JP2016503557A - Oledにおける高電気伝導率及び高効率の透明な層、及びそれらの製造プロセス - Google Patents

Oledにおける高電気伝導率及び高効率の透明な層、及びそれらの製造プロセス Download PDF

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Abstract

本発明は、透明電極の製造プロセスであって、I)透明な基板層を供給する工程、II)金属の複数の棒又は少なくとも金属粒子を含む複数の棒を含む格子構造を、前記基板層へ適用する工程、III)a)少なくとも1種のポリチオフェン、b)SO3−M+基を有する少なくとも1種のポリマー、c)SO3−M+基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、及びd)少なくとも1種の分散剤を含み、M+が、H+、Li+、Na+、K+、又はNH4+を表す分散体を、格子構造を備える透明な基板層へ適用する工程、並びにIV)透明電極を得るのに、分散剤を少なくとも部分的に除去する工程を含むプロセスに関する。また、本発明は、このプロセスにより得られる透明電極、透明電極、電子部品、及び分散体に関する。【選択図】図3

Description

本発明は、透明電極の製造プロセス、そのプロセスにより得られる透明電極、透明電極、電子部品、及び分散体に関する。
エレクトロルミネセンス装置(EL装置)は、電圧をかける際に、流れる電流により発光することを特徴とする。そのような装置は、「発光ダイオード」(LED)との名で長い間知られている。その発光は、発光に伴う正電荷(「正孔」)と負電荷(「電子」)との再結合により生じる。当該技術分野で慣用的なLEDは、全て、主として無機の半導体材料から作られる。しかしながら、本質的な成分が有機材料であるEL装置が、数年の間に知られることとなった(OLED=「有機発光ダイオード」)。これらの有機EL装置は、概して、1以上の有機の電荷輸送化合物の層を含む。
EL装置の主な層構造は、例えば、以下のとおりである:
1 担体、基板
2 ベース電極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 エミッタ層
6 電子輸送層
7 電子注入層
8 トップ電極
9 接点
10 被覆材料、カプセル化
この構造は、詳細なケースであり、1つの層がいくつかの役割を引受けることで、個々の層を省略することにより簡略化できる。最も簡略化したケースでは、EL装置は、2つの電極と、その間に、発光の機能を包含する、全ての機能を果たす有機層とを含む。しかしながら、輝度を高めるために、エレクトロルミネセンス構造において、電子注入層及び/又は正孔注入層が特に有利であることが実際に分かっている。
独国特許出願公開第10 2004 010 811号明細書は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)のような導電性である有機重合体の導体と、ポリスチレンスルホン酸(PSS)のようなSO 基を含むポリマーと、例えば、OLEDの正孔注入層として、Nafion(登録商標)のような、SO 基を含む部分的にフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーとの特定の混合物、好ましくは、この先行技術のOLEDSにおいてベース電極として使用される、ITO(酸化インジウムスズ)で被覆されたガラスを採用すること、を開示する。
PEDOT/PSSを含む分散体は、OLEDSにおける正孔注入層の製造のための使用に加えて、OPV素子(「有機光起電力」素子;有機太陽電池)における導電層の製造のためにも、しばしば使用される。このため、例えば、論文「Zur Funktionsweise organischer Solarzellen auf der Basis interpenetrierender Donator/Akzeptor−Netzwerke(2007)by Markus Glatthaar,University of Freiburg」の2.1章に記載されているように、PEDOT/PSS分散体は、例えば、P3HT:PCBM太陽電池の標準工法における、ITOで被覆された基板と半導体層との間の中間層を製造するために、又は逆打ち工法の太陽電池における層を製造するために採用される。本願明細書において、PEDOT/PSS層は、水系又はイソプロパノール系分散体から基板上(標準工法の太陽電池の場合におけるITO、又は逆打ち工法の太陽電池の場合における半導体層、例えばP3HT:PCBM層へ)に引き伸ばされる(例えば、「スピンコーティング」により)。
しかしながら、導電性ポリマー層と対照的に、例えば、柔軟でないから、OLED又はOPV素子の製造の分野において、現在、ITOの使用なしでの製造が試みられている。しかしながら、先行技術から公知のPEDOT/PSSを含む分散体の不利益は、これらの層の電気伝導率が、これらの層が、OLEDにおける正孔注入層、又はP3HT:PCBM太陽電池の標準工法における、ITOが被覆された基板と半導体層との間の中間層としてだけではなく、同時に、基礎となるITO層(ベース電極)の代替として採用されるのに低すぎることである。導電性ポリマーを含む層は、OLED及びOPV素子におけるITO層に代わり得るため、それは高い電気伝導率(又は、低い表面抵抗)だけでなく、高い透過率も有さなければならない。
本発明は、電子部品に関連した、特にOLED及びOPV素子に関連した先行技術から生じる不利益を克服する目的に基づくものである。
特に、本発明は、例えば、OLEDにおける正孔注入層と、同時にITOベース電極の代替として採用できる、透明電極を得ることができる手段によるプロセスを提供する目的に基づくものである。
さらに、本発明は、先行技術から公知のOLED及びOPV素子と比較して、より単純な層状構造により特徴付けられるOLED及びOPV素子のような、電子部品を供給する目的に基づくものである。
また、本発明は、OLED及びOPV素子において、正孔注入層及びベース電極として同時に役立ち、それゆえ、特に、従来のOLEDにおけるITO層/正孔注入層の層順序を入れ替えることができる透明な導電層を付着できる分散体を供給する目的に基づくものである。
これらの目的を達成するために、透明電極を製造するためのプロセスであって、
I)透明な基板層を供給する工程、
II)金属の複数の棒、又は少なくとも金属粒子を含む複数の棒を含む格子構造を、前記基板層へ適用する工程、
III)
a)少なくとも1種のポリチオフェン、
b)SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、
c)SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、及び
d)少なくとも1種の分散剤
を含み、Mが、H、Li、Na、K、又はNH を表す分散体を、前記格子構造を備える前記透明な基板層へ適用する工程、並びに
IV)透明電極を得るのに、前記分散剤を少なくとも部分的に除去する工程
を含むプロセスが役立つ。
本発明に係るプロセスの工程I)において、まず、透明な基板層が供給される。本願明細書において可能性のある透明な基板は、例えば、OLED及びOPV素子のような電子部品に採用できる全ての層である。本願明細書において、ガラス又はプラスチックの透明なフィルムは特に可能性がある。特に、好適な透明なプラスチック類は、例えば、ポリカーボネート、例えばPET及びPEN(ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレン−ナフタレンジカルボン酸塩)のようなポリエステル、コポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン若しくは環状オレフィン共重合体(COC)、水素化されたスチレンポリマー、又は水素化されたスチレン共重合体である。また、好適なポリマー基板は、例えば、ポリエステルフィルム、Sumitomo製PESフィルム、又はBayer AG製ポリカーボネートフィルム(Makrofol(登録商標))のようなフィルムであってもよい。本発明において特に好ましい透明な基板層は、0.1〜500μmの範囲の層厚さ、特に好ましくは、50〜250μmの範囲の層厚さを有する、透明なポリマー層、特に柔軟性のある透明なポリマー層である。
金属の複数の棒、又は少なくとも金属粒子を含む複数の棒を含む格子構造が、基板層に適用される、本発明に係るプロセスの工程II)において、対応するシャドーマスク(異なる金属の層は、任意に、互いの上部に適用できる)を用いる金属の気相堆積により、金属粒子を含むペーストを用いて印刷することにより、又は基板層の全表面にわたって適用した金属層をエッチングすることにより、この適用を実施できる。本願明細書において、可能性のある金属は、線状の、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、又はクロムのような金属製の構造物(いわゆる「バスバー」)の製造のための電子部品に、従来採用されている全ての金属である。金属粒子を含む棒の場合において、これらは、1μm未満の粒径を有する、そのような金属粒子を含むペーストの形態で適用されるのが好ましい。これに関して、導電性の銀粒子又は銅粒子が、非常に、特に好ましい。もし、金属粒子に加えて、特に、溶媒及びバインダーを含み得るペーストが使用されるなら、格子構造は、スクリーン印刷プロセスを経て適用されることがさらに好ましい。本願明細書において、格子構造は隣接する線、隣接する長方形、隣接する蜂の巣状(「ハニカム」構造)、又は任意の他の規則的な構造を有する装置を含み得る。
