KR20130113930A - 공액 중합체의 도핑 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 열안정성을 제공하는, 하나 이상의 정공 수송 물질, 예컨대 공액 중합체, 및 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 조성물은 기판에 도포될 수 있고, HIL 및 HTL 층 및 유기 전자 장치, 예컨대 발광 장치, 예컨대 OLED 또는 OPV에서 사용될 수 있다. 공액 중합체는 3,4-치환된 폴리티오펜 또는 위치규칙적 폴리티오펜을 포함하는 폴리티오펜일 수 있다. 도판트는 은 염, 예컨대 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트일 수 있다. 도판트의 개선된 제조 방법이 제공된다.

Description

공액 중합체의 도핑 및 장치{DOPING CONJUGATED POLYMERS AND DEVICES}
<관련 출원>
본 출원은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된, 2010년 5월 11일에 출원된 미국 가출원 61/333,657를 우선권 주장한다. 본 출원은 또한 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된, 2011년 2월 25일에 출원된 미국 가출원 61/446,974를 우선권 주장한다.
비록 에너지 절약 장치, 예컨대, 예를 들어, 유기-기재 유기 발광 다이오드(OLED), 중합체 발광 다이오드(PLED), 인광 유기 발광 다이오드(PHOLED), 및 유기 광기전 장치(OPV)에서 유용한 발전이 이루어지긴 했지만, 상품화를 위해 보다 우수한 가공 및 성능을 제공하는데에 있어 추가의 개선이 여전히 필요하다. 예를 들어, 한 유망한 물질 유형은, 예를 들어, 폴리티오펜을 포함하는 전도성 중합체이다. 그러나, 도핑, 순도, 용해성, 가공 및 불안정성에서 문제가 발생할 수 있다. 또한 교대되는 중합체 층들의 용해성(예를 들어, 인접한 층들 사이에서 직교 또는 교대 용해성)을 매우 잘 제어하는 것이 중요하다. 특히, 예를 들어, 정공 주입층 및 정공 수송층은, 요구사항이 경쟁 관계에 있고 매우 얇지만 높은 품질의 필름이 필요하다는 것을 감안할 때, 상이한 문제들을 제시할 수 있다.
물질을, 상이한 응용분야를 위해, 그리고 상이한 물질, 예컨대 발광층, 광활성 층 및 전극과 함께 기능을 발휘하게 적응시킬 수 있도록, 정공 주입층 및 정공 수송층의 성질, 예컨대 용해성, 열안정성 및 전자 에너지 준위, 예컨대 HOMO 및 LUMO를 제어하는 우수한 플랫폼 시스템이 필요하다. 특히, 우수한 용해성, 불응성 및 열안정성이 중요하다. 특정 응용분야를 위한 시스템을 배합하고 요구되는 성질들의 균형을 제공할 수 있는 것도 중요하다.
<요약>
본원에서 기술된 실시양태는, 예를 들어, 조성물, 조성물의 제조 방법, 장치 및 물품에서의 조성물의 사용을 포함한, 조성물의 사용 방법을 포함한다. 조성물은, 예를 들어, 중합체, 단량체, 블렌드, 필름, 분산액, 용액, 분말, 및 잉크 배합물을 포함한다. 기타 실시양태는 장치의 제조 방법 및 장치의 사용 방법을 포함한다.
예를 들어, 한 실시양태는,
(i) 3-위치 또는 4-위치 또는 둘 다에서 알콕시 치환기를 포함하는 하나 이상의 폴리티오펜을 포함하는 하나 이상의 공액 중합체; 및
(ii) 이온성 화합물을 포함하며, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기 구조 중 하나 이상으로 표시되는 것인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트
의 반응 생성물을 포함하고, 임의로 (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질을 추가로 포함하는 조성물을 제공한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R10은 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 안티모니, SO3 또는 CO2이고; X는 F, Cl, Br, I 또는 CN이고; n은 0 내지 6이고; m은 ≤6-n이다. 한 실시양태에서, n은 1 내지 6일 수 있다. 한 실시양태에서, 매트릭스 물질이 존재한다.
또 다른 실시양태는 (i) 하나 이상의 정공 수송 물질 및 (ii) 하나 이상의 은 테트라키스(할로겐화아릴)보레이트 도판트의 반응 생성물을 포함하는 조성물을 제공한다. 한 실시양태에서, 매트릭스 물질도 존재한다.
또 다른 실시양태는 (i) 3-위치 또는 4-위치 또는 둘 다에서 알콕시 치환기를 포함하는 하나 이상의 폴리티오펜을 포함하는 하나 이상의 공액 중합체; 및 (ii) 이온성 화합물을 포함하며, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기 구조 중 하나 이상으로 표시되는 것인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트의 반응 생성물을 포함하는 하나 이상의 고체 분말을 포함하고, 임의로 (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질을 추가로 포함하는 조성물을 제공한다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R10은 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 안티모니, SO3 또는 CO2이고; X는 F, Cl, Br, I 또는 CN이고; n은 0 내지 6이고; m은 ≤6-n이다. 한 실시양태에서, n은 0 내지 6이다. 한 실시양태에서, 매트릭스 물질도 존재한다.
또 다른 실시양태는 (i) 하나 이상의 정공 수송 물질 및 (ii) 하나 이상의 은 테트라키스(할로겐화아릴)보레이트 도판트의 반응 생성물을 포함하는 하나 이상의 고체 분말을 포함하는 조성물을 제공한다. 한 실시양태에서, 매트릭스 물질도 존재한다.
잉크 조성물 및 장치를 이러한 조성물로부터 제조할 수 있다.
한 실시양태는, 예를 들어, 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 애노드, 캐소드와 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 발광층, 발광층과 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 정공 주입층을 포함하고, 여기서 정공 주입층이 (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며, 이온성 화합물을 포함하고, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철, 은 또는 그의 조합이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기 구조 중 하나 이상으로 표시되는 것인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물을 포함하는 것인 장치를 제공한다.
Figure pct00009
Figure pct00010
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; 12개의 구조 각각에서 n은 1 내지 6이다.
또 다른 실시양태는, 예를 들어, 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 애노드, 캐소드와 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 발광층, 발광층과 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 정공 주입층을 포함하고, 여기서 정공 주입층이 (i) 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며, HIL 층의 열안정성을 증가시키는, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물을 포함하는 것인 장치를 제공한다.
또한, 추가로, 또 다른 실시양태는 (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며, 이온성 화합물을 포함하는, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트; 및 (iv) 하나 이상의 용매를 포함하고, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철 또는 은이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기로 표시되는 하나 이상의 유기 구조인 조성물을 제공한다.
Figure pct00011
Figure pct00012
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6이다.
또 다른 실시양태는 (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며, 이온성 화합물을 포함하고, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철 또는 은이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기로 표시되는 하나 이상의 유기 구조인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물이다.
Figure pct00013
Figure pct00014
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6이다.
또한, 한 실시양태는, 예를 들어, 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 애노드, 캐소드와 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 발광층, 발광층과 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 정공 주입층(HIL)을 포함하고, 여기서 정공 주입층이 (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며, 예를 들어 본원에서 기술된 이온성 화합물 조성물을 비롯한 이온성 화합물을 포함하는, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물을 포함하는 것인 장치를 제공한다. 또 다른 실시양태에서, HIL 층은 아이오도늄 염을 포함하지 않는다.
또 다른 실시양태는, 예를 들어, 적어도 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(음이온: TPFB)로 도핑된 하나 이상의 폴리(3,4-디알콕시티오펜)을 포함하는 하나 이상의 HIL을 포함하는 장치를 제공한다. 또 다른 실시양태는, 예를 들어, 적어도 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트로 도핑된 하나 이상의 폴리(3-알콕시티오펜)을 포함하는 하나 이상의 HIL을 포함하는 장치를 제공한다.
또 다른 실시양태는, 예를 들어, (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; (iii) 실질적으로 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며 이온성 화합물을 포함하는, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트; 및 (iv) 하나 이상의 용매를 포함하는 조성물을 제공한다. 또 다른 실시양태에서, 하나 이상의 용매는 임의적일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 하나 이상의 도판트는 아이오도늄 염을 포함하지 않는다.
또 다른 실시양태는, 예를 들어, 적어도 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트로 도핑된 하나 이상의 폴리(3,4-디알콕시티오펜)을 포함하는 조성물을 제공한다. 또 다른 실시양태는, 예를 들어, 적어도 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트로 도핑된 하나 이상의 폴리(3-알콕시티오펜)을 포함하는 조성물을 제공한다.
기타 실시양태는 코팅된 기판을 제공한다. 기판은 가요성 기판, 예컨대 중합체, 또는 경질 기판, 예컨대 유리일 수 있다.
기타 실시양태는, 예를 들어, 복분해 반응에 의한 은 테트라키스펜타플루오로페닐보레이트를 포함하는 도판트의 제조 방법을 제공한다.
본원에서 기술된 하나 이상의 실시양태로부터의 하나 이상의 이점은, 예를 들어, 유기 전자 장치, 예컨대, 예를 들어, OLED, PHOLED 또는 OPV 장치의 장기 안정성 및 증가된 전체 수명을 포함하는 작동 안정성에서의 개선을 포함한다. 특히, PEDOT/PSS 제어의 사용에 비해 개선을 실현할 수 있다. 특히, 전류 밀도 및 휘도와 같은 성질을 개선할 수 있다.
하나 이상의 실시양태를 위한 하나 이상의 추가의 이점은 유기 전자 장치, 예컨대, 예를 들어, LED, OLED, PHOLED, OPV, 전기변색 장치, 금속-금속 산화물 커패시터, 수퍼커패시터, 작동기(actuator) 및 트랜지스터, 인쇄회로기판을 위한 시드층(seed-layer)의 형성 및 구축에서의 보다 많은 융통성을 포함한다. 특히, 본원에서 기술된 조성물로부터 제조된 필름은, 캐스팅 및 어닐링 시에, 톨루엔에 불응성일 수 있다. 특히, 본원에서 기술된 조성물은, 바람직한 경우에, 발광층의 후속 층들을 캐스팅하는데 사용될 수 있다. 또한, 톨루엔 또는 기타 용매에 대한 불응성은 모든 용액 가공된 장치를 위해 필요한 직교 호환성을 가능하게 할 수 있고, 용액 가공된 장치를 제조하는데 사용될 수 있다.
하나 이상의 실시양태를 위한 하나 이상의 추가의 이점은, 용매 시스템에서 가용성 공액 중합체를 도핑하면서 동일한 용액으로부터 이것을 가공하는 능력을 유지함을 포함한다.
하나 이상의 실시양태의 경우의 하나 이상의 추가의 이점은 도핑된 형태에서 제한된 용해드를 갖기 때문에 이전에는 배제되었던 용액에서의 폴리티오펜의 도핑을 포함한다.
본원에서 기술된 적어도 몇몇 실시양태의 또 다른 이점은 전체 투명성을 유지하면서 하부의 투명한 전도성 산화물의 평탄화를 허용하는 두꺼운 층을 형성할 수 있다는 것이다.
본원에서 기술된 적어도 몇몇 실시양태의 또 다른 이점은 개선된 열안정성, 예컨대 개선된 열변색성, 또는 개선된 열변색성의 결핍을 포함한다.
본원에서 기술된 적어도 몇몇 실시양태의 또 다른 이점은, 열화를 초래하는 바람직하지 못한 부반응을 유발할 수 있는, 도핑 동안의 자유 라디칼 생성이, 최소화되거나 없음을 포함한다.
본원에서 기술된 적어도 몇몇 실시양태의 또 다른 이점은 비-휘발성 잔사를 갖지 않는 순수한, 도핑된 공액 중합체의 제조를 포함한다.
또한, 적어도 몇몇 실시양태의 또 다른 이점은 보다 우수한 도판트 제조, 및 보다 안정한 도판트를 달성할 수 있다는 것일 수 있다.
도 1은 6개의 예시적인 샘플, AgTPFB, 및 비교용 LiTPFB 샘플의 열중량 분석을 도시한다.
도 2는 Ag(TPFB)의 형성을 위한 비-제한적 복분해 반응을 도시한다.
도 3은 예시적인 단극성 장치(실선) 및 비교용 단극성 장치(점선)의 IV 곡선을 비교한 것을 도시한다.
서론
본원에서 언급된 모든 참고문헌은 그 전문이 참고로 포함된다.
2009년 4월 10일에 출원된 미국 특허 공개 2009/0256117(양수인: 플렉스트로닉스, 인코포레이티드(Plextronics, Inc.))에는 일련의 중합체, 도핑 시스템 및 장치가 기술되어 있고, 이것은 그의 실시예, 도면, 공액 중합체, 도판트 및 특허청구범위를 포함하여 본원에 참고로 포함된다.
2009년 12월 18일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 61/287,977에는 공액 중합체, 공중합체 및 도판트를 위한 기타 유용한 실시양태가 기술되어 있다.
미국 특허 번호 7,569,159에는 정공 주입층 및 정공 수송층 및 관련 장치가 기술되어 있다.
미국 특허 공개 2008/0248313(2007년 7월 13일에 출원됨)에는 정공 주입층 및 정공 수송층 및 관련 장치에서 사용되는 술폰화 물질이 기술되어 있다.
미국 특허 공개 2006/0078761 및 2006/0076050(2005년 9월 26일에 출원됨)에는 전계발광 및 광기전 장치에서 사용되는 공액 중합체가 기술되어 있다.
유기 전자 장치에서 사용되는 공액 중합체는, 예를 들어, WO 2009/152,165(2009년 12월 17일에 공개됨); WO 2009/111,675(2009년 9월 11일에 공개됨); WO 2009/111,339(2009년 9월 11일에 공개됨)에도 기술되어 있다.
OLED 디스플레이 및 물질은, 예를 들어, 문헌 [Organic Light-Emitting Materials and Devices, Li and Meng(Eds.), 2006]에 기술되어 있다.
유기 물질 및/또는 도판트의 기타 예는 EP 1725079; US 2007/0207341; WO 2009/102027; WO 2009/158069; 미국 특허 번호 5,853,906; 미국 특허 번호 5,999,780; 및 문헌 [Nielsen et al., J.Am.Chem.Soc., 2008, 130, 9734-9746]을 포함한다.
용액에서의 공액 중합체, 예를 들어, 폴리티오펜의 도핑은, 도핑된 형태에서의 그의 제한된 용해성 때문에, 종종 배제되어 왔다. 한 해법은, 중합체로부터 금속 염으로의 자발적인 전자 이동이 일어나는, 공액 중합체 및 금속 염 도판트를 포함하는 조성물을 사용하는 것이다. 그 결과는 도핑된 공액 중합체, 예를 들어, 결합된 음이온 및 자유 금속과 함께, 산화된 형태의 중합체, 또는 p-형 공액 중합체이다. 이러한 시스템은 증가된 열변색 안정성을 나타낼 수 있다. 어떤 특정한 이론에도 얽매이려는 것은 아니지만, 온도의 함수로서의, 도핑된 형태의 공액 중합체의 색의 중성도는 은 염의 음이온 부분에 따라 달라지는 것으로 보인다. 예를 들어, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 음이온을 포함하여, 본원에 기술된 실시양태는 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 비스(트리플루오로메탄술폰이미드)와 같은 기타 음이온에 비해 탁월한 개선을 보여준다.
