JP5686341B2

JP5686341B2 - 組成物およびデバイス

Info

Publication number: JP5686341B2
Application number: JP2010548920A
Authority: JP
Inventors: クリストファーテイラーブラウン; ベンカタラマナンセシャドリ
Original assignee: ソルベイユーエスエイインコーポレイテッド
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: WO2009111339A1; US8187501B2; US20140299858A1; ATE540069T1; US20120277367A1; US9896587B2; KR101605213B1; JP2011513977A; EP2250207B1; US8709291B2; EP2250207A1; KR20100126768A; US20100072462A1

Description

関連出願
本出願は、2008年2月29日に出願の米国仮出願第61/032,905号の優先権を主張するものであり、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。

背景
有機発光ダイオード(OLED)、ポリマー発光ダイオード(PLED)および有機光起電力デバイス(OPV)などの省エネルギーデバイスにおいて有用な進歩が行われているが、より良い加工および性能を与える上でさらなる向上が依然として必要である。例えば、1つの有望な種類の材料は、ポリチオフェンおよび位置規則性ポリチオフェンを例えば含む導電性ポリマーである。しかし、ドーピング、純度、溶解性および/または加工に関して問題が生じることがある。特に、ポリマーの交互の層の溶解性(例えば隣接する層の間の直交または交互溶解性)に対する非常に良好な制御を有することが重要である。特に、競合する要求、および非常に薄いが高品質である薄膜の必要性に鑑み、正孔注入層および正孔輸送層は困難な問題となり得る。

溶解性ならびにHOMOおよびLUMOなどの電子エネルギーレベルなどの正孔注入層および輸送層の特性を制御することにより、これらの材料を異なる用途に適応させかつ発光層、光活性層および電極などの異なる材料と共に機能するように適応させることができるようにするための、良好なプラットフォーム系の必要性が存在する。特に、良好な溶解性が、HOMOおよびLUMOなどのエネルギーレベルの制御、および、この系を特定の用途のために組み立て、かつ所要の特性バランスを与える能力と同様に重要である。

概要
本明細書に記載の態様としては、固体組成物および液体組成物を含む組成物、組成物を作製および使用する方法、ならびにデバイスおよび物品を例えば挙げることができる。組成物としてはポリマー、モノマー、ブレンド、薄膜、分散液、溶液およびインク調合物を例えば挙げることができる。共重合体はブロック、ランダム、セグメントなどであり得る。ポリマーは軽度にまたはより高度に分岐していることがある。ポリマーは架橋可能である。

一態様は、少なくとも1つの共役ポリマーと、少なくとも1つの置換されていてもよい縮合芳香族炭化水素側基を含む、共役ポリマーとは異なる少なくとも1つの第2のポリマーとを含む組成物を提供する。

縮合芳香族炭化水素側基は極性基で置換されていてもよい。

縮合芳香族炭化水素側基はヒドロキシルで置換されていてもよい。

縮合芳香族炭化水素側基はスルホン酸基またはその塩で置換されていてもよい。

縮合芳香族炭化水素側基はスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルエーテルスルホン酸、グリコールエーテル、アルキルスルホン酸またはその組み合わせで置換されていてもよい。

縮合芳香族炭化水素側基はアミノ基またはチオール基で置換されていてもよい。

縮合芳香族炭化水素側基はナフタレン基で置換されていてもよい。

第2のポリマーは炭素骨格を含み得るものであり、置換されていてもよい縮合芳香族炭化水素側基は2つの縮合ベンゼン環を含み得る。

第2のポリマーは低減した一重項および/または三重項励起状態エネルギーを与えることができる。

第2のポリマーは励起状態安定剤であり得る。

第2のポリマーは約5,000〜約100,000g/molの数平均分子量を有し得る。

第1および第2のポリマーは少なくとも部分的に水溶性または水分散性であり得る。

共役ポリマーは複素環ポリマーであり得る。

共役ポリマーはポリチオフェン骨格を含み得る。

共役ポリマーはスルホン化ポリチオフェンを含み得る。

共役ポリマーは自己ドープ型であり得る。

共役ポリマーは位置規則性ポリチオフェンを含み得る。

共役ポリマーは位置規則性ポリチオフェンを含み得るものであり、位置規則性度は約75%位置規則性を超える。

共役ポリマーは誘導体化ポリチオフェンを含み得るものであり、誘導体は少なくとも1個のエーテル側基を含む。

共役ポリマーはスルホン化ポリ(3-(メトキシエトキシエトキシ)チオフェン-2,5-ジイル)であり得るものであり、第2のポリマーはポリ-2-ビニルナフトールであり得る。

共役ポリマーおよび第2のポリマーの量を電子デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての組成物の使用に適応させることができる。

組成物は約1重量%〜30重量%の共役ポリマーおよび約70重量%〜99重量%の第2のポリマーを含み得る。

組成物は約10重量%〜20重量%の共役ポリマーおよび約80重量%〜90重量%の第2のポリマーを含み得る。

組成物はドーパントをさらに含み得る。

組成物はドーパントをさらに含み得るものであり、ドーパントはアニオン性ポリマーである。

組成物は少なくとも1つの担体溶媒をさらに含み得る。

組成物は少なくとも1つの担体溶媒をさらに含み得るものであり、水が最大量で存在する溶媒である。

第1および第2のポリマーは可溶性ポリマーであり得るものであり、第1のポリマーはスルホン化ポリチオフェンであり得るものであり、第2のポリマーはポリ(ビニルナフサ)であり得る。

第1および第2のポリマーは可溶性ポリマーであり得るものであり、第1のポリマーはエーテル置換基を含むスルホン化ポリチオフェンであり得るものであり、第2のポリマーはポリ(ビニルナフサ)であり得る。

第1および第2のポリマーは可溶性ポリマーであり得るものであり、第1のポリマーはエーテル置換基を含むスルホン化位置規則性ポリチオフェンであり得るものであり、かつ第2のポリマーは下記式で表される少なくとも1つの繰り返し単位を含み得るものであり、共役ポリマーの量および第2のポリマーの量を電子デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての組成物の使用に適応させることができる:

式中、Rは極性官能基であり得る。

別の態様は、少なくとも1つの共役ポリマーと、下記式で表される少なくとも1つの繰り返し単位を含む少なくとも1つの第2のポリマーとを含む組成物を提供する。

繰り返し単位は下記式で表すことができる。

繰り返し単位は下記式で表すことができる。

R基はヒドロキシル基であり得る。

R基はスルホン酸基またはその塩を含み得る。

R基はスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルエーテルスルホン酸、グリコールエーテル、アルキルスルホン酸またはその組み合わせを含み得る。

R基はアミノ基またはチオール基で置換されていてもよい。

第2のポリマーは励起状態安定剤であり得る。

第2のポリマーは約10,000〜約100,000g/molの数平均分子量を有し得る。

共役ポリマーは複素環ポリマーであり得る。

共役ポリマーはポリチオフェン骨格を含み得る。

共役ポリマーはスルホン化ポリチオフェンを含み得る。

共役ポリマーは自己ドープ型であり得る。

共役ポリマーは位置規則性ポリチオフェンを含み得る。

共役ポリマーの量および第2のポリマーの量を電子デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての組成物の使用に適応させることができる。

組成物はドーパントをさらに含み得る。

組成物は少なくとも1つの担体溶媒をさらに含み得る。

第1および第2のポリマーは可溶性ポリマーであり得るものであり、第1のポリマーはスルホン化ポリチオフェンであり得るものであり、第2のポリマーはポリ(ビニルナフトール)であり得る。

第1および第2のポリマーは可溶性ポリマーであり得るものであり、第1のポリマーはエーテル置換基を含むスルホン化ポリチオフェンであり得るものであり、第2のポリマーはポリ(ビニルナフトール)であり得る。

繰り返し単位は第2のポリマー中の唯一の繰り返し単位であり得る。

別の態様は、少なくとも1つの共役ポリマーと、低減した一重項または三重項励起状態を与える少なくとも1つの第2のポリマーとを含む組成物を提供する。

第2のポリマーは、下記式で表される繰り返し単位を含み得る。

組成物は、発光性ポリマー界面に位置する材料の系エネルギーを減少させることができる。

R基は極性基であり得る。

R基はヒドロキシル基であり得る。

R基はスルホン酸基またはその塩を含み得る。

R基はアミノ基またはチオール基で置換されていてもよい。

共役ポリマーは複素環ポリマーであり得る。

共役ポリマーはポリチオフェン骨格を含み得る。

共役ポリマーはスルホン化ポリチオフェンを含み得る。

共役ポリマーは自己ドープ型であり得る。

共役ポリマーは位置規則性ポリチオフェンを含み得る。

共役ポリマーは位置規則性ポリチオフェンを含み得るものであり、位置規則性度は約75%位置規則性を超えることがある。

別の態様は、少なくとも1つの共役ポリマーと、少なくとも1つの置換されていてもよい縮合芳香族炭化水素側基を含む、共役ポリマーとは異なる少なくとも1つの第2のポリマーと、共役ポリマーおよび第2のポリマー用の溶媒担体とを含む組成物であって、有機デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての使用のために調合される組成物を提供する。

