JP2003176420A - 配向した発光性ポリマーブレンド、フィルム及びデバイス - Google Patents
配向した発光性ポリマーブレンド、フィルム及びデバイスInfo
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Abstract
ロッド−タイプまたはディスコチックな非対称の分子構
造を有する少なくとも1つの発色団と混合されている。
Description
リマー、フィルムおよびそれらを用いたデバイスに関す
る。
応用および液晶ディスプレイ(LCD)の偏光発光フィ
ルタに関して、ポリマーに基づく偏光発光に、多くの関
心が寄せられている。ELの場合、LCDのための偏光
されたバックライト、集積光学のための光源およびレー
ザーダイオードが興味のあるトピックである。通常のL
CDのバックライトに偏光を発光する発光ダイオードを
利用することにより、主要な構成要素である偏光子、関
連するコスト、重量、非効率な光吸収によるパワー・ロ
スを伴っていることを余分なものにしてしまうことがで
きる。
れたバックライトを直接利用するには、アプリケーショ
ンに応じて、12から200の間の高い偏光度が要求さ
れる。そのようなLEDへのアプローチは、例えば「M.
Era, T. Tsutsui, S. Saito, Appl. Phys. Lett. 199
5, Vol. 67, No. 17, 2436」又は「H. Tokuhisa, M. Er
a, T. Tsutsui, Appl. Phys. Lett. 1998. Vol. 72, N
o. 21, 236,」に開示されているように、有機低分子、
あるいは、一定の方向に方向付けられて異方性の光学特
性を有する共役ポリマーに基づいている。偏光を発光す
るこれらの活性なLED層における高い分子配向度は、
その高い偏光度を得るための前提条件である。
配向させるための様々な方法がある。例えば、「 V. Ci
mrova, M. Remmers, D. Neher, G. Wegner, Adv. Mate
r. 1996, Vol. 8, 146」に開示されているLangmui−Blo
dget堆積法や、「 P. Dyreklev, M. Berggren, O. Inga
nas, M. R. Andersson, O. Wennerstrom, T. Hjertber
g, Adv. Mater. 1995, Vol. 7, No. 1, 43 and M. Jand
ke, P. Strohriegl, J.Gmeiner, W. Butting, M. Schwo
erer, Adv. Mater.11,1518 (1999)」に開示されている
ような、直接のラビングによる機械的配向方法が挙げら
れる。
己組織化を適用することによってLCポリマーを利用す
る場合には、例えば「M. Grell, W. Knoll, D. Lupo,
A. Meisel, T. Miteva, D. Nehcr, H.G. Nothofer, U.
Scherf, H. Yasuda, Adv. Mater.11, 671 (1999), or T
Miteva, A Meisel, HG Nothofer, U Scherf, W. Knol
l, D. Neher, M. Grell, D. Lupo, A. Yasuda, Synth.M
et. 2000, 111-112, 173, K. S. Whitehcad, M. Grell,
D. D. C. Bradley, M Jandke, P. strohriegl,Appl. P
hys. Lett. 2000, Vol. 76, No. 20, 2946.」を参照す
ればよい。
マー層のラビングは、LC配向を引き起こす表面異方性
を生成するために選択される現在の方法である。
Contoret, S. R. Farrar, P. O. Jackson, S. M. Kha
n, L. May, M. O Neill, J. E. Nicholls, S. M. Kell
y, G.J. Richards Adv. Mater. 12, 971 (2000)」に開
示されているように、長期安定性を有する強いアンカリ
ングを与えるように、適切な材料層を光化学的に修飾す
る方法が挙げられる。
に有用と思われており、偏光された発光フィルタに使用
