JP6467842B2 - 電荷輸送性ワニス、電荷輸送性薄膜、有機エレクトロルミネッセンス素子、及び電荷輸送性薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
1.電荷輸送性物質、ドーパント及び有機溶媒を含む電荷輸送性ワニスであって、上記ドーパントが、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン酸及びリンタングストモリブデン酸から選ばれる1種又は2種以上のヘテロポリ酸と、下記式(1)で表されるフッ化テトラシアノキノジメタンとを含むことを特徴とする電荷輸送性ワニス。
2.R 1 〜R 4 の少なくとも2つがフッ素原子である1の電荷輸送性ワニス。
3.R 1 〜R 4 の少なくとも3つがフッ素原子である1の電荷輸送性ワニス。
4.上記ヘテロポリ酸がリンタングステン酸及びリンモリブデン酸から選ばれる少なくとも1種であり、R 1 〜R 4 の全てがフッ素原子である1の電荷輸送性ワニス。
5.上記電荷輸送性物質が、アニリン誘導体又はチオフェン誘導体である1〜4のいずれかの電荷輸送性ワニス。
6.1〜5のいずれかの電荷輸送性ワニスを用いて作製される電荷輸送性薄膜。
7.6の電荷輸送性薄膜を有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
8.上記電荷輸送性薄膜が、正孔注入層又は正孔輸送層である7の有機エレクトロルミネッセンス素子。
9.1〜5のいずれかの電荷輸送性ワニスを基材上に塗布して200℃未満で焼成することを特徴とする電荷輸送性薄膜の製造方法。
10.6の電荷輸送性薄膜を用いることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
11.電荷輸送性物質及びドーパントからなる電荷輸送性材料であって、上記ドーパントが、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン酸及びリンタングストモリブデン酸から選ばれる1種又は2種以上のヘテロポリ酸と、下記式(1)で表されるフッ化テトラシアノキノジメタンとを含むことを特徴とする電荷輸送性材料。
12.下記式(1)で表されるフッ化テトラシアノキノジメタンを用いる電荷輸送性薄膜の平坦化方法であって、
電荷輸送性物質、ドーパント及び有機溶媒を含み、上記ドーパントが、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン酸及びリンタングストモリブデン酸から選ばれる1種又は2種以上のヘテロポリ酸と、下記式(1)で表されるフッ化テトラシアノキノジメタンとを含む電荷輸送性ワニスを用いることを特徴とする電荷輸送性薄膜の平坦化方法。
また、本発明の電荷輸送性ワニスを用いることで、スピンコート法やスリットコート法等、大面積に成膜可能な各種ウェットプロセスを用いた場合でも電荷輸送性に優れた薄膜を再現性よく製造できるため、近年の有機EL素子の分野における進展にも十分対応できる。
更に、本発明の電荷輸送性ワニスから得られる薄膜は、帯電防止膜や有機薄膜太陽電池の陽極バッファ層等としても使用できる。
本発明の電荷輸送性ワニスは、電荷輸送性物質、ドーパント及び有機溶媒を含み、上記ドーパントが、ヘテロポリ酸と、ハロゲン化テトラシアノキノジメタン及びハロゲン化又はシアノ化ベンゾキノンから選ばれる少なくとも1種とを、すなわち、ハロゲン化テトラシアノキノジメタン、ハロゲン化ベンゾキノン及びシアノ化ベンゾキノンから選ばれる少なくとも1種とを、含む。
本発明の電荷輸送性ワニスに含まれる電荷輸送性物質は、電荷輸送性すなわち導電性を有する物質であって、それ自体に電荷輸送性があるものでもよく、ドーパントと共に用いた際に電荷輸送性があるものでもよい。特に正孔輸送性を有する物質が好適である。
本発明の電荷輸送性ワニスは、第1ドーパントとしてヘテロポリ酸、及び第2ドーパントとしてハロゲン化テトラシアノキノジメタン及びハロゲン化又はシアノ化ベンゾキノンから選ばれる少なくとも1種を含む。以下、これらを総称して単にドーパントという。
チオフェン誘導体を電荷輸送性物質として用いる場合、第1ドーパントの含有量は、チオフェン誘導体からなる電荷輸送性物質に対して、質量比で、通常0.01〜100程度、より好ましくは0.1〜50程度、更に好ましくは1〜10程度である。第2ドーパントの含有量は、総固形分(焼成後に残るワニスに含まれる成分をいう。以下同じ。)中、0.1〜100質量%程度、より好ましくは1〜50質量%、より一層好ましくは5〜30質量%程度である。なお、チオフェン部位とアニリン部位が分子内に共存する化合物は、ドーパント/ホスト比の算出においては、チオフェン誘導体として扱う。
