KR102499662B1

KR102499662B1 - 정공 캐리어 화합물 및 중합체 산을 함유하는 조성물, 및 그의 용도

Info

Publication number: KR102499662B1
Application number: KR1020177027595A
Authority: KR
Inventors: 플로리안 디 캄포; 미첼 사살라; 엘레나 셰이나; 로버트 스위셔; 징 왕
Original assignee: 닛산 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2023-02-15
Also published as: JP6648762B2; WO2016140916A1; KR20170125902A; EP3265523A1; EP3265523A4; US20180030291A1; CN107646147A; CN107646147B; JP2018510453A

Abstract

정공 캐리어 화합물, 전형적으로 공액 중합체, 중합체 산, 및 유기 용매를 포함하는 잉크 조성물, 및 예를 들어 유기 전자 장치에서의 그의 용도가 본원에 기재된다. 중합체 산은 적어도 1개의 플루오린 원자 및 적어도 1개의 술폰산 모이어티로 치환되는 알킬 또는 알콕시 기를 적어도 1개 포함하는 반복 단위를 1개 이상 포함한다.

Description

정공 캐리어 화합물 및 중합체 산을 함유하는 조성물, 및 그의 용도

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2015년 3월 3일 출원된 미국 가출원 번호 62/127,346을 우선권 주장한다. 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 명백하게 포함된다.

발명의 분야

본 개시내용은 예를 들어 유기 전자 장치에서 정공 캐리어 화합물, 전형적으로 공액 중합체, 및 중합체 산을 포함하는 잉크 조성물, 및 그의 용도에 관한 것이다.

에너지 절약 장치, 예컨대, 예를 들어 유기계 유기 발광 다이오드 (OLED), 중합체 발광 다이오드 (PLED), 인광 유기 발광 다이오드 (PHOLED) 및 유기 광기전력 장치 (OPV)에서 유용한 발전이 이루어졌지만, 상업화를 위해 보다 우수한 물질 가공 및/또는 장치 성능을 제공하기 위한 추가의 개선이 여전히 요구된다. 예를 들어, 유기 전자 장치에 사용되는 물질의 하나의 유명한 유형은, 예를 들어 폴리티오펜을 비롯한 전도성 중합체이다. 그러나, 문제는 그의 중성 및/또는 전도성 상태에서 중합체의 순도, 가공성, 및 불안정성에서 발생할 수 있다. 또한, 다양한 장치의 구조의 교호 층에서 이용되는 중합체의 용해도 (예를 들어, 특정한 장치 구조에서 인접 층 사이에 직교 또는 교호 용해도 특성)에 대한 매우 우수한 제어를 갖는 것이 중요하다. 예를 들어, 정공 주입 층 (HIL) 및 정공 수송 층 (HTL)으로서 또한 공지된 이들 층은 매우 얇지만 높은 품질의 필름에 대한 경쟁적인 수요 및 요구의 관점에서 어려운 문제들을 제시할 수 있다.

화합물이 상이한 응용에 적합할 수 있고, 상이한 화합물, 예컨대 발광 층, 광활성 층, 및 전극과 함께 작용할 수 있도록 정공 주입 및 수송 층의 특성, 예컨대 용해도, 열적/화학적 안정성, 및 전자 에너지 수준, 예컨대 HOMO 및 LUMO를 제어하기 위한 우수한 플랫폼 시스템이 계속 미해결된 상태로 요구되고 있다. 우수한 용해도, 불응성, 및 열적 안정성 특성이 중요하다. 높은 투명성 및 낮은 작동 전압을 유지하면서 HIL 저항률 및 HIL 층 두께를 조정하는 능력이 또한 중요하다. 특정한 응용을 위한 시스템을 고안하고 이러한 특성의 요구되는 균형을 제공하는 능력이 또한 중요하다.

제1 측면에서, 본 개시내용은 다음을 포함하는 비-수성 잉크 조성물에 관한 것이다:

(a) 적어도 1종의 정공 캐리어 화합물;

(b) 적어도 1개의 플루오린 원자 및 적어도 1개의 술폰산 (-SO₃H) 모이어티로 치환된 적어도 1종의 알킬 또는 알콕시 기를 포함하며, 여기서 알킬 또는 알콕시 기는 임의로 적어도 1개의 에테르 연결 (-O-) 기에 의해 개재된 것인 반복 단위를 1개 이상 포함하는 적어도 1종의 중합체 산; 및

(c) 적어도 1종의 유기 용매를 포함하는 액체 캐리어.

제2 측면에서, 본 개시내용은 다음을 포함하는 정공-운반 필름을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다:

1) 본원에 개시된 비-수성 잉크 조성물로 기판을 코팅하고;

2) 기판 상의 코팅을 어닐링함으로써 정공-운반 필름 형성하는 것.

제3 측면에서, 본 개시내용은 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 필름을 포함하는 OLED, OPV, 트랜지스터, 커패시터, 센서, 트랜스듀서, 약물 방출 장치, 전기변색 장치, 또는 배터리 장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 본원에 기재된 조성물을 포함하는 장치에서 HIL의 전기적 특성, 예컨대 저항률을 조정하는 능력을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본원에 기재된 조성물을 포함하는 장치에서 필름 두께를 조정하는 능력을 제공하고, 가시 스펙트럼 (투과도 >90%T)에서 높은 투명성 또는 낮은 흡광도를 유지하는 것이다.

도 1은 어닐링 전후에 상이한 총 고형물 함량 %의 본 발명의 잉크 1로부터 제조된 필름의 UV-vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 2A 및 2B는 500x 배율 하에 각각 유리 상에 형성된 필름 및 ITO 상에 형성된 필름의 이미지를 나타낸다.
도 3A 및 3B는 1000x 배율 하에 각각 유리 상에 형성된 필름 및 ITO 상에 형성된 필름의 이미지를 나타낸다.
도 4는 200 및 250℃에서 어닐링된 본 발명의 잉크 1 및 2로부터 제조된 HIL에 대한 전압의 함수로서의 전류 밀도의 플롯을 나타낸다.
도 5는 200 및 250℃에서 어닐링된 본 발명의 잉크 3 및 4로부터 제조된 HIL에 대한 전압의 함수로서의 전류 밀도의 플롯을 나타낸다.

본원에 사용된 바와 같이, 단수 표현 용어는 달리 언급되지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하다"는 "본질적으로 이루어진다" 및 "이루어진다"를 포함한다. 용어 "포함하는"은 "본질적으로 이루어진" 및 "이루어진"을 포함한다.

어구 "없는"은 어구에 의해 수식된 해당 물질의 외부 첨가가 없으며, 통상의 숙련된 기술자에게 공지된 분석 기술, 예컨대, 예를 들어 기체 또는 액체 크로마토그래피, 분광광도측정법, 광학 현미경 검사 등에 의해 관찰될 수 있는 검출가능한 양의 물질이 없다는 것을 의미한다.

본 개시내용에 걸쳐, 다양한 간행물이 참조로 포함될 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 참조로 포함된 이러한 간행물 내 임의의 언어의 의미가 본 개시내용의 언어의 의미와 상충된다면, 본 개시내용의 언어의 의미가 우선한다.