溶媒担体は少なくとも2つの溶媒を含み得る。

溶媒担体は少なくとも2つの溶媒を含み得るものであり、最大重量パーセントで存在する溶媒は水であり得る。

組成物は全固形分に対して約1重量%〜30重量%の共役ポリマーおよび約70重量%〜99重量%の第2のポリマーを含み得る。

組成物は全固形分に対して約10重量%〜20重量%の共役ポリマーおよび約80重量%〜90重量%の第2のポリマーを含み得る。

固形分パーセントは約1重量%〜約10重量%であり得る。

固形分パーセントは約1重量%〜約5重量%であり得る。

別の態様は、本明細書に記載の組成物を含む層を含むデバイスを提供する。例えば、一態様では、層は正孔注入層または正孔輸送層である。各種態様では、デバイスはOLEDデバイスであり、またはデバイスは光起電力デバイスであり、またはデバイスはESDデバイスであり、またはデバイスは少なくとも2つの電極および少なくとも1つの発光層もしくは光起電活性層を含む。さらなる態様では、デバイスはセンサ、スーパーキャパシタ、カチオントランスデューサ、薬物放出デバイス、電気着色デバイス、トランジスタ、電界効果トランジスタ、電極改質層、有機電界トランジスタ用電極改質層、アクチュエータまたは透明電極であり得る。組成物は電極上のコーティングであり得る。

別の態様は、基板を設ける工程; 基板上に透明導電体を積層する工程; 共役単位を含む少なくとも1つの導電性ポリマーと、縮合芳香族炭化水素側基を含む少なくとも1つのポリマーとを含む組成物を設ける工程; 透明導電体上に組成物を積層することで正孔注入層または正孔輸送層を形成する工程; 正孔注入層または正孔輸送層上に活性層を積層する工程; および活性層上に陰極を積層する工程を含む、デバイスを作製する方法を提供する。

別の態様は、OLED、光起電力デバイス、ESD、SMOLED、PLED、センサ、スーパーキャパシタ、カチオントランスデューサ、薬物放出デバイス、電気着色デバイス、トランジスタ、電界効果トランジスタ、電極改質層、有機電界トランジスタ用電極改質層、アクチュエータまたは透明電極中のHIL層またはHTL層の一部として本明細書に記載の組成物を塗布する工程を含む方法を提供する。

本明細書に記載の少なくとも1つの態様の少なくとも1つの利点としては、例えばOLEDまたはOPVデバイスなどの有機電子デバイスの長期安定性を含む動作安定性の向上が挙げられる。特に、ポリ-4-ビニルフェノールおよびPEDOT/PSS対照の使用に比べての向上を現実化することができる。特に、電圧および輝度特性を向上させることができる。意外にも、いくつかの態様では、正孔輸送層および/または正孔注入層の組成物を使用して長期安定性を向上させることができる。

少なくとも1つの態様の少なくとも1つのさらなる利点としては、調合におけるはるかに大きな自由度が挙げられる。

他の利点は正孔注入層の利点に関連し得るものであり、それはこの層におけるより良い平坦化および/または電界の制御を例えば含む。
[本発明1001]
少なくとも1つの共役ポリマーと、
少なくとも1つの置換されていてもよい縮合芳香族炭化水素側基を含む、該共役ポリマーとは異なる少なくとも1つの第2のポリマーと
を含む組成物。
[本発明1002]
縮合芳香族炭化水素側基が極性基で置換されている、本発明1001の組成物。
[本発明1003]
縮合芳香族炭化水素側基がヒドロキシルで置換されている、本発明1001の組成物。
[本発明1004]
縮合芳香族炭化水素側基がスルホン酸基またはその塩で置換されている、本発明1001の組成物。
[本発明1005]
縮合芳香族炭化水素側基が、スルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルエーテルスルホン酸、グリコールエーテル、アルキルスルホン酸、またはそれらの組み合わせで置換されている、本発明1001の組成物。
[本発明1006]
縮合芳香族炭化水素側基がアミノ基またはチオール基で置換されている、本発明1001の組成物。
[本発明1007]
縮合芳香族炭化水素側基がナフタレン基である、本発明1001の組成物。
[本発明1008]
第2のポリマーが炭素骨格を含み、かつ置換されていてもよい縮合芳香族炭化水素側基が2つの縮合ベンゼン環を含む、本発明1001の組成物。
[本発明1009]
共役ポリマーが複素環ポリマーである、本発明1001の組成物。
[本発明1010]
共役ポリマーがポリチオフェン骨格を含む、本発明1001の組成物。
[本発明1011]
共役ポリマーがスルホン化ポリチオフェンを含む、本発明1001の組成物。
[本発明1012]
共役ポリマーが自己ドープ型である、本発明1001の組成物。
[本発明1013]
共役ポリマーが位置規則性ポリチオフェンを含む、本発明1001の組成物。
[本発明1014]
約1重量%〜30重量%の共役ポリマーおよび約70重量%〜99重量%の第2のポリマーを含む、本発明1001の組成物。
[本発明1015]
少なくとも1つの担体溶媒をさらに含む、本発明1001の組成物。
[本発明1016]
少なくとも1つの担体溶媒をさらに含む組成物であって、水が最大量で存在する溶媒である、本発明1001の組成物。
[本発明1017]
少なくとも1つの第2のポリマーが下記式で表される少なくとも1つの繰り返し単位を含み、かつ共役ポリマーの量および第2のポリマーの量が電子デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての組成物の使用に適応している、本発明1001の組成物:

式中、Rは極性官能基である。
[本発明1018]
少なくとも1つの共役ポリマーと、
少なくとも1つの置換されていてもよい縮合芳香族炭化水素側基を含む、該共役ポリマーとは異なる少なくとも1つの第2のポリマーと、
該共役ポリマーおよび該第2のポリマー用の溶媒担体とを含む組成物であって、有機デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての使用のために調合される組成物。
[本発明1019]
本発明1001の組成物を含む層を含むデバイス。
[本発明1020]
層が正孔注入層または正孔輸送層である、本発明1019のデバイス。
[本発明1021]
OLEDデバイスである、本発明1019のデバイス。

詳細な説明
序論/導電性および共役ポリマー
本明細書において引用されるすべての参考文献はその全体が参照により組み入れられる。

2008年2月29日に出願の優先権米国仮出願第61/032,905号は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。

第1のポリマーは共役ポリマーであり得る。有機電子デバイス中でのその使用を含むポリマーは当技術分野で公知である。例えばFriend, "Polymer LEDs," Physics World, November 1992, 5, 11, 42-46を参照。

共役ポリマーも当技術分野で公知である。例えばKraft et al., "Electroluminescent Conjugated Polymers-Seeing Polymers in a New Light," Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 402-428を参照。

ポリアセチレン、ポリ(p-フェニレン)、ポリ(p-フェニレンスルフィド)、ポリピロールおよびポリチオフェンを含む導電性または共役ポリマーはThe Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Wiley, 1990, pages 298-300に記載されており、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。この参考文献では、ブロック共重合体形成を含む、ポリマーのブレンドおよび共重合も記載されている。

ポリチオフェンを含む共役ポリマーはホモポリマー、共重合体またはブロック共重合体であり得る。側基を有する位置規則性ポリチオフェンを含む合成方法、ドーピングおよびポリマーの特徴づけは、例えばMcCulloughらの米国特許第6,602,974号およびMcCulloughらの米国特許第6,166,172号に示されており、これらはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。さらなる説明は"The Chemistry of Conducting Polythiophenes," by Richard D. McCullough, Adv. Mater. 1998, 10, No. 2, pages 93-116という論文および当該論文に引用されている参考文献に見出すことができ、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。当業者が使用可能な別の参考文献はHandbook of Conducting Polymers, 2^nd Ed. 1998, Chapter 9, by McCullough et al., "Regioregular, Head-to-Tail Coupled Poly(3-alkylthiophene) and its Derivatives," pages 225-258であり、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。この参考文献では第29章、823-846頁に"Electroluminescence in Conjugated Polymers"も記載されており、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。

ポリチオフェンは例えばRoncali, J., Chem. Rev. 1992, 92, 711; Schopf et al., Polythiophenes: Electrically Conductive Polymers, Springer: Berlin, 1997に記載されている。例えば米国特許第4,737,557号および第4,909,959号も参照。

