JP2012531497A - 新しい高分子電解質錯体およびその使用 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
A1およびA2は、同じであってもよいし異なっていてもよく、かつ任意に置換された芳香族であり、
R1は、0〜80個の炭素原子を含有する任意に置換された有機ラジカルまたは−SO2−または−O−であり、
nは、5〜50,000、好ましくは10〜300,000、特に好ましくは20〜20,000の整数である。
Ar1およびAr2同じであってもよいし異なっていてもよく、かつ芳香族を表し、
X1およびX2は、同じであってもよいし異なっていてもよく、各々、スルホン酸、ホスホン酸、カルボン酸、スルホネート、ホスホネートまたはカーボネート基を表し、
aおよびbは、同じであってもよいし異なっていてもよく、かつ各々互いに独立に0〜2の間の整数または非整数を表し、ここで非整数は、上述の酸が各繰り返し単位に現れるわけではなく、対応する割合の繰り返し単位の中でのみ現れるということを意味し、
R2は、R1と同じ意味を有し、
nは、5〜50,000、好ましくは10〜300,000、特に好ましくは20〜20,000の整数である。
a、bおよびR2は、上記の意味を有し、
Mは、金属カチオンまたはH、好ましくはNa、K、LiまたはH、特に好ましくはHである。
a、b、cおよびdは、同じであってもよいし異なっていてもよく、かつ各々0〜1の間の整数または非整数を表し、ここで、非整数は、上述の酸が各繰り返し単位に現れるわけではなく、対応する割合の繰り返し単位の中でのみ現れるということを意味し、
Mは、金属カチオンまたはH、好ましくはNa、K、LiまたはH、特に好ましくはHを表す。
a、b、c、dおよびMは、同様に、一般式(III)について言及された意味を有し、
R3は、アルキリデン基、好ましくはイソプロピリデンを表す。
aおよびbは、同じであってもよいし異なっていてもよく、かつ各々0〜1の間の整数または非整数を表し、ここで、非整数は、上述の酸が各繰り返し単位に現れるわけではなく、対応する割合の繰り返し単位の中でのみ現れるということを意味し、
Mは、金属カチオンまたはH、好ましくはNa、K、LiまたはH、特に好ましくはHを表すか、
または当該官能化ポリスルホンは、一般式(VI)の繰り返し単位を含有し、式中、この繰り返し単位は、同様に、2つのスルホン基によって橋架けされている2個のベンゼン環を含み、式中、各ベンゼン環はスルホン酸基を保有することができ:
R4およびR5は、各々互いに独立にH、任意に置換されたC1〜C18アルキルラジカルまたは任意に置換されたC1〜C18アルコキシラジカルを表し、R4およびR5は一緒に、任意に置換されたC1〜C8アルキレンラジカル(ここで、1以上のC原子は、OもしくはSから選択される1以上の同じもしくは異なるヘテロ原子によって置き換えられてもよく、好ましくはC1〜C8ジオキシアルキレンラジカル)、任意に置換されたC1〜C8オキシチアアルキレンラジカルまたは任意に置換されたC1〜C8ジチアアルキレンラジカル、または任意に置換されたC1〜C8アルキリデンラジカル(ここで、任意に、少なくとも1つのC原子は、OもしくはSから選択されるヘテロ原子によって置き換えられる)を表す。
Aは、任意に置換されたC1〜C5アルキレンラジカル、好ましくは任意に置換されたC2〜C3アルキレンラジカルを表し、
Yは、OまたはSを表し、
R6は、直鎖状もしくは分枝状の、任意に置換されたC1〜C18アルキルラジカル、好ましくは直鎖状もしくは分枝状の、任意に置換されたC1〜C14アルキルラジカル、任意に置換されたC5〜C12シクロアルキルラジカル、任意に置換されたC6〜C14アリールラジカル、任意に置換されたC7〜C18アラルキルラジカル、任意に置換されたC1〜C4ヒドロキシアルキルラジカルまたはヒドロキシルラジカルを表し、
yは、0〜8、好ましくは0、1または2、特に好ましくは0または1の整数を表し、
複数のラジカルR6がAに結合されている場合、これらのラジカルは同じであってもよいし異なっていてもよい。