본원에 사용된 바와 같이, 유기 기와 관련한 용어 "(Cx-Cy)" (식에서, x 및 y는 각각 정수임)는 기가 기당 x개 탄소 원자 내지 y개 탄소 원자를 함유할 수도 있음을 의미한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "알킬"은 1가 직쇄형 또는 분지형 포화 탄화수소 라디칼, 보다 전형적으로 1가 직쇄형 또는 분지형 포화 (C₁-C₄₀)탄화수소 라디칼, 예컨대, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, 헥실, 2-에틸헥실, 옥틸, 헥사데실, 옥타데실, 에이코실, 베헤닐, 트리콘틸, 및 테트라콘틸을 의미한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "플루오로알킬"은 1개 이상의 플루오린 원자로 치환된 본원에 정의된 바와 같은 알킬 라디칼, 보다 전형적으로 (C₁-C₄₀)알킬 라디칼을 의미한다. 플루오로알킬 기의 예는, 예를 들어 디플루오로메틸, 트리플루오로메틸, 퍼플루오로알킬, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸, 퍼플루오로에틸, 및 -CH₂CF₃을 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "알콕시"는 -O-알킬로서 나타내어지는 1가 라디칼을 의미하며, 여기서 알킬 기는 본원에 정의된 바와 같다. 알콕시 기의 예는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, 이소부톡시, 및 tert-부톡시를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

본원에 사용된 바와 같이, 알킬 기 및/또는 알콕시 기의 알킬 부분은 임의로 1개 이상의 에테르 연결 (-O-) 기에 의해 개재될 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "아릴"은 불포화가 3개의 공액 이중 결합으로 나타내어질 수 있는 하나 이상의 6-원 탄소 고리를 함유하는 1가 불포화 탄화수소 라디칼을 의미한다. 아릴 라디칼은 모노시클릭 아릴 및 폴리시클릭 아릴을 포함한다. 폴리시클릭 아릴은 불포화가 3개의 공액 이중 결합으로 나타내어질 수 있는 하나 초과의 6-원 탄소 고리를 함유하고 인접한 고리가 하나 이상의 결합 또는 2가 브릿지 기에 의해 서로에 연결될 수 있거나 또는 함께 융합될 수 있는 1가 불포화 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 아릴 라디칼의 예는 페닐, 안트라세닐, 나프틸, 페난트레닐, 플루오레닐, 및 피레닐을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

본원에 기재된 임의의 치환기는 1개 이상의 탄소 원자에서 본원에 기재된 하나 이상의 동일하거나 또는 상이한 치환기로 임의로 치환될 수도 있다. 예를 들어, 알킬 기는 아릴 기 또는 또 다른 알킬 기로 추가로 치환될 수 있다. 본원에 기재된 임의의 치환기는 1개 이상의 탄소 원자에서 할로겐, 예컨대, 예를 들어 F, Cl, Br, 및 I; 니트로 (NO₂), 시아노 (CN), 및 히드록시 (OH)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 임의로 치환될 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "정공 캐리어 화합물"은 정공, 즉 양전하 캐리어의 이동을 촉진하고/촉진하거나 예를 들어 전자 장치에서 전자의 이동을 차단할 수 있는 임의의 화합물을 지칭한다. 정공 캐리어 화합물은 전자 장치, 전형적으로 유기 전자 장치, 예컨대, 예를 들어 유기 발광 장치의 층 (HTL), 정공 주입 층 (HIL) 및 전자 차단 층 (EBL)에서 유용한 화합물을 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, 정공 캐리어 화합물, 예를 들어 공액 중합체와 관련된 용어 "도핑된"은 정공 캐리어 화합물이 도펀트에 의해 촉진되는 화학적 변환, 전형적으로 산화 또는 환원 반응, 보다 전형적으로 산화 반응을 겪는다는 것을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "도펀트"는 정공 캐리어 화합물, 예를 들어 공액 중합체를 산화시키거나 또는 환원시키는, 전형적으로 산화시키는 물질을 지칭한다. 본원에서, 정공 캐리어 화합물이 도펀트에 의해 촉진되는 화학적 변환, 전형적으로 산화 또는 환원 반응, 보다 전형적으로 산화 반응을 겪는 공정은 "도핑 반응" 또는 간단하게 "도핑"으로 불린다. 도핑은 전기적 특성, 예컨대 저항률 및 일 함수, 기계적 특성, 및 광학 특성을 포함하나, 이에 제한되지는 않는 공액 중합체의 특성을 변경한다. 도핑 반응의 과정에서, 정공 캐리어 화합물은 하전되고, 도핑 반응의 결과로서의 도펀트는 도핑된 정공 캐리어 화합물에 대해 반대로-하전된 반대이온이 된다. 본원에 사용된 바와 같이, 도펀트로서 지칭되는 물질은 정공 캐리어 화합물을 화학적으로 반응시키거나, 산화시키거나 또는 환원시켜야 하고, 전형적으로 산화시켜야 한다. 정공 캐리어 화합물과 반응하지 않지만, 반대이온으로서 작용할 수 있는 물질은 본 개시내용에 따라 고려되는 도펀트가 아니다. 따라서, 정공 캐리어 화합물, 예를 들어 공액 중합체에 관련된 용어 "비도핑된"은 정공 캐리어 화합물이 본원에 기재된 바와 같은 도핑 반응을 겪지 않았다는 것을 의미한다.

본 개시내용은 다음을 포함하는 비-수성 잉크 조성물에 관한 것이다:

(a) 적어도 1종의 정공 캐리어 화합물; 및

(c) 적어도 1종의 유기 용매를 포함하는 액체 캐리어.

정공 캐리어 화합물은 관련 기술분야에 공지되어 있고 상업적으로 입수가능하다. 정공 캐리어 화합물은, 예를 들어 저 분자량 화합물 또는 고 분자량 화합물일 수 있다. 정공 캐리어 화합물은 비-중합체 또는 중합체일 수 있다. 비-중합체 정공 캐리어 화합물은 가교가능하고 비-가교된 소분자를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 비-중합체 정공 캐리어 화합물의 예는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘 (CAS # 65181-78-4); N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘; N,N'-비스(2-나프탈레닐)-N-N'-비스(페닐벤지딘) (CAS # 139255-17-1); 1,3,5-트리스(3-메틸디페닐아미노)벤젠 (m-MTDAB로서 또한 지칭됨); N,N'-비스(1-나프탈레닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘 (CAS # 123847-85-8, NPB); 4,4',4"-트리스(N,N-페닐-3-메틸페닐아미노)트리페닐아민 (m-MTDATA로서 또한 지칭됨, CAS # 124729-98-2); 4,4',N,N'-디페닐카르바졸 (CBP로서 또한 지칭됨, CAS # 58328-31-7); 1,3,5-트리스(디페닐아미노)벤젠; 1,3,5-트리스(2-(9-에틸카르바질-3)에틸렌)벤젠; 1,3,5-트리스[(3-메틸페닐)페닐아미노]벤젠; 1,3-비스(N-카르바졸릴)벤젠; 1,4-비스(디페닐아미노)벤젠; 4,4'-비스(N-카르바졸릴)-1,1'-비페닐; 4,4'-비스(N-카르바졸릴)-1,1'-비페닐; 4-(디벤질아미노)벤즈알데히드-N,N-디페닐히드라존; 4-(디에틸아미노)벤즈알데히드 디페닐히드라존; 4-(디메틸아미노)벤즈알데히드 디페닐히드라존; 4-(디페닐아미노)벤즈알데히드 디페닐히드라존; 9-에틸-3-카르바졸카르복스알데히드 디페닐히드라존; 구리(II) 프탈로시아닌; N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐벤지딘; N,N'-디-[(1-나프틸)-N,N'-디페닐]-1,1'-비페닐-4,4'-디아민; N,N'-디페닐-N,N'-디-p-톨릴벤젠-1,4-디아민; 테트라-N-페닐벤지딘; 티타닐 프탈로시아닌; 트리-p-톨릴아민; 트리스(4-카르바졸-9-일페닐)아민; 및 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