ポリマー半導体は例えば"Organic Transistor Semiconductors" by Katz et al., Accounts of Chemical Research, vol. 34, no. 5, 2001, page 359 including pages 365-367に記載されており、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。

ブロック共重合体は例えばBlock Copolymers, Overview and Critical Survey, by Noshay and McGrath, Academic Press, 1977に記載されている。例えば、このテキストではA-Bジブロック共重合体(第5章)、A-B-Aトリブロック共重合体(第6章)および-(AB)_n-マルチブロック共重合体(第7章)が記載されており、これらは本発明におけるブロック共重合体の種類の基礎を形成することができる。

ポリチオフェンを含むさらなるブロック共重合体は、例えばその全体が参照により組み入れられる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に記載されている。

以下の論文では、97頁冒頭および当該論文に引用されている参考文献において、数種類の位置規則性系が記載されている: "The Chemistry of Conducting Polythiophenes," by Richard D. McCullough, Adv. Mater. 1998, 10, No. 2, pages 93-116。ポリチオフェンを含む位置規則性ポリマーにおいて、位置規則性度は例えば約90%以上、または約95%以上、または約98%以上、または約99%以上であり得る。例えばNMRなどの当技術分野で公知の方法を使用して位置規則性度を測定することができる。一態様では、位置規則性度は約75%を超える。別の態様では、位置規則性度は約85%〜99%、または約85%〜約95%である。

位置規則性は複数の方法で生じ得る。例えば、頭-尾(HT)ポリ(3-置換)チオフェンを与える、3-アルキルチオフェンなどの非対称モノマーの重合によりそれは生じ得る。あるいは、位置規則性HH-TTおよびTT-HHポリ(3-置換チオフェン)を例えば与える、例えばビ-チオフェンなどの2つのモノマー部分間に対称面を有するモノマーの重合によりそれは生じ得る。

特に、側鎖を有する導電性ポリマーを可溶化させるために使用可能な置換基としては、C1〜C25基を例えば含むアルコキシおよびアルキル、ならびに、酸素および窒素を例えば含むヘテロ原子系が挙げられる。特に、少なくとも3個の炭素原子または少なくとも5個の炭素原子を有する置換基を使用可能である。混合置換基を使用可能である。置換基は非極性、極性または官能性の有機置換基であり得る。側基はR置換基と呼ぶことができ、R置換基は例えばアルキル、パーハロアルキル、ビニル、アセチレン、アルコキシ、アリールオキシ、ビニルオキシ、チオアルキル、チオアリール、ケチル、チオケチルであり得るものであり、水素以外の原子で置換されていてもよい。

チオフェンポリマーは、例えば3を超える分岐数を有しかつチオフェン単位を含む、星形ポリマーであり得る。チオフェンポリマーはデンドリマーであり得る。例えばAnthopoulos et al., Applied Physics Letters, 82, 26, June 30, 2003, 4824-4826およびデンドリマーの以下のさらなる説明を参照。

複素環ポリマーが特に好ましい。特に好ましい系はポリチオフェン系および位置規則性ポリチオフェン系である。例えばPlexcore、Plexcoatおよび同様の材料などのポリチオフェン系ポリマーを例えば含むポリマーはペンシルベニア州ピッツバーグのPlextronics, Inc.より得ることができる。

別の態様は、比較的位置不規則性である複素環共役ポリマーを含む。例えば、位置規則性度は約90%以下、または約80%以下、または約70%以下、または約60%以下、または約50%以下であり得る。

第1のポリマーの一例は、スルホン化ポリマーを含む水溶性ポリマーである。

共役ポリマーは当技術分野で公知のようにドープ可能である。例えば、有機または無機ドーパントを使用可能である。ポリスチレンスルホネートなどのポリマードーパントおよびアニオン性ポリマードーパントを使用可能である。ポリマーは自己ドープ型であり得る。

導電性ポリマーおよびポリチオフェンのスルホン化
共役ポリマーならびに該ポリマーを使用する調合物およびデバイスの重要な一例は、スルホン化ポリチオフェンおよびスルホン化位置規則性ポリチオフェンを含むスルホン化共役ポリマーである。例えば、図面、実施例および特許請求の範囲を含むその全体が参照により本明細書に組み入れられる、2007年7月13日出願のSeshadriらの米国特許出願第11/826,394号(米国特許出願公開第2008/0248313号)を参照。

位置規則性ポリマーをスルホン化に供する場合、本明細書においてポリマー組成物を依然として位置規則性と呼ぶことができる。スルホン化は当技術分野で一般に公知であり、有機分子にスルホン酸基またはその塩-SO₃Hが導入され、有機分子の炭素に硫黄原子が結合する。特許文献の例としては例えばAllcockらの米国特許第5,548,060号; Pintauroらの米国特許第6,365,294号; Epsteinらの米国特許第5,137,991号; およびItoらの米国特許第5,993,694号が挙げられる。さらなるスルホン化方法は(1) Sotzing, G. A. Substituted thieno[3,4-b]thiophene polymers, method of making and use thereof, 米国特許出願公開第2005/0124784 A1号; (2) Lee, B.; Seshadri, V.; Sotzing, G.A. Ring Sulfonated poly(thieno[3,4-b]thiophene), Adv. Mater. 2005, 17, 1792に例えば記載されている。

スルホン化置換基は様々な形態であり得る。例えば、スルホン化置換基は酸の形態であり得るものであり; またはスルホン化置換基は対イオンを含む塩の形態であり得るものであり; またはスルホン化置換基は対イオンを含む塩の形態であり得るものであり、対イオンは有機基を含み; またはスルホン化置換基は対イオンを含む塩の形態であり得るものであり、対イオンはアルキル基を例えば含む有機カチオンを含みかつ金属を含まず; またはスルホン化置換基は対イオンを含む塩の形態であり、対イオンは金属カチオンを含む。スルホン化度を例えば約5%〜約95%、または約10%〜約90%、または約25%〜約75%に制御することができる。スルホン化が進行するに従って、スルホン化ポリチオフェンは強酸中に可溶化および/または分散される。ポリチオフェンに対するスルホネート硫黄原子の直接結合はバンドギャップ構造の調整を可能にし得る。

第2のポリマー/縮合芳香族炭化水素側基
第2のポリマーは第1のポリマーと異なる。第2のポリマーは、置換されていてもよい縮合芳香環を含む側基、または置換されていてもよい多環式芳香族炭化水素側基を含む、少なくとも1つの繰り返し単位を含み得る。これらの側基は縮合芳香族構造中で非炭素原子を含まなくてもよい。ポリマーが特定用途のための好適な溶解性および他の有用な特性を有するように、縮合芳香環側基を選択および置換することができる。縮合芳香環構造は2つ以上の芳香環を含み得る。第2のポリマーは合成ポリマーであり得る。第2のポリマーは水溶性ポリマーまたは有機可溶性ポリマーであり得る。さらに、第2のポリマーはホモポリマー、ブロック共重合体を含む共重合体、または混合置換基ポリマーであり得る。

置換基として使用される例えばナフテン、アントラセン、クリセン、コラヌレン、フェナントレンおよびトリフェニレンなどの化合物を例えば含む、縮合芳香環系は当技術分野で公知である。これらの縮合芳香族化合物の番号付け方式は当技術分野で公知である。例えばMarch's Advanced Organic Chemistry, Reaction Mechanisms, and Structure, 6^th Ed. Wiley, 2007を参照。

分子量分布を含むポリマーの分子量を用途および調合戦略に適応させることができる。典型的には、第2のポリマーの分子量は、例えば約5,000g/mol〜約100,000g/mol、または約10,000g/mol〜100,000g/mol、または約1,700g/mol〜85,000g/molであり得る。より典型的には、第2のポリマーの分子量は約5,100g/mol〜34,000g/molであり得る。さらに典型的には、第2のポリマーの分子量は約8,500〜17,000g/molであり得る。

置換されていてもよい縮合芳香環または置換されていてもよい多環式芳香族炭化水素側基は、極性官能基などの少なくとも1個の置換基を置換基として含み得る。複数の置換基が存在することがあり、異なる種類の置換基が存在することがある。極性官能基は任意の適切な極性基であり得る。ヒドロキシル官能基が好ましい官能基である。あるいは、極性官能基はアミノ基またはチオール基であり得る。別の態様では、極性官能基は、スルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルエーテルスルホン酸、アルキルスルホン酸およびその塩を例えば含む、少なくとも1つのスルホン酸基であってその塩を含むスルホン酸基を含む、基であり得る。別の例はグリコールエーテル基である。さらなる例としては、置換されていてもよいアルキル、置換されていてもよいアリール、ポリエーテル、アルコキシ、パーフルオロポリエーテル、パーフルオロポリエーテルスルホン酸およびその塩、ならびにアリールアミンが例えば挙げられる。