통상적인 유기 산화제, 예컨대 초원자가(hypervalent) 아이오도늄, 술포늄 또는 옥소늄 염은 공액 중합체를 도핑하는데 바람직하지 않은데, 왜냐하면 이것들은 바람직하지 않은 부반응 및 열화를 유발할 수 있는 자유 라디칼 반응성 화학종을 생성할 수 있기 때문이다. 본원에서 기술된 하나 이상의 실시양태의 도판트를 사용하면, 단순한 여과 또는 봉쇄 공정을 통해 제거될 수 있는, 단지 약한 영가(zero valent) 은이 수득된다. 또한, 본원에서 기술된 하나 이상의 실시양태의 도판트는 비양성자성이고 공액 중합체의 도핑을 개시하기 위해서 추가의 산을 필요로 하지 않는다.
예를 들어, 문헌 [Kido et al., Polymers for Advanced Technologies, 2002, 13(8), 601]에 기술된 바와 같이, 트리스(4-브로모페닐)암모뉴밀 헥사클로로안티모네이트와 같은 암모뉴밀 염으로 공액 중합체를 도핑하면, HIL의 성능에 영향을 미칠 수 있는, 트리(4-브로모페닐)아민과 같은 비-휘발성 잔사를 갖는 중합체가 제공된다. 이러한 비-휘발성 잔사는 도핑된 공액 중합체로부터 형성된 필름 내에 남아있다. 그러나, 본원에서 기술된 하나 이상의 실시양태의 도판트를 공액 중합체를 도핑하는데 사용하면 비-휘발성 잔사를 갖지 않는 순수한 도핑된 공액 중합체가 제공된다.
정공 수송 물질
정공 수송 물질은 당업계에 공지되어 있고 상업적으로 입수가능하다. 이것은, 예를 들어, 저분자량 물질 또는 고분자량 물질일 수 있다. 이것은 공액 중합체일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 물질은 선형 공액 중합체, 공액 중합체 브러쉬, 주쇄 또는 측쇄 내에 정공 수송 모이어티를 포함하는 중합체, 가교성 및 가교되지 않은 소분자일 수 있다. 본원에서 기술되고 예시된 구조는 중합체 백본 또는 측쇄 내로 도입될 수 있다.
정공 수송 및/또는 공액 중합체의 예는, 예를 들어, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리푸란, 폴리셀레노펜, 폴리텔루로펜, 폴리아닐린, 폴리아릴아민, 및 폴리아릴렌(예를 들어, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 비닐렌, 및 폴리플루오렌)을 포함한다.
수 평균 분자량은, 예를 들어, 약 1,000 내지 약 500,000, 또는 약 5,000 내지 약 100,000, 또는 약 10,000 내지 약 50,000일 수 있다.
중합체성 정공 수송 물질의 몇몇 예에는 하기가 포함된다.
Figure pct00015
Figure pct00016
상기 구조에서, 기 R1 및 R2는, 서로 독립적으로, 예를 들어, 알킬, 알콕시 및 폴리에테르 기를 포함하는, 임의로 치환된 C1-C25 기, 또는 C2-C10 기를 포함하는 공지된 측기일 수 있다. R1 및 R2에 대한 다른 설명은 하기에서 제공된다. 기는 전자-끄는 기 또는 전자-주는 기일 수 있다. 이는 또한 수소일 수도 있다. 측기는 용해성을 제공할 수 있다. n의 값은, 예를 들어, 5 내지 10,000, 또는 10 내지 5,000, 또는 20 내지 1,000일 수 있다.
정공 수송 물질의 추가의 예에는 하기가 포함된다.
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
기타 예에는 하기가 포함된다.
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
(시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 상업적으로 입수가능함)
정공 수송 물질은, 예를 들어, 2010년 11월 18일에 공개된 미국 특허 공개 2010/0292399; 2010년 5월 6일에 공개된 2010/010900; 및 2010년 5월 6일에 공개된 2010/0108954에도 기술되어 있다.
정공 수송 물질의 한 예는 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)디페닐아민)(TFB)이다.
공액 중합체
정공 수송 물질의 한 특정한 예는 공액 중합체이고, 조성물은 하나 이상의 공액 중합체를 포함할 수 있다. 공액 중합체는, 유기 전자 장치에서의 그의 사용을 포함하여, 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌 [Friend, "Polymer LEDs", Physics World, November 1992, 5, 11, 42-46]을 참고하고; 예를 들어, 문헌 [Kraft et al., "Electroluminescent Conjugated Polymers-Seeing Polymers in a New Light", Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 402-428]을 참고하도록 한다. 또한, 폴리아세틸렌, 폴리(p-페닐렌), 폴리(p-페닐렌 술파이드), 폴리피롤, 및 폴리티오펜, 및 이러한 중합체의 계열 및 이러한 중합체 시스템 내의 유도체를 포함하여, 전기 전도성 또는 공액 중합체는, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 문헌 [The Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Wiley, 1990, pages 298-300]에 기술되어 있다. 이 참고문헌에는 또한, 블록 공중합체 형성을 포함하여, 중합체의 블렌딩 및 공중합이 기술되어 있다.
공액 중합체는, 폴리티오펜을 포함하여, 임의의 공액 중합체일 수 있고, 단독중합체, 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 측기를 갖는 위치규칙적(regioregular) 폴리티오펜을 포함하여, 합성 방법, 도핑, 중합체 특성화는, 예를 들어, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 맥쿨로우(McCullough) 등의 미국 특허 번호 6,602,974 및 맥쿨로우 등의 6,166,172에 제공되어 있다. 추가의 설명을, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 논문 ["The Chemistry of Conducting Polythiophenes", by Richard D.McCullough, Adv. Mater. 1998, 10, No.2, pages 93-116] 및 여기서 언급된 참고문헌에서 찾을 수 있다. 당업자가 사용할 수 있는 또 다른 참고문헌은, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 문헌 [Handbook of Conducting Polymers, 2nd Ed. 1998, Chapter 9, by McCullough et al., "Regioregular, Head-to-Tail Coupled Poly(3-alkylthiophene) and its Derivatives", pages 225-258]이다. 이 참고문헌은 또한, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 문헌 ["Electroluminescence in Conjugated Polymers", pages 823-846]의 제29장에 기술되어 있다.
폴리티오펜은 또한, 예를 들어, 문헌 [Roncali, J., Chem. Rev. 1992, 92, 711]; 및 [Schopf et al., Polythiophenes: Electrically Conductive Polymers, Springer: Berlin, 1997]에 기술되어 있다. 또한, 예를 들어, 미국 특허 번호 4,737,557 및 4,909,959를 참고하도록 한다.
중합체성 반도체는, 예를 들어, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 문헌 ["Organic Transistor Semiconductors", by Katz et al., Accounts of Chemical Research, vol.34, no. 5, 2001, page 359 including pages 365-367]에 기술되어 있다.
공액 중합체는, 예를 들어, 블록 공중합체를 포함하는 공중합체일 수 있다. 블록 공중합체는, 예를 들어, 문헌 [Block Copolymers, Overview and Critical Survey, by Noshay and McGrath, Academic Press, 1977]에 기술되어 있다. 예를 들어, 이 문헌에는, 본 발명에서 블록 공중합체 유형의 기본을 형성할 수 있는, A-B 이블록 공중합체(제5장), A-B-A 삼블록 공중합체(제6장) 및 -(AB)n-다블록 공중합체(제7장)가 기술되어 있다.
폴리티오펜을 포함하는 추가의 블록 공중합체는, 예를 들어, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 문헌 [Francois et al., Synth. Met. 1995, 69, 463-466]; [Yang et al., Macromolecules 1993, 26, 1188-1190]; [Widawski et al., Nature(London), vol. 369, June 2, 1994, 387-389]; [Jenekhe et al., Science, 279, March 20, 1998, 1903-1907]; [Wang et al., J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6855-6861]; [Li et al., Macromolecules 1999, 32, 3034-3044]; [Hempenius et al., J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2798-2804]에 기술되어 있다.
측쇄를 갖는 전도성 중합체를 가용화시키는데 사용될 수 있는 치환기는 예를 들어 C1 내지 C25 기를 포함하는 알콕시 및 알킬 뿐만 아니라, 예를 들어 산소 및 질소를 포함하는 헤테로원자 시스템을 포함한다. 특히 3개 이상의 탄소 원자, 또는 5개 이상의 탄소 원자를 갖는 치환기가 사용될 수 있다. 혼합된 치환기가 사용될 수 있다. 치환기는 비극성, 극성 또는 관능성 유기 치환기일 수 있다. 측기는, 예를 들어, 알킬, 퍼할로알킬, 비닐, 아세틸레닉, 알콕시, 아릴옥시, 비닐옥시, 티오알킬, 티오아릴, 케틸, 티오케틸일 수 있고 임의로 수소 외의 원자로 치환될 수 있는 치환기 R이라고 지칭될 수 있다.
공액 중합체는 헤테로시클릭 단량체 반복 단위를 포함할 수 있고, 헤테로시클릭 중합체가 특히 바람직하다. 특히 바람직한 시스템은 폴리티오펜 시스템, 위치규칙적 폴리티오펜 시스템, 3-치환된 폴리티오펜 시스템, 및 3,4-이치환된 폴리티오펜 시스템이다. 몇몇 실시양태에서, 공액 중합체는 3-위치 또는 4-위치 또는 둘 다에서 알콕시 치환기를 포함하는 하나 이상의 폴리티오펜을 포함한다. 중합체는, 예를 들어 폴리티오펜-기재의 중합체, 예컨대, 예를 들어, 플렉스코어(PLEXCORE), 플렉스코트(Plexcoat) 및 유사한 물질을 포함하여, 미국 펜실배니아주 피츠버그 소재의 플렉스트로닉스, 인코포레이티드로부터 수득될 수 있다.
3-치환된 폴리티오펜
공액 중합체, 및 이 중합체를 사용하는 배합물 및 장치의 한 중요한 예는 3-치환된 폴리티오펜이다. 바람직하게는, 3-치환된 폴리티오펜은 폴리(3-알콕시티오펜)일 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 폴리(3-알콕시티오펜)에서, 알콕시 측기는 산소 원자를 통해 티오펜에 결합되며, 이러한 알콕시 기가, 예를 들어, 폴리에테르일 수 있도록, 추가의 원자가 치환기 내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 본원에서 사용된 바와 같이, 알콕시 기는, 예를 들어, 메톡시에톡시에톡시 기일 수 있다.
공액 중합체는 위치불규칙적 또는 위치규칙적 물질일 수 있다. 위치규칙도는, 예를 들어, 약 0 내지 100%, 또는 약 25 내지 99.9%, 또는 약 50 내지 98%일 수 있다.
특히, 공액 중합체, 및 이 중합체를 사용하는 배합물 및 장치의 또 다른 중요한 예는 위치규칙적 폴리티오펜이다. 바람직하게는, 폴리티오펜의 위치규칙도는, 예를 들어, 약 85% 이상, 또는 약 95% 이상, 또는 약 98% 이상일 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 위치규칙도는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 위치규칙적 폴리티오펜은 약 90% 이상의 위치규칙도, 또는 약 98% 이상의 위치규칙도를 갖는다.
폴리(3-알콕시티오펜)의 한 예는 하기로 표시될 수 있다.
Figure pct00025
3,4-이치환된 폴리티오펜
공액 중합체, 및 중합체를 사용하는 배합물 및 장치의 한 중요한 예는 3,4-이치환된 폴리티오펜이다. 바람직하게는, 3,4-이치환된 폴리티오펜은 상기에서 기술된 바와 같이 알콕시 측기가 다수의 헤테로원자를 포함할 수 있는 폴리(3,4-디알콕시티오펜)일 수 있고, 폴리(3,4-디알콕시티오펜)은, 예를 들어, 폴리(3,4-디-폴리에테르)-티오펜일 수 있다. 폴리에테르는 하나 초과의 에테르 기를 갖는 분자이다. 알콕시 및 폴리에테르 측기는 중합체 백본 쇄에 전자를 공여할 수 있다.
3,4-이치환된 폴리티오펜은 대칭적 단량체 반복 단위를 가질 수 있다. 종종, 3,4-이치환된 폴리티오펜은, 산소 원자가 이치환된 티오펜의 3- 및 4-위치에 직접 결합되고 2- 및 5-위치를 통해 중합된, 3,4-치환된 티오펜을 반복 단위로서 포함한다. 치환기는, 예를 들어, 쇄 내의 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자들이 산소 및/또는 질소와 같은 헤테로원자에 의해 대체될 수 있는 직선형 또는 분지형 탄소쇄, 예를 들어, C1 내지 C25 기를 포함하는, 알콕시 및 폴리에테르를 포함할 수 있는 측쇄를 갖는 3,4-치환된 티오펜을 가용화시키는데 사용될 수 있다.
단량체 단위, 예컨대 2,5-디브로모-3,4-비스(2-(2-부톡시에톡시)에톡시)티오펜, 또는 2,5-디브로모-3,4-비스(2-(2-에톡시에톡시)에톡시)티오펜; 2,5-디브로모-3,4-비스(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)티오펜; 2,5-디브로모-3,4-비스(2-(2-부톡시에톡시)에톡시)티오펜; 2,5-디브로모-3,4-비스(2-(2-부톡시부톡시)부톡시)티오펜; 및 2,5-디브로모-3,4-비스(2-(2-메톡시메톡시)메톡시)티오펜을 중합시킴으로써, 공액 중합체를 제조할 수 있다.
3,4-이치환된 폴리티오펜을 수득하는데에 임의의 공지된 중합 방법을 사용할 수 있다. 전형적으로, 니켈 촉매를 사용하여 디알콕시티오펜 또는 디폴리에테르티오펜의 2,5-디브로모 유도체를 GRIM 중합시킴으로써, 상기 중합체 그 자체를 수득할 수 있다.
대칭적 단량체의 GRIM 중합은, 예를 들어, 문헌 [Campos et al., Photovoltaic Activity of a PolyProDOT Derivative in a Bulk Heterojunction Solar Cell, Solar Energy Materials & Solar Cells, August 2006]에 기술되어 있다.
공액 중합체는 3,4-이치환된 폴리티오펜, 예컨대 폴리(3,4-비스(2-(2-부톡시에톡시)에톡시)티오펜)-2,5-디일, 폴리(3,4-비스(2-(2-에톡시에톡시)에톡시)티오펜-2,5-디일; 폴리(3,4-비스(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)티오펜)-2,5-디일; 폴리(3,4-비스(2-(2-부톡시에톡시)에톡시)티오펜)-2,5-디일; 폴리(3,4-비스(2-(2-부톡시부톡시)부톡시)티오펜)-2,5-디일; 및 폴리(3,4-비스(2-(2-메톡시메톡시)메톡시)티오펜)-2,5-디일일 수 있다.