한 실시양태에서, 적어도 1종의 정공 캐리어 화합물은 중합체이다. 중합체 정공 캐리어 화합물은 주쇄 또는 측쇄에 정공 캐리어 모이어티를 포함하는 중합체 및 공액 중합체, 예컨대, 예를 들어 선형 공액 중합체 또는 공액 중합체 브러시를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 본원에서 사용된 바와 같이, "공액 중합체"는 π 전자가 비편재화될 수 있는 sp²-하이브리드화 원자의 연속 시스템을 포함하는 백본을 갖는 임의의 중합체를 가리킨다.

한 실시양태에서, 적어도 1종의 정공 캐리어 화합물은 공액 중합체이다. 공액 중합체는 유기 전자 장치에서의 그의 용도를 포함하여 관련 기술분야에 공지되어 있다. 본 개시내용에 따라 사용되는 공액 중합체는 단독중합체, 통계적, 랜덤, 구배, 및 블록 공중합체를 비롯한 공중합체일 수 있다. 단량체 A 및 단량체 B를 포함하는 중합체에 대해, 블록 공중합체는, 예를 들어 A-B 이블록 공중합체, A-B-A 삼블록 공중합체, 및 -(AB)_n-다중블록 공중합체를 포함한다. 측기를 갖는 위치규칙성 폴리티오펜을 포함하는 합성 방법, 도핑, 및 중합체 특징화는, 예를 들어 미국 특허 번호 6,602,974 (맥쿨로우(McCullough) 등) 및 미국 특허 번호 6,166,172 (맥쿨로우 등)에 제공되어 있으며, 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.

공액 중합체의 예는:

예컨대, 예를 들어 다음과 같은 반복 단위를 포함하는 폴리티오펜,

;

예컨대, 예를 들어 다음과 같은 반복 단위를 포함하는 폴리티에노티오펜,

;

예컨대, 예를 들어 다음과 같은 반복 단위를 포함하는 폴리셀레노펜,

;

예컨대, 예를 들어 다음과 같은 반복 단위를 포함하는 폴리피롤,

;

폴리푸란, 폴리텔루로펜, 폴리아닐린, 폴리아릴아민, 및 폴리아릴렌 (예를 들어 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 비닐렌, 및 폴리플루오렌)을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 구조에서, 기 R₁, R₂, 및 R₃은 서로 독립적으로 임의로 치환된 C₁-C₂₅ 기, 전형적으로 C₁-C₁₀ 기, 보다 전형적으로 알킬, 플루오로알킬, 알콕시, 및 폴리에테르 기를 비롯한 C₁-C₈ 기일 수 있다. 기 R₁ 및/또는 R₂는 또한 수소(H)일 수 있다. 기는 전자-끄는 기 또는 전자-방출 기일 수 있다. 측기는 용해도를 제공할 수 있다. 본원에 기재되고 도시된 구조는 중합체 백본 또는 측쇄에 혼입될 수 있다.

추가의 적합한 중합체 정공 캐리어 화합물은 폴리[(9,9-디헥실플루오레닐-2,7-디일)-알트-코-(N,N'비스{p-부틸페닐}-1,4-디아미노페닐렌)]; 폴리[(9,9-디옥틸플루오레닐-2,7-디일)-알트-코-(N,N'-비스{p-부틸페닐}-1,1'-비페닐렌-4,4'-디아민)]; 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)디페닐아민) (TFB로서 또한 지칭됨) 및 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘] (통상적으로 폴리-TPD로서 지칭됨)을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

한 실시양태에서, 공액 중합체는 폴리티오펜이다.

한 실시양태에서, 폴리티오펜은 화학식 I에 따른 반복 단위를 포함한다.

<화학식 I>

여기서 R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 H, 알킬, 플루오로알킬, 폴리에테르 또는 알콕시 기이다.

한 실시양태에서, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 H, 플루오로알킬, -O[C(R_aR_b)-C(R_cR_d)-O]_p-R_e, -OR_f이고; 여기서 각 경우의 R_a, R_b, R_c, 및 R_d는 각각 독립적으로 H, 알킬, 플루오로알킬, 또는 아릴이고; R_e는 H, 알킬, 플루오로알킬, 또는 아릴이고; p는 1, 2, 또는 3이고; R_f는 알킬, 플루오로알킬, 또는 아릴이다.

한 실시양태에서, R₁은 H이고 R₂는 H 이외의 것이다. 이러한 한 실시양태에서, 반복 단위는 3-치환된 티오펜으로부터 유도된다.

폴리티오펜은 위치랜덤 또는 위치규칙성 화합물일 수 있다. 그의 비대칭 구조로 인해, 3-치환된 티오펜의 중합은 반복 단위 사이에 3개의 가능한 위치화학적 연결을 함유하는 폴리티오펜 구조의 혼합물을 생성한다. 2개의 티오펜 고리가 연결될 때 이용가능한 3가지 배향은 2,2'; 2,5', 및 5,5' 커플링이다. 2,2' (또는 머리-대-머리) 커플링 및 5,5' (또는 꼬리-대-꼬리) 커플링은 위치랜덤 커플링으로서 지칭된다. 반대로, 2,5' (또는 머리-대-꼬리) 커플링은 위치규칙성 커플링으로서 지칭된다. 위치규칙성의 정도는, 예를 들어 약 0 내지 100%, 또는 약 25 내지 99.9%, 또는 약 50 내지 98%일 수 있다. 위치규칙성은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 표준 방법에 의해, 예를 들어 NMR 분광법을 사용하여 결정될 수 있다.

한 실시양태에서, 폴리티오펜은 위치규칙성이다. 일부 실시양태에서, 폴리티오펜의 위치규칙성은 적어도 약 85%, 전형적으로 적어도 약 95%, 보다 전형적으로 적어도 약 98%일 수 있다. 일부 실시양태에서, 위치규칙성의 정도는 적어도 약 70%, 전형적으로 적어도 약 80%일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 위치규칙성 폴리티오펜은 적어도 약 90%의 위치규칙성 정도, 전형적으로 적어도 약 98%의 위치규칙성 정도를 갖는다.

3-치환된 티오펜 단량체로부터 유도된 중합체를 비롯하여 이러한 티오펜 단량체는 상업적으로 입수가능하거나 또는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다. 측기를 갖는 위치규칙적 폴리티오펜을 포함하는 합성 방법, 도핑, 및 중합체 특징화는, 예를 들어 미국 특허 번호 6,602,974 (맥쿨로우 등) 및 미국 특허 번호 6,166,172 (맥쿨로우 등)에 제공되어 있다.