スルホン酸またはその塩を含む基を有する繰り返し単位のモル量は、例えば10%〜60%、または20%〜50%、または30%〜45%であり得る。

置換されていてもよい縮合芳香環または置換されていてもよい多環式芳香族炭化水素側基は、非極性官能基を置換基として含み得る。非極性基は、特定の用途および調合に適応させることができるが、例としてはC1〜C24基またはC1〜C12基を含むアルキル基またはパーフルオロアルキル基が挙げられる。

置換基の他の例としては、例えば複素環部分または多環式芳香族部分が挙げられる。

好ましい態様では、第2のポリマーはポリビニルナフトールである。より好ましい態様では、第2のポリマーはポリ-2-ビニル-6-ナフトールである。

代替的な態様では、第2のポリマーは水溶性であり、対イオンを含む塩の形態であり、対イオンは有機基を含む。あるいは、第2のポリマーは水溶性であり、対イオンを含む塩の形態であり、対イオンは有機カチオンを含み、金属を含まない。

好ましくは、第2のポリマーは励起状態安定剤である。別の態様では、第2のポリマーの拡張芳香族π電子系が、低減した一重項励起状態エネルギーを与える。別の態様では、第2のポリマーの拡張芳香族π電子系が、低減した三重項励起状態エネルギーを与える。ベンゼンが3eVを超える一重項励起状態エネルギーを有する一方、ナフタレンは3eV未満である。側基およびポリマー構造を適応させる上で、多くの場合、高エネルギーバンドギャップから低エネルギーバンドギャップ分子に移動させて寿命を増加させることができる。計算を使用して励起状態を検査することができ、または光学的、光化学的および電気化学的測定を用いる定量的評価を行って材料の基底状態特性および励起状態特性を特徴づけることができる。文脈的には、例えばS. Murov et al, Handbook of Photochemistry, 2^nd Ed., Marcel Dekker, 1993; Turro, Modern Molecular Photochemistry, University Science, 1991を参照。

第2のポリマーは、ビニルポリマーであり得るものであり、ナフチル基などの単一の置換されていてもよい縮合芳香族側基を側基として有する炭素骨格を含み得る。ナフチル基が置換されている場合、置換され得るナフチル上の任意の位置において置換され得る。いくつかの場合では、6位での置換が好ましい。ポリマー骨格の置換を含む異性体置換パターンは、例えば2,7; または1,4; または1,5などであり得る。

第2のポリマーの繰り返し単位は下記式で表すことができる:

式中、Rはナフチル基上の任意の好適な位置上の任意的な置換基であり得る。一態様では、式Iが唯一の繰り返し単位であり、またはそれがポリマー繰り返し単位の少なくとも90モル%を占め得る。

いくつかの態様では、第2のポリマーは下記構造(式II)を含み得る:

式中、Rは6位の任意的な置換基である。いくつかの態様では、-Rは極性官能基である。-Rは任意の適切な極性官能基であり得る。一態様では、-Rはアミノ官能基である。代替的な態様では、-Rはチオール官能基である。特に好ましい態様では、-Rはヒドロキシル官能基または保護されたヒドロキシル基である。好ましい態様では、第2のポリマーはポリビニルナフトールである。より好ましい態様では、第2のポリマーはポリ-2-ビニル-6-ナフトールである。

別の態様では、第2のポリマーは下記構造(式II)を含み得る:

式中、Rは任意的な置換基である。いくつかの態様では、-Rは極性官能基である。-Rは任意の適切な極性官能基であり得る。一態様では、-Rはアミノ官能基である。代替的な態様では、-Rはチオール官能基である。特に好ましい態様では、-Rはヒドロキシル官能基または保護されたヒドロキシル基である。好ましい態様では、第2のポリマーはポリビニルナフトールである。より好ましい態様では、第2のポリマーはポリ-2-ビニル-7-ナフトールである。

式IおよびIIおよびIIIにおいて、さらなる繰り返し単位が存在し得る。例えば、その側基が反応して式I、IIまたはIIIの構造を形成するようにポリマーが改質されている場合、反応は完了に至らないことがあり、未反応の側基が第2の繰り返し単位として存在することがある。

縮合芳香族側基は、例えば非アミン側基であり得るものであり、芳香族-窒素結合を含まずかつ窒素を含まないということがある。

例えば-OH基を-OR基に変換するようにして、縮合芳香族側基を当技術分野で公知のように誘導体化することができる。平坦化剤の改質に関しては、例えば2008年3月6日出願の米国仮出願第61/034,476号を参照。

第2のポリマー用のモノマーの合成および重合
以下の実施例において例示する方法を含む、当技術分野で公知の有機合成方法により、モノマーを調製することができる。例えば、保護基を使用可能である。モノマーを重合した後、重合に続いてポリマーを改質することができる。いくつかの場合では、重合においてより大きい固形分パーセントを用いることで、向上した収率を実現することができる。

調合物/インク
当業者は、1つまたは複数の溶媒または分散助剤をインク担体または溶媒系として用いて、第1および第2のポリマーをブレンドすることができる。これによりインクを形成することができる。特に水を使用可能である。1つまたは複数の有機溶媒も使用可能である。インク中の固形分の濃度を用途に適応させることができる。例えば、粘度を制御することができる。固形分濃度は、例えば約0.1重量%〜約25重量%、または約0.5重量%〜約10重量%、または約1重量%〜約10重量%、または約1重量%〜約5重量%であり得る。

先に記載のようにスルホン化可能な導電性ポリマーおよびポリチオフェン組成物を、成分の量を変動させること、異なる構造種類の組み合わせを変動させること、異なる混合条件の使用、異なる溶媒の使用、異なる薄膜調製条件の適用、異なる精製方法の使用などを例えば含む、当技術分野において調合者に公知の方法により、調合およびブレンドすることができる。正孔注入技術における具体的な用途のための調合物が特に重要である。1つまたは複数の第1のポリマーを使用可能である。1つまたは複数の第2のポリマーを使用可能である。

使用可能な典型的な溶媒としては、水、および水との少なくとも何らかの混和性を有する有機溶媒を含む有機溶媒が挙げられる。溶媒混合物を使用可能である。例としてはセロソルブ、カルビトール、例えばC1、C2またはC3アルコールなどの低級アルコール、および例えばC3〜C5ケトンなどのケトンが挙げられる。

ポリマーの相溶性混合物を調合することができる。ブレンドが相溶性であり得るのは、それが過剰な相分離を特徴とせず、かつ、正孔注入層として機能し得る機能的に有用で機械的に安定な薄膜を形成する場合である。相溶性ブレンドは当技術分野で公知である。例えば米国特許第4,387,187号; 第4,415,706号; 第4,485,031号; 第4,898,912号; 第4,929,388号; 第4,935,164号; および第4,990,557号を参照。相溶性ブレンドは、混和性ブレンドである必要はないが、特に例えば約2nm〜約100nmなどの薄膜形態において有用な機能を与える上で十分に混合されかつ安定している。ブレンド方法としては、ナノサイズ粒子に分解した(典型的には数十〜数百ナノメートル)、中性形態または酸化形態のいずれかの予め溶解した導電性ポリマーと、慣行的なポリマー(例えばポリスチレン(PS)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、ポリ(酢酸ビニル)(PVA))との、超音波処理、攪拌または剪断による溶液ブレンドを挙げることができる。そのようなブレンドは、安定なポリマーマトリックス溶液の薄膜形成サブミクロン粒子の微細分散を与える。薄膜をスピンコーティングにより調製し、相溶性について分析することができる。

インクジェット印刷およびスピンコーティング溶液キャスティングのような当技術分野で公知の方法により、インクを塗布することができる。

例えば、図面、実施例および特許請求の範囲を含むその全体が参照により本明細書に組み入れられる、2007年7月13日出願のSeshadriらの米国特許出願第11/826,394号も参照。

HILおよびHTL用途向けのインク調合物の例としては、例えば2006年2月9日出願の米国特許出願第11/350,271号が挙げられる。

量
一態様では、組成物は約1重量%〜約99重量%の共役ポリマーおよび約1重量%〜約99重量%の第2のポリマーを含む。別の態様では、組成物は約1重量%〜約50重量%の共役ポリマーおよび約50重量%〜約99重量%の第2のポリマーを含む。別の態様では、組成物は約1重量%〜約30重量%の共役ポリマーおよび約70重量%〜約99重量%の第2のポリマーを含む。別の態様では、組成物は約10重量%〜約30重量%の共役ポリマーおよび約70重量%〜約90重量%の第2のポリマーを含む。