されることが好ましい化合物の種類は、サーモトロピッ
クなLC共役ポリマーであるポリフルオレン(PF:po
lyfluorenes)である。ポリフルオレンの使用を支持す
るには様々な理由が挙げられる。まず第一に、ポリフル
オレンは特徴的な青色発光特性を示し、このために、L
EDの発光層へ適用の可能性に関して強い注目を集めて
いる。第二に、特別のポリフルオレンホモポリマーにお
けるポリフルオレンの重要な特性は、配向層上にこれら
のポリマーを配向させるサーモトロピックな液晶の挙動
である。
Meisel, T. Miteva, D. Neher, H,G. Nothofer, U. Sch
erf, H. Yasuda, Adv. Mater. 11, 671 (1999), or T M
iteva, A Meisel, HG Nothofer, U. Scherf, W. Knoll,
D. Neher, M. Grell, D. Lupo, A. Yasuda, Synth.Me
t. 2000, 111-112, 173, or K S Whitehead, M. Grell,
D. D. C. Bradley, M. Jandke, P. Strohriegel, App
l. Phys. Lett. 2000, Vol. 76, No. 20, 2946.」に記
載されるように、ホール輸送材料がドープされラビング
されたポリイミドまたはラビングされたPPV層の配向
層の手段により配向したポリフルオレン発光性層を用い
ることにより、20以上の偏光度と100cd/m2以
上の輝度の発光層が作製された。
加わった従来技術から明らかなように、効率、色調整及
び安定性は、偏光発光構造の達成にきわめて重要であ
る。
フルオレンホモポリマーに基づく発光構造は、0.12
〜0.13cd/A程度の効率で高度に偏光されている
が、実際のアプリケーションに適用するには低すぎた。
フルオレンを化学的に修飾するいくつかの試みがこれま
でになされている。例えば、フルオレン−トリアリルア
ミン共重合体は「 M. Redecker, D.D.C. Bradley, M. I
nbasekaran, W.W. Wu, E.P.Woo, Adv. Mater., 11(3),
241 (1999) 」に記載され、また、架橋可能なポリフル
オレンは「J. P. Chen, G. Klaerner, JI Lee, D. Mark
iewitz, V. Y. Lee, R. D. Miller, Synth. Met. 1999,
107, 129」に記載されている。
W.D. Chen, J.C. Scott, R.D. Miller, Adv. Mater.1
0, 993 (1998), or M. Kreyenschmidt, G. klarner, T.
Fuhrer, J. Ashenhurst, S. Karg, W.D. Chen, V.Y, L
ee, J.C. Scott, R.D. Miller, Macromolecules 31, 10
99 (1998), or Y. He, S. Gong, R. Hattori, J. Kanic
ki, Appl. Phys. Lett. 74, 2265 (1999)」に示される
ように、ポリフルオレンの主鎖に、ベンゾチアヂアゾー
ル(benzothiadiazole)、ペリレン(perylene)、又は
アントラセン(anthracene)を部分的に導入することに
よって、色調整は、慎重に達成された。
フルオレンの主鎖に導入することに関しての問題は、堅
固さや立体的構造など主鎖の本質的な特性の不可避な修
飾であり、そのようなものがいかなる修飾の前に存在し
ていても、例えばその液晶の特性などポリフルオレンの
特性を変更することになる。
理的添加が、等方性のポリフルオレンに基づくLEDの
構造効率に著しい改良を示すことが最近になって開示さ
れた「D. Sainova, T. Miteva, H.G. Nothofer, U. Sch
erf, H. Fujikawa, I. Glowacki, J. Ulanski, D. Nehe
r; Appl. Phys. Lett. 76, 1810 (2000)」。
鎖の端部をHT部分で蔽う末端被覆(end-capping)
が、青色LEDに高い効率および極めて優れた色安定性