電荷輸送性ワニスを調製する際に用いられる有機溶媒としては、電荷輸送性物質、ドーパント及び後述するその他の成分を良好に溶解し得る高溶解性溶媒を用いることができる。
このような高溶解性溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶媒は1種単独で又は2種以上混合して用いることができ、その使用量は、ワニスに使用する溶媒全体に対して5〜100質量%とすることができる。
なお、電荷輸送性物質及びドーパントは、いずれも上記溶媒に完全に溶解していることが好ましい。
このような溶媒としては、例えば、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジアセトンアルコール、γ−ブチロラクトン、エチルラクテート、n−ヘキシルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられるが、これらに限定されない。これらの溶媒は1種単独で又は2種以上混合して用いることができる。
また、本発明における電荷輸送性ワニスの固形分濃度は、ワニスの粘度及び表面張力等や、作製する薄膜の厚み等を勘案して適宜設定されるものではあるが、通常、0.1〜10.0質量%程度であり、ワニスの塗布性を向上させることを考慮すると、好ましくは0.5〜5.0質量%程度、より好ましくは1.0〜3.0質量%程度である。
本発明の電荷輸送性ワニスは、有機シラン化合物を含んでもよい。有機シラン化合物の具体例としては、ジアルコキシシラン化合物、トリアルコキシシラン化合物及びテトラアルコキシシラン化合物が挙げられる。これらは1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
SiR'2(OR)2 (B1)
SiR'(OR)3 (B2)
Si(OR)4 (B3)
R'は、それぞれ独立に、Z103で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、Z103で置換されていてもよい炭素数2〜20のアルケニル基、Z103で置換されていてもよい炭素数2〜20のアルキニル基、Z104で置換されていてもよい炭素数6〜20のアリール基又はZ104で置換されていてもよい炭素数2〜20のヘテロアリール基を表す。
Z102は、ハロゲン原子、Z105で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、Z105で置換されていてもよい炭素数2〜20のアルケニル基又はZ105で置換されていてもよい炭素数2〜20のアルキニル基を表す。
Z104は、ハロゲン原子、Z105で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、Z105で置換されていてもよい炭素数2〜20のアルケニル基、Z105で置換されていてもよい炭素数2〜20のアルキニル基、エポキシシクロヘキシル基、グリシドキシ基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ウレイド基(−NHCONH2)、チオール基、イソシアネート基(−NCO)、アミノ基、−NHY101基又は−NY102Y103基を表す。
Z105は、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、シアノ基又はチオール基を表す。
ジアルコキシシラン化合物の具体例としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルプロピルジメトキシシラン、メチルプロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
本発明の電荷輸送性材料は、電荷輸送性物質、ドーパント及び有機溶媒を含み、上記ドーパントが、ヘテロポリ酸と、ハロゲン化テトラシアノキノジメタン及びハロゲン化又はシアノ化ベンゾキノンから選ばれる少なくとも1種とを、すなわち、ハロゲン化テトラシアノキノジメタン、ハロゲン化ベンゾキノン及びシアノ化ベンゾキノンから選ばれる少なくとも1種とを含む。このような電荷輸送性材料は、有機溶媒への良好な溶解性を示し、上述のとおりに、当該電荷輸送性材料を有機溶媒に溶解させることで、容易に電荷輸送性ワニスを製造することができる。
本発明の電荷輸送性ワニスを基材上に塗布して焼成することで、基材上に電荷輸送性薄膜を形成させることができる。
本発明の電荷輸送性ワニスを用いてOLED素子を作製する場合の使用材料や、作製方法としては、下記のようなものが挙げられるが、これらに限定されない。
(1)基板洗浄:長州産業(株)製 基板洗浄装置(減圧プラズマ方式)
(2)ワニスの塗布:ミカサ(株)製 スピンコーターMS-A100
(3)膜厚測定:(株)小坂研究所製 微細形状測定機サーフコーダET-4000