전형적으로, 공액 중합체는 하기로 표시되는 3,4-이치환된 폴리티오펜일 수 있다.
Figure pct00026
여기서, 독립적으로 R1은 임의로 치환된 알콕시 기 또는 알콕시 헤테로원자기, 예컨대, 예를 들어, 알콕시알콕시알콕시 모이어티일 수 있고, 독립적으로 R2는 임의로 치환된 알콕시 기 알콕시 헤테로원자 기, 예컨대, 예를 들어, 알콕시알콕시알콕시 모이어티일 수 있다; 또는
여기서, 독립적으로 R1은 임의로 치환된 알킬, 및 임의로 치환된 아릴옥시일 수 있고, 독립적으로 R2는 임의로 치환된 알킬, 및 임의로 치환된 아릴옥시일 수 있다. 임의적 치환을 위한 치환기의 예는 히드록실, 페닐, 및 추가의 임의로 치환된 알콕시 기를 포함한다. 알콕시 기는 또한 히드록실, 페닐, 또는 알콕시 기로 임의로 치환될 수 있다; 또는
여기서, 독립적으로 R1은 임의로 치환된 알킬렌 옥시드일 수 있고, 독립적으로 R2는 임의로 치환된 알킬렌 옥시드일 수 있다. 치환기는 예를 들어 히드록실, 페닐, 또는 알콕시 기일 수 있다; 또는
여기서, 독립적으로 R1은 임의로 치환된 에틸렌 옥시드 또는 임의로 치환된 프로필렌 옥시드 또는 기타 저분자량 알킬렌옥시 단위일 수 있고, 독립적으로 R2는 임의로 치환된 에틸렌 옥시드 또는 임의로 치환된 프로필렌 옥시드 또는 기타 저분자량 알킬렌옥시 단위일 수 있다. 치환기는 예를 들어 히드록실, 페닐, 또는 알콕시 기일 수 있다; 또는
여기서, 독립적으로 R1은 임의로 치환된 알킬렌, 예컨대, 예를 들어, 메틸렌 또는 에틸렌일 수 있고, 치환기는 예를 들어 임의로 치환된 알킬렌옥시, 예컨대 에틸렌옥시 또는 프로필렌옥시이고; 치환기는 예를 들어 히드록실, 페닐, 또는 알콕시일 수 있고, 독립적으로 R2는 임의로 치환된 알킬렌, 예컨대, 예를 들어, 메틸렌 또는 에틸렌일 수 있고, 치환기는 예를 들어 임의로 치환된 알킬렌옥시, 예컨대 에틸렌옥시 또는 프로필렌옥시이고; 치환기는 예를 들어 히드록실, 페닐, 또는 알콕시일 수 있다.
또한, 치환기 R1 및 R2는 산소 원자, 예컨대 알콕시 또는 페녹시에 의해 티오펜에 연결될 수 있고, 여기서 치환기는 각각 상응하는 알콜 또는 페놀에 의해 특징지워질 수 있다. 알콜은, 예를 들어, 선형 또는 분지형일 수 있고, C2-C20, 또는 C4-C18, 또는 C6-C14 탄소 원자를 가질 수 있다. 알콜은 예를 들어 알킬 알콜, 또는 에틸렌 글리콜, 또는 프로필렌 글리콜, 또는 디에틸렌 글리콜, 또는 디프로필렌 글리콜, 또는 트리프로필렌 글리콜일 수 있다. 추가의 예는 모노에틸렌 글리콜 에테르 및 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 에테르 및 아세테이트, 트리에틸렌 글리콜 에테르 및 아세테이트 등일 수 있다. 산소 원자를 통해 티오펜 고리에 연결될 수 있는 알콜의 예는 헥실 셀로솔브, 다우아놀(Dowanol) PnB, 에틸 카르비톨, 다우아놀 DPnB, 페닐 카르비톨, 부틸 셀로솔브, 부틸 카르비톨, 다우아놀 DPM, 디이소부틸 카르비놀, 2-에틸헥실 알콜, 메틸 이소부틸 카르비놀, 다우아놀 Eph, 다우아놀 PnP, 다우아놀 PPh, 프로필 카르비톨, 헥실 카르비톨, 2-에틸헥실 카르비톨, 다우아놀 DPnP, 다우아놀 TPM, 메틸 카르비톨, 다우아놀 TPnB를 포함한다. 이들 상표명은 당업계에 잘 공지되어 있다. 다양한 알콕시 및 폴리에테르 치환기를 포함하는 폴리티오펜 치환기, 및 배합물은 예를 들어 2007년 7월 13일에 출원된 미국 특허출원 11/826,394(미국 공개 2008/0248313)에 기술되어 있다.
중합도 'n'은 특별하게 제한되지는 않지만 예를 들어 2 내지 500,000 또는 5 내지 100,000 또는 10 내지 10,000, 또는 10 내지 1,000, 10 내지 500, 또는 10 내지 100일 수 있다. 많은 경우에, 중합체는 약 5,000 내지 100,000 g/mol의 수 평균 분자량을 갖는다. 몇몇 실시양태에서, R은 모노알콕시, 디알콕시, 트리알콕시, 또는 테트라알콕시 기일 수 있고, 공액 중합체는 폴리(3,4-디알콕시티오펜) 또는 폴리(3,4-디폴리에테르티오펜)이다.
측기의 예는 부톡시에톡시(에톡시) 기이고, 중합체는 폴리(3,4-비스(2-(2-부톡시에톡시)에톡시)티오펜-2,5-디일)일 수 있다.
임의적 매트릭스 물질
하나 이상의 실시양태에서, 투명 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)을 형성하기 위한 조성물 내로 매트릭스 물질이 도입될 수 있다. 투광율이 중요하고, 보다 두꺼운 필름 두께에서의 우수한 투과율이 특히 중요하다. 예를 들어, 약 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광을 약 85% 내지 약 90% 이상(즉, %T> 85-90%)으로 투과할 수 있는 HIL 또는 HTL을 제조할 수 있다.
한 실시양태에서, HIL 층은, 예를 들어, 약 5 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 또는 약 5 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 또는 약 20 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 또는 약 20 ㎚ 내지 약 60 ㎚의 두께를 갖는다. 또 다른 두께 범위는, 예를 들어, 약 60 ㎚ 내지 약 200 ㎚이다.
따라서, 본 실시양태의 추가의 이점은 적당히 두꺼운 두께를 갖는 실질적으로 투명한 HIL 또는 HTL을 형성한다는 것일 수 있다. 두꺼운 HIL 또는 HTL은, 작동 전압에 나쁜 영향을 미치지 않고서 반도체 장치에서 단락을 없애는데 사용될 수도 있다.
몇몇 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 매트릭스 물질을 포함한다. 매트릭스 물질은 보다 고분자량의 또는 보다 저분자량의 물질일 수 있다. 매트릭스 물질은, 예를 들어, 공액 중합체와 상이한 합성 중합체일 수 있다. 예를 들어, 2006년 8월 10일에 공개된 미국 특허 공개 번호 2006/0175582를 참고하도록 한다. 합성 중합체는, 예를 들어, 탄소 백본을 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 합성 중합체는 산소 원자 또는 질소 원자를 포함하는 하나 이상의 중합체 측기를 갖는다. 합성 중합체는 루이스 염기일 수 있다. 전형적으로, 합성 중합체는 탄소 백본을 포함하고, 25℃ 초과의 유리 전이 온도를 갖는다. 합성 중합체는 25℃ 이하의 유리 전이 온도 및 25℃ 초과의 융점을 갖는 반-결정질 또는 결정질 중합체일 수도 있다. 합성 중합체는 산성 기를 포함할 수 있다. 또한, 공액 중합체는 산성 기를 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 공액 중합체와 제2 중합체 둘 다는 산성 기를 포함한다.
제2 중합체일 수 있는 매트릭스 물질은 평탄화제일 수 있다. 매트릭스 물질 또는 평탄화제는, 예를 들어, 중합체 또는 올리고머, 예컨대 유기 중합체, 예컨대 폴리(스티렌) 또는 폴리(스티렌) 유도체, 폴리(비닐 아세테이트) 또는 그의 유도체, 폴리(에틸렌 글리콜) 또는 그의 유도체, 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트), 폴리(피롤리돈) 또는 그의 유도체(예를 들어, 폴리(1-비닐피롤리돈-코-비닐 아세테이트)), 폴리(비닐 피리딘) 또는 그의 유도체, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 그의 유도체, 폴리(부틸 아크릴레이트), 폴리(아릴 에테르 케톤), 폴리(아릴 술폰), 폴리(아릴 에테르 술폰), 폴리(에스테르) 또는 그의 유도체, 또는 그의 조합으로 이루어질 수 있다.
더욱 일반적으로, 매트릭스 물질 또는 평탄화제는, CH2CH Ar(여기서 Ar은 임의의 아릴 또는 관능화된 아릴 기임), 이소시아네이트, 에틸렌 옥시드, 공액 디엔, CH2CHR1R(여기서 R1은 알킬, 아릴, 또는 알킬/아릴 관능기이고 R은 H, 알킬, Cl, Br, F, OH, 에스테르, 산 또는 에테르임), 락탐, 락톤, 실록산 및 ATRP 마크로개시제와 같은 단량체로부터 제조된 중합체 또는 올리고머로 이루어질 수 있다. 평탄화제는 임의로 치환된 융합된 방향족 고리 또는 임의로 치환된 폴리시클릭 방향족 탄화수소 측기를 포함하는 중합체일 수도 있다. 또한, 하기에서 기술되는 정공 수송 화합물이 평탄화제일 수도 있다.
또 다른 실시양태에서, 매트릭스 물질 또는 평탄화제는, 예를 들어, 하나 이상의 반도체 매트릭스 성분으로 이루어질 수 있다. 반도체 매트릭스 성분은 상기에서 기술된 공액 중합체와 상이하다. 반도체 매트릭스 성분은 반도체 소분자, 예컨대 정공 수송 화합물, 또는 전형적으로 주쇄 및/또는 측쇄 내에 정공 수송 단위를 포함하는 반복 단위로 이루어진 반도체 중합체일 수 있다. 반도체 매트릭스 성분은 중성 형태일 수 있거나 도핑될 수 있고, 전형적으로 유기 용매, 예컨대 톨루엔, 클로로포름, THF, 아세토니트릴, 시클로헥산온, 아니솔, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 에틸 벤조에이트 및 그의 혼합물에 용해될 수 있다.
매트릭스 성분으로서 사용되기에 바람직한 반도체 소분자, 정공 수송 물질, 및 중합체의 예는 그 전문이 본원에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "Hole Transport Layer Compositions and Related Diode Devices"인 마르크스(Marks) 등의 미국 특허 공개 번호 2005/0147846 A1, 및 2009년 10월 26일에 출원된 마타이(Mathai) 등의 미국 특허출원 번호 12/605,768에 기술되어 있다.
도판트
도판트는 당업계에 공지되어 있고 도핑 반응에서 공액 중합체와 반응할 수 있다. 도판트는 이온성 화합물일 수 있다. 도판트는 양이온 및 음이온을 포함할 수 있다.
이온성 화합물의 양이온은, 예를 들어, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, 또는 Au일 수 있다.
이온성 화합물의 양이온은, 예를 들어, 금, 몰리브데넘, 레늄, 철 및 은 양이온일 수 있다.
이온성 화합물의 음이온은 예를 들어, 예를 들어 임의로 치환된 테트라아릴보레이트, 또는 할로겐화테트라아릴보레이트 또는 테트라키스펜타플루오로페닐보레이트(TPFB)를 포함하는 완전 방향족 또는 헤테로방향족 음이온일 수 있다.
음이온의 예로는 하기로 표시되는 구조가 포함된다.
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
Figure pct00030
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R10은 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 안티모니, SO3 또는 CO2이고; X는 F, Cl, Br, I 또는 CN이고; n은 0 내지 6이고; m은 ≤6-n이다. 한 실시양태에서, n은 1 내지 6일 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 음이온은 하기로 표시되는 구조 중 하나 이상일 수 있다.
Figure pct00031
Figure pct00032
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는, 예를 들어, H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6일 수 있다. 예를 들어 A가 붕소 또는 갈륨이면 n은 4이고; A가 인 또는 안티모니이면 n은 6이다.
추가의 실시양태에서, 도판트는 알킬, 아릴, 및 헤테로아릴 술포네이트 및 카르복실레이트를 포함하는 술포네이트 또는 카르복실레이트일 수 있다. 예를 들어, 상기 12개의 구조에서 A는 또한 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니, 술포네이트 또는 카르복실레이트 기일 수 있다. 이러한 12개의 구조의 술포네이트 및 카르복실레이트 실시양태에서, n의 값은 1일 수 있다.
술포네이트 및 카르복실레이트 도판트의 예에는 벤조에이트 화합물, 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드, 헵타플루오로부티레이트, 헥사플루오로안티모네이트, 헥사플루오로아르세네이트, 헥사플루오로포스페이트, 테트라플루오로보레이트, 메탄술포네이트, 트리플루오로메탄술포네이트, p-톨루엔술포네이트, 펜타플루오로프로피오네이트, 테트라플루오로보레이트, 및/또는 트리플루오로보레이트가 포함된다. 예에는 (2-니트로페닐)트리플루오로보레이트, 벤조푸라잔-5-트리플루오로보레이트, 피리미딘-5-트리플루오로보레이트, 피리딘-3-트리플루오로보레이트, 및 2,5-디메틸티오펜-3-트리플루오로보레이트가 포함된다.
또 다른 실시양태에서, 음이온은 하나 초과의 아릴 기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 아릴 기를 포함하는 음이온은 하기로 표시될 수 있다.
Figure pct00033
n = 1-3
여기서, 독립적으로 R1 내지 R3은 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸일 수 있고; n은 1 내지 3일 수 있다.
한 바람직한 실시양태에서, 도판트는 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)-보레이트를 포함하고, 하기로 표시된다.
Figure pct00034
공액 중합체를 도판트와 혼합할 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이 혼합 시에 반응이 일어날 수 있다. 특히, 공액 중합체를 도판트로 도핑할 수 있다. 도판트는, 예를 들어, 예를 들어 공액 중합체와 하나 이상의 전자 이동 반응(들)을 겪음으로 도핑된 공액 중합체를 형성하는 물질일 수 있다. 도판트는 적합한 전하 균형을 맞추는 반대-음이온을 제공하는 것으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 도판트는 중합체로부터 금속 염 같은 양이온-음이온 도판트로의 자발적인 전자 이동을 겪음으로써, 결합된 음이온 및 자유 금속과 함께 산화된 형태의 공액 중합체를 남길 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Lebedev et al., Chem. Mater., 1998, 10, 156-163]을 참고하도록 한다. 본원에서 논의된 바와 같이, 공액 중합체 및 도판트는 도핑된 중합체를 형성하도록 반응하는 성분을 지칭할 수 있다. 도핑 반응은 전하 이동 반응일 수 있고, 여기서 전하 운반체가 발생되고, 반응은 가역적이거나 비가역적일 수 있다. 도판트는 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 번호 또는 공개 번호 7,070,867; 2005/0123793; 및 2004/0113127을 참고하도록 한다.