한 실시양태에서, R₁은 H이고 R₂는 -O[C(R_aR_b)-C(R_cR_d)-O]_p-R_e, 또는 -OR_f이다. 한 실시양태에서, R₁은 H이고 R₂는 -O[C(R_aR_b)-C(R_cR_d)-O]_p-R_e이다.

한 실시양태에서, 각 경우의 R_a, R_b, R_c, 및 R_d는 각각 독립적으로 H, (C₁-C₈)알킬, (C₁-C₈)플루오로알킬, 또는 페닐이고; R_e 및 R_f는 각각 독립적으로 H, (C₁-C₈)알킬, (C₁-C₈)플루오로알킬, 또는 페닐이다.

한 실시양태에서, R₂는 -O[CH₂-CH₂-O]_p-R_e이다. 한 실시양태에서, R₂는 -OR_f이다.

한 실시양태에서, R_e는 H, 메틸, 프로필, 또는 부틸이다. 한 실시양태에서, R_f는 -CH₂CF₃이다.

한 실시양태에서, 폴리티오펜은 하기 반복 단위를 포함한다.

반복 단위

가 하기 구조로 나타내어지는 단량체로부터 유도된다는 것이 통상의 숙련된 기술자에 의해 이해될 것이다.

3-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)티오펜 [3-MEET로서 본원에 지칭됨]

또 다른 실시양태에서, R₁ 및 R₂는 둘 다 H 이외의 것이다. 이러한 한 실시양태에서, 반복 단위는 3,4-이치환된 티오펜으로부터 유도된다.

한 실시양태에서, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 -O[C(R_aR_b)-C(R_cR_d)-O]_p-R_e 또는 -OR_f이다.

한 실시양태에서, R₁ 및 R₂는 둘 다 -O[C(R_aR_b)-C(R_cR_d)-O]_p-R_e이다. 한 실시양태에서, R₁ 및 R₂는 둘 다 -OR_f이다. R₁ 및 R₂는 동일하거나 또는 상이한 것일 수 있다.

한 실시양태에서, R₁ 및 R₂는 각각 -O[CH₂-CH₂-O]_p-R_e이다. 한 실시양태에서, R₁ 및 R₂는 각각 -O[CH(CH₃)-CH₂-O]_p-R_e이다.

반복 단위

3,4-비스(2-(2-부톡시에톡시)에톡시)티오펜 [3,4-diBEET로서 본원에 지칭됨]

폴리티오펜 중합체가 3-치환된 티오펜 단량체 및 3,4-이치환된 티오펜 단량체 둘 다로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 공중합체일 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

3,4-이치환된 티오펜 단량체로부터 유도된 중합체를 비롯하여 이러한 단량체는 상업적으로 입수가능하거나 또는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 3,4-이치환된 티오펜 단량체는 3,4-디브로모티오펜을 화학식 HO[C(R_aR_b)-C(R_cR_d)-O]_p-R_e 또는 HOR_f (여기서 R_a-R_f 및 p는 본원에 정의된 바와 같음)에 의해 주어진 화합물의 금속 염, 전형적으로 소듐 염과 반응시킴으로써 제조할 수 있다.

3,4-이치환된 티오펜 단량체의 중합을 먼저 3,4-이치환된 티오펜 단량체의 2 및 5 위치를 브로민화하여 3,4-이치환된 티오펜 단량체의 상응하는 2,5-디브로모 유도체를 형성함으로써 수행할 수 있다. 이어서, 니켈 촉매의 존재 하에 3,4-이치환된 티오펜의 2,5-디브로모 유도체의 GRIM (그리냐르 복분해) 중합에 의해 중합체를 수득할 수 있다. 이러한 방법은, 예를 들어 그 전문이 본원에 참조로 포함된 미국 특허 8,865,025에 기재되어 있다. 티오펜 단량체를 중합하는 또 다른 공지된 방법은 유기 비-금속 함유 산화제, 예컨대 2,3-디클로로-5,6-디시아노-1,4-벤조퀴논 (DDQ)을 사용하거나, 또는 전이 금속 할라이드, 예컨대, 예를 들어 철(III) 클로라이드, 몰리브데넘(V) 클로라이드, 및 루테늄(III) 클로라이드를 산화제로서 사용하는 산화 중합에 의한 것이다.

금속 염, 전형적으로 소듐 염으로 전환될 수 있고, 3,4-이치환된 티오펜 단량체를 생성하기 위해 사용되는 화학식 HO[C(R_aR_b)-C(R_cR_d)-O]_p-R_e 또는 HOR_f를 갖는 화합물의 예는 트리플루오로에탄올, 에틸렌 글리콜 모노헥실 에테르 (헥실 셀로솔브), 프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르 (도와놀 PnB), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 (에틸 카르비톨), 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르 (도와놀 DPnB), 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르 (페닐 카르비톨), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 (부틸 셀로솔브), 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 (부틸 카르비톨), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (도와놀 DPM), 디이소부틸 카르비놀, 2-에틸헥실 알콜, 메틸 이소부틸 카르비놀, 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르 (도와놀 Eph), 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 (도와놀 PnP), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르 (도와놀 PPh), 디에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르 (프로필 카르비톨), 디에틸렌 글리콜 모노헥실 에테르 (헥실 카르비톨), 2-에틸헥실 카르비톨, 디프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 (도와놀 DPnP), 트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (도와놀 TPM), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 (메틸 카르비톨), 및 트리프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르 (도와놀 TPnB)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

본 개시내용에 따른 공액 중합체, 전형적으로 폴리티오펜은 중합에 의해 그가 형성된 후 추가로 개질될 수 있다. 예를 들어, 3-치환된 티오펜 단량체로부터 유도된 하나 이상의 반복 단위를 갖는 폴리티오펜은 수소가 치환기, 예컨대 술폰화에 의한 술폰산 기 (-SO₃H)에 의해 대체될 수 있는 하나 이상의 부위를 보유할 수 있다. 술폰화는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 예를 들어, 술폰화는 중합체를 술폰화 시약, 예컨대, 예를 들어 발연 황산, 아세틸 술페이트, 피리딘 SO₃ 등과 반응시킴으로써 달성할 수 있다. 그러나, 한 실시양태에서, 본원에 기재된 잉크 조성물의 공액 중합체, 전형적으로 폴리티오펜은 술폰산기가 없다.

본 개시내용에 따라 사용되는 공액 중합체는 단독중합체, 통계적, 랜덤, 구배, 및 블록 공중합체를 비롯한 공중합체일 수 있다. 단량체 A 및 단량체 B를 포함하는 중합체에 대해, 블록 공중합체는, 예를 들어 A-B 이블록 공중합체, A-B-A 삼블록 공중합체, 및 -(AB)_n-다중블록 공중합체를 포함한다. 공액 중합체는 다른 유형의 단량체, 예컨대, 예를 들어 티에노티오펜, 셀레노펜, 피롤, 푸란, 텔루로펜, 아닐린, 아릴아민, 및 아릴렌, 예컨대, 예를 들어 페닐렌, 페닐렌 비닐렌, 및 플루오렌으로부터 유도된 반복 단위를 포함할 수 있다.

한 실시양태에서, 폴리티오펜은 화학식 I에 따른 반복 단위를, 반복 단위의 총 중량을 기준으로 하여 70 중량% 초과, 전형적으로 80 중량% 초과, 보다 전형적으로 90 중량% 초과, 보다 더 전형적으로 95 중량% 초과의 양으로 포함한다.