格子構造の棒の幅は、好ましくは1〜1,000μmの範囲であり、いっそう好ましくは20〜200μmの範囲であり、一方、格子構造の棒の高さは、0.1〜20μmの範囲、いっそう好ましくは0.2〜5μmの範囲であることが本発明においてさらに好ましい。格子構造において、隣接する棒間の距離は、好ましくは0.5〜30mmの範囲、いっそう好ましくは3〜10mmの範囲であることが本発明においてさらに好ましい。また、本発明に係る透明電極において、透明な基板層の表面の0.1〜20%、特に好ましくは0.5〜5%が、格子構造の棒で覆われることが有利であると判明している。棒の電気伝導率は、好ましくは少なくとも1,000S/cmであり、いっそう好ましくは少なくとも50,000S/cmである。
本発明に係るプロセスの工程IIIにおいて、
a)少なくとも1種のポリチオフェン、
b)SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、
c)SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、及び
d)少なくとも1種の分散剤
を含み、Mが、H、Li、Na、K、又はNH を表す分散体が、次いで、格子構造を備える透明な基板層へ適用される。
工程III)で採用される分散体は、成分a)としてポリチオフェンを含み、このポリチオフェンは、一般式(i)若しくは(ii)の繰り返し単位、又は一般式(i)及び(ii)の単位の組合せを有するポリチオフェンであることが好ましく、一般式(ii)の繰り返し単位を有するポリチオフェンであることが特に好ましい。
Figure 2016503557

(Aは、任意に置換されたC〜Cアルキレンラジカルを表し、
Rは、直鎖状若しくは分枝状の、任意に置換されたC〜Q18アルキルラジカル、任意に置換されたC〜C12シクロアルキルラジカル、任意に置換されたC〜C14アリールラジカル、任意に置換されたC〜C18アラルキルラジカル、任意に置換されたC〜Cヒドロキシアルキルラジカル、又はヒドロキシルラジカルを表し、
xは、0〜8の整数を表し、及び
いくつかのラジカルRが、Aと結合する場合において、これらは同一の又は異なるものであってもよい)
一般式(i)及び(ii)は、x個の置換基RをアルキレンラジカルAに結合できると解される。
Aが、任意に置換されたC〜C3アルキレンラジカルを表し、xが、0又は1を表す、一般式(ii)の繰り返し単位を有するポリチオフェンが特に好ましい。
本発明に関して、接頭辞「ポリ」は、ポリマー又はポリチオフェンが、一般式(i)及び(ii)の、複数の同一の又は異なる繰り返し単位を含むことが理解される。一般式(i)及び/又は(ii)の繰り返し単位に加えて、ポリチオフェンは、任意に他の繰り返し単位を含むことができるが、ポリチオフェンの全ての繰り返し単位の、少なくとも50%、特に好ましくは少なくとも75%、最も好ましくは少なくとも95%が、一般式(i)及び/又は(ii)、好ましくは一般式(ii)を有することが好ましい。上述のパーセンテージの数値は、本願明細書では、無関係のモノマーが含まれる導電性ポリマーにおけるモノマー単位の総数において、構造式(i)及び(ii)の単位の数値的な含有量を表すことを意図する。ポリチオフェンは、n回の一般式(i)及び/又は(ii)、好ましくは一般式(ii)の繰り返し単位の総数を含み、nは2〜2,000、好ましくは2〜100の整数である。一般式(i)及び/又は(ii)、好ましくは一般式(ii)の繰り返し単位は、ポリチオフェン内で、いずれの場合も、同一の又は異なるものであってもよい。いずれの場合も同一の、一般式(ii)の繰り返し単位を有するポリチオフェンが好ましい。
本発明に係るプロセスの特定の実施形態によれば、ポリチオフェンa)の全ての繰り返し単位のうち、少なくとも50%、特に好ましくは少なくとも75%、いっそう好ましくは少なくとも95%、最も好ましくは100%が、3,4−エチレンジオキシチオフェン単位である(すなわち、構成成分a)に係る最も好ましい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)。
いずれの場合も、ポリチオフェンは、好ましくは末端基にHを運ぶ。
本発明に関して、C〜CアルキレンラジカルAは、好ましくは、メチレン、エチレン、n−プロピレン、n−ブチレン、又はn−ペンチレンである。C〜C18アルキルラジカルRは、好ましくは、メチル、エチル、n−若しくはiso−プロピル、n−、iso−、sec−、若しくはtert−ブチル、n−ペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、1−エチルプロピル、1,1−ジメチルプロピル、1,2−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ヘキサデシル、又はn−オクタデシルのような、直鎖状若しくは分枝状のC〜C18アルキルラジカルを表し、C〜C12シクロアルキルラジカルRは、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、又はシクロデシルを表し、C〜C14アリールラジカルRは、例えば、フェニル又はナフチルを表し、及びC〜C18アラルキルラジカルRは、例えば、ベンジル、o−、m−、p−トリル、2,3−、2,4−、2,5−、2,6−、3,4−、3,5−キシリル、又はメシチルを表す。前記リストは、例として本発明を説明するのに役立つものであり、これらに限定するものではない。
本発明に関して、多くの有機基、例えばアルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルコキシ、ハロゲン、エーテル、チオエーテル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルホネート、アミノ、アルデヒド、ケト、カルボン酸エステル、カルボン酸、カーボネート、カルボキシレート、シアノ、アルキルシラン、及びアルコキシシラン基、並びにカルボキシアミド基を、ラジカルA及び/又はラジカルRの追加のさらなる置換基として利用できる。
ポリチオフェンa)は、好ましくは陽イオン性であり、ポリチオフェン主鎖の電荷のみに係る「陽イオン性」である。それらの正確な数及び位置は完全に決定できないため、その式において、正電荷を示さない。しかしながら、正電荷の数は、少なくとも1及び最高でnであり、nは、ポリチオフェン内の全ての繰り返し単位(同一の又は異なる)の総数である。
正電荷を補うため、陽イオン性ポリチオフェンは、対イオンとしてアニオンを必要とし、SO 基を有するポリマー(=ポリアニオン)は、ポリチオフェンに対する対イオンとして役割を果たすのが、本発明において望ましい。SO 基を有するポリアニオンb)は、好ましくは、ポリスチレンスルホン酸又はポリビニルスルホン酸のような重合体のスルホン酸である。また、これらのポリスルホン酸は、アクリル酸エステル及びスチレンのような他の重合性単量体との、ビニルカルボン酸及びビニルスルホン酸の共重合体であってもよい。ポリスチレンスルホン酸(PSS)のアニオンは、構成成分b)という意味ではSO 基を有するポリマーとして特に好ましい。SO 基を有するポリマーの分子量は、好ましくは1,000〜2,000,000、特に好ましくは2,000〜500,000である。SO 基を有するポリマー又はそのアルカリ金属塩は、市販されているものでもよく、あるいは既知のプロセスにより調製されてもよい(例えば、Houben Weyl,Methoden der organischen Chemie,vol.E 20 Makromolekulare Stoffe,part 2,(1987),p.1141以下参照のこと)。
ポリチオフェンa)及びSO 基を有するポリマーb)は、工程IIIで採用される分散体において、ポリチオフェン及びポリアニオンのイオン性の錯体の形態で存在するのが本発明において特に好ましく、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)及びポリスチレンスルホン酸のイオン性の錯体(いわゆる、PEDOT/PSS錯体)の形態で存在するのが非常に特に好ましい。そのようなイオン性の錯体は、ポリスチレンスルホン酸の存在下、水溶液で、3,4−エチレンジオキシチオフェンを酸化重合することにより得られる。この詳細は、例えば、Elschnerらの、CRC Press(2011)「PEDOT・Principles and Applications of an Intrinsically Conductive Polymer」の9.1.3章に記載されている。また、このさらなる詳細は、工程IIIで採用される分散体を調製するためのプロセスに関連して、以下に記載される。