음이온 TPFB는 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌 [Hijazi et al., European J. Inorganic Chemistry, 2008, 18, 2892-2898]; [Ogawa et al., Organometallics, 2005, 24(20), 4842-4844]; [Kuprat et al., Organometallics, 2010, 29(6), 1421-1427] (AgTPFB가 LiTPFB보다 덜 안정하다는 것을 암시함)을 참고하도록 한다. TPFB는 일가 및 이가 양이온을 포함하는 다양한 양이온을 갖는 착체일 수 있고, 극성 및 비극성 리간드, 예컨대 아세토니트릴, 메틸렌 클로라이드, 디에틸 에테르, 펜탄, 벤젠 또는 톨루엔과 배위결합 또는 착화할 수도 있다.
한 실시양태에서, 도판트는 은 염, 예컨대 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트일 수 있다. 은 이온은 은 금속 및 전도성 중합체로 또는 은 금속 및 전도성 중합체로부터 전자 이동을 겪을 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Lebedev et al., Chem. Mater., 1998, 10, 156-163]을 참고하도록 한다.
최종 배합물에서, 조성물은 원래 성분의 조합과 확실히 상이할 수 있다(즉, 공액 중합체 및/또는 도판트는 혼합 전과 동일한 형태로 최종 조성물 내에 존재할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다).
몇몇 실시양태는 도핑 공정으로부터 반응 부산물의 제거를 허용한다. 예를 들어, 은과 같은 금속을 여과를 통해 제거할 수 있다.
양이온, 예컨대 아이오도늄 염 및 EP 1725079 및/또는 US 2007/0207341에 기술된 기타 도판트 양이온을 조성물로부터 배제할 수 있다. 음이온, 예컨대, 예를 들어 완전히 방향족 음이온이 아닌 음이온, 예컨대, 예를 들어, [BF4], [PF6], 및 비스(트리플루오로메탄술폰이미드)를 배제할 수 있다.
도판트에 대한 추가의 실시양태는, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 번호 7,785,740("Overcharge Protection for Electrochemical Salts")에서 발견되는 음이온을 포함하여, 화합물 및 염을 포함한다. MaQ 과충전 보호 염은 (Q로서) 보레이트 및 헤테로보레이트 클러스터를 포함하는 것으로 기술되어 있고, 여기서 M은 양이온이고 a는 1 또는 2와 같은 정수일 수 있다. 추가의 실시양태에서, 염의 음이온은 (B10FxZ10-x)2- 및 (B12FxZ12-x)2-로서 표시될 수 있고, 여기서 Z는 H, Cl, Br, 또는 OR을 나타낼 수 있고, R은, 예를 들어, H, C1 -8 알킬 또는 플루오로알킬일 수 있거나 C1 -3 알킬 또는 플루오로알킬일 수 있다. x의 값은, 예를 들어, 4 내지 12, 또는 7 내지 12, 또는 7 내지 11일 수 있다. 염의 혼합물이 사용될 수 있다.
열안정성
필름 층 및 필름 층을 포함하는 장치의 열안정성은 중요하다. 몇몇 도판트, 예컨대, 은 염 도판트, 예를 들어, 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(AgTPFB)는 증가된 열안정성을 제공할 수 있다. 리튬 염은 바람직하지 않은데, 왜냐하면 리튬은 공액 중합체의 도핑을 감소시키거나 제공하지 않기 때문이다. 리튬 염의 환원 전위는 은 염의 것보다 훨씬 더 낮다. 따라서, 본 실시양태에서, 은 염, 예를 들어 AgTPFB가 바람직하다.
은 염의 안정성은 가공 방법에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 바람직하게는 리튬 테트라키스(펜타플루오로페닐)-보레이트(LiTPFB) 및 질산은을 아세토니트릴에 용해시킴으로써 복분해시킨 후에 물에서 침전시킴으로써 AgTPFB를 제조한다. 특정 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 이러한 복분해 반응에서, 아세토니트릴은 은에 착화되어서 그의 광분해 안정성을 개선할 수 있다.
한 측면에서, 안정성은 광분해 안정성 또는 변색에 대한 안정성으로 간주될 수 있다. LiTPFB를 복분해시키고 아세토니트릴에 용해시킴에 의해 제조된 안정한 AgTPFB를 주위 조건에서 변색되지 않는 백색 분말로서 수득할 수 있다. 한편으로는, 아세토니트릴을 사용하지 않고서 제조된 불안정한 AgTPFB는 24시간 내에 갈색으로 변하기 시작하고 계속 그렇게 된다.
또 다른 측면에서, 안정성은 열안정성으로 간주될 수 있고 열중량 분석에 의해 측정될 수 있다. 안정한 AgTPFB의 6개의 예시적인 샘플들(EX 1 내지 EX 6으로 번호 매겨짐)을, 상기에서 기술된 바와 같이 LiTPFB를 복분해시키고 아세토니트릴에 용해시킨 후에 물에 침전시킴으로써 제조하였다. LiTPFB의 비교 실시예(CE-1으로 번호매겨짐)도 제조하였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 샘플 EX 1 내지 EX 6은 보다 넓은 온도 범위에 걸쳐 보다 우수한 열안정성을 보여준다. 예를 들어, EX 1 내지 EX 6은 0 내지 150T의 온도 범위에 걸쳐 약 5% 미만의 중량 변화를 겪는다. 한편으로는, 샘플 CE-1은 보다 낮은 온도, 예를 들어 약 25℃에서 열불안정성을 나타내기 때문에 열안정성이 덜하다.
따라서, 실시양태의 은 염 도판트의 경우, 리튬의 양을 검출 한계 미만의 수준으로 감소시킬 수 있다.
용매 시스템
용매 시스템을 애노드 또는 발광층과 같은 장치 내의 기타 층과 함께 사용하거나 가공하도록 적응시킬 수 있다. 수성 및 비수성 용매 시스템을 사용할 수 있다.
상이한 용매들을 본 용매 시스템에서 사용할 수 있다. 전형적으로, 사용되는 용매는 유기 비극성 용매이다. 더욱 전형적으로, 사용되는 용매는 비양성자성 비극성 용매이다. 비양성자성 비극성 용매를 사용하면, 적어도 몇몇 예에서는, 양성자에 민감한 방출체 기술을 사용하는 장치의 수명이 증가된다는 추가의 이점이 제공될 수 있다. 이러한 장치의 예는 PHOLED를 포함한다.
본 용매 시스템에서 사용되는 통상적인 용매는, 예를 들어, 방향족을 포함한다. 테트라히드로푸란, 클로로포름, 또는 방향족 탄화수소와 같은 용매가 사용된다. 추가의 용매는 테트라히드로피란(THP), 클로로포름, 알킬화 벤젠, 할로겐화 벤젠, NMP, DMF, DMAc, DMSO, 메틸 에틸 케톤, 시클로헥산온, 클로로포름, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 아세톤, THF, 디옥산, 디옥산, 에틸 아세테이트, 에틸 벤조에이트, 디메틸 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 3-에톡시프로피오니트릴 또는 그의 조합을 포함한다. 공액 중합체는 전형적으로 이러한 용매에 고도로 가용성이고 고도로 가공성이다.
환경 적응을 위해, 하나 이상의 할로겐화되지 않은 용매를 선택할 수 있다. 할로겐화 용매를 실질적으로 또는 완전히 배제할 수 있다(예를 들어, 총 용매 운반체의 부피를 기준으로 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 1% 미만, 또는 0.1% 미만으로 사용할 수 있다). 이러한 추가의 인자를 고려함에 있어서, 참고문헌, 예컨대, 예를 들어, 그 전문이 참고로 포함되는, 문헌 [Chereinisnoff, N.P, Industrial Solvents Handbook, 2nd Ed.(Marcel Dekker, New York, 2003)]; [Ash, M, Handbook of Solvents, 2nd Ed.(Syapse Information Resources, 2003)]; [Wypych, G., Handbook of Solvents(Chemical)(Noyes Publications, 2000)]; [Hansen, C.M., Durkee, J. and Kontogeorgis, G, Hanson Solubility Parameters: A User's Handbook(Taylor and Francis, 2007)]를 참고하는 것이 도움이 될 수 있다. 둘 이상의 용매를 포함하는 용매 시스템의 선택과 관련된 보다 상세한 논의를 보기 위해서는, 그 전문이 참고로 포함되는, 2008년 8월 20일에 출원된 미국 61/090,464(043419-0256)를 참고하도록 한다.
별법으로, 용매 시스템에서 사용하기 위해 하나 초과의 용매를 선택하는 것이 유용할 수 있다.
공액 중합체를 가용화시키거나, 공액 중합체를 팽창시키거나, 심지어는 중합체를 위한 비-용매로서 작용하는 기타 용매를 고려할 수도 있다. 후자를 잉크 성질, 예컨대 습윤, 점도, 형태 제어를 개질하는 다양한 양으로 용매 시스템에 포함시킬 수 있다.
고려되는 용매에는 에테르(임의로 C1-C10 알킬 쇄로 치환된 것), 예컨대 아니솔, 에톡시벤젠, 디메톡시 벤젠 및 글리콜 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 디에테르, 예컨대 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 1,2-디부톡시 에탄; 디에틸렌 글리콜 디에테르, 예컨대 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르; 프로필렌 글리콜 디에테르, 예컨대 프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 디에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 디부틸 에테르; 디프로필렌 글리콜 디에테르, 예컨대 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 디에틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 디부틸 에테르; 및 상기에서 언급된 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜 에테르의 보다 고분자량의 유사체(트리- 및 테트라-)가 포함될 수 있다.
또 다른 용매, 예컨대 에틸렌 글리콜 모노에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노에테르 아세테이트를 고려할 수 있고, 여기서 에테르는, 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, sec-부틸, tert-부틸, 시클로헥실로부터 선택될 수 있다. 또한 상기 목록의 물질의 보다 고분자량의 글리콜 에테르 유사체, 예컨대 디-, 트리- 및 테트라-도 포함된다. 예로는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 2-에톡시에틸 아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트가 포함되지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다.
기타 가능한 용매는 지방족 및 방향족 케톤, 예컨대 아세토닐 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 이소부테닐 케톤, 2-헥산온, 2-펜탄온, 아세토페논, 에틸 페닐 케톤, 시클로헥산온, 시클로펜탄온, 메틸에틸 케톤을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 이러한 용매들은 회피된다. 몇몇 실시양태에서, 케톤에 대해 알파 위치에 위치한 탄소 상의 양성자를 갖는 케톤, 예컨대 시클로헥산온, 메틸에틸케톤, 및 아세톤은 회피된다.
추가의 가능한 용매에는 N,N-디메틸 포름아미드, N,N-디메틸 아세트아미드, N-메틸 피롤리돈, 디메틸 술폭시드, 테트라메틸렌 술폭시드, 아세토니트릴, 벤조니트릴, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트 등이 포함된다.
기타 예에는 시클릭 에테르, 예컨대, 예를 들어, 테트라히드로피란(THP)이 포함된다. 용매의 중합을 회피할 수 있게 하는 용매가 사용될 수 있다. 또 다른 예는 메톡시프로프리오니트릴이다.
용매의 바람직한 군은 톨루엔, 크실렌(들), 테트랄렌, 메시틸렌, 페네톨, 4-메틸아니솔, 아니솔, 테트라히드로피란, 3-메톡시프로피오니트릴, 3-에톡시프로피오니트릴, 메틸 벤조에이트 에틸 벤조에이트, 프로필렌글리콜메틸 에테르 아세테이트, 1,2-디메톡시에탄, 및 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 및 그의 조합이다. 기타 바람직한 용매 조합은 실시예 절에 기술되어 있다.
잉크 특성, 예컨대 기판 습윤성, 용매 제거의 용이함, 점도, 표면장력, 및 토출성(jettability)을 개선하기 위해, 하나 이상의 용매를 다양한 비율로 사용할 수 있다.
공액 중합체, 도판트 및 용매를 포함하는 조성물을, 최종 장치의 전자 성질을 개선하는데 사용되는 추가의 층 또는 전극을 임의로 함유하는 기판 상에 필름으로서 캐스팅 및 어닐링할 수 있다. 필름은, 장치의 제작 동안에 후속적으로 코팅 또는 침착되는 층을 위한 잉크 내 용매일 수 있는 유기 용매에 대해 불응성일 수 있다. 필름은, 장치의 제작 동안에 후속적으로 코팅 또는 침착되는 층을 위한 잉크 내 용매일 수 있는 톨루엔에 대해 불응성일 수 있다.
한 실시양태에서, HIL 층을 열 어닐링한다. 한 실시양태에서, HIL 층을 약 25℃ 내지 약 250℃의 온도에서 열 어닐링한다. 한 실시양태에서, HIL 층을 약 25℃ 내지 약 250℃의 온도 및 10-6 내지 760 torr의 감압하에 열 어닐링한다. 한 실시양태에서, HIL 층을 약 90℃ 내지 약 170℃의 온도에서 약 5 내지 약 15분 동안 열 어닐링한다. 한 실시양태에서, HIL 층을 가열하여 용매를 제거한다.
예를 들어 스핀 캐스팅, 딥 캐스팅, 딥 코팅, 슬롯-다이 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비어 코팅, 독터 블레이딩을 포함하는 당업계에 공지된 방법, 및 예를 들어 유기 전자 장치의 제작을 위한, 당업계에 공지된 임의의 기타 방법을 사용하여 필름 형성을 수행할 수 있다.
양
한 실시양태에서, 조성물은 약 40 중량% 내지 75 중량%의 공액 중합체 및 약 25 중량% 내지 55 중량%의 도판트를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 조성물은 약 50% 내지 65%의 공액 중합체 및 약 35% 내지 50%의 도판트를 포함한다. 전형적으로, 공액 중합체의 중량 기준 양은 도판트의 중량 기준 양보다 크다. 공액 중합체는 상기에서 기술된 임의의 공액 중합체일 수 있다. 전형적으로, 반복 단위는 3-치환된 폴리티오펜 또는 3,4-이치환된 폴리티오펜이다. 전형적으로, 도판트는 약 0.25 내지 0.5 m/ru(여기서 m은 s 염의 몰량이고, ru는 공액 중합체 반복 단위의 몰량임)의 양의 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트와 같은 은 염일 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 조성물은 용매 또는 용매 운반체를 포함한다. 전형적으로, 용매 또는 용매 운반체를 포함하는 실시양태에서, 조성물은 95 중량% 이상의 용매 또는 용매 운반체를 포함하고, 조성물은 5 중량% 이하의 % 고체 함량을 가짐을 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 고체 함량은 약 0.1 중량% 내지 100 중량%이고, 여기서 100 중량%는 건조 분말과 같은 건조 물질을 나타낸다. 한 실시양태에서, 고체 함량은 약 0.3 중량% 내지 약 10 중량%이다. 또 다른 실시양태에서, 고체 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%이다.
