子伝導性を有し、前記第
3超分岐高分子は、ホール伝導性、電子伝導性およびイ
オン伝導性のいずれかを有してよい。The first hyperbranched polymer has hole conductivity, the second hyperbranched polymer has electron conductivity, and the third hyperbranched polymer has hole conductivity, electron conductivity, and hole conductivity. It may have either ionic conductivity.
【0020】前記ホール伝導層は、複数の第1超分岐高
分子によって形成された自己組織化構造を含み、前記電
子伝導層は、複数の第2超分岐高分子によって形成され
た自己組織化構造を含み、前記ホール伝導層と前記電子
伝導層との間に、複数の第3超分岐高分子によって形成
された自己組織化構造を含むさらなる機能層を有してよ
い。The hole conductive layer includes a self-assembled structure formed of a plurality of first hyperbranched polymers, and the electron conductive layer includes a self-assembled structure formed of a plurality of second hyperbranched polymers. And a further functional layer including a self-assembled structure formed by a plurality of third hyperbranched polymers between the hole conductive layer and the electron conductive layer.
【0021】前記ホール伝導層、前記電子伝導層および
前記さらなる機能層は互いに積層されており、前記第1
超分岐高分子と前記第3超分岐高分子との間の非共有結
合的相互作用によって形成された自己組織化構造および
前記第2超分岐高分子と前記第3超分岐高分子との間の
非共有結合的相互作用によって形成された自己組織化構
造のうちの少なくとも一方を含むことが好ましく、いず
れをも含むことがさらに好ましい。The hole conductive layer, the electron conductive layer and the further functional layer are laminated on each other, and
A self-assembled structure formed by a non-covalent bond interaction between the hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer and between the second hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer It is preferable to include at least one of the self-assembled structures formed by non-covalent interactions, and it is more preferable to include both of them.
【0022】前記ホール伝導層、前記電子伝導層および
前記さらなる機能層の少なくとも一つは、等方的な特性
を有することが好ましく、いずれもが等方的な特性を有
することがさらに好ましい。At least one of the hole conductive layer, the electron conductive layer and the further functional layer preferably has isotropic properties, and more preferably all have isotropic properties.
【0023】前記第1超分岐高分子、前記第2超分岐高
分子および前記第3超分岐高分子の少なくとも一つは、
デンドリマーであることが好ましく、いずれもがデンド
リマーであることがさらに好ましい。At least one of the first hyperbranched polymer, the second hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer is
Dendrimers are preferred, and all are more preferred.
【0024】前記第1超分岐高分子、前記第2超分岐高
分子および前記第3超分岐高分子の少なくとも一つは、
2種以上の異なる機能を有してもよい。At least one of the first hyperbranched polymer, the second hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer is
It may have two or more different functions.
【0025】本発明による機能素子は、上記のいずれか
の高分子構造体と、前記高分子構造体に電気的に接続さ
れた電極とを有し、そのことによって上記目的が達成さ
れる。The functional element according to the present invention has any one of the above-mentioned polymer structures and an electrode electrically connected to the polymer structure, thereby achieving the above object.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。本明細書における超分岐高分子とは、任意の形
状の分岐構造を持つ超分岐構造単位を少なくとも一つ有
する高分子である。ここで言う「超分岐構造単位」は、
図1に模式的に示すように、デンドリマー構造単位やハ
イパーブランチポリマー構造単位を含む。デンドリマー
やハイパーブランチポリマーについては、例えば、柿本
雅明,化学,50巻,608頁(1995)、高分子,
Vol.47,p.804(1998)に記載されてい
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. The hyperbranched polymer in the present specification is a polymer having at least one hyperbranched structural unit having a branched structure of any shape. The "hyperbranched structural unit" referred to here is
As schematically shown in FIG. 1, it includes a dendrimer structural unit and a hyperbranched polymer structural unit. As for the dendrimer and the hyperbranched polymer, for example, Masaaki Kakimoto, Kagaku, 50, 608 (1995), High Polymer,
Vol. 47, p. 804 (1998).
【0027】超分岐構造単位12は、1つの樹木状分岐
の開始点13aを有する。超分岐構造単位12が有する
分岐点13の数に制限は無く、樹木状分岐の開始点13
aのみを分岐点13とした構造であってもよい。超分岐
構造単位12は、デンドリマー構造単位のように、規則
的な繰り返し分岐構造を有してもよいし、ハイパーブラ
ンチポリマー構造単位のように、不規則な繰り返し分岐
構造を有していも良い。The hyperbranched structural unit 12 has one dendritic branch start point 13a. The number of branch points 13 included in the hyperbranched structural unit 12 is not limited, and the start point 13 of the tree-like branch is 13
The structure may be such that only a is the branch point 13. The hyperbranched structural unit 12 may have a regular repeating branched structure like a dendrimer structural unit, or may have an irregular repeating branched structure like a hyperbranched polymer structural unit.
【0028】本明細書における超分岐高分子は、図1に
示した超分岐構造単位12を少なくとも1つ有せば良い
が、図2に示す超分岐高分子10のように、中心構造
(コア)14に結合した複数の超分岐構造単位12(1
2a〜12c)を有することが好ましい。特に、超分岐
高分子10および超分岐高分子10の自己組織化構造が
等方的な特性を示すように、超分岐高分子10の分子構
造の対称性が高いことが好ましく、超分岐構造単位12
の数は、3個または4個が好ましい。複数の超分岐構造
単位12は互いに異なるものであっても良いが、構造の
対称性の観点から、同じものであることが好ましい。The hyperbranched polymer in the present specification may have at least one hyperbranched structural unit 12 shown in FIG. 1, but like the hyperbranched polymer 10 shown in FIG. ) 14 bound to a plurality of hyperbranched structural units 12 (1
2a-12c). In particular, it is preferable that the hyperbranched polymer 10 and the self-assembled structure of the hyperbranched polymer 10 exhibit isotropic characteristics, and that the molecular structure of the hyperbranched polymer 10 has high symmetry. 12
The number of is preferably 3 or 4. The plurality of hyperbranched structural units 12 may be different from each other, but are preferably the same from the viewpoint of structural symmetry.
【0029】図2に示した超分岐高分子10は、3つの
超分岐構造単位12a、12bおよび12cの樹木状分
岐開始点13aが、中心構造14としての3官能性原子
団に結合した構造を有している。中心構造14と超分岐
構造単位12との結合は、典型的には共有結合である
が、水素結合や配位結合などの非共有結合であってもよ
い。The hyperbranched polymer 10 shown in FIG. 2 has a structure in which the tree-like branching starting points 13a of the three hyperbranched structural units 12a, 12b and 12c are bonded to a trifunctional atomic group as the central structure 14. Have The bond between the central structure 14 and the hyperbranched structural unit 12 is typically a covalent bond, but may be a non-covalent bond such as a hydrogen bond or a coordinate bond.
【0030】超分岐構造単位12a、12bおよび12
cは、互いに異なってもよいし、同じであっても良い。
超分子高分子10が等方的な特性を有するように、3つ
の超分岐構造単位12a、12bおよび12cは同じも
のであることが好ましい。以下、中心構造14としての
多官能原子団も参照符号14で示すことにする。Hyperbranched structural units 12a, 12b and 12
c may be different from each other or may be the same.
It is preferable that the three hyperbranched structural units 12a, 12b and 12c are the same so that the supramolecular polymer 10 has isotropic properties. Hereinafter, the polyfunctional atomic group as the central structure 14 will also be indicated by reference numeral 14.
【0031】なお、本発明で用いられる超分岐高分子1
0は、その分子表面にホール伝導性や電子伝導性、また
はイオン伝導性を有するものであってよく、分子表面と
内部との間にエネルギー相互作用を有するものや、デン
ドロン(超分岐構造単位中の繰り返し単位)にキャリア
ー伝導性を有するものでもよい。分子の表面にキャリア
伝導性を有する超分岐高分子10は、キャリア伝導性を
有する末端基間のホッピングによってキャリアが移動す
る。デンドロンがπ共役鎖などπ電子を有する構造を備
える場合など、デンドロンがキャリア伝導性を有する場
合には、キャリアは中心構造14と超分岐構造単位12
との間をも移動することができるので、中心構造14が
有する機能を引き出すことができる。The hyperbranched polymer 1 used in the present invention
0 may have hole conductivity, electron conductivity, or ionic conductivity on its molecular surface, and may have energy interaction between the molecular surface and the interior, or dendron (in the hyperbranched structural unit). (Repeating unit of) may have carrier conductivity. In the hyperbranched polymer 10 having carrier conductivity on the surface of the molecule, carriers move by hopping between terminal groups having carrier conductivity. When the dendron has carrier conductivity, such as when the dendron has a structure having π electrons such as a π-conjugated chain, the carriers are the central structure 14 and the hyperbranched structural unit 12.
Since it is also possible to move between and, the function of the central structure 14 can be brought out.
【0032】超分岐高分子10の中心構造14とは、任
意の数の樹木状分岐開始点13aと結合し、樹木状分岐
開始点13a以降の超分岐構造単位12を除いた部分の
構造を指す。本発明に好適に用いられる超分岐高分子1
0は、典型的には、中心構造14の回りに複数の超分岐
構造単位12を有し、対称性の高い立体構造を有するの
で、中心構造14は超分岐高分子10の立体構造の中心
に位置する。The central structure 14 of the hyperbranched polymer 10 refers to the structure of a portion excluding the hyperbranched structural unit 12 after the dendritic branching starting point 13a, which is bonded to any number of dendritic branching starting points 13a. . Hyperbranched polymer 1 preferably used in the present invention
0 has a plurality of hyperbranched structural units 12 around the central structure 14 and has a highly symmetric three-dimensional structure, so that the central structure 14 is at the center of the three-dimensional structure of the hyperbranched polymer 10. To position.
【0033】中心構造14を構成する多官能原子団14
として、(1)炭素数が1〜20であって、O、NH、
N(CH3)、S、SO2等のヘテロ原子が介在しても良
い非置換または水酸基、カルボキシル基、アシル基また
はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子等のハロ
ゲン置換のアルキレン基、(2)炭素数が6〜20のア
リーレン基、(3)これらのアルキレン基とアリーレン
基が結合した基、(4)上記(1)〜(3)の各基の炭
素原子に結合した水素原子が脱離した多価の基、(5)
多価のヘテロ環基、(6)多価のヘテロ環基と上記
(1)〜(4)の炭化水素基とが結合した基、(7)ポ
ルフィリンやポルフィリン錯体が挙げられる。Polyfunctional atomic group 14 constituting the central structure 14
As (1) having 1 to 20 carbon atoms, O, NH,
Unsubstituted or hydroxyl group, carboxyl group, acyl group or halogen-substituted alkylene group such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom or iodine atom, which may have a hetero atom such as N (CH 3 ), S or SO 2 interposed; (2) an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, (3) a group in which these alkylene groups and an arylene group are bonded, (4) a hydrogen atom bonded to a carbon atom in each of the above groups (1) to (3) A multivalent group eliminated from, (5)
Examples thereof include a polyvalent heterocyclic group, (6) a group in which the polyvalent heterocyclic group is bonded to the hydrocarbon group of (1) to (4), and (7) a porphyrin or a porphyrin complex.