(4)EL素子の作製:長州産業(株)製 多機能蒸着装置システムC-E2L1G1-N
(5)EL素子の輝度等の測定:(有)テック・ワールド製 I-V-L測定システム
(6)EL素子の寿命測定(耐久性評価):(株)イーエッチシー製 有機EL輝度寿命評価システムPEL-105S
(7)NMR測定:日本電子(株)製 JNM-ECX300 FT NMR SYSTEM
(8)MS測定:ブルカー(株)製 autoflex III smartbem
攪拌終了後、反応混合物を濃縮し、その濃縮液とn−ヘキサンとを混合し、それをろ過した。そして、得られたろ液を濃縮することで、トリブチル(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ジオキシン−5−イル)スタナンを含む混合物7.4gを得た。
次に、別のフラスコ内に、5,5'−ジブロモ−2,2'−ビチオフェン1.5gとテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh3)4)0.27gを入れて窒素置換した。そこへ、上記トリブチル(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ジオキシン−5−イル)スタナンを含む混合物6.2gとN,N−ジメチルホルムアミド20mLとを加え、125℃に昇温し2時間攪拌した。
攪拌終了後、室温まで放冷し、そこへn−ヘキサンを加え分液し、得られたN,N−ジメチルホルムアミド層をイオン交換水とメタノールの混合液中に滴下して再沈殿を行った。
そして、沈殿物をろ過によって回収して乾燥し、TP2を得た(収量1.4g、収率66%)。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H-NMR(CDCL3) δ: 7.11(d, J=4.2Hz, 2H), 7.07(d, J=4.2Hz, 2H), 6.23(s, 2H), 4.37-4.33(m, 4H), 4.28-4.24(m, 4H).
1H-NMR(300MHz, CDCl3) δ[ppm]: 7.51(d, J=8.4Hz ,6H), 7.13-7.22(m, 18H), 7.01-7.04(m, 3H).
MALDI-TOF-MS m/Z found: 737.29 ([M]+calcd: 737.05)
次いで、窒素雰囲気下、チエノチオフェンジブロモ体1.93g、Pd(PPh3)4 0.75g(10mol%)、3−ヘキシルチオフェンボロン酸ピナコールエステル(アルドリッチ社製)4.00g、ジメトキシエタン(DME)43mL及び2mol/LのK2CO3水溶液16.2mL(5eq)を入れ、加熱還流条件下5時間攪拌し反応させた。反応終了後、n−ヘキサンを加え、室温で30分攪拌した後、不溶物をろ過にて除去し、ろ液をイオン交換水で2回、飽和食塩水で1回洗浄した。Na2SO4で乾燥後、溶媒を減圧留去し、残渣をカラムクロマトグラフィーにて分離、精製し、TP4を得た(収率85%)。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H-NMR(300MHz, CDCl3) δ[ppm]: 7.24(s, 2H), 7.21(d, J=5.1Hz, 2H), 6.96(d, J=5.3Hz, 2H), 2.79(t, J=7.4Hz, 4H), 1.60-1.70(m, 4H), 1.27-1.42(m, 12H), 0.88(t, J=6.9Hz, 6H).
次いで、窒素雰囲気下、得られたベンゾジチオフェンビススタニル体を含む混合物5.92g、2−ブロモ−3−n−ヘキシルチオフェン(東京化成工業(株)製)2.15g(2.2eq)、トルエン25mL及びPd(PPh3)4 0.230g(5mol%)を反応容器に入れ、加熱還流条件下、4.5時間攪拌し反応させた。室温まで放冷した後、クロロホルム及びイオン交換水を加え分液した。得られた有機層の溶媒を減圧留去し、得られた黄色スラリーにメタノールを加えた後、不溶物をろ別した。ろ液に対して活性炭処理を行った後、溶媒を減圧留去し、残渣にエタノールとトルエンを加え加熱還流条件下攪拌し、完全に溶解したことを確認後、室温まで放冷した。そのまま室温で一晩攪拌した後、ろ取、乾燥を行い、TP5を得た(収量1.40g、2段階収率68%)。1H−NMR及びTOF−MSの測定結果を以下に示す。
1H-NMR(300MHz, CDCl3) δ[ppm]: 8.16(s, 2H), 7.34(s, 2H), 7.26(d, J=5.1Hz, 2H), 6.98(d, J=5.1Hz, 2H), 2.87(t, J=8.0Hz, 4H), 1.63-1.74(m, 4H), 1.30-1.42(m, 12H), 0.88(t, J=6.6Hz, 6H).