の道を開くことが明らかにされた「T. Miteva, A. Meis
el, W. Knoll, HG Nothofer, U. Scherf, DC Muller,
K. Meerholz, A. Yasuda, D,Neher, Adv. Mater. 13, 5
65 (2001)」。端部を蔽う分子部分は、共役ポリマー骨
格の電気的特性及びLC特性を変更せず、これにより、
22という偏光度及び非常に良い効率を備えたLEDの
組み立てを可能にする。
覆われた構造のポリフルオレンホモポリマーの効率は、
これまでに知られている中では最も高いが(0.25c
d/A)、実用にはまだ低すぎる。
克服することを目的とする。特に、現在知られている構
造よりも偏光度が増加し、高い効率が実現されるよう
に、偏光を発光する構造を有するデバイスへの結合に有
用な、配向した発光ポリマーブレンドを提供することを
目的とする。
るのに好適な、発光性ポリマーが配向されてなる発光層
のようなフィルムを提供することを目的とする。
る構造を有するデバイスの作製を可能にする、配向した
発光性ポリマー、特にポリフルオレンを提供することを
目的とする。
ポリマーブレンドは、配向した発光性ポリマーが、リジ
ッド−ロッド−タイプまたはディスコチックな非対称の
分子構造を有する少なくとも1つの発色団と混合されて
いることを特徴とする。
性ポリマーブレンドでは、リジッド−ロッド−タイプま
たはディスコチックな非対称の分子構造を有する少なく
とも1つの発色団と混合されているので、偏光度および
効率が向上されたものとなる。
の、リジッド−ロッド−タイプ(rigid-rod-type)また
はディスコチック(discotic)な非対称分子構造を有す
る発色団を含む発光性ポリマーのブレンドによって達成
される。具体的には、発色団は、偏光された発光を得る
ために異方性の電子構造を有する発光性発色団であるこ
とが好ましい。
ーマトリクス中において電子またはホールのトラップと
して活性な電子特性を有していることが好ましい。
わされる低分子量チオフェン染料であることが特に好ま
しい。
05重量%〜約10重量%の割合で混合されていること
が好ましく、0.1重量%〜1重量%がより好ましい。
リマーであることが好ましい。ポリマーがポリフルオレ
ンであることがより好ましく、後述する物質PF26a
m4のようにポリフルオレンホモポリマーであることが
さらに好ましい。さらに、ポリマーブレンドは、ポリマ
ーポリフルオレンの末端が少なくとも1つの電荷輸送部
分で覆われているものが好ましい。さらに、ポリマーブ
レンドは、末端被覆ポリフルオレンおよび電荷輸送部分
が、電荷輸送部分、ホール輸送部分、およびイオン輸送
部分を含む群から選ばれることが好ましい。
光性ポリマーブレンドから構成されるフィルムによって
も達成される。具体的には、フィルムが配向層上に堆積
されることが好ましい。さらに、フィルムの厚さが10
nm〜2μmの範囲であることが好ましい。
ブレンドから構成され、偏光を発光する構造を有するデ
バイスによっても達成される。本発明の目的は、また、
本発明のフィルムから構成され、偏光を発光する構造を
有するデバイスによっても達成される。
ポリマーブレンドを使用することによっても達成され
る。本発明によれば、そのフィルムが発光層である本発
明のフィルムの使用が好ましい。
フィルムは、偏光発光ダイオードや、偏光発光フィルタ
のような、偏光を発光する構造を有するデバイスにおい
て使用されることが好ましい。
センスアプリケーション又は偏光発光フィルタにおける
本発明のデバイスの使用によって解決される。本発明の
目的はまた、液晶ディスプレイ(LCD)と結合して、本
発明のデバイスの使用によっても解決される。
グしたポリマーが、偏光を発光する構造の効率を高める
ことが明らかにされた。例えば、0.50cd/A以内
の効率で、約800cd/m2の輝度が得られる。
するデバイスは、よりよいデバイス安定性を示し、操作
信頼性がより高くなる。さらに、本発明のポリマーブレ
ンドを使用することにより、28に至る偏光度が本発明
のデバイスで得られる。さらにまた、本発明のドーピン
グは、ポリフルオレンポリマーの相特性を阻害せず、配
向能力に影響を及ぼさない。
は、以下のように定義される。
を示す物質について記述された定義である。この定義に
従えば、異方性は、一般的に、リジッド−ロッド−タイ
プ(rigid-rod-type)またはディスコチック(discoti