한 실시양태에서, 용매를 제거함으로써 건조 분말을 제조한다. 그 결과는 분말과 같은 건조하거나 실질적으로 건조한 물질일 수 있다. 잔여 용매의 양은, 예를 들어, 10 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하일 수 있다. 건조하거나 실질적으로 건조한 분말을 신규한 용매 시스템에 재분산 또는 재용해시킬 수 있다.
임의적 매트릭스 물질의 양을, 배합된 정공 수송 물질과 도판트의 양에 대한 중량%로서 제어할 수 있고 측정할 수 있다. 예를 들어, 그 양은 0 내지 99.5 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 98 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 95 중량%일 수 있다. 0 중량%의 실시양태에서, 매트릭스 물질은 사용되지 않는다.
물질을 정제하여, 예를 들어, 할로겐 및 금속을 제거할 수 있다. 할로겐에는, 예를 들어, 브로민 및 아이오딘이 포함된다. 금속에는, 예를 들어, 도판트의 양이온의 환원된 형태를 포함하는, 도판트의 양이온, 또는 촉매 또는 개시제 잔사로부터 남은 금속이 포함된다. 금속에는, 예를 들어, 은, 니켈, 및 마그네슘이 포함된다. 양은, 예를 들어, 100 ppm 미만, 또는 10 ppm 미만, 또는 1 ppm 미만일 수 있다.
금속은 제거될 수 있다. 한 실시양태에서, 금속(예를 들어, 은)의 함량은, 예를 들어, 건조 분말 중 0 내지 10%, 및/또는 용액 중 0 내지 0.5%일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 금속(예를 들어, 은)의 함량은, 예를 들어, 건조 분말 중 0 내지 1%, 및/또는 용액 중 0 내지 0.05%일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 금속(예를 들어, 은) 함량은 예를 들어 건조 분말 중 0 내지 0.5%, 및/또는 용액 중 0 내지 50 ppm일 수 있다.
은 함량을 포함하는 금속 함량은, 특히 50 ppm 초과의 농도의 경우에, ICP-MS에 의해 측정될 수 있다.
미반응 은 이온을 포함하여, 미반응 양이온을 포함하는 미반응 도판트는 존재하거나 제거될 수도 있다.
제조 단계들의 방법
본원에서 기술된 장치를, 예를 들어, 용액 가공을 포함하는 당업계에 공지된 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 당업계에 공지된 방법을 사용하여 잉크를 도포하고 용매를 제거할 수 있다.
정제 방법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도판트, 예컨대 금속 염, 특히 은 염, 예를 들어, 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트는 공액 중합체로부터 금속 염으로의 자발적인 전자 이동을 겪음으로써, 결합된 음이온 및 자유 금속과 함께, 산화된 형태의, 예를 들어 p-형 공액 중합체로서의 공액 중합체를 제공할 수 있다. 금속을, 예를 들어, 셀라이트 층 또는 하나 이상의 유리 섬유 필터(적층되거나 적층되지 않은 것; 0.5 마이크로미터)를 통해 통과시킴으로써 배합물로부터 제거할 수 있다. 예를 들어, 용액 중 도판트 약 50 ㎖를 유리 주사기 내의 셀라이트 층(패킹되고 건조한 것; 직경 26 ㎜, 두께 15 ㎜)을 통해 통과시킬 수 있다. 약한 압력을 가하여 용액 유량을 증가시킬 수 있다.
또한, 예를 들어, AgTPFB와 같은 은 테트라아릴보레이트 염을 포함하는 금속 염의 제조 방법에 대한 실시양태도 제공된다. 예를 들어, 복분해 반응을 수용성 은 염 및 테트라아릴보레이트 염을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 반응은 하기에 의해 표시될 수 있다:
M1X1 + M2X2 → M1X2(불용성) + M2X1(용해성)
적어도 몇몇 경우에서는 M1X2의 침전이, 반응을 오른쪽으로 추진되는 것을 촉진시켜 비교적 높은 수율을 제공할 수 있다. M1은, 예를 들어, 은과 같은 금속일 수 있고, M2는 예를 들어 리튬과 같은 금속일 수 있다. X1은 예컨대, 예를 들어, 질산염과 같이 수용성을 제공할 수 있다. X2는 테트라아릴보레이트와 같은 비-배위결합 음이온일 수 있다. M1X2는 물에 불용성일 수 있고, M2X1은 물에 가용성일 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, AgTPFB를 바람직하게는, 리튬 테트라키스(펜타플루오로페닐)-보레이트(LiTPFB) 및 질산은을 아세토니트릴에 용해시킴으로써 복분해시키고 이어서 물에서 침전시킴으로써, 제조할 수 있다. 예를 들어, 약 25℃의 온도에서, 아세토니트릴 중 질산은의 용액(예를 들어, 3 중량% 내지 25 중량%, 또는 5 중량% 내지 15 중량%, 또는 10 중량%)을, 예를 들어, LiTPFB(예를 들어, 3 중량% 내지 25 중량%, 또는 5 중량% 내지 15 중량%, 10 중량%)와 혼합할 수 있다. 원하는 반응 생성물을 용액의 혼합물을 사용하여 침전시킬 수 있고, 이것을 특히 과량의 물(예를 들어, 10배 과량, 탈이온수)에서 침전시킬 수 있고, 예를 들어, 여과함으로써(예를 들어, 소결된, 중간 공극률의 유리 깔때기를 사용) 수집할 수 있다. 반응 생성물을 침전시킬 수 있는 반면에, 원하지 않는 반응 생성물(예를 들어, 질산리튬)은 수용성일 수 있고, 따라서 수용액 내에 남는다. 반응 생성물 내의 리튬의 양은, 예를 들어, ICP-MS와 같은 방법에 의해 검출되지 않을 수 있다. 예를 들어, 리튬과 같은 원하지 않는 금속의 양은 1 중량% 미만, 또는 0.1 중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만, 또는 0.001 중량% 미만일 수 있다. 이러한 방법에서, 복잡한 추출 절차를 회피할 수 있다. 예를 들어, 속슬렛(Soxhlett) 추출을 회피할 수 있다. 은 염 생성물의 수율은, 예를 들어, 약 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 85% 이상, 예컨대, 예를 들어, 80% 내지 85%일 수 있다.
따라서, 한 실시양태는 (i) 임의로 용액에서, 하나 이상의 테트라아릴보레이트 염을 제공하고, (ii) 임의로 용액에서, 테트라아릴보레이트 염과 상이한 하나 이상의 은 염을 제공하고, 여기서 테트라아릴보레이트 염 또는 은 염 또는 둘 다는 용액 내에 있고, (iii) 테트라아릴보레이트 염을 은 염과 합하여 침전 매질로부터 은 테트라아릴보레이트 염을 침전시키고, (iv) 은 테트라아릴보레이트 염을 수집하여 이것을 침전 매질로부터 분리함을 포함하는 방법을 포함한다. 이 방법은 복분해 교환 반응을 포함할 수 있고, 여기서 원하는 생성물은 침전 매질에 용해되지 않고(예를 들어, 수용성이 아님), 원하지 않는 생성물은 침전 매질에 가용성이다(예를 들어, 수용성임).
또 다른 실시양태는 (i) 하나 이상의 테트라아릴보레이트 염의 하나 이상의 제1 용액을 제공하고, (ii) 테트라아릴보레이트 염과 상이한 하나 이상의 은 염의 하나 이상의 제2 용액을 제공하고, (iii) 제1 용액과 제2 용액을 합하여 침전 매질로부터 은 테트라아릴보레이트 염을 침전시키고, (iv) 은 테트라아릴보레이트 염을 수집하여 이것을 침전 매질로부터 분리함을 포함하는 방법을 포함한다.
이 방법은 복분해 교환 반응을 포함할 수 있고, 여기서 원하는 생성물은 침전 매질에 용해되지 않고(예를 들어, 수용성이 아님), 원하지 않는 생성물은 침전 매질에 가용성이다(예를 들어, 수용성임).
하나 이상의 극성 유기 용매, 예컨대, 예를 들어, 복분해 반응의 경우 아세토니트릴을 사용할 수 있다. 용매는 물과 혼화성일 수 있다. 극성 유기 용매를 은 염과 함께 착화하여 착체를 형성하는 것으로 선택할 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 은의 착체는 기타 착체보다 더 안정할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 착체는 보다 우수한 광분해 안정성을 제공할 수 있고, 시간이 경과해도 백색을 그대로 유지하는 백색 착체를 제공할 수 있다.
장치(및 사용 방법)
당업계에 공지된 방법을 사용하여, 예를 들어, OLED 및 OPV 장치를 포함하는 유기 전자 장치를 제조할 수 있다. 당업계에 공지된 방법을 사용하여 휘도, 효율 및 수명을 측정할 수 있다. OLED 특허는 예를 들어 미국 특허 번호 4,356,429 및 4,539,507(코닥(Kodak))를 포함한다. 광을 방출하는 전도성 중합체는, 예를 들어, 미국 특허 번호 5,247,190 및 5,401,827(캠브리지 디스플레이 테크놀로지스(Cambridge Display Technologies)에 기술되어 있다. 또한, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는, 장치 제작, 물리적 원리, 용액 가공, 적층, 블렌드, 물질 합성 및 배합을 포함하는 문헌 [Kraft et al., "Electroluminescent Conjugated Polymers - Seeing Polymers in a New Light", Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37, 402-428]도 참고하도록 한다.
다양한 전도성 중합체 뿐만 아니라, 유기 분자, 예컨대 수메이션(Sumation), 머크 옐로우(Merck Yellow), 머크 블루(Merck Blue), 아메리칸 다이 소시즈(American Dye Sources(ADS)), 코닥(Kodak)(예를 들어, A1Q3 등), 및 심지어는 BEHP-PPV와 같이 알드리치(Aldrich)로부터 입수가능한 물질을 포함하는, 당업계에 공지되고 상업적으로 입수가능한 발광체를 사용할 수 있다. 이러한 유기 전계발광 물질의 예에는
(i) 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및 페닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에서 치환된 그의 유도체;
(ii) 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및 비닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에서 치환된 그의 유도체;
(iii) 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및 페닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에서 치환되고 비닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에서 치환된 그의 유도체;
(iv) 아릴렌이 나프탈렌, 안트라센, 푸릴렌, 티에닐렌, 옥사디아졸 등과 같은 모이어티일 수 있는, 폴리(아릴렌 비닐렌);
(v) 아릴렌이 상기 (iv)에서와 같을 수 있고 추가로 아릴렌 상의 다양한 위치에서 치환기를 갖는, 폴리(아릴렌 비닐렌)의 유도체;
(vi) 아릴렌이 상기 (iv)에서와 같을 수 있고 추가로 비닐렌 상의 다양한 위치에서 치환기를 갖는, 폴리(아릴렌 비닐렌)의 유도체;
(vii) 아릴렌이 상기 (iv)에서와 같을 수 있고 추가로 아릴렌 상의 다양한 위치에서의 치환기 및 비닐렌 상의 다양한 위치에서의 치환기를 갖는, 폴리(아릴렌 비닐렌)의 유도체;
(viii) 아릴렌 비닐렌 올리고머의 공-중합체, 예컨대 (iv), (v), (vi) 및 (vii)의 것과 비-공액 올리고머;
(ix) 폴리p-페닐렌, 및 폴리(9,9-디알킬 플루오렌) 등과 같은 사다리(ladder)형 중합체 유도체를 포함하는, 페닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에서 치환된 그의 유도체;
(x) 아릴렌이 나프탈렌, 안트라센, 푸릴렌, 티에닐렌, 옥사디아졸 등과 같은 모이어티일 수 있는 폴리(아릴렌); 및 아릴렌 모이어티 상의 다양한 위치에서 치환된 그의 유도체;
(xi) 올리고아릴렌의 공중합체, 예컨대 (x)의 것과 비-공액 올리고머;
(xii) 폴리퀴놀린 및 그의 유도체;
(xiii) 용해성을 제공하도록, 페닐렌 상에서, 예를 들어, 알킬 또는 알콕시 기로써 치환된 p-페닐렌과 폴리퀴놀린의 공중합체;
(xiv) 경직 막대(rigid rod)형 중합체, 예컨대 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스티아졸), 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸), 폴리p-페닐렌-2,6-벤즈이미다졸), 및 그의 유도체; 및
(xv) 폴리플루오렌 중합체 및 폴리플루오렌 단위를 갖는 공중합체
가 포함된다.
바람직한 유기 발광 중합체는 녹색, 적색, 청색 또는 백색 광을 방출하는 수메이션 발광 중합체("LEP") 또는 그 계열, 공중합체, 유도체 또는 그의 혼합물을 포함하고; 수메이션 LEP는 수메이션 KK로부터 입수가능하다. 기타 중합체는 독일 프랑크푸르트 소재의 코비온 오르가닉 세미콘덕터스 게엠베하(Covion Organic Semiconductors GmbH)(현재 머크(Merck)®의 소유임)로부터 입수가능한 폴리스피로플루오렌-유사 중합체를 포함한다.
별법으로, 중합체 보다는, 형광 또는 인광에 의해 발광하는 유기 소분자가 유기 전계발광층으로서 작용할 수 있다. 소분자 유기 전계발광 물질의 예는 (i) 트리스(8-히드록시퀴놀리네이토) 알루미늄(Alq); (ii) 1,3-비스(N,N-디메틸아미노페닐)-1,3,4-옥사디아졸(OXD-8); (iii) -옥소-비스(2-메틸-8-퀴놀리네이토)알루미늄; (iv) 비스(2-메틸-8-히드록시퀴놀리네이토)알루미늄; (v) 비스(히드록시벤조퀴놀리네이토)베릴륨(BeQ.sub.2); (vi) 비스(디페닐비닐)비페닐렌(DPVBI); 및 (vii) 아릴아민-치환된 디스티릴아릴렌(DSA 아민)을 포함한다.
이러한 중합체 및 소분자 물질은 당업계에 잘 공지되어 있고, 예를 들어, 반슬리케(VanSlyke)에 허여된 미국 특허 번호 5,047,687; 및 문헌 [Bredas, J.-L., Silbey, R., eds., Conjugated Polymers, Kluwer Academic Press, Dordrecht(1991)]에 기술되어 있다.