別の態様では、組成物は約5重量%〜約20重量%の共役ポリマーおよび約80重量%〜約95重量%の第2のポリマーを含む。

典型的には、組成物は、共役ポリマーより多く第2のポリマーを含む。

デバイス
各種デバイスは多くの場合、多層構造を用いて製作することができ、多層構造は例えば溶液加工または真空加工、ならびに印刷プロセスおよびパターン形成プロセスにより調製することができる。特に、正孔注入層(HIL)のための本明細書に記載の態様の使用を有効に行うことができる。特に、用途としてはOLED、PLED、SMOLED、ESD、光電池、スーパーキャパシタ、カチオントランスデューサ、薬物放出、電気着色装置、センサ、FET、アクチュエータおよびメンブレン用の正孔注入層が挙げられる。別の用途は、有機電界効果トランジスタ(OFETS)用電極改質層を含む電極改質層である。他の用途としてはプリンテッドエレクトロニクス、プリンテッドエレクトロニクスデバイスおよびロールツーロール生産プロセスの分野のものが挙げられる。

例えば、光起電力デバイスは当技術分野で公知である。例えば、このデバイスは、ガラスまたはPET上の酸化インジウムスズ(ITO)などの透明導電体を含む陽極と; 正孔注入層および/または正孔輸送層と; P/Nバルクヘテロ接合層と; LiFなどのコンディショニング層と; 例えばCa、AlまたはBaなどの陰極とを例えば含む多層構造を含み得る。電流密度対電圧の測定を可能にするようにデバイスを適応させることができる。

同様に、OLEDデバイスも当技術分野で公知である。例えば、このデバイスは、ガラスまたはPETもしくはPEN上のITOなどの透明導電体を含む陽極と; 正孔注入層と; ポリマー層などのエレクトロルミネセンス層と; LiFなどのコンディショニング層と; 例えばCa、AlまたはBaなどの陰極とを例えば含む多層構造を含み得る。

当技術分野で公知の方法を使用して、OLEDおよびOPVデバイスを例えば含むデバイスを製作することができる。当技術分野で公知の方法を使用して輝度、効率および寿命を測定することができる。OLED特許としては例えば米国特許第4,356,429号および第4,539,507号(Kodak)が挙げられる。発光する導電性ポリマーは例えば米国特許第5,247,190号および第5,401,827号(Cambridge Display Technologies)に記載されている。デバイス構造、物理的原理、溶液加工、多層形成、ブレンド、ならびに材料の合成および調合を含む、その全体が参照により本明細書に組み入れられるKraft et al., "Electroluminescent Conjugated Polymers - Seeing Polymers in a New Light," Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37, 402-428も参照。

各種導電性ポリマー、およびSumation、Merck Yellow、Merck Blue、American Dye Sources(ADS)、Kodak(例えばAlQ3など)、さらにはAldrichより入手可能なBEHP-PPVなどの材料などの有機分子を含む、当技術分野で公知のかつ市販の発光体を使用することができる。そのような有機エレクトロルミネセンス材料の例としては以下が挙げられる:
(i) ポリ(p-フェニレンビニレン)、およびフェニレン部分上の様々な位置で置換されているその誘導体;
(ii) ポリ(p-フェニレンビニレン)、およびビニレン部分上の様々な位置で置換されているその誘導体;
(iii) ポリ(p-フェニレンビニレン)、およびフェニレン部分上の様々な位置で置換されかつビニレン部分上の様々な位置でも置換されているその誘導体;
(iv) アリーレンがナフタレン、アントラセン、フリレン、チエニレン、オキサジアゾールなどの部分であり得るポリ(アリーレンビニレン);
(v) アリーレンが上記(iv)と同様でありかつアリーレン上の様々な位置での置換基をさらに有することがあり得るポリ(アリーレンビニレン)の誘導体;
(vi) アリーレンが上記(iv)と同様でありかつビニレン上の様々な位置での置換基をさらに有することがあり得るポリ(アリーレンビニレン)の誘導体;
(vii) アリーレンが上記(iv)と同様でありかつアリーレン上の様々な位置での置換基およびビニレン上の様々な位置での置換基をさらに有することがあり得るポリ(アリーレンビニレン)の誘導体;
(viii) (iv)、(v)、(vi)および(vii)におけるものなどのアリーレンビニレンオリゴマーと非共役オリゴマーとの共重合体; ならびに
(ix) ポリp-フェニレン、およびポリ(9,9-ジアルキルフルオレン)などのラダーポリマー誘導体を含む、フェニレン部分上の様々な位置で置換されているその誘導体;
(x) アリーレンがナフタレン、アントラセン、フリレン、チエニレン、オキサジアゾールなどの部分であり得るポリ(アリーレン); およびアリーレン部分上の様々な位置で置換されているその誘導体;
(xi) (x)におけるものなどのオリゴアリーレンと非共役オリゴマーとの共重合体;
(xii) ポリキノリンおよびその誘導体;
(xiii) ポリキノリンと、溶解性を与えるために例えばアルキル基またはアルコキシ基でフェニレン上で置換されているp-フェニレンとの共重合体; ならびに
(xiv) ポリ(p-フェニレン-2,6-ベンゾビスチアゾール)、ポリ(p-フェニレン-2,6-ベンゾビスオキサゾール)、ポリp-フェニレン-2,6-ベンズイミダゾール)およびそれらの誘導体などの剛体棒状ポリマー。
(xv) ポリフルオレン単位を有するポリフルオレンポリマーおよび共重合体。

好ましい有機発光性ポリマーとしては、緑色、赤色、青色もしくは白色の光またはそのファミリーを発光するSUMATION発光ポリマー(「LEP」)、その共重合体、誘導体あるいは混合物が挙げられ、SUMATION LEPはSumation KKより入手可能である。他のポリマーとしてはドイツ・フランクフルトのCovion Organic Semiconductors GmbH(現在はMerck(登録商標)が所有)より入手可能なポリスピロフルオレン様ポリマーが挙げられる。

あるいは、ポリマーというよりむしろ、蛍光またはリン光により発光する小有機分子が、有機エレクトロルミネセンス層として役立つことがある。小分子有機エレクトロルミネセンス材料の例としては、(i) トリス(8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム(Alq); (ii) 1,3-ビス(N,N-ジメチルアミノフェニル)-1,3,4-オキシダゾール(OXD-8); (iii) -オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリナート)アルミニウム; (iv) ビス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム; (v) ビス(ヒドロキシベンゾキノリナート)ベリリウム(BeQ₂); (vi) ビス(ジフェニルビニル)ビフェニレン(DPVBI); および(vii) アリールアミン置換ジスチリルアリーレン(DSAアミン)が挙げられる。

そのようなポリマーおよび小分子材料は当技術分野で周知であり、例えばVanSlykeに発行した米国特許第5,047,687号; およびBredas, J.-L., Silbey, R., eds., Conjugated Polymers, Kluwer Academic Press, Dordrecht (1991)に記載されている。

デバイス中のHILの例としては以下が挙げられる:
1) PLEDおよびSMOLEDを含むOLEDにおける正孔注入; 例えば、PLED中のHILについて、共役が炭素原子またはケイ素原子を包含する共役ポリマー発光体のすべてのクラスを使用することができる。SMOLED中のHILについては以下が例である: 蛍光発光体を含有するSMOLED; リン光発光体を含有するSMOLED; HIL層に加えて1つまたは複数の有機層を含むSMOLED; および溶液もしくはエアロゾルスプレーまたは任意の他の加工方法論により小分子層が加工されるSMOLED。さらに、他の例としては、デンドリマーまたはオリゴマー有機半導体系OLED中のHIL; 電荷注入を改変するためにまたは電極としてHILが使用される両極性発光FET中のHILが挙げられる;
2) OPV中の正孔抽出層; 例えば2008年4月9日出願の米国特許出願第61/043,654号を参照;
3) トランジスタ中のチャネル材料
4) 論理ゲートなどのトランジスタの組み合わせを含む回路中のチャネル材料
5) トランジスタ中の電極材料
6) コンデンサ中のゲート層
7) 導電性ポリマーにより感知される種の会合によりドーピングレベルの改変が実現される化学センサ。

種々の光活性層をOPVデバイス中で使用することができる。米国特許第5,454,880号(Univ. Cal.); 第6,812,399号; および第6,933,436号に例えば記載の導電性ポリマーと例えば混合したフラーレン誘導体を含む光活性層を有する光起電力デバイスを調製することができる。また、光活性層は導電性ポリマーのブレンド、導電性ポリマーと半導電性ナノ粒子とのブレンド、ならびにフタロシアニン、フラーレンおよびポルフィリンなどの小分子の二重層を含み得る。

