JP5775902B2 - ポリチオフェン含有分散体 - Google Patents
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Description
OLEDの利点は、非常にフラットな構成、光自体を発生させる性質、即ち液晶ディスプレイ(LCD)のような追加の光源を必要としない性質、高い発光効率および視角の自由を含む。
OLEDディスプレイまたはOLED採光要素のいずれも、フラットな硬質構成に限定されない。柔軟な、またはあらゆる様式で曲げられる装置も、有機機能層の柔軟性の故に実現することができる。
有機太陽電池(OSC)は、基本的に同じ構造を有するが(Halls ら, Nature 1995, 376, 498)、ここでは反対に、光が電気エネルギーに変換される。
TCO(透明導電性酸化物)層、例えばインジウム-スズ酸化物(ITO)またはアンチモン-スズ酸化物(ATO)の層、または金属の薄層は、従来、OLEDまたはOSCにおける透明電極として伝統的に使用された。これらの無機層の付着は、減圧下での無機物質のスパッタリング、反応性表面噴霧(反応スパッタリング)、または熱蒸着によるものであり、それゆえ複雑で費用がかかった。
a)ITOは、複雑で費用のかかる減圧法(反応スパッタリング)でしか付着させることができない。
b)T>400℃の温度が、高導電率を達成させるために、付着法の際に要求される。特に柔軟なディスプレイに重要なポリマー基材は、この温度に耐えることができない。
c)ITOはもろく、造形中に亀裂を生ずる。
d)インジウム金属は、限定された量でしか生産されない原料であり、消費量が増大するにつれ欠乏が予想される。
e)重金属のインジウムを含有する電気光学構造物の環境的に許容できる廃棄の問題は、まだ解決されていない。
電極物質のためのITOの代替物は、これまでも議論されてきたが、上記欠点を有さず、同時に同等に良好な性質を電気光学構造物にもたらす代替物は、まだ見出されていない。
従って本発明の課題は、従来のITO電極に取って代わることができるが、上記の欠点を示さない電極を製造するのに適したポリチオフェン含有分散体を提供することである。
少なくとも1種のポリマーアニオン、少なくとも1種の溶媒、および一般式(I):
Aは、Rにより任意に置換されていてよいC1〜C5アルキレン基を表し、
Rは、直鎖または分枝の任意に置換されていてよいC1〜C18アルキル基、任意に置換されていてよいC5〜C12シクロアルキル基、任意に置換されていてよいC6〜C14アリール基、任意に置換されていてよいC7〜C18アラルキル基、任意に置換されていてよいC1〜C4ヒドロキシアルキル基またはヒドロキシル基を表し、
xは、0〜8の整数を表し、
複数のR基がAと結合している場合、それらは、同じまたは異なるものであり得る。]で示される反復単位を有する少なくとも1種の任意に置換されていてよいポリチオフェンを含む分散体であって、
粒子の50重量%が50nm未満であり、分散体の総重量に基づいて少なくとも0.1重量%の、エーテル基含有化合物、ラクトン基含有化合物、アミド基誘導体、ラクタム基含有化合物、スルホン、スルホキシド、糖、糖誘導体、フラン誘導体およびポリアルコールからなる群から選ばれる1種以上の添加剤を含み、
少なくとも1種のポリマーアニオンおよび少なくとも1種のポリチオフェンは、1:1〜5:1の重量比で存在し、
分散体は、5〜300mPasの粘度を有していて、分散体から形成されたフィルムが少なくとも300S/cmの導電率および2.5nm未満の表面粗さ値Raを有する、
分散体を提供する。
特に好ましい実施態様において、一般式(I)で示される反復単位を有するポリチオフェンは、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、即ち式(Iaa)で示される反復単位を含むホモポリチオフェンである。
Aは、任意に置換されていてよいC1〜C5アルキレン基、好ましくは任意に置換されていてよいC2〜C3アルキレン基を表し、
Yは、OまたはSを表し、
Rは、直鎖または分枝の任意に置換されていてよいC1〜C18アルキル基、任意に置換されていてよいC5〜C12シクロアルキル基、任意に置換されていてよいC6〜C14アリール基、任意に置換されていてよいC7〜C18アラルキル基、任意に置換されていてよいC1〜C4ヒドロキシアルキル基またはヒドロキシル基を表し、
