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JP2019502264A - 有機エレクトロニクスにおける使用のためのナノ粒子−導電性ポリマー複合体 - Google Patents

有機エレクトロニクスにおける使用のためのナノ粒子−導電性ポリマー複合体 Download PDF

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Abstract

本明細書に記載される式(I)に従う反復単位を有するポリチオフェン及び1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子を含有するナノ粒子−導電性ポリマー複合体薄膜、並びに、例えば、有機電子デバイスにおける、それらの使用が本明細書に記載される。本開示はまた、効率の増加につながる光取り出しを改善するための、色飽和度を改善するための及び色安定性を改善するための、有機電子デバイスにおける、1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子の使用に関する。

Description

発明の分野
本開示は、ナノ粒子−導電性ポリマー複合体薄膜、及び、例えば、有機電子デバイスにおけるその使用に関する。
背景
例えば、有機系有機発光ダイオード(OLED)、ポリマー発光ダイオード(PLED)、リン光有機発光ダイオード(PHOLED)及び有機光起電力デバイス(OPV)などの省エネルギーデバイスにおいて有用な進歩が成し遂げられているが、商業化のためのより良好な材料加工及び/又はデバイス性能を提供する上でさらなる改善が依然として必要とされている。例えば、最先端OLEDデバイスでは、内部量子効率は、電子リン光及び熱活性化遅延蛍光(TADF)材料などの種々の材料を使用して、ほぼ100%である。しかしながら、光取り出しなしのOLEDデバイスの外部量子効率は、導波路効果が原因の損失のためにほぼ20%にとどまっている。
高効率OLEDは、通常、多様な異なる層を含み、各層は、デバイス全体の最適効率の達成へ向けて最適化されている。典型的には、そのようなOLEDは、異なる目的を果たす複数の層を含む多層構造を含む。典型的なOLEDデバイススタックは、アノード、正孔輸送層(HTL)、発光層(EML)、電子輸送層(ETL)及びカソードを含む。場合により、正孔注入層(HIL)がアノードとHTLとの間に配置され得るか、又は電子注入層(EIL)がカソードとETLとの間に配置され得る。
OLED発光材料は、一般に、1.7を超える屈折率を有し、これは、支持基板の大部分の屈折率(通常、1.5前後)よりも大幅に高い。光が高屈折率(higher index)媒質から低屈折率(lower index)媒質へ伝播するとき、スネルの法則によると、界面に対して大きい斜角で進行する光ビームについて、全内部反射(TIR)が起こる。典型的なOLEDデバイスでは、TIRは、有機層(屈折率、1.7前後)と基板(屈折率、1.5前後)の間;及び基板(屈折率、1.5前後)と大気(屈折率、1.0)の間で生じる。多くの場合、OLED内の発光層において生じる光の大部分は、大気界面でのTIR、エッジ発光、発光層又は他の層内での消散、デバイスの発光層又は他の層(すなわち、輸送層、注入層など)内の導波路効果及び他の効果が原因でデバイスから出ていかない。OLEDによって生成及び/又は放射された光は、「空気モード」(光は、例えば、基板を通して、デバイスの観察面から放出されるだろう)又は「導波路モード」(光は、導波路効果が原因でデバイス内にトラップされる)などの種々のモードにあるものとして記述され得る。「有機モード」(光が1つ以上の有機層内にトラップされる)、「電極モード」(電極内にトラップされる)及び「基板モード」又は「ガラスモード」(基板内にトラップされる)など、特定のモードが、光がトラップされる層(1つ又は複数)に関して記述され得る。これらの効果は、結果としてデバイス内に光をトラップし、光抽出効率をさらに減少させる。典型的なOLEDでは、発光層によって生成される光の最大50〜60%が導波路モードでトラップされ、それゆえ、デバイスから出ることができないことがある。加えて、典型的なOLEDでは、発光材料によって放射される光の最大20〜30%が、ガラスモードにとどまることがある。したがって、典型的なOLEDの取り出し効率は、約20%まで低くなり得る。
種々の技術によって、OLEDの光取り出し効率を高めるための多大な努力がなされている。光取り出し技術の大部分は、OLEDスタックの外部、例えば、基板表面の改変、外部の散乱媒体(例えば、マイクロスフェア、マイクロレンズ、格子など)、フォトニック結晶、マイクロ及びナノキャビティ、非周期的誘電体ミラー(aperiodic dielectric mirror)などである。しかしながら、その技術の多くは、ひずんだスペクトル及び/又は限定された視野角を引き起こす。
溶解性、熱/化学安定性及び電子エネルギー準位(HOMO及びLUMOなど)などの正孔注入層及び正孔輸送層の特性を制御することによって、これらの化合物を異なる用途に適合させ、かつ発光層、光活性層及び電極などの異なる化合物と共に機能するように適合させることができるようにし、また一方で、例えば、OLEDにおいて、効率の増加につながる内部光取り出し、色飽和度、並びに視野角による輝度(luminance)及び知覚色の変化の低減などの特性も改善する、良好なプラットフォームシステムに対する解決していないニーズが高まっている。
発明の概要
本発明の目的は、効率の増加につながる改善された光取り出し効果を有する、有機電子デバイスを提供することである。
本発明の別の目的は、改善された色飽和度を有する有機電子デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、改善された色安定性、すなわち、視野角による輝度及び知覚色の変化の低下を有する、有機電子デバイスを提供することである。
それゆえ、第一の態様において、本開示は、正孔運搬薄膜(hole-carrying film)を含むデバイスであって、正孔運搬薄膜が、
(a)式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
ここで、
Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェン;及び
(b)1つ以上のナノ粒子
(ここで、1つ以上のナノ粒子は、金属又は半金属ナノ粒子である)
を含む、デバイスに関する。
第二の態様において、本開示は、本明細書に記載される正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイス中の内部光取り出しを増加させるための、1つ以上のナノ粒子の使用に関する。
第三の態様において、本開示は、本明細書に記載される正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色飽和度を高めるための、1つ以上のナノ粒子の使用に関する。
第四の態様において、本開示は、本明細書に記載される正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色安定性を改善するための、1つ以上のナノ粒子の使用に関する。
本発明の理解を容易にするために、本発明の基本的諸特徴及び種々の態様を以下に列挙する。
1.正孔運搬薄膜(hole-carrying film)を含むデバイスであって、正孔運搬薄膜が、
(a)式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
ここで、
Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェン;及び
(b)1つ以上のナノ粒子
(ここで、1つ以上のナノ粒子は、金属又は半金属ナノ粒子である)
を含む、デバイス。
2.R及びRが、各々独立して、H、フルオロアルキル、−O[C(R)−C(R)−O]−R、−ORであり;ここで、各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;Rが、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;pが、1、2又は3であり;そして、Rが、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである、前項1に記載のデバイス。
3.Rが、Hであり、そして、Rが、H以外である、前項1又は2に記載のデバイス。
4.R及びRが共に、H以外である、前項1又は2に記載のデバイス。
5.R及びRが、各々独立して、−O[C(R)−C(R)−O]−R、又は−ORである、前項4に記載のデバイス。
6.R及びRが共に、−O[C(R)−C(R)−O]−Rである、前項5に記載のデバイス。
7.各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルであり;そして、Rが、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルである、前項2〜6のいずれか一項に記載のデバイス。
8.ポリチオフェンが、以下:

及びそれらの組み合わせからなる群より選択される反復単位を含む、前項1〜7のいずれか一項に記載のデバイス。
9.ポリチオフェンが、スルホン化されている、前項1〜8のいずれか一項に記載のデバイス。
10.ポリチオフェンが、スルホン化されているポリ(3−MEET)である、前項9に記載のデバイス。
11.ポリチオフェンが、式(I)に従う反復単位を、反復単位の総重量を基準にして、50%(重量)を超える、典型的には80%(重量)を超える、より典型的には90%(重量)を超える、さらにより典型的には95%(重量)を超える量で含む、前項1〜10のいずれか一項に記載のデバイス。
12.1つ以上のナノ粒子が半金属ナノ粒子である、前項1〜11のいずれか一項に記載のデバイス。
13.半金属ナノ粒子が、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、Sb、TeO、SnO、SnO又はそれらの混合物を含む、前項12に記載のデバイス。
14.半金属ナノ粒子がSiOを含む、前項13に記載のデバイス。
15.1つ以上のナノ粒子が、1つ以上の有機キャッピング基を含む、前項1〜14のいずれか一項に記載のデバイス。
16.1つ以上のナノ粒子の量が、ナノ粒子とドープされた又はドープされていないポリチオフェンの合計重量に対して、1%(重量)〜98%(重量)、典型的には約2(重量)〜約95%(重量)、より典型的には約5%(重量)〜約90%(重量)、さらにより典型的には約10%(重量)〜約90%(重量)である、前項1〜15のいずれか一項に記載のデバイス。
17.正孔運搬薄膜が、1つ以上の酸性基を含む合成ポリマーをさらに含む、前項1〜16のいずれか一項に記載のデバイス。
18.合成ポリマーが、少なくとも1つのフッ素原子及び少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分によって置換されている少なくとも1つのアルキル又はアルコキシ基を含む1つ以上の反復単位を含むポリマー酸であり、ここで、前記アルキル又はアルコキシ基が、場合により、少なくとも1つのエーテル連結(−O−)基によって中断されている、前項17に記載のデバイス。
19.ポリマー酸が、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位:

[式中、
各々のR、R、R、R、R、R10及びR11は、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;そして
Xは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOHであり
ここで、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;
qは、0〜10であり;そして
zは、1〜5である]
を含む、前項18に記載のデバイス。
20.合成ポリマーが、少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分を含む1つ以上の反復単位を含むポリエーテルスルホンである、前項17に記載のデバイス。
21.ポリエーテルスルホンが、式(IV)に従う反復単位:

並びに式(V)に従う反復単位及び式(VI)に従う反復単位:

[式中、R12〜R20は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R12〜R20の少なくとも1つは、SOHであり;そして
21〜R28は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R21〜R28の少なくとも1つは、SOHであり、そして
29及びR30は、各々、H又はアルキルである]
からなる群より選択される反復単位を含む、前項20に記載のデバイス。
22.正孔運搬薄膜が、ポリ(スチレン)又はポリ(スチレン)誘導体をさらに含む、前項1〜21のいずれか一項に記載のデバイス。
23.正孔運搬薄膜が、1つ以上のアミン化合物をさらに含む、前項1〜22のいずれか一項に記載のデバイス。
24.OLED、OPV、トランジスタ、キャパシタ、センサー、変換器、薬物放出デバイス、エレクトロクロミックデバイス又はバッテリーデバイスである、前項1〜23のいずれか一項に記載のデバイス。
25.正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイス中の内部光取り出しを増加させるための1つ以上のナノ粒子の使用であって、正孔運搬薄膜が、式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
ここで、
Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェンを含み;そして
1つ以上のナノ粒子が、金属又は半金属ナノ粒子である、使用。
26.正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色飽和度を高めるための1つ以上のナノ粒子の使用であって、正孔運搬薄膜が、式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
ここで、
Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェンを含み;そして
1つ以上のナノ粒子が、金属又は半金属ナノ粒子である、使用。
27.正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色安定性を改善するための1つ以上のナノ粒子の使用であって、正孔運搬薄膜が、式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
ここで
Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェンを含み;そして
1つ以上のナノ粒子が、金属又は半金属ナノ粒子である、使用。
28.R及びRが、各々独立して、H、フルオロアルキル、−O[C(R)−C(R)−O]−R、−ORであり;ここで、各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;Rが、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;pが、1、2又は3であり;そして、Rが、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである、前項25〜27のいずれか一項に記載の使用。
29.Rが、Hであり、そして、Rが、H以外である、前項25〜28のいずれか一項に記載の使用。
30.R及びRが共に、H以外である、前項25〜28のいずれか一項に記載の使用。
31.R及びRが、各々独立して、−O[C(R)−C(R)−O]−R、又は−ORである、前項30に記載の使用。
32.R及びRが共に、−O[C(R)−C(R)−O]−Rである、前項31に記載の使用。
33.各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルであり;そして、Rが、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルである、前項28〜32のいずれか一項に記載の使用。
34.ポリチオフェンが、以下:

及びそれらの組み合わせからなる群より選択される反復単位を含む、前項25〜33のいずれか一項に記載の使用。
35.ポリチオフェンが、スルホン化されている、前項25〜34のいずれか一項に記載の使用。
36.ポリチオフェンが、スルホン化されているポリ(3−MEET)である、前項35に記載の使用。
37.ポリチオフェンが、式(I)に従う反復単位を、反復単位の総重量を基準にして、50%(重量)を超える、典型的には80%(重量)を超える、より典型的には90%(重量)を超える、さらにより典型的には95%(重量)を超える量で含む、前項25〜36のいずれか一項に記載の使用。
38.1つ以上のナノ粒子が半金属ナノ粒子である、前項25〜37のいずれか一項に記載の使用。
39.半金属ナノ粒子が、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、Sb、TeO、SnO、SnO又はそれらの混合物を含む、前項38に記載の使用。
40.半金属ナノ粒子がSiOを含む、前項39に記載の使用。
41.1つ以上のナノ粒子が、1つ以上の有機キャッピング基を含む、前項25〜40のいずれか一項に記載の使用。
42.1つ以上のナノ粒子の量が、ナノ粒子とドープされた又はドープされていないポリチオフェンの合計重量に対して、1%(重量)〜98%(重量)、典型的には約2(重量)〜約95%(重量)、より典型的には約5%(重量)〜約90%(重量)、さらにより典型的には約10%(重量)〜約90%(重量)である、前項25〜41のいずれか一項に記載の使用。
43.正孔運搬薄膜が、1つ以上の酸性基を含む合成ポリマーをさらに含む、前項25〜42のいずれか一項に記載の使用。
44.合成ポリマーが、少なくとも1つのフッ素原子及び少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分によって置換されている少なくとも1つのアルキル又はアルコキシ基を含む1つ以上の反復単位を含むポリマー酸であり、ここで、前記アルキル又はアルコキシ基が、場合により、少なくとも1つのエーテル連結(−O−)基によって中断されている、前項43に記載の使用。
45.ポリマー酸が、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位:

[式中、
各々のR、R、R、R、R、R10及びR11は、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;そして
Xは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOHであり
ここで、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;
qは、0〜10であり;そして
zは、1〜5である]
を含む、前項44に記載の使用。
46.合成ポリマーが、少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分を含む1つ以上の反復単位を含むポリエーテルスルホンである、前項43に記載の使用。
47.ポリエーテルスルホンが、式(IV)に従う反復単位:

並びに式(V)に従う反復単位及び式(VI)に従う反復単位:

[式中、R12〜R20は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R12〜R20の少なくとも1つは、SOHであり;そして
21〜R28は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R21〜R28の少なくとも1つは、SOHであり、そして
29及びR30は、各々、H又はアルキルである]
からなる群より選択される反復単位を含む、前項46に記載の使用。
48.正孔運搬薄膜が、ポリ(スチレン)又はポリ(スチレン)誘導体をさらに含む、前項25〜47のいずれか一項に記載の使用。
49.正孔運搬薄膜が、1つ以上のアミン化合物をさらに含む、前項25〜48のいずれか一項に記載の使用。
50.非水系インク組成物であって、
(a)スルホン化ポリチオフェンであって、式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
ここで、
Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]
に従う反復単位を含むスルホン化ポリチオフェン;
(b)1つ以上のアミン化合物
(c)1つ以上の半金属ナノ粒子
(d)場合により、1つ以上の酸性基を含む合成ポリマー;及び
(e)下記の1)または2)の液体担体
1)1種以上のグリコール系溶媒(A)からなる液体担体
2)1種以上のグリコール系溶媒(A)と、グリコール系溶媒を除く1種以上の有機溶媒(B)とを含む液体担体
を含む組成物。
51.前記液体担体が、1種以上のグリコール系溶媒(A)と、グリコール系溶媒を除く1種以上の有機溶媒(B)とを含む液体担体である、前項50記載の非水系インク組成物。
52.前記グリコール系溶媒(A)が、グリコールエーテル、グリコールモノエーテルまたはグリコールである、前項50または51記載の非水系インク組成物。
53.前記有機溶媒(B)が、ニトリル、アルコール、芳香族エーテルまたは芳香族炭化水素である、前項50〜52のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
54.前記グリコール系溶媒(A)の含有量:wtA(重量)と、前記有機溶媒(B)の含有量(重量):wtB(重量)とが、式(1−1)を満たす、前項50〜53のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
0.05≦wtB/(wtA+wtB)≦0.50 (1−1)
55.R及びRが、各々独立して、H、フルオロアルキル、−O[C(R)−C(R)−O]−R、−ORであり;ここで、各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;Rが、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;pが、1、2又は3であり;そして、Rが、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである、前項50〜54のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
56.Rが、Hであり、そして、Rが、H以外である、前項50〜55のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
57.R及びRが共に、H以外である、前項50〜55のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
58.R及びRが、各々独立して、−O[C(R)−C(R)−O]−R、又は−ORである、前項57記載の非水系インク組成物。
59.R及びRが共に、−O[C(R)−C(R)−O]−Rである、前項58記載の非水系インク組成物。
60.各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルであり;そして、Rが、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルである、前項55〜59のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
61.ポリチオフェンが、以下:

及びそれらの組み合わせからなる群より選択される反復単位を含む、前項50〜60のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
62.スルホン化ポリチオフェンが、スルホン化ポリ(3−MEET)である、前項50〜61のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
63.アミン化合物が、第三級アルキルアミン化合物である、前項50〜62のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
64.アミン化合物が、トリエチルアミンである、前項63記載の非水系インク組成物。
65.半金属ナノ粒子が、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、Sb、TeO、SnO、SnO又はそれらの混合物を含む、前項50〜64のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
66.半金属ナノ粒子がSiOを含む、前項65記載の非水系インク組成物。
67.1つ以上の酸性基を含む合成ポリマーをさらに含む、前項50〜66のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
68.合成ポリマーが、少なくとも1つのフッ素原子及び少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分によって置換されている少なくとも1つのアルキル又はアルコキシ基を含む1つ以上の反復単位を含むポリマー酸であり、ここで、前記アルキル又はアルコキシ基が、場合により、少なくとも1つのエーテル連結(−O−)基によって中断されている、前項67記載の非水系インク組成物。
69.ポリマー酸が、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位:

[式中、
各々のR、R、R、R、R、R10及びR11は、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;そして
Xは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOHであり
ここで、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;
qは、0〜10であり;そして
zは、1〜5である]
を含む、前項68記載の非水系インク組成物。
NQインク1から製造したHILを有する緑色OLED及び比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDについての電圧の関数としての電流密度を示す。 NQインク1から製造したHILを有する緑色OLED及び比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDについての輝度の関数としての%EQEを示す。 種々の入射角で決定された、比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDの電界発光スペクトルを示す。 種々の入射角で決定された、NQインク1から製造したHILを有する緑色OLEDの電界発光スペクトルを示す。 入射角の関数としての、比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDのCIE x座標及び本発明のインク1から製造したHILを有する緑色OLEDのCIE x座標を示す。 入射角の関数としての、比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDのCIE y座標及び本発明のインク1から製造したHILを有する緑色OLEDのCIE y座標を示す。 種々の入射角で決定された、比較AQインクから製造したHILを有する青色OLEDのELスペクトルを示す。 種々の入射角で決定された、NQインク2から製造したHILを有する青色OLEDのELスペクトルを示す。 NQインク2から製造したHILを有する青色OLED及び比較AQインクから製造したHILを有する青色OLEDの輝度(brightness)対入射角のラジアルプロットを示す。 NQインク1から調製したHIL、比較NQインクから調製したHILの屈折率、及びSiO2の屈折率対波長の比較を示す。
詳細な説明
本明細書において使用される場合、用語「a」、「an」又は「the」は、他に指定のない限り、「1つ以上」又は「少なくとも1つ」を意味する。
本明細書において使用される場合、用語「〜を含む(comprises)」は、「〜から本質になる(consists essentially of)」及び「〜からなる(consists of)」を含む。用語「〜を含む(comprising)」は、「〜から本質的になる(consisting essentially of)」及び「〜からなる(consisting of)」を含む。
語句「〜を含有しない(free of)」は、その語句によって修飾された材料の外部からの添加がないこと、及び当業者に公知の分析技術(例えば、ガス又は液体クロマトグラフィー、分光測光法、光学顕微鏡法など)によって観察され得る検出可能な量の材料がないことを意味する。
本開示を通して、種々の刊行物が参照によって組み入れられ得る。参照によって組み入れられるそのような刊行物中の任意の言語の意味が本開示の言語の意味と一致しない場合は、他に指示のない限り、本開示の言語の意味が優先されるものとする。
本明細書において使用される場合、専門用語「(Cx−Cy)」(式中、x及びyは、各々整数である)は、有機基に関して、その基が、1つの基あたりx個の炭素原子〜y個の炭素原子を含有し得ることを意味する。
本明細書において使用される場合、用語「ヒドロカルビル」は、炭化水素、典型的には(C−C40)炭化水素、より典型的には(C−C30)炭化水素から1個の水素原子を除去することによって形成される一価の基を意味する。ヒドロカルビル基は、直鎖、分岐又は環状であり得、そして、飽和又は不飽和であり得る。ヒドロカルビル基の例は、限定されないが、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル及びアリールを含む。
本明細書において使用される場合、用語「ヒドロカルビレン」は、炭化水素、典型的には(C−C40)炭化水素から2個の水素原子を除去することによって形成される二価の基を意味する。ヒドロカルビレン基は、直鎖、分岐又は環状であり得、そして、飽和又は不飽和であり得る。ヒドロカルビレン基の例は、限定されないが、メチレン、エチレン、1−メチルエチレン、1−フェニルエチレン、プロピレン、ブチレン、1,2−ベンゼン;1,3−ベンゼン;1,4−ベンゼン;及び2,6−ナフタレンを含む。
本明細書において使用される場合、用語「アルキル」は、一価の直鎖又は分岐飽和炭化水素基、より典型的には、一価の直鎖又は分岐飽和(C−C40)炭化水素基、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ヘキシル、2−エチルヘキシル、オクチル、ヘキサデシル、オクタデシル、エイコシル、ベヘニル、トリコンチル及びテトラコンチルなどを意味する。本明細書において使用される場合、用語「シクロアルキル」は、一価の飽和環状炭化水素基、より典型的には飽和環状(C−C22)炭化水素基、例えば、シクロペンチル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどを意味する。
本明細書において使用される場合、用語「フルオロアルキル」は、1個以上のフッ素原子で置換されている本明細書に定義されるとおりのアルキル基、より典型的には(C−C40)アルキル基を意味する。フルオロアルキル基の例は、例えば、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、ペルフルオロアルキル、1H,1H,2H,2H−ペルフルオロオクチル、ペルフルオロエチル及び−CHCFを含む。
本明細書において使用される場合、用語「アリール」は、少なくとも1つ芳香環を有する一価の基を意味する。当業者に理解されるように、芳香環は、環状に配置された複数の炭素原子を有し、かつ、非局在化共役π電子系(典型的には、交互に並ぶ単結合及び二重結合によって表される)を有する。アリール基は、単環式アリール及び多環式アリールを含む。多環式アリールは、2つ以上の芳香環を有する一価の基を意味し、ここで、隣接する環は、1つ以上の結合若しくは二価の架橋基によって互いに連結され得るか又は一緒に縮合され得る。アリール基の例は、限定されないが、フェニル、アントラセニル、ナフチル、フェナントレニル、フルオレニル及びピレニルを含む。
本明細書において使用される場合、用語「アリールオキシ」は、−O−アリール(式中、アリール基は、本明細書に定義されるとおりである)として表される一価の基を意味する。アリールオキシ基の例は、限定されないが、フェノキシ、アントラセノキシ、ナフトキシ、フェナントレノキシ及びフルオレノキシを含む。
本明細書において使用される場合、用語「アルコキシ」は、−O−アルキル(式中、アルキル基は、本明細書に定義されるとおりである)として表される一価の基を意味する。アルコキシ基の例は、限定されないが、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ、イソブトキシ及びtert−ブトキシを含む。
本明細書に記載される任意の置換基又は基は、場合により、1つ以上の炭素原子において、本明細書に記載される1つ以上の同じ又は異なる置換基で置換されていてよい。例えば、ヒドロカルビル基は、アリール基又はアルキル基でさらに置換されていてよい。本明細書に記載される任意の置換基又は基はまた、場合により、1つ以上の炭素原子においてハロゲン(例えば、F、Cl、Br及びIなど);ニトロ(NO)、シアノ(CN)及びヒドロキシ(OH)からなる群より選択される1つ以上の置換基で置換されていてよい。本明細書に記載される置換基又は基が、1つ以上の炭素原子において、ハロゲン(例えば、F、Cl、Br及びIなど)からなる群より選択される1つ以上の置換基で置換されている場合、その置換基又は基は、ハロゲン化されていると言う。
本明細書において使用される場合、用語「正孔キャリア化合物」は、例えば、電子デバイスにおける、正孔(すなわち、正電荷キャリア)の移動を容易にすること及び/又は電子の移動を阻止することが可能な任意の化合物を指す。正孔キャリア化合物は、電子デバイス、典型的には有機電子デバイス(例えば、有機発光デバイスなど)の層(HTL)、正孔注入層(HIL)及び電子阻止層(EBL)において有用な化合物を含む。
本明細書において使用される場合、用語「ドープされた」は、正孔キャリア化合物(例えば、ポリチオフェンポリマー)に関して、正孔キャリア化合物が、ドーパントによって促進される、化学変換、典型的には酸化又は還元反応、より典型的には酸化反応を受けたことを意味する。本明細書において使用される場合、用語「ドーパント」は、正孔キャリア化合物(例えば、ポリチオフェンポリマー)を酸化又は還元する、典型的には酸化する、物質を指す。本明細書において、正孔キャリア化合物が、ドーパントによって促進される、化学変換、典型的には酸化又は還元反応、より典型的には酸化反応を受けるプロセスは、「ドーピング反応」又は単に「ドーピング」と呼ばれる。ドーピングは、ポリチオフェンポリマーの特性を変化させ、その特性は、限定されないが、電気特性(抵抗率及び仕事関数など)、機械特性及び光学特性を含み得る。ドーピング反応の過程で、正孔キャリア化合物は帯電し、そして、ドーパントは、ドーピング反応の結果として、ドープされた正孔キャリア化合物に対する逆荷電の対イオンとなる。本明細書において使用される場合、物質は、ドーパントと称されるためには、正孔キャリア化合物を化学的に反応、酸化又は還元、典型的には酸化しなければならない。正孔キャリア化合物と反応しないが対イオンとして作用し得る物質は、本開示に係るドーパントとみなされない。したがって、用語「ドープされていない」は、正孔キャリア化合物(例えば、ポリチオフェンポリマー)に関して、正孔キャリア化合物が本明細書に記載されるとおりのドーピング反応を受けていないことを意味する。
本開示は、正孔運搬薄膜を含むデバイスであって、正孔運搬薄膜が、
(a)式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
ここで、
Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェン;及び
(b)1つ以上のナノ粒子
(ここで、1つ以上のナノ粒子は、金属又は半金属ナノ粒子である)
を含む、デバイスに関する。
本開示に係る使用に好適なポリチオフェンは、式(I):

[式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;ここで、Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして、Rは、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含む。
ある実施態様において、R及びRは、各々独立して、H、フルオロアルキル、−[C(R)−C(R)−O]−R、−ORであり;ここで、各々のR、R、R及びRは、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;Rは、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;pは、1、2又は3であり;そして、Rは、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである。
ある実施態様において、Rは、Hであり、そして、Rは、H以外である。そのような実施態様において、反復単位は、3−置換チオフェンから誘導される。
ポリチオフェンは、レジオランダム又はレジオレギュラー化合物であることができる。その非対称構造が原因で、3−置換チオフェンの重合は、反復単位間に3つの可能な位置化学結合を含有するポリチオフェン構造の混合物を生成する。2つのチオフェン環が連結している場合に利用可能な3つの配向は、2,2’;2,5’及び5,5’カップリングである。2,2’(又はヘッド−ヘッド)カップリング及び5,5’(又はテール−テール)カップリングは、レジオランダムカップリングと称される。対照的に、2,5’(又はヘッド−テール)カップリングは、レジオレギュラーカップリングと称される。位置規則性度は、例えば、約0〜100%、又は約25〜99.9%、又は約50〜98%であることができる。位置規則性は、例えば、NMR分光学を使用するなどの当業者に公知の標準的な方法によって決定され得る。
ある実施態様において、ポリチオフェンは、レジオレギュラーである。いくつかの実施態様において、ポリチオフェンの位置規則性は、少なくとも約85%、典型的には少なくとも約95%、より典型的には少なくとも約98%であることができる。いくつかの実施態様において、位置規則性度は、少なくとも約70%、典型的には少なくとも約80%であることができる。さらに他の実施態様において、レジオレギュラーポリチオフェンは、少なくとも約90%の位置規則性度、典型的には少なくとも約98%の位置規則性度を有する。
3−置換チオフェンモノマー(そのようなモノマーから誘導されるポリマーを含む)は、市販されているか又は当業者に公知の方法によって製造され得る。合成法、ドーピング及びポリマーの特性決定(側基を有するレジオレギュラーポリチオフェンを含む)は、例えば、McCullough他の米国特許第6,602,974号及びMcCullough他の米国特許第6,166,172号に提供されている。
別の実施態様において、R及びRは共に、H以外である。そのような実施態様において、反復単位は、3,4−二置換チオフェンから誘導される。
ある実施態様において、R及びRは、各々独立して、−O[C(R)−C(R)−O]−R、又は−ORである。ある実施態様において、R及びRは共に、−O[C(R)−C(R)−O]−Rである。R及びRは、同じであっても異なっていてもよい。
ある実施態様において、各々のR、R、R及びRは、各々独立して、H、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルであり;そして、Rは、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルである。
ある実施態様において、R及びRは、各々、−O[CH−CH−O]−Rである。ある実施態様において、R及びRは、各々、−O[CH(CH)−CH−O]−Rである。
ある実施態様において、Rは、メチル、プロピル又はブチルである。
ある実施態様において、ポリチオフェンは、以下:

及びそれらの組み合わせからなる群より選択される反復単位を含む。
反復単位:

が、構造:

3−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)チオフェン[本明細書において3−MEETと称される]
によって表されるモノマーから誘導され;
反復単位:

が、構造:

3,4−ビス(2−(2−ブトキシエトキシ)エトキシ)チオフェン[本明細書において3,4−ジBEETと称される]
によって表されるモノマーから誘導され;
そして、反復単位:

が、構造:

3,4−ビス((1−プロポキシプロパン−2−イル)オキシ)チオフェン[本明細書において3,4−ジPPTと称される]
によって表されるモノマーから誘導されることが当業者によって理解されるだろう。
3,4−二置換チオフェンモノマー(そのようなモノマーから誘導されるポリマーを含む)は、市販されているか又は当業者に公知の方法によって製造され得る。例えば、3,4−二置換チオフェンモノマーは、3,4−ジブロモチオフェンと、式HO−[Z−O]−R又はHOR(式中、Z、R、R及びpは、本明細書に定義されるとおりである)によって与えられる化合物の金属塩(典型的には、ナトリウム塩)とを反応させることによって生成され得る。
3,4−二置換チオフェンモノマーの重合は、最初に、3,4−二置換チオフェンモノマーの2位及び5位を臭素化して、対応する3,4−二置換チオフェンモノマーの2,5−ジブロモ誘導体を形成することによって実施され得る。次いで、ニッケル触媒の存在下での、3,4−二置換チオフェンの2,5−ジブロモ誘導体のGRIM(Grignardメタセシス)重合によってポリマーを得ることができる。そのような方法は、例えば、米国特許第8,865,025号(その全体は、参照によって本明細書に組み入れられる)に記載されている。チオフェンモノマーを重合する別の公知の方法は、有機非金属含有酸化剤(2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノ−1,4−ベンゾキノン(DDQ)など)を使用した、又は遷移金属ハロゲン化物(例えば、塩化鉄(III)、塩化モリブデン(V)及び塩化ルテニウム(III)など)を酸化剤として使用した酸化重合によるものである。
金属塩(典型的には、ナトリウム塩)に変換されかつ3,4−二置換チオフェンモノマーを生成するために使用され得る、式HO−[Z−O]−R又はHORを有する化合物の例は、限定されないが、トリフルオロエタノール、エチレングリコールモノヘキシルエーテル(ヘキシルセロソルブ)、プロピレングリコールモノブチルエーテル(Dowanol PnB)、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(エチルカルビトール)、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル(Dowanol DPnB)、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル(フェニルカルビトール)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(Dowanol DPM)、ジイソブチルカルビノール、2−エチルヘキシルアルコール、メチルイソブチルカルビノール、エチレングリコールモノフェニルエーテル(Dowanol Eph)、プロピレングリコールモノプロピルエーテル(Dowanol PnP)、プロピレングリコールモノフェニルエーテル(Dowanol PPh)、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル(プロピルカルビトール)、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(ヘキシルカルビトール)、2−エチルヘキシルカルビトール、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル(Dowanol DPnP)、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(Dowanol TPM)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メチルカルビトール)及びトリプロピレングリコールモノブチルエーテル(Dowanol TPnB)を含む。
本開示の式(I)に従う反復単位を有するポリチオフェンは、重合によるその形成に続いてさらに改変され得る。例えば、3−置換チオフェンモノマーから誘導される1つ以上の反復単位を有するポリチオフェンは、水素がある置換基(例えば、スルホン化でスルホン酸基(−SOH))に置き換わっていてよい部位を1つ以上有し得る。
本明細書において使用される場合、用語「スルホン化されている」は、ポリチオフェンポリマーに関して、ポリチオフェンが1つ以上のスルホン酸基(−SOH)を含むことを意味する(そのようなポリチオフェンを「スルホン化ポリチオフェン」と称する場合もある)。典型的には、−SOH基の硫黄原子は、側基ではなくポリチオフェンポリマーの骨格に直接結合している。本開示の目的のために、側基は、ポリマーから理論的に又は実際に除去された場合にポリマー鎖の長さを短くしない一価の基である。スルホン化されているポリチオフェンポリマー及び/又はコポリマーは、当業者に公知の任意の方法を使用して製造され得る。例えば、ポリチオフェンは、ポリチオフェンをスルホン化試薬(例えば、発煙硫酸、硫酸アセチル、ピリジンSOなど)と反応させることによってスルホン化され得る。別の例では、モノマーは、スルホン化試薬を使用してスルホン化され、次いで、公知の方法及び/又は本明細書に記載される方法に従って重合され得る。スルホン酸基は、塩基性化合物、例えば、アルカリ金属水酸化物、アンモニア及びアルキルアミン(例えば、モノ−、ジ−及びトリアルキルアミン、例えば、トリエチルアミンなど)の存在下で、対応する塩又は付加体の形成をもたらし得ることが当業者によって理解されるだろう。したがって、用語「スルホン化されている」は、ポリチオフェンポリマーに関して、ポリチオフェンが1つ以上の−SOM基[式中、Mは、アルカリ金属イオン(例えば、Na、Li、K、Rb、Csなど);アンモニウム(NH )、モノ−、ジ−及びトリアルキルアンモニウム(トリエチルアンモニウムなど)であり得る]を含み得るという意味を含む。
共役ポリマーのスルホン化及びスルホン化されている共役ポリマー(スルホン化されているポリチオフェンを含む)は、Seshadri他の米国特許第8,017,241号(参照によってその全体が本明細書に組み入れられる)に記載されている。
ある実施態様において、ポリチオフェンは、スルホン化されている。
ある実施態様において、ポリチオフェンは、スルホン化されているポリ(3−MEET)である。
本開示に従って使用されるポリチオフェンポリマーは、ホモポリマー又はコポリマー(統計、ランダム、グラジエント及びブロックコポリマーを含む)であり得る。モノマーA及びモノマーBを含むポリマーについて、ブロックコポリマーは、例えば、A−Bジブロックコポリマー、A−B−Aトリブロックコポリマー、及び−(AB)n−マルチブロックコポリマーを含む。ポリチオフェンは、例えば、チエノチオフェン、セレノフェン、ピロール、フラン、テルロフェン、アニリン、アリールアミン及びアリーレン(例えば、フェニレン、フェニレンビニレン及びフルオレンなど)などの他の種類のモノマーから誘導される反復単位を含み得る。
ある実施態様において、ポリチオフェンは、式(I)に従う反復単位を、反復単位の総重量を基準にして、50%(重量)を超える、典型的には80%(重量)を超える、より典型的には90%(重量)を超える、さらにより典型的には95%(重量)を超える量で含む。
重合において使用される出発モノマー化合物の純度に依存して、形成されたポリマーは、不純物から誘導される反復単位を含有し得ることが当業者に明らかであろう。本明細書において使用される場合、用語「ホモポリマー」は、1種類のモノマーから誘導される反復単位を含むポリマーを意味することを意図するが、不純物から誘導される反復単位を含有し得る。ある実施態様において、ポリチオフェンは、反復単位の本質的に全てが式(I)に従う反復単位である、ホモポリマーである。
ポリチオフェンポリマーは、典型的には、約1,000〜1,000,000g/molの間の数平均分子量を有する。より典型的には、共役ポリマーは、約5,000〜100,000g/molの間の、さらにより典型的には約10,000〜約50,000g/molの間の数平均分子量を有する。数平均分子量は、当業者に公知の方法に従って、例えば、ゲル浸透クロマトグラフィーによって決定され得る。
本開示に係るデバイスの正孔運搬薄膜は、場合により、他の正孔キャリア化合物をさらに含み得る。
場合による正孔キャリア化合物は、例えば、低分子量化合物又は高分子量化合物を含む。場合による正孔キャリア化合物は、非ポリマー性又はポリマー性であり得る。非ポリマー性正孔キャリア化合物は、限定されないが、架橋性及び非架橋小分子を含む。非ポリマー性正孔キャリア化合物の例は、限定されないが、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン(CAS # 65181-78-4);N,N’−ビス(4−メチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン;N,N’−ビス(2−ナフタレニル)−N−N’−ビス(フェニルベンジジン)(CAS # 139255-17-1);1,3,5−トリス(3−メチルジフェニルアミノ)ベンゼン(m−MTDABとも称される);N,N’−ビス(1−ナフタレニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン(CAS # 123847-85-8、NPB);4,4’,4’’−トリス(N,N−フェニル−3−メチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATAとも称される、CAS #124729-98-2);4,4’,N,N’−ジフェニルカルバゾール(CBPとも称される、CAS # 58328-31-7);1,3,5−トリス(ジフェニルアミノ)ベンゼン;1,3,5−トリス(2−(9−エチルカルバジル−3)エチレン)ベンゼン;1,3,5−トリス[(3−メチルフェニル)フェニルアミノ]ベンゼン;1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン;1,4−ビス(ジフェニルアミノ)ベンゼン;4,4’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル;4,4’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル;4−(ジベンジルアミノ)ベンズアルデヒド−N,N−ジフェニルヒドラゾン;4−(ジエチルアミノ)ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン;4−(ジメチルアミノ)ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン;4−(ジフェニルアミノ)ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン;9−エチル−3−カルバゾールカルボキシアルデヒドジフェニルヒドラゾン;銅(II)フタロシアニン;N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニルベンジジン;N,N’−ジ−[(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル]−1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン;N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ−p−トリルベンゼン−1,4−ジアミン;テトラ−N−フェニルベンジジン;チタニルフタロシアニン;トリ−p−トリルアミン;トリス(4−カルバゾール−9−イルフェニル)アミン;及びトリス[4−(ジエチルアミノ)フェニル]アミンを含む。
場合によるポリマー性正孔キャリア化合物は、限定されないが、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−co−(N,N’ビス{p−ブチルフェニル}−1,4−ジアミノフェニレン)];ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−co−(N,N’−ビス{p−ブチルフェニル}−1,1’−ビフェニレン−4,4’−ジアミン)];ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−co−N−(4−ブチルフェニル)ジフェニルアミン)(TFBとも称される)及びポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)−ベンジジン](一般に、ポリ−TPDと称される)を含む。
他の場合による正孔キャリア化合物は、例えば、米国特許公報第2010/0292399号(2010年11月18日に公開);第2010/010900号(2010年5月6日に公開);及び第2010/0108954号(2010年5月6日に公開)に記載されている。本明細書に記載される場合による正孔キャリア化合物は、当技術分野において公知であり、市販されている。
式(I)に従う反復単位を含むポリチオフェンは、ドープされていてもドープされていなくてもよい。
ある実施態様において、式(I)に従う反復単位を含むポリチオフェンは、ドーパントでドープされている。ドーパントは、当技術分野において公知である。例えば、米国特許第7,070,867号;米国公報第2005/0123793号;及び米国公報第2004/0113127号を参照のこと。ドーパントは、イオン性化合物であることができる。ドーパントは、カチオン及びアニオンを含むことができる。1つ以上のドーパントを使用して、式(I)に従う反復単位を含むポリチオフェンをドープしてよい。
イオン性化合物のカチオンは、例えば、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt又はAuであることができる。
イオン性化合物のカチオンは、例えば、金、モリブデン、レニウム、鉄及び銀カチオンであることができる。
いくつかの実施態様において、ドーパントは、スルホナート又はカルボキシラート(アルキル、アリール及びヘテロアリールスルホナート及びカルボキシラートを含む)を含むことができる。本明細書において使用される場合、「スルホナート」は、−SOM基[式中、Mは、H又はアルカリ金属イオン(例えば、Na、Li、K、Rb、Csなど);又はアンモニウム(NH )であり得る]を指す。本明細書において使用される場合、「カルボキシラート」は、−COM基[式中、Mは、H又はアルカリ金属イオン(例えば、Na、Li、K、Rb、Csなど);又はアンモニウム(NH )であり得る]を指す。スルホナート及びカルボキシラートドーパントの例は、限定されないが、安息香酸化合物、ヘプタフルオロブチラート、メタンスルホナート、トリフルオロメタンスルホナート、p−トルエンスルホナート、ペンタフルオロプロピオナート、及びポリマー性スルホナート、ペルフルオロスルホナート含有アイオノマーなどを含む。
いくつかの実施態様において、ドーパントは、スルホナート又はカルボキシラートを含まない。
いくつかの実施態様において、ドーパントは、スルホニルイミド(例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドなど);アンチモナート(例えば、ヘキサフルオロアンチモナートなど);アルセナート(例えば、ヘキサフルオロアルセナートなど);リン化合物(例えば、ヘキサフルオロホスファートなど);及びボラート(例えば、テトラフルオロボラート、テトラアリールボラート及びトリフルオロボラートなど)を含み得る。テトラアリールボラートの例は、限定されないが、テトラキスペンタフルオロフェニルボラート(TPFB)などのハロゲン化テトラアリールボラートを含む。トリフルオロボラートの例は、限定されないが、(2−ニトロフェニル)トリフルオロボラート、ベンゾフラザン−5−トリフルオロボラート、ピリミジン−5−トリフルオロボラート、ピリジン−3−トリフルオロボラート及び2,5−ジメチルチオフェン−3−トリフルオロボラートを含む。
本明細書に開示されるように、ポリチオフェンは、ドーパントでドープされることができる。ドーパントは、例えば、1つ以上の電子移動反応(例えば、共役ポリマーとの)を受けて、それによってドープされたポリチオフェンを生成する材料であることができる。ドーパントは、好適な電荷バランスの対アニオンを提供するように選択されることができる。反応は、当技術分野において公知のようにポリチオフェンとドーパントの混合によって起こることができる。例えば、ドーパントは、ポリマーからカチオン−アニオンドーパント(金属塩など)への自発的な電子移動を受けて、酸化型の共役ポリマーと、会合したアニオン及び遊離金属を残し得る。例えば、Lebedev et al., Chem. Mater., 1998, 10, 156-163 を参照のこと。本明細書に開示されるように、ポリチオフェン及びドーパントは、反応してドープされたポリマーを形成する成分を指すことができる。ドーピング反応は、電荷キャリアが生成される電荷移動反応であることができ、そして、その反応は、可逆であることも不可逆であることもできる。いくつかの実施態様において、銀イオンは、銀金属とドープされたポリマーの間で電子移動を受け得る。
ドーピングプロセスから生じる最終組成物は、元の成分の組み合わせとは明確に異なることができる(すなわち、ポリチオフェン及び/又はドーパントは、組成物中に、混合前と同じ形態で存在していても存在していなくてもよい)。
いくつかの実施態様は、ドーピングプロセスからの反応副生成物の除去を可能にする。例えば、銀などの金属を濾過によって除去することができる。
材料を精製することで、例えば、ハロゲン及び金属を除去することができる。ハロゲンは、例えば、塩化物、臭化物及びヨウ化物を含む。金属は、例えば、ドーパントのカチオン(ドーパントのカチオンの還元型を含む)、又は触媒若しくは開始剤残渣から残った金属を含む。金属は、例えば、銀、ニッケル及びマグネシウムを含む。量は、例えば、100ppm未満、又は10ppm未満、又は1ppm未満であることができる。
金属含有量(銀含有量を含む)は、特に50ppmより高い濃度については、ICP−MSによって測定されることができる。
ある実施態様において、ポリチオフェンがドーパントでドープされる場合、ポリチオフェンとドーパントが混合され、ドープされたポリマー組成物が形成される。混合は、当業者に公知の任意の方法を使用して達成され得る。例えば、ポリチオフェンを含む溶液は、ドーパントを含む分離溶液と混合され得る。ポリチオフェン及びドーパントを溶解するために使用される溶媒(1つ又は複数)は、本明細書に記載される1つ以上の溶媒であり得る。反応は、当技術分野において公知のようにポリチオフェンとドーパントの混合によって起こることができる。得られたドープされたポリチオフェン組成物は、組成物を基準にして、約40%〜75%(重量)の間のポリマー及び約25%〜55%(重量)の間のドーパントを含む。別の実施態様において、ドープされたポリチオフェン組成物は、組成物を基準にして、ポリチオフェンを約50%〜65%及びドーパントを約35%〜50%含む。典型的には、ポリチオフェンの重量換算量は、ドーパントの重量換算量より高い。典型的には、ドーパントは、約0.25〜0.5m/ruの量の銀塩(テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸銀など)であることができ、ここで、mは、銀塩のモル量であり、そして、ruは、ポリマー反復単位のモル量である。
ドープされたポリチオフェンは、当業者に公知の方法に従って、例えば、溶媒の回転蒸発によって単離され、乾燥した又は実質的に乾燥した材料(粉末など)が得られる。残留溶媒の量は、乾燥した又は実質的に乾燥した材料を基準にして、例えば、10%(重量)以下、又は5%(重量)以下、又は1%(重量)以下であることができる。乾燥した又は実質的に乾燥した粉末は、1つ以上の新しい溶媒に再分散又は再溶解されることができる。
本開示に係るデバイスの正孔運搬薄膜は、1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子を含む。
本明細書において使用される場合、用語「ナノ粒子」は、ナノスケールの粒子を指し、その数平均径は、典型的には500nm未満又はそれに等しい。数平均径は、当業者に公知の技術及び装置を使用して決定され得る。例えば、透過電子顕微鏡法(TEM)が使用され得る。
TEMは、半金属ナノ粒子の特性の中でも粒度及び粒度分布を特性決定するために使用され得る。一般に、TEMは、薄片試料に電子ビームを透過させ、結晶の格子構造を観察するのに十分に高い倍率で、電子ビームによって覆われた領域の画像を形成するよう機能する。測定試料は、好適な濃度のナノ粒子を有する分散物を特製のメッシュグリッド上で蒸着させることによって調製される。ナノ粒子の結晶品質は、電子回折パターンによって測定されることができ、ナノ粒子の粒度及び形状は、得られた顕微鏡写真で観察されることができる。典型的には、ナノ粒子の数と、画像の視野中、又は同じ試料の異なる位置における複数の画像の視野中のナノ粒子ごとの投影された2次元面積が、ImageJ(US National Iinstitutes of Health から入手可能)などの画像処理ソフトウェアを使用して決定される。測定された各ナノ粒子の投影された2次元面積Aを使用して、その円相当径、すなわち面積相当径x(ナノ粒子と同じ面積の円の直径として定義される)が計算される。円相当径は、以下の方程式によって簡単に与えられる。