【0034】本発明に用いられる超分岐高分子10のデ
ンドロンは、芳香族であっても、脂肪族であってもよ
い。具体的には、芳香族または脂肪族ポリエーテル構
造、芳香族ポリエステル構造、ポリシロキサン構造、ポ
リカルボシラン構造、ポリエーテルアミド構造、ポリア
ミドアミン構造、ポリプロピレンイミン構造等の高分子
構造や、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポ
リフェニレンエチニレン等の共役系高分子構造が挙げら
れ、ポリチオフェンやポリチエニレンビニレンやポリピ
ロールやポリシロール等のヘテロ環基等を含んでもよ
い。The dendron of the hyperbranched polymer 10 used in the present invention may be aromatic or aliphatic. Specifically, a polymer structure such as an aromatic or aliphatic polyether structure, an aromatic polyester structure, a polysiloxane structure, a polycarbosilane structure, a polyetheramide structure, a polyamidoamine structure, or a polypropyleneimine structure, or polyphenylene or polyphenylene. Examples thereof include conjugated polymer structures such as vinylene and polyphenyleneethynylene, and may include a heterocyclic group such as polythiophene, polythienylenevinylene, polypyrrole, and polysilole.
【0035】デンドロンにキャリヤ伝導性を付与するた
めに、デンドロンにπ共役系構造に持たせてもよいし、
ホール伝導構造として、ジアルキルフェニルアミン残基
を有する構造、トリフェニルアミン残基を有する構造、
フェナントロリン残基、イミダゾール残基等を持たせて
もよい。また、電子伝導構造として、ナフタレンテトラ
カルボン酸ジイミド残基等を持たせてもよい。また、イ
オン伝導構造として、カルボキリレートやスルホネート
官能基等のアニオンとアルカリ金属やアルカリ土類金属
等のカチオンとで構成された塩をを持たせてもよい。In order to impart carrier conductivity to the dendron, the dendron may have a π-conjugated structure,
As a hole conduction structure, a structure having a dialkylphenylamine residue, a structure having a triphenylamine residue,
It may have a phenanthroline residue, an imidazole residue or the like. Moreover, you may have a naphthalene tetracarboxylic acid diimide residue etc. as an electronic conduction structure. Further, as the ionic conduction structure, a salt composed of an anion such as a carboxylate or sulfonate functional group and a cation such as an alkali metal or an alkaline earth metal may be provided.
【0036】さらに、超分岐高分子の分子内に他の機能
性の原子団(官能基)を導入し、機能の複合化をするこ
とができる。例えば、分子内に蛍光性を有する基や、紫
外線吸収性を有する基などを導入することができる。具
体的には、例えばローダミン色素等をデンドリマーの中
心構造に持たせることが挙げられる。Further, by introducing another functional atomic group (functional group) into the molecule of the hyperbranched polymer, the functions can be compounded. For example, a group having fluorescence or a group having ultraviolet absorption can be introduced into the molecule. Specifically, for example, it is possible to add a rhodamine dye or the like to the central structure of the dendrimer.
【0037】本発明で用いる超分岐高分子10は、上述
したように、超分岐構造単位12を有する限り、その分
岐構造に制限は無いが、分子構造の対称性の観点からデ
ンドリマーであることが好ましい。超分岐高分子10が
デンドリマーの場合、その世代数に特に制限はないが、
中心構造14が大きいものや長いものを含めると、典型
的な世代数は1〜10であり、末端基(超分岐構造単位
12の末端部、超分岐高分子10の表面を構成する末端
部)の密集性と合成の容易性から、世代数は2〜8が好
ましく、さらに好ましくは3〜7であり、最も好ましい
のは、3〜5である。なお、デンドリマーの世代とは、
図3に示すように、規則的な分岐の次数を示すものであ
る。As described above, the hyperbranched polymer 10 used in the present invention is not limited in its branched structure as long as it has the hyperbranched structural unit 12, but is a dendrimer from the viewpoint of the symmetry of the molecular structure. preferable. When the hyperbranched polymer 10 is a dendrimer, the number of generations thereof is not particularly limited,
Including those having a large or long central structure 14, the typical number of generations is 1 to 10, and end groups (the end portion of the hyperbranched structural unit 12 and the end portion constituting the surface of the hyperbranched polymer 10). The number of generations is preferably 2 to 8, more preferably 3 to 7, and most preferably 3 to 5 from the viewpoint of the density and the ease of synthesis. In addition, with the generation of dendrimer,
As shown in FIG. 3, it shows the degree of regular branching.
【0038】本発明による高分子構造体は、ホール伝導
層および電子伝導層を備え、第1超分岐高分子および第
2超分岐高分子を有する。第1超分岐高分子および第2
超分岐高分子の少なくともいずれか一方はホール伝導性
または電子伝導性を有する。ホール伝導層および電子伝
導層のいずれか一方は第1超分岐高分子および第2超分
岐高分子のいずれか一方を含み、ホール伝導層、電子伝
導層およびホール伝導層と電子伝導層との間の少なくと
も1つに、第1超分岐高分子または第2超分岐高分子を
介した非共有結合的相互作用による自己組織化構造を有
する。The polymer structure according to the present invention comprises a hole conducting layer and an electron conducting layer, and has a first hyperbranched polymer and a second hyperbranched polymer. First hyperbranched polymer and second
At least one of the hyperbranched polymers has hole conductivity or electron conductivity. One of the hole conducting layer and the electron conducting layer includes one of the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer, and the hole conducting layer, the electron conducting layer, and the space between the hole conducting layer and the electron conducting layer. At least one of them has a self-organized structure by a non-covalent bond interaction via the first hyperbranched polymer or the second hyperbranched polymer.
【0039】すなわち、本発明による高分子構造体は、
上述した超分岐高分子を介した非共有結合的相互作用に
よって形成された自己組織化構造を含む。自己組織化構
造は、同種の超分岐高分子間に形成されたものでもよい
し、異種の超分岐高分子間に形成されたものでもよい。
また、高分子構造体が従来の鎖状高分子を含む場合に
は、超分岐高分子と従来の鎖状高分子との間に形成され
た自己組織化構造であってもよい。超分岐高分子を用い
る場合、最小の自己組織化構造は、2つの超分岐高分子
(2分子)によって形成され得る。That is, the polymer structure according to the present invention is
It includes a self-assembled structure formed by the non-covalent interaction via the hyperbranched polymer described above. The self-assembled structure may be formed between the same type of hyperbranched polymer or may be formed between different types of hyperbranched polymer.
When the polymer structure contains a conventional chain polymer, it may have a self-assembled structure formed between the hyperbranched polymer and the conventional chain polymer. When using hyperbranched macromolecules, the smallest self-assembled structure can be formed by two hyperbranched macromolecules (two molecules).
【0040】本発明による高分子構造体が有する少なく
とも2種の超分岐高分子のうちの一方は、ホール伝導性
または電子伝導性を有し、高分子構造体が有するホール
伝導層および電子伝導層のいずれか一方は、上記の超分
岐高分子を含む。例えば、第1超分岐高分子がホール伝
導性を有し、第2超分岐高分子が電子伝導性を有する場
合、ホール伝導層は第1超分岐高分子を含み、電子伝導
層は第2超分岐高分子を含む。このとき、自己組織化構
造は、第1超分岐高分子間の相互作用によってホール伝
導層内に形成されてもよいし、第2超分岐高分子間の相
互作用によって電子伝導層内に形成されてもよいし、あ
るいは、第1超分岐高分子と第2超分岐高分子との間の
相互作用によって、ホール伝導層と電子伝導層との界面
に形成されてもよい。好ましくは、ホール伝導層、電子
伝導層およびこれらの間(界面領域)の全てが自己組織
化構造を含むことが好ましい。One of at least two kinds of hyperbranched polymers contained in the polymer structure according to the present invention has hole conductivity or electron conductivity, and the hole conduction layer and the electron conduction layer contained in the polymer structure. One of the above contains the hyperbranched polymer. For example, when the first hyperbranched polymer has hole conductivity and the second hyperbranched polymer has electron conductivity, the hole conductive layer includes the first hyperbranched polymer and the electron conductive layer has the second hyperbranched polymer. Includes branched polymers. At this time, the self-assembled structure may be formed in the hole conducting layer by the interaction between the first hyperbranched polymers or may be formed in the electron conducting layer by the interaction between the second hyperbranched polymers. Alternatively, it may be formed at the interface between the hole conduction layer and the electron conduction layer by the interaction between the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer. Preferably, the hole conductive layer, the electron conductive layer, and between them (interfacial region) all include a self-assembled structure.
【0041】なお、非共有結合的相互作用には、ファン
デアワールス力、水素結合、静電相互作用、π電子相互
作用、電荷移動相互作用等が含まれる。The non-covalent bond interaction includes van der Waals force, hydrogen bond, electrostatic interaction, π electron interaction, charge transfer interaction and the like.
【0042】ここで、図4(a)および(b)を参照し
ながら、本発明の高分子構造体が有する自己組織化構造
について説明する。The self-assembled structure of the polymer structure of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
【0043】本発明に用いられる超分岐高分子の立体構
造は、等方的な特性を発現させるために、図4(a)に
示したような円盤状(ディスク状)および図4(b)に
示したような球状であることが好ましい。なお、このよ
うな立体構造を有する超分岐高分子は、上述したよう
に、中心構造およびデンドロンの構造ならびに世代数を
適宜調整することによって得られる。The three-dimensional structure of the hyperbranched polymer used in the present invention has a disk shape (disk shape) as shown in FIG. 4A and a three-dimensional structure as shown in FIG. It is preferably spherical as shown in FIG. The hyperbranched polymer having such a three-dimensional structure can be obtained by appropriately adjusting the central structure, the dendron structure, and the number of generations, as described above.
