JP7367416B2 - 電子デバイス、電荷輸送性膜、及び、化合物 - Google Patents
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Description
特許文献1には、支持基板上に少なくとも陽極、陰極を有し、該陽極と該陰極間に少なくとも1層の発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記一般式(a)で表される部分構造および反応性基を有する化合物Aを少なくとも一部として含み、且つ、前記反応性基を介して前記化合物Aが重合してなる重合体を含有することを特徴とする、有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
〔式中、Ar1、Ar2は各々芳香環を表す。〕
特許文献2には、分子内に、1つ以上の重合可能な置換基と2つ以上のカルバゾール基とを有する化合物を含有する有機エレクトロニクス用材料が開示されている。
特許文献3には、下記化学式(1)又は化学式(2)で表されるカルバゾール誘導体が開示されている。
<1> 有機化合物層を有し、前記有機化合物層が、下記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む電子デバイス。
<3> 前記Ar1が、フェニレン基である<2>に記載の電子デバイス。
<4> 前記有機化合物層が、上記式(1)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む<1>乃至<3>のいずれか1つに記載の電子デバイス。
<5> 前記式(1)で表される化合物におけるZ1乃至Z8を含む環構造を有する基が、下記式(Ca-1)乃至式(Ca-6)のいずれかで表される基である<4>に記載の電子デバイス。
<7> 前記式(2)で表される化合物におけるZ1乃至Z8を含む環構造を有する基が、下記式(In-1)乃至式(In-6)のいずれかで表される基である<6>に記載の電子デバイス。
<9> 前記式(1)又は式(2)で表される化合物における前記式(D)で表される基の数が、2以上6以下である<1>乃至<8>のいずれか1つに記載の電子デバイス。
<10> 一方が透明である一対の電極を更に有し、前記有機化合物層が前記一対の電極間に設けられいる有機電界発光素子である<1>乃至<9>のいずれか1つに記載の電子デバイス。
<11> 前記有機化合物層を有する電子写真感光体である<1>乃至<9>のいずれか1つに記載の電子デバイス。
<12> 下記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む電荷輸送性膜。
<15> 前記Ar1が、フェニレン基である<14>に記載の化合物。
<16> 前記式(1)で表される化合物である<13>乃至<15>のいずれか1つに記載の化合物。
<17> 前記式(1)で表される化合物におけるZ1乃至Z8を含む環構造を有する基が、下記式(Ca-1)乃至式(Ca-6)のいずれかで表される基である<16>に記載の化合物。
<19> 前記式(2)で表される化合物におけるZ1乃至Z8を含む環構造を有する基が、下記式(In-1)乃至式(In-6)のいずれかで表される基である<18>に記載の化合物。
<21> 前記式(1)又は式(2)で表される化合物における前記式(D)で表される基の数が、2以上6以下である<13>乃至<20>のいずれか1つに記載の化合物。
前記<2>に係る発明によれば、前記Ar1が窒素原子を2個有する二価の複素芳香族基である場合に比べ、より長寿命である電子デバイスが提供される。
前記<3>に係る発明によれば、前記Ar1がフランジイル基、チオフェンジイル基、ピリジンジイル基、又は、トリアジンジイル基である場合に比べ、より長寿命である電子デバイスが提供される。
前記<8>に係る発明によれば、前記式(D)におけるL1が-N(R)-又は-S-を有する基である場合に比べ、より長寿命である電子デバイスが提供される。
前記<9>に係る発明によれば、前記式(1)又は式(2)で表される化合物における前記式(D)で表される基の数が、1又は7以上である場合に比べ、より長寿命である電子デバイスが提供される。
前記<14>に係る発明によれば、前記Ar1が窒素原子を2個有する二価の複素芳香族基である場合に比べ、得られる硬化物の耐久性により優れる化合物が提供される。
前記<15>に係る発明によれば、前記Ar1がフランジイル基、チオフェンジイル基、ピリジンジイル基、又は、トリアジンジイル基である場合に比べ、得られる硬化物の耐久性により優れる化合物が提供される。
前記<20>に係る発明によれば、前記式(D)におけるL1が-N(R)-又は-S-を有する基である場合に比べ、得られる硬化物の耐久性により優れる化合物が提供される。
前記<21>に係る発明によれば、前記式(1)又は式(2)で表される化合物における前記式(D)で表される基の数が、1又は7以上である場合に比べ、得られる硬化物の耐久性により優れる化合物が提供される。
本実施形態に係る電子デバイスは、有機化合物層を有し、前記有機化合物層が、下記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む。
しかしながら、特許文献1乃至3に記載された発明を用いても、デバイス寿命を満足することができていない。
通常、有機電界発光素子では、長期間作動させると素子温度が上昇し、電荷輸送性膜内で局所的な分子運動が活発化し、膜内の電荷輸送部位同士の距離及び配列の変化や隣接層との界面の隆起によって接合不良となり、発光特性が徐々に低下する。
しかしながら、式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含むことにより、通常のアリールアミンよりもコンホメーションが固定された、カルバゾール又はインドールの類縁体骨格からなる電荷輸送部位2つが、単環の芳香環又は複素芳香環と直結で連結されたコンパクトで剛直な電荷輸送材料が、スチレン骨格の架橋基によって架橋されている。(メタ)アクリル基やオキセタン基といった他の架橋基で架橋された場合よりも電荷輸送材料が強固に固定されている。その結果、長期間の作動で素子温度が上昇しても、電荷輸送性膜内の局所的な分子運動が抑制され、有機電界発光素子に使用した場合、膜の電荷輸送性が向上し、発光特性を維持することができる。