xは、0〜8の整数、好ましくは0または1を表し、
複数のR基がAと結合している場合、それらは、同じまたは異なるものであり得る。]
で示される反復単位を有する任意に置換されていてよいポリチオフェンであり、場合により少なくとも1種のポリマーアニオンも含む。
で示される反復単位を有するものである。
対イオンとしてポリスチレンスルホン酸(PSA)のアニオンが、ポリマーアニオンとして特に好ましい。
対イオンは、モノマーまたはポリマーアニオンであり得、後者は以下でポリアニオンとも呼ばれる。
電荷補償のために対イオンとしてアニオンを含有するカチオン性ポリチオフェンは、しばしば専門家により、ポリチオフェン/(ポリ)アニオン錯体とも称される。
適当なポリマー基材は、例えば住友製のポリエステルフィルム、PESフィルム、またはBayer AG製のポリカーボネートフィルム(Makrofol(登録商標))のようなフィルムを含む。
従って本発明は、少なくとも1つの電極は透明電極である2つの電極、および該電極の間に電気光学活性層を含み、本発明の電極を透明電極として有することを特徴とするエレクトロルミネセンス装置にも関する。
以下の順序で層を含むEL装置が、本発明の好ましい実施態様である:
基材//(ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸)層(第1層)//(ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸)層(第2層)//エミッター層//金属カソード。
更なる機能層が、任意に含有され得る。
基材//金属カソード//エミッター層//(ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸)層(第2層)//(ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸)層(第1層)。
特に活性マトリックス基材と組み合わせた逆OLEDが、非常に重要である。活性マトリックス基材は、一般にSiの非透明層であり、この中でトランジスタが、それぞれの光画素の下に加工されている。
a)TCO層、例えばITO、または金属製薄層を、例えばOLEDおよびOSCにおいて省略することができる。
b)柔軟基材の場合、これらポリマー層が非常にしなやかで柔軟であるので、基材を曲げることによって、もろいTCO層に亀裂は発生せず、電気光学構造物は損なわれない。
c)有機層は、無機層、例えばITOよりも容易に構造化することができる。有機層は、溶媒、光照射(UV)または熱暴露(レーザーアブレーション)により再び除去することができる。
以下の実施例は、例によって本発明を説明するために提供し、制限として解釈されるべきではない。
第1電極層を製造するためのPEDT:PSA分散体の調製
a)(本発明に従った例)
ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸重量比1:2.5、固形分約1重量%、および20℃、剪断速度100/sでの粘度約300mPasを有する商業的に入手可能な水性ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸分散体(PEDT:PSA分散体)(H. C. Starck GmbHから販売のBaytron(登録商標)PHC V4)において、25nmのd50値を有する粒度分布(即ち50重量%の粒子が25nm未満)を均質化によって実現した。次いで、分散体を約1重量%から1.7重量%の固形分に濃縮し、濾過し(Pall、膜孔サイズ:0.2μm)、その後、5重量%のジメチルスルホキシド(DMSO)と混合した。この溶液の粘度は、20℃、剪断速度100/sで約45mPasであった。
b)(比較例)
d50値243nmの粒度分布を有し、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸重量比1:2.5、固形分約1重量%、および20℃、剪断速度100/sでの粘度約300mPasを有する商業的に入手可能な水性PEDT:PSA分散体(H. C. Starck GmbHから販売のBaytron(登録商標)PHC V4)を濾過した。その粗い特性によって、この分散体は、10μmフィルターでしか濾過できなかった。