ポリチオフェンa)及びSO 基を有するポリマーb)のイオン性の錯体、特に、PEDOT/PSSのイオン性の錯体は、工程IIIで採用される分散体において、好ましくは、粒子の形態で存在する。この粒子は、好ましくは、1〜100nmの範囲、特に好ましくは1〜60nmの範囲、いっそう好ましくは5〜40nmの範囲の直径d50を有する。本願明細書において、直径分布のd50値は、分散体中の全粒子の総重量の50%が、d50値以下の直径を有するその粒子に属し得ることを表している。粒子の直径は、超遠心分離機測定により測定される。その一般的な手順は、「Colloid Polym.Sci.267,1113−1116(1989)」に記載されている。
工程III)において採用される分散体は、構成成分c)として、少なくとも1種のSO 基を有するフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーをさらに含み、構成成分c)としては、ペルフルオロ化スルホン酸とテトラフルオロエチレンとの共重合体が特に好ましい。これに関して、特に好ましい共重合体は、式(II−a)及び(II−b)の繰り返し単位を含むものである。
Figure 2016503557

(Rは、少なくとも1つ、好ましくは1〜30の式(II−c)の繰り返し単位を有するラジカルを表す。
Figure 2016503557

そのようなペルフルオロ化ポリマーは、例えば、商標名Nafion(登録商標)で、又は商標名Liquion(登録商標)として溶解状態で市販されるポリマーである。好適なSO 基を有するフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーは、さらには、商標名fumion(登録商標)805、fumion(登録商標)905、及びfumion(登録商標)1005として分散体の形態で得られる、ドイツ、FuMA−Tech GmbHから得られるポリマーである。
工程III)において採用される分散体は、さらに、少なくとも1種の分散剤を構成成分d)として含み、分散剤としては、水、有機溶媒、又は有機溶媒と水との混合物が好ましい。可能な分散剤は、例えば、以下の溶媒である:メタノール、エタノール、i−プロパノール、及びブタノールのような脂肪族アルコール;アセトン及びメチルエチルケトンのような脂肪族ケトン;酢酸エチル及び酢酸ブチルのような脂肪族カルボン酸エステル;トルエン及びキシレンのような芳香族炭化水素;ヘキサン、ヘプタン、及びシクロヘキサンのような脂肪族炭化水素;塩化メチレン及びジクロロエタンのような塩素化炭化水素;アセトニトリルのような脂肪族ニトリル;ジメチルスルホキシド及びスルホランのような脂肪族スルホキシド及びスルホン;メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミド、及びジメチルホルムアミドのような脂肪族カルボン酸アミド;ジエチルエーテル及びアニソールのような脂肪族及び芳香族脂肪族エーテル。また、水又は水と上述の有機溶媒との混合物を、さらに分散剤として使用できる。好ましい分散剤は、水、又はアルコール、例えばメタノール、エタノール、i−プロパノール、及びブタノールのような他のプロトン性溶媒、並びに水とこれらのアルコールとの混合物である。特に好ましい分散剤は水である。
工程III)において採用される分散体は、少なくとも1種のポリチオフェンa)、SO 基を有する少なくとも1つのポリマーb)、SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーc)、及び少なくとも1種の分散剤d)に加えて、構成成分a)〜d)と異なる構成成分e)として、少なくとも1種の添加剤を含むことができる。可能な添加剤e)は、
−例えば、アルキルベンゼンスルホン酸及び塩、パラフィンスルホン酸塩、アルコールスルホン酸塩、エーテルスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、リン酸エステル、アルキルエーテルカルボン酸、若しくはカルボキシレートのようなアニオン性界面活性剤、例えば、第四アルキルアンモニウム塩のようなカチオン性界面活性剤、例えば、直鎖アルコールエトキシレート、オキソアルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、若しくはアルキルポリグルコシドのような非イオン性の界面活性剤のような、表面活性物質、
−例えば、有機官能性シラン又はその加水分解生成物のような、例えば、3−グリシドオキシプロピルトリアルコキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、若しくはオクチルトリエトキシシラン、のような接着促進剤、又は
−メラミン化合物、マスクされたイソシアネート、官能性シラン−例えば、テトラエトキシシラン、例えば、テトラエトキシシランに基づくアルコキシシラン加水分解生成物、3−グリシドキシプロピルトリアルコキシシランのようなエポキシシラン、エポキシド、若しくはオキセタンのような、架橋剤、
−例えば、ポリアルキレングリコール、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、又はポリビニルアルコールのような、バインダー、
−例えば、ポリアルキレングリコール、特にポリエチレングリコール若しくはポリプロピレングリコール、ポリグリセロール若しくはこれらの混合物、プロピレングリコール及びエチレングリコールのようなポリオール、ジメチルスルホキシドのようなスルホキシド、メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドのようなカルボン酸アミド、N−メチルピロリドン、N−シクロヘキシルピロリドン、イオン液体、ソルビトールのような糖類のような、電気伝導率を高める添加剤であり、
添加剤e)としての架橋剤の使用が特に好ましい。
工程IIIにおいて採用される分散体の好ましい実施形態によれば、いずれの場合も、分散体の総重量に対して、
a)0.01〜1重量%、特に好ましくは0.05〜0.5重量%の、少なくとも1種のポリチオフェン、
b)0.01〜5重量%、特に好ましくは0.1〜3重量%の、SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、
c)0.01〜5重量%、特に好ましくは0.1〜3重量%の、SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、
d)69〜99.97重量%、特に好ましくは83.5〜98.75重量%の、少なくとも1種の分散剤、及び
e)0〜20重量%、特に好ましくは1〜10重量%の、構成成分a)〜d)と異なる少なくとも1種の添加剤
を含む。
工程IIIにおいて採用される分散体が、25℃の温度で、1〜7の範囲、特に好ましくは3〜7の範囲のpHを有することがさらに好ましい。工程III)において採用される分散体の20℃での粘度は、好ましくは1,000mPas未満、好ましくは400mPas未満である。工程III)において採用される分散体は、さらに、EP−A−991 303に記載されるような限度で少量のイオン性の不純物を含むことができる。好ましくは、工程III)において採用される分散体は、1,000ppm未満のイオン性の不純物を含む。
工程III)において採用される分散体の固形分含量は、好ましくは0.1〜10重量%の範囲、特に好ましくは0.5〜7.5重量%の範囲、最も好ましくは1〜5重量%の範囲である。
工程III)において採用される分散体は、好ましくは、最高で100Ω/sq、特に好ましくは最高で50Ω/sq、及び最も好ましくは最高で25Ω/sqのFOM値(FOM=「性能指数」)により特徴づけられ、FOM値は本願明細書に記載される試験方法に従って測定される。
工程III)において採用される分散体は、好ましくは、
工程(α1) 少なくとも1種の分散剤、並びに少なくとも1種のポリチオフェンa)とSO 基を有する少なくとも1種のポリマーb)との錯体を含む分散体を供給する工程(この錯体は、SO 基を有するポリマーb)の存在下で、チオフェン単量体の酸化重合により得られ、コーティングは、少なくとも25S/cm、好ましくは少なくとも50S/cmの電気伝導率を有するこの分散体から調製される);
工程(α2) 工程(α1)において得られた分散体を、SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーc)と混合する工程
を含むプロセスによって調製される。
工程(α1)において、まず、少なくとも1種の分散剤、及び少なくとも1種のポリチオフェンa)とSO 基を有する少なくとも1種のポリマーb)との錯体を含む分散体が供給され、これらの錯体は、SO 基を有するポリマーb)の存在下で、チオフェン単量体の酸化重合により得られる。