장치 내의 HIL의 예에는 하기가 포함되다:
1) PLED 및 SMOLED를 포함하는 OLED 내 정공 주입층; 예를 들어, PLED 내의 HIL의 경우에, 공액화에 탄소 또는 규소 원자가 개입된 모든 부류의 공액 중합체성 방출체가 사용될 수 있다. SMOLED 내의 HIL의 경우에, 하기의 것이 예이다: 형광 방출체를 함유하는 SMOLED; 인광 방출체를 함유하는 SMOLED; HIL 층 외에 하나 이상의 유기 층을 포함하는 SMOLED; 및 소분자 층이 용액 또는 에어로졸 분무액 또는 임의의 기타 가공 방법에 의해 가공된 SMOLED. 또한, 기타 예에는 덴드리머 또는 올리고머성 유기 반도체 기재의 OLED 내의 HIL; HIL이 전하 주입을 개질하는데 사용되거나 전극으로서 사용되는 애노드성 발광 FET 내의 HIL이 포함된다.
2) OPV 내의 정공 추출층;
3) 트랜지스터 내의 채널 물질;
4) 논리 게이트와 같은 트랜지스터의 조합을 포함하는 회로 내의 채널 물질;
5) 트랜지스터 내의 전극 물질;
6) 커패시터 내의 게이트 층;
7) 감지될 화학종과 전도성 중합체의 결합으로 인해 도핑 수준의 개질이 달성된 화학적 센서.
다양한 광활성 층이 OPV 장치에서 사용될 수 있다. 예를 들어 미국 특허 번호 5,454,880(Univ. Cal.); 6,812,399; 및 6,933,436에 기술된 바와 같은, 예를 들어 전도성 중합체와 혼합된 풀레렌 유도체를 포함하는 광활성 층을 갖는 광기전 장치를 제조할 수 있다. 또한, 예를 들어, 문헌 [Wienk et al., Applied Physics Letters, 88, 153511(2006)]; [Campos et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 90(2006) 3531-3546]을 참고하도록 한다. 또한, 광활성 층은 전도성 중합체의 블렌드, 전도성 중합체와 반도체 나노입자의 블렌드, 및 프탈로시아닌, 풀레렌, 및 포르피린과 같은 소분자의 이중층을 포함할 수 있다.
통상적인 전극 물질 및 기판 뿐만 아니라 캡슐화 물질이 사용될 수 있다.
한 실시양태에서, 캐소드는 Au, Ca, Al, Ag, 또는 그의 조합을 포함한다. 한 실시양태에서, 애노드는 인듐 주석 산화물을 포함한다. 한 실시양태에서, 발광층은 하나 이상의 유기 화합물을 포함한다.
계면 개질 층 및 광학적 이격층이 사용될 수 있다.
전자 수송층이 사용될 수 있다.
장치의 제조 방법은 전형적으로 기판을 제공하는 단계; 투명 전도체를 기판 상에 적층시키는 단계; 본원에서 기술된 바와 같은 용매 중의 도판트로 도핑된 공액 중합체를 포함하는 HIL 또는 HTL 잉크 조성물을 제공하는 단계; 조성물을 투명 전도체 상에 적층시켜 정공 주입층 또는 정공 수송층을 형성하는 단계; 활성층을 정공 주입층 또는 정공 수송층 상에 적층시키는 단계; 및 캐소드를 활성층 상에 적층시키는 단계를 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 장치의 제조 방법은, OLED, 광기전 장치, ESD, SMOLED, PLED, 센서, 수퍼커패시터, 양이온 트랜스듀서, 약물 방출 장치, 전기변색 장치, 트랜지스터, 전계효과 트랜지스터, 전극 개질자, 유기 전계 트랜지스터를 위한 전극 개질자, 작동기 또는 투명 전극 내의 HIL 또는 HTL 층의 일부로서, 본원에서 기술된 바와 같은 용매 중의 도판트로 도핑된 공액 중합체를 포함하는 HIL 또는 HTL 잉크 조성물을 도포함을 포함한다.
조성물 및 장치의 성질
중요한 성질은 열안정성이다. 하나 이상의 열분석 방법, 예컨대, 예를 들어, 열중량 분석(TGA)을 사용하여 열안정성을 측정할 수 있다.
추가의 실시양태
용매, 예컨대, 예를 들어, 테트라히드로피란 중의 중합체, 예컨대, 예를 들어, 폴리(3,4-디부톡시에톡시에톡시)티오펜))의 용액에, 금속, 예컨대, 예를 들어, 은 분말(예를 들어, 5 내지 8 마이크로미터, 0.5 g 120 ㎖)을 첨가할 수 있다. 적당한 양의 도판트, 예컨대, 예를 들어, 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 테트라히드로피란과 같은 용매에 용해시킬 수 있고, 이어서 매우 잘 교반하면서 첨가를 완결할 때까지 첨가(예를 들어, 적가)할 수 있다. 혼합물을, 예를 들어, 실온에서 추가의 시간 동안, 예컨대, 예를 들어, 30분 동안, 추가로 교반할 수 있다. 이어서, 제1 용매, 예를 들어 테트라히드로피란보다 더 높은 비점을 갖는 제2 용매 또는 용매 혼합물을 혼합물에 첨가할 수 있고 내용물을 밤새 실온에서 추가로 교반할 수 있다. 이어서, 예를 들어, 유리 필터(예를 들어, 공극 크기 0.45 마이크로미터)를 사용하여, 배합물을 여과하여 은 분말을 제거할 수 있다. 이어서 온도를, 예를 들어, 30℃ 미만으로 유지하면서, 용매, 예를 들어, 테트라히드로피란을 감압하에 펌핑할 수 있다.
하기 비-제한적 실시예는 상이한 실시양태를 추가로 예시한다.
<실시예>
실시예 1
예시적인 조성물, 예를 들어, 본 실시양태의 잉크 조성물을 다음과 같이 하기 일반적 절차 1A 내지 1F에 따라 제조하였다.
일반적 절차 1A
폴리(3,4-(디부톡시에톡시에톡시)티오펜))의 용액을 선택된 용매에서 실온에서 30 내지 60분 동안 교반함으로써 제조하였다. 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 동일한 용매에 용해시키고, 이어서 교반하면서 용액에 적가하였다. 혼합물을 실온에서 30 내지 60분 동안 교반하고, 이어서 셀라이트 층을 통해 여과하였다.
일반적 절차 1B
폴리(3,4-(디부톡시에톡시에톡시)티오펜))의 용액을 테트라히드로피란에서 0.5% 고체 함량으로 실온에서 30 내지 60분 동안 교반함으로써 제조하였다. 테트로히드로피란에 0.5% 고체 함량으로 용해된 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)-보레이트를 교반하면서 적가하였다. 혼합물을 실온에서 추가로 30분 동안 교반하고, 이어서 상기에서 기술된 바와 같이 셀라이트 층을 통해 여과하였다. 이 때의 고체 함량은 0.35 내지 0.45%이다. 이어서 온도를 25℃ 미만으로 유지하면서 용액을 저압에서 원하는 농도(예를 들어, 1.25%)로 농축시켰다.
일반적 절차 1C
폴리(3,4-(디부톡시에톡시에톡시)티오펜))의 용액을 테트라히드로피란에서 0.5% 고체 함량으로 실온에서 30 내지 60분 동안 교반함으로써 제조하였다. 용액 20 ㎖ 당 은 분말(5 내지 8 마이크로미터) 약 0.5 g을 첨가하였다. 테트로히드로피란에 0.5% 고체 함량으로 용해된 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)-보레이트를 용액에 교반하면서 적가하였다. 혼합물을 실온에서 추가로 30분 동안 교반하고 셀라이트 층을 통해 여과하였다. 이 때의 고체 함량은 0.35 내지 0.45%였다. 이어서 온도를 25℃ 미만으로 유지하면서 용액을 저압에서 원하는 농도(예를 들어, 1.25%)로 농축시켰다.
일반적 절차 1D
폴리(3,4-(디부톡시에톡시에톡시)티오펜))의 용액을 테트라히드로피란에서 0.5% 고체 함량으로 실온에서 30 내지 60분 동안 교반함으로써 제조하였다. 용액 20 ㎖ 당 은 분말(5 내지 8 마이크로미터) 약 0.5 g을 첨가하였다. 테트로히드로피란에 0.5% 고체 함량으로 용해된 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)-보레이트를 용액에 교반하면서 적가하였다. 혼합물을 실온에서 추가로 30분 동안 교반하고 2개 내지 3개의 적층된 0.5 마이크로미터 유리 섬유 필터를 통해 여과하였다. 이 때의 고체 함량은 0.35 내지 0.45%였다. 이어서 온도를 25℃ 미만으로 유지하면서 용액을 저압에서 원하는 농도(예를 들어, 1.25%)로 농축시켰다.
일반적 절차 1E
절차 1B, 1C 또는 1D의 테트라히드로피란 대신에 표 1에 명시된 보다 높은 비점의 용매를 사용할 수 있고, 초기 1% 용액으로부터 온도를 25℃ 미만으로 유지하면서 저압에서 추가로 농축할 수 있다. 보다 높은 비점의 용매 중의 용액의 최종 농도를 1, 1.25, 1.5, 1.75 또는 2.0%로부터 선택할 수 있다.
테트라히드로나프탈렌 66.67% 3-메톡시프로피오니트릴 33.33%
4-메틸아니솔 66.67% 3-메톡시프로피오니트릴 33.33%
별법으로, 테트라히드로나프탈렌 대신에 o-크실렌, 메시틸렌, 또는 기타 알킬벤젠을 사용할 수 있다.
일반적 절차 1F: 매트릭스 물질의 첨가
매트릭스 물질을 조성물에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스 중합체 또는 소분자 첨가제의 원액을 동일한 용매에서 방법 1A 내지 1E를 따라 제조된 도핑된 잉크로서 제조할 수 있다. 이어서 매트릭스 물질을 교반을 병행하거나 병행하지 않으면서 도핑된 잉크에 첨가할 수 있다. 별법으로, 매트릭스 물질을 도핑된 잉크의 용매, 예를 들어, 3-메톡시 프로피오니트릴을 포함하는 용매와 상이한 용매에서 제조할 수 있다.
일반적 절차 1G: 건조된 중합체의 재-용해
도핑된 잉크를, 용매 증발, 비-용매에서의 침전, 또는 분무 건조를 통해, 도핑된 중합체를 포함하는 건조 분말로 형성할 수 있다. 건조 분말은 그의 상응하는 잉크 용액보다 운송 및 저장하기가 보다 쉬울 수 있다. 이어서 건조 분말을 응용분야에 따라 다앙한 용매에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 건조 분말을 그라비어, 잉크젯, 및 슬롯 다이와 같은 코팅 응용분야에서 적절한 용매에 첨가할 수 있다.
한 실시예에서, 도핑된 중합체를 포함하는 건조 분말을 재용해시킬 수 있다. 예를 들어, 절차 1D를 통해 제조된 도핑된 중합체 잉크 9.755 g을 50 ㎖ 일목 둥근바닥 플라스크에 넣었다. 용매를 25℃에서 진공 중에서 회전 증발기에서 증발시켰다. 건조 고체를 진공(약 1 torr)에 1분 동안 노출시켰다.
이러한 단계에서의 플라스크의 순 중량은 0.047 g이었다. 이어서, 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌과 3-메톡시프로피오니트릴의 2:1 wt/wt 비의 혼합물 약 3.086 g을 플라스크에 첨가하고 내용물을 교반막대를 사용하여 약 10 내지 15분 동안 혼합하였다. 이어서 어두운 색의 용액을 0.45 ㎛ PTFE 주사기 필터를 통해 여과하였다. 여과 동안에 필터 내에서 저항 또는 부유가 관찰되지 않았다.
실시예 1H
테트라히드로피란(1.75% 총 고체 함량) 중의 폴리(3,4-(디부톡시에톡시에톡시)티오펜)의 원액에, 은 분말(5 내지 8 마이크로미터) 약 0.5 그램을 첨가하였다. 이어서, 상기 용액에, 테트라히드로피란(1.75% 총 고체 함량)에 용해된 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 9.886 그램을, 첨가를 완결할 때까지, 용액을 격렬하게 교반하면서, 적가하였다. 도판트의 첨가가 완결되었을 때, 혼합물을 실온에서 추가로 30분 동안 추가로 교반하였다. 이어서, 테트랄린과 3-메톡시프로피오니트릴의 혼합물(2:1 wt/wt) 20 그램을 첨가하고 실온에서 밤새 교반을 계속하였다. 이어서 2.7 마이크로미터 유리 섬유 필터, 이어서 다시 2.7 마이크로미터 유리 필터 및 유리 주사기 필터(공극 크기 0.45 마이크로미터)를 사용하여 배합물을 여과하였다. 이어서 온도를 30℃ 미만으로 유지하면서 테트라히드로피란을 감압하에 펌핑하였다.
실시예 2: 도판트의 제조
리튬 테트라키스(펜타플루오로페닐) 보레이트 디에틸 에테르 착체 5.8 g을, 알루미늄 호일로 덮인 에를렌마이어(Erlenmeyer) 플라스크에 첨가하였다. 아세토니트릴 110.2 g을 첨가하여 5% 용액을 제조하였다. 내용물을, 모든 고체가 용해될 때까지, 약 5분 동안 실온(RT)에서 교반하였다. 이 용액에, AgNO3 1.3619 g을 고체 형태로 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반하였고, 용액을, 격렬한 교반을 병행하면서, 알루미늄 호일로 덮인 용기 내의 탈이온(DI)수 1300 ㎖에 적가(매우 느린 첨가-주사기 및 바늘. 속도 = 200 ㎖/2시간 30분)하였다. 수성 층을 추가로 30분 동안 교반하고 침전물이 24 내지 36시간에 걸쳐 침강되도록 정치시켰다. 별법으로, 용액을 밤새 정치시킨 후에 원심분리할 수 있다. 표면에 뜬 수성 층을 경사분리하고 백색 침전물을 여과하고 15 ㎖× 2 DI수로 세척하였다. 침전된 염을 RT에서 30분 동안 DI수 50 ㎖에서 추가로 교반하고, 여과하고, 15 ㎖× 2 DI수로 세척하였다. 또 다른 예에서, 고체가 깔때기에 있는 동안에 여러 작은 분량으로 나누어진 DI수 약 300 ㎖를 사용하여 세척을 수행하였다. 슬러리를 여과하고, 추가로 2번 세척한 후 깔때기에서 흡인 건조하고, 이어서 밤새 진공 중에서 건조시켰다. 고체를 분쇄하고, 추가로 24시간 동안 또는 샘플이 비교적 일정한 중량을 유지할 때까지 진공 건조를 계속하였다.
실시예 3: 단극성 장치 제작
본원에서 기술된 단극성 단일 전하-운반체 장치를 유리 기판 상에 침착된 인듐 주석 산화물(ITO) 표면 상에서 제작하였다. ITO 표면을 0.05 ㎠의 픽셀 면적을 한정하도록 예비-패턴화시켰다. 장치 기판을 묽은 비누 용액에서 20분 동안 초음파 처리하고 이어서 증류수로 세척함으로써 세정하였다. 이어서 이소프로판올에서 20분 동안 초음파 처리하였다. 기판을 질소 유동 하에서 건조시키고, 이어서 이것을 300 W에서 20분 동안 작동하는 UV-오존 챔버에서 처리하였다.