一般的な電極材料および基板ならびに封入材料を使用可能である。

OLED測定
OLEDデバイスは当技術分野で公知である。例えばOrganic Light-Emitting Materials and Devices, (Ed. Li, Meng), CRC, 2007および当該文献に引用されている参考文献を参照。当技術分野で公知の方法を使用してOLEDパラメータを測定することができる。例えば、測定を10mA/cm²で行うことができる。

電圧は例えば約2〜約15、または約2〜約8、または約3〜約14、または約3〜約7であり得るものであり、例えば約2〜約5を含む。

輝度は例えば少なくとも250cd/m²、または少なくとも500cd/m²、または少なくとも750cd/m²、または少なくとも1,000cd/m²であり得る。

効率は例えば少なくとも0.25cd/A、または少なくとも0.45cd/A、または少なくとも0.60cd/A、または少なくとも0.70cd/A、または少なくとも1.00cd/A、または少なくとも2.5cd/A、または少なくとも5.00cd/A、または少なくとも7.50cd/A、または少なくとも10.00cd/A、または少なくとも20cd/A、または少なくとも30cd/A、または少なくとも60cd/A、または少なくとも80cd/Aであり得る。上限は例えば約200cd/Aであり得る。

寿命は、50mA/cm²または最大75mA/cm²で時間単位で測定可能であり、例えば少なくとも50時間、または少なくとも100時間、または少なくとも約900時間、または少なくとも1,000時間、または少なくとも1100時間、または少なくとも2,000時間、または少なくとも5,000時間、または少なくとも10,000時間、または少なくとも20,000時間、または少なくとも50,000時間であり得る。

輝度、効率および寿命の組み合わせを実現することができる。例えば、輝度は少なくとも1,000cd/m2であり得るものであり、効率は少なくとも1.00cd/Aであり得るものであり、寿命は少なくとも1,000時間、少なくとも2,500時間または少なくとも5,000時間であり得る。

OPV測定
OPVデバイスは当技術分野で公知である。例えばOrganic Photovoltaics, Mechanisms, Materials, and Devices, Sun and Sariciftci, CRC, 2005を参照。当技術分野で公知の方法を使用してOPVパラメータを測定することができる。

J_SC値(mA/cm²)は例えば少なくとも6、または少なくとも7、または少なくとも8、または少なくとも9、または少なくとも10、または少なくとも11、または少なくとも12であり得る。この値は例えば約5〜約12、または約5〜約15、または約5〜約20であり得る。

V_OC値(V)は例えば少なくとも約0.5、または少なくとも約0.6、または少なくとも約0.7、または少なくとも約0.8、または少なくとも約0.9、または少なくとも約1.0、または少なくとも約2.0であり得るものであり、例えば約0.5〜約2.0、または約0.5〜約1.0、または約0.55〜約0.65を含む。

FF値は例えば少なくとも約0.2、または少なくとも約0.3、または少なくとも約0.4、または少なくとも約0.5、または少なくとも約0.6、または少なくとも約0.7であり得るものであり、例えば約0.5〜約0.8、または約0.5〜約0.73も含む。

E(%)値は例えば少なくとも約1%、または少なくとも約2%、または少なくとも約3%、または少なくとも約4%、または少なくとも約5%、または少なくとも約6%、または少なくとも約7%であり得るものであり、例えば約1%〜約8%、または約1%〜約7%、または約1%〜約6%、または約1%〜約5%、または約1%〜約3.4%、または約2%〜約3.4%を含む。

本明細書に記載のポリマーおよびその調合物をインクにすることができ、このインクを使用して有機光起電力デバイス用の高性能正孔抽出層を生み出すことができる。HIL層は、現行の材料と同様に、正孔を伝導しかつ正孔抽出を媒介することができる。

Jonasらの米国特許第4,959,430号に記載のPEDOT材料などの対照材料を調合することができる。Baytron材料をH.C. Starkより得ることができる。カルバゾール化合物は例えばBrunnerらの国際公開公報第2004/072205号に記載されている。

センサ、および電界効果トランジスタを含むトランジスタ(例えば論理回路および他の電子回路における使用のための、例えば電極または活性チャネル材料としての)を含む、光および/または電気/電界と相互作用する他の種類のデバイスを製作することができる。特に、pHセンサ、または酸に結合可能な官能基を有する化合物の検出に感受性があるセンサを作製し、例えば光学感知ツールにおいて使用することができる。他のデバイス用途としては、例えばスーパーキャパシタ(例えば、良好な電荷容量を有する蓄電媒体として機能する軽量電源)、カチオントランスデューサ(例えば、光学信号または電気信号を引き起こすカチオン結合事象を特徴とするデバイス)、薬物放出(例えば、イオン官能基を有する薬物をポリマーに結合させることができ、かつ酸化還元化学が体内への薬物の放出の引き金を引くことができ; または、ポリマーを有する埋め込みマイクロチップが、投薬プロファイルを変化させることで体内への薬物の放出の引き金を引くことを助けることができる)、電気着色装置、アクチュエータ(例えば電気化学ドーピング/脱ドーピングはポリマーの体積を変化させることもでき、これは機構を作動させるための基礎となる)が挙げられる。これに基づく用途は、電気パルスにより駆動する人工筋肉、あるいはまた、溶媒の精製用の調節可能な孔径を有するスマートメンブレン、ITOを例えば代替する透明電極、およびメンブレンを包含し得る。

OPVデバイスおよび活性層材料は、活性層中でのフラーレン誘導体およびフラーレン-インデン化合物の使用を含む、2007年5月2日出願の米国特許出願第11/743,587号に例えば記載されている。

用途
用途に関するさらなる説明を以下に示す。

ミラーを含む電気化学的用途およびデバイスに関しては、例えばArgun et al., Adv. Mater. 2003, 15, 1338-1341(すべてポリマー電気着色デバイス)を参照。例えば、スルホン化ポリマーは、酸化形態で非常に良好な安定性を示す(すなわち、可視領域において非常にクリアである)。クリア状態において良好な安定性を有するミラーを作製することができる。強力なヘッドランプを有する車が近づく場合にのみ、ミラーは駆動して暗色になる。ポリマーがそれ自体でその酸化形態に回帰可能である場合、その正常状態に回帰するための電力が必要にならないため、そのことは非常に有利であり得る。それはNIR(加熱放射線である)を強力に吸収するため、このポリマーでコーティングされた窓を通じて、潜在的に室内をより涼しく保つと同時に、建物、宇宙船などに光が侵入することを可能にし、潜在的にACおよび光に対する負荷を最小化することができる。

センサに関しては、HIL調合物により感知される材料の具体的な相互作用により、導電率、電荷輸送特性および/または光学特性の変化を生じさせることができ、信号は、センサ内で検出することができる。

光起電力装置に関しては、例えばZhang et al. (polymer photovoltaic cells with conducting polymer anodes) Adv. Mater. 2002, 14, 662-665を参照。

スピーカに関しては、例えばLee, et al. (Flexible and transparent organic film speaker by using highly conducting PEDOT/PSS as electrode), Synth. Met. 2003, 139, 457-461を参照。

また、さらなる説明を以下の非限定的実施例によって示す。

実施例1
モノマーの合成
6-ブロモ-2-ナフトール25gおよび乾燥ジエチルエーテル250mlを清浄な乾燥500ml丸底フラスコに加えた。この溶液を窒素ブランケット下、氷水浴中で15分間冷却した。95%水素化ナトリウム(NaH)3.11gをフラスコに一度に加えた。得られた溶液は黄色であり、これをバブリングした。約2時間後、溶液のバブリングを中止した時点で、シリンジを経由してトリイソプロピルシリルクロリド(TIPSCl)27.82mLを加えた。反応液を1時間かけて室温に昇温した。TLC (ヘキサン:SiO₂)は、反応が完了したことを示した。激しく攪拌しながら0.25M Na₂CO₃ 100mlに注ぎ、続いてヘキサン(2 x 200ml)で抽出することで、反応液をワークアップした。一緒にした有機相を10% NH₄Cl 100ml、続いて水100mlで洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。この溶液を濾過し、濃縮して得た褐色油状物を210℃/約1torrで分留して淡黄色の濃厚粘稠油状物を得た。NMRおよびGC/MSは(6-ブロモ-ナフタレン-2-イルオキシ)-トリイソプロピル-シランと一致していた。この反応を以下のように示す。