チオフェン単量体の重合(構成成分a)に係るポリチオフェンとしてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の場合における3,4−エチレンジオキシチオフェンの重合)は、好適な酸化剤を用いて、好適な溶媒において実施される。好適な酸化剤の例は、鉄(III)塩、特にFeCl、及び芳香族及び脂肪族スルホン酸の鉄(III)塩、H、KCr、K、Na、KMnO、アルカリ金属過ホウ酸塩、及びアルカリ金属又はアンモニウム過硫酸塩、又はこれらの酸化剤の混合物である。さらなる好適な酸化剤は、例えば、Handbook of Conducting Polymers(ed.Skotheim,T.A.),Marcel Dekker:New York,1986,vol.1,46−57に記載されている。特に好ましい酸化剤は、FeCl、Na、及びK、又はこれらの混合物である。重合は、好ましくは、−20〜100℃の反応温度で実施される。20〜100℃の反応温度が特に好ましい。重合は、好ましくは、不活性ガスの雰囲気で実施され、反応は、特に好ましくは、減圧下(真空)で実施される。必要に応じて、その際、反応溶液は少なくとも1つのイオン交換体により処理される。
上述の反応の好適な溶媒は、例えば極性溶媒、例えば、水、メタノール、エタノール、2−プロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、ジアセトンアルコール、エチレングリコール、グリセロール、又はこれらの混合物のようなアルコールである。アセトン及びメチルエチルケトンのような脂肪族ケトン、アセトニトリルのような脂肪族ニトリル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、及び1−メチル−2−ピロリドン(NMP)のような脂肪族及び環状アミド、テトラヒドロフラン(THF)のようなエーテル、並びにジメチルスルホキシド(DMSO)のようなスルホキシド、又はこれらの混合物と互いに用いたものが、又は上述の溶媒とともに用いたものが、同様に好適である。
不活性ガスを用いて反応媒体が不活性にされている場合、酸化剤のみが溶媒に溶解又は分散されたチオフェン単量体に加えられるのが本発明において特に好ましい。少なくとも5分間、好ましくは少なくとも20分間、不活性ガスを反応媒体に吹き込んだ場合、本発明に関しては、反応媒体は、ここで不活性にされたものとみなされる。例えば、アルゴン、ヘリウム、又は窒素は、不活性ガスとして好適である。また、反応容器の内圧が、少なくとも一度は低下され、次いで、その内圧が、不活性ガスの添加により高められている場合も、反応媒体は、不活性にされたものとみなされる。本発明において、重合が、独国特許出願公開第10 2007 041 722号明細書に記載されているように、大気圧より低い圧力下で実施されることがさらに好ましい。上記プロセスの実施により、特に高い電気伝導率により特徴付けられる、少なくとも1種のポリチオフェンa)とSO 基を有する少なくとも1種のポリマーb)との錯体を含む分散体を調製できる。
工程(α1)における、構成成分a)及びb)を含む分散体の調製の後、この分散体は、工程(α2)において、SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーc)と混合され、この混合は、例えば、高圧均質化により実施することができ、また、それは、任意に数回実施されてもよい。好ましくは、本願明細書において、SO 基を有するフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーc)は、分散体の形態、例えば、先行技術から公知のDuPont de Nemours GmbH製Nafion(登録商標)分散体、又はFuMa−Tech GmbH製fumion(登録商標)分散体の形態で、工程(α1)において得られた分散体と混合される。このように、SO 基を含むポリマーb)(且つ、フッ素化又はペルフルオロ化されていない)は、(ポリチオフェンa)との)錯体として少なくとも部分的に結合した分散体で存在し、SO 基を有するフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーc)は、ほとんど完全に錯体として結合されていない遊離状態の分散体で存在する分散体が得られる。また必要に応じて、SO 基を含むポリマーb)(且つ、フッ素化又はペルフルオロ化されていない)のいくらかを、工程(α1)において得られた分散体の重合反応が完了した後でのみ加えることができ、そのため、その工程のこの実施形態において、SO 基を有するポリマーb)のいくらかが錯体として結合された分散体で存在し、ある部分(すなわち、重合反応が完了した後でのみ加えられた部分)が錯体として結合されていない分散体で存在する。
また必要に応じて、さらなる工程(α3)において、このようにして得られる分散体におけるpHが、好適な塩基、例えば、アルカリ金属水酸化物溶液又は水酸化アンモニウム溶液の添加により、1〜7の範囲、好ましくは5〜7の範囲に調整されてもよい。
工程III)における分散体の、格子構造を備える透明な基板層への適用は、例えば、公知のプロセス、例えば、スピンコーティング、含浸、鋳込、滴下、噴霧、ミスティング(misting)、ナイフコーティング、ブラッシング、又は印刷、例えばインクジェット、スクリーン、グラビア、オフセット、若しくはタンポン印刷により、0.5μm〜250μmの乾燥前膜厚、好ましくは2μm〜50μmの乾燥前膜厚で、実施される。本発明に係るプロセスの1つの可能な実施形態によれば、分散体は、工程IV)における分散剤の少なくとも部分的な除去の後、導電性ポリマー層が得られ、その厚さが少なくとも棒の高さに相当するような乾燥前膜厚で適用される。また、工程IV)における分散剤の少なくとも部分的な除去後、棒の高さよりも高い厚さであり、従って透明な基板層の表面を完全に覆う導電性ポリマー層が得られるような、乾燥前膜厚で分散体を適用することが考えられる。ポリマー層の必要な厚さを達成するため、分散体を連続して数回適用することもでき、いずれの場合もその後乾燥工程を行う。
次いで、本発明に係るプロセスの工程IV)において、分散剤は、透明電極を得るために、少なくとも部分的に除去される。分散剤の少なくとも部分的な除去は、本願明細書において、好ましくは、20℃〜200℃の範囲の温度で乾燥することによって実施され、乾燥工程の前、例えば、スピニングオフ(spinning off)により、基板から分散体の上清を少なくとも部分的に除去することが有利であり得る。
また、上述の目的を達成するために、上記のプロセスにより得られた透明電極が役立つ。
また、上述の目的を達成するために、
−透明な基板層、
−透明な基板層に適用され、その基板層に金属の複数の棒、又は少なくとも金属粒子を含む複数の棒を含む格子構造
を含み、
格子構造の棒の間の空間が、
a)少なくとも1種のポリチオフェン、
b)SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、及び
c)SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー
を少なくとも含み、Mが、H、Li、Na、K、又はNH を表す導電性ポリマー層で満たされる、透明電極が役立ち、
この透明電極は、例えば、透明電極を製造するための本発明に係るプロセスによって得られる。本発明に係るプロセスに関連した、好ましい基板、格子構造、及びポリマーとして、すでに記載されている、これらの基板、格子構造、又はポリマーは、透明な基板層として、金属の複数の棒、又は少なくとも金属粒子を含む複数の棒を含む格子構造として、ポリチオフェンa)として、SO 基を有するポリマーb)として、及びSO 基を有するフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーc)として好ましい。本発明に係る透明電極における導電性ポリマー層の厚さは、50nm〜2μmの範囲が好ましく、200nm〜1μmの範囲が特に好ましい。
上述の目的を達成するために、本発明に係るプロセスにより得られる透明電極又は本発明に係る透明電極を含む電子部品が役立つ。電子部品は、好ましくはOLED及びOPV素子である。
任意に少なくとも1つが本発明に係るプロセスにより得られる透明電極、又は本発明に係る透明電極に相当する、少なくとも2つの電極と、2つの電極間に少なくとも1つのエミッタ層とを含むOLEDが好ましい。本発明に係る好ましいOLEDは、以下の層から形成される:本発明に係るプロセスにより得られる透明電極又は本発明に係る透明電極/必要に応じて正孔輸送層/エミッタ層/必要に応じて電子注入層/カソード。