また、本実施形態に係る電子デバイスは、式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含むことにより、有機電界発光素子に使用した場合、電荷輸送層における電荷輸送性が向上し、輝度にも優れる。
有機電界発光素子における電荷輸送性膜には、高い電荷輸送性が求められる。電荷輸送性を向上させるには、電荷輸送材料の構造中にビフェニル、ターフェニルなど芳香環の直結やナフチル、アンスリルなど芳香環の縮環の導入が効果的である。一方、これら芳香環の直結や縮環の構造を導入した電荷輸送材料は、隣接する発光層中で生成する、発光現象を担う発光材料の励起子の持つエネルギーを受け取りやすい。その結果、発光材料の励起子が失活して発光効率が低下してしまう。この発光効率の低下は、特に、励起三重項からのりん光を活用するタイプの有機電界発光素子において顕著である。ここで、発光材料の励起子からのエネルギーの受け取り易さは、電荷輸送材料のりん光スペクトルの短波長側の極大ピーク波長を指標とすることができる。すなわち、ピーク波長が大きいほど、発光材料の励起子からのエネルギーを受け取り易くなる。
ここで、式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む有機化合物層を有する場合、良好な電荷輸送性を示すことが知られているカルバゾール又はインドールの類縁体骨格を、窒素原子を介して単環の芳香環又は複素芳香環で連結させ、芳香環の直結や縮環の構造を排した材料を使用することで、高い電荷輸送性と、発光材料の励起子のエネルギー失活抑制を両立し、発光特性の向上に繋がる。
しかしながら、式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む有機化合物層を電荷輸送層として用いることにより、上記と同じ理由から、電荷輸送材料が強固に固定されており、印刷枚数を増やしても、感光体最表面層の摩耗を抑制し、電気特性を維持することができ、残留電位の上昇抑制性にも優れる。
本実施形態に係る電子デバイスは、有機化合物層を有し、前記有機化合物層が、前記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む。
前記硬化物は、電荷輸送性の観点からは、前記式(1)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物であることが好ましい。
また、前記硬化物は、輝度等の発光特性の観点からは、前記式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物であることが好ましい。
前記有機化合物層は、外部量子効率の向上や電荷注入量の向上などの観点から、後述する他の添加剤を含んでもよい。
前記有機化合物層は、例えば、有機電界発光素子に使用する場合は、発光層であることが好ましく、また、電子写真感光体又は有機太陽電池に使用する場合は、電荷輸送層(電荷輸送性膜)であることが好ましい。
また、前記有機化合物層は、単層であっても、2以上の有機化合物層が積層した層であってもよく、積層した層である場合は、少なくとも1層が前記有機化合物層であればよいが、発光層として設けられた全ての有機化合物層が、前記有機化合物層であることが好ましい。
各有機化合物層の厚さは、電子デバイスの用途等にもよる。例えば、有機電界発光素子に使用する場合は、0.001μm以上10μm以下であることが好ましく、0.001μm以上5μm以下であることがより好ましい。また、電子写真感光体に使用する場合は、1μm以上50μm以下であることが好ましく、2μm以上30μm以下であることがより好ましい。
式(1)又は式(2)におけるAr1の二価の単環の芳香環基における芳香環としては、ベンゼンが挙げられる。
式(1)又は式(2)におけるAr1の二価の単環の複素芳香環基における複素芳香環としては、ピロール環、フラン環、チオフェン環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環などが挙げられ、ピロール環、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、ピラジン環、又は、トリアジン環が好ましく、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、又は、トリアジン環がより好ましい。
Ar1は、置換基を有してもよい。置換基としては、炭素数6以下のアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、トリアルキルシリル基等が挙げられる。
Ar1の具体例を以下に示すが、これらに制限されるものではない。なお、*は他の構造との結合位置を表し、Meはメチル基を表す。
式(1)におけるZ1乃至Z8を含む環構造を有するAr1に結合する2つの基は、それぞれ同じ基であっても、異なる基であってもよい。
また、式(2)におけるZ9乃至Z14を含む環構造を有するAr1に結合する2つの基は、それぞれ同じ基であっても、異なる基であってもよい。
式(1)又は式(2)におけるZ13及びZ14はそれぞれ独立に、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点から、C-R1であることが好ましい。
式(1)又は式(2)におけるR0はそれぞれ独立に、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点から、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、又は、炭素数6以上10以下のアリール基であることが好ましく、水素原子、又は、炭素数1以上4以下のアルキル基であることがより好ましく、水素原子、メチル基、又は、エチル基であることが更に好ましく、水素原子であることが特に好ましい。
式(1)におけるR1はそれぞれ独立に、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点から、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、炭素数6以上10以下のアリール基、又は、2つのRBが結合して5員若しくは6員の脂環構造を形成する基であることが好ましく、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、又は、2つのRBが結合して5員若しくは6員の脂環構造を形成する基であることがより好ましく、水素原子、メチル基、2つのRBが結合して5員若しくは6員の脂環構造を形成する基であることが更に好ましく、水素原子、又は、メチル基であることが特に好ましく、水素原子であることが最も好ましい。