【0044】円盤状の超分岐高分子10aは、図4
(a)に示したように、その分子間に働く非共有結合的
相互作用によって、自己組織化構造20aを形成する。
また、球状の超分岐高分子10bは、図4(b)に示し
たように、その分子間に働く非共有結合的相互作用によ
って、自己組織化構造20bを形成する。図4(b)に
は、1層目の4つの超分岐高分子10bの中央に2層目
の超分岐高分子10bが位置するような自己組織化構造
20bを例示しているが、これに限られず、1層目と2
層目の超分岐高分子10bが互いに重なるような自己組
織化構造が形成されてもよい。The disc-shaped hyperbranched polymer 10a is shown in FIG.
As shown in (a), the self-assembled structure 20a is formed by the non-covalent bond interaction between the molecules.
In addition, the spherical hyperbranched polymer 10b forms a self-assembled structure 20b by a non-covalent interaction that acts between its molecules, as shown in FIG. 4 (b). FIG. 4B illustrates a self-assembled structure 20b in which the second-layer hyperbranched polymer 10b is located in the center of the first-layer four hyperbranched polymer 10b. Not limited, first layer and 2
A self-assembled structure may be formed in which the hyperbranched polymer layers 10b in the layer overlap with each other.
【0045】図4(a)および(b)において、互いに
積層されている超分岐高分子10aおよび10bは、そ
れぞれ同種のものであってもよいし、異種のものであっ
てもよい。すなわち、同種の超分岐高分子からなる複数
の層で1つの機能層(例えばホール伝導層)を構成して
もよいし、超分岐高分子の単分子層で1つの機能層を構
成してもよい。従って、図4(a)および(b)に示し
た自己組織化構造20aおよび20bは、単一の機能層
を構成する場合もあれば、複数の機能層の積層構造を構
成する場合もある。In FIGS. 4 (a) and 4 (b), the hyperbranched polymers 10a and 10b laminated on each other may be of the same kind or of different kinds. That is, one functional layer (for example, a hole conduction layer) may be composed of a plurality of layers of the same kind of hyperbranched polymer, or one functional layer may be composed of a monomolecular layer of hyperbranched polymer. Good. Therefore, the self-assembled structures 20a and 20b shown in FIGS. 4A and 4B may form a single functional layer or may form a laminated structure of a plurality of functional layers.
【0046】このように、非共有結合的相互作用による
自己組織化構造を形成させることにより、各層で発生し
たエネルギーの移動やキャリアの移動が、非共有結合的
相互作用の強い部分を介して各層内および/または各層
間でスムーズに起こり、移動速度を速くすることが可能
となる。By thus forming the self-organized structure by the non-covalent bond interaction, the energy transfer or carrier transfer generated in each layer is transferred to each layer through the strong non-covalent bond interaction. It occurs smoothly inside and / or between each layer, and the moving speed can be increased.
【0047】また、3次元的な広がりをもつ超分岐高分
子および/またはその自己組織化構造が導電性などの機
能を担っているので、1次元の共役鎖が機能を担う従来
の導電性高分子のように特性が温度に依存しやすいとい
う問題の発生が抑制される。Further, since the hyperbranched polymer having a three-dimensional spread and / or its self-assembled structure has a function such as conductivity, the one-dimensional conjugated chain has a high conductivity. The occurrence of the problem that the characteristics tend to depend on the temperature like the molecule is suppressed.
【0048】超分岐高分子を用いてホール伝導層や電子
伝導層などの機能層を形成する方法には、公知の成膜方
法を広く適用することができる。超分岐高分子は、従来
の共役系の導電性高分子などに比べて溶媒に対する溶解
性に優れるので、種々の溶媒を用いて溶液を調製するこ
とができる。この溶液をスピンコーティング法、ディッ
プコーティング法、キャスティング法、印刷法およびイ
ンクジェット法等の方法により基板(支持体)21上に
塗布または印刷し、乾燥後、必要に応じて加熱処理する
ことにより、超分岐高分子の膜を形成することができ
る。As a method of forming a functional layer such as a hole conductive layer or an electron conductive layer using a hyperbranched polymer, known film forming methods can be widely applied. Since the hyperbranched polymer has a higher solubility in a solvent than a conventional conjugated conductive polymer or the like, a solution can be prepared using various solvents. This solution is applied or printed on the substrate (support) 21 by a method such as a spin coating method, a dip coating method, a casting method, a printing method and an inkjet method, dried and then heat-treated if necessary A branched polymer film can be formed.
【0049】例えば、超分岐高分子の単分子膜は、所定
の濃度の溶液に、基板21を所定の時間だけ浸漬するこ
とによって形成できる。基板表面に超分岐高分子と非共
有結合的相互作用を示す層を予め形成しておけば、自己
組織化構造を形成しながら単分子層が形成される。For example, a monomolecular film of hyperbranched polymer can be formed by immersing the substrate 21 in a solution having a predetermined concentration for a predetermined time. If a layer showing a non-covalent bond interaction with the hyperbranched polymer is previously formed on the surface of the substrate, a monomolecular layer is formed while forming a self-assembled structure.
【0050】このように、基板21上に、超分岐高分子
の膜を順次形成することによって、本発明の高分子構造
体を形成することができる。As described above, the polymer structure of the present invention can be formed by sequentially forming the hyperbranched polymer film on the substrate 21.
【0051】また、超分岐高分子は、従来の共役系導電
性高分子などに比べて低い温度で溶融するので、ホット
プレス法、射出成形法やトランスファ成形法等によって
種々の形状に成形することもできる。得られた超分岐高
分子の膜を積層することによって、本発明の高分子構造
体を得ることができる。Further, since the hyperbranched polymer melts at a lower temperature than conventional conjugated conductive polymers and the like, it can be molded into various shapes by hot pressing, injection molding, transfer molding, or the like. You can also The polymer structure of the present invention can be obtained by stacking the obtained hyperbranched polymer films.
【0052】図4(a)および(b)では、超分岐高分
子間の非共有結合的相互作用による自己組織化構造を説
明したが、超分岐高分子と従来の鎖状高分子との間の非
共有結合的相互作用によっても、自己組織化構造が形成
され得る。例えば、第1超分岐高分子でホール伝導層を
形成し、従来の導電性高分子(鎖状共役系高分子)で電
子伝導層を形成し、これらの間の非共有結合的相互作用
によって自己組織化構造を形成することもできる。In FIGS. 4 (a) and 4 (b), the self-assembled structure due to the non-covalent interaction between hyperbranched polymers was explained. Self-assembled structures can also be formed by non-covalent interactions of. For example, the hole conducting layer is formed of the first hyperbranched polymer, the electron conducting layer is formed of the conventional conductive polymer (chain conjugated polymer), and self-coupling is performed by the non-covalent interaction between them. It is also possible to form an organized structure.
【0053】超分岐高分子以外の高分子として、例え
ば、ポリスチレン鎖、ポリシロキサン鎖、ポリエーテル
鎖、ポリエステル鎖、ポリアミド鎖やポリイミド鎖等の
主鎖に、フタロシアニン系誘導体、アゾ化合物系誘導
体、ペリレン系誘導体、キナクリドン系誘導体、多環キ
ノン系誘導体、シアニン系誘導体、フラーレン誘導体、
インドール、カルバゾール等の含窒素環式化合物誘導
体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、多
環芳香族化合物誘導体等の側鎖が導入されたものが挙げ
られる。さらに、共役系高分子鎖である、ポリパラフェ
ニレン等の芳香族系共役系高分子、ポリアセチレン等の
脂肪族系共役系高分子、ポリピロールやポリチオフェン
等の複素環式共役系高分子、ポリアニリン類やポリフェ
ニレンサルファイド等の含ヘテロ原子共役系高分子、ポ
リ(フェニレンビニレン)やポリ(アリーレンビニレ
ン)や、ポリ(チエニレンビニレン)等の上記共役系高
分子の構成単位が交互に結合した構造を有する複合型共
役系高分子等の炭素型共役系高分子や、ポリシラン類
や、ジシラニレンポリマー類、ジシラニレンー炭素系共
役性ポリマー構造などが挙げられる。As the polymer other than the hyperbranched polymer, for example, a phthalocyanine derivative, an azo compound derivative, or perylene is added to the main chain such as polystyrene chain, polysiloxane chain, polyether chain, polyester chain, polyamide chain or polyimide chain. Derivatives, quinacridone derivatives, polycyclic quinone derivatives, cyanine derivatives, fullerene derivatives,
Examples thereof include nitrogen-containing cyclic compound derivatives such as indole and carbazole, hydrazone derivatives, triphenylamine derivatives, and polycyclic aromatic compound derivatives into which side chains are introduced. Furthermore, a conjugated polymer chain, an aromatic conjugated polymer such as polyparaphenylene, an aliphatic conjugated polymer such as polyacetylene, a heterocyclic conjugated polymer such as polypyrrole or polythiophene, polyaniline or Heteroatom-containing conjugated polymers such as polyphenylene sulfide, poly (phenylene vinylene), poly (arylene vinylene), and composites having a structure in which the constituent units of the above conjugated polymers such as poly (thienylene vinylene) are alternately bonded. Examples thereof include carbon-type conjugated polymers such as type-conjugated polymers, polysilanes, disilanylene polymers, and disiranylene-carbon-based conjugated polymer structures.
【0054】また、本発明による高分子構造体は、典型
的には、上述したように積層構造を有しているが、必ず
しも積層構造を有する必要はない。例えば、第1超分岐
高分子と第2超分岐高分子とを混合して、これらの間の
非共有結合的相互作用によって自己組織化構造を形成さ
せたものを、高分子マトリクス中に混合・分散させても
よい。さらに、高分子マトリクス中の超分岐高分子の濃
度が十分に高い場合には、例えば、ホール伝導性の超分
岐高分子を絶縁性の高分子マトリクス中に分散させた組
成物を用いてホール伝導層を形成することができる。こ
のとき、高分子マトリクス中に分散された超分岐高分子
間の非共有結合的相互作用による自己組織化構造が形成
されるだけでなく、このホール伝導層に隣接して形成さ
れる電子伝導層との間に自己組織化構造が形成される場
合もある。電子伝導層も超分岐高分子が高分子マトリク
ス中に分散された組成物から形成されたものであっても
よい。The polymer structure according to the present invention typically has a laminated structure as described above, but it does not necessarily have to have a laminated structure. For example, a mixture of a first hyperbranched polymer and a second hyperbranched polymer and a self-assembled structure formed by a non-covalent bond interaction between them is mixed in a polymer matrix. It may be dispersed. Furthermore, when the concentration of the hyperbranched polymer in the polymer matrix is sufficiently high, for example, the composition in which the hole-conducting hyperbranched polymer is dispersed in the insulating polymer matrix is used to conduct hole conduction. Layers can be formed. At this time, not only the self-assembled structure is formed by the non-covalent bond interaction between the hyperbranched polymers dispersed in the polymer matrix, but also the electron conduction layer formed adjacent to the hole conduction layer. In some cases, a self-organized structure is formed between and. The electron conducting layer may also be formed from a composition in which a hyperbranched polymer is dispersed in a polymer matrix.