중합에 사용된 출발 단량체 물질(들)의 순도에 따라, 형성된 중합체가 불순물로부터 유도된 반복 단위를 함유할 수도 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "단독중합체"는 하나의 유형의 단량체로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 중합체를 의미하는 것으로 의도되지만, 불순물로부터 유도된 반복 단위를 함유할 수도 있다. 한 실시양태에서, 폴리티오펜은 본질적으로 모든 반복 단위가 화학식 I에 따른 반복 단위인 단독중합체이다.

공액 중합체는 전형적으로 약 1,000 내지 1,000,000 g/mol의 수 평균 분자량을 갖는다. 보다 전형적으로, 공액 중합체는 약 5,000 내지 100,000 g/mol, 보다 더 전형적으로 약 10,000 내지 약 50,000 g/mol의 수 평균 분자량을 갖는다. 수 평균 분자량은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법에 따라, 예컨대, 예를 들어 겔 투과 크로마토그래피에 의해 결정할 수 있다.

추가의 정공 캐리어 화합물은, 예를 들어 미국 특허 공개 2010/0292399 (2010년 11월 18일 공개); 2010/010900 (2010년 5월 6일 공개); 및 2010/0108954 (2010년 5월 6일 공개)에 또한 기재되어 있다.

본 개시내용에 따라 사용하기에 적합한 중합체 산은 적어도 1개의 플루오린 원자 및 적어도 1개의 술폰산 (-SO₃H) 모이어티에 의해 치환된 적어도 1개의 알킬 또는 알콕시 기를 포함하는 하나 이상의 반복 단위를 포함하는 중합체 산이고, 여기서 알킬 또는 알콕시 기는 적어도 1개의 에테르 연결 (-O-) 기에 의해 임의로 개재된다.

한 실시양태에서, 적어도 1종의 중합체 산은 화학식 II에 따른 반복 단위 및 화학식 III에 따른 반복 단위를 포함한다.

<화학식 II>

<화학식 III>

여기서 각 경우의 R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, 및 R₁₁은 독립적으로 H, 할로겐, 플루오로알킬, 또는 퍼플루오로알킬이고; X는 -[OC(R_hR_i)-C(R_jR_k)]_q-O-[CR_lR_m]_z-SO₃H이고, 여기서 각 경우의 R_h, R_i, R_j, R_k, R_l 및 R_m은 독립적으로 H, 할로겐, 플루오로알킬, 또는 퍼플루오로알킬이고; q는 0 내지 10이고; z는 1-5이다.

한 실시양태에서, 각 경우의 R₅, R₆, R₇, 및 R₈은 독립적으로 Cl 또는 F이다. 한 실시양태에서, 각 경우의 R₅, R₇, 및 R₈은 F이고, R₆은 Cl이다. 한 실시양태에서, 각 경우의 R₅, R₆, R₇, 및 R₈은 F이다.

한 실시양태에서, 각 경우의 R₉, R₁₀, 및 R₁₁은 F이다.

한 실시양태에서, 각 경우의 R_h, R_i, R_j, R_k, R_l 및 R_m은 독립적으로 F, (C₁-C₈)플루오로알킬, 또는 (C₁-C₈)퍼플루오로알킬이다.

한 실시양태에서, 각 경우의 R_l 및 R_m은 F이고; q는 0이고; z는 2이다.

한 실시양태에서, 각 경우의 R₅, R₇, 및 R₈은 F이고, R₆은 Cl이고; 각 경우의 R_l 및 R_m은 F이고; q는 0이고; z는 2이다.

한 실시양태에서, 각 경우의 R₅, R₆, R₇, 및 R₈은 F이고; 각 경우의 R_l 및 R_m은 F이고; q는 0이고; z는 2이다.

화학식 II에 따른 반복 단위의 수 ("n") 대 화학식 III에 따른 반복 단위의 수 ("m")의 비는 특히 제한되지 않는다. n:m 비는 전형적으로 9:1 내지 1:9, 보다 전형적으로 8:2 내지 2:8이다. 한 실시양태에서, n:m 비는 9:1이다. 한 실시양태에서, n:m 비는 8:2이다.

본 개시내용에 따라 사용하기에 적합한 중합체 산은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법을 사용하여 합성하거나 또는 상업적으로 입수가능한 공급원으로부터 수득할 수 있다. 예를 들어, 화학식 II에 따른 반복 단위 및 화학식 III에 따른 반복 단위를 포함하는 중합체는 화학식 IIa로 나타내어지는 단량체와 화학식 IIIa로 나타내어지는 단량체를 공지된 중합 방법에 따라 공-중합시키고

<화학식 IIa>

<화학식 IIIa>

(여기서 Z는 -[OC(R_hR_i)-C(R_jR_k)]_q-O-[CR_lR_m]_z-SO₂F이고, R_h, R_i, R_j, R_k, R_l 및 R_m, q 및 z는 본원에 정의된 바와 같음), 이어서 술포닐 플루오라이드 기의 가수분해에 의해 술폰산 기로 전환시킴으로써 제조될 수 있다.

예를 들어, 테트라플루오로에틸렌 (TFE) 또는 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE)은 술폰산에 대한 전구체 기, 예컨대, 예를 들어 F₂C=CF-O-CF₂-CF₂-SO₂F; R₁₂가 F 또는 CF₃이고 q가 1 내지 10인 F₂C=CF-[O-CF₂-CR₁₂F-O]_q-CF₂-CF₂-SO₂F; F₂C=CF-O-CF₂-CF₂-CF₂-SO₂F; 및 F₂C=CF-OCF₂-CF₂-CF₂-CF₂-SO₂F를 포함하는 하나 이상의 플루오린화 단량체와 공중합될 수 있다.

중합체 산의 당량은 중합체 산에 존재하는 산성 기의 몰 당 중합체 산의 질량 (그램 단위)으로 정의된다. 중합체 산의 당량은 약 400 내지 약 15,000 g 중합체/mol 산, 전형적으로 약 500 내지 약 10,000 g 중합체/mol 산, 보다 전형적으로 약 500 내지 8,000 g 중합체/mol 산, 보다 더 전형적으로 약 500 내지 2,000 g 중합체/mol 산, 보다 더 전형적으로 약 600 내지 약 1,700 g 중합체/mol 산이다.

적합한 중합체 산은, 예를 들어 E. I. 듀폰(DuPont)에 의해 상표명 나피온(NAFION)® 하에 시판되는 것들, 솔베이 스페셜티 폴리머스(Solvay Specialty Polymers)에 의해 상표명 아퀴비온(AQUIVION)® 하에 시판되는 것들, 또는 아사히 글래스 캄파니(Asahi Glass Co.)에 의해 상표명 플레미온(FLEMION)® 하에 시판되는 것들이다.

본 개시내용에 따른 잉크 조성물에서 정공 캐리어 화합물-대-중합체 산 (정공 캐리어 화합물:중합체 산 비)은 중량 기준으로 10:90 내지 90:10, 전형적으로 20:80 내지 80:20, 보다 전형적으로 35:65 내지 65:35이다. 한 실시양태에서, 정공 캐리어 화합물:중합체 산 비는 중량 기준으로 10:90 내지 25:75이다. 또 다른 실시양태에서, 정공 캐리어 화합물:중합체 산 비는 중량 기준으로 35:65 내지 40:60이다. 또 다른 실시양태에서, 정공 캐리어 화합물:중합체 산 비는 중량 기준으로 45:55 내지 50:50이다.