また、前記2つのRBが結合して5員若しくは6員の脂環構造を形成する基としては、-(CH2)3-又は-(CH2)4-であることが好ましい。
式(1)又は式(2)におけるZ1乃至Z4中のNの数、Z5乃至Z8中のNの数、Z9乃至Z12中のNの数はそれぞれ独立に、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点から、0以上2以下の整数が好ましく、0又は1がより好ましい。
また、式(1)又は式(2)で表される化合物における芳香族ビニル基(ビニルフェニル基等の芳香環に直接結合したビニル基)の数の合計は、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点から、2以上16以下であることが好ましく、2以上12以下であることがより好ましく、2以上8以下であることが更に好ましく、2以上6以下であることが特に好ましい。
更に、式(1)において、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点から、Z2乃至Z7のうちの少なくとも1つがC-RDであることが好ましく、Z3及びZ6のうちの少なくとも1つがC-RDであることがより好ましい。
また、式(2)において、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点から、Z10乃至Z14のうちの少なくとも1つがC-RDであることが好ましく、Z11及びZ13のうちの少なくとも1つがC-RDであることがより好ましい。
前記「芳香族ビニル基と、Z1乃至Z14とを連結する最小の原子数」は、例えば、n=1でL1が-CH2CH2CH2-O-CH2-の場合、水素原子は数えず炭素原子と酸素原子のみを数え、5となる。また、n=2の場合、芳香族ビニル基とZ1乃至Z14とを連結する最小の原子数が2種類存在するが、より小さい方を採用する。例えば、L1が-CH2CH(-O-CH2-)(-CH2-O-CH2-)の場合、4と5との2種類のうち、より小さい4を採用する。
中でも、L1における芳香族ビニル基とZ1乃至Z14とを連結する最小の原子数は、2以上8以下が好ましく、3以上7以下がより好ましく、4以上6以下が特に好ましい。
式(D)におけるRは、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
式(D)におけるnは、得られる電子デバイス及び電荷輸送膜の長寿命性、及び、得られる硬化物の耐久性の観点からは、2であることが好ましく、また、合成上の観点からは、1であることが好ましい。
式(D)におけるRsDはそれぞれ独立に、アルキル基であることが好ましい。
式(D)におけるnDは、0乃至2の整数であることが好ましく、0又は1であることがより好ましく、0であることが特に好ましい。
また、前記有機化合物層に含まれる前記硬化物は、式(1)又は式(2)で表される化合物と他のモノマーとの共重合体であってもよいが、式(1)又は式(2)で表される化合物の単独重合体であることが好ましい。
他のモノマーとしては、公知のエチレン性不飽和化合物を用いることができ、単官能干エチレン性不飽和化合物であっても、多官能エチレン性不飽和化合物であってもよいが、多官能エチレン性不飽和化合物であることが好ましい。
また、他のモノマーの使用量は、式(1)又は式(2)で表される化合物よりも少ないことが好ましく、式(1)又は式(2)で表される化合物の使用量の1/5であることがより好ましく、式(1)又は式(2)で表される化合物の使用量の1/10であることが更に好ましく、使用しないことが特に好ましい。
オニウム塩としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩、ホスホニウム塩などが挙げられる。オニウム塩としては、電荷輸送性膜の抵抗をより低下させる観点から、一般式(7-1)乃至(7-4)で表される化合物から選択される少なくとも1種が好ましい。
アルキル基としては、炭素数1以上4以下のアルキル基が好ましい。
アリール基としては、無置換のフェニル基、又は炭素数1以上4以下のアルキル基で置換されたフェニル基が好ましい。
アラルキル基としては、炭素数7以上10以下のアラルキル基が好ましい。
アルコキシ基としては、炭素数1以上4以下のアルコキシ基が好ましい。
アリールオキシ基としては、フェニルオキシ基が好ましい。
芳香族複素環基としては、フラン基、ピロール基、イミダゾール基、ピラゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、チエニル基(チオフェンから水素1原子を除いた基)等が挙げられ、イミダゾール基、ピラゾール基が好ましい。
プロトン酸としては、例えば、HF、HCl、HBr、HNO3、H2SO4、HClO等の無機塩;ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルロメタンスルホン酸、トリフロロ酢酸;などが挙げられる。プロトン酸としては、電荷輸送性膜の抵抗をより低下させる観点から、スルホン酸化合物が好ましい。
金属ハロゲン化物としては、塩化第二鉄、臭化第二鉄、ヨウ化第二鉄、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、塩化ガリウム、臭化ガリウム、ヨウ化ガリウム、塩化インジウム、臭化インジウム、ヨウ化インジウム、三塩化アンチモン、五塩化アンチモン、五フッ化ヒ素、三フッ化ホウ素、四塩化チタン等が挙げられる。
ハロゲンとしては、塩素、臭素、及び、ヨウ素が挙げられ、電荷輸送性膜の抵抗をより低下させる観点から、塩素、又は、ヨウ素が好ましい。
前記有機化合物層の形成する際に、式(1)又は式(2)で表される化合物を硬化させ硬化物を形成するため、熱ラジカル発生剤又は光ラジカル発生剤を用いることが好ましい。
また、前記有機化合物層における式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物の含有量は、特に制限はなく、用途に応じ適宜設定すればよいが、前記有機化合物層の全質量に対し、5質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることが更に好ましく、70質量%以上であることが特に好ましい。また、好ましい上限値は、100質量%である。