可能な正孔輸送層は、例えば、ポリビニルカルバゾール又はその誘導体、ポリシラン又はその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリルアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン又はその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリアリルアミン又はその誘導体、ポリピロール又はその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)又はその誘導体、並びにポリ(2,5−チエニレンビニレン)又はその誘導体を含む層である。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)が、正孔輸送層として特に好ましい。
エミッタ層の好適な材料は、ポリフェニレンビニレン及び/又はポリフルオレン類、例えば、国際公開第90/13148号に記載されるポリパラフェニレンビニレン誘導体及びポリフルオレン誘導体のような、共役ポリマーであり、又は例えば、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq)のようなアルミニウム錯体、蛍光染料、例えばキナクリドン類、又は例えば、Ir(ppy)のようなリン光を発するエミッタのような、技術的な範囲(technical circles)において「小分子」とも呼ばれる、低分子量エミッタに分類されるエミッタである。エミッタ層のさらに好適な材料は、例えば、独国特許出願公開第196 27 071号明細書に記載されている。トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq)が、エミッタ層として、本発明において特に好ましい。
個々のCa層、又はCa層及び1.5〜3.0eVの仕事関数(exit work)を有するCaを除く周期表のIA族及びIIA族の金属と、その酸化物、ハロゲン化物、及び炭酸塩とから選ばれる1種以上の材料から構成される別の層のスタック構造は、電子注入層に好ましい。1.5〜3.0eVの仕事関数を有する、周期表のIA族の金属と、その酸化物、ハロゲン化物及び炭酸塩との例は、リチウム、フッ化リチウム、酸化ナトリウム、酸化リチウム、及び炭酸リチウムである。1.5〜3.0eVの仕事関数を有するCaを除く周期表のIIA族の金属と、その酸化物、ハロゲン化物、及び炭酸塩との例は、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、及び炭酸マグネシウムである。
カソード層に好適な材料は、特に、比較的低い仕事関数(好ましくは4.0eV未満)を有する、透明な又は半透明の材料である。そのような材料の例は、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、Be、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、バナジウム(V)、Zn、イットリウム(Y)、インジウム(In)、セリウム(Ce)、サマリウム(Sm)、Eu、Tb、及びイッテルビウム(Yb)のような金属;これらの金属の2種以上含む合金;これらの金属の1種以上と、Au、Ag、Pt、Cu、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、及びスズ(Sn)から選ばれる1種以上の金属とを含む合金;グラファイト又はグラファイトインターカレーション化合物;並びに例えば、ITO及び酸化スズのような金属酸化物である。カソード層としてアルミニウムを使用するのが特に好ましい。
さらなる層、特に正孔輸送層、エミッタ層、電子注入層、及びカソード層の適用を、当業者に公知の方法で、好ましくは、例えば国際公開第2009/0170244号に記載されるような気相堆積により、実施することができる。
上述の層に加えて、本発明に係るOLEDは、さらなる機能層を含むことができる。1つの層は、いくつかの仕事を引受けることができる。このため、例えば、本発明に係るプロセスにより得られる透明電極、又は本発明に係る透明電極は、上記の従来のOLEDにおいて、ITO層と、正孔注入層との機能を引受ける。さらに、例えば、上述のエミッタ材料を、本発明に係るプロセスにより得られる透明電極、又は本発明に係る透明電極と、エミッタ層との間の正孔輸送中間層と組み合わせて採用できる(例えば、米国特許公報第4,539,507号及び米国特許公報第5,150,006号を参照のこと)。
上記のOLEDの製造の詳細に関しては、独国特許出願公開第10 2004 010 811号における記載が参照される。
本発明に係るプロセスにより得られる透明電極又は本発明に係る透明電極の、特に高い電気伝導率及び高い透過率により、本発明に係るOLEDの特に好ましい実施形態(本発明に係るOPV素子のものも)によれば、これらの電子部品がITO層を含まないため、ITO層は使用されなくてもよい。
また、上述の目的を達成するために、
a)少なくとも1種のポリチオフェン、
b)SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、
c)SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、及び
d)少なくとも1種の分散剤
を含み、Mが、H、Li、Na、K、又はNH を表す分散体が役立ち、その分散体は、最高で100Ω/sq、特に好ましくは最高で50Ω/sq、及び最も好ましくは最高で25Ω/sqのFOM値(FOM=「性能指数」)により特徴づけられる。本発明に係る分散体の好ましい実施形態に関しては、本発明に係るプロセスの工程IIIで採用される分散体に関する詳細な記述が参照される。
また、上述の目的を達成するために、少なくとも本発明に係るOLEDを封入する透明容器を含む、照明手段(lighting means)が役立つ。本願明細書におけるその使用について、透明容器は、透明容器に封入されたOLEDが放射する電磁放射線に関して、少なくとも0.5、好ましくは少なくとも0.6、より好ましくは少なくとも0.7、さらにより好ましくは少なくとも0.8、さらにより好ましくは少なくとも0.9、さらにより好ましくは少なくとも0.95の透過率を有する容器である。その透過率は、容器の内壁での、容器に封入されたOLEDにより放射された電磁放射線の強度の、容器内のOLEDにより、容器の外部に放出された電磁放射線の強度に対する比として定義されてもよい。
本発明に係る照明手段の好ましい実施形態において、透明容器は不活性ガスを封入する。本願明細書におけるその使用について、不活性ガスは、ガスのOLEDとの化学反応により、少なくとも2週間の期間にわたって、最高10%、好ましくは最高5%、より好ましくは最高1%、さらにより好ましくは最高0.1%まで、ガスと化学的な接触状態にあるOLEDの光束密度を低減するガスである。その不活性ガスは、好ましくは、N、He、Ne、Ar、Kr、Xe、CO、又はこれらの少なくとも2種の組合せの群から選ばれる少なくとも1種のガスである。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、透明容器は真空である。本願明細書におけるその使用について、もし、容器内の気体圧力が、容器外部の気体圧力の最高50%、好ましくは最高25%、より好ましくは最高5%、さらにより好ましくは最高1%に相当するなら、容器は真空である。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、透明容器は密閉されている。本願明細書におけるその使用について、もし、透明容器内への水蒸気の透過が10−6g/(m*d)未満、特に好ましくは10−8g/(m*d)未満であるなら(mが容器の全ての外部表面を考慮する)、容器は密閉されている。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、透明容器は、ガラス、プラスチック、又は当業者が好適と考える透明な材料から構成される。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、本発明に係るOLEDは、透明容器内に収めるために巻けるほど柔軟である。このため、透明な基板は、好ましくはフィルムであり、より好ましくはプラスチックのフィルムである。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、可能な限り多くの照明手段を1つの領域に使用できるように、透明容器、ゆえに照明手段は、可能な限り小さい寸法である。従って、照明手段が占める領域当たりの総光束密度を高めることができる。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、いくつかのOLEDは、照明手段の可能な限り高い光束密度を達成するために、透明容器に封入される。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、照明手段は、特定の立体角要素において光束密度を高める装置で使用される。このような装置は、透明容器の内壁に反射層を含むことができる。金属層は、反射層として特に好適である。また、光学系は屈折光学系であってもよい。好ましい屈折光学系はレンズである。