c)な非対称の分子構造についてと同様に記述される。
これらは分子構造の非対称のために、異方性の特性を有
する。
電荷欠損、特に電子欠損)およびイオンの輸送を促進す
ることができるいかなる化学部分のことをいう。この用
語は、例えばプロトネーション(protonatian)、分裂
、 プロテオリシス(proteolysis), 光分解などの方
法によって、上記のような電子輸送部分、ホール輸送部
分又はイオン輸送部分へと変換することができるグルー
プをも含む。
から選ばれる任意の厚さを有する層である。好ましく
は、50〜300nmの範囲から選ばれることが好まし
い。このようなフィルムは、例えば、光―電子デバイス
の発光層に、例えばLEDに使用することができる。
例えば溶液からのキャスティング、スピンコーティン
グ、ドクターブレード法、オフセット印刷、インクジェ
ット印刷等により形成することができる。その配向は、
例えば、好ましくは、液晶相転移温度近くあるいはそれ
以上にまで加熱するアニールによって行うことができ
る。しかし、他の方法、アニールのやり方、および配向
方法も可能である。例えば、溶液の蒸気中へ曝す方法な
どが挙げられる。
る目的で、特定の配向層の上に配することができるし、
また、ストレッチング、ラビングなどの方法により直接
的に配向することもできる。
PVA、ポリ(p−フェニレン ビニレン)、ポリアミ
ド、テフロン(登録商標)(熱ラビング)、およびガラ
スからなる群から選ばれることが好ましいが、これに限
定されるものではない。配向層は、ラビング、偏光の照
射、イオンボンバード法、格子による表面構造誘起など
の方法により、その特性が引き出される。
フィルムは、少なくとも1層以上の他の層と組み合わせ
て使用することができる。例えば、アプリケーションの
要求に応じて(デバイスの正常な機能にとって本質的に
不可欠な他の層の存在に加えて)、他の発光層または他
のいくつかの発光層が挙げられる。
語は、本発明によるフィルム及び/又はデバイスが、液
晶ディスプレイ(LCD)と物理的に近接して及び/又
は機能的に接続している、いかなる配置をも示している
ことを意味する。例えば、液晶ディスプレイのバックラ
イトとして、LEDの使用、好ましくは偏光を発光する
LEDの使用である。
下に挙げる。
dium doped tin oxide) ST1163:N,N'-diphenyl-N,N'-bis(4'-(N,N’-bis
(naphth-l-yl)-amino)-biphenyl-4-yl-benzidine PI:ポリイミド(polyimide) PF26am4:化学式(2)で表される、poly(9,9-b
is(2-ethylhexyl)fluorine-2,7-diyl)end-capped with
4% bis(4-methylphenyl)phenylamine
フェン−ベース染料
明の特徴は、本発明の目的を実現するために、それぞれ
を別個に用いられてもよいし、それらのいくつかを組み
合わせて用いられても構わない。
より、より詳細に明らかにされる。以下に示す例は、本
発明を制限するものではなく、本発明についてより具体
的に説明するものである。
リフルオレンの活性層を備えた、偏光発光構造 構造の形成:100nmのITO電極(Balzers)がパ
ターン形成されたガラス基板を、アセトン、イオン洗剤
水溶液、超純水(水からミリQ単位)およびイソプロパ
ノールを順次、浴として用いて超音波洗浄を行なった。
erck-ZLI 2650 kit solvent)の15g/L濃度溶液を2
300rpmでスピンコートして、N−N‘―ジフェニ
ル―N−N‘―ビス(4’−N,N‘−ビス(ナフチ−
ル−イル)アミノ)ビフェニル−4−イル)(N,N'-diph
enyl-N,N'-bis(4'-(N,N’-bis(naphth-l-yl)-amino)-bi
phenyl-4-yl) (ST1163)の薄膜を形成した。
k-ZLI 2650 kit resin)とST1163の混合物をリキ
コート中の固形分濃度が30g/Lで、1900rpm
で50秒間スピンコーティングすることによって、ホー
ル輸送の配向層を形成した。80℃15分間のソフトベ
ーキングの後、回転式ポンプ真空下、270℃で1時間
焼成してPI前駆体をPIへと転換した。
本のE.H.C社のラビング装置を用いて、一方向にラ