中でも、本実施形態に係る電子デバイスは、一方が透明である一対の電極を更に有し、前記有機化合物層が前記一対の電極間に設けられている有機電界発光素子であることが好ましい。前記有機電界発光素子において、前記有機化合物層が単層の場合は、前記有機化合物層が電荷輸送機能を有する発光層であることが好ましい。
また、本実施形態に係る電子デバイスは、前記有機化合物層を有する電子写真感光体であることが好ましい。前記電子写真感光体において、前記有機化合物層は、電荷輸送層であることが好ましい。
前記有機電界発光素子は、一方が透明である一対の電極を更に有し、前記有機化合物層が前記一対の電極間に設けられていることが好ましい。
前記有機電界発光素子において、有機化合物層が複数層の場合(即ち、各層が異なる機能を有する機能分離型の場合)は、少なくともいずれか1層が発光層であり、例えば、下記の層構成(1)乃至(3)が挙げられる。層構成(1)乃至(3)において、いずれか1層が、本実施形態に係る組成物が硬化した硬化膜を含む。
層構成(1):正孔輸送層と、発光層と、を有する機能分離型の層構成。本構成においては、正孔輸送層が、本実施形態に係る組成物が硬化した硬化膜であることが好ましい。
層構成(2):正孔輸送層と、発光層と、電子輸送層と、を有する機能分離型の層構成。本構成においては、正孔輸送層が、本実施形態に係る組成物が硬化した硬化膜であることが好ましい。
層構成(3):発光層と、電子輸送層と、を有する機能分離型の層構成。本構成においては、発光層が、本実施形態に係る組成物が硬化した硬化膜であることが好ましい。
前記電子写真感光体は、電荷輸送層として、前記有機化合物層を有することが好ましく、導電性基体上に、前記有機化合物層を含む感光層を備えることがより好ましい。また、感光層上に表面保護層を更に有していてもよい。
また、前記電子写真感光体は、最外層として、前記有機化合物層を有することが好ましい。
感光層は、電荷発生材料と電荷輸送材料とを同一の感光層に含有して機能を一体化した単層型感光層でもよく、電荷発生層と電荷輸送層とを有する機能が分離された積層型感光層でもよい。感光層が積層型感光層である場合、電荷発生層と電荷輸送層との順序は特に限定されないが、像保持体は、導電性基体上に、電荷発生層、電荷輸送層及び表面保護層をこの順に有する構成が好ましい。また、像保持体は、これらの層以外の層を含んでいてもよい。
なお、電子写真感光体は、下引層を設けてもよいし、設けなくてもよい。
導電性基体としては、例えば、金属(アルミニウム、銅、亜鉛、クロム、ニッケル、モリブデン、バナジウム、インジウム、金、白金等)又は合金(ステンレス鋼等)を含む金属板、金属ドラム、及び金属ベルト等が挙げられる。また、導電性基体としては、例えば、導電性化合物(例えば導電性ポリマー、酸化インジウム等)、金属(例えばアルミニウム、パラジウム、金等)又は合金を塗布、蒸着又はラミネートした紙、樹脂フィルム、ベルト等も挙げられる。ここで、「導電性」とは体積抵抗率が1013Ωcm未満であることをいう。
酸性処理液による処理は、例えば、以下のようにして実施される。まず、リン酸、クロム酸及びフッ酸を含む酸性処理液を調製する。酸性処理液におけるリン酸、クロム酸及びフッ酸の配合割合は、例えば、リン酸が10質量%以上11質量%以下の範囲、クロム酸が3質量%以上5質量%以下の範囲、フッ酸が0.5質量%以上2質量%以下の範囲であって、これらの酸全体の濃度は13.5質量%以上18質量%以下の範囲がよい。処理温度は例えば42℃以上48℃以下が好ましい。被膜の膜厚は、0.3μm以上15μm以下が好ましい。
下引層は、例えば、無機粒子と結着樹脂とを含む層である。
無機粒子としては、例えば、粉体抵抗(体積抵抗率)102Ωcm以上1011Ωcm以下の無機粒子が挙げられる。これらの中でも、前記抵抗値を有する無機粒子としては、例えば、酸化錫粒子、酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化ジルコニウム粒子等の金属酸化物粒子がよく、特に、酸化亜鉛粒子が好ましい。
無機粒子の体積平均粒径は、例えば、50nm以上2,000nm以下(好ましくは60nm以上1000nm以下)が好ましい。
特に、電子受容性化合物としては、アントラキノン構造を有する化合物が好ましい。
アントラキノン構造を有する化合物としては、例えば、ヒドロキシアントラキノン化合物、アミノアントラキノン化合物、アミノヒドロキシアントラキノン化合物等が好ましく、具体的には、例えば、アントラキノン、アリザリン、キニザリン、アントラルフィン、プルプリン等が好ましい。
下引層に用いる結着樹脂としては、例えば、電荷輸送性基を有する電荷輸送性樹脂、導電性樹脂(例えばポリアニリン等)等も挙げられる。これらの中でも、下引層に用いる結着樹脂としては、上層の塗布溶剤に不溶な樹脂が好適であり、特に、尿素樹脂、フェノール樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂;ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂及びポリビニルアセタール樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂と硬化剤との反応により得られる樹脂が好適である。
これら結着樹脂を2種以上組み合わせて使用する場合には、その混合割合は、必要に応じて設定される。
添加剤としては、多環縮合系、アゾ系等の電子輸送性顔料、ジルコニウムキレート化合物、チタニウムキレート化合物、アルミニウムキレート化合物、チタニウムアルコキシド化合物、有機チタニウム化合物、シランカップリング剤等の公知の材料が挙げられる。シランカップリング剤は前述のように無機粒子の表面処理に用いられるが、添加剤として更に下引層に添加してもよい。
下引層の表面粗さ(十点平均粗さ)は、モアレ像抑制のために、使用される露光用レーザ波長λの1/(4n)(nは上層の屈折率)から1/2までに調整されていることがよい。
表面粗さ調整のために下引層中に樹脂粒子等を添加してもよい。樹脂粒子としてはシリコーン樹脂粒子、架橋型ポリメタクリル酸メチル樹脂粒子等が挙げられる。また、表面粗さ調整のために下引層の表面を研磨してもよい。研磨方法としては、バフ研磨、サンドブラスト処理、湿式ホーニング、研削処理等が挙げられる。