1.)時間がかかりかつ費用がかかる真空プロセスを用いずに、溶液からポリマー中間体層を簡単に分離できる
2.)ポリマー中間体層は、非常に透明であり、効率的な光のデカップリングが可能になる
3.)ポリマー中間体層は、下に存在する層を滑らかにする。これは、完全に加工されたLEDにおける短絡を少なくし、従って部品の製造におけるより高い歩留まりがもたらされる
4.)透明電極から下の有機層への電荷担体の注入の改善の結果としての、OLEDの改善された電気特性。
3リットルのガラス容器に撹拌機および温度計を取り付けた。1,456gの水、1,073gの、スルホン化ポリスルホンの水溶液(ポリスルホンSLA 3405 − ポリスルホン SLA 340の溶液、フマテック(Fumatech)製、ドイツ、ザンクト・イングベルト(St.Ingbert)、ポリスルホン含有量4.6%、当量重量=340g/mol、Mw=29,000g/mol)、4.97gの、硫酸鉄(III)の10%水溶液ならびに4.12gのエチレンジオキシチオフェン、EDT(Clevios M V2、エイチ・シー・スタルク・クレビオス・ゲーエムベーハー(H.C.Starck Clevios GmbH)、ドイツ)を、ガラス容器の中で、25℃で15分間十分に撹拌した。9.44gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを加え、この混合物を25℃で24時間撹拌した。その後、180mLのアニオン交換体(Lewatit MP 62、ランクセス(Lanxess)、ドイツ、レーバークーゼン(Leverkusen))および300mLのカチオン交換体(Lewatit S100 H、ランクセス(Lanxess)、ドイツ、レーバークーゼン(Leverkusen))を加えた。この混合物を2時間撹拌した。その後、このイオン交換体を、濾紙を通して分離し、分散液を0.2μmフィルターに通した。
固形分含量:1.68%
pH値 2(Knick laboratory pH meter 766)
ナトリウム含有量 170ppm
硫酸塩含有量 6ppm
粘度 2mPas(Haake RV 1、20℃、700s−1)
清浄にしたガラス基板をスピンコーター上に置き、10mLの、実施例1に記載した分散液をこの基板上に広げた。その後、この上澄み分散液をこのプレートを回転させることにより、遠心分離した。この後、このようにしてコーティングした基板を加熱プレート上で、200℃で3分間乾燥した。層の厚さは75nmであった(テンコール(Tencor)、Alphastep 500)。シャドーマスクを介して0.5mmの間隔で長さ2.5cmを有するAg電極を気相堆積して、電気伝導率を測定した。電気比抵抗を得るために、電位計を使用して測定した表面抵抗に層の厚さを乗算した。この層の比抵抗は2.910ohms・cmであった。この層は透明であった。
1.6%含有量を有するPEDOT:PSSA分散液(Clevios(商標) P VP AI4083、エイチ・シー・スタルク・クレビオス・ゲーエムベーハー(H.C.Starck Clevios GmbH)、ドイツ)のpH値を、pH電極(Knick laboratory pH meter 766)を用いて測定した。このpH値は1.5であった。
50gの、実施例1から得た分散液を50℃で16日間保存した。保存後、硫酸塩含有量は7ppmであった。このように、硫酸塩濃度は、実験精度の限界の範囲内で変化しないまま留まった。製造した錯体は、50℃の温度に曝したとき、硫酸塩をまったく失わなかった。
以下の特性を有するPEDOT:PSSA分散液(Clevios(商標) P VP AI4083、エイチ・シー・スタルク・クレビオス・ゲーエムベーハー(H.C.Starck Clevios GmbH))を基準試験のために使用した:
固形分含量 1.6%
硫酸塩含有量 5ppm
pH値 1.5
実施例1から得た本発明に係る分散液を使用して、有機発光ダイオード(OLED)を構築した。手順は、OLEDの製造においては以下のとおりであった。