c)(比較例)
PEDT:PSA分散体を、1b)に記載したように製造し、次いで、5重量%のジメチルスルホキシドと混合した。この分散体も、その粗い特性の故に、10μmフィルターでしか濾過できなかった。
第1電極層の製造および特性
a)(本発明に従った例)
ガラス基材を50×50mm2のサイズにカットし、洗浄し、UV/オゾンで15分間活性化した。次いで、実施例1a)の分散体を、30秒間、規定スピン速度および加速度500rpm/秒でスピン塗布器によってガラス基材に適用した。シャドーマスクを用いて平行した銀接点を蒸着し、表面抵抗を測定した。触針式表面粗さ計(Tencor 500)を用いて膜厚を測定し、走査型力顕微鏡(Digital Instruments)を用いて表面粗さを測定した。
b)(比較例)
実施例1b)の分散体で被覆されたガラス基材を2a)に記載されているように製造し、その標準明度、表面抵抗、膜厚および表面粗さを測定した。
c)(比較例)
実施例1c)の分散体で被覆されたガラス基材を2a)に記載されているように製造し、その標準明度、表面抵抗、膜厚および表面粗さを測定した。
第2電極層を有さないOLEDの製造
1.金属製フィンガーを有する基材
ガラス基材を50×50mm2のサイズにカットし、洗浄した。次いで、シャドーマスクを用いて、銀製の金属フィンガーを基材上に蒸着した。1mm幅、5mm間隔の平行な金属線を、それらと直角で高さ170nmを有する中央のバーによって接続した。被覆直前に基材表面を洗浄し、UV/オゾン(UVP Inc., PR-100)を用いて15分間活性化した。
2.本発明のPEDT:PSA分散体を用いた第1電極層の塗布
実施例1a)からの分散体約2mlを基材上に注ぎ、次いで、30秒間、1000rpmおよび加速度500rpm/秒でスピン塗布器を用いて金属フィンガーを有するガラス基材に適用した。その後、まだ湿っている電極層を有する基材をホットプレート上に置き、ペトリ皿で覆い、200℃で5分間乾燥した。電極層は、厚さ約170nmであり、356S/cmの導電率を有していた。
3.エミッター層の塗布
エミッターGreen 1300 LUMATION(登録商標)(以後、DGPとも略される。Dow Chemical Company 製。)の1重量%キシレン溶液約2mlを濾過し(Millipore HV, 0.45μm)、乾燥した第1電極層に適用した。30秒間、500rpmおよび加速度200rpm/秒でディスクを回転することによって、エミッターの上澄み液を除去した。次いで、このように被覆した基材を、ホットプレート上で110℃で5分間乾燥した。合計被膜厚は250nmであった。
金属電極をエミッター層上に蒸着した。この工程のために使用した蒸着系(Edwards)を、不活性ガスグローブボックス(Braun)内に組み入れた。エミッター層を下にした基材をシャドーマスク上に置いた。マスクの孔は直径2.0mmであり、0.5mm間隔であった。その孔が金属フィンガーのちょうど間になるようにマスクを置いた。p=10-3Paの圧力下、5nm厚のBa層、次いで200nm厚のAg層を2つの蒸着ボートから次々と蒸着した。蒸着速度は、Baが10Å/秒、Agが20Å/秒であった。
5.OLEDの評価
電気光学評価のために、OLEDの2つの電極を導線で電源に接続した。正極を金属フィンガーに接続し、負極を蒸着した円形金属電極の1つに接続した。
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(EL)の依存性を記録した(Keithley 2400電流/電圧源)。これと接続された電位計(Keithley 6514)を備え、その輝度が輝度計(Minolta LS-100)で調整されるフォトダイオード(EG&G C30809E)を用いて、ELを検出した。
第1電極層および第2電極層を有する本発明に従ったOLEDの製造