한 실시양태에서, 본 개시내용에 따른 잉크 조성물은 정공 주입 층 (HIL) 또는 정공 수송 층 (HTL)에 유용하다고 공지된 하나 이상의 임의적인 매트릭스 화합물을 추가로 포함한다.

매트릭스 화합물은 보다 낮거나 또는 보다 높은 분자량 화합물일 수 있고, 본원에 기재된 공액 중합체 및/또는 중합체 산과는 상이하다. 매트릭스 화합물은, 예를 들어 공액 중합체 및/또는 중합체 산과는 상이한 합성 중합체일 수 있다. 예를 들어 2006년 8월 10일에 공개된 미국 특허 공개 번호 2006/0175582를 참조한다. 합성 중합체는, 예를 들어 탄소 백본을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 합성 중합체는 산소 원자 또는 질소 원자를 포함하는 적어도 하나의 중합체 측기를 갖는다. 합성 중합체는 루이스 염기일 수 있다. 전형적으로, 합성 중합체는 탄소 백본을 포함하고 25℃ 초과의 유리 전이 온도를 갖는다. 합성 중합체는 또한 25℃ 이하의 유리 전이 온도 및/또는 25℃ 초과의 융점을 갖는 반-결정성 또는 결정성 중합체일 수 있다. 합성 중합체는 산성 기를 포함할 수 있다.

매트릭스 화합물은 평탄화제일 수 있다. 매트릭스 화합물 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(에스테르) 또는 그의 유도체; 또는 그의 조합으로 구성될 수 있다.

매트릭스 화합물 또는 평탄화제는, 예를 들어 적어도 하나의 반도체 매트릭스 성분으로 구성될 수 있다. 반도체 매트릭스 성분은 본원에 기재된 공액 중합체 및/또는 중합체 산과는 상이하다. 반도체 매트릭스 성분은 반도체 소분자이거나 또는 주쇄 및/또는 측쇄에 정공 운반 단위를 포함하는 반복 단위로 전형적으로 구성되는 반도체 중합체일 수 있다. 반도체 매트릭스 성분은 중성 형태이거나 또는 도핑될 수 있고, 전형적으로 유기 용매, 예컨대 톨루엔, 클로로포름, 아세토니트릴, 시클로헥사논, 아니솔, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 에틸 벤조에이트 및 그의 혼합물에 가용성 및/또는 분산성이다.

임의적인 매트릭스 화합물의 양은 정공 캐리어 화합물과 중합체 산의 합한 양에 대한 중량%로서 조절되고 측정될 수 있다. 한 실시양태에서, 임의적인 매트릭스 화합물의 양은 0 내지 99.5 wt.%, 전형적으로 약 10 wt.% 내지 약 98 wt.%, 보다 전형적으로 약 20 wt.% 내지 약 95 wt.%, 보다 더 전형적으로 약 25 wt.% 내지 약 45 wt.%이다. 0 wt.%를 갖는 실시양태에서, 잉크 조성물은 매트릭스 화합물이 없다.

본 개시내용의 잉크 조성물은 비-수성이다. 본원에 사용된 바와 같이, "비-수성"은 본 개시내용의 잉크 조성물 내 양성자성 용매 또는 용매들의 총량이 액체 캐리어의 총량에 대해 0 내지 5 wt.%인 것을 의미한다. 전형적으로, 잉크 조성물 내 양성자성 용매 또는 용매들의 총량은 액체 캐리어의 총량에 대해 0 내지 2 wt.%, 보다 전형적으로 0 내지 1 wt.%이다. 본원에 사용된 바와 같이, 양성자성 용매는 수소 원자가 산소 원자에 결합되고 상기 산소 원자가 또 다른 수소 원자 또는 sp³-혼성화 탄소 원자에 결합된 1개 이상의 관능기를 갖는 용매이다. 양성자성 용매는 물 및 폴리올, 예컨대 디올 및 트리올을 비롯한 알콜을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 양성자성 용매는, 양성자성 용매와 조합한 중합체 산의 술폰산 기의 존재가, 예를 들어 잉크 조성물의 부식성, 잉크 조성물로부터 제조된 필름의 열화, 및/또는 이러한 필름을 포함하는 장치의 감소된 수명을 유발하기 때문에 본 개시내용의 조성물에서 회피된다. 한 실시양태에서, 본 개시내용의 잉크 조성물은 임의의 양성자성 용매 또는 용매들이 없다.

본 개시내용에 따른 잉크 조성물에 사용되는 액체 캐리어는 적어도 1종의 유기 용매를 포함한다. 한 실시양태에서, 잉크 조성물은 적어도 1종의 유기 용매로 본질적으로 이루어지거나 또는 이루어진다. 액체 캐리어는 장치 내 다른 층 예컨대 애노드 또는 발광 층과 함께 사용하고 가공하기 위해 적합화된 유기 용매 또는 2종 이상의 유기 용매를 포함하는 용매 블렌드일 수 있다.

액체 캐리어에 사용하기에 적합한 유기 용매는 지방족 및 방향족 케톤, 테트라히드로푸란 (THF), 테트라히드로피란 (THP), 클로로포름, 알킬화 벤젠, 할로겐화 벤젠, N-메틸피롤리디논 (NMP), 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸 술폭시드 (DMSO), 디클로로메탄, 아세토니트릴, 디옥산, 에틸 아세테이트, 에틸 벤조에이트, 메틸 벤조에이트, 디메틸 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 3-에톡시프로피오니트릴, 또는 그의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 공액 중합체 및/또는 중합체 산은 전형적으로 이들 용매 중에서 고도로 가용성이고 고도로 가공성이다.

지방족 및 방향족 케톤은 아세톤, 아세토닐 아세톤, 메틸 에틸 케톤 (MEK), 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 이소부테닐 케톤, 2-헥사논, 2-펜타논, 아세토페논, 에틸 페닐 케톤, 시클로헥사논, 및 시클로펜타논을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 케톤에 대해 알파 위치의 탄소 상에 양성자를 갖는 케톤, 예컨대 시클로헥사논, 메틸 에틸 케톤, 및 아세톤을 회피한다.

공액 중합체를 가용화시키거나, 공액 중합체를 팽윤시키거나, 또는 심지어 공액 중합체를 위한 비-용매로서 작용하는 다른 유기 용매를 또한 고려할 수 있다. 이러한 다른 용매는 잉크 특성 예컨대 습윤, 점도, 형태 조절을 조절하기 위해 다양한 양으로 액체 캐리어에 포함될 수 있다.

본 개시내용에 따라 사용하기에 적합한 다른 유기 용매는 에테르 예컨대 아니솔, 에톡시벤젠, 디메톡시 벤젠 및 글리콜 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 디에테르, 예컨대 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 및 1,2-디부톡시에탄; 디에틸렌 글리콜 디에테르 예컨대 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 및 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르; 프로필렌 글리콜 디에테르 예컨대 프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 디에틸 에테르, 및 프로필렌 글리콜 디부틸 에테르; 디프로필렌 글리콜 디에테르, 예컨대 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 디에틸 에테르, 및 디프로필렌 글리콜 디부틸 에테르; 뿐만 아니라 본원에 언급된 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜 에테르의 고급 유사체 (즉, 트리- 및 테트라-유사체)를 포함한다.