これらの溶剤として具体的には、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、iso-プロパノール、n-ブタノール、ベンジルアルコール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド、クロロホルム、クロロベンゼン、トルエン等の通常の有機溶剤が挙げられる。
前記電子写真感光体は、下引層と感光層との間に中間層を更に設けてもよい。
中間層は、例えば、樹脂を含む層である。中間層に用いる樹脂としては、例えば、アセタール樹脂(例えばポリビニルブチラール等)、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、カゼイン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ゼラチン、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル-無水マレイン酸樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン-アルキッド樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂等の高分子化合物が挙げられる。
中間層は、有機金属化合物を含む層であってもよい。中間層に用いる有機金属化合物としては、ジルコニウム、チタニウム、アルミニウム、マンガン、ケイ素等の金属原子を含有する有機金属化合物等が挙げられる。
これらの中間層に用いる化合物は、単独で又は複数の化合物の混合物若しくは重縮合物として用いてもよい。
中間層を形成する塗布方法としては、浸漬塗布法、突き上げ塗布法、ワイヤーバー塗布法、スプレー塗布法、ブレード塗布法、ナイフ塗布法、カーテン塗布法等の通常の方法が用いられる。
電荷発生層は、例えば、電荷発生材料と結着樹脂とを含む層である。また、電荷発生層は、電荷発生材料の蒸着層であってもよい。電荷発生材料の蒸着層は、LED(Light Emitting Diode)、有機EL(Electro-Luminescence)イメージアレー等の非干渉性光源を用いる場合に好適である。
なお、n-型の判定は、通常使用されるタイムオブフライト法を用い、流れる光電流の極性によって判定され、正孔よりも電子をキャリアとして流しやすいものをn-型とする。
結着樹脂としては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアリレート樹脂(ビスフェノール類と芳香族2価カルボン酸の重縮合体等)、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルピリジン樹脂、セルロース樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、カゼイン、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂等が挙げられる。ここで、「絶縁性」とは、体積抵抗率が1013Ωcm以上であることをいう。
これらの結着樹脂は1種を単独で又は2種以上を混合して用いられる。
なお、この分散の際、電荷発生層形成用塗布液中の電荷発生材料の平均粒径を、好ましくは0.5μm以下、より好ましくは0.3μm以下、更に好ましくは0.15μm以下にすることが有効である。
電荷輸送層は、前記有機化合物層であることが好ましい。
また、電荷輸送層は、前記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物以外に、他の電荷輸送材料を含んでいてもよいが、含まないことが好ましい。
更に、電荷輸送層は、結着樹脂を含んでいてもよい。
なお、前記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物と結着樹脂との配合比は、質量比で10:1から1:5までが好ましい。
表面保護層(以下単に「保護層」ともいう。)は、感光層上に設けられていてもよい。保護層は、例えば、帯電時の感光層の化学的変化を防止したり、感光層の機械的強度を更に改善したりする目的で設けられる。
表面保護層の材質としては、公知の材質が用いられるが、前記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む、すなわち、前記有機化合物層であることが好ましい。
また、表面保護層は、前記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物以外の公知の添加剤を含んでいてもよい。
表面保護層のユニバーサル硬さは、25℃相対湿度50%の環境下で、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行い、最大荷重20mNで押し込んだときの、ユニバーサル硬さとする。
(測定の詳細)
測定機器としては、フィッシャー・インストルメンツ社製のフィッシャースコープH100V(微小硬さ測定装置)を使用する。測定に用いた圧子は、対面角136°のビッカース四角錐ダイヤモンド圧子である。
(測定条件)
・負荷条件:4mN/secの速度で像保持体の表面保護層の表面からビッカース圧子を押し込む。
・負荷時間:5sec。
・保持時間:5sec。
・除荷条件:負荷と同じ速度で負荷を除く。
測定試料は、作製した像保持体をH100V機に固定し、表面保護層の表面に対して垂直にビッカース圧子を押し込み、測定する。測定は、圧子負荷(5sec)、荷重保持(5sec)、除荷の手順で行う。
単層型感光層(電荷発生/電荷輸送層)は、例えば、電荷発生材料と前記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物と、必要に応じて、結着樹脂、及びその他周知の添加剤と、を含む層である。なお、これら材料は、電荷発生層及び電荷輸送層で説明した材料と同様である。
そして、単層型感光層中、電荷発生材料の含有量は、単層型感光層の全固形分に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.8質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。また、単層型感光層中、前記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物の含有量は、全固形分に対して5質量%以上50質量%以下が好ましい。