【0055】高分子マトリクスの材料としては、自己組
織化構造の形成を阻害しないものであれば、特に制限は
なく、例えば、2,2―ビス(4−ハイドロキシフェニ
ル)プロパン(通称ビスフェノールA)を原料とするポ
リカーボネート、2,2−ビス(3−メチルー4−ハイ
ドロキシフェニル)プロパン(通称ビスフェノールC)
を原料とするポリカーボネート、ビス(4−ハイドロキ
シフェニル)フェニルメタン(通称ビスフェノールP)
を原料にしたポリカーボネート、1,1−ビス(4−ハ
イドロキシフェニル)シクロヘキサン(通称ビスフェノ
ールZ)を原料とするポリカーボネートや芳香族ポリカ
ーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、アクリル系樹
脂、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢
酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等
の熱可塑性または熱硬化性樹脂を例示することができ
る。The material of the polymer matrix is not particularly limited as long as it does not inhibit the formation of the self-assembled structure, and for example, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (commonly called bisphenol A) is used. Polycarbonate as a raw material, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane (commonly called bisphenol C)
Polycarbonate made from bis (4-hydroxyphenyl) phenylmethane (commonly called bisphenol P)
, A polycarbonate made from 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane (commonly called bisphenol Z) as a raw material, an aromatic polycarbonate resin, a polyarylate resin, an acrylic resin, a styrene resin, polyvinyl chloride, Examples thereof include thermoplastic or thermosetting resins such as vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride, phenoxy resin, epoxy resin and phenol resin.
【0056】高分子マトリクス中に超分岐高分子を分散
させて使用する場合、超分岐高分子の配合量は、40重
量%以上100重量%未満であり、好ましくは60重量
%以上100重量%未満である。When the hyperbranched polymer is used by dispersing it in the polymer matrix, the content of the hyperbranched polymer is 40% by weight or more and less than 100% by weight, preferably 60% by weight or more and less than 100% by weight. Is.
【0057】このような超分岐高分子分散系の組成物を
調製する方法には特に制限はなく、例えば、種々の溶剤
を用いて調製することができる。好適に用いられる溶剤
としては、テトラハイドロフラン(THF)、1,4−
ジオキサン、シクロヘキサノン、トルエン、クロロベン
ゼン、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、N,
N−ジメチルホルムアルデヒド(DMF)、塩化メチレ
ン等を例示することができる。得られた溶液をスピンコ
ーティング法、ディップコーティング法、キャスティン
グ法、印刷法およびインクジェット法等の方法により塗
布または印刷し、乾燥後、必要に応じて加熱処理するこ
とにより、超分岐高分子分散系組成物の膜を形成するこ
とができる。The method for preparing such a hyperbranched polymer dispersion composition is not particularly limited, and for example, it can be prepared by using various solvents. Solvents that are suitably used include tetrahydrofuran (THF), 1,4-
Dioxane, cyclohexanone, toluene, chlorobenzene, methyl ethyl ketone (MEK), acetone, N,
Examples thereof include N-dimethylformaldehyde (DMF) and methylene chloride. The resulting solution is applied or printed by a method such as a spin coating method, a dip coating method, a casting method, a printing method and an inkjet method, dried and then heat-treated as necessary to obtain a hyperbranched polymer dispersion composition. A film of material can be formed.
【0058】超分岐高分子の溶液や超分岐高分子を含む
組成物の溶液に、ドーパント等の添加剤を添加してもよ
い。添加剤としては、例えば、スチリル色素(DCM)
等やn型やp型のドーパント等が挙げられる。超分岐高
分子の種類および機能に応じて、種々の添加剤を用いる
ことができる。特に、超分岐高分子は、分子内に蛍光性
を有する基や、紫外線吸収性を有する基などを導入する
ことによって、複数の機能を有し得るので、このように
添加剤を用いることによって、特性の向上やさらなる機
能の複合化ができる。Additives such as dopants may be added to the solution of the hyperbranched polymer or the solution of the composition containing the hyperbranched polymer. Examples of the additive include styryl dye (DCM)
Etc. and n-type and p-type dopants and the like. Various additives can be used depending on the type and function of the hyperbranched polymer. In particular, the hyperbranched polymer may have a plurality of functions by introducing a group having fluorescence or a group having ultraviolet absorptivity into the molecule, and thus by using the additive, The characteristics can be improved and further functions can be combined.
【0059】本発明による高分子構造体に電圧を印加す
るための電極を設けることによって、種々の機能素子を
構成することができる。例えば、本発明による高分子構
造体は、太陽電池、光電変換素子、有機FET素子、コ
ンデンサー、発光素子、エレクトロクロミック素子、ポ
リマー二次電池等に用いることができる。以下に各用途
に適した素子構造の詳細について述べる。Various functional elements can be constructed by providing electrodes for applying a voltage to the polymer structure according to the present invention. For example, the polymer structure according to the present invention can be used for a solar cell, a photoelectric conversion element, an organic FET element, a capacitor, a light emitting element, an electrochromic element, a polymer secondary battery and the like. The details of the device structure suitable for each application will be described below.
【0060】光電変換素子または太陽電池においては、
一般的に高分子構造体が一対の平行平板電極で挟まれて
配置されるが、櫛形電極上に形成されても良く、これに
限定されるものではない。電極材料は特に限定されない
が、平行平板電極である場合、少なくとも一方の電極は
ITO電極、フッ素をドーピングさせた酸化錫等の透明
電極であることが好ましい。また、上記高分子構造体は
p型半導体性または、ホール伝導性超分岐高分子と、n
型半導体性または、電子伝導性超分岐高分子から形成さ
れる。また、上記2層のどちらか一方の超分岐高分子に
光増感色素基を導入したり、上記2層の間にHOMO
(最高被占荷電子帯)準位がホール伝導性超分岐高分子
のHOMOよりも低く、LUMO(最低非占荷電子帯)
準位が電子伝導性超分岐高分子のLUMOよりも高い光
増感色素分子構造を導入した高分子や超分岐高分子を導
入するとさらに向上し、太陽電池などとして用いる場
合、高効率な発電を行なうことができる。In the photoelectric conversion element or the solar cell,
Generally, the polymer structure is arranged so as to be sandwiched between a pair of parallel plate electrodes, but it may be formed on a comb-shaped electrode and is not limited to this. The electrode material is not particularly limited, but in the case of a parallel plate electrode, at least one electrode is preferably an ITO electrode or a transparent electrode such as tin oxide doped with fluorine. The polymer structure may include a p-type semiconducting or hole-conducting hyperbranched polymer,
It is formed of a semiconducting or electron-conducting hyperbranched polymer. In addition, a photosensitizing dye group is introduced into either one of the above-mentioned two layers of hyperbranched polymer, or HOMO is provided between the above two layers.
(Highest occupied electron band) Level is lower than HOMO of hole-conducting hyperbranched polymer, LUMO (Lowest unoccupied electron band)
When a polymer having a photosensitizing dye molecular structure having a higher level than the LUMO of an electron-conducting hyperbranched polymer or a hyperbranched polymer is introduced, the level is further improved, and when used as a solar cell, highly efficient power generation is achieved. Can be done.
【0061】さらには、上記p型半導体性またはホール
伝導性超分岐高分子と、n型半導体性または電子伝導性
超分岐高分子との間に、酸化還元可能なイオン導電性超
分岐高分子まはたイオン導電性高分子を設けることによ
って、電気化学光電変換素子を形成することができる。
このとき、イオン導電性超分岐高分子またはイオン導電
性高分子の酸化還元順位は、p型半導体性またはホール
伝導性超分岐高分子が光励起される場合、p型半導体性
またはホール伝導性超分岐高分子のLUMOよりも高
く、n型半導体性または電子伝導性超分岐高分子のLU
MOよりも低く設定されることが好ましい。一方、n型
半導体性または電子伝導性超分岐高分子が光励起される
場合、p型半導体性またはホール伝導性超分岐高分子の
HOMOよりも高く、n型半導体性または電子伝導性超
分岐高分子のHOMOよりも低く設定されることが好ま
しい。また、p型半導体性またはホール伝導性超分岐高
分子とn型半導体性または電子伝導性超分岐高分子との
両方が光励起される場合、p型半導体性またはホール伝
導性超分岐高分子のLUMOよりも高く、n型半導体性
または電子伝導性超分岐高分子のHOMOよりも低く設
定されることが好ましい。また、必要に応じて、各層の
いずれかに光増感性色素基を導入してもよい。Furthermore, between the p-type semiconducting or hole-conducting hyperbranched polymer and the n-type semiconducting or electron-conducting hyperbranched polymer, an oxidatively reducible ion-conducting hyperbranched polymer or An electrochemical photoelectric conversion element can be formed by providing the ion conductive polymer.
At this time, the oxidation-reduction order of the ion-conducting hyperbranched polymer or the ion-conducting polymer is such that when the p-type semiconducting or hole-conducting hyperbranched polymer is photoexcited, Higher than LUMO of polymer, LU of n-type semiconducting or electron-conducting hyperbranched polymer
It is preferably set lower than MO. On the other hand, when the n-type semiconducting or electron-conducting hyperbranched polymer is photoexcited, the n-type semiconducting or electron-conducting hyperbranched polymer is higher than the HOMO of the p-type semiconducting or hole-conducting hyperbranched polymer. It is preferable to be set lower than the HOMO of. When both the p-type semiconducting or hole-conducting hyperbranched polymer and the n-type semiconducting or electron-conducting hyperbranched polymer are photoexcited, the LUMO of the p-type semiconducting or hole-conducting hyperbranched polymer is used. It is preferably higher than the HOMO of the n-type semiconducting or electron-conducting hyperbranched polymer. Further, if necessary, a photosensitizing dye group may be introduced into any of the layers.
【0062】3層構造の高分子構造体について、少なく
とも2層が超分岐高分子であり、好ましくは隣同士の層
が超分岐高分子であり、さらに好ましくは、三層とも超
分岐高分子から形成されていることが好ましく。それぞ
れの層内および層間において、自己組織化構造を形成す
ることによって、特性および信頼性を向上することがで
きる。In the polymer structure having a three-layer structure, at least two layers are hyperbranched polymers, preferably adjacent layers are hyperbranched polymers, and more preferably all three layers are composed of hyperbranched polymers. It is preferably formed. By forming a self-assembled structure within and between each layer, the characteristics and reliability can be improved.