ビングした。回転シリンダーはレーヨン布で覆い、14
00rpmで回転させた。サンプルは2.2mm/秒の
速度で、シリンダーの下を2回通した。基板上へのラビ
ング布の刻印の深さは、おおよそ0.8mmであった。
れぞれ0.1、0.3、0.5および1重量%で混合さ
れたポリフルオレン(PF26am4)の10g/Lの
トルエン溶液を、ラビングされたPI配向層の上にスピ
ンコーティングした。PF混合フィルムの厚さは80n
mであった。
0.1barのAr雰囲気下、120℃で20分間アニー
ルし、その後、およそ5℃/分の速度で、室温まで冷却
することにより、単領域配向させた。
より、LiF(約1nm)を1Å/秒で、Ca(20n
m)を7Å/秒で、Ca保護の100nm厚のAl電極
を5Å/秒の速度で成膜してトップ電極を形成した。2
つの電極間でのオーバーラップは、デバイスエリア中、
5mm2であった。
PI+15%ST1163/PF26am4+x%染料
/LiF/Ca/Al構造を有するLEDを作製した。
方性のチオフェン染料S2_3が異なる濃度で混合され
たPF26am4の活性層を備えた、偏光されたLED
の発光スペクトルを図1に示す。
備えたデバイスからの発光は、450nmに小さなピー
クを有し、0.1から1重量%まで染料の濃度の増加に
伴って大きくなる。最も重要なのは、表1に示すよう
に、450nmにおける偏光度が、純粋なPF26am
4を用いたデバイスの15から、発色団を0.3重量%
で混合させたPF26am4を用いたデバイスの23ま
で増加したことである。
なPF26am4を用いたデバイスの20から、発色団
を0.3重量%で混合させたPF26am4を用いたデ
バイスの28まで増加した。これらは、本発明者らの知
っている限り、エレクトロルミネセンスの偏光度につい
て報告された中では、最も高い値である。
フェン染料S2_3が異なる濃度で混合されたPF26
am4の活性層を備えた、偏光されたLEDについて、
450nmにおける偏光度、全体の偏光度及びデバイス
効率の測定結果を表1に示す。
1%の濃度で混合したものは、配向した純粋なPF26
am4の活性層を用いたものに比べて、比較可能な明る
さにおいて、2倍も高いデバイス効率が得られた。全体
の偏光度は、純粋なPF26am4の20から、0.1
重量%で染料添加した場合の26、そして0.3重量%
で染料添加した場合の28まで増加した。
フェン染料S2_3が異なる濃度で混合されたPF26
am4の活性層を備えた、偏光されたLEDについての
輝度−電圧曲線を図2に示す。また、同じデバイスにつ
いての電流−電圧曲線を図3に示す。
に、混合染料の濃度を増加させると、ごくわずかに減少
する。しかし、染料を0.1重量%濃度で添加したと
き、ある輝度における電流密度は、概して大きく減少す
る。その後、染料濃度が0.3重量%に増加すると、電
流密度はわずかに増加し、染料濃度が1重量%に増加す
ると、図3に示すように、電流密度は大きく減少する。
な結果に結びつく。すなわち、異方性染料が混合された
配向したPF26am4を用いた場合のデバイス効率
(0.5cd/A)は、配向した純粋なPF26am4
を用いた場合のデバイス効率(0.25 cd/A)に
比べて2倍の高い値が得られている。
またはディスコチックな非対称の分子構造を有する少な
くとも1つの発色団と混合された配向した発光性ポリマ
ーブレンドを用いることで、偏光度および効率を向上す
ることができる。
Claims (24)
- 【請求項1】 配向発光性ポリマーが、リジッド−ロッ
ド−タイプまたはディスコチックな非対称の分子構造を
有する少なくとも1つの発色団と混合されていることを
特徴とする配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項2】 上記発色団は、異方性の電子構造を有す
る発光性発色団であることを特徴とする請求項1記載の
配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項3】 上記発色団は、ポリマーマトリクス中に
おいて電子またはホールのトラップとして活性である電
子的特性を有することを特徴とする請求項1または2記
載の配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項4】 上記発色団は、低分子量チオフェン染料
であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに
記載の配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項5】 上記発色団を、0.005重量%〜10
重量%の範囲で含有することを特徴とする請求項1ない
し4のいずれかに記載の配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項6】 上記発色団を、0.1重量%〜1重量%
の範囲で含有することを特徴とする請求項1ないし5の
いずれかに記載の配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項7】 上記配向発光性ポリマーは、液晶の発光
性ポリマーを含有することを特徴とする請求項1ないし
6のいずれかに記載の配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項8】 上記配向発光性ポリマーは、ポリフルオ
レンを含有することを特徴とする請求項1ないし7のい
ずれかに記載の配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項9】 上記ポリフルオレンが、液晶ポリフルオ
レンホモポリマーであることを特徴とする請求項8記載
の配向発光性ポリマーブレンド。 - 【請求項10】 ポリフルオレンは、その端部が、少な
くとも1つの電荷輸送部分で覆われていることを特徴と
する請求項8または9に記載の配向発光性ポリマーブレ
ンド。 - 【請求項11】 上記電荷輸送部分は、電子輸送部分、
ホール輸送部分、およびイオン輸送部分からなる群から
選ばれることを特徴とする請求項10記載の配向発光性
ポリマーブレンド。 - 【請求項12】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の配向発光性ポリマーブレンドから構成されることを特
徴とするフィルム。 - 【請求項13】 配向層上に配されたことを特徴とする
請求項12記載のフィルム。 - 【請求項14】 10nm〜2μmの厚さであることを
特徴とする請求項12または13に記載のフィルム。 - 【請求項15】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の配向発光性ポリマーブレンドを含有し、偏光を発光す
る構造を有することを特徴とするデバイス。 - 【請求項16】 請求項12ないし14のいずれかに
記載のフィルムを含有し、偏光を発光する構造を有する
ことを特徴とするデバイス。 - 【請求項17】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の配向発光性ポリマーブレンドをフィルムに使用するこ
とを特徴とする配向発光性ポリマーブレンドの使用方
法。 - 【請求項18】 請求項12ないし14のいずれかに記
載のフィルムを発光層に用いることを特徴とするフィル
ムの使用方法。 - 【請求項19】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の配向発光性ポリマーブレンドを、偏光を発光する構造
を有するデバイスに使用することを特徴とする配向発光
性ポリマーブレンドの使用方法。 - 【請求項20】 上記偏光を発光する構造を有するデバ
イスは、発光ダイオードまたは偏光発光フィルタである
ことを特徴とする請求項19記載の配向発光性ポリマー
ブレンドの使用方法。 - 【請求項21】 請求項12ないし14のいずれかに記
載のフィルムを、偏光を発光する構造を有するデバイス
に使用することを特徴とするフィルムの使用方法。 - 【請求項22】 上記偏光を発光する構造を有するデバ
イスは、発光ダイオードまたは偏光発光フィルタである
ことを特徴とする請求項21記載のフィルムの使用方
法。 - 【請求項23】 請求項15または16に記載のデバイ
スを、エレクトロルミネセンスアプリケーションまたは
偏光発光フィルターに用いることを特徴とするデバイス
の使用方法。 - 【請求項24】 請求項15または16に記載のデバイ
スを、液晶ディスプレイと組み合わせて用いることを特
徴とするデバイスの使用方法。
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