単層型感光層の形成方法は、電荷発生層や電荷輸送層の形成方法と同様である。
単層型感光層の膜厚は、例えば、5μm以上50μm以下であることが好ましく、10μm以上40μm以下であることがより好ましい。
本実施形態に係る電荷輸送性膜は、下記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む。
また、本実施形態に係る電荷輸送性膜は、下記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含むことにより、前述と同様の推定理由により、耐熱性に優れる。
本実施形態に係る電荷輸送性膜中の、式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物の含有量は、電荷輸送性膜の用途に応じて設定されればよいが、電荷輸送膜の全質量に対し、50質量%以上99質量%以下であることが好ましい。
また、本実施形態に係る電荷輸送性膜は、他の成分を含んでいてもよく、前記有機電界発光素子が備える電荷輸送層において含まれる結着樹脂等の他の成分が好適に挙げられる。
本実施形態に係る化合物は、下記式(1)又は式(2)で表される化合物であり、新規な化合物である。
また、本実施形態に係る化合物を少なくとも硬化してなる硬化物は、前述と同様の推定理由により、耐熱性に優れる。
本実施形態に係る化合物は、得られる硬化物の電荷輸送性の観点からは、下記式(1)で表される化合物であることが好ましい。
また、本実施形態に係る化合物は、得られる硬化物を含む有機化合物層を有機電界発光素子として使用した場合における発光特性の観点からは、下記式(2)で表される化合物であることが好ましい。
また、実施例において記載する化合物1-1乃至化合物1-25、及び、化合物2-1乃至化合物2-25は、前述した化合物1-1乃至化合物1-25、及び、化合物2-1乃至化合物2-25とそれぞれ同じ化合物である。
例示化合物1-3の1H-NMRチャートを図5に示す。
なお、Etはエチル基を表す。
例示化合物1-14の1H-NMRチャートを図6に示す。なお、図6に示す1H-NMRチャートは、トルエンを約17質量%含んだものである。
<有機電界発光素子1乃至30、及び、C1乃至C4の作製>
厚さ150nmのITO膜を設けたガラス基板を、プラズマ洗浄機(サムコインターナショナル社製、BP1)を用い、酸素プラズマにて30秒間洗浄した。更に、中性洗剤、水、アセトン(電子工業用、関東化学(株)製)及びイソプロパノール(電子工業用、関東化学(株)製)の順に、各液に浸して超音波を各5分間印加して洗浄した後、スピンコーターで乾燥させた。
表1に記載の例示化合物を3質量部と、OTAZO-15(大塚化学(株)製、分子量354.4)0.06質量部と、をジクロロメタン97質量部に溶解した溶液を、孔径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過し塗布液を得た。塗布液を前記ガラス基板にスピンコートした。
回転数は、後述する膜厚(400nm)となるように調整して行った。酸素濃度150ppmの不活性ガス雰囲気下で、160℃で1時間加熱することにより、膜厚400nm(触針膜厚計にて測定)の正孔輸送層(本発明の電荷輸送性膜)を形成した。
次に、この正孔輸送層上に、トリス(2-フェニルピリジナト)イリジウム(III)(Ir(ppy)3)と4,4’-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)ビフェニル(CBP)とを質量比7:93で50nmの厚さに真空蒸着して発光層を形成した後、トリス(8-ヒドロキシキノリン)アルミニウム(Alq3)を50nmの厚さに真空蒸着した。更に、1nm厚のLiF層を蒸着し、最後にスパッタ法で100nm厚のAl層を定め、有機電界発光素子1乃至30、及び、C1乃至C4をそれぞれ作製した。
得られた有機電界発光素子のITO電極を陽極とし、Al電極を陰極として、有機EL発光効率測定装置(東京インスツルメンツ社製)を用い、測定条件を25℃に調整して直流8Vを印加し、電流密度を求めるとともに、発光特性の指標として輝度を測定した。さらに、1,000時間動作後の輝度を測定し、以下の式から相対輝度を算出して発光寿命の指標とした。その結果を表1に示す。
1,000時間動作後の相対輝度(%)=(1,000時間動作後の輝度/初期の輝度)×100
<電子写真感光体1乃至30、及び、C1乃至C4の作製>
-下引層の作製-
酸化亜鉛(平均粒子径70nm:テイカ(株)製:比表面積値15m2/g)100部をテトラヒドロフラン500部と撹拌混合し、シランカップリング剤(KBM503:信越化学工業(株)製)1.3部を添加し、2時間撹拌した。その後トルエンを減圧蒸留にて留去し、120℃で3時間焼き付けを行い、シランカップリング剤表面処理酸化亜鉛を得た。
前記表面処理を施した酸化亜鉛110部を500部のテトラヒドロフランと撹拌混合し、アリザリン1.0部を50部のテトラヒドロフランに溶解させた溶液を添加し、50℃にて5時間撹拌した。その後、減圧ろ過にてアリザリンを付与させた酸化亜鉛を濾別し、更に60℃で減圧乾燥を行い、アリザリン付与酸化亜鉛を得た。
このアリザリン付与酸化亜鉛60部と硬化剤(ブロック化イソシアネート、スミジュール3175、住友バイエルウレタン(株)製)13.5部とブチラール樹脂(エスレックBM-1、積水化学工業(株)製)15部とをメチルエチルケトン85部に溶解した溶液38部と、メチルエチルケトン25部と、を混合し1mmφのガラスビーズを用いてサンドミルにて2時間の分散を行い、分散液を得た。
得られた分散液に触媒としてジオクチルスズジラウレート0.005部、シリコーン樹脂粒子(トスパール145、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)45部を添加し、下引層用塗布液を得た。この塗布液を浸漬塗布法にて、直径30mm、長さ340mm、肉厚1mmのアルミニウム基材上に塗布し、170℃、40分の乾燥硬化を行い厚さ18μmの下引層を得た。