ITOコーティングしたガラスを50mm×50mmサイズの小片(基板)に切断し、フォトレジストを用いて、各々幅2mmおよび長さ5cmを有する4つの平行線へと構造化した。この後、この基板を超音波浴の中で、0.3% Mucasol溶液の中で清浄にし、蒸留水でリンスし、遠心分離機の中で遠心乾燥した(dry centrifuged)。コーティングの直前に、ITOコーティングした側を、UV/オゾン反応器(PR−100、ユーブイピー社(UVP Inc.)、英国、ケンブリッジ(Cambridge))の中で10分間清浄にした。
約5mLの、実施例1から得た本発明に係る分散液を濾過した(Millipore HV、0.45μm)。清浄にしたITOコーティングした基板をスピンコーターの上に置き、濾過した溶液を、基板のITOコーティングした側の上に広げた。その後、1,400rpmで30秒間の期間にわたってこのプレートを回転させることにより、上澄み溶液を遠心分離した。この後、このようにしてコーティングした基板を加熱プレート上で、200℃で5分間乾燥した。層表面形状測定装置(テンコール(Tencor)、Alphastep 500)を使用して測定したところ、の厚さは50nmであった。
実施例1から得た分散液でコーティングしたITO基板を、気相堆積装置(Univex 350、レイボルド(Leybold))に移した。10−3Paの圧力で、最初にNPB(N,N’−ビス(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン)でできた60nmの正孔輸送層、次いでAlQ3(トリス−(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム)でできた50nmのエミッタ層を、1Å/秒の気相堆積速度で連続的に気相堆積した。
その後、この層系をN2雰囲気および一体化された気相堆積装置を収容するグローブボックスシステム(エドワーズ(Edwards))に移し、金属電極を用いて気化させた。この目的のために、当該基板を、この層系を下向きにしてシャドーマスクの上に置いた。このシャドーマスクは、ITO細片と交差する2mm幅の長方形のスロットを具え、それらと直交して配向させた。0.5nm厚のLiF層およびその後200nm厚のAl層を、p=10−3Paの圧力で2つの気相堆積用皿(boat)から連続的に気相堆積した。気相堆積速度は、LiFについては1Å/s、Alについては10Å/sであった。個々のOLEDの表面積は4.0mm2であった。
この有機LEDの2つの電極を、給電線を介して電源に接続した(接触させた)。正極をITO電極に接続し、負極を金属電極に接続した。電圧に対するOLED電流およびエレクトロルミネセンス強度の依存性(これは、フォトダイオード(EG&G C30809E)を使用して実証される)を記録した。その後、一定電流I=1.92mAをこの構成物に通し、電圧および光強度を時間の関数としてモニターして、実用寿命を測定した。
手順は、2番目の工程において、使用した中間体層が実施例1から得た本発明に係る分散液ではなく、OLED構築において標準として使用されるClevios(商標) P VP AI4083 (エイチ・シー・スタルク・クレビオス・ゲーエムベーハー(H.C.Starck Clevios GmbH))であったという違いはあるが、実施例5にあるとおりである。この目的のために、AI4083を濾過し、1,100rpmで30秒間遠心分離し、その後加熱プレート上で、200℃で5分間乾燥した。層の厚さは50nmであり、比抵抗は1,150ohms・cmであった。
手順は、ポリマー中間体層をすべて一緒に分注し、2番目の工程を省いたという違いはあるが、実施例5および実施例6にあるとおりである。
標準的な材料Clevios(商標) P VP AI4083に勝る、実施例1から得た本発明に係る分散液を含有するOLEDの改良を実証するために、実施例5、実施例6および実施例7の各々からの1つの基板を並行に加工し、すなわち気相堆積層およびカソードを同一の条件下ですべての基板の上に堆積させた。実施例5および実施例6に従って製造したOLEDは、有機発光ダイオードの典型的なダイオード挙動を呈した。他方で、実施例7に従って製造した高次構造(superstructure)は、すべて短絡を呈した。