本発明に係る照明手段のさらに好ましい実施形態において、照明手段は、OLEDより放射された電磁放射線の電磁スペクトルを処理する装置で使用される。OLEDにより放射された電磁放射線の電磁スペクトルの処理は、波長域の選択的な吸収、波長域の放射方向の変更、又は電磁スペクトルの波長領域におけるシフトであってもよい。本願明細書において、装置は、好ましくは、吸収マスク、光学プリズム、レンズ、光導体、蛍光物質、又はこれらの組合せの群からの少なくとも1種の要素を含む。
また、上述の目的を達成するために、照明手段の製造プロセスが役立ち、その製造プロセスは、本発明に係るOLEDを供給する工程、及び透明容器へ本発明に係るOLEDを導入する工程を、少なくとも含む。
ここで、本発明を、試験方法、及び限定を意図しない図及び実施例を用いて、より詳細に説明する。
図1は、本発明に係るプロセスにより得られる透明電極又は本発明の透明電極の第一の実施形態を断面で示す。 図2は、本発明に係るプロセスにより得られる透明電極又は本発明の透明電極第二の実施形態を断面で示す。 図3は、ベース電極として図2の透明電極を含む、本発明に係るOLED構造8を断面で示す。 図4に示される照明手段は、図3におけるOLED構造8を含み、OLED構造8は封入されている。
図1は、本発明に係るプロセスにより得られる透明電極又は本発明の透明電極の第一の実施形態を断面で示す。これは、透明な基板層1、その上に適用される金属の又は少なくとも金属粒子を含む棒2を含む。隣接する棒2の間の空間は、少なくとも1種のポリチオフェン、SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、及びSO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーを含む層3で満たされている。この第一の実施形態において、層3の厚さは、およそ、棒2の高さに相当する。
図2は、本発明に係るプロセスにより得られる透明電極又は本発明の透明電極の第二の実施形態を断面で示す。図1における第一の実施形態とは対照的に、層3が透明な基板層1の表面を完全に覆うため、ここでは、層3の厚さが棒2の高さよりも高い。
図3は、ベース電極として図2の透明電極を含む、本発明に係るOLED構造8を断面で示す。例えば、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)の層であり得る、正孔輸送層4がこのベース電極に適用され、それに続いて、例えば、Alq(トリス−(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム)の層であり得るエミッタ層5が適用される。エミッタ層5には、電子注入層6(例えばLiF層)が続き得る。カソード層7(例えばアルミニウム)が外側に適用される。
図4に示される照明手段は、図3におけるOLED構造8を含み、OLED構造8はカプセル化されている。OLED構造8は、底板を有する透明なガラスシリンダ(glass cylinder)9にある。底板を有するガラスシリンダ9は、40mmの直径を有し、上部が開口している。底板を有するガラスシリンダ9の上部の開口は、45mmの直径及び1mmの厚さを有する透明な円形ガラス板10により閉じられ、2成分エポキシ接着剤(タイプ:UHU−Plus 300)で密封される。このようにして閉じられた底板を有するガラスシリンダ9は、不活性ガス11を含有する。底板を有するガラスシリンダ9に面するガラス板10の一方の面において、底板を有するガラスシリンダ9の内部空間を、電気的に導通して、底板を有するガラスシリンダ9の外部空間に接続するように、他方の面から電気絶縁した2つの電極12が蒸着される。電極12は、200nmの厚さのAg層を含む。電極12は、電気絶縁された銅線13にそれぞれ接続される。銅線13と電極12との間の電気的接続は、いずれの場合も、一滴の導電性のエポキシ接着剤14(タイプ:CW2400、ITW Chemtronics)により取り付けられる。図3におけるOLED構造8は、透明な基板層1、OLED層15、金属の又は少なくとも金属粒子含む棒2、及び導電性のクロスバー16を含み、導電性のクロスバー16は互いに、垂直及び中心で横断方向に全ての金属の又は少なくとも金属粒子含む棒2を接続する。本願明細書において、OLED構造8は、巻かれた状態で、底板を有するガラスシリンダ9内に封入できるほど柔軟である。OLED層15は、透明な基板層1の40mm×40mmの領域に適用され、図3における、構成成分a)、b)、及びc)を含む層3、正孔輸送層4、エミッタ層5、電子注入層6、及びカソード層7を含む。2本の銅線13の一方は、電気的に導通して、図3におけるカソード層7に接続される。もう一方の銅線13は、導電性のクロスバー16に電気的に接続される。OLED構造8が、底板を有するガラスシリンダ9内へ完全に収まり、基板層1が、底板を有するガラスシリンダ9の壁面に外向きであり、OLED層15が、底板を有するガラスシリンダ9の長手方向の軸へ内向きであるように、OLED構造8は、底板を有するガラスシリンダ9の長手方向の軸に平行に巻かれている。底板を有するガラスシリンダ9の底には、2つのDryFlexドライヤー17(タイプ:DFX/SS−30−A/F/10X18X0.14、SAES Getters GmbH)がある。
[試験方法]
(FOM値の測定)
透明な、導電性ポリマー層の表面抵抗及び光吸収の特性解析のために、ラッカー旋廻塗布装置を用いて、ポリマー溶液を25mm×25mmの大きさのガラス基板上に配し、次いでホットプレート上で乾燥した。
層の吸収を2チャネル分光計(PerkinElmer Lambda 900)を用いて記録した。その分光計は球形光束計(photometer sphere)を備える。測定ビームが、8度の角度で基板を中心で通過するように、測定用の被覆された基板をこれに固定した。こうして、測定ビームの透過された光の強度と、反射された光の強度とを一緒に記録した。層を通して測定された強度と層を通さず測定された強度との差は、A=1−(T+R)に対応する、吸収に相当する。強度スペクトルを320nm〜780nmの範囲で記録した。ASTM E308に従って、ライトタイプ(light type)D65、及び10度の観察角度(observer)に対する標準的なスペクトル値(spectral value)Yを、強度スペクトルから算出した。
層の表面抵抗を、平行に配置した2つの銀電極を、シャドーマスクを用いて層に最初に蒸着することにより測定した。その電極は、20mmの長さを有し、10mm離されている。電極間の領域を、電極の縁に平行に、層を掻き取ることにより、電気絶縁した。2つのAg電極間の抵抗を、オーム計を用いて測定した。この際、表面抵抗(SR)は、測定した抵抗値の2倍の値に相当する。
被覆された基板の標準的な明度Yから、被覆されていない基板のYを、表面抵抗SRから、「性能指数」の値(FOM値、[Ω/sq]の単位で記載される)を以下のとおり算出した。
FOM=ln(Y/Y)×SR
この値は、層の電気伝導率で割って、可視スペクトル領域を超えて平均化された吸光率に相当する(R.G.Gordon,MRS Bulletin/2000年8月、52頁を参照のこと)。
(粘度測定)
粘度を、クリオスタットを接続したHaake RV 1レオメータを用いて測定した。このため、双方Haake製の、ダブルギャップ(double gap)を有するDG 43計量カップ、及びDG 43ローターを使用した。12gの水溶液を計量カップに秤量した。クリオスタットを用いて、温度を20℃に調整した。分散体の温度制御のために、まず、温度制御を、50s−1のせん断速度で240秒間実施した。次いで、せん断速度を100s−1に高めた。その系を、30秒間このせん断速度のままにしておいた。次いで、30回の粘度測定を、さらに30秒間にわたって100s−1のせん断速度で実施した(1回の測定値/秒)。これらの30回の測定値の平均値が分散体の粘度の値である。
実施例は、Heraeus Precious Metals GmbH & Co KG製の市販のPEDOT/PSS分散体に一部基づく。これらは公表され、市場で自由に入手できるため、PEDOT/PSS分散体の調製のための合成手順を省略する。
[比較例1:高導電性のPEDOT/PSSの組成物の調製]
84.2gのClevios PH 510(PEDOT/PSS(水中)、2.2%強度、Heraeus Precious Metals、ドイツ)と45.4gのポリスチレンスルホン酸(PSS、5.99%強度、Mw=350,000g/mol;Agfa Gevaert、ベルギー)とを混合した。次いで、その混合物を、5回、600barの条件下で均質化した。また、5gのDMSO(Sigma−Aldrich Chemie GmbH、ドイツ)を、いずれの場合も95gのこの混合物に添加し、その混合物を15分間撹拌した。
(分析)
固形分含量:3.4%
粘度:50mPas[100s−1;20℃]
電気伝導率:93S/cm
FOM値:24.4Ω/sq
[実施例1:高導電性のPEDOT/PSS及びペルフルオロ化された重合体のスルホン酸の組成物の調製(本発明に係る)]