次に、観察された画像中の全てのナノ粒子の円相当径の算術平均が計算され、本明細書において使用されるような数平均粒径に到達する。様々なTEM顕微鏡、例えば、Jeol JEM-2100F Field Emission TEM 及び Jeol JEM 2100 LaB6 TEM(JEOL USA から利用可能)が利用可能である。全てのTE顕微鏡が類似の原理で機能すること、及び標準的な手順に従って操作された場合にその結果が交換可能であることが理解される。
本明細書に記載されるデバイスの正孔運搬薄膜において使用されるナノ粒子の粒度に特に制限はない。しかしながら、正孔運搬薄膜において使用されるナノ粒子が正孔運搬薄膜の厚さを超えない粒径を有するべきであることが当業者によって理解されるだろう。典型的には、本明細書に記載されるナノ粒子の数平均粒径は、500nm未満若しくはそれに等しいか;250nm未満若しくはそれに等しいか;100nm未満若しくはそれに等しいか;又は50nm未満若しくはそれに等しいか;又は25nm未満若しくはそれに等しい。典型的には、ナノ粒子は、約1nm〜約100nm、より典型的には約2nm〜約30nmの数平均粒径を有する。
本開示のナノ粒子の形状又は幾何学は、数平均アスペクト比によって特性決定されることができる。本明細書において使用される場合、専門用語「アスペクト比」は、フェレ(Feret)最大長に対するフェレ最小長の比、すなわち

を意味する。本明細書において使用される場合、最大フェレ径(xFmax)は、TEM顕微鏡写真中の粒子の2次元投影における任意の2つの平行接線間の最も離れた距離として定義される。同様に、最小フェレ径(xFmin)は、TEM顕微鏡写真中の粒子の2次元投影における任意の2つの平行接線間の最も短い距離として定義される。顕微鏡写真の視野中の各粒子のアスペクト比が計算され、そして、画像中の全ての粒子のアスペクト比の算術平均が計算され、数平均アスペクト比に到達する。一般に、本明細書に記載されるナノ粒子の数平均アスペクト比は、約0.9〜約1.1、典型的には約1である。
本開示に係る使用に好適な金属ナノ粒子は、金属酸化物又は混合金属酸化物(酸化インジウムスズ(ITO)など)を含み得る。金属は、例えば、主族金属(例えば、鉛、スズ、ビスマス及びインジウムなど)及び遷移金属(例えば、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウム、ルテニウム、レニウム、バナジウム、クロム、マンガン、ニオブ、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、ジルコニウム、亜鉛、水銀、イットリウム、鉄及びカドミウムからなる群より選択される遷移金属)を含む。好適な金属ナノ粒子のいくつかの非限定的な特定の例は、限定されないが、酸化ジルコニウム(ZrO)、二酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化バナジウム(V)(V)、三酸化モリブデン(MoO)及び三酸化タングステン(WO)などの遷移金属酸化物を含むナノ粒子を含む。
本明細書において使用される場合、用語「半金属」は、金属と非金属の化学及び/又は物理学的特性の中間(又は混合)の化学及び/又は物理学的特性を有する元素を指す。本明細書において、用語「半金属」は、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びテルル(Te)を指す。
本開示に係る使用に好適な半金属ナノ粒子は、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)、スズ(Sn)及び/又はそれらの酸化物を含み得る。好適な半金属ナノ粒子のいくつかの非限定的な特定の例は、限定されないが、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、Sb、TeO及びそれらの混合物を含むナノ粒子を含む。
ある実施態様において、1つ以上のナノ粒子は、半金属ナノ粒子である。
別の実施態様において、半金属ナノ粒子は、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、SnO、SnO、Sb、TeO又はそれらの混合物を含む。
ある実施態様において、半金属ナノ粒子は、SiOを含む。
好適なSiOナノ粒子は、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、N,N−ジメチルアセトアミド、エチレングリコール、イソプロパノール、メタノール、エチレングリコールモノプロピルエーテル及び酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルなどの種々の溶媒中の分散物として利用可能である(Nissan ChemicalによってORGANOSILICASOL(商標)として販売されている)。
1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子は、1つ以上の有機キャッピング基を含み得る。そのような有機キャッピング基は、反応性又は非反応性であり得る。反応性有機キャッピング基は、例えば、UV照射又はラジカル開始剤の存在下で、架橋可能な有機キャッピング基である。
ある実施態様において、ナノ粒子は、1つ以上の有機キャッピング基を含む。
本明細書に記載されるデバイスの正孔運搬薄膜において使用される1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子の量は、1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子とドープされた又はドープされていないポリチオフェンの合計重量に対する重量百分率として制御及び測定されることができる。ある実施態様において、1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子の量は、ナノ粒子とドープされた又はドープされていないポリチオフェンの合計重量に対して、1%(重量)〜98%(重量)、典型的には約2(重量)〜約95%(重量)、より典型的には約5%(重量)〜約90%(重量)、さらにより典型的には約10%(重量)〜約90%(重量)である。ある実施態様において、1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子の量は、ナノ粒子とドープされた又はドープされていないポリチオフェンの合計重量に対して、約20%(重量)〜約98%(重量)、典型的には約25(重量)〜約95%(重量)である。
本開示に係るデバイスの正孔運搬薄膜中のナノ粒子は、正孔運搬薄膜全体にわたってランダムに分散されている。
本開示のデバイスの正孔運搬薄膜は、場合により、正孔注入層(HIL)又は正孔輸送層(HTL)中で有用であるとして公知の1つ以上のマトリックス化合物をさらに含み得る。
場合によるマトリックス化合物は、より低い又はより高い分子量の化合物であることができ、本明細書に記載されるポリチオフェンとは異なる。マトリックス化合物は、例えば、ポリチオフェンとは異なる合成ポリマーであることができる。例えば、2006年8月10日に出版された米国特許公報第2006/0175582号を参照のこと。合成ポリマーは、例えば、炭素骨格を含むことができる。いくつかの実施態様において、合成ポリマーは、酸素原子又は窒素原子を含む少なくとも1つのポリマー側基を有する。合成ポリマーは、ルイス塩基であり得る。典型的には、合成ポリマーは、炭素骨格を含み、かつ25℃より高いガラス転移温度を有する。合成ポリマーはまた、25℃に等しい若しくはそれより低いガラス転移温度及び/又は25℃より高い融点を有する半結晶性又は結晶性ポリマーでもあり得る。合成ポリマーは、1つ以上の酸性基、例えば、スルホン酸基を含み得る。
ある実施態様において、合成ポリマーは、少なくとも1つのフッ素原子及び少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分によって置換されている少なくとも1つのアルキル又はアルコキシ基を含む1つ以上の反復単位を含むポリマー酸であり、ここで、前記アルキル又はアルコキシ基は、場合により、少なくとも1つのエーテル連結(−O−)基によって中断されている。
ある実施態様において、ポリマー酸は、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位を含む:

[式中、各々のR、R、R、R、R、R10及びR11は、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;そして、Xは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOHであり、ここで、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;qは、0〜10であり;そして、zは、1〜5である]
ある実施態様において、各々のR、R、R及びRは、独立して、Cl又はFである。ある実施態様において、各々のR、R及びRは、Fであり、そして、Rは、Clである。ある実施態様において、各々のR、R、R及びRは、Fである。
ある実施態様において、各々のR、R10及びR11は、Fである。
ある実施態様において、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、F、(C−C)フルオロアルキル又は(C−C)ペルフルオロアルキルである。
ある実施態様において、各々のR及びRは、Fであり;qは、0であり;そして、zは、2である。
ある実施態様において、各々のR、R及びRは、Fであり、そして、Rは、Clであり;そして、各々のR及びRは、Fであり;qは、0であり;そして、zは、2である。
ある実施態様において、各々のR、R、R及びRは、Fであり;そして、各々のR及びRは、Fであり;qは、0であり;そして、zは、2である。
式(III)に従う反復単位の数(「m」)に対する式(II)に従う反復単位の数(「n」)の比は、特に限定されない。n:m比は、典型的には9:1〜1:9、より典型的には8:2〜2:8である。ある実施態様において、n:m比は、9:1である。ある実施態様において、n:m比は、8:2である。
本開示に係る使用に好適なポリマー酸は、当業者に公知の方法を使用して合成しても商業的供給源から得てもよい。例えば、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位を含むポリマーは、式(IIa)によって表されるモノマーと式(IIIa)によって表されるモノマーとを公知の重合法に従って共重合し、続いて、フッ化スルホニル基の加水分解によってスルホン酸基へと変換することによって製造され得る:

[式中、Zは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOFであり、ここで、R、R、R、R、R及びR、q及びzは、本明細書に定義されるとおりである]
例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)又はクロロトリフルオロエチレン(CTFE)を、スルホン酸の前駆体基を含む1つ以上のフッ素化モノマー(例えば、FC=CF−O−CF−CF−SOF;FC=CF−[O−CF−CR12F−O]−CF−CF−SOF(式中、R12は、F又はCFであり、そして、qは、1〜10である);FC=CF−O−CF−CF−CF−SOF;及びFC=CF−OCF−CF−CF−CF−SOFなど)と共重合させてもよい。
ポリマー酸の当量は、ポリマー酸中に存在する酸性基の1モル当たりのポリマー酸の質量(グラム単位)として定義される。ポリマー酸の当量は、約400〜約15,000gポリマー/酸1モル、典型的には約500〜約10,000gポリマー/酸1モル、より典型的には約500〜8,000gポリマー/酸1モル、さらにより典型的には約500〜2,000gポリマー/酸1モル、さらにより典型的には約600〜約1,700gポリマー/酸1モルである。
そのようなポリマー酸は、例えば、E. I. DuPontによってNAFION(登録商標)という商品名で販売されているもの、Solvay Specialty PolymersによってAQUIVION(登録商標)という商品名で販売されているもの、又はAsahi Glass Co.によってFLEMION(登録商標)という商品名で販売されているものである。
ある実施態様において、合成ポリマーは、少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分を含む1つ以上の反復単位を含むポリエーテルスルホンである。
ある実施態様において、ポリエーテルスルホンは、式(IV)に従う反復単位:

並びに式(V)に従う反復単位及び式(VI)に従う反復単位:

[式中、R12〜R20は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R12〜R20の少なくとも1つは、SOHであり;そして、R21〜R28は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R21〜R28の少なくとも1つは、SOHであり、そして、R29及びR30は、各々、H又はアルキルである]
からなる群より選択される反復単位を含む。
ある実施態様において、R29及びR30は、各々、アルキルである。ある実施態様において、R29及びR30は、各々、メチルである。
ある実施態様において、R12〜R17、R19及びR20は、各々、Hであり、そして、R18は、SOHである。
ある実施態様において、R21〜R25、R27及びR28は、各々、Hであり、そして、R26は、SOHである。
ある実施態様において、ポリエーテルスルホンは、式(VII):

[式中、aは、0.7〜0.9であり、そして、bは、0.1〜0.3である]によって表される。
ポリエーテルスルホンは、スルホン化されていてもいなくてもよい他の反復単位をさらに含み得る。
例えば、ポリエーテルスルホンは、式(VIII):

[式中、R31及びR32は、各々独立して、H又はアルキルである]の反復単位を含み得る。
本明細書に記載される任意の2つ以上の反復単位は、一緒になって、反復単位を形成してもよく、そして、ポリエーテルスルホンは、そのような反復単位を含み得る。例えば、式(IV)に従う反復単位は、式(VI)に従う反復単位と結合して、式(IX):

に従う反復単位を与え得る。
同様に、例えば、式(IV)に従う反復単位は、式(VIII)に従う反復単位と結合して、式(X):

に従う反復単位を与え得る。
ある実施態様において、ポリエーテルスルホンは、式(XI):