【0063】発光素子においても、多くの場合、本発明
の高分子構造体が平行平板電極に挟まれて配置される。
以下に代表的な機能素子の構造を図5(a)から(e)
において、参照符号1および4は一対の電極を示し、参
照符合2は電子伝導層、参照符号3は電子伝導層(また
は発光層)、参照符号5はホール伝導層、参照符号6は
ホール伝導層(または発光層)、参照符号7は発光層、
参照符号8は電荷発生層をそれぞれ示している。Also in a light emitting element, in many cases, the polymer structure of the present invention is disposed between parallel plate electrodes.
The structures of typical functional elements are shown below in FIGS.
1, reference numerals 1 and 4 represent a pair of electrodes, reference numeral 2 is an electron conductive layer, reference numeral 3 is an electron conductive layer (or a light emitting layer), reference numeral 5 is a hole conductive layer, and reference numeral 6 is a hole conductive layer. (Or a light emitting layer), reference numeral 7 is a light emitting layer,
Reference numeral 8 indicates a charge generation layer.
【0064】図5(a)に示した構造1、図5(b)に
示した構造2、および図5(c)に示した構造3では、
一対の両電極1と4から注入された正負のキャリヤーの
再結合効率を向上させることができる。図5(d)に示
した構造4では、電極1および4と発光層7やキャリヤ
ー伝導層(電子伝導層2およびホール伝導層5)との接
触をより確実なものとし、電極1および4からのキャリ
アー注入効率を増大させることができる。また、上記光
電変換素子の項で述べたのと同様に、超分岐高分子の内
部に発光に係わる基や色素の基、中心構造に発光に係わ
る基等を導入してもよい。また、機能の異なる超分岐高
分子を混合し、超分岐高分子の自己組織化構造を形成
し、それによって、キャリヤー伝導機能と発光機能とを
構造的に兼ね備えるようにしてもよい。In the structure 1 shown in FIG. 5A, the structure 2 shown in FIG. 5B, and the structure 3 shown in FIG. 5C,
It is possible to improve the recombination efficiency of the positive and negative carriers injected from the pair of both electrodes 1 and 4. In the structure 4 shown in FIG. 5D, the electrodes 1 and 4 and the light emitting layer 7 and the carrier conduction layer (the electron conduction layer 2 and the hole conduction layer 5) are more reliably contacted with each other, and The carrier injection efficiency of can be increased. Further, as described in the section of the photoelectric conversion element, a group related to light emission, a group of a dye, a group related to light emission in the central structure may be introduced into the hyperbranched polymer. Further, hyperbranched polymers having different functions may be mixed to form a self-assembled structure of the hyperbranched polymer, thereby having a structure having both a carrier conducting function and a light emitting function.
【0065】このように本発明による機能素子において
は、超分岐高分子の分子内における機能の複合化や、分
子間の非共有結合的相互作用による自己組織化構造がも
たらす機能の複合化が可能である。また、ディップ法や
インクジェット法、スピンコーティング法等の公知の塗
布法において、重ね塗りによって非共有結合的相互作用
による自己組織化構造を形成させたり、インクジェット
法のインクやディップ法、スピンコーティング法の溶液
で混合し、溶液中または溶媒を除くと同時の成膜中に非
共有結合的相互作用による自己組織化構造を形成するこ
とが可能である。なお、高分子構造体は機能素子用の基
板上に直接形成してもよいし、上述のように別途形成し
た高分子構造体を機能素子用の基板に転写してもよい。As described above, in the functional device according to the present invention, it is possible to combine the functions of the hyperbranched polymer in the molecule and the functions of the self-assembled structure due to the non-covalent interaction between the molecules. Is. In addition, in a known coating method such as a dipping method, an inkjet method, or a spin coating method, a self-assembled structure is formed by non-covalent interaction by overcoating, ink of the inkjet method, a dipping method, a spin coating method, or the like. It is possible to form a self-assembled structure by non-covalent interactions during film formation at the same time as mixing in a solution and removing the solvent or the solvent. The polymer structure may be directly formed on the substrate for the functional element, or the polymer structure separately formed as described above may be transferred to the substrate for the functional element.
【0066】非共有結合的相互作用による自己組織化構
造は、ナノ構造による分子レベルで制御され、一層が数
〜数十nmオーダの積層構造の膜厚や分子配向までを容
易に制御することができ、電界集中効果のためにキャリ
アーの層間の注入効率が増大するなどの効果があるた
め、大幅な性能向上も可能となる。The self-assembled structure by the non-covalent interaction is controlled at the molecular level by the nano structure, and it is possible to easily control the film thickness and the molecular orientation of the laminated structure having a layer of several to several tens nm. In addition, due to the electric field concentration effect, there is an effect such that the injection efficiency between the layers of carriers is increased, so that the performance can be greatly improved.
【0067】有機トランジスタ素子は、ホール伝導層お
よび電子伝導層の一方を導電層とし、他方を半導体層と
し、上記導電層と半導体層との間に絶縁層が設けられた
高分子構造体を用い、この高分子構造体にゲート電極、
ソース電極とドレイン電極を形成することにより実現で
きる。The organic transistor element uses a polymer structure in which one of the hole conductive layer and the electron conductive layer is a conductive layer, the other is a semiconductor layer, and an insulating layer is provided between the conductive layer and the semiconductor layer. , A gate electrode on this polymer structure,
It can be realized by forming a source electrode and a drain electrode.
【0068】コンデンサ(キャパシタ)も、ホール伝導
層および電子伝導層の一方を導電層とし、他方を半導体
層とし、上記導電層と半導体層との間に絶縁層が設けら
れた高分子構造体を用いて形成される。さらに、ホール
伝導層および電子伝導層を導電層とし、導電層どうしの
間にイオン伝導性層を挿入したり、ホール伝導層をp型
半導体層とし、電子伝導層をn型半導体層とし、これの
連続層を形成してもよい。A capacitor (capacitor) also has a polymer structure in which one of the hole conductive layer and the electron conductive layer is a conductive layer, the other is a semiconductor layer, and an insulating layer is provided between the conductive layer and the semiconductor layer. Is formed using. Further, the hole conductive layer and the electron conductive layer are conductive layers, an ion conductive layer is inserted between the conductive layers, the hole conductive layer is a p-type semiconductor layer, and the electron conductive layer is an n-type semiconductor layer. You may form the continuous layer of.
【0069】エレクトロクロミック素子は、ホール伝導
層をp型ドーピング可能な高分子層とし、酸化還元反応
で変色し、電子伝導性層をn型ドーピング可能な高分子
層とし、酸化還元反応で変色し、その層間に支持電解質
塩を含んだ層を有する高分子構造体から形成される。ま
た、この素子構造はポリマー二次電池としても用いるこ
とができ、高容量、低内部抵抗の二次電池を提供でき
る。In the electrochromic device, the hole conductive layer is a polymer layer capable of p-type doping, and the color is changed by a redox reaction, and the electron conductive layer is a polymer layer capable of n-type doping, and a color is changed by a redox reaction. , A polymer structure having a layer containing a supporting electrolyte salt between the layers. Further, this element structure can be used also as a polymer secondary battery, and a secondary battery having high capacity and low internal resistance can be provided.
【0070】以上のように本発明の機能素子は、等方的
な特性を有する超分岐高分子を含み、さらに、超分岐高
分子の非共有結合的相互作用を介した自己組織化構造を
有する高分子構造体を備えるので、等方性で極めて高い
キャリヤー伝導性を持ち、さらに、確実に層間が接触
し、高信頼性、高耐久性の機能素子を提供することがで
きる。また、本発明の機能素子は、単に高分子の溶液
(または高分子)を塗布するだけで形成し、膜厚、分子
配向まで、ナノスケールの分子レベルの制御が可能あ
る。As described above, the functional device of the present invention contains a hyperbranched polymer having isotropic characteristics, and further has a self-organized structure through noncovalent interaction of the hyperbranched polymer. Since the polymer structure is provided, it is possible to provide a functional element which is isotropic and has extremely high carrier conductivity, and moreover, the layers are surely brought into contact with each other to have high reliability and high durability. Further, the functional element of the present invention is formed by simply coating a polymer solution (or polymer), and it is possible to control the film thickness and the molecular orientation at the nanoscale molecular level.
【0071】さらに、超分岐高分子の分子中に様々な機
能基を導入による機能の複合化や、非共有結合的相互作
用による自己組織化構造による機能の複合化および新規
機能の発現を持った従来に無い機能素子および素子構造
を提供することができる。これは従来のポリマー材料や
ポリマーアロイ系等では、形成することが不可能な構造
である。Further, it has a complex function by introducing various functional groups into the molecule of the hyperbranched polymer, a complex function by a self-organized structure by a non-covalent interaction, and a new function expression. It is possible to provide a functional element and an element structure which have not existed in the past. This is a structure that cannot be formed by a conventional polymer material or polymer alloy system.
【0072】以下に超分岐高分子の合成例を示す。An example of synthesizing a hyperbranched polymer is shown below.
【0073】ポリプロピレンイミン系のものとして、ま
ず化学式1の第1アミン化合物を水−トルエン中で酢酸
触媒によりアクリロニトリルとシアノエチル化反応させ
ることで、化学式2の化合物を生成する。As a polypropyleneimine type compound, first, a primary amine compound of the chemical formula 1 is subjected to a cyanoethylation reaction with acrylonitrile in water-toluene with an acetic acid catalyst to produce a compound of the chemical formula 2.
【0074】[0074]
【化1】 [Chemical 1]
【0075】[0075]
【化2】 [Chemical 2]
【0076】次いで、上記化学式2の化合物に対してコ
バルト触媒(ラネー触媒)により水素添加反応させるこ
とで、化学式3の化合物を生成する。Next, the compound of formula 3 is produced by subjecting the compound of formula 2 to hydrogenation reaction with a cobalt catalyst (Raney catalyst).
【0077】[0077]
【化3】 [Chemical 3]
【0078】すなわち、1つのアミノ基(化学式1)か
ら、分岐した2つのアミノ基(化学式2)が得られ、上
記反応を繰り返すことによって、化学式4から化学式6
の化合物が容易に得られる。That is, two branched amino groups (Chemical formula 2) are obtained from one amino group (Chemical formula 1), and by repeating the above reaction, Chemical formula 4 to Chemical formula 6
The compound of is easily obtained.