또 다른 용매, 예컨대 에테르가 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, sec-부틸, tert-부틸, 및 시클로헥실로부터 선택될 수 있는 에틸렌 글리콜 모노에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노에테르 아세테이트가 고려될 수 있다. 또한, 상기 목록의 고급 글리콜 에테르 유사체, 예컨대 디-, 트리- 및 테트라-. 예는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 2-에톡시에틸 아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

본원에 개시된 바와 같이, 본원에 개시된 유기 용매는 잉크 특성 예컨대 기판 습윤성, 용매 제거 용이성, 점도, 표면 장력, 및 분사가능성을 개선하기 위해 액체 캐리어에 다양한 비율로 사용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 비양성자성 비-극성 용매의 사용은 양성자에 민감한 발광체 기술, 예컨대, 예를 들어 PHOLED를 갖는 장치의 수명 증가의 추가의 이익을 제공할 수 있다.

본 개시내용에 따른 잉크 조성물의 총 고형물 함량 (% TS)은 잉크 조성물의 총량에 대해 약 0.1 wt.% 내지 약 50 wt.%, 전형적으로 약 0.3 wt.% 내지 약 40 wt.%, 보다 전형적으로 약 0.5 wt.% 내지 약 10 wt.%, 보다 더 전형적으로 약 0.6 wt.% 내지 약 5 wt.%이다. 한 실시양태에서, 잉크 조성물의 총 고형물 함량은 잉크 조성물의 총량에 대해 약 5 wt.% 내지 약 40 wt.%이다.

본 개시내용에 따른 잉크 조성물 내 액체 캐리어의 양은 잉크 조성물의 총량에 대해 약 50 wt.% 내지 약 99 wt.%, 전형적으로 약 75 wt.% 내지 약 98 wt.%, 보다 더 전형적으로 약 90 wt.% 내지 약 95 wt.%이다.

본 개시내용의 잉크 조성물은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들어, 소정량의 각각의 정공 캐리어 화합물, 중합체 산, 및 용매 또는 용매의 블렌드를 용기에서 혼합함으로써 잉크 조성물을 제조할 수 있다. 대안적으로, 제1 용매 또는 용매 블렌드 중의 정공 캐리어 화합물의 용액 및 제1 용매 또는 용매 블렌드와 동일하거나 또는 상이할 수 있는 제2 용매 또는 용매 블렌드 중의 중합체 산의 용액을 혼합하여 본 개시내용의 잉크 조성물을 수득할 수 있다.

본 개시내용에 따른 잉크 조성물을 기판 상에 필름으로서 주조하고 어닐링할 수 있다.

따라서, 본 개시내용은 정공-운반 필름을 형성하기 위한 방법에 관한 것이고, 방법은 다음을 포함한다:

1) 본원에 개시된 비-수성 잉크 조성물로 기판을 코팅하고;

2) 기판 상의 코팅을 어닐링함으로써 정공-운반 필름을 형성하는 것.

기판 상의 잉크 조성물의 코팅은 관련 기술분야에 공지된 방법, 예를 들어 스핀 캐스팅, 스핀 코팅, 딥 캐스팅, 딥 코팅, 슬롯-다이 코팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 코팅, 닥터 블레이딩, 및 예를 들어 유기 전자 장치의 제작을 위해 관련 기술분야에 공지된 임의의 다른 방법을 비롯한 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 수행할 수 있다.

기판은 연질 또는 경질, 유기 또는 무기일 수 있다. 적합한 기판 화합물은, 예를 들어 디스플레이 유리를 비롯한 유리, 세라믹, 금속, 및 플라스틱 필름을 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "어닐링"은 기판 상에 코팅 층을 특정 온도 (어닐링 온도)로 가열하고, 특정 시간 주기 (어닐링 시간) 동안 온도를 유지한 다음, 생성된 층, 전형적으로 필름을 천천히 실온으로 냉각하게 하는 방법을 지칭한다. 어닐링 방법은, 예를 들어 내부 응력 및 변형을 감소 또는 제거하고, 결함을 감소 또는 제거하고, 구조적 질서를 개선하기 위해 중합체 쇄를 정렬함으로써 폴리티오펜 중합체 및/또는 중합체 산의 기계적 및/또는 전기적 특성을 개선할 수 있다. 액체 캐리어가 부분적으로 또는 완전히 어닐링 방법의 과정 동안 증발될 수 있다는 것이 통상의 숙련된 기술자에 의해 이해되어야 한다.

어닐링의 단계는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방법을 사용하여, 예를 들어 오븐 내에서 또는 핫플레이트 상에서 가열함으로써 잉크 조성물로 코팅된 기판을 가열함으로써 수행할 수 있다. 어닐링은 예를 들어 불활성 환경, 예를 들어 질소 분위기 또는 영족 기체 분위기, 예컨대, 예를 들어 아르곤 기체 하에서 수행할 수 있다. 어닐링은 공기 분위기에서 수행할 수 있다.

어닐링 단계에 사용되는 어닐링 온도는 본원에 기재된 중합체 산을 정공 캐리어 화합물에 도핑하기에 효과적인 온도이다. 도펀트는 일반적으로 관련 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 7,070,867; 미국 공개 2005/0123793; 및 미국 공개 2004/0113127을 참조한다. 그러나, 본원에 기재된 잉크 조성물은 본원에 기재된 중합체 산과 상이한 임의의 도펀트가 없다.

정공 캐리어 화합물에 도핑하는데 효과적인 온도는 어닐링 전의 습윤 필름 및 어닐링 후의 필름의 UV-vis 스펙트럼을 관찰함으로써 결정할 수 있다. 어닐링 전에, 정공 캐리어 화합물은 특징적인 흡광도를 나타낼 것이다. 어닐링 후에, 정공 캐리어 화합물의 특징적인 흡광도는 약화되거나 또는 상실될 것이며, 이는 각각 부분 도핑 또는 완전 도핑을 나타낸다. 한 실시양태에서, 정공 캐리어 화합물에 도핑하는데 효과적인 온도는 약 25℃ 내지 약 300℃, 전형적으로 150℃ 내지 약 250℃이다.

어닐링 시간은 어닐링 온도가 유지되는 시간이다. 어닐링 시간은 약 5 내지 약 40분, 전형적으로 약 15 내지 약 30분이다.

한 실시양태에서, 어닐링 온도는 약 25℃ 내지 약 300℃, 전형적으로 150℃ 내지 약 250℃이고, 어닐링 시간은 약 5 내지 약 40분, 전형적으로 약 15 내지 약 30분이다.

본 개시내용은 본원에 기재된 방법에 의해 형성되는 정공-운반 필름에 관한 것이다.

가시 광선의 투과는 중요하고, 보다 높은 필름 두께에서의 우수한 투과 (낮은 흡수)는 특히 중요하다. 예를 들어, 본 개시내용의 방법에 따라 제조된 필름은 약 380-800 nm의 파장을 갖는 광의 적어도 약 85%, 전형적으로 적어도 약 90%의 투과도 (전형적으로, 기판과 함께)를 나타낼 수 있다. 한 실시양태에서, 투과도는 적어도 약 90%이다.