315gのClevios PH 510(PEDOT/PSS(水中);1.95%強度;Heraeus Precious Metals、ドイツ)を、179gのfumion(登録商標)FLA−805(スルホン化されたフッ素系ポリマー;4.91%強度(水中)、FuMA−Tech GmbH、ドイツ)と混合した。次いで、混合物を、5回、600barの条件下で均質化した。また、5gのDMSO(Sigma−Aldrich Chemie GmbH、ドイツ)を、いずれの場合も95gのこの混合物に添加し、その混合物を15分間撹拌した。
(分析)
固形分含量:2.69%
粘度:7mPas[100s−1;20℃]
電気伝導率:220S/cm
FOM値:14.5Ω/sq
[実施例2:高導電性のPEDOT/PSS及びペルフルオロ化された重合体のスルホン酸の組成物の調製(本発明に係る)]
315gのClevios PH 510(PEDOT/PSS(水中);1.95%強度;Heraeus Precious Metals、ドイツ)を、102gのポリスチレンスルホン酸(5.99%強度、Mw=350,000g/mol;Agfa−Gevaert、ベルギー)及び53.7gのfumion(登録商標)FLA−805(スルホン化されたフッ素系ポリマー;4.91%強度(水中);FuMA−Tech GmbH、ドイツ)と混合した。次いで、その混合物を、5回、600barの条件下で均質化した。また、5gのDMSO(Sigma−Aldrich Chemie GmbH、ドイツ)を、いずれの場合も95gのこの混合物に添加し、その混合物を15分間撹拌した。
(分析)
固形分含量:2.89%
粘度:16mPas[100s−1;20℃]
電気伝導率:156S/cm
FOM値:20.2Ω/sq
[実施例3:高導電性のPEDOT/PSS及びペルフルオロ化された重合体のスルホン酸の組成物の調製(本発明に係る)]
314gのClevios PH 510(PEDOT/PSS(水中);1.95%強度;Heraeus Precious Metals、ドイツ)を179gのfumion(登録商標)FLA−805(FuMA−Tech GmbH、ドイツ)と混合した。次いで、その混合物を、5回、600barの条件下で均質化した。また、5gのDMSO(Sigma−Aldrich Chemie GmbH、ドイツ)を、いずれの場合も95gのこの混合物に添加し、その混合物を15分間撹拌した。次いで、その混合物を25%強度の水酸化アンモニウム溶液(Sigma−Aldrich Chemie GmbH,D−89555 Steinheim)でpH6に調整した。
(分析)
固形分含量:2.4%
粘度:6mPas[100s−1;20℃]
電気伝導率:121S/cm
FOM値:28.3Ω/sq
[実施例4:高導電性のPEDOT/PSS及びペルフルオロ化された重合体のスルホン酸の組成物の調製(本発明に係る)]
314gのClevios PH 510(PEDOT/PSS(水中);1.95%強度;Heraeus Precious Metals、ドイツ)を、179gのfumion(登録商標)FLA−805(FuMA−Tech GmbH、ドイツ)と混合した。次いで、その混合物を、5回、600barの条件下で均質化した。また、5gのDMSO(Sigma−Aldrich Chemie GmbH、ドイツ)を、いずれの場合も95gのこの混合物に添加し、その混合物を15分間撹拌した。次いで、その混合物を、25%強度の水酸化アンモニウム溶液(Sigma−Aldrich Chemie GmbH、D−89555 Steinheim)でpH6に調整した。0.1gのSilquest(登録商標)Wetlink 78(Momentive、ドイツ)を、架橋剤として、いずれの場合も100gの分散体にさらに添加した。
(分析)
固形分含量:2.4%
粘度:6mPas[100s−1;20℃]
電気伝導率:213S/cm
FOM値:17.4Ω/sq
[比較例1及び実施例1〜4における調製された混合物の成分及びpH値]
Figure 2016503557
[実施例5:ITO層を有さないOLEDの製造]
(本発明に係る分散体を含むITOフリーOLEDの構造及び特性解析)
金属の棒の連続構造を、50mm×50mmの大きさのガラス基板に、シャドーマスクを用いて蒸着した。この構造は、3.5mmの間隔で互いに平行に配置した、幅1mm及び長さ45mmの10本の線を含む。互いに全ての横断方向の線を接続する、3mmの太線は、中央で垂直にそれらと交わる。10nmのクロム、200nmの銀、及び10nmのクロムの順に層を形成する金属の棒を、蒸着ユニット(Leybold、Univex 350)において蒸着した。
実施例4で得られた本発明に係る分散体を、金属の棒が蒸着した基板上に適用した。この分散体を、ラッカー旋廻塗布装置(Carl Siiss、RC8)を用いて配置した。このため、基板をその溶液で完全に濡らし、蓋を開けた状態で、その溶液を、30秒間、200rpm/sの加速度で500rpmの回転で除去した。次いで、層を、ホットプレートにおいて130℃で15分間乾燥した。触針式表面形状測定装置(Dektak 150、Veeco)で測定した、金属の棒間の層の厚さは200nmであった。
次の工程において、基板を蒸着ユニット(Univex 350、Leybold)内に再び移した。10−3Paの圧力下で、2つの別々の気化装置から連続的に2つの有機分子層:まず、60nmの厚さで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)の正孔輸送層、次いで、50nmの厚さでAlq(トリス−(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム)のエミッタ層を蒸着した。蒸着速度は、いずれの場合も1Å/秒であった。
次いで、層系を、N雰囲気で満たされたグローブボックス内にある蒸着ユニット(Edwards)に移し、個々のカソードにより蒸着する。このため、いずれも直径2.0mmの8つの穿孔を有するシャドーマスクを使用した。その穴が、平行な金属の棒の間で、これらに接触しないように、穿孔されたマスクを配置した。0.5nmの厚さのLiF層、次いで200nmの厚さのAl層を、p=10−3Paの圧力下で、2つの蒸着ボート(vapour deposition boats)から連続的に蒸着した。蒸着速度は、LiFについては1Å/sであり、Alについては10Å/sであった。個々のOLEDの領域は、3.14mmであった。
OLED試験構造は、N雰囲気で満たされたグローブボックス内に残し、そこで特徴づけた。このため、中心の金属の棒を正極に接続し、蒸着された金属接点をバネ式の(sprung)金線を経て電流/電圧源の負極に接続する。ここで、OLEDは、エレクトロルミネセンス(EL)の記録のために、Siフォトダイオードの上にある。−8V〜+8Vの範囲で段階的に電圧を上昇することで、EL強度の同時検出により、電流/電圧特性線を記録した。次いで、一定の1.507mAの定電流がOLEDを流れる中で、動作寿命測定を実施し、印加される電圧の増加とEL強度の低下とを同時に記録した。
[比較例2]
本発明に係る分散体の代わりに、比較例1の分散体を使用することを除いて、実施例5と同様の手順であり、まず、分散体を、25%強度の水酸化アンモニウム溶液(Sigma−Aldrich Chemie GmbH、D−89555 Steinheim)でpH6に調整し、さらに、0.1gのSilquest(登録商標)Wetlink 78(Momentive、ドイツ)を、架橋剤として、100gのこの分散体に添加した。実施例5と同様に、1,600rpmの回転速度以外は同一の条件で溶液を回転除去し、次いで乾燥することにより、200nmの厚さの層を基板に配置した。
[OLED構造ITO/HIL(実施例5、比較例2)//NPB//Alq//LiF//Alについての特性線及び動作寿命]
Figure 2016503557
本発明に係る分散体が、ITOに代わる、透明な導電性電極として好適であることと、また、フッ素系ポリマーの添加が、ITO層が存在しないOLEDの特性において、かなりの改良に導くこととを示した。こうして、U=5VでのEL強度は2倍よりも高く、動作寿命も同様にかなり改良された。
[実施例6:ITOフリーであって、金属のバスバー及び本発明に係る物質のコーティングを有するPETフィルムのOLED照明手段の製造、及びその後の本装置のカプセル化]
手順は、実施例5と同様であり、以下の違いを有する:1)ガラス基板の代わりに基板として機能する、大きさ50×50mmのPETフィルム(Melinex 505、DuPont Teijin、厚さ175μm)。2)異なるシャドーマスクをカソード蒸着に使用した。シャドーマスクは、完全に基板を覆い、中央に40×40mmの方形の開口を有する。厚さ0.5nmのLiF層、次いで厚さ200nmのAl層を、p=10−3Paの圧力下で連続的に蒸着する、カソードの蒸着工程後、OLED照明を、N雰囲気で満たされたグローブボックスにおける機能試験に供した。このため、4.5Vバッテリーの+極を金属の棒の中心に繋げ、−極を細い柔軟性の金線を介してカソードに繋げた。その装置はカソード領域を全域にわたって均一に照らした。