[式中、aは、0.7〜0.9であり、そして、bは、0.1〜0.3である]によって表される。
少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分を含む1つ以上の反復単位を含むポリエーテルスルホンは、市販されており、例えば、Konishi Chemical Ind.Co., LtdによってS-PESとして販売されているスルホン化されているポリエーテルスルホンである。
場合によるマトリックス化合物は、平坦化剤であることができる。マトリックス化合物又は平坦化剤は、例えば、ポリマー又はオリゴマー、例えば、有機ポリマー(ポリ(スチレン)若しくはポリ(スチレン)誘導体;ポリ(酢酸ビニル)若しくはその誘導体;ポリ(エチレングリコール)若しくはその誘導体;ポリ(エチレン−co−酢酸ビニル);ポリ(ピロリドン)若しくはその誘導体(例えば、ポリ(1−ビニルピロリドン−co−酢酸ビニル));ポリ(ビニルピリジン)若しくはその誘導体;ポリ(メチルメタクリラート)若しくはその誘導体;ポリ(ブチルアクリラート);ポリ(アリールエーテルケトン);ポリ(アリールスルホン);ポリ(エステル)若しくはその誘導体;又はそれらの組み合わせなど)から構成され得る。
ある実施態様において、マトリックス化合物は、ポリ(スチレン)又はポリ(スチレン)誘導体である。
ある実施態様において、マトリックス化合物は、ポリ(4−ヒドロキシスチレン)である。
場合によるマトリックス化合物又は平坦化剤は、例えば、少なくとも1つの半導体(semiconducting)マトリックス成分から構成され得る。半導体マトリックス成分は、本明細書に記載されるポリチオフェンとは異なる。半導体マトリックス成分は、典型的には主鎖及び/又は側鎖に正孔運搬単位を含む反復単位から構成される、半導体小分子又は半導体ポリマーであることができる。半導体マトリックス成分は、中性型であってもドープされていてもよく、典型的には、トルエン、クロロホルム、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アニソール、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、安息香酸エチル及びそれらの混合物などの有機溶媒に可溶性及び/又は分散性である。
場合によるマトリックス化合物の量は、ドープされた又はドープされていないポリチオフェンの量に対する重量百分率として制御又は測定されることができる。ある実施態様において、場合によるマトリックス化合物の量は、ドープされた又はドープされていないポリチオフェンの量に対して、0〜99.5%(重量)、典型的には約10(重量)〜約98%(重量)、より典型的には約20%(重量)〜約95%(重量)、さらにより典型的には約25%(重量)〜約45%(重量)である。0%(重量)である実施態様において、正孔運搬薄膜は、マトリックス化合物を含有しない。
本開示に記載される正孔運搬薄膜又はデバイスは、当業者に公知の任意の方法(例えば、溶液加工を含む)に従って製造され得る。典型的には、ポリチオフェン、1つ以上の金属又は半金属ナノ粒子及び液体担体を含む非水性インク組成物を基板上にコーティングし、次いで、アニーリングする。本明細書に記載されるプロセスに従って調製された薄膜は、デバイス中のHIL及び/又はHTL層であり得る。
本開示のインク組成物は、非水性である。本明細書において使用される場合、「非水性」は、本開示のインク組成物中に存在する水の総量が、液体担体の総量に対して、0〜5%(重量)であることを意味する。典型的には、インク組成物中の水の総量は、液体担体の総量に対して、0〜2%(重量)、より典型的には0〜1%(重量)、さらにより典型的には0〜0.5%(重量)である。ある実施態様において、本開示のインク組成物はいかなる水も含有しない。
本開示の非水性インク組成物は、場合により、1つ以上のアミン化合物を含み得る。本開示の非水性インク組成物における使用のための好適なアミン化合物は、限定されないが、エタノールアミン及びアルキルアミンを含む。
好適なエタノールアミンの例は、ジメチルエタノールアミン[(CHNCHCHOH]、トリエタノールアミン[N(CHCHOH)]及びN−tert−ブチルジエタノールアミン[t−CN(CHCHOH)]を含む。
アルキルアミンは、第一級、第二級及び第三級アルキルアミンを含む。第一級アルキルアミンの例は、例えば、エチルアミン[CNH]、n−ブチルアミン[CNH]、t−ブチルアミン[CNH]、n−ヘキシルアミン[C13NH]、n−デシルアミン[C1021NH]及びエチレンジアミン[HNCHCHNH]を含む。第二級アルキルアミンは、例えば、ジエチルアミン[(CNH]、ジ(n−プロピルアミン)[(n−CNH]、ジ(イソ−プロピルアミン)[(i−CNH]及びジメチルエチレンジアミン[CHNHCHCHNHCH]を含む。第三級アルキルアミンは、例えば、トリメチルアミン[(CHN]、トリエチルアミン[(CN]、トリ(n−ブチル)アミン[(CN]及びテトラメチルエチレンジアミン[(CHNCHCHN(CH]を含む。
ある実施態様において、アミン化合物は、第三級アルキルアミンである。ある実施態様において、アミン化合物は、トリエチルアミンである。
アミン化合物の量は、インク組成物の総量に対する重量百分率として制御及び測定されることができる。ある実施態様において、アミン化合物の量は、インク組成物の総量に対して、少なくとも0.01%(重量)、少なくとも0.10%(重量)、少なくとも1.00%(重量)、少なくとも1.50%(重量)、又は少なくとも2.00%(重量)である。ある実施態様において、アミン化合物の量は、インク組成物の総量に対して、約0.01〜約2.00%(重量)、典型的には約0.05%(重量)〜約1.50%(重量)、より典型的には約0.1%(重量)〜約1.0%(重量)である。
本開示に係るインク組成物中で使用される液体担体は、1つ以上の有機溶媒を含む。ある実施態様において、インク組成物は、1つ以上の有機溶媒から本質的になる又はなる。液体担体は、アノード又は発光層などのデバイス中の他の層との使用及びプロセシングに適合された有機溶媒又は溶媒ブレンド(2つ以上の有機溶媒を含む)であり得る。
液体担体中での使用に好適な有機溶媒は、限定されないが、脂肪族及び芳香族ケトン、有機硫黄溶媒(ジメチルスルホキシド(DMSO)及び2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシド(テトラメチレンスルホン;スルホラン)など)、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)、テトラメチルウレア(TMU)、N,N’−ジメチルプロピレンウレア、アルキル化ベンゼン(キシレン及びその異性体など)、ハロゲン化ベンゼン、N−メチルピロリジノン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジクロロメタン、アセトニトリル、ジオキサン、酢酸エチル、安息香酸エチル、安息香酸メチル、炭酸ジメチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、3−メトキシプロピオニトリル、3−エトキシプロピオニトリル又はそれらの組み合わせを含む。
脂肪族及び芳香族ケトンは、限定されないが、アセトン、アセトニルアセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン、メチルイソブテニルケトン、2−ヘキサノン、2−ペンタノン、アセトフェノン、エチルフェニルケトン、シクロヘキサノン及びシクロペンタノンを含む。いくつかの実施態様において、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン及びアセトンなどの、ケトンのアルファ位に位置する炭素上にプロトンを有するケトンは回避される。
完全に若しくは部分的にポリチオフェンポリマーを可溶化するか又はポリチオフェンポリマーを膨潤させる、他の有機溶媒もまた考慮され得る。そのような他の溶媒は、湿潤性、粘性、形態の制御などのインク特性を改変するために、液体担体中に種々の量で含まれ得る。液体担体は、ポリチオフェンポリマーに対して非溶媒として作用する1つ以上の有機溶媒をさらに含み得る。
本開示に係る使用に好適な他の有機溶媒は、エーテル、例えば、アニソール、エトキシベンゼン、ジメトキシベンゼン及びグリコールエーテル、例えば、エチレングリコールジエーテル(1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン及び1,2−ジブトキシエタンなど);ジエチレングリコールジエーテル(ジエチレングリコールジメチルエーテル及びジエチレングリコールジエチルエーテルなど);プロピレングリコールジエーテル(プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル及びプロピレングリコールジブチルエーテルなど);ジプロピレングリコールジエーテル(ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル及びジプロピレングリコールジブチルエーテルなど);並びに本明細書に言及されるエチレングリコール及びプロピレングリコールエーテルのより高次の類似体(すなわち、トリ−及びテトラ−類似体)、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等を含む。
エチレングリコールモノエーテルアセタート及びプロピレングリコールモノエーテルアセタートなど(グリコールエステルエーテル類)のさらに他の溶媒を考慮することができ、ここで、エーテルは、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソ−プロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル及びシクロヘキシルから選択されることができる。また、上記リストのより高次のグリコールエーテル類似体(ジ−、トリ−及びテトラ−など)を含む。
例は、限定されないが、プロピレングリコールメチルエーテルアセタート、2−エトキシエチルアセタート、2−ブトキシエチルアセタート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含む。
エチレングリコールジアセテートなど(グリコールジエステル類)のさらに他の溶媒を考慮することができ、また、より高次のグリコールエーテル類似体(ジ−、トリ−及びテトラ−など)を含む。
例は、限定されないが、エチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジアセテート及びプロピレングリコールジアセタートを含む。
例えば、メタノール、エタノール、トリフルオロエタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール及びアルキレングリコールモノエーテル(グリコールモノエーテル類)などのアルコールもまた液体担体中での使用に考慮され得る。好適なグリコールモノエーテルの例は、限定されないが、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル(ヘキシルセロソルブ)、プロピレングリコールモノブチルエーテル(Dowanol PnB)、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(エチルカルビトール)、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル(Dowanol DPnB)、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル(フェニルカルビトール)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(Dowanol DPM)、ジイソブチルカルビノール、2−エチルヘキシルアルコール、メチルイソブチルカルビノール、エチレングリコールモノフェニルエーテル(Dowanol Eph)、プロピレングリコールモノプロピルエーテル(Dowanol PnP)、プロピレングリコールモノフェニルエーテル(Dowanol PPh)、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル(プロピルカルビトール)、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(ヘキシルカルビトール)、2−エチルヘキシルカルビトール、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル(Dowanol DPnP)、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(Dowanol TPM)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メチルカルビトール)及びトリプロピレングリコールモノブチルエーテル(Dowanol TPnB)を含む。
本明細書に開示されるように、本明細書に開示される有機溶媒は、例えば、基板湿潤性、溶媒除去の容易性、粘性、表面張力及び出射性などのインク特性を改善するために、液体担体中に種々の割合で使用されることができる。
いくつかの実施態様において、非プロトン非極性溶媒の使用は、プロトンに感受性であるエミッター技術を備えるデバイス(例えば、PHOLEDなど)の寿命を延ばす追加の利益を提供することができる。
ある実施態様において、液体担体は、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール(グリコール類)、テトラメチルウレア又はそれらの混合物を含む。
好適なグリコール類の例は、限定されないが、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコール及びトリエチレングリコール等が挙げられる。
上記、グリコールエーテル類、グリコールエステルエーテル類、グリコールジエステル類、グリコールモノエーテル類およびグリコール類を総称して、「グリコール系溶媒」とする。
ある実施態様において、液体担体は、1種以上のグリコール系溶媒(A)からなる。
ある実施態様において、液体担体は、1種以上のグリコール系溶媒(A)と、グリコール系溶媒を除く1種以上の有機溶媒(B)とを含む。
ある実施態様において、液体担体は、1種以上のグリコール系溶媒と、グリコール系溶媒、テトラメチル尿素およびジメチルスルホキシドを除く1種以上の有機溶媒(B’)とを含む液体担体である。
好ましいグリコール系溶媒(A)として、グリコールエーテル類、グリコールモノエーテル類およびグリコール類が挙げられ、これらは組み合わせて用いることができる。
例には、限定されないが、グリコールエーテルとグリコールの混合物が含まれる。
具体例としては、上述のグリコールエーテル類およびグリコール類の具体例が挙げられる。好ましいグリコールエーテル類の例には、トリエチレングリコールジメチルエーテルおよびトリエチレングリコールブチルメチルエーテルが含まれる。好ましいグリコール類の例には、エチレングリコールおよびジエチレングリコールが含まれる。
前記有機溶媒(B)の例として、ニトリル類、アルコール類、芳香族エーテル類および芳香族炭化水素類が挙げられる。
例には、限定されないが、ニトリル類として、メトキシプロピオニトリルおよびエトキシプロピオニトリル;アルコール類として、ベンジルアルコールおよび2−(ベンジルオキシ)エタノール;芳香族エーテル類として、メチルアニソール、ジメチルアニソール、エチルアニソール、ブチルフェニルエーテル、ブチルアニソール、ペンチルアニソール、ヘキシルアニソール、ヘプチルアニソール、オクチルアニソールおよびフェノキシトルエン;芳香族炭化水素類として、ペンチルベンゼン、ヘキシルベンゼン、ヘプチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、シクロヘキシルベンゼンおよびテトラリンが含まれる。
前記グリコール系溶媒(A)の重量比wtAと、前記有機溶媒(B)の重量比wtB(重量)とが、下記式(1−1)で表される関係を満たすことが好ましく、下記式(1−2)で表される関係を満たすことがより好ましく、下記式(1−3)で表される関係を満たすことが最も好ましい。
0.05≦wtB/(wtA+wtB)≦0.50 (1−1)
0.10≦wtB/(wtA+wtB)≦0.40 (1−2)
0.15≦wtB/(wtA+wtB)≦0.30 (1−3)
本発明の組成物がグリコール系溶媒(A)を2種以上含有する場合、wtAは、グリコール系溶媒(A)の合計の重量比を示し、有機溶媒(B)を2種以上含有する場合、wtBは、有機溶媒(B)の合計の重量比を示す。
前記グリコール系溶媒(A)の重量比wtAと、前記有機溶媒(B’)の重量比wtB’(重量)とが、下記式(1−1)で表される関係を満たすことが好ましく、下記式(1−2)で表される関係を満たすことがより好ましく、下記式(1−3)で表される関係を満たすことが最も好ましい。
0.05≦wtB’/(wtA+wtB’)≦0.50 (1−1)
0.10≦wtB’/(wtA+wtB’)≦0.40 (1−2)
0.15≦wtB’/(wtA+wtB’)≦0.30 (1−3)
本発明の組成物がグリコール系溶媒(A)を2種以上含有する場合、wtAは、グリコール系溶媒(A)の合計の重量比を示し、有機溶媒(B’)を2種以上含有する場合、wtBは、有機溶媒(B’)の合計の重量比を示す。
本開示に係るインク組成物中の液体担体の量は、インク組成物の総量に対して、約50%(重量)〜約99%(重量)、典型的には約75%(重量)〜約98%(重量)、さらにより典型的には約90%(重量)〜約95%(重量)である。
本開示に係るインク組成物中の総固体含有量(TS%)は、インク組成物の総量に対して、約0.1%(重量)〜約50%(重量)、典型的には約0.3%(重量)〜約40%(重量)、より典型的には約0.5%(重量)〜約15%(重量)、さらにより典型的には約1%(重量)〜約5%(重量)である。
本明細書に記載される非水性インク組成物は、当業者に公知の任意の好適な方法に従って調製され得る。例えば、1つの方法では、本明細書に記載されるポリチオフェンの水性分散物を、ポリマー酸の水性分散物(所望であれば別のマトリックス化合物、さらに所望であれば追加の溶媒)と混合することによって最初の水性混合物を調製する。次いで、典型的には蒸発によって、混合物中の溶媒(水を含む)を除去する。次いで、得られた乾燥生成物を、1つ以上の有機溶媒(ジメチルスルホキシドなど)中に溶解又は分散させ、加圧下で濾過して、非水性混合物を生成する。そのような非水性混合物にアミン化合物を場合により加えてもよい。次いで、非水性混合物をナノ粒子の非水性分散物と混合することで、最終非水性インク組成物を生成する。
別の方法では、ストック溶液から本明細書に記載される非水性インク組成物が調製され得る。例えば、本明細書に記載されるポリチオフェンのストック溶液を、典型的には蒸発によって、水性分散物からポリチオフェンを乾燥形態で単離することによって調製することができる。次いで、乾燥したポリチオフェンを、1つ以上の有機溶媒と、場合により、アミン化合物と組み合わせる。所望であれば、本明細書に記載されるポリマー酸のストック溶液を、典型的には蒸発によって、水性分散物からポリマー酸を乾燥形態で単離することによって調製することができる。次いで、乾燥したポリマー酸を1つ以上の有機溶媒と組み合わせる。他の場合によるマトリックス材料のストック溶液を同様に製造することができる。半金属ナノ粒子のストック溶液を、例えば、市販されている分散物を1つ以上の有機溶媒(市販の分散物中に含有される溶媒(1つ又は複数)と同じであっても異なっていてもよい)で希釈することによって製造することができる。次いで、所望の量の各ストック溶液を組み合わせて、本開示の非水性インク組成物を形成する。