【0079】[0079]
【化4】 [Chemical 4]
【0080】[0080]
【化5】 [Chemical 5]
【0081】[0081]
【化6】 [Chemical 6]
【0082】また、超分岐高分子を分子の外側から中心
に向かって合成するダイバージェント法や外側から中心
に向かって合成するコンバージェント法により、化学式
7等のデンドリマーを合成することができる。Further, the dendrimer represented by the chemical formula 7 can be synthesized by the divergent method of synthesizing the hyperbranched polymer from the outside toward the center or the convergent method of synthesizing from the outside to the center.
【0083】[0083]
【化7】 [Chemical 7]
【0084】また、市販のポリプロピレンイミンデンド
リマー(Aldrich社カタログDAB−Am−4,
8,16,32,64)を用いてもよい。そこに、4−
(N,N−ジエチルアミノ)安息香酸エチル、または4
−(1,8−ナフタルジイミジル安息香酸)メチル等を
N,N−ジメチルホルムアルデヒドに溶解し、減圧下6
0℃で加熱攪拌しながら生成するエタノールを留去し、
濃縮後、シリカゲルクロマトグラフィーで精製して、該
デンドリマーやハイパーブランチポリマーの分岐末端の
アミノ基が4−ジエチルアミノ安息香酸のアミド、また
は4−(1,8−ナフタルイミジル)安息香酸のアミド
等に変換された物質が得られる。Further, a commercially available polypropylene imine dendrimer (catalog DAB-Am-4, manufactured by Aldrich,
8, 16, 32, 64) may be used. There, 4-
Ethyl (N, N-diethylamino) benzoate, or 4
-(1,8-Naphthaldiimidylbenzoic acid) methyl and the like were dissolved in N, N-dimethylformaldehyde, and the solution was concentrated under reduced pressure.
The ethanol produced was distilled off with heating and stirring at 0 ° C.
After concentration, the product is purified by silica gel chromatography to convert the amino group at the branched end of the dendrimer or hyperbranched polymer into an amide of 4-diethylaminobenzoic acid or an amide of 4- (1,8-naphthalimidyl) benzoic acid. A substance is obtained.
【0085】ポリベンジルエーテル系のものとして4−
ブロモメチレン安息香酸メチル(化8)等と1,3,5
−トリハイドロキシベンゼン(化9)を用い、Hawk
er,C.J.et al.;J.Am.Chem.S
oc.,112.p.7638(1990)と同様に無
水炭酸カリウムと18−クラウン−6エーテルを使用す
るエーテル化反応により、超分岐高分子化合物(化1
0)等の、ポリベンジルエーテル系のデンドリマーやハ
イパーブランチポリマーを得ることが可能であり、4−
ブロモメチレン安息香酸メチルの場合、末端のメチルエ
ステル基をカルボキシル基やカリウム塩等に変換するこ
とも可能である。As a polybenzyl ether type 4-
1,3,5 with methyl bromomethylenebenzoate
-Using trihydroxybenzene (Chem. 9), Hawk
er, C.I. J. et al. J .; Am. Chem. S
oc. , 112. p. Hyperbranched polymer compound (Chemical formula 1) by etherification reaction using anhydrous potassium carbonate and 18-crown-6 ether as in 7638 (1990).
It is possible to obtain polybenzyl ether-based dendrimers and hyperbranched polymers such as
In the case of methyl bromomethylenebenzoate, it is possible to convert the terminal methyl ester group into a carboxyl group, potassium salt or the like.
【0086】[0086]
【化8】 [Chemical 8]
【0087】[0087]
【化9】 [Chemical 9]
【0088】[0088]
【化10】 [Chemical 10]
【0089】ポリフェニレンビニレン系のものとして、
Shirshendu K.Debet al.;J.
Am.Chem.Soc,119,p.9079(19
97)を用いて、3,5−ジ−tert−ブチルベンズ
アルデヒド(化11)と、5−ブロモ−m−キシレンか
らArbuzov反応の生成物(化12)とを水素化ナ
トリウムをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中で
反応させ、生成物(化13)を合成する。さらに1,
3,5−トリブロモベンゼンの2つの臭素をStill
カップリング反応によりビニルに変換し、生成物(化1
4)を生成する。これらを繰り返すことにより、生成物
(化15)等のポリフェニレンビニレン系のデンドロン
を生成する。これにベンゾトリフォスフェイト(化1
6)等の中心構造となり得るものと反応させて、超分岐
高分子化合物(化17)等の、ポリフェニレンビニレン
系のデンドリマーやハイパーブランチポリマーを生成す
ることができる。As the polyphenylene vinylene type,
Shirshend K. Debet al. J .;
Am. Chem. Soc, 119, p. 9079 (19
97), 3,5-di-tert-butylbenzaldehyde (Chemical formula 11) and the product of the Arbuzov reaction (Chemical formula 12) from 5-bromo-m-xylene were treated with sodium hydride and N-methyl-2. -Reacting in pyrrolidone (NMP) to synthesize the product. One more
Two bromines of 3,5-tribromobenzene are added to Still
It is converted to vinyl by the coupling reaction and the product (Chemical Formula 1
4) is generated. By repeating these, a polyphenylene vinylene dendron such as the product (Formula 15) is produced. Benzotriphosphate (Chemical formula 1)
By reacting with 6) or the like which can be a central structure, a polyphenylene vinylene-based dendrimer or hyperbranched polymer such as a hyperbranched polymer compound (Chemical formula 17) can be produced.
【0090】[0090]
【化11】 [Chemical 11]
【0091】[0091]
【化12】 [Chemical 12]
【0092】[0092]
【化13】 [Chemical 13]
【0093】[0093]
【化14】 [Chemical 14]
【0094】[0094]
【化15】 [Chemical 15]
【0095】[0095]
【化16】 [Chemical 16]
【0096】[0096]
【化17】 [Chemical 17]
【0097】上記の例では、中心構造と超分岐構造とが
共有結合を介して結合された超分岐高分子を例示した
が、本発明に用いられる超分岐高分子はこれに限られ
ず、中心構造と超分岐構造とが非共有結合を介して結合
したものであってもよい。In the above example, the hyperbranched polymer in which the central structure and the hyperbranched structure are bonded via a covalent bond is exemplified, but the hyperbranched polymer used in the present invention is not limited to this, and the central structure is not limited thereto. And the hyperbranched structure may be bonded via a non-covalent bond.
【0098】例えば、下記の(化18)で示される分子
Aは、水素結合によって6個が互いに結合し、(化1
9)で示されるようなデンドリマーを形成する。For example, in the molecule A represented by the following (Chemical formula 18), six molecules are bonded to each other by hydrogen bonds,
Form a dendrimer as shown in 9).
【0099】[0099]
【化18】 [Chemical 18]
【0100】[0100]
【化19】 [Chemical 19]
【0101】以上詳述したように、本発明によれば、超
分岐高分子を用いた従来にない素子構造によって機能素
子の性能を向上させることが可能であり、また、この様
な機能素子を簡便に作製することが可能となり、工業的
価値は非常に大きい。As described above in detail, according to the present invention, it is possible to improve the performance of a functional device by a device structure which does not exist in the prior art and which uses a hyperbranched polymer. It can be easily manufactured, and has a great industrial value.
【0102】[0102]
【実施例】次に、本発明の実施形態による機能素子の実
施例を、比較例と共に以下に説明する。ただし、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。EXAMPLES Examples of the functional element according to the embodiment of the present invention will be described below together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples.
【0103】(実施例1)
有機発光素子
ガラス基板に陽極としてITOが形成され、ホール伝導
層として一部ランダムにイオン化された超分岐高分子化
合物1(化20)のテトラハイドロフラン溶液を用い、
スピンコーティング法により室温で超分岐高分子化合物
1の成膜を行なった。膜厚は100nmとした。さら
に、発光層および電子伝導層を兼ねた超分岐高分子化合
物2(化21)のテトラハイドロフラン溶液を用いてス
ピンコーティング法により室温で超分岐高分子化合物2
の成膜を行い、超分岐高分子化合物1の薄膜と超分岐高
分子化合物2の薄膜が静電相互作用による自己組織化構
造を形成した高分子構造体を得た。超分岐高分子化合物
2の膜厚は50nmとした。そして、MgAg合金(重
量比10:1)を蒸着し陰極を形成し、図5(a)に示
す構造の発光素子を作製した。Example 1 ITO was formed on a glass substrate of an organic light emitting device as an anode, and a randomly conductive ionized hyperbranched polymer compound 1 (Chemical Formula 20) in tetrahydrofuran was used as a hole conduction layer.
The hyperbranched polymer compound 1 was formed into a film by a spin coating method at room temperature. The film thickness was 100 nm. Further, a hyperbranched polymer compound 2 (Chemical Formula 21), which also serves as a light emitting layer and an electron conductive layer, is spin-coated at room temperature by a spin coating method using a tetrahydrofuran solution.
To obtain a polymer structure in which a thin film of the hyperbranched polymer compound 1 and a thin film of the hyperbranched polymer compound 2 formed a self-assembled structure by electrostatic interaction. The film thickness of the hyperbranched polymer compound 2 was 50 nm. Then, a MgAg alloy (weight ratio 10: 1) was vapor-deposited to form a cathode, and a light emitting device having a structure shown in FIG.
【0104】[0104]
【化20】 [Chemical 20]
【0105】[0105]
【化21】 [Chemical 21]
【0106】この発光素子に所定の電圧を印加し、駆動
させて発光させ、初期輝度を測定したところ、1500
cd/m2の輝度を示した。さらに、初期輝度が半減す
るのに3000時間以上を要した。A predetermined voltage was applied to this light emitting element to drive it to emit light, and the initial luminance was measured to be 1500.
It showed a luminance of cd / m 2 . Furthermore, it took 3000 hours or more to reduce the initial luminance by half.
【0107】(比較例1)ホール伝導層にポリエチレン
ジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸ナトリウ
ムの混合物を用いた以外、実施例1と同様の構造の発光
素子を作製した。この発光素子に所定の電圧を印加し、
駆動させて発光させ、初期輝度を測定したところ、80
0cd/m2の輝度を示した。さらに、初期輝度が半減
するのに800時間を要した。Comparative Example 1 A light emitting device having the same structure as in Example 1 was prepared except that a mixture of polyethylenedioxythiophene and sodium polystyrene sulfonate was used for the hole conductive layer. Applying a predetermined voltage to this light emitting element,
When it was driven to emit light and the initial luminance was measured, it was 80
It showed a luminance of 0 cd / m 2 . Furthermore, it took 800 hours for the initial luminance to be reduced by half.