直径40mmのスナップ・カバー(snap−cover)ガラスを、OLED照明手段のカプセル化に用いる。開口を、ダイアモンドソーを用いて切断し、切断部分を研磨ディスクで滑らかにした。これにより、下部が閉じ、上部で開口する高さ約80mmのガラスシリンダを形成した。このようにして切断されたスナップ・カバーガラスをグローブボックス内に移し、ホットプレート上で、数時間、150℃で、完全に乾燥した。約45mmの直径を有する、厚さ1mmの円形のガラスディスクの一方の面に200nmのAgを蒸着し、シャドーマスクが、蒸着したAg層を互いに電気絶縁された2つの領域に分離するように、基板の中央に5mm幅のバンドクランプを置いた。ここで、これらの2つの電極を、ワイヤを用いてOLED照明手段のカソード及びアノードに繋いだ。このため、細い、絶縁処理された銅線をそれぞれ、エポキシ導電接着剤(CW2400、ITW Chemtronics、Georgia)の小滴で、対応する電極に固定した。エポキシ導電接着剤が完全に乾燥した後、OLED照明手段を巻き、スナップ・カバーガラス内に挿入した。ここでは、カソードを内側に向けた。2つのDryFlexドライヤー(DFX/SS−30−A/F/10X18X0.14、SAES Getters GmbH,D)を、事前にスナップ・カバーガラスの底に取り付けた。切り口を2成分エポキシ接着剤(UHU−Plus 300)で完全に覆い、その接着剤に電極を有するガラスカバーを固く押し付けた。ここで、接続ワイヤは、接着領域で場所を取ることなくスナップ・カバーガラス内に、完全に収まる。加圧下でエポキシ接着剤が完全に乾燥した後、このようにしてカプセル化されたOLED照明手段をグローブボックスから取り出すことができた。
ここで、幾分突出したガラスカバーの2つの蒸着したAg電極を、バッテリーの+及び−極に繋ぐことにより、OLED照明手段を、大気環境で動作させることもできる。4.5Vの印加電圧での光束密度は30cd/mであった。2週間の観察期間にわたって、光束密度は低減しないことが検出できた。密閉した状態でカプセル化されていないOLED照明手段は、空気中で数分間保管した後は、もうすでに使用できないだろう。
1 透明な基板層
2 金属の又は少なくとも金属粒子を含む棒
3 構成成分a)、b)、及びc)を含む層
4 正孔輸送層
5 エミッタ層
6 電子注入層
7 カソード層
8 OLED構造
9 底板を有するガラスシリンダ
10 円形ガラス板
11 不活性ガス
12 電極
13 電気絶縁された銅線
14 導電性のエポキシ接着剤
15 OLED層
16 導電性のクロスバー
17 DryFlexドライヤー

Claims (22)

  1. 透明電極の製造プロセスであって、
    I)透明な基板層を供給する工程、
    II)金属の複数の棒、又は少なくとも金属粒子を含む複数の棒を含む格子構造を、前記基板層へ適用する工程、
    III)
    a)少なくとも1種のポリチオフェン、
    b)SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、
    c)SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、及び
    d)少なくとも1種の分散剤
    を含み、Mが、H、Li、Na、K、又はNH を表す分散体を、前記格子構造を備える前記透明な基板層へ適用する工程、並びに
    IV)透明電極を得るのに、前記分散剤を少なくとも部分的に除去する工程
    を含むプロセス。
  2. 工程Iにおいて供給される前記透明な基板層が透明なポリマー層である、請求項1に記載のプロセス。
  3. 工程IIにおける前記格子構造の適用が、銀粒子を含むペーストを用いて実施される、請求項1又は2に記載のプロセス。
  4. 工程IIIで採用される前記分散体が、最高で100Ω/sqのFOM値(FOM=「性能指数」)により特徴づけられる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のプロセス。
  5. 工程IIIで採用される前記分散体が、最高で50Ω/sqのFOM値により特徴づけられる、請求項4に記載のプロセス。
  6. 工程IIIで採用される前記分散体が、最高で25Ω/sqのFOM値により特徴づけられる、請求項5に記載のプロセス。
  7. 工程IIIで採用される前記分散体における前記少なくとも1種のポリチオフェンa)が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のプロセス。
  8. 工程IIIで採用される前記分散体における、前記SO 基を有する少なくとも1種のポリマーb)が、ポリスチレンスルホン酸である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のプロセス。
  9. 工程IIIで採用される前記分散体における前記SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマーc)が、ペルフルオロ化スルホン酸とテトラフルオロエチレンとの共重合体である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のプロセス。
  10. 工程IIIで採用される前記分散体における前記少なくとも1種の分散剤d)が水である、請求項1〜9のいずれか1項に記載のプロセス。
  11. 工程IIIで採用される前記分散体が、構成成分a)〜d)と異なる、さらなる添加剤e)として、少なくとも1種の架橋剤を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載のプロセス。
  12. 工程IIIで採用される前記分散体が、いずれの場合も、前記分散体の総重量に対して、
    a)0.01〜1重量%の、前記少なくとも1種のポリチオフェン、
    b)0.01〜5重量%の、前記SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、
    c)0.01〜5重量%の、前記SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、
    d)69〜99.97重量%の、前記少なくとも1種の分散剤、及び
    e)0〜20重量%の、構成成分a)〜d)と異なる前記少なくとも1種の添加剤
    を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載のプロセス。
  13. 工程IIIで採用される前記分散体が、25℃の温度で1〜7の範囲のpHを有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載のプロセス。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載のプロセスにより得られる透明電極。
  15. 透明な基板層、
    前記透明な基板層へ適用され、前記基板層に金属の複数の棒、又は少なくとも金属粒子を含む複数の棒を含む格子構造、
    を含み、
    前記格子構造の前記棒の間の空間が、
    a)少なくとも1種のポリチオフェン、
    b)SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、及び
    c)SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー
    を少なくとも含み、Mが、H、Li、Na、K、又はNH を表す導電性ポリマー層で満たされる、透明電極。
  16. 請求項14又は15に記載の透明電極を含む電子部品。
  17. OLED(「有機発光ダイオード」)又はOVP素子(「有機光起電力」素子)である、請求項16に記載の電子部品。
  18. 前記OLEDが、少なくとも以下の層:
    請求項14又は15に記載の透明電極/任意に正孔輸送層/エミッタ層/任意に電子注入層/カソード
    から作られる、請求項17に記載の電子部品。
  19. 前記OLEDがITO層を含まない、請求項18に記載の電子部品。
  20. a)少なくとも1種のポリチオフェン、
    b)SO 基を有する少なくとも1種のポリマー、
    c)SO 基を有する少なくとも1種のフッ素化又はペルフルオロ化されたポリマー、及び
    d)少なくとも1種の分散剤、
    を含み、Mが、H、Li、Na、K、又はNH を表し、
    最高で100Ω/sqのFOM値により特徴づけられる、分散体。
  21. 透明容器(9、10)を含み、請求項17〜19のいずれか1項に記載のOLEDを少なくとも封入する、照明手段。
  22. 照明手段の製造プロセスであって、
    a)請求項17〜19のいずれか1項に記載のOLEDを供給する工程、
    b)透明容器(9、10)へ前記OLEDを導入する工程
    を少なくとも含むプロセス。
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