約6のpH値が設定されるまで、実施例1から得た本発明に係る分散液にアンモニアを、撹拌しながら連続的に加えた。
手順は、実施例9に対応する本発明に係る配合物の中和された形態を2番目の工程で使用したという違いはあるが、実施例5にあるとおりである。この目的のために、実施例9から得た溶液を濾過し、1,500rpmで30秒間遠心分離し、その後加熱プレート上で、200℃で5分間乾燥した。この層の厚さは50nmであった。
比較のために、実施例5にあるようにしてOLEDを加工した。この目的のために、実施例1から得た溶液を濾過し、1,400rpmで30秒間遠心分離し、その後加熱プレート上で、200℃で5分間乾燥した。この層の厚さは50nmであった。
OLEDの実用寿命試験を行い、初期の強度の50%ではなく80%までのルミネセンスの低下の時間点を評価したという1つの違いはあるが、データを実施例8にあるように評価した。
実施例5のポイント2にあるとおり、実施例1から得た本発明に係る分散液の層を、スピンコーターを用いてガラス基板上に堆積し、加熱プレート上で、200℃で5分間乾燥した。その後、層の上に置かれた一滴のトルエンとその層との接触角を測定した(Kruess MicroDrop)。接触角は5.5°であった。
実施例13にあるように、基準物質Clevios(商標) P VP AI4083の層とトルエンとの接触角を測定した:α=4.2°。
実施例13にあるように、欧州特許第1564250号に対応する基準物質、すなわちペルフルオロ化スルホン酸ポリマーおよび導電性ポリマーの混合物の層との接触角を測定した:α=48°。
50.0gのポリエーテルスルホンUltrason E 1010(登録商標)(供給者:ビーエーエスエフ・エスイー(BASF SE))を、500.00gの95%硫酸に加えた。この混合物を、十分に撹拌しながら、120℃に4時間加熱した。この後、この反応混合物を23℃に冷却し、2.5リットルの水の中で冷却しながらこの温度で撹拌し、その後750mLのn−ブタノールを加えた。ブタノール相を毎回200mLの水で2回洗浄し、洗浄水を捨てた。水相を100mLのn−ブタノールで抽出した。この後、合わせたブタノール相を、毎回200mLの水で2回洗浄し、洗浄水を捨てた。ブタノール相を、30% NaOHを用いて約6.5のpH値まで中和した。その後、この水相を濃縮し、固体残渣を1リットルのメタノールと混合した。溶解しなかった硫酸ナトリウムを濾過した。濾液を再度エバポレートし、残渣を700mLの水に溶解した。この溶液を、イオン交換体(Lewatit MP(登録商標) 62およびLewatit(登録商標) Monoplus S 100、供給者:ランクセス社(Lanxess AG))で3回処理して硫酸塩およびナトリウムイオンを除去し、その後乾固するまでエバポレートし、0.5mbar/80℃で後乾燥した。収量:42gのs−PES。0.1N 水酸化ナトリウム溶液を用いた滴定によると、このポリマーの繰り返し単位あたりのスルホン化度=0.90。
2リットルのガラス容器に撹拌機および温度計を取り付けた。1,108gの水、18.97gの、実施例16から得たスルホン化ポリエーテルスルホン、1.92gの硫酸鉄(III)10%水溶液ならびに1.58gのエチレンジオキシチオフェン、EDT(Clevios M V2、エイチ・シー・スタルク・クレビオス・ゲーエムベーハー(H.C.Starck Clevios GmbH)、ドイツ)を、ガラス容器の中で25℃で15分間十分に撹拌した。3.857gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを加え、この混合物を25℃で24時間撹拌した。その後、47gのアニオン交換体(Lewatit MP 62、ランクセス(Lanxess)、ドイツ、レーバークーゼン(Leverkusen))および92gのカチオン交換体(Lewatit S100 H、ランクセス(Lanxess)、ドイツ、レーバークーゼン(Leverkusen))を加えた。この混合物を2時間撹拌した。その後、このイオン交換体を、濾紙を通して分離し、分散液を0.2μmフィルターに通した。