【0108】(実施例2)
有機発光素子
ガラス基板に陽極としてITOが形成され、ホール伝導
層として超分岐高分子化合物3(化22)のテトラハイ
ドロフラン溶液を用い、スピンコーティング法により室
温で超分岐高分子化合物3の成膜を行なった。膜厚は5
0nmとした。また、発光層として超分岐高分子化合物
4(化23)のテトラハイドロフラン溶液を用い、スピ
ンコーティング法により室温で超分岐高分子化合物4の
成膜を行なった。膜厚は30nmとした。さらに、電子
伝導層として、超分岐高分子化合物5(化24)のテト
ラハイドロフラン溶液を用いてスピンコーティング法に
より室温で超分岐高分子化合物5の成膜を行い、超分岐
高分子化合物4の薄膜と超分岐高分子化合物5の薄膜が
静電相互作用による自己組織化構造を形成した高分子構
造体を得た。超分岐高分子化合物5の膜厚は50nmと
した。そして、MgAg合金(重量比10:1)を蒸着
し陰極を形成し、図5(d)に示す構造の発光素子を作
製した。Example 2 ITO was formed as an anode on a glass substrate of an organic light emitting device, and a tetrahydrofuran solution of a hyperbranched polymer compound 3 (Chemical Formula 22) was used as a hole conduction layer. The branched polymer compound 3 was formed into a film. Film thickness is 5
It was set to 0 nm. Further, a hyperhydrogenated polymer compound 4 (Chemical formula 23) solution of tetrahydrofuran was used as a light emitting layer, and the hyperbranched polymer compound 4 was formed at room temperature by spin coating. The film thickness was 30 nm. Further, a film of the hyperbranched polymer compound 5 was formed at room temperature by a spin coating method using a tetrahydrofuran solution of the hyperbranched polymer compound 5 (Chemical Formula 24) as an electron conductive layer. A polymer structure was obtained in which the thin film and the thin film of the hyperbranched polymer compound 5 formed a self-assembled structure by electrostatic interaction. The film thickness of the hyperbranched polymer compound 5 was 50 nm. Then, a MgAg alloy (weight ratio 10: 1) was vapor-deposited to form a cathode, and a light emitting device having a structure shown in FIG. 5D was manufactured.
【0109】この発光素子に所定の電圧を印加し、駆動
させて発光させ、初期輝度を測定したところ、1500
cd/m2の輝度を示した。さらに、初期輝度が半減す
るのに3000時間以上を要した。A predetermined voltage was applied to this light emitting device to drive it to emit light, and the initial luminance was measured to be 1500.
It showed a luminance of cd / m 2 . Furthermore, it took 3000 hours or more to reduce the initial luminance by half.
【0110】[0110]
【化22】 [Chemical formula 22]
【0111】[0111]
【化23】 [Chemical formula 23]
【0112】[0112]
【化24】 [Chemical formula 24]
【0113】(比較例2)ホール伝導層にポリエチレン
ジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸ナトリウ
ムの混合物を用い、発光層としてポリヘキシルチオフェ
ンを用いた以外、実施例2と同様の構造の発光素子を作
製した。この発光素子に所定の電圧を印加し、駆動させ
て発光させ、初期輝度を測定したところ、800cd/
m2の輝度を示した。さらに、初期輝度が半減するのに
800時間を要した。Comparative Example 2 A light emitting device having the same structure as in Example 2 was prepared except that a mixture of polyethylenedioxythiophene and sodium polystyrenesulfonate was used for the hole conducting layer and polyhexylthiophene was used for the light emitting layer. . A predetermined voltage was applied to this light emitting element to drive it to emit light, and the initial luminance was measured to be 800 cd /
It showed a brightness of m 2 . Furthermore, it took 800 hours for the initial luminance to be reduced by half.
【0114】(実施例3)
有機整流素子
ガラス基板にMgAg合金(重量比10:1)蒸着電極
が形成され、ホール伝導層として超分岐高分子化合物1
(化20)のテトラハイドロフラン溶液を用い、スピン
コーティング法により室温で超分岐高分子化合物1の成
膜を行なった。膜厚は50nmとした。さらに、電子伝
導層として超分岐高分子化合物5(化24)のテトラハ
イドロフラン溶液を用いてスピンコーティング法により
室温で超分岐高分子化合物5の成膜を行い、超分岐高分
子化合物1の薄膜と超分岐高分子化合物5の薄膜が静電
相互作用による自己組織化構造を形成した高分子構造体
を得た。超分岐高分子化合物5の膜厚は50nmとし
た。そして、MgAg合金(重量比10:1)を蒸着し
上部電極を形成し、有機整流素子を作製した。Example 3 A MgAg alloy (weight ratio 10: 1) vapor deposition electrode was formed on a glass substrate of an organic rectifying element, and a hyperbranched polymer compound 1 was used as a hole conduction layer.
Using the tetrahydrofuran solution of (Chemical Formula 20), the hyperbranched polymer compound 1 was formed into a film by a spin coating method at room temperature. The film thickness was 50 nm. Further, a film of the hyperbranched polymer compound 1 is formed at room temperature by a spin coating method using a tetrahydrofuran solution of the hyperbranched polymer compound 5 (Chemical Formula 24) as an electron conductive layer to form a thin film of the hyperbranched polymer compound 1. A polymer structure in which a thin film of the hyperbranched polymer compound 5 formed a self-assembled structure by electrostatic interaction was obtained. The film thickness of the hyperbranched polymer compound 5 was 50 nm. Then, an MgAg alloy (weight ratio 10: 1) was vapor-deposited to form an upper electrode, and an organic rectifying device was produced.
【0115】この整流素子を、光を遮断して電流−電圧
特性を測定した。上部電極を負にした場合にのみ電流が
流れる整流特性を示した。さらに、この整流素子を室温
で3ヶ月放置した後、同様の測定したところ、特性の劣
化や膜界面の剥がれは生じなかった。The current-voltage characteristic of this rectifying device was measured by blocking light. The rectification characteristic is shown that the current flows only when the upper electrode is made negative. Furthermore, when this rectifying device was left at room temperature for 3 months and then subjected to the same measurement, deterioration of the characteristics and peeling of the film interface did not occur.
【0116】(比較例3)ホール伝導層にポリエチレン
ジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸ナトリウ
ムの混合物を用いた以外、実施例3と同様の構造の有機
整流素子を作製した。Comparative Example 3 An organic rectifying device having the same structure as in Example 3 was prepared, except that a mixture of polyethylenedioxythiophene and sodium polystyrene sulfonate was used for the hole conducting layer.
【0117】この整流素子を、光を遮断して電流−電圧
特性を測定した。上部電極を負にした場合、電流が流れ
る整流特性を示したが、この整流素子を室温で3ヶ月放
置した後、同様の測定したところ、特性の劣化や膜界面
の剥がれが生じていた。The current-voltage characteristic of this rectifying device was measured by blocking light. When the upper electrode was made negative, a rectifying characteristic in which a current flows was shown, but when this rectifying element was left at room temperature for 3 months and the same measurement was performed, deterioration of the characteristic and peeling of the film interface occurred.
【0118】(実施例4)
有機太陽電池素子
ガラス基板に電極極としてITOが形成され、ホール伝
導層として超分岐高分子化合物3(化22)のテトラハ
イドロフラン溶液を用い、スピンコーティング法により
室温で超分岐高分子化合物5の成膜を行なった。膜厚は
50nmとした。また、電荷発生層として超分岐高分子
化合物6(化25)のテトラハイドロフラン溶液を用
い、スピンコーティング法により室温で超分岐高分子化
合物6の成膜を行なった。膜厚は30nmとした。さら
に、電子伝導層として、超分岐高分子化合物5(化2
4)のテトラハイドロフラン溶液を用いてスピンコーテ
ィング法により室温で超分岐高分子化合物5の成膜を行
い、超分岐高分子化合物6の薄膜と超分岐高分子化合物
5の薄膜が静電相互作用による自己組織化構造を形成し
た高分子構造体を得た。超分岐高分子化合物5の膜厚は
50nmとした。そして、MgAg合金(重量比10:
1)を蒸着し電極を形成し、有機太陽電池素子を作製し
た。Example 4 ITO was formed as an electrode on a glass substrate of an organic solar cell element, and a tetrahydrofuran solution of a hyperbranched polymer compound 3 (Chem. 22) was used as a hole conductive layer at room temperature by spin coating. Then, the hyperbranched polymer compound 5 was formed into a film. The film thickness was 50 nm. Further, a film of the hyperbranched polymer compound 6 was formed at room temperature by a spin coating method using a tetrahydrofuran solution of the hyperbranched polymer compound 6 (Chemical Formula 25) as the charge generation layer. The film thickness was 30 nm. Furthermore, as the electron conducting layer, the hyperbranched polymer compound 5 (Chemical Formula 2
4) The film of the hyperbranched polymer compound 5 is formed at room temperature by spin coating using the tetrahydrofuran solution of 4), and the thin film of the hyperbranched polymer compound 6 and the thin film of the hyperbranched polymer compound 5 cause electrostatic interaction. A polymer structure having a self-assembled structure was obtained. The film thickness of the hyperbranched polymer compound 5 was 50 nm. And MgAg alloy (weight ratio 10:
1) was vapor-deposited to form an electrode, and an organic solar cell element was produced.
【0119】[0119]
【化25】 [Chemical 25]
【0120】この太陽電池素子に400nm以下をカッ
トしたタングステンランプ光を照射し、初期エネルギー
変換効率を測定したところ、1.8〜2.2%と良好な
値が得られた。This solar cell element was irradiated with a tungsten lamp light having a wavelength of 400 nm or less, and the initial energy conversion efficiency was measured, and a good value of 1.8 to 2.2% was obtained.
【0121】(比較例4)ホール伝導層にポリエチレン
ジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸ナトリウ
ムの混合物を用い、電荷発生層として銅フタロシアニン
を用いた以外、実施例2と同様の構造の発光素子を作製
した。(Comparative Example 4) A light emitting device having the same structure as in Example 2 was prepared, except that a mixture of polyethylenedioxythiophene and sodium polystyrenesulfonate was used for the hole conductive layer and copper phthalocyanine was used for the charge generation layer. .
【0122】この太陽電池素子に400nm以下をカッ
トしたタングステンランプ光を照射し、初期エネルギー
変換効率を測定したところ、1.0〜1.2%という値
が得られた。This solar cell element was irradiated with a tungsten lamp light having a wavelength of 400 nm or less to measure the initial energy conversion efficiency, and a value of 1.0 to 1.2% was obtained.