이어서 세정된 기판을 HIL 잉크로 코팅시키고 90 내지 170℃에서 5 내지 15분 동안 건조시켜 HIL 층을 형성하였다. 건조 필름 두께는 약 20 ㎚ 내지 60 ㎚의 범위였다. 코팅 공정을 스핀 코터에서 수행하였으나 이것을 마찬가지로 분무 코팅, 잉크-젯팅, 접촉 프린팅 또는 원하는 두께의 HIL 필름을 제공할 수 있는 임의의 기타 침착 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 이어서 기판을 진공 챔버로 옮기고, 여기서 장치 적층물의 나머지 층들을 물리적 증착을 사용하여 침착시켰다.
한 예에서, N,N'(디 나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB) 정공 수송층(HTL)을 금(Au) 캐소드가 후속되는 HIL 상부에 침착시켰다. 이것은 HIL의 HTL로의 정공 독점(only) 주입 효율이 고려된 단극성 장치이다.
본 실시예에서, 약 0.5 ㎚/sec에서 5 × 10-7 Torr의 기저 압력을 사용하여 200 ㎚ 금 금속층을 침착시킴으로써, 캐소드 층을 제조하였다.
4분 동안 80 W/㎠ UV 노출에 의해 경화된 UV-광 경화 에폭시 수지를 사용하여, 이렇게 수득된 장치를 유리 커버 슬립을 사용하여 캡슐화시킴으로써, 주위 조건으로의 노출을 방지하였다.
실시예 4: 단극성 장치 시험
단극성 장치는, 픽셀의 발광 부분을 함유하는 장치의 캡슐화 영역 밖으로 연장된 전극을 갖는 유리 기판 상에 픽셀을 포함한다. 각각의 픽셀의 전형적인 면적은 0.05 ㎠이다. 전극을, 금 전극을 접지한 반면에 인듐 주석 산화물 전극에는 바이어스를 인가하여, 키슬리(Keithley) 2400 전류원 계측기와 같은 전류원 계측기와 접촉시켰다. 그 결과 양성으로 하전된 운반체(정공)만이 장치 내로 주입되었다(정공-독점 장치(hole-only device)). 이 예에서, HIL은 전하 운반체가 정공 수송층으로 주입되는 것을 돕는다. 그 결과 장치의 낮은 작동 전압(특정 전류 밀도가 픽셀을 통해 흐르도록 하는데 요구되는 전압으로서 정의됨)이 초래된다.
도 3은 HTL 및 금 캐소드로서 NPB를 갖는 정공-독점 장치의 IV 곡선을 보여준다. 실선은 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(AgTPFB)를 사용하여 제조된 HIL을 포함하는 예시적인 장치에 대한 결과를 나타낸다. 점선은 p-큐메닐(p-톨릴)아이오도늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 사용하여 제조된 HIL을 포함하는 비교용 장치에 대한 결과를 나타낸다.
명백하게도, AgTPFB 샘플에서 관찰된 정공 전류는 동일한 전압에서 그의 초원자가 아이오도늄 대응물의 것보다 훨씬 더 높아서, 훨씬 더 우수한 종공 주입 능력을 보여준다.
실시예 5: 실시예 1에서 제조된 HIL 배합물을 사용한 장치 시험
실시예 1C에 따른 HIL 층을 OLED에서 사용하였다. OLED를 하기 절차를 사용하여 제조하였다: 본원에서 기술된 OLED 장치를 유리 기판 상에 침착된 인듐 주석 산화물("ITO") 표면 상에 제작하였다. ITO 표면을 0.09 ㎠의 픽셀 면적을 한정하도록 예비-패턴화하였다. 장치 기판을 묽은 비누 용액에서 20분 동안 초음파 처리하고 이어서 증류수로 세척함으로써 세정하였다. 이어서 이소프로판올에서 20분 동안 초음파 처리하였다. 기판을 질소 유동 하에서 건조시키고, 이어서 이것을 300 W에서 20분 동안 작동하는 UV-오존 챔버에서 처리하였다.
이어서 세정된 기판을 HIL 잉크로 코팅시키고 90 내지 170℃에서 5 내지 15분 동안 건조시켜 HIL 층을 형성하였다. 건조 필름 두께는 약 20 ㎚ 내지 60 ㎚의 범위였다. 코팅 공정을 스핀 코터에서 수행하였으나 이것을 마찬가지로 분무 코팅, 잉크-젯팅, 접촉 프린팅 또는 원하는 두께의 HIL 필름을 제공할 수 있는 임의의 기타 침착 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 이어서 기판을 진공 챔버로 옮기고, 여기서 장치 적층물의 나머지 층들을 물리적 증착을 사용하여 침착시켰다.
본 실시예에서, HIL 상에 침착된 층은 정공 수송층(HTL), 발광층(EML), 정공 차단층(HBL), 전자 수송층(ETL), 및 금속 캐소드를 포함한다. 본 실시예에서 사용된 물질은 각각, HTL(30 ㎚)로서 N,N'(디나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB), EML(30 ㎚)을 위한, 트리스(2-페닐퀴놀린)이리듐(III)(Ir(2-phq)3)으로 도핑된 독점적인 호스트, HBL(10 ㎚)로서 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토-N1,O8)-(1,1'-비페닐-4-올레이토)알루미늄(BAlq), 및 ETL(45 ㎚)로서 탄산세슘(CsCO3)으로 도핑된 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen)이었다.
본 실시예에서도, 캐소드 층을 열 증발을 통해 제조하였다. 층은 5 × 10-7 Torr의 기저 압력을 사용하여 증발된 200 ㎚ 두께의 알루미늄(0.5 ㎚/sec)의 단일 층으로 이루어졌다.
4분 동안 80 W/㎠ UV 노출에 의해 경화된 UV-광 경화 에폭시 수지를 사용하여, 이렇게 수득된 장치를 유리 커버 슬립을 사용하여 캡슐화시킴으로써, 주위 조건으로의 노출을 방지하였다.
OLED 시험
OLED는, 픽셀의 발광 부분을 함유하는 장치의 캡슐화 영역 밖으로 연장된 전극을 갖는 유리 기판 상에 픽셀을 포함한다. 각각의 픽셀의 전형적인 면적은 0.09 ㎠이다. 전극을, 알루미늄 전극을 접지한 반면에 인듐 주석 산화물 전극에는 바이어스를 인가하여, 키슬리 2400 전류원 계측기와 같은 전류원 계측기와 접촉시켰다. 그 결과 양성으로 하전된 운반체(정공) 및 음성으로 하전된 운반체가, 엑시톤을 형성하고 광을 발생시키는 장치 내로 주입되었다. 본 실시예에서, HIL은 전하 운반체가 발광층으로 주입되는 것을 돕는다. 그 결과 장치의 낮은 작동 전압(특정 전류 밀도가 픽셀을 통해 흐르도록 하는데 요구되는 전압으로서 정의됨)이 초래된다.
마찬가지로, 또 다른 키슬리 2400 전류원 계측기를 사용하여 큰 면적의 규소 포토다이오드를 충족하였다. 이러한 포토다이오드를 2400 전류원 계측기를 사용하여 0 전압 바이어스에서 유지하였다. 이것을 OLED 픽셀의 조명된 영역 바로 아래의 유리 기판 영역과 직접 접촉시켰다. 포토다이오드는 OLED에 의해 발생된 광을 수집하여 이것을 광전류로 전환시켰고, 또한 이것은 전류원 계측기에 의해 판독되었다. 발생된 포토다이오드 전류를 미놀타(Minolta) CS-200 색차계의 도움을 받아 보정함으로써, 광학적 단위(칸델라(candelas)/제곱미터)로 정량화하였다.
장치의 시험 동안에, OLED 픽셀을 충족하는 키슬리 2400은 그것에 전압 스윕(sweep)을 인가하였다. 그 결과의, 픽셀을 통과하는 전류를 측정하였다. 이와 동시에 OLED 픽셀을 통과하는 전류는 광 발생을 초래하였고, 이로써 포토다이오드에 연결된 또 다른 키슬리 2400이 광전류를 판독하였다. 따라서, 픽셀에 대한 전압-전류-광 또는 IVL 데이터가 발생되었다. 이로써 또한 기타 장치 특성, 예컨대 픽셀로의 입력 전력의 와트 당 루멘(lumens per Watt) 및 픽셀 전류의 암페어 당 칸델라를 측정할 수 있게 되었다.
상이한 예시적인 OLED 유형에서의 상이한 HIL의 성능이 기술되어 있다. 전형적으로 성능은, 작동 전압(낮아야 함), nits 단위로 표시되는 휘도(밝아야 함), 및 cd/A의 단위로 표시되는 발광 효율(장치로부터 광을 수득하는데에 얼마나 많은 전하가 필요한지를 반영함)과 같은 상이한 파라미터들의 조합에 의해 정량화되어 있음을 유념하여야 한다. 따라서, 전체 성능은 HIL 성능의 비교 평가에서 매우 중요하다.
하기 예에서, 제공된 전압 및 효율은 10 mA/㎠의 일정한 전류 밀도에서 측정되었다. 각각의 장치에 대해 수집된 데이터는 하기 표 2에 나타나 있다.
하기 표 2에서 사용된 비교 실시예는 이하로부터 제조된 잉크이다.
Figure pct00035
*예를 들어, 2008년 10월 9일에 공개된, 세사드리(Seshadri) 등의 미국 특허 공개 2008/0248313(양수인: 플렉스트로닉스)를 참고하도록 한다.
Figure pct00036
추가의 실시예
잉크 배합물을 위한 추가의 실시예가 하기 표 3에 개시되어 있다.
Figure pct00037
Figure pct00038
Figure pct00039
Figure pct00040
Figure pct00041
Figure pct00042
Figure pct00043
Figure pct00044
마지막으로, 실시양태 1 내지 67은 2010년 5월 11일에 출원된 미국 가출원 일련번호 61/333,657에 제공되었다. 이러한 추가의 실시양태는 하기를 포함한다:
실시양태 1. 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 애노드, 캐소드와 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 발광층, 발광층과 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 정공 주입층을 포함하고, 여기서 정공 주입층이 (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며, 이온성 화합물을 포함하고, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철, 은 또는 그의 조합이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기 구조 중 하나 이상으로 표시되는 것인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물을 포함하는 것인 장치.
Figure pct00045
Figure pct00046
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6이다.
실시양태 2. 음이온이 테트라키스(할로겐화페닐)보레이트인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 3. 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 4. 공액 중합체가 3,4-치환된 디알콕시폴리티오펜인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 5. 공액 중합체가 3-치환된 알콕시폴리티오펜이고, 여기서 알콕시 기가 1, 2, 3, 4, 또는 5개의 산소 원자를 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 6. 공액 중합체가 위치규칙적 폴리티오펜인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 7. 공액 중합체가 비-위치규칙적 폴리티오펜인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 8. 매트릭스 물질이 존재하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 9. 매트릭스 물질이 존재하고 하나 이상의 합성 유기 중합체를 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 10. 매트릭스 물질이 존재하고 절연 또는 반도체 평탄화제를 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 11. 조성물이 약 40 중량% 내지 75 중량%의 공액 중합체 및 약 25 중량% 내지 55 중량%의 도판트를 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 12. 조성물이 약 50 중량% 내지 65 중량%의 공액 중합체 및 약 35 중량% 내지 50 중량%의 도판트를 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 13. 캐소드가 Au, Ca, Al 또는 그의 조합을 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 14. 애노드가 인듐 주석 산화물을 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 15. 발광층이 하나 이상의 유기 화합물을 포함하는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 16. HIL 층이 약 20 ㎚ 내지 약 60 ㎚의 두께를 갖는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 17. HIL 층이 열 어닐링된 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 18. HIL 층이 약 90℃ 내지 약 170℃의 온도에서 약 5 내지 약 15분 동안 열 어닐링된 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 19. HIL 층이 아이오도늄 염을 포함하지 않는 것인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 20. 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐보레이트)를 포함하고, 공액 중합체가 3,4-치환된 디알콕시폴리티오펜 중합체 폴리(3,4-(디부톡시에톡시에톡시)티오펜) 또는 폴리(3,4-메톡시에톡시에톡시)티오펜)인, 실시양태 1에 따른 장치.
실시양태 21. 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 애노드, 캐소드와 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 발광층, 발광층과 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 정공 주입층을 포함하고, 여기서 정공 주입층이 (i) 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않고, HIL 층의 열안정성을 증가시키는, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물을 포함하는 것인 장치.
실시양태 22. 열안정성이 열중량 분석에 의해 측정된 바 개선되는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 23. 열안정성이 열중량 분석에 의해 측정된 바 개선되고, 도판트가 0℃ 내지 150℃의 온도 범위에 걸쳐 약 5% 미만의 중량 변화를 겪는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 24. 도판트가 이온성 화합물을 포함하며, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철, 또는 은이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기로 표시되는 하나 이상의 유기 구조인, 실시양태 21에 따른 장치.
Figure pct00047
Figure pct00048
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6이다.
실시양태 25. 도판트가 이온성 화합물을 포함하며, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철, 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 이온성 화합물의 음이온이 임의로 치환된 테트라아릴보레이트, 또는 할로겐화테트라아릴보레이트 또는 테트라키스펜타플루오로페닐보레이트(TPFB)를 포함하는 완전 방향족 또는 헤테로방향족 음이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 26. 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 포함하는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 27. 공액 중합체가 하나 이상의 폴리티오펜을 포함하는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 28. 공액 중합체가 알콕시 또는 알킬렌옥시 측기를 포함하는 하나 이상의 폴리티오펜을 포함하는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 29. 매트릭스 물질이 절연 또는 반도체 평탄화제를 포함하는 매트릭스 물질을 포함하는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 30. 조성물이 약 40 중량% 내지 75 중량%의 공액 중합체 및 약 25 중량% 내지 55 중량%의 도판트를 포함하는 것인, 실시양태 21에 따른 장치.
실시양태 31. (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며 이온성 화합물을 포함하는, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트; 및 (iv) 하나 이상의 용매를 포함하고; 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철, 또는 은이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기로 표시되는 하나 이상의 유기 구조인 조성물.
Figure pct00049
Figure pct00050
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6이다.
실시양태 32. 용매 (iv)가 THP를 포함하는 것인, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 33. 용매 (iv)가 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌과 3-메톡시프로피오니트릴의 혼합물을 포함하는 것인, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 34. 약 40 중량% 내지 75 중량%의 공액 중합체 및 약 25 중량% 내지 55 중량%의 도판트를 포함하는, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 35. 성분 (i) 및 (ii) 및 (iii)이 용매 (iv)에 가용성 또는 분산성인, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 36. 공액 중합체가 폴리(3,4-디부톡시에톡시에톡시)티오펜)을 포함하는 것인, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 37. 매트릭스 물질이 절연 또는 반도체 평탄화제를 포함하는 것인, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 38. 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 포함하는 것인, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 39. 95 중량% 이상의 용매를 포함하고, 5 중량% 이하의 % 고체 함량을 가짐을 특징으로 하는, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 40. 발광 장치를 위한 HIL 층이 되도록 배합되는, 실시양태 31의 조성물.