電荷発生物質としてのCukα特性X線を用いたX線回折スペクトルのブラッグ角度(2θ±0.2°)が少なくとも7.3゜、16.0゜,24.9゜、28.0゜の位置に回折ピークを有するヒドロキシガリウムフタロシアニン15部、結着樹脂としての塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体樹脂(VMCH、(株)NUC製)10部、n-酢酸ブチル200部からなる混合物を、直径1mmφのガラスビーズを用いてサンドミルにて4時間分散した。得られた分散液にn-酢酸ブチル175部、メチルエチルケトン180部を添加し、攪拌して電荷発生層用塗布液を得た。この電荷発生層用塗布液を、前記下引層上に浸漬塗布し、常温(20℃)で乾燥して、膜厚が0.2μmの電荷発生層を形成した。
表2に記載の例示化合物10部、OTAZO-15(大塚化学(株)製、分子量354.4)0.2部をクロロベンゼン40部に加えて溶解し、電荷輸送層用塗布液を得た。この塗布液を突き上げコートにて前記電荷発生層上に塗布し、室温(20℃)で30分風乾した後、酸素濃度200ppmの窒素下で室温(20℃)から10℃/分の速度で150℃まで昇温し、150℃で1時間加熱処理して硬化させ、膜厚18μmの電荷輸送層を形成して電子写真感光体1乃至30、及び、C1乃至C4をそれぞれ作製した。
-残留電位の上昇抑制性評価-
以下の方法により、残留電位を測定し、画像形成試験前後での残留電位の上昇分について評価を行った。具体的には、富士ゼロックス(株)製、ApeosPort-IV C4470改造機に電位センサーを取り付け、8℃、20%RHで画像形成試験前における電子写真感光体表面の残留電位(以下「初期の残留電位」ともいう。)の測定を行った。ついで、8℃、20%RHの下で1万枚の画像形成試験を行った直後に、電子写真感光体表面の残留電位(以下「画像形成後の残留電位」ともいう。)の測定を行った。初期の残留電位と画像形成試験後の残留電位との差(画像形成試験後の残留電位-初期の残留電位)の絶対値を残留電位の上昇値として、以下の判断基準で評価した。結果を表2に示す。
A+:残留電位の上昇が10V未満
A:残留電位の上昇が10V以上20V未満
B:残留電位の上昇が20V以上40V未満
C:残留電位の上昇が40V以上
画像形成試験を行う前の初期の感光体膜厚(すなわち、下引層、電荷発生層、及び、電荷輸送層の合計膜厚)と、画像形成試験を終了した後の感光体膜厚とを渦電流測定装置(フィッシャースコープMMS、(株)フィッシャー・インストルメンツ製)にて測定し、摩耗量(μm)を評価した。結果を表2に示す。
化合物C1:下記化合物
前記表2に示す結果から、本実施例の電子写真感光体(電子デバイス)は、比較例の電子写真感光体に比べ、長寿命であることがわかる。
また、前記表1に示す結果から、本実施例の有機電界発光素子(電子デバイス)は、輝度にも優れることがわかる。
Claims (21)
- 有機化合物層を有し、
前記有機化合物層が、下記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む
電子デバイス。
式(1)及び式(2)中、Ar1はそれぞれ独立に、二価の単環の芳香族基、又は、二価の単環の複素芳香族基を表し、Z1乃至Z12はそれぞれ独立に、C-R0、C-RD、又は、Nを表し、Z13及びZ14はそれぞれ独立に、C-R1、又は、C-RDを表し、R0はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、R1はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基、又は、2つのR1が結合した5員若しくは6員の環状脂肪族基を表し、RDはそれぞれ独立に、下記式(D)で表される基を表し、式(1)又は式(2)で表される化合物は、下記式(D)で表される基を少なくとも1つ以上有する。
式(D)中、前記式(1)に結合するL 1 は、アルキレン基、-C=C-、-C(=O)-、-O-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基であり、かつ式(D)の芳香族ビニル基と前記式(1)のZ 1 乃至Z 8 とを連結する最小の原子数が4つ以上である(n+1)価の連結基を表し、前記式(2)に結合するL1は、アルキレン基、アルケニレン基、-C(=O)-、-N(R)-、-O-、-S-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基である(n+1)価の連結基を表し、Rは、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、RsDはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、nは、1又は2を表し、nDは0以上4以下の整数を表し、波線部分は、他の構造との結合位置を表す。 - 前記Ar1が、フェニレン基、フランジイル基、チオフェンジイル基、ピリジンジイル基、又は、トリアジンジイル基である請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記Ar1が、フェニレン基である請求項2に記載の電子デバイス。
- 前記有機化合物層が、上記式(1)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 前記式(1)で表される化合物におけるZ1乃至Z8を含む環構造を有する基が、下記式(Ca-1)乃至式(Ca-6)のいずれかで表される基である請求項4に記載の電子デバイス。
式(Ca-1)乃至式(Ca-6)中、Rsはそれぞれ独立に、水素原子又はRDを表し、RDはそれぞれ独立に、前記式(D)で表される基を表し、波線部分はAr1との結合位置を表す。 - 前記有機化合物層が、上記式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 前記式(2)で表される化合物におけるZ 9 乃至Z 14 を含む環構造を有する基が、下記式(In-1)乃至式(In-6)のいずれかで表される基である請求項6に記載の電子デバイス。