【0123】以上の結果から、実施例1から4の機能素
子では、2層以上の超分岐高分子からなる機能層が非共
有結合的相互作用により自己組織化構造を形成したた
め、素子構造(特に界面構造)が安定化され、特性を飛
躍的に向上することができることがわかった。From the above results, in the functional devices of Examples 1 to 4, since the functional layers composed of two or more hyperbranched polymers formed the self-organized structure by the noncovalent interaction, the device structure (particularly It has been found that the interface structure) is stabilized and the characteristics can be dramatically improved.
【0124】[0124]
【発明の効果】本発明による高分子構造体は、超分岐高
分子を含み、それを介した非共有結合的相互作用による
自己組織化構造を備えるので、従来の導電性高分子を用
いた機能素子の特性および信頼性を向上することができ
る。The polymer structure according to the present invention contains a hyperbranched polymer and has a self-assembled structure by a non-covalent interaction through the polymer, so that it has a function using a conventional conductive polymer. The characteristics and reliability of the device can be improved.
【0125】本発明による機能素子は、発光素子、ディ
スプレイ、太陽電池、光電変換素子、光変調素子、有機
FET素子、コンデンサ、整流素子または各種センサー
素子に好適に適用できる。The functional element according to the present invention can be suitably applied to a light emitting element, a display, a solar cell, a photoelectric conversion element, a light modulation element, an organic FET element, a capacitor, a rectifying element or various sensor elements.
【図1】超分岐高分子の構造と分類とを模式的に示す概
念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing the structure and classification of hyperbranched polymers.
【図2】本発明に用いられる超分岐高分子の構造を模式
的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of a hyperbranched polymer used in the present invention.
【図3】デンドリマーの世代数の概念を示す模式図であ
る。FIG. 3 is a schematic diagram showing the concept of the number of generations of dendrimers.
【図4】(a)および(b)は、本発明による超分岐高
分子によって形成された自己組織化構造の例を示す模式
図である。4 (a) and (b) are schematic views showing an example of a self-assembled structure formed by a hyperbranched polymer according to the present invention.
【図5】(a)〜(e)は、本発明の実施形態に係る機
能素子の例を示す概略断面図である。5A to 5E are schematic cross-sectional views showing an example of a functional element according to an embodiment of the present invention.
1,4 電極 2 電子伝導層 3 電子伝導、発光層 5 ホール伝導層 6 ホール伝導、発光層 7 発光層 8 電荷発生層 1,4 electrodes 2 Electron conductive layer 3 electron conduction, light emitting layer 5 hole conductive layer 6 hole conduction, light emitting layer 7 Light-emitting layer 8 Charge generation layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 33/00 H05B 33/22 B 5H032 H05B 33/14 H01M 14/00 P 33/22 H01L 29/28 // H01M 14/00 31/04 D Fターム(参考) 3K007 AB03 AB11 AB14 AB15 DB03 4F100 AA28 AA33 AG00 AK01A AK01B AK31 AK46 AK54 BA02 BA03 BA04 BA05 BA07 EH46 GB41 JG01 JG01A JG01B JG10B 4J031 BA05 BA07 BA08 BA09 BA10 BA11 BA12 BA18 BB01 BB02 BB03 BB06 BD21 5F041 CA45 CA86 CA88 5F051 AA11 CB13 FA04 FA06 5H032 AA06 AS09 AS16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 33/00 H05B 33/22 B 5H032 H05B 33/14 H01M 14/00 P 33/22 H01L 29/28 / / H01M 14/00 31/04 DF Term (reference) 3K007 AB03 AB11 AB14 AB15 DB03 4F100 AA28 AA33 AG00 AK01A AK01B AK31 AK46 AK54 BA02 BA03 BA04 BA05 BA07 EH46 GB41 JG01 JG01A JG01B JG10B 4J11 BA09 BA10 BA07 BA07 BA18 BA07 BB02 BB03 BB06 BD21 5F041 CA45 CA86 CA88 5F051 AA11 CB13 FA04 FA06 5H032 AA06 AS09 AS16
Claims (15)
高分子構造体であって、 第1超分岐高分子と、第2超分岐高分子とを有し、前記
第1超分岐高分子および前記第2超分岐高分子の少なく
ともいずれか一方は、ホール伝導性または電子伝導性を
有し、前記ホール伝導層および前記電子伝導層のいずれ
か一方は前記第1超分岐高分子および前記第2超分岐高
分子のいずれか一方を含み、 前記ホール伝導層、前記電子伝導層および前記ホール伝
導層と前記電子伝導層との間の少なくとも1つに、前記
第1超分岐高分子または前記第2超分岐高分子を介した
非共有結合的相互作用による自己組織化構造を有する、
高分子構造体。1. A polymer structure comprising a hole conduction layer and an electron conduction layer, comprising a first hyperbranched polymer and a second hyperbranched polymer, wherein the first hyperbranched polymer and the At least one of the second hyperbranched polymers has hole conductivity or electron conductivity, and one of the hole conductive layer and the electron conductive layer has the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer. At least one of the hole conducting layer, the electron conducting layer, and the hole conducting layer and the electron conducting layer, the first hyperbranched polymer or the second superconducting polymer. It has a self-organized structure by non-covalent interactions through branched polymers.
Polymer structure.
有し、前記第2超分岐高分子は電子伝導性を有する、請
求項1に記載の高分子構造体。2. The polymer structure according to claim 1, wherein the first hyperbranched polymer has hole conductivity and the second hyperbranched polymer has electron conductivity.
高分子によって形成された自己組織化構造を含み、前記
電子伝導層は、複数の第2超分岐高分子によって形成さ
れた自己組織化構造を含む、請求項2に記載の高分子構
造体。3. The hole conductive layer includes a self-assembled structure formed of a plurality of first hyperbranched polymers, and the electron conductive layer includes a self-organized structure formed of a plurality of second hyperbranched polymers. The polymer structure according to claim 2, wherein the polymer structure comprises an activated structure.
互いに積層されており、前記第1超分岐高分子と前記第
2超分岐高分子との間の非共有結合的相互作用によって
形成された自己組織化構造を含む、請求項3に記載の高
分子構造体。4. The hole conducting layer and the electron conducting layer are stacked on each other and are formed by a non-covalent interaction between the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer. The polymer structure according to claim 3, comprising a self-assembled structure.
の少なくとも一方は、等方的な特性を有する、請求項3
または4に記載の高分子構造体。5. The at least one of the hole conductive layer and the electron conductive layer has isotropic characteristics.
Alternatively, the polymer structure according to item 4.
分岐高分子の少なくとも一方は、デンドリマーである、
請求項1から5のいずれかに記載の高分子構造体。6. At least one of the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer is a dendrimer,
The polymer structure according to claim 1.
分岐高分子の少なくとも一方は、2種以上の異なる機能
を有する、請求項1から6いずれかに記載の高分子構造
体。7. The polymer structure according to claim 1, wherein at least one of the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer has two or more different functions.
高分子との間に、第3超分岐高分子をさらに有し、前記
第3超分岐高分子と、前記第1超分岐高分子または前記
第2超分岐高分子との間の非共有結合的相互作用によっ
て自己組織化構造が形成されている、請求項1に記載の
高分子構造体。8. The third hyperbranched polymer is further provided between the first hyperbranched polymer and the second hyperbranched polymer, and the third hyperbranched polymer and the first hyperbranched polymer are provided. The polymer structure according to claim 1, wherein a self-assembled structure is formed by a non-covalent bond interaction between the polymer and the second hyperbranched polymer.
有し、前記第2超分岐高分子は電子伝導性を有し、前記
第3超分岐高分子は、ホール伝導性、電子伝導性および
イオン伝導性のいずれかを有する、請求項8に記載の高
分子構造体。9. The first hyperbranched polymer has hole conductivity, the second hyperbranched polymer has electron conductivity, and the third hyperbranched polymer has hole conductivity, electron conductivity. 9. The polymer structure according to claim 8, which has either conductivity or ionic conductivity.
岐高分子によって形成された自己組織化構造を含み、前
記電子伝導層は、複数の第2超分岐高分子によって形成
された自己組織化構造を含み、前記ホール伝導層と前記
電子伝導層との間に、複数の第3超分岐高分子によって
形成された自己組織化構造を含むさらなる機能層を有す
る、請求項9に記載の高分子構造体。10. The hole conductive layer includes a self-assembled structure formed of a plurality of first hyperbranched polymers, and the electron conductive layer includes a self-organized structure formed of a plurality of second hyperbranched polymers. The high functional layer according to claim 9, further comprising a self-assembled structure including a self-assembled structure formed by a plurality of third hyperbranched polymers between the hole conductive layer and the electron conductive layer. Molecular structure.
よび前記さらなる機能層は互いに積層されており、前記
第1超分岐高分子と前記第3超分岐高分子との間の非共
有結合的相互作用によって形成された自己組織化構造お
よび前記第2超分岐高分子と前記第3超分岐高分子との
間の非共有結合的相互作用によって形成された自己組織
化構造のうちの少なくとも一方を含む、請求項10に記
載の高分子構造体。11. The hole-conducting layer, the electron-conducting layer and the further functional layer are laminated on each other, and a non-covalent bond between the first hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer is provided. At least one of a self-assembled structure formed by an action and a self-assembled structure formed by a non-covalent bond interaction between the second hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer The polymer structure according to claim 10.
よび前記さらなる機能層の少なくとも一つは、等方的な
特性を有する、請求項10または11に記載の高分子構
造体。12. The polymer structure according to claim 10, wherein at least one of the hole conductive layer, the electron conductive layer and the further functional layer has an isotropic property.
岐高分子および前記第3超分岐高分子の少なくとも一つ
は、デンドリマーである、請求項8から12のいずれか
に記載の高分子構造体。13. The high polymer according to claim 8, wherein at least one of the first hyperbranched polymer, the second hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer is a dendrimer. Molecular structure.
岐高分子および前記第3超分岐高分子の少なくとも一つ
は、2種以上の異なる機能を有する、請求項8から13
のいずれかに記載の高分子構造体。14. The method according to claim 8, wherein at least one of the first hyperbranched polymer, the second hyperbranched polymer and the third hyperbranched polymer has two or more different functions.
The polymer structure according to any one of 1.
高分子構造体と、前記高分子構造体に電気的に接続され
た電極とを有する、機能素子。15. A functional element comprising the polymer structure according to claim 1 and an electrode electrically connected to the polymer structure.
Priority Applications (6)
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