실시양태 41. (i) 3-치환된 알콕시폴리티오펜 또는 3,4-치환된 디알콕시 폴리티오펜인 하나 이상의 공액 중합체; (ii) 임의로, (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질; 및 (iii) 실질적으로 임의적 매트릭스 물질 (ii)를 도핑하지 않으며, 이온성 화합물을 포함하고, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철, 또는 은이고, 여기서 이온성 화합물의 음이온이 하기로 표시되는 하나 이상의 유기 구조인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트를 포함하는 조성물.
Figure pct00051
Figure pct00052
상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6이다.
실시양태 42. 도판트가 이온성 화합물을 포함하며, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 금, 몰리브데넘, 레늄, 철, 또는 은이고, 이온성 화합물의 음이온이 임의로 치환된 테트라아릴보레이트, 할로겐화테트라아릴보레이트 또는 테트라키스펜타플루오로페닐보레이트(TPFB)를 포함하는 완전 방향족 또는 헤테로방향족 음이온인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 43. 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐보레이트)를 포함하는 것인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 44. 공액 중합체가 3-치환된 알콕시폴리티오펜인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 45. 공액 중합체가 3,4-치환된 디알콕시폴리티오펜인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 46. 공액 중합체가 위치규칙적 폴리티오펜인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 47. 공액 중합체가 비-위치규칙적 폴리티오펜인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 48. 매트릭스 물질이 하나 이상의 합성 중합체를 포함하는 것인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 49. 매트릭스 물질이 절연 또는 반도체 평탄화제를 포함하는 것인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 50. 매트릭스 물질이, 폴리(스티렌) 또는 폴리(스티렌) 유도체, 폴리(비닐 아세테이트) 또는 그의 유도체, 폴리(에틸렌 글리콜) 또는 그의 유도체, 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트), 폴리(피롤리돈) 또는 그의 유도체, 폴리(1-비닐피롤리돈-코-비닐 아세테이트), 폴리(비닐 피리딘) 또는 그의 유도체, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 그의 유도체, 폴리(부틸 아크릴레이트), 폴리(아릴 에테르 케톤), 폴리(아릴 술폰), 폴리(아릴 에테르 술폰), 폴리(에스테르) 또는 그의 유도체 중 하나 이상을 포함하는 것인, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 51. 약 40 중량% 내지 75 중량%의 공액 중합체 및 약 25 중량% 내지 55 중량%의 도판트를 포함하는, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 52. 약 50 중량% 내지 65 중량%의 공액 중합체 및 약 35 중량% 내지 50 중량%의 도판트를 포함하는, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 53. 열 어닐링된, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 54. 90℃ 내지 170℃의 온도에서 5분 내지 15분 동안 열 어닐링된, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 55. 아이오도늄 염을 포함하지 않는, 실시양태 41에 따른 조성물.
실시양태 56. 도판트가 약 0.3 내지 0.5 m/ru의 양으로 존재하고, 여기서 m이 도판트의 몰량이고, ru가 공액 중합체 반복 단위의 몰량인, 실시양태 41의 조성물.
실시양태 57. 분말이고, 중합체가 도핑된 것인, 실시양태 41의 조성물.
실시양태 58. 잉크이고, 중합체가 도핑된 것인, 실시양태 41의 조성물.
실시양태 59. 공액 중합체가 하기로 표시되는 것인, 실시양태 41의 조성물.
Figure pct00053
실시양태 60. 중합체가 폴리(3,4-(디부톡시에톡시에톡시)티오펜)인, 실시양태 41의 조성물.
실시양태 61. 실시양태 41에 따른 조성물을 포함하는 장치.
실시양태 62. LED, OLED, OPV, 전기변색 장치, 수퍼커패시터, 배터리, 작동기, 또는 트랜지스터인, 실시양태 61의 장치.
실시양태 63. 조성물이 투명층인, 실시양태 61의 장치.
실시양태 64. 조성물이 400 내지 800 ㎚의 파장에서 85% 이상 내지 약 100%의 투명도를 갖는 투명층인, 실시양태 61의 장치.
실시양태 65. 하나 이상의 기판 및 기판 상에 배치된 하나 이상의 코팅을 포함하고, 여기서 코팅이 실시양태 41의 조성물을 포함하는 것인, 코팅된 기판.
실시양태 66. 코팅이 패턴화되거나 패턴화되지 않은 것인, 실시양태 65의 코팅된 기판.
실시양태 67. 코팅이 패턴화된 것인, 실시양태 65의 코팅된 기판.
이것으로 2010년 5월 11일에 출원된 미국 가출원 일련번호 61/333,657에 제공된 실시양태 1 내지 67을 결론지었다.
우선권 서류인, 2010년 5월 11일에 출원된 미국 가출원 번호 61,333,657 및 2011년 2월 25일에 출원된 61/446,974는 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.

Claims (65)

  1. (i) 3-위치 또는 4-위치 또는 둘 다에서 알콕시 치환기를 포함하는 하나 이상의 폴리티오펜을 포함하는 하나 이상의 공액 중합체; 및
    (ii) 이온성 화합물을 포함하며, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기 구조 중 하나 이상으로 표시되는 것인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트
    의 반응 생성물을 포함하고, 임의로 (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질을 추가로 포함하는 조성물.
    Figure pct00054

    Figure pct00055

    Figure pct00056

    Figure pct00057

    상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R10은 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 안티모니, SO3 또는 CO2이고; X는 F, Cl, Br, I 또는 CN이고; n은 0 내지 6이고; m은 ≤6-n이다.
  2. 제1항에 있어서, 음이온이 하기 구조 중 하나 이상으로 표시되는 것인 조성물.
    Figure pct00058

    Figure pct00059

    상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R9는 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니이고; n은 1 내지 6이다.
  3. 제1항에 있어서, A가 붕소, 갈륨, 인, 또는 안티모니인 조성물.
  4. 제1항에 있어서, A가 붕소인 조성물.
  5. 제1항에 있어서, R1 내지 R10이 플루오로인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 음이온이 테트라키스(할로겐화페닐)보레이트인 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 양이온이 Au, Mo, Re, Fe, 또는 Ag인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 양이온이 은인 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트인 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 알콕시 치환기가 3-위치에 있는 것인 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 알콕시 치환기가 4-위치에 있는 것인 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 알콕시 치환기가 3-위치 및 4-위치에 있는 것인 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 공액 중합체가 위치규칙적 폴리티오펜인 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 알콕시 기가 1, 2, 3, 4, 또는 5개의 산소 원자를 포함하는 것인 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 매트릭스 물질이 존재하는 것인 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 매트릭스 물질이 존재하고 하나 이상의 합성 유기 중합체를 포함하는 것인 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 반응 생성물이 약 40 중량% 내지 75 중량%의 공액 중합체 및 약 25 중량% 내지 55 중량%의 도판트의 생성물인 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 고체 분말의 형태로 존재하거나 용매 잉크 운반체에 용해 또는 분산된 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 영가 금속을 실질적으로 함유하지 않는 조성물.
  20. 제1항에 있어서, 반응을 유도하기 위한 열처리 또는 광처리 없이 용매 잉크 운반체에 용해 또는 분산된 조성물.
  21. (i) 하나 이상의 정공 수송 물질 및 (ii) 하나 이상의 은 테트라키스(할로겐화아릴)보레이트 도판트의 반응 생성물을 포함하는 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 은 테트라키스(할로겐화아릴)보레이트 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 도판트인 조성물.
  23. 제21항에 있어서, 정공 수송 물질이 중합체인 조성물.
  24. 제21항에 있어서, 정공 수송 물질이 중합체이고, 여기서 중합체가 공액 중합체 또는 아릴아민 중합체이거나, 또는 중합체가 주쇄 또는 측쇄 정공 수송 중합체인 조성물.
  25. 제21항에 있어서, 정공 수송 물질이 공액 중합체인 조성물.
  26. 제21항에 있어서, 정공 수송 물질이 폴리티오펜인 조성물.
  27. 제21항에 있어서, 정공 수송 물질이 위치규칙적 폴리티오펜인 조성물.
  28. 제21항에 있어서, 정공 수송 물질이, 3-위치 또는 4-위치 또는 둘 다에서 알콕시 치환기를 포함하는 하나 이상의 폴리티오펜을 포함하는 공액 중합체인 조성물.
  29. 제21항에 있어서, 매트릭스 물질을 추가로 포함하는 조성물.
  30. 제21항에 있어서, 매트릭스 물질로서 하나 이상의 합성 유기 중합체를 추가로 포함하는 조성물.
  31. 제21항에 있어서, 매트릭스 물질로서 하나 이상의 합성 유기 중합체를 추가로 포함하고, 여기서 중합체가 절연 또는 반도체 중합체인 조성물.
  32. 제21항에 있어서, 반응 생성물이 약 40 중량% 내지 75 중량%의 정공 수송 물질 및 약 25 중량% 내지 55 중량%의 도판트의 생성물인 조성물.
  33. 제21항에 있어서, 반응 생성물이 약 50 중량% 내지 65 중량%의 정공 수송 물질 및 약 35 중량% 내지 50 중량%의 도판트의 생성물인 조성물.
  34. 제21항에 있어서, 고체 분말의 형태로 존재하거나 용매 잉크 운반체에 용해 또는 분산된 조성물.
  35. 제21항에 있어서, 고체 분말인 조성물.
  36. 제21항에 있어서, 반응을 유도하기 위한 열처리 또는 광처리 없이 용매 잉크 운반체에 용해 또는 분산된 조성물.
  37. 제21항에 있어서, 톨루엔, 크실렌(들), 테트랄렌, 메시틸렌, 페네톨, 4-메틸아니솔, 아니솔, 테트라히드로피란, 3-메톡시프로피오니트릴, 3-에톡시프로피오니트릴, 메틸 벤조에이트, 에틸 벤조에이트, 프로필렌글리콜메틸 에테르 아세테이트, 1,2-디메톡시에탄, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 및 그의 조합 중 하나 이상을 포함하는 용매 잉크 운반체에 용해 또는 분산된 조성물.
  38. 제21항에 있어서, THP, 아니솔, 디메톡시에탄, 에틸벤조에이트를 포함하는 용매 잉크 운반체에 용해 또는 분산된 조성물.
  39. 제21항에 있어서, 0.5 중량% 이하의 영가 금속 함량을 갖는 조성물.
  40. 제21항에 있어서, 영가 금속을 실질적으로 함유하지 않는 조성물.
  41. 하나 이상의 고체 분말을 포함하는 조성물이며, 여기서 고체 분말이
    (i) 3-위치 또는 4-위치 또는 둘 다에서 알콕시 치환기를 포함하는 하나 이상의 폴리티오펜을 포함하는 하나 이상의 공액 중합체; 및
    (ii) 이온성 화합물을 포함하며, 여기서 이온성 화합물의 양이온이 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au이고, 이온성 화합물의 음이온이 하기 구조 중 하나 이상으로 표시되는 것인, 중합체 (i)를 위한 하나 이상의 도판트
    의 반응 생성물을 포함하고, 조성물이 임의로 (i)와 상이한 하나 이상의 매트릭스 물질을 추가로 포함하는, 조성물.
    Figure pct00060

    Figure pct00061

    Figure pct00062

    Figure pct00063

    상기 식에서, 독립적으로, R1 내지 R10은 각각 H, 알킬, 퍼플루오로알킬(C1-C10), 폴리에테르, F, Cl, Br, I, CN, 임의로 치환된 페닐, 또는 임의로 치환된 나프틸이고; "A"는 붕소, 갈륨, 인, 안티모니, SO3 또는 CO2이고; X는 F, Cl, Br, I 또는 CN이고; n은 0 내지 6이고; m은 ≤6-n이다.
  42. 제41항에 있어서, A가 붕소인 조성물.
  43. 제41항에 있어서, 양이온이 Au, Mo, Re, Fe, 또는 Ag인 조성물.
  44. 제41항에 있어서, 양이온이 은인 조성물.
  45. 제41항에 있어서, 영가 금속을 실질적으로 함유하지 않는 조성물.
  46. 하나 이상의 고체 분말을 포함하고, 여기서 고체 분말이
    (i) 하나 이상의 정공 수송 물질 및
    (ii) 하나 이상의 은 테트라키스(할로겐화아릴)보레이트 도판트
    의 반응 생성물을 포함하는 것인 조성물.
  47. 제46항에 있어서, 정공 수송 물질이 공액 중합체인 조성물.
  48. 제46항에 있어서, 정공 수송 물질이 폴리티오펜인 조성물.
  49. 제46항에 있어서, 은 테트라키스(할로겐화아릴)보레이트 도판트가 은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트인 조성물.
  50. 제46항에 있어서, 영가 금속을 실질적으로 함유하지 않는 조성물.
  51. 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 애노드, 캐소드와 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 발광층, 발광층과 애노드 또는 캐소드 사이에 위치한 하나 이상의 정공 주입층을 포함하고, 여기서 정공 주입층이 제1항 또는 제21항에 따른 조성물을 포함하는 것인 장치.
  52. 제51항에 있어서, OLED 또는 OPV 장치인 장치.
  53. 제51항에 있어서, OLED 장치인 장치.
  54. 제51항에 있어서, 정공 수송층을 추가로 포함하는 장치.
  55. 제51항에 있어서, HIL 층이 약 5 ㎚ 내지 약 500 ㎚의 두께를 갖는 것인 장치.
  56. 제51항에 있어서, HIL 층이 약 5 ㎚ 내지 약 150 ㎚의 두께를 갖는 것인 장치.
  57. 제51항에 있어서, HIL 층이 약 20 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 두께를 갖는 것인 장치.
  58. 제51항에 있어서, HIL 층이 열 어닐링된 것인 장치.
  59. 제51항에 있어서, HIL 층이 약 25℃ 내지 약 250℃의 온도에서 열 어닐링된 것인 장치.
  60. 제51항에 있어서, HIL 층이 약 25℃ 내지 약 250℃의 온도에서 10-6 내지 760 torr의 감압하에 열 어닐링된 것인 장치.
  61. 제51항에 있어서, HIL 층이 약 90℃ 내지 약 170℃의 온도에서 약 5 내지 약 15분 동안 열 어닐링된 것인 장치.
  62. 제51항에 있어서, HIL 층이 가열되어 용매가 제거된 것인 장치.
  63. 제51항에 있어서, HIL 층이 아이오도늄 염을 포함하지 않는 것인 장치.
  64. OLED, OPV, 트랜지스터, 센서, 커패시터, 또는 배터리 장치인, 제1항 또는 제21항의 조성물을 포함하는 장치.
  65. 제1항 또는 제21항의 조성물 및 용매 운반체를 포함하는 잉크 조성물.
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