式(In-1)乃至式(In-6)中、Rsはそれぞれ独立に、水素原子又はRDを表し、RDはそれぞれ独立に、前記式(D)で表される基を表し、波線部分はAr1との結合位置を表す。 - 前記式(2)に結合するL1が、アルキレン基、アルケニレン基、-C(=O)-、-O-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基である(n+1)価の連結基である請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 前記式(1)又は式(2)で表される化合物における前記式(D)で表される基の数が、2以上6以下である請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 一方が透明である一対の電極を更に有し、前記有機化合物層が前記一対の電極間に設けられている有機電界発光素子である請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 前記有機化合物層を有する電子写真感光体である請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 下記式(1)又は式(2)で表される化合物を少なくとも硬化してなる硬化物を含む
電荷輸送性膜。
式(1)及び式(2)中、Ar1はそれぞれ独立に、二価の単環の芳香族基、又は、二価の単環の複素芳香族基を表し、Z1乃至Z12はそれぞれ独立に、C-R0、C-RD、又は、Nを表し、Z13及びZ14はそれぞれ独立に、C-R1、又は、C-RDを表し、R0はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、R1はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基、又は、2つのR1が結合した5員若しくは6員の環状脂肪族基を表し、RDはそれぞれ独立に、下記式(D)で表される基を表し、式(1)又は式(2)で表される化合物は、下記式(D)で表される基を少なくとも1つ以上有する。
式(D)中、前記式(1)に結合するL 1 は、アルキレン基、-C=C-、-C(=O)-、-O-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基であり、かつ式(D)の芳香族ビニル基と前記式(1)のZ 1 乃至Z 8 とを連結する最小の原子数が4つ以上である(n+1)価の連結基を表し、前記式(2)に結合するL1は、アルキレン基、アルケニレン基、-C(=O)-、-N(R)-、-O-、-S-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基である(n+1)価の連結基を表し、Rは、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、RsDはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、nは、1又は2を表し、nDは0以上4以下の整数を表し、波線部分は、他の構造との結合位置を表す。 - 下記式(1)又は式(2)で表される化合物。
式(1)及び式(2)中、Ar1はそれぞれ独立に、二価の単環の芳香族基、又は、二価の単環の複素芳香族基を表し、Z1乃至Z12はそれぞれ独立に、C-R0、C-RD、又は、Nを表し、Z13及びZ14はそれぞれ独立に、C-R1、又は、C-RDを表し、R0はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、R1はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基、又は、2つのR1が結合した5員若しくは6員の環状脂肪族基を表し、RDはそれぞれ独立に、下記式(D)で表される基を表し、式(1)又は式(2)で表される化合物は、下記式(D)で表される基を少なくとも1つ以上有する。
式(D)中、前記式(1)に結合するL 1 は、アルキレン基、-C=C-、-C(=O)-、-O-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基であり、かつ式(D)の芳香族ビニル基と前記式(1)のZ 1 乃至Z 8 とを連結する最小の原子数が4つ以上である(n+1)価の連結基を表し、前記式(2)に結合するL1は、アルキレン基、アルケニレン基、-C(=O)-、-N(R)-、-O-、-S-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基である(n+1)価の連結基を表し、Rは、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、RsDはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表し、nは、1又は2を表し、nDは0以上4以下の整数を表し、波線部分は、他の構造との結合位置を表す。 - 前記Ar1が、フェニレン基、フランジイル基、チオフェンジイル基、ピリジンジイル基、又は、トリアジンジイル基である請求項13に記載の化合物。
- 前記Ar1が、フェニレン基である請求項14に記載の化合物。
- 前記式(1)で表される化合物である請求項13乃至請求項15のいずれか1項に記載の化合物。
- 前記式(1)で表される化合物におけるZ1乃至Z8を含む環構造を有する基が、下記式(Ca-1)乃至式(Ca-6)のいずれかで表される基である請求項16に記載の化合物。
式(Ca-1)乃至式(Ca-6)中、Rsはそれぞれ独立に、水素原子又はRDを表し、RDはそれぞれ独立に、前記式(D)で表される基を表し、波線部分はAr1との結合位置を表す。 - 前記式(2)で表される化合物である請求項13乃至請求項15のいずれか1項に記載の化合物。
- 前記式(2)で表される化合物におけるZ 9 乃至Z 14 を含む環構造を有する基が、下記式(In-1)乃至式(In-6)のいずれかで表される基である請求項18に記載の化合物。
式(In-1)乃至式(In-6)中、Rsはそれぞれ独立に、水素原子又はRDを表し、RDはそれぞれ独立に、前記式(D)で表される基を表し、波線部分はAr1との結合位置を表す。 - 前記式(2)に結合するL1が、アルキレン基、アルケニレン基、-C(=O)-、-O-、アルカン若しくはアルケンから水素原子を3個除いた三価の基、又は、これらを2以上組み合わせた基である(n+1)価の連結基である請求項13乃至請求項19のいずれか1項に記載の化合物。
- 前記式(1)又は式(2)で表される化合物における前記式(D)で表される基の数が、2以上6以下である請求項13乃至請求項20のいずれか1項に記載の化合物。
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