清浄な火炎乾燥250ml丸底フラスコに(6-ブロモ-ナフタレン-2-イルオキシ)-トリイソプロピル-シラン7gを加えた。Mbraun溶媒ディスペンサーより無水エーテル100mlをカニューレを経由してフラスコに移した。フラスコをドライアイス/アセトン浴中で-78℃に20分間冷却した。冷却したフラスコに、1.7Mストックペンタン溶液(Aldrich Chemicals)よりtert-ブチルリチウム21.9mlを約5分間かけて加えた。反応混合物は直ちに黄褐色になり、これを1時間攪拌した。混合物を0℃に昇温して濃厚白色固体を形成した。反応液を-78℃に再度冷却し、その時点で無水DMF 14.3mlをシリンジにより速やかに加えた。混合物を、室温にゆっくり昇温しながら終夜攪拌した。得られた濃厚白色溶液を3% HCl 500mlに激しく攪拌しながら注いだ。これを酢酸エチル500mlで抽出した。有機相を0.25M Na₂CO₃ 100ml、続いて10% NH₄Cl 100ml、最後に蒸留水100mlで洗浄した。有機相をMgSO₄で乾燥させ、濾過し、濃縮して黄色油状物を得た。ヘキサン:酢酸エチルを溶離液とするシリカゲル上でこれを精製した。プロトンNMRおよびGC/MSは6-トリイソプロピルシラニルオキシ-ナフタレン-2-カルボアルデヒドと一致していた。この反応を以下のように示す。

第1および第2の溶液を調製した。第1の溶液に関しては、清浄かつ乾燥した100ml丸底フラスコに6-トリイソプロピルシラニルオキシ-ナフタレン-2-カルボアルデヒド4.68g(0.014モル)および無水THF 50mlを窒素雰囲気下で装入した。第1の溶液をカニューレにより添加漏斗に移した。

第2の溶液に関しては、グローブボックス中のカリウムtert-ブトキシド2.71gを火炎乾燥250ml丸底フラスコに装入した。無水テトラヒドロフラン100mlを窒素雰囲気下、カニューレによりフラスコに加えた。次に、メチルトリフェニルホスホニウムブロミドを固体として一度に加えた。溶液は直ちに黄色になり、固体の形成を伴った。

第2の溶液を第1の溶液に15分間かけて滴下した。アルデヒドの添加完了の約5分後、TLC(ヘキサン:SiO₂)は、生成物への定量的変換があったことを示した。3% HCl 500mlに激しく攪拌しながら注ぐことで反応液をワークアップした。これを酢酸エチル500mlで抽出した。有機相を0.25M Na₂CO₃ 100ml、続いて10% NH₄Cl 100ml、最後に蒸留水100mlで洗浄した。有機相をMgSO₄で乾燥させ、濾過し、濃縮して褐色油状物を得た。ヘキサンを溶離液とするシリカゲル上でこれを精製した。NMRおよびGC/MSはトリイソプロピル-(6-ビニル-ナフタレン-2-イルオキシ)-シランと一致していた。この反応を以下のように示す。

実施例2
モノマーの重合および重合後の改質

ポリ(2-メトキシ-6-ビニルナフタレン)の合成
火炎乾燥および窒素掃流250mL 2NRBFに、グローブボックス中の2-メトキシ-6-ビニルナフタレン10.0gおよびAIBN 89mgを加えた。フラスコをラバーセプタムで封止し、火炎乾燥シュレンクフラスコ中で得られた90mL無水トルエンをMBraun溶媒ディスペンサーより注入した。溶液を窒素で1時間掃流した。反応混合物を105℃に24時間加熱し、冷却し、エタノールlL中に激しく攪拌しながら析出させた。析出したポリマーを濾過し、エタノールで洗浄し、室温で減圧乾燥させた。2.7g(収率27%)を得た。ポリマーをさらに精製せずに加水分解工程に供した。

ポリ(2-メトキシ-6-ビニルナフタレン)(P2VNOH)のシラノール分解
ポリ(2-メトキシ-6-ビニルナフタレン)約2.5gを100mL火炎乾燥2NRBF中でジクロロメタン25mLに溶解させた。この溶液にトリメチルシリルヨージド2.0gを加え、溶液を窒素雰囲気下室温で1週間撹拌し、72時間および120時間後に試料を断続的に除去して加水分解パーセントを求めた。1週間後、変換は、アリールHのピークと残留CH₃-Oのピークとの比に基づいて90%完了となった。窒素下でロータリーエバポレーターに移し、全溶媒を抜き取った。エタノール約20mLを加えてポリマーを溶解させた後、溶液を0.5N塩酸200mLに加えて析出させた。混合物を30分間攪拌し、ポリマーを濾過した。ポリマーを再度エタノール50mLに溶解させ、濃塩酸10mLを加え、室温で1時間攪拌した。ポリマーを脱イオン水600mL中で析出させ、脱イオン水で洗浄した。チオ硫酸ナトリウム1.0gを脱イオン水100mLに溶解させた溶液中でポリマーを室温で1時間攪拌し、濾過し、脱イオン水で洗浄した。ポリマーを室温で4日間減圧乾燥させた。この後、ポリマーをTHF 20mLに溶解させ、0.45μm PVDFシリンジフィルターを通じて濾過し、ヘキサン300mL中に析出させた。ポリマーをヘキサンでさらに洗浄し、ブフナー漏斗上で吸引乾燥させた後、室温で24時間高真空乾燥させた。

ポリ(2-トリイソプロピルシリルオキシ-6-ビニルナフタレン)(P2VNOTiPS)の合成
清浄な乾燥250mL 2 NRBFにモノマー2-ビニル-6-トリイソプロピルシリルオキシナフタレン10.025g、無水トルエン16mLおよびAIBN(メタノールより二重に再結晶)20.5mgを加えた。溶液を窒素で40分間掃流した後、60℃に12時間、次に100℃でさらに8時間加熱した。溶液を室温に冷却後、溶液をトルエン約30mLで希釈し、エタノール60mL中に析出させた。析出した白色ポリマーを濾過し、エタノールで洗浄した。乾燥後、8.5g(84.7%)を得た。クロロホルムを溶離液とするGPC、および紫外可視検出器(λ = 254nm)を用いて分子量を得た。Mn = 63339; DPI = 2.07。ポリマーをさらに精製せずに加水分解に供した。

ポリ(2-ヒドロキシ-6-ビニルナフタレン)(P2VNOH)の合成
P2VNOTiPS 8.4gを500mL 3 NRBFに加え、排気し、窒素で2回掃流した。無水ジオキサン150mLを加え、加熱してポリマーを溶解させた。窒素で20分間掃流し、濃HCl 11.2mLを加えた。溶液を窒素下14時間還流させた。ポリマーを脱イオンおよび脱気水1.5L中で激しく攪拌しながら析出させた。ブフナー漏斗の上の窒素ブランケットでポリマーを濾過し、吸引乾燥させた。ポリマーをエタノール100mL中で加熱しながら溶解させ、脱イオン水1.4L中に激しく攪拌しかつ窒素掃流しながら再析出させた。窒素ブランケットでポリマーを濾過し、60℃で60時間減圧乾燥させた。ポリマーをTHF 50mLに溶解させ、0.45μmを通じて濾過した後、ヘキサン500mL中に析出させた。濾過漏斗上でポリマーを濾過し、ヘキサンで洗浄し、吸引乾燥させた。乾燥したポリマーを室温で24時間さらに高真空乾燥させた。約4.1g(DMSO-d₆中の1H-NMRに基づいて60%加水分解)を得た。

実施例3
インクの調製
新たな清潔にしたバイアルに平坦化ポリマー(ポリ(4-ビニルフェノール)またはポリ(2-ヒドロキシ-6-ビニルナフタレン)およびブチルセロソルブを加えた。熱板上60℃〜70℃で通常は約10〜15分間攪拌することで、ポリマーを溶媒に溶解させた。完全に溶解した時点で加熱を中断したが、溶液は室温に冷却しながら攪拌し続けた。これにスルホン化ポリ(3-[2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ]チオフェン-2,5-ジイル)(Plexcore MPX)の水性懸濁液を室温でゆっくり加えた。いくつかの場合では、ストック溶液またはインクを調製する前に、すべての溶媒および溶液/懸濁液を窒素で30〜60分間掃流することで脱気することが重要であった。上記方法を用いて調製されるインク組成物の例を以下に示す。

実施例4
OLEDデバイスの調製および試験
以下に記載のデバイス製作は、例として意図されるものであり、前記の製作プロセス、デバイス構造(層の順序、数など)または本発明において特許請求されるHIL材料以外の材料に対する本発明の制限を決して含意するものではない。

本明細書に記載のOLEDデバイスは、ガラス基板上に堆積した酸化インジウムスズ(ITO)表面上にて製作した。ITO表面を予めパターン形成して0.9cm²の画素面積を確定した。希石鹸溶液、続いて蒸留水中で各20分間超音波処理することでデバイス基板を清浄化した。これに続いてイソプロパノール中で超音波処理を20分間行った。基板を窒素流下で乾燥させた後、300Wで作動する紫外-オゾン室中で20分間処理した。