MALDI-TOF-MS m/Z found: 521.87 ([M]+calcd: 522.15)
MALDI-TOF-MS m/Z found: 822.25 ([M]+calcd: 822.37)
1H-NMR(300MHz, DMSO-d6) δ[ppm]: 8.10(d, J=7.8Hz, 2H),7.99(d, J=1.8Hz, 2H), 7.59-7.66(m, 4H), 7.42-7.51(m, 6H), 7.23-7.29(m, 7H), 6.94-7.18(m, 11H).
[実施例1−1]
3,3'''−ジヘキシル−2,2':5',2'':5'',2'''−クォーターチオフェン(Sigma-Aldrich Co. LLC.製、以下、TP1という。)0.050g、リンタングステン酸(PTA、関東化学(株)製)0.250g及びF4TCNQ(東京化成工業(株)製)0.045gを、窒素雰囲気下で、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)3.2gに溶解させた。得られた溶液に、シクロヘキサノール(CHA)4.9g及びプロピレングリコール(PG)1.6gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP1 0.052g、PTA0.258g及びF4TCNQ0.031gを、窒素雰囲気下で、DMI2gに溶解させた。得られた溶液に、CHA2g及びジエチレングリコールジメチルエーテル(Diglyme)6gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP1 0.052g、PTA0.258g及びF4TCNQ0.031gを、窒素雰囲気下で、DMI2gに溶解させた。得られた溶液に、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)8gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP1 0.052g、PTA0.258g及びF4TCNQ0.031gを、窒素雰囲気下で、DMI2gに溶解させた。得られた溶液に、PGME8gを加えて攪拌し、そこへペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン0.031gを加えて更に攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP1 0.017g、PTA0.083g及びF4TCNQ0.010gを、窒素雰囲気下で、DMI0.98gに溶解させた。得られた溶液に、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(DEGME)0.49g及びPGME3.43gを加えて攪拌し、そこへ3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン0.001g及びフェニルトリメトキシシラン0.009gを加えて更に攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP2 0.052g、PTA0.258g及びF4TCNQ0.031gを、窒素雰囲気下で、DMI2gに溶解させた。得られた溶液に、CHA2g及びDiglyme6gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP3 0.062g、PTA0.309g及びF4TCNQ0.026gを、窒素雰囲気下で、DMI3.6gに溶解させた。得られた溶液に、1,3−ブタンジオール2.4g及びDiglyme6.0gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP4 0.034g、PTA0.170g及びF4TCNQ0.020gを、窒素雰囲気下で、DMI2gに溶解させた。得られた溶液にDEGME1g及びPGME7gを加えて攪拌し、そこへ3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン0.007g及びフェニルトリメトキシシラン0.014gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP5 0.034g、PTA0.170g及びF4TCNQ0.031gを、窒素雰囲気下で、DMI2gに溶解させた。得られた溶液にDEGME1g及びPGME7gを加えて攪拌し、そこへ3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン0.007g及びフェニルトリメトキシシラン0.014gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
AN1 0.046g、PTA0.202g及びF4TCNQ0.156gを、窒素雰囲気下で、シクロヘキサノン(CHN)20gに溶解させた。得られた溶液に、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン0.007g及びフェニルトリメトキシシラン0.014gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