さらに別の方法では、個々の成分を、本明細書に記載されるとおりに乾燥形態で単離するが、ストック溶液を調製する代わりに、乾燥形態の成分を組み合わせ、次いで、1つ以上の有機溶媒中に溶解させて、NQインク組成物を提供することにより、本明細書に記載される非水性インク組成物を調製してもよい。
基板上へのインク組成物のコーティングは、当技術分野において公知の方法(例えば、スピンキャスティング、スピンコーティング、ディップキャスティング、ディップコーティング、スロットダイコーティング、インクジェットプリンティング、グラビアコーティング、ドクターブレーディング及び例えば有機電子デバイスの作製のための当技術分野において公知の任意の他の方法を含む)によって実施されることができる。
基板は、柔軟又は剛直な有機物又は無機物であることができる。好適な基板化合物は、例えば、ガラス(例えば、ディスプレイガラスを含む)、セラミック、金属及びプラスチック薄膜を含む。
本明細書において使用される場合、用語「アニーリング」は、本開示の非水性インク組成物でコーティングされた基板上に硬化層(典型的には薄膜)を形成するための任意の一般的なプロセスを指す。一般的なアニーリングプロセスは、当業者に公知である。典型的には、溶媒は、非水性インク組成物でコーティングされた基板から除去される。溶媒の除去は、例えば、コーティングされた基板を大気圧未満の圧力に供し、かつ/又は基板上に積層されたコーティングを特定の温度(アニーリング温度)に加熱し、その温度を特定期間(アニーリング時間)維持し、次いで、得られた層(典型的には薄膜)を室温まで徐冷することによって達成され得る。
アニーリングの工程は、インク組成物でコーティングされた基板を、当業者に公知の任意の方法を使用して加熱することによって、例えば、オーブン中又はホットプレート上で加熱することによって実施されることができる。アニーリングは、不活性環境下、例えば、窒素雰囲気下又は希ガス(例えば、アルゴンガスなど)雰囲気下で実施されることができる。アニーリングは、大気雰囲気中で実施され得る。
ある実施態様において、アニーリング温度は、約25℃〜約350℃、典型的には約150℃〜約325℃、より典型的には約200℃〜約300℃、さらにより典型的には約230℃〜約300℃である。
アニーリング時間は、アニーリング温度が維持される時間である。アニーリング時間は、約3〜約40分間、典型的には約15〜約30分間である。
ある実施態様において、アニーリング温度は、約25℃〜約350℃、典型的には約150℃〜約325℃、より典型的には約200℃〜約300℃、さらにより典型的には約250℃〜約300であり、アニーリング時間は、約3〜約40分間、典型的には約15〜約30分間である。
可視光の透過が重要であり、より厚い薄膜厚における良好な透過(低吸収)が特に重要である。例えば、本開示のプロセスに従って製造された薄膜は、約380〜800nmの波長を有する光の少なくとも約85%、典型的には少なくとも約90%の透過率(典型的には、基板付きの状態での)を示すことができる。ある実施態様において、透過率は、少なくとも約90%である。
1つの実施態様において、本開示のプロセスに従って製造された薄膜は、約5nm〜約500nm、典型的には約5nm〜約150nm、より典型的には約50nm〜120nmの厚さを有する。
ある実施態様において、本開示のプロセスに従って製造された薄膜は、少なくとも約90%の透過率を示し、約5nm〜約500nm、典型的には約5nm〜約150nm、より典型的には約50nm〜120nmの厚さを有する。ある実施態様において、本開示のプロセスに従って製造された薄膜は、少なくとも約90%の透過率(T%)を示し、約50nm〜120nmの厚さを有する。
本開示のプロセスに従って製造された薄膜は、最終デバイスの電子特性を改善するために使用される電極又は追加の層を場合により含有する基板上に製造され得る。得られた薄膜は、1つ以上の有機溶媒(その後デバイスの作製の間にコーティング又は蒸着される層のためのインク中の液体担体として使用される溶媒(1つ又は複数)であることができる)に抵抗性であり得る。薄膜は、例えば、トルエン(その後デバイスの作製の間にコーティング又は蒸着される層のためのインク中の溶媒であることができる)に抵抗性であり得る。
有機電子デバイス(例えば、OLED及びOPVデバイスを含む)を作製するための方法は、当技術分野において公知であり、これを使用することができる。当技術分野において公知の方法を使用して、輝度、効率及び寿命を測定することができる。有機発光ダイオード(OLED)は、例えば、米国特許第4,356,429号及び第4,539,507号(Kodak)に記載されている。光を放射する導電性ポリマーは、例えば、米国特許第5,247,190号及び第5,401,827号(Cambridge Display Technologies)に記載されている。デバイスアーキテクチャ、物理的原理、溶液加工、多層化、ブレンド、並びに化合物の合成及び配合は、Kraft et al., “Electroluminescent Conjugated Polymers-Seeing Polymers in a New Light,” Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37, 402-428(参照によってその全体が本明細書に組み入れられる)に記載されている。
種々の導電性ポリマー並びに有機分子、例えば、Sumation、Merck Yellow、Merck Blue、American Dye Sources(ADS)、Kodak(例えば、A1Q3など)、さらにAldrichから入手可能な化合物(BEHP-PPVなど)などを含む、当技術分野において公知でありかつ市販されている発光体を使用することができる。そのような有機エレクトロルミネッセント化合物の例は、以下を含む:
(i)フェニレン部分上の種々の位置で置換されている、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体;
(ii)ビニレン部分上の種々の位置で置換されている、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体;
(iii)フェニレン部分上の種々の位置で置換されておりかつビニレン部分上の種々の位置でも置換されている、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体;
(iv)ポリ(アリーレンビニレン)(ここで、アリーレンは、ナフタレン、アントラセン、フリレン、チエニレン、オキサジアゾールなどの部分であり得る);
(v)ポリ(アリーレンビニレン)の誘導体(ここで、アリーレンは、上記(iv)のとおりであり得、加えて、アリーレン上の種々の位置に置換基を有し得る);
(vi)ポリ(アリーレンビニレン)の誘導体(ここで、アリーレンは、上記(iv)のとおりであり得、加えて、ビニレン上の種々の位置に置換基を有し得る);
(vii)ポリ(アリーレンビニレン)の誘導体(ここで、アリーレンは、上記(iv)のとおりであり得、加えて、アリーレン上の種々の位置に置換基及びビニレン上の種々の位置に置換基を有し得る);
(viii)(iv)、(v)、(vi)及び(vii)のようなアリーレンビニレンオリゴマーと非共役オリゴマーとのコポリマー;並びに
(ix)ラダーポリマー誘導体(例えば、ポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)など)を含む、フェニレン部分上の種々の位置で置換されている、ポリ(p−フェニレン)及びその誘導体;
(x)アリーレン部分上の種々の位置で置換されている、ポリ(アリーレン)(ここで、アリーレンは、ナフタレン、アントラセン、フリレン、チエニレン、オキサジアゾールなどの部分であり得る);及びそれらの誘導体;
(xi)(x)のようなオリゴアリーレンと非共役オリゴマーとのコポリマー;
(xii)ポリキノリン及びその誘導体;
(xiii)ポリキノリンと、溶解性を提供するためにフェニレン上が、例えば、アルキル又はアルコキシ基で置換されているp−フェニレンとのコポリマー;並びに
(xiv)剛性ロッドポリマー、例えば、ポリ(p−フェニレン−2,6−ベンゾビスチアゾール)、ポリ(p−フェニレン−2,6−ベンゾビスオキサゾール)、ポリ(p−フェニレン−2,6−ベンゾイミダゾール)及びそれらの誘導体;
(xv)ポリフルオレンポリマー及びポリフルオレン単位とのコポリマー。
好ましい有機発光ポリマーは、緑色、赤色、青色若しくは白色光を放射するSUMATION発光ポリマー(「LEP」)又はそれらのファミリー、コポリマー、誘導体若しくはそれらの混合物を含み;SUMATION LEPは、Sumation KKから入手可能である。他のポリマーは、Covion Organic Semiconductors GmbH, Frankfurt, Germany(現在は、Merck(登録商標)により買収済み)から入手可能なポリスピロフルオレン様ポリマーを含む。
代替的に、ポリマー以外に、蛍光又はリン光によって放射する小有機分子が有機エレクトロルミネッセント層として役立つことができる。小分子有機エレクトロルミネッセント化合物の例は、以下を含む:(i)トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq);(ii)1,3−ビス(N,N−ジメチルアミノフェニル)−1,3,4−オキシダゾール(OXD−8);(iii)−オキソ−ビス(2−メチル−8−キノリナト)アルミニウム;(iv)ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム;(v)ビス(ヒドロキシベンゾキノリナト)ベリリウム(BeQ);(vi)ビス(ジフェニルビニル)ビフェニレン(DPVBI);及び(vii)アリールアミン置換ジスチリルアリーレン(DSAアミン)。
そのようなポリマー及び小分子化合物は、当技術分野において周知であり、例えば、米国特許第5,047,687号に記載されている。
本デバイスは、多くの場合、例えば、溶液加工又は真空加工、並びにプリンティング及びパターニング加工によって調製することができる多層構造体を使用して作製されることができる。特に、本組成物が正孔注入層としての使用のために配合される、本明細書に記載される実施態様の正孔注入層(HIL)のための使用を効果的に実施することができる。
デバイス中のHILの例は、以下を含む:
1)PLED及びSMOLEDを含むOLED中の正孔注入;例えば、PLED中のHILに関しては、共役が炭素又はケイ素原子を伴う共役ポリマー発光体の全てのクラスを使用することができる。SMOLED中のHILに関しては、以下が例である:蛍光発光体を含有するSMOLED;リン光発光体を含有するSMOLED;HIL層に加えて1つ以上の有機層を含有するSMOLED;及び小分子層が溶液若しくはエアロゾルスプレー又は任意の他の加工法から加工されるSMOLED。加えて、他の例は、次のものを含む:デンドリマー又はオリゴマー有機半導体ベースOLED中のHIL;HILが電荷注入を改変するために又は電極として使用される二極性発光FET中のHIL;
2)OPV中の正孔抽出層;
3)トランジスタ中のチャンネル材料;
4)ロジックゲートなどのトランジスタの組み合わせを含む回路中のチャンネル材料;
5)トランジスタ中の電極材料;
6)キャパシタ中のゲート層;
7)ドーピングレベルの改変が導電性ポリマーによって感知される種の会合に起因して達成される、化学センサー;
8)バッテリー中の電極又は電解質材料。
様々な光活性層をOPVデバイス中に使用することができる。光起電力デバイスは、例えば、米国特許第5,454,880号;第6,812,399号;及び第6,933,436号に記載されているように、例えば、導電性ポリマーと混合されたフラーレン誘導体を含む光活性層を用いて調製されることができる。光活性層は、導電性ポリマーのブレンド、導電性ポリマーと半導体ナノ粒子のブレンド、並びにフタロシアニン(pthalocyanine)、フラーレン及びポルフィリンなどの小分子の二重層を含み得る。
一般的な電極化合物及び基板、並びに封入化合物を使用することができる。
1つの実施態様において、カソードは、Au、Ca、Al、Ag又はそれらの組み合わせを含む。1つの実施態様において、アノードは、酸化インジウムスズを含む。1つの実施態様において、発光層は、少なくとも1つの有機化合物を含む。
界面改変層(例えば、中間層など)及び光学スペーサー層を使用してよい。
電子輸送層を使用することができる。
本開示はまた、本明細書に記載されるデバイスを製造する方法に関する。
ある実施態様において、デバイスを製造する方法は、基板を提供する工程;基板上に透明な導体(例えば、酸化インジウムスズなど)を積層する工程;本明細書に記載されるインク組成物を提供する工程;透明な導体上にインク組成物を積層して、正孔注入層又は正孔輸送層を形成する工程;正孔注入層又は正孔輸送層(HTL)上に活性層を積層する工程;及び活性層上にカソードを積層する工程を含む。
本明細書に記載されるとおり、基板は、柔軟又は剛直な有機物又は無機物であることができる。好適な基板化合物は、例えば、ガラス、セラミック、金属及びプラスチック薄膜を含む。
別の実施態様において、デバイスを製造する方法は、OLED、光起電力デバイス、ESD、SMOLED、PLED、センサー、スーパーキャパシタ、カチオン変換器、薬物放出デバイス、エレクトロクロミックデバイス、トランジスタ、電界効果トランジスタ、電極修飾剤、有機電界トランジスタ用の電極修飾剤、アクチュエータ又は透明電極中のHIL又はHTL層の一部として、本明細書に記載されるとおりのインク組成物を適用する工程を含む。
インク組成物を積層してHIL又はHTL層を形成する工程は、当技術分野において公知の方法(例えば、スピンキャスティング、スピンコーティング、ディップキャスティング、ディップコーティング、スロットダイコーティング、インクジェットプリンティング、グラビアコーティング、ドクターブレーディング及び例えば有機電子デバイスの作製のための当技術分野において公知の任意の他の方法を含む)によって実施されることができる。
1つの実施態様において、HIL層は、熱アニーリングされる。1つの実施態様において、HIL層は、約25℃〜約350℃、典型的には150℃〜約325℃の温度で熱アニーリングされる。1つの実施態様において、HIL層は、約25℃〜約350℃、典型的には150℃〜約325℃の温度で、約3〜約40分間、典型的には約15〜約30分間熱アニーリングされる。
本開示によれば、約380〜800nmの波長を有する光の少なくとも約85%、典型的には少なくとも約90%の透過率(典型的には、基板付きの状態での)を示すことができるHIL又はHTLを調製することができる。ある実施態様において、透過率は、少なくとも約90%である。
1つの実施態様において、HIL層は、約5nm〜約500nm、典型的には約5nm〜約150nm、より典型的には約50nm〜120nmの厚さを有する。
ある実施態様において、HIL層は、少なくとも約90%の透過率を示し、約5nm〜約500nm、典型的には約5nm〜約150nm、より典型的には約50nm〜120nmの厚さを有する。ある実施態様において、HIL層は、少なくとも約90%の透過率(T%)を示し、約50nm〜120nmの厚さを有する。
本開示はまた、本明細書に記載される正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイス中の内部光取り出しを増加させるための、1つ以上のナノ粒子の使用に関し、ここで、1つ以上のナノ粒子は、本明細書に記載される金属又は半金属ナノ粒子である。
OLEDなどの有機電子デバイスの発光材料は、一般に、1.7を超える屈折率を有し、これは、支持基板の大部分の屈折率(通常、1.5前後)よりも大幅に高い。光が高屈折率媒質から低屈折率媒質へ伝播するとき、スネルの法則によると、界面に対して大きい斜角で進行する光ビームについて、全内部反射(TIR)が起こる。典型的なOLEDデバイスでは、TIRは、有機層(屈折率、1.7前後)と基板(屈折率、1.5前後)の間;及び基板(屈折率、1.5前後)と大気(屈折率、1.0)の間で生じる。多くの場合、OLED内の発光層において生じる光の大部分は、大気界面でのTIR、エッジ発光、発光層又は他の層内での消散、デバイスの発光層又は他の層(すなわち、輸送層、注入層など)内の導波路効果及び他の効果が原因でデバイスから出ていかない。OLEDによって生成及び/又は放射された光は、「空気モード」(光は、例えば、基板を通して、デバイスの観察面から放出されるだろう)又は「導波路モード」(光は、導波路効果が原因でデバイス内にトラップされる)などの種々のモードにあるものとして記述され得る。「有機モード」(光が1つ以上の有機層内にトラップされる)、「電極モード」(電極内にトラップされる)及び「基板モード」又は「ガラスモード」(基板内にトラップされる)など、特定のモードが、光がトラップされる層(1つ又は複数)に関して記述され得る。これらの効果は、結果としてデバイス内に光をトラップし、光抽出効率をさらに減少させる。
本明細書に記載される正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイス中の1つ以上のナノ粒子(ここで、1つ以上のナノ粒子は、本明細書に記載される金属又は半金属ナノ粒子である)の使用は、そのようなナノ粒子を有しない有機発光デバイスと比較して、内部光取り出しを増加させ、増加した光抽出効率を導く。内部光取り出しの増加は、本明細書に記載されるとおりの金属又は半金属ナノ粒子を有する有機発光デバイスとそのようなナノ粒子を有しない有機発光デバイスを比較した場合の外部量子効率(EQE%)の増加によって示され得る。
本開示はまた、本明細書に記載される正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色飽和度、すなわち、放射された光の色の飽和度を増大させるための、1つ以上のナノ粒子の使用に関し、ここで、1つ以上のナノ粒子は、本明細書に記載される金属又は半金属ナノ粒子である。色飽和度は、有機発光デバイスの測定された色のCIE(国際照明委員会(Commission Internationale de l’Eclairage))のx及びy座標が、意図する色(典型的には純色)のCIE x及びy座標にどの程度近いかによって示され得る。有機発光デバイスの測定された色のCIE x及びy座標が、意図する色(典型的には純色)のCIE x及びy座標に近いほど、色はより飽和している。増大された色飽和度は、金属又は半金属ナノ粒子を有する有機発光デバイスにおける、そのようなナノ粒子を有しない有機発光デバイスと比較したときの、より深い色として観察される。
さらに、本開示は、本明細書に記載される正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色安定性を改善するための、1つ以上のナノ粒子(ここで、1つ以上のナノ粒子は、本明細書に記載される金属又は半金属ナノ粒子である)の使用に関する。
視野角によるスペクトル及び知覚色の強い変化は、有機発光デバイスにおける一般的な問題である。本明細書において使用される場合、色安定性は、スペクトル及び知覚色の、視野角により変化する傾向を指す。視野角の変化に伴うスペクトル及び知覚色の変化が小さくなるほど、色はより安定する。色安定性は、所与の有機発光デバイスについての観測角の関数としてCIE x及びy軸をプロットすることによって特性決定され得る。
本開示に係るインク、方法及びプロセス、薄膜並びにデバイスを、以下の非限定的な実施例によってさらに例示する。
以下の実施例において使用される成分を、以下の表1にまとめる。
実施例1.本発明のNQインクの調製
本発明の非水性(NQ)インク組成物を本明細書に記載される方法に従って調製した。
本発明のNQインク1を成分のストック溶液から調製した。
ストック溶液#1の調製