工程2と3との間に、PEDT:PSAを含んでなる第2電極層を塗布した以外は、実施例3と同様に行った。このため、水性PEDT:PSA分散体(H. C. Starck GmbH 製 Baytron(登録商標)P CH8000、PEDT:PSA重量比1:20、固形分約2.5重量%、20℃、700/sでの粘度約12mPas)2mlを、まず濾過し(Millipore HV、0.45μm)、30秒間、1000rpmおよび加速度200rpm/秒でスピン塗布器を用いて乾燥した第1電極層に適用した。次いで、まだ湿っている第2電極層を有する基材をホットプレート上に置き、ペトリ皿で覆い、200℃で5分間乾燥した。2つの電極層は、合わせて270nmの膜圧を有していた。
膜厚を以下のように変更した以外は、実施例3に記載したように行った:
デバイス構造:
金属フィンガー//第1電極層(75nm)//DGP(80nm)//Ba//Ag
膜厚を以下のように変更した以外は、実施例4に記載したように行った:
デバイス構造:
金属フィンガー//第1電極層(75nm)//第2電極層(80nm)//DGP(80nm)//Ba//Ag
実施例1a)の分散体に代えて実施例1b)の分散体を第1電極層を製造するために用いた以外は、実施例5のように行った:
デバイス構造:
金属フィンガー//第1電極層(80nm)//DGP(80nm)//Ba//Ag
実施例1a)の分散体に代えて実施例1b)の分散体を第1電極層を製造するために用いた以外は、実施例6のように行った:
デバイス構造:
金属フィンガー//第1電極層(80nm)//第2電極層(80nm)//DGP(80nm)//Ba//Ag
2,2a:電気供給線
2b:画素フレーム
3:ポリマー電極層
Claims (5)
- 少なくとも1種のポリマーアニオン、少なくとも1種の溶媒、および一般式(I):
Aは、Rにより任意に置換されていてよいC1〜C5アルキレン基を表し、
Rは、直鎖または分枝の任意に置換されていてよいC1〜C18アルキル基、任意に置換されていてよいC5〜C12シクロアルキル基、任意に置換されていてよいC6〜C14アリール基、任意に置換されていてよいC7〜C18アラルキル基、任意に置換されていてよいC1〜C4ヒドロキシアルキル基またはヒドロキシル基を表し、
xは、0〜8の整数を表し、
複数のR基がAと結合している場合、それらは、同じまたは異なるものであり得る。]で示される反復単位を有する少なくとも1種の任意に置換されていてよいポリチオフェンを含む分散体であって、
粒子の50重量%が50nm未満であり、分散体の総重量に基づいて少なくとも0.1重量%の、エーテル基含有化合物、ラクトン基含有化合物、アミド基誘導体、ラクタム基含有化合物、スルホン、スルホキシド、糖、糖誘導体、フラン誘導体およびポリアルコールからなる群から選ばれる1種以上の添加剤を含み、
少なくとも1種のポリマーアニオンおよび少なくとも1種のポリチオフェンは、1:1〜5:1の重量比で存在し、
分散体は、5〜300mPasの粘度を有していて、該分散体をガラス基材上にスピン塗布により塗布しおよび湿潤フィルムを乾燥することにより該分散体から乾燥フィルムを形成する場合、該フィルムは少なくとも300S/cmの導電率および2.5nm未満の表面粗さ値Raを有することをさらに特徴とし、
・粒度は分析用超遠心器を用いて決定され、
・粘度はレオメーターを用いて20.0℃で100/sの剪断速度で決定され、
・導電率は比抵抗の逆数であると理解され、該比抵抗は前記フィルムの表面抵抗と膜厚との積から算出され、該表面抵抗はDIN EN ISO 3915に従って測定され、前記フィルムの厚さは触針式表面粗さ計を用いて決定され、
・表面粗さ値Raは、走査型力顕微鏡を用いて、ガラス基材上にある150nm厚のフィルムの1μm四方の面積を走査することによって測定される、
分散体。 - ポリチオフェンの反復単位を示す一般式(I)において、Aは、相互に独立に、C2〜C3アルキレン基を表し、xは、0または1を表す、請求項1に記載の分散体。
- 一般式(I)で示される反復単位は、ポリ(3,4-エチレンジオキシ)チオフェンである、請求項1又は2に記載の分散体。
- ポリマーアニオンは、ポリマーカルボン酸またはポリマースルホン酸である、請求項1〜3のいずれかに記載の分散体。
- ポリマーアニオンは、ポリスチレンスルホン酸のアニオンである、請求項1〜4のいずれかに記載の分散体。
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