次に、清浄化した基板を正孔注入層でコーティングし、170℃で15分間乾燥させた(乾燥膜厚60nm)。コーティングプロセスは、スピンコーター上で行ったが、スプレーコーティング、インク噴射、接触印刷、または所望の厚さのHIL薄膜を得ることが可能な任意の他の堆積方法によって同様に実現することができる。HILインクをスピンコーティングした後、175℃で15分間乾燥させて、170nm厚の層を得た。これに続いて中間層(IL)および発光ポリマー(LEP)層をスピンコーティングし、これらをそれぞれ180℃で60分間および130℃で10分間乾燥させた。ILおよびLEPの得られた厚さはそれぞれ20nmおよび57nmであった。

次に、基板を真空室に移して、そこで物理蒸着法により陰極層を堆積させた。この実施例では、2つの金属層、すなわちCa(またはBa)の3nm〜5nm層である第1の層(0.1nm/秒)、続いてAlの200nm層(0.5nm/秒)を、5 x 10^-7Torrのベース圧力で順次堆積させることで、陰極層を調製した。

このようにして得たデバイスをガラスカバースリップで封入して、4分間の80W/cm²紫外線露光で硬化する紫外線硬化性エポキシ樹脂による周囲条件に対する露光を防止した。

OLEDはガラス基板上の画素を含み、画素の電極はデバイスの封入区域の外側に延伸しており、封入区域は画素の発光部分を含む。各画素の典型的な面積は0.09cm²である。電極をKeithley 2400ソースメーターなどの電流ソースメーターと接触させ、アルミニウム電極を接地している間にバイアスを酸化インジウムスズ電極に印加する。これにより正に帯電した担体(正孔)および負に帯電した担体が得られ、これらは、励起子を形成しかつ光を発生させるデバイスに注入される。この実施例では、HILが、発光層に対する電荷担体の注入を支援する。これによりデバイスの低動作電圧(画素を通じて所与の電流密度を流すために必要な電圧として定義される)が得られる。

同時に、別のKeithley 2400ソースメーターを使用して大面積ケイ素フォトダイオードをアドレスする。2400ソースメーターでこのフォトダイオードを0ボルトバイアスに維持する。それはOLED画素の点灯区域の直下にあるガラス基板の区域に直接接触して配置される。フォトダイオードはOLEDが発生させた光を収集してそれを光電流に変換し、これにより光電流をソースメーターで読み取る。発生したフォトダイオード電流は、Minolta CS-200クロマメーターの助けによりそれを較正することで、光学単位(カンデラ/平方メートル)として定量化される。

デバイスの試験中に、OLED画素をアドレスするKeithley 2400がそれに電圧掃引を印加する。画素を通過する得られた電流を測定する。同時に、OLED画素を通過する電流により光の発生が得られ、次にこの光により、フォトダイオードに接続されるもう1つのKeithley 2400により光電流の読み取りが得られる。したがって、画素の電圧-電流-光またはIVLデータが生成される。これにより、画素に対する入力電力1ワット当たりのルーメンおよび画素電流1アンペア当たりのカンデラなどの他のデバイス特性の測定が可能になる。

異なるOLED種類の例における異なるHILの性能を説明する。動作電圧(低くあるべきである)、ニット単位での輝度(明るくあるべきである)、cd/A単位での発光効率(デバイスより光を得るためにどの程度の電荷が必要であるかを反映する)および動作下の寿命(試験開始時点の初期輝度値の半分に到達するのに必要な時間)などの異なるパラメータの組み合わせにより典型的な性能が定量化されるということに留意されたい。

特許請求される材料を使用した場合、寿命の向上を観察することができる。例えば、向上はポリ(ビニルフェノール)標準物質の使用に対して少なくとも10%、または少なくとも25%、または少なくとも50%であり得る。

デバイスの輝度がその初期値の50%に到達した時点(t50と呼ぶ)を比較することで寿命を評価する。

実施例5
さらなる実施例
(6-ブロモ-ナフタレン-2-イルオキシ)-トリイソプロピル-シランの合成

メカニカルスターラーを備えた10リットルフランジ反応器に無水ジエチルエーテル4リットルおよび6-ブロモ-2-ナフトール503グラムを加えた。反応器の壁面を別の4リットルのジエチルエーテル(無水)で洗浄した後、1,8-ジアザビシクロウンデカ-7-エン378gを反応器に加えた。次に、内容物を室温(17℃)で30分間攪拌し、トリイソプロピルシリルクロリド(478g)を1.5時間かけて反応器に滴下し、その間、反応温度は30℃に上昇した。反応を2時間続け、試料をGC-MS用に除去した。この時点で、GC-MSにおいて出発原料は検出されなかった。反応混合物を以下で洗浄することによりワークアップした:
脱イオン水2 X 2リットル
0.5N水酸化ナトリウム2 X 2リットル
脱イオン水2 X 2リットル。

エーテル層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、ロータリーエバポレーター上で濃縮した。短経路蒸留構成を用いる減圧蒸留により化合物を最終的に精製した。クリアでかつ無色の粘稠油状物725g(85%)を得た。

6-トリイソプロピルシラニルオキシ-ナフタレン-2-カルボアルデヒドの合成

火炎乾燥2リットル3NRBFにカニューレ針を経由して(6-ブロモ-ナフタレン-2-イルオキシ)-トリイソプロピル-シラン112.83gおよびジエチルエーテル(無水)1リットルを装入した。次に、ドライアイスアセトン浴を用いて反応混合物を-78℃に1時間冷却した。次に、ヘキサン中2.2M n-ブチルリチウム135mLを滴下し、-78℃で1時間攪拌した。次にドライアイス浴を除去し、反応混合物を1時間かけて室温に到達させた。試料を除去して変換について点検したところ、GC-MS上で出発原料は観察されなかった。この時点で、均圧滴下漏斗を用いてN-ホルミルモルホリン37.66gを室温で滴下した。漏斗を無水エーテル25mLで洗浄し、洗浄液を反応フラスコに加えた。反応を室温で終夜(約14〜15時間)続け、GC-MS上で変換について点検した。脱ブロム化試料がもはや存在しなかったため、反応混合物を希ブライン3 X 500mLでワークアップして乳濁液を塩析した。一緒にした水層をtert-ブチルメチルエーテル250mLで抽出した。一緒にしたエーテル層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、ロータリーエバポレーター上で濃縮した。最後に、クーゲルロール構成上での減圧蒸留を経由してアルデヒドを精製してクリアな黄色粘稠液体74.23g(76%)を得た。

Claims

少なくとも1つの共役ポリマーと、
少なくとも1つの、ヒドロキシル基で置換された縮合芳香族炭化水素側基を含む、該共役ポリマーとは異なる少なくとも1つの第2のポリマーと
を含む、有機電子デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層用の組成物。
縮合芳香族炭化水素側基がナフタレン基である、請求項1記載の組成物。
第2のポリマーが炭素骨格を含み、かつ置換されていてもよい縮合芳香族炭化水素側基が2つの縮合ベンゼン環を含む、請求項1記載の組成物。
共役ポリマーが複素環ポリマーである、請求項1〜３のいずれかに記載の組成物。
共役ポリマーがポリチオフェン骨格を含む、請求項1〜４のいずれかに記載の組成物。
共役ポリマーがスルホン化ポリチオフェンを含む、請求項1〜５のいずれかに記載の組成物。
共役ポリマーが自己ドープ型である、請求項1〜６のいずれかに記載の組成物。
共役ポリマーが位置規則性ポリチオフェンを含む、請求項1〜７のいずれかに記載の組成物。
約1重量%〜30重量%の共役ポリマーおよび約70重量%〜99重量%の第2のポリマーを含む、請求項1〜８のいずれかに記載の組成物。
少なくとも1つの担体溶媒をさらに含む、請求項1〜９のいずれかに記載の組成物。
少なくとも1つの担体溶媒をさらに含む組成物であって、水が最大量で存在する溶媒である、請求項1〜１０のいずれかに記載の組成物。
少なくとも1つの第2のポリマーが下記式で表される少なくとも1つの繰り返し単位を含み、かつ共役ポリマーの量および第2のポリマーの量が電子デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての組成物の使用に適応している、請求項1〜１１のいずれかに記載の組成物:

式中、Rはヒドロキシル基である。
少なくとも1つの共役ポリマーと、
少なくとも1つの、ヒドロキシル基で置換された縮合芳香族炭化水素側基を含む、該共役ポリマーとは異なる少なくとも1つの第2のポリマーと、
該共役ポリマーおよび該第2のポリマー用の溶媒担体とを含む組成物であって、有機デバイス中の正孔注入層または正孔輸送層としての使用のために調合される組成物。
請求項1〜１３のいずれかに記載の組成物を含む層を含むデバイス。
層が正孔注入層または正孔輸送層である、請求項１４記載のデバイス。
OLEDデバイスである、請求項１４記載のデバイス。