回転蒸発を使用して、S−ポリ(3−MEET)の水性分散物の固体成分を単離した。乾燥させた固体を使用して、DMSO(TEA含有)中0.75%固体分のS−ポリ(3−MEET)のストック溶液を調製した。固体S−ポリ(3−MEET)を十分量のDMSOに分散させた(S−ポリ(3−MEET)100%として)。全混合物の0.25%(重量)でTEAを加えた。分散物を高圧下で濾過した。
ストック溶液#2の調製
回転蒸発を使用して、TFE−VEFS1コポリマーの水性分散物の固体成分を単離した。乾燥させた固体を使用して、DMSO中3.0%固体分のストック溶液を調製した。乾燥させたTFE−VEFS1コポリマー0.3gとDMSO 9.70gとを合わせることによって溶液を製造した。混合物を室温で1時間機械的に撹拌した。
ストック溶液#3の調製
PHOST 4.88gとDMSO 56.12gとを合わせることによって、8.0%固体分のPHOSTのストック溶液を調製した。溶液を室温で1時間機械的に撹拌した。
ストック溶液#4の調製
市販されているエチレングリコール中の20〜21%(重量)シリカ分散物(Nissan ChemicalによってORGANOSILICASOL(商標)EG-STとして販売されている)9.38gとDMSO 9.38gとを合わせることによって、10.0%固体分のシリカナノ粒子のストック溶液を調製した。溶液を室温で1時間機械的に撹拌した。
NQインク1の調製
ストック溶液#2をストック溶液#1へ、続いて、TEAを添加することによってNQインク1を調製した。混合物を室温で10分間撹拌した。溶液が均質になったら、PHOSTストック溶液#3を加え、室温で10分間撹拌した。次に、シリカナノ粒子ストック溶液#4を加えた。得られた最終NQインクを室温で1時間機械的に撹拌し、次いで、0.22μmポリプロピレンフィルターに通して濾過した。
また、以下に記載の手順に従って発明のNQインク2も調製した。概要としては、S−ポリ(3−MEET)アミン付加体、TEA及びSiOナノ粒子の溶液とTFE−VEFS1の別の溶液を調製した。これらの2つの溶液を合わせて、NQインク2を与えた。
S−ポリ(3−MEET)アミン付加体、TEA及びSiOナノ粒子の溶液を以下のように調製した。
S−ポリ(3−MEET)アミン付加体を、S−ポリ(3−MEET)の水性分散物を過剰のトリエチルアミンと合わせ、続いて、噴霧乾燥によって乾燥させることによって調製した。付加体中のS−ポリ(3−MEET)の質量が77.7%であり、残りの22.3%(質量)がトリエチルアミンであると考えられる。生成物を黒色の粉末として単離し、これを、グローブボックス中、窒素下で保存した。
好適な容器中、エチレングリコールを、エチレングリコール中の約0.57%トリエチルアミンの溶液と合わせた。ここで、得られた混合物中のトリエチルアミン(上記アミン付加体中にあると考えられるTEAを含む)の総量は、合計すると、最終インク中最大約0.95%トリエチルアミンとなる。次に、十分量のエチレングリコール中の20〜21%(重量)シリカ分散物を加えて、4.35%のシリカ(インクの質量に対して)を与えた。次いで、この混合物をホットプレート上にて約500rpmで撹拌し、90℃に設定したホットプレートで温める。
温めたら、十分量の事前に調製したS−ポリ(3−MEET)アミン付加体を、ホットプレート上で撹拌しながら加えて、0.45%の導電性ポリマー(インクの質量に対して)を与えた。次いで、この溶液を温度で一晩撹拌し続けた。
TFE−VEFS1の溶液を以下のように調製した。
回転蒸発を使用して、TFE−VEFS1コポリマーの水性分散物の固体成分を単離し、これを、グローブボックス中、窒素下で保存した。
好適な容器中、エチレングリコールを500rpmで撹拌し、90℃に設定したホットプレートで温めた。溶媒を温めたら、グローブボックス中に保存される乾燥TFE−VEFS1コポリマーを、エチレングリコール中2%溶液を生成するのに十分な量計量し、次いで、ホットプレート上で依然撹拌しながら溶媒に加えた。次いで、この溶液を一晩撹拌し続けた。
次いで、適量のTFE−VEFS1コポリマー溶液を、事前に調製したS−ポリ(3−MEET)アミン付加体、TEA及びSiOナノ粒子の溶液に温めながら加えることによって、本発明のNQインク2を調製した。次いで、インクを約500rpmにて90℃で1〜2時間撹拌する。撹拌後、次いで、冷めるまでインクを室温で撹拌した。冷めたら、インクを加圧下で濾過し、次いで、0.22μmフィルターに通す。
比較のために、比較インク(比較NQインクと呼ぶ)も調製した。
NQインク1及び2並びに比較NQインクの組成を、以下の表2にまとめる。
実施例2.OLEDデバイスの作製及び特性決定
HILを本発明のNQインクから調製し、OLEDデバイス中でスクリーニングした。比較HIL薄膜として、ナノ粒子を含有しない比較NQインクからもHILを調製した。
以下に記載するデバイス作製は、例として意図されるもので、いかなる形であれ、前記作製プロセス、デバイスアーキテクチャ(配列、層の数など)又は特許請求されるHIL材料以外の材料に本発明を限定することを意味するものではない。
ガラス基板上に蒸着された酸化インジウムスズ(ITO)表面上に本明細書に記載されるOLEDデバイスを作製した。
ITO表面をプレパターニングして、0.09cm2の画素領域を画定した。基板上にHILを形成するためにNQインクを蒸着する前に、基板のプレコンディショニングを実施した。最初に、デバイス基板を、種々の溶液又は溶媒中で超音波処理によって清浄にした。デバイス基板を、希釈石鹸液、続いて蒸留水、次いでアセトン、次いでイソプロパノール中で各々約20分間超音波処理した。基板を窒素流下で乾燥させた。その後、デバイス基板を次いで120℃に設定した真空オーブンに移し、使用の準備が整うまで部分真空下(窒素パージしながら)で維持した。デバイス基板を、使用直前に、300Wで作動させたUV−オゾンチャンバー内にて20分間処理した。
HILインク組成物をITO表面上に蒸着させる前に、ポリプロピレン0.2μmフィルターに通すインク組成物の濾過を実施した。
大気中でNQインクをスピンコーティングすることによってHILをデバイス基板上に形成した。一般に、ITOパターニング基板上へスピンコーティングした後のHILの厚さは、スピン速度、スピン時間、基板サイズ、基板表面の品質及びスピンコーターの設計などのいくつかのパラメーターによって決定される。特定の層の厚さを得るための一般的な原則は、当業者に公知である。スピンコーティング後、HIL層を、大気中、加熱下に短時間(約5分間)硬化するままにした。次いで、HIL層を、不活性雰囲気下、ホットプレート上で、典型的には150℃〜250℃の温度(アニール温度)で15〜30分間乾燥させた。調製したHIL層を含む基板を、使用するまで暗所にて部分真空下で保存した。
次いで、本発明のHIL層を含む基板を真空チャンバーに移し、そこで、デバイススタックの残りの層を物理蒸着によって蒸着させた。
コーティングプロセス及び乾燥プロセスにおける全ての工程は、他に指定のない限り、不活性雰囲気下で行われる。
HILの頂上に、N,N’−ビス(1−ナフタレニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン(NPB)を正孔輸送層として、続いて、発光層、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(ALQ3)電子輸送及び発光層、そして、LiF及びAlをカソードとして蒸着させた。ガラス上のプレパターニングしたITOは、アノードとして作用する。
OLEDデバイスは、画素の発光部分を含有するデバイスの封入領域外に電極が伸長するガラス基板上の画素を含む。各画素の典型的な面積は、0.09cm2である。電極を、Keithley 2400ソースメータなどの電流ソースメータに接触させて、アルミニウム電極にバイアスを印加し、ITO電極を接地した。この結果、正電荷キャリア(正孔)及び負電荷キャリアがデバイス中に注入されて、励起子を形成して光を生成する。この実施例では、HILは、発光層への電荷キャリアの注入を援助する。
同時に、別のKeithley 2400ソースメータを使用して、大面積シリコンフォトダイオードを扱う。このフォトダイオードを、2400ソースメータによってゼロボルトバイアスに維持する。これを、OLED画素の発光領域の直下のガラス基板の領域に直接接触するように設置する。フォトダイオードは、OLEDによって生成した光を収集し、これを光電流に変換し、これをソースメータによって読み取る。生成したフォトダイオード電流は、Minolta CS-200色度計を用いて校正することによって、光学単位(カンデラ/平方メートル)に定量化する。
デバイスの試験の間、OLED画素を扱うKeithley 2400は、それに電圧掃引を適用する。結果として画素を通過する電流を測定する。同時に、OLED画素を通過する電流が、光を生成し、次いで、フォトダイオードに接続された他のKeithley 2400によって光電流を読み取る。したがって、画素についての電圧−電流−光、即ちIVLデータが生成される。
NQインク1及び比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDを製造した。
加えて、NQインク2、並びにS−ポリ(3−MEET)及び水性溶媒(水/ブチルセルソルブ)を含む比較水性(AQ)インク(比較AQインクと呼ぶ)から製造したHILを有する青色OLEDを製造した。
製造したOLEDのHIL中のSiOナノ粒子の百分率を、以下の表3に示す。
実施例3.緑色OLEDデバイスの特性
NQインク1から製造したHILを有する緑色OLED及び比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDの電流密度対電圧特性を決定し、比較した。図1は、NQインク1から製造したHILを有する緑色OLED及び比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDについての電圧の関数としての電流密度を示す。
本発明のHILは、電気抵抗率を増加させ、リーク電流及び画素間のクロストークを低下させる。
NQインク1から製造したHILを有する緑色OLED及び比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDの性能を垂直(0°)入射角で決定した。緑色OLEDの性能を以下の表4にまとめる。
表4に報告するように、SiOナノ粒子を含有するNQインク1から製造したデバイスでは、SiOナノ粒子を含有しない比較NQインクから製造したデバイスと比較して、CIE x座標は、0.351から0.319に減少し、CIE y座標は、0.616から0.640に増加した。CIE x座標の減少とCIE y座標の増加の組み合わせは、520nmの波長を有する緑色光へのシフト(緑色OLEDの改善された色飽和度の指標となる)に相当することが当業者によって理解されるだろう。
図2は、NQインク1から製造したHILを有する緑色OLED及び比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDについての輝度の関数としての%EQEを示す。NQインク1から製造したHILを有する緑色OLED中のSiOの使用は、SiOナノ粒子を有さない比較NQインクから製造したHILを有するOLEDと比較して、輝度効率を18%改善した。理論に縛られることを望むものではないが、効率の増加は、SiOナノ粒子の添加から生じる増加した内部光取り出しが原因であると考えられる。
各緑色OLEDの電界発光(EL)スペクトルを種々の入射角(0°、15°、30°、45°及び60°)で決定した。図3Aは、種々の入射角で決定された、比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDの電界発光スペクトルを示す。図3Bは、種々の入射角で決定された、NQインク1から製造したHILを有する緑色OLEDの電界発光スペクトルを示す。図3A及び3Bに示すスペクトルの比較は、本発明のHIL中のELスペクトルのより小さい変化によって証明されるとおり、比較HILと比較して本発明のHIL中の色安定性が改善されたことを示す。
各緑色OLEDのCIE x及びy座標を入射角の関数として決定した。図4は、入射角の関数としての、比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDのCIE x座標及び本発明のインク1から製造したHILを有する緑色OLEDのCIE x座標を示す。同様に、図5は、入射角の関数としての、比較NQインクから製造したHILを有する緑色OLEDのCIE y座標及び本発明のインク1から製造したHILを有する緑色OLEDのCIE y座標を示す。図4及び5中のプロットは、種々の入射角でのCIE x及びy座標のより小さい変化(より平坦な曲線)によって証明されるとおり、比較HILと比較して本発明のHIL中の色安定性が改善されたことを示す。
実施例4.青色OLEDデバイスの特性
NQインク2から製造したHILを有する青色OLED及び比較AQインクから製造したHILを有する青色OLEDのELスペクトルを種々の入射角(0°、15°、30°、45°及び60°)で決定した。図6Aは、種々の入射角で決定された、比較AQインクから製造したHILを有する青色OLEDのELスペクトルを示す。図6Bは、種々の入射角で決定された、NQインク2から製造したHILを有する青色OLEDのELスペクトルを示す。図6A及び6Bに示すスペクトルの比較は、本発明のHILにおけるELスペクトルのより小さい変化によって証明されるとおり、比較HILと比較して本発明のHILにおける色安定性が改善されたことを示す。
図7は、NQインク2から製造したHILを有する青色OLED及び比較AQインクから製造したHILを有する青色OLEDの輝度対入射角のラジアルプロットを示す。図7において認められるように、本発明のHILは、入射角による輝度のずれを、比較HILのそれと比較して、非常にわずかしか示さない。
実施例5.屈折率
図8は、NQインク1から調製したHIL、比較NQインクから調製したHILの屈折率、及びSiOの屈折率対波長の比較を示す。図8に示す屈折率は、文献ソース(Edward D. Palik, Handbook of Optical Constants of Solids, Vol. 1 (Academic Press 1985))から得た。
図8に示すように、NQインク1から調製したHILの屈折率は、比較NQインクから調製したHILの屈折率及びSiO単独の屈折率の両方よりも低い。
以下の実施例6〜9において使用される成分を、以下の表5にまとめる。
[1]電荷輸送性ワニスの調製
実施例6
初めに、D66−20BS水溶液をエバボレーターにて溶媒留去し、得られた残留物を減圧乾燥機にて80℃で1時間減圧乾燥させ、D66−20BSの粉末を得た。得られた粉末を用いて、濃度2wt%の、D66−20BSのエチレングリコール溶液を調製した。この溶液は、ホットスターラーを用い、400rpm、90℃で1時間撹拌して調製した。
次に、別の容器を用意し、この容器で、電荷輸送性物質のS−ポリ(3−MEET) 5.55gを、エチレングリコール(関東化学(株)製)92.45gとトリエチルアミン(東京化成工業(株)製)2.28gの混合物に分散させた。この溶液は、ホットスターラーを用い、90℃で1時間撹拌して調製した。次いで、D66−20BSの2wt%エチレングリコール溶液を96g添加し、得られた混合物を、ホットスターラーを用い、400rpm、90℃で1時間撹拌した。最後に、EG−STを203.71g添加し、得られた混合物を、ホットスターラーを用い、400rpm、90℃で10分間撹拌した。得られた溶液をPPシリンジフィルター(孔径0.2μm)でろ過して、濃度12wt%の電荷輸送性ワニスを得た。
実施例7
実施例6において得られた電荷輸送性ワニス(12wt%)25gを、別容器にてエチレングリコールとトリエチルアミン(99:1、重量比)から調製した調製した溶液で希釈して、濃度3wt%の電荷輸送性ワニスを得た。この溶液は、ホットスターラーを用い、400rpm、70℃で1時間撹拌して調製した
実施例8
初めに、D66−20BS水溶液をエバボレーターにて溶媒留去し、得られた残留物を減圧乾燥機にて80℃で1時間減圧乾燥させ、D66−20BSの粉末を得た。得られた粉末を用いて、濃度1wt%の、D66−20BSの3−メトキシプロピオニトリル溶液を調製した。この溶液は、ホットスターラーを用い、400rpm、70℃で15分間撹拌して調製した。
次に、別の容器を用意し、この容器で、電荷輸送性物質のS−ポリ(3−MEET) 0.069gを、3−メトキシプロピオニトリル(東京化成工業(株)製)2.426、ジエチレングリコール(関東化学(株)製)7.603g及びトリエチルアミン(東京化成工業(株)製)0.179gの混合物に分散させた。この溶液は、ホットスターラーを用い、400rpm、70℃で1.5時間撹拌撹拌して調製した。次いで、エチレングリコールモノプロピルエーテル(東京化成工業(株)製)4.802gを添加し、得られた混合物を、ホットスターラーを用い、400rpm、70℃で10分間撹拌した。さらに、EG−ST 2.522g添加し、得られた混合物を、400rpm、70℃で10分間撹拌した。最後に、D66−20BSの1wt% 3−メトキシプロピオニトリル溶液を2.400g添加し、得られた混合物を、400rpm、70℃で1時間撹拌した。得られた溶液をシリンジフィルター(孔径0.2μm)でろ過して、濃度3wt%の電荷輸送性ワニスを得た。
[2]有機EL素子の作製およびその特性の評価
実施例9
実施例7及び8で得られたワニスを、各々スピンコーターを用いてITO基板に塗布し、この基板を大気雰囲気下、80℃で1分間乾燥させた。次に、乾燥させたITO基板をグローブボックスに挿入し、窒素雰囲気下、230℃で30分間焼成して、ITO基板上に、厚みが50nmの薄膜を形成した。ITO基板としては、パターニングされた酸化インジウムスズ(ITO)の薄膜(膜厚150nm)が表面上に形成された、25mm×25mm×0.7tのガラス基板を用いた。使用前に、この基板の表面上の不純物を、Oプラズマ洗浄装置(150W、30秒間)によって除去した。
次いで、薄膜が形成されたITO基板を、蒸着装置(真空度1.0×10−5Pa)を用い、薄膜形成速度0.2nm/秒にて、得られた薄膜の厚みが30nmとなるまで、α−NPD(N,N'−ジ(1−ナフチル)−N,N'−ジフェニルベンジジン)の薄膜を形成するプロセスに付した。次に、厚み10nmの、HTEB−01(東京化成工業製の電子ブロック材料)の別の薄膜を形成した。更に、この基板を、NS60(新日鉄住金化学社製の発光層ホスト材料)と、Ir(PPy)(発光層のドーパント材料)の共蒸着プロセスに付した。共蒸着プロセスは、Ir(PPy)の濃度が6%になるように蒸着速度を制御して、厚み40nmの薄膜が積層されるまで行った。次いで、Alq、フッ化リチウムおよびアルミニウムの薄膜をそれぞれ順次積層して、有機EL素子を得た。Alqおよびアルミニウムは、各々蒸着速度0.2nm/秒で蒸着させ、フッ化リチウムは、蒸着速度0.02nm/秒で蒸着させた。Alq、アルミニウムおよびフッ化リチウムの膜厚は、それぞれ20nm、0.5nmおよび80nmであった。
有機EL素子の特性を、空気中の酸素、水等の影響による特性劣化を防止するため、封止基板により素子を封止した後で評価した。封止は、以下のようにして行った。酸素濃度2ppm以下、露点−76℃以下の窒素雰囲気下で、有機EL素子を封止基板間の空間に収め、封止基板を接着剤((モレスコモイスチャーカット WB90US(P)、MORESCO(株)製)で接着した。この工程において、有機EL素子と共に、捕水剤(HD−071010W−40、ダイニック(株)製)を封止基板間の空間に収めた。接着した封止基板にUV光(波長:365nm、照射量:6,000mJ/cm)を照射し、80℃で1時間アニーリングして接着剤を硬化させた。