AN2 0.042g、PTA0.202g及びF4TCNQ0.160gを、窒素雰囲気下で、CHN20gに溶解させた。得られた溶液に、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン0.007g及びフェニルトリメトキシシラン0.014gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
TP1 0.124g及びPTA0.247gを、窒素雰囲気下で、DMI4gに溶解させた。得られた溶液に、CHA6g及びPG2gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した。
窒素雰囲気下で、TP1 0.050g、PTA0.250g及びテトラシアノキノジメタン0.045g、並びにDMI3.2g、CHA4.9g及びPG1.6gを用いて電荷輸送性ワニスの調製を試みた。しかし、固形分が溶解せず、有機EL素子に用い得る薄膜を与え得る、均一なワニスを得ることができなかった。
[実施例2−1]
実施例1−1で得られたワニスを、スピンコーターを用いてITO基板に塗布した後、50℃で5分間乾燥し、更に、大気雰囲気下、150℃で10分間焼成し、ITO基板上に30nmの均一な薄膜を形成した。ITO基板としては、インジウム錫酸化物(ITO)が表面上に膜厚150nmでパターニングされた25mm×25mm×0.7tのガラス基板を用い、使用前にO2プラズマ洗浄装置(150W、30秒間)によって表面上の不純物を除却した。
次いで、薄膜を形成したITO基板に対し、蒸着装置(真空度1.0×10-5Pa)を用いてα−NPD、Alq3、フッ化リチウム、及びアルミニウムの薄膜を順次積層し、有機EL素子を得た。この際、蒸着レートは、α−NPD、Alq3及びアルミニウムについては0.2nm/秒、フッ化リチウムについては0.02nm/秒の条件でそれぞれ行い、膜厚は、それぞれ30nm、40nm、0.5nm及び120nmとした。
なお、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、有機EL素子は封止基板により封止した後、その特性を評価した。封止は、以下の手順で行った。酸素濃度2ppm以下、露点−85℃以下の窒素雰囲気中で、有機EL素子を封止基板の間に収め、封止基板を接着材(ナガセケムテックス(株)製XNR5516Z-B1)により貼り合わせた。この際、捕水剤(ダイニック(株)製HD-071010W-40)を有機EL素子と共に封止基板内に収めた。貼り合わせた封止基板に対し、UV光を照射(波長:365nm、照射量:6,000mJ/cm2)した後、80℃で1時間、アニーリング処理して接着材を硬化させた。
実施例1−1で得られたワニスの代わりに、それぞれ実施例1−2〜1−7で得られたワニスを用いた以外は、実施例2−1と同様の方法で有機EL素子を作製した。
実施例1−1で得られたワニスの代わりに、それぞれ実施例1−8〜1−9で得られたワニスを用い、150℃で焼成する代わりに、それぞれ160℃で焼成した以外は、実施例2−1と同様の方法で有機EL素子を作製した。
実施例1−1で得られたワニスの代わりに、比較例1−1で得られたワニスを用いた以外は、実施例2−1と同様の方法で有機EL素子を作製した。
実施例1−1で得られたワニスの代わりに、実施例1−10で得られたワニスを用い、蒸着装置(真空度1.0×10-5Pa)を用いてAlq3を40nmの薄膜を形成する代わりに、蒸着装置(真空度1.0×10-5Pa)を用いてCBPとIr(PPy)3の薄膜及びBAlqの薄膜を順次形成した以外は、実施例2−1と同様の方法で有機EL素子を作製した。
なお、CBPとIr(PPy)3の薄膜は、Ir(PPy)3の濃度が6%になるように蒸着レートをコントロールしながらCBPとIr(PPy)3を共蒸着して成膜し、膜厚は40nmとした。また、BAlqの膜厚の蒸着レートは0.2nm/秒とし、膜厚は20nmとした。
実施例1−10で得られたワニスの代わりに、実施例1−11で得られたワニスを用いた以外は、実施例2−10と同様の方法で有機EL素子を作製した。
Claims (12)
- R 1 〜R 4 の少なくとも2つがフッ素原子である請求項1記載の電荷輸送性ワニス。
- R 1 〜R 4 の少なくとも3つがフッ素原子である請求項1記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記ヘテロポリ酸がリンタングステン酸及びリンモリブデン酸から選ばれる少なくとも1種であり、R 1 〜R 4 の全てがフッ素原子である請求項1記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記電荷輸送性物質が、アニリン誘導体又はチオフェン誘導体である請求項1〜4のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニスを用いて作製される電荷輸送性薄膜。
- 請求項6記載の電荷輸送性薄膜を有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 上記電荷輸送性薄膜が、正孔注入層又は正孔輸送層である請求項7記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニスを基材上に塗布して200℃未満で焼成することを特徴とする電荷輸送性薄膜の製造方法。
- 請求項6記載の電荷輸送性薄膜を用いることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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