固形分含量:0.96%
粘度 2mPas(Haake RV 1、20℃、700s−1)
清浄にしたガラス基板をスピンコーターの上に置き、10mLの、実施例17に記載した分散液をこの基板上に広げた。その後、この上澄み分散液をこのプレートを回転させることにより、遠心分離した。この後、このようにしてコーティングした基板を加熱プレート上で、200℃で3分間乾燥した。層の厚さは62nmであった(テンコール(Tencor)、Alphastep 500)。シャドーマスクを介して0.5mmの間隔で長さ2.5cmを有するAg電極を気相堆積して、電気伝導率を測定した。電気比抵抗を得るために、電位計を使用して測定した表面抵抗に層の厚さを乗算した。この層の比抵抗は1900ohms・cmであった。この層は透明であった。
Claims (12)
- 少なくとも1つの任意に置換された導電性ポリマーおよび少なくとも1つの官能化ポリスルホンを含む錯体であって、前記ポリスルホンは、その繰り返し単位の中に−SO2基を含有するポリマーであり、かつこのポリマーにおいてこのスルホン基は2つの芳香族基に結合されていることを特徴とする、錯体。
- 前記導電性ポリマーは、一般式(VII)の繰り返し単位
R4およびR5は、各々互いに独立に、H、任意に置換されたC1〜C18アルキルラジカルまたは任意に置換されたC1〜C18アルコキシラジカルを表し、R3およびR4は一緒に、任意に置換されたC1〜C8アルキレンラジカル(ここで1以上のC原子は、OもしくはSから選択される1以上の同じもしくは異なるヘテロ原子によって置き換えられてもよく、好ましくはC1〜C8ジオキシアルキレンラジカル)、任意に置換されたC1〜C8オキシチアアルキレンラジカルまたは任意に置換されたC1〜C8ジチアアルキレンラジカル、または任意に置換されたC1〜C8アルキリデンラジカル(ここで、任意に少なくとも1つのC原子は、OもしくはSから選択されるヘテロ原子によって置き換えられる)を表す、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の錯体。 - 前記ポリチオフェンは、一般式(VII−a)および/または(VII−b)の繰り返し単位
Aは、任意に置換されたC1〜C5アルキレンラジカル、好ましくは任意に置換されたC2〜C3アルキレンラジカルを表し、
Yは、OまたはSを表し、
R6は、直鎖状もしくは分枝状の、任意に置換されたC1〜C18アルキルラジカル、任意に置換されたC5〜C12シクロアルキルラジカル、任意に置換されたC6〜C14アリールラジカル、任意に置換されたC7〜C18アラルキルラジカル、任意に置換されたC1〜C4ヒドロキシアルキルラジカルまたはヒドロキシルラジカルを表し、
yは、0〜8の整数を表し、
複数のラジカルRがAに結合されている場合、前記ラジカルは同じであってもよいし異なっていてもよい、請求項6に記載の錯体。 - 前記ポリチオフェンはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である、請求項7に記載の錯体。
- 前記錯体は1以上の分散剤を含む、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の錯体。
- 前記分散液は1〜8の範囲のpH値を有する、請求項9に記載の錯体。
- 透明な、導電性のコーティングを製造するための、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の錯体の使用。
- 有機発光ダイオードまたは有機太陽電池における正孔注入層または正孔輸送層を製造するための、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の錯体の使用。
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