実施例7および8の素子それぞれについて、初期輝度5000cd/mとして駆動した際の、駆動電圧、電流密度、発光効率および輝度半減期(輝度が初期輝度5000cd/mの半分に達するのに要する時間)を測定した。結果を表6に示す。

表6に示すように、溶媒の組成を変更したのみで製造される、本発明の電荷輸送性薄膜を備える有機EL素子においては、駆動電圧が低下し、電流効率が向上した。また同素子は、優れた寿命特性を示した。
この出願は、2015年12月28日に出願された米国仮出願第62/271,743号(その内容全体が、参照により本明細書に組み入れられる)の優先権を主張する。

Claims (69)

  1. 正孔運搬薄膜(hole-carrying film)を含むデバイスであって、正孔運搬薄膜が、
    (a)式(I):

    [式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
    ここで、
    Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
    pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
    は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェン;及び
    (b)1つ以上のナノ粒子
    (ここで、1つ以上のナノ粒子は、金属又は半金属ナノ粒子である)
    を含む、デバイス。
  2. 及びRが、各々独立して、H、フルオロアルキル、−O[C(R)−C(R)−O]−R、−ORであり;ここで、各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;Rが、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;pが、1、2又は3であり;そして、Rが、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである、請求項1に記載のデバイス。
  3. が、Hであり、そして、Rが、H以外である、請求項1又は2に記載のデバイス。
  4. 及びRが共に、H以外である、請求項1又は2に記載のデバイス。
  5. 及びRが、各々独立して、−O[C(R)−C(R)−O]−R、又は−ORである、請求項4に記載のデバイス。
  6. 及びRが共に、−O[C(R)−C(R)−O]−Rである、請求項5に記載のデバイス。
  7. 各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルであり;そして、Rが、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルである、請求項2〜6のいずれか一項に記載のデバイス。
  8. ポリチオフェンが、以下:

    及びそれらの組み合わせからなる群より選択される反復単位を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のデバイス。
  9. ポリチオフェンが、スルホン化されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載のデバイス。
  10. ポリチオフェンが、スルホン化されているポリ(3−MEET)である、請求項9に記載のデバイス。
  11. ポリチオフェンが、式(I)に従う反復単位を、反復単位の総重量を基準にして、50%(重量)を超える、典型的には80%(重量)を超える、より典型的には90%(重量)を超える、さらにより典型的には95%(重量)を超える量で含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のデバイス。
  12. 1つ以上のナノ粒子が半金属ナノ粒子である、請求項1〜11のいずれか一項に記載のデバイス。
  13. 半金属ナノ粒子が、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、Sb、TeO、SnO、SnO又はそれらの混合物を含む、請求項12に記載のデバイス。
  14. 半金属ナノ粒子がSiOを含む、請求項13に記載のデバイス。
  15. 1つ以上のナノ粒子が、1つ以上の有機キャッピング基を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のデバイス。
  16. 1つ以上のナノ粒子の量が、ナノ粒子とドープされた又はドープされていないポリチオフェンの合計重量に対して、1%(重量)〜98%(重量)、典型的には約2(重量)〜約95%(重量)、より典型的には約5%(重量)〜約90%(重量)、さらにより典型的には約10%(重量)〜約90%(重量)である、請求項1〜15のいずれか一項に記載のデバイス。
  17. 正孔運搬薄膜が、1つ以上の酸性基を含む合成ポリマーをさらに含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載のデバイス。
  18. 合成ポリマーが、少なくとも1つのフッ素原子及び少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分によって置換されている少なくとも1つのアルキル又はアルコキシ基を含む1つ以上の反復単位を含むポリマー酸であり、ここで、前記アルキル又はアルコキシ基が、場合により、少なくとも1つのエーテル連結(−O−)基によって中断されている、請求項17に記載のデバイス。
  19. ポリマー酸が、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位:

    [式中
    各々のR、R、R、R、R、R10及びR11は、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;そして
    Xは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOHであり
    ここで、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;
    qは、0〜10であり;そして
    zは、1〜5である]
    を含む、請求項18に記載のデバイス。
  20. 合成ポリマーが、少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分を含む1つ以上の反復単位を含むポリエーテルスルホンである、請求項17に記載のデバイス。
  21. ポリエーテルスルホンが、式(IV)に従う反復単位:

    並びに式(V)に従う反復単位及び式(VI)に従う反復単位:

    [式中、R12〜R20は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R12〜R20の少なくとも1つは、SOHであり;そして
    21〜R28は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R21〜R28の少なくとも1つは、SOHであり、そして
    29及びR30は、各々、H又はアルキルである]
    からなる群より選択される反復単位を含む、請求項20に記載のデバイス。
  22. 正孔運搬薄膜が、ポリ(スチレン)又はポリ(スチレン)誘導体をさらに含む、請求項1〜21のいずれか一項に記載のデバイス。
  23. 正孔運搬薄膜が、1つ以上のアミン化合物をさらに含む、請求項1〜22のいずれか一項に記載のデバイス。
  24. OLED、OPV、トランジスタ、キャパシタ、センサー、変換器、薬物放出デバイス、エレクトロクロミックデバイス又はバッテリーデバイスである、請求項1〜23のいずれか一項に記載のデバイス。
  25. 正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイス中の内部光取り出しを増加させるための1つ以上のナノ粒子の使用であって、正孔運搬薄膜が、式(I):

    [式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
    ここで、
    Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
    pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
    は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェンを含み;そして
    1つ以上のナノ粒子が、金属又は半金属ナノ粒子である、使用。
  26. 正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色飽和度を高めるための1つ以上のナノ粒子の使用であって、正孔運搬薄膜が、式(I):

    [式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
    ここで、
    Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
    pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
    は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェンを含み;そして
    1つ以上のナノ粒子が、金属又は半金属ナノ粒子である、使用。
  27. 正孔運搬薄膜を含む有機発光デバイスの色安定性を改善するための1つ以上のナノ粒子の使用であって、正孔運搬薄膜が、式(I):

    [式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
    ここで
    Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
    pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
    は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]に従う反復単位を含むポリチオフェンを含み;そして
    1つ以上のナノ粒子が、金属又は半金属ナノ粒子である、使用。
  28. 及びRが、各々独立して、H、フルオロアルキル、−O[C(R)−C(R)−O]−R、−ORであり;ここで、各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;Rが、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;pが、1、2又は3であり;そして、Rが、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである、請求項25〜27のいずれか一項に記載の使用。
  29. が、Hであり、そして、Rが、H以外である、請求項25〜28のいずれか一項に記載の使用。
  30. 及びRが共に、H以外である、請求項25〜28のいずれか一項に記載の使用。
  31. 及びRが、各々独立して、−O[C(R)−C(R)−O]−R、又は−ORである、請求項30に記載の使用。
  32. 及びRが共に、−O[C(R)−C(R)−O]−Rである、請求項31に記載の使用。
  33. 各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルであり;そして、Rが、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルである、請求項28〜32のいずれか一項に記載の使用。
  34. ポリチオフェンが、以下:

    及びそれらの組み合わせからなる群より選択される反復単位を含む、請求項25〜33のいずれか一項に記載の使用。
  35. ポリチオフェンが、スルホン化されている、請求項25〜34のいずれか一項に記載の使用。
  36. ポリチオフェンが、スルホン化されているポリ(3−MEET)である、請求項35に記載の使用。
  37. ポリチオフェンが、式(I)に従う反復単位を、反復単位の総重量を基準にして、50%(重量)を超える、典型的には80%(重量)を超える、より典型的には90%(重量)を超える、さらにより典型的には95%(重量)を超える量で含む、請求項25〜36のいずれか一項に記載の使用。
  38. 1つ以上のナノ粒子が半金属ナノ粒子である、請求項25〜37のいずれか一項に記載の使用。
  39. 半金属ナノ粒子が、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、Sb、TeO、SnO、SnO又はそれらの混合物を含む、請求項38に記載の使用。
  40. 半金属ナノ粒子がSiOを含む、請求項39に記載の使用。
  41. 1つ以上のナノ粒子が、1つ以上の有機キャッピング基を含む、請求項25〜40のいずれか一項に記載の使用。
  42. 1つ以上のナノ粒子の量が、ナノ粒子とドープされた又はドープされていないポリチオフェンの合計重量に対して、1%(重量)〜98%(重量)、典型的には約2(重量)〜約95%(重量)、より典型的には約5%(重量)〜約90%(重量)、さらにより典型的には約10%(重量)〜約90%(重量)である、請求項25〜41のいずれか一項に記載の使用。
  43. 正孔運搬薄膜が、1つ以上の酸性基を含む合成ポリマーをさらに含む、請求項25〜42のいずれか一項に記載の使用。
  44. 合成ポリマーが、少なくとも1つのフッ素原子及び少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分によって置換されている少なくとも1つのアルキル又はアルコキシ基を含む1つ以上の反復単位を含むポリマー酸であり、ここで、前記アルキル又はアルコキシ基が、場合により、少なくとも1つのエーテル連結(−O−)基によって中断されている、請求項43に記載の使用。
  45. ポリマー酸が、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位:

    [式中、
    各々のR、R、R、R、R、R10及びR11は、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;そして
    Xは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOHであり
    ここで、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;
    qは、0〜10であり;そして
    zは、1〜5である]
    を含む、請求項44に記載の使用。
  46. 合成ポリマーが、少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分を含む1つ以上の反復単位を含むポリエーテルスルホンである、請求項43に記載の使用。
  47. ポリエーテルスルホンが、式(IV)に従う反復単位:

    並びに式(V)に従う反復単位及び式(VI)に従う反復単位:

    [式中、R12〜R20は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R12〜R20の少なくとも1つは、SOHであり;そして
    21〜R28は、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル又はSOHであるが、但し、R21〜R28の少なくとも1つは、SOHであり、そして
    29及びR30は、各々、H又はアルキルである]
    からなる群より選択される反復単位を含む、請求項46に記載の使用。
  48. 正孔運搬薄膜が、ポリ(スチレン)又はポリ(スチレン)誘導体をさらに含む、請求項25〜47のいずれか一項に記載の使用。
  49. 正孔運搬薄膜が、1つ以上のアミン化合物をさらに含む、請求項25〜48のいずれか一項に記載の使用。
  50. 非水系インク組成物であって、
    (a)スルホン化ポリチオフェンであって、式(I):

    [式中、R及びRは、各々独立して、H、アルキル、フルオロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ又は−O−[Z−O]−Rであり;
    ここで、
    Zは、場合によりハロゲン化されているヒドロカルビレン基であり、
    pは、1に等しいか又はそれより大きく、そして
    は、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである]
    に従う反復単位を含むスルホン化ポリチオフェン;
    (b)1つ以上のアミン化合物
    (c)1つ以上の半金属ナノ粒子
    (d)場合により、1つ以上の酸性基を含む合成ポリマー;及び
    (e)下記の1)または2)の液体担体
    1)1種以上のグリコール系溶媒(A)からなる液体担体
    2)1種以上のグリコール系溶媒(A)と、グリコール系溶媒を除く1種以上の有機溶媒(B)とを含む液体担体
    を含む組成物。
  51. 前記液体担体が、1種以上のグリコール系溶媒(A)と、グリコール系溶媒を除く1種以上の有機溶媒(B)とを含む液体担体である、請求項50記載の非水系インク組成物。
  52. 前記グリコール系溶媒(A)が、グリコールエーテル、グリコールモノエーテルまたはグリコールである、請求項50または51記載の非水系インク組成物。
  53. 前記有機溶媒(B)が、ニトリル、アルコール、芳香族エーテルまたは芳香族炭化水素である、請求項50〜52のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  54. 前記グリコール系溶媒(A)の含有量:wtA(重量)と、前記有機溶媒(B)の含有量(重量):wtB(重量)とが、式(1−1)を満たす、請求項50〜53のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
    0.05≦wtB/(wtA+wtB)≦0.50 (1−1)
  55. 及びRが、各々独立して、H、フルオロアルキル、−O[C(R)−C(R)−O]−R、−ORであり;ここで、各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、ハロゲン、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;Rが、H、アルキル、フルオロアルキル又はアリールであり;pが、1、2又は3であり;そして、Rが、アルキル、フルオロアルキル又はアリールである、請求項50〜54のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  56. が、Hであり、そして、Rが、H以外である、請求項50〜55のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  57. 及びRが共に、H以外である、請求項50〜55のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  58. 及びRが、各々独立して、−O[C(R)−C(R)−O]−R、又は−ORである、請求項57記載の非水系インク組成物。
  59. 及びRが共に、−O[C(R)−C(R)−O]−Rである、請求項58記載の非水系インク組成物。
  60. 各々のR、R、R及びRが、各々独立して、H、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルであり;そして、Rが、(C−C)アルキル、(C−C)フルオロアルキル又はフェニルである、請求項55〜59のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  61. ポリチオフェンが、以下:

    及びそれらの組み合わせからなる群より選択される反復単位を含む、請求項50〜60のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  62. スルホン化ポリチオフェンが、スルホン化ポリ(3−MEET)である、請求項50〜61のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  63. アミン化合物が、第三級アルキルアミン化合物である、請求項50〜62のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  64. アミン化合物が、トリエチルアミンである、請求項63記載の非水系インク組成物。
  65. 半金属ナノ粒子が、B、BO、SiO、SiO、GeO、GeO、As、As、As、Sb、TeO、SnO、SnO又はそれらの混合物を含む、請求項50〜64のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  66. 半金属ナノ粒子がSiOを含む、請求項65記載の非水系インク組成物。
  67. 1つ以上の酸性基を含む合成ポリマーをさらに含む、請求項50〜66のいずれか一項記載の非水系インク組成物。
  68. 合成ポリマーが、少なくとも1つのフッ素原子及び少なくとも1つのスルホン酸(−SOH)部分によって置換されている少なくとも1つのアルキル又はアルコキシ基を含む1つ以上の反復単位を含むポリマー酸であり、ここで、前記アルキル又はアルコキシ基が、場合により、少なくとも1つのエーテル連結(−O−)基によって中断されている、請求項67記載の非水系インク組成物。
  69. ポリマー酸が、式(II)に従う反復単位及び式(III)に従う反復単位:

    [式中、
    各々のR、R、R、R、R、R10及びR11は、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;そして
    Xは、−[OC(R)−C(R)]−O−[CR]z−SOHであり
    ここで、各々のR、R、R、R、R及びRは、独立して、H、ハロゲン、フルオロアルキル又はペルフルオロアルキルであり;
    qは、0〜10であり;そして
    zは、1〜5である]
    を含む、請求項68記載の非水系インク組成物。
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