한 실시양태에서, 본 개시내용의 방법에 따라 제조된 필름은 약 5 nm 내지 약 500 nm, 전형적으로 약 5 nm 내지 약 150 nm, 보다 전형적으로 약 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖는다.

한 실시양태에서, 본 개시내용에 따라 제조된 필름은 적어도 약 90%의 투과도를 나타내고, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 전형적으로 약 5 nm 내지 약 150 nm, 보다 전형적으로 약 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 본 개시내용에 따라 제조된 필름은 적어도 약 90%의 투과도 (%T)를 나타내고 약 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖는다.

본 개시내용의 방법에 따라 제조된 필름은 임의로 전극 또는 추가의 층을 함유하는 기판 상에 제조되어 최종 장치의 전기적 특성을 개선할 수 있다. 생성된 필름은 1종 이상의 유기 용매에 저항성일 수 있고, 유기 용매는 장치의 제작 동안에 후속적으로 코팅되거나 또는 침착되는 층을 위해 잉크 내의 액체 캐리어로서 사용되는 용매 또는 용매들일 수 있다. 필름은 예를 들어 장치의 제작 동안에 후속적으로 코팅되거나 또는 침착되는 층을 위한 잉크 내의 용매일 수 있는 톨루엔에 저항성일 수 있다.

본 개시내용은 또한 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 필름을 포함하는 장치에 관한 것이다. 본원에 기재된 장치는, 예를 들어 용액 가공을 비롯한 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 잉크를 적용하고 용매를 표준 방법에 의해 제거할 수 있다. 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 필름은 장치 내의 HIL 및/또는 HTL 층일 수 있다.

방법은 관련 기술분야에 공지되어 있고, 예를 들어 OLED 및 OPV 장치를 비롯한 유기 전자 장치를 제작하기 위해 사용될 수 있다. 관련 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 밝기, 효율, 및 수명을 측정할 수 있다. 유기 발광 다이오드 (OLED)는, 예를 들어 미국 특허 4,356,429 및 4,539,507 (코닥(Kodak))에 기재되어 있다. 광을 방출하는 전도성 중합체는, 예를 들어 미국 특허 5,247,190 및 5,401,827 (캠브리지 디스플레이 테크놀로지스(Cambridge Display Technologies))에 기재되어 있다. 장치 구조, 물리적 원리, 용액 가공, 다층화, 블렌드, 및 화합물 합성 및 제제는 그 전문이 본원에 참조로 포함된 문헌 [Kraft et al., "Electroluminescent Conjugated Polymers-Seeing Polymers in a New Light," Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37, 402-428]에 기재되어 있다.

다양한 전도성 중합체 뿐만 아니라 유기 분자, 예컨대 수마티온(Sumation), 머크 옐로우(Merck Yellow), 머크 블루(Merck Blue), 아메리칸 다이 소스(American Dye Sources (ADS)), 코닥 (예를 들어, A1Q3 등) 및 심지어 알드리치(Aldrich)로부터 입수가능한 화합물, 예컨대 BEHP-PPV를 비롯한 관련 기술분야에 공지되고 상업적으로 입수가능한 발광체를 사용할 수 있다. 이러한 유기 전계발광 화합물의 예는 다음을 포함한다:

(i) 페닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에 치환된 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및 그의 유도체;

(ii) 비닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에 치환된 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및 그의 유도체;

(iii) 페닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에 치환되고, 또한 비닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에 치환된 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및 그의 유도체;

(iv) 아릴렌이 나프탈렌, 안트라센, 푸릴렌, 티에닐렌, 옥사디아졸 등의 모이어티일 수 있는 폴리(아릴렌 비닐렌);

(v) 아릴렌이 상기 (iv)와 같을 수 있고, 추가적으로 아릴렌 상의 다양한 위치에 치환기를 가질 수 있는 폴리(아릴렌 비닐렌)의 유도체;

(vi) 아릴렌이 상기 (iv)와 같을 수 있고, 추가적으로 비닐렌 상의 다양한 위치에 치환기를 가질 수 있는 폴리(아릴렌 비닐렌)의 유도체;

(vii) 아릴렌이 상기 (iv)와 같을 수 있고, 추가적으로 아릴렌 상의 다양한 위치에 치환기를 가질 수 있고, 비닐렌 상의 다양한 위치에 치환기를 가질 수 있는 폴리(아릴렌 비닐렌)의 유도체;

(viii) 비-공액 올리고머와 아릴렌 비닐렌 올리고머, 예컨대 (iv), (v), (vi), 및 (vii)의 올리고머의 공중합체; 및

(ix) 사다리형 중합체 유도체, 예컨대 폴리(9,9-디알킬 플루오렌) 등을 포함하고, 페닐렌 모이어티 상의 다양한 위치에 치환된 폴리(p-페닐렌) 및 그의 유도체;

(x) 아릴렌이 나프탈렌, 안트라센, 푸릴렌, 티에닐렌, 옥사디아졸 등의 모이어티일 수 있는 폴리(아릴렌); 및 아릴렌 모이어티 상의 다양한 위치에 치환된 이들의 유도체;

(xi) 비-공액 올리고머와 올리고아릴렌, 예컨대 (x)의 올리고머의 공중합체;

(xii) 폴리퀴놀린 및 그의 유도체;

(xiii) 용해도를 제공하기 위해 페닐렌 상에서 예를 들어, 알킬 또는 알콕시 기로 치환된 p-페닐렌과 폴리퀴놀린의 공중합체; 및

(xiv) 강성 막대 중합체, 예컨대 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스티아졸), 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸), 폴리(p-페닐렌-2,6-벤즈이미다졸) 및 이들의 유도체;

(xv) 폴리플루오렌 중합체 및 폴리플루오렌 단위와의 공중합체.

바람직한 유기 발광 중합체는 녹색, 적색, 청색, 또는 백색 광을 발광하는 수마티온 발광 중합체 ("LEP") 또는 그의 패밀리, 공중합체, 유도체, 또는 그의 혼합물을 포함하고; 수마티온 LEP는 수마티온 KK로부터 입수가능하다. 다른 중합체는 코비온 오가닉 세미컨덕터즈 게엠베하(Covion Organic Semiconductors GmbH, 독일 프랑크푸르트 (현재, 머크®가 소유함))로부터 입수가능한 폴리스피로플루오렌-유사 중합체를 포함한다.

대안적으로, 중합체 이외에 형광 또는 인광을 발광하는 유기 소분자가 유기 전계발광 층으로서의 역할을 할 수 있다. 소분자 유기 전계발광 화합물의 예는 다음을 포함한다: (i) 트리스(8-히드록시퀴놀리네이토)알루미늄 (Alq); (ii) 1,3-비스(N,N-디메틸아미노페닐)-1,3,4-옥시다졸 (OXD-8); (iii) -옥소-비스(2-메틸-8-퀴놀리네이토)알루미늄; (iv) 비스(2-메틸-8-히드록시퀴놀리네이토)알루미늄; (v) 비스(히드록시벤조퀴놀리네이토)베릴륨 (BeQ₂); (vi) 비스(디페닐비닐)비페닐렌 (DPVBI); 및 (vii) 아릴아민-치환된 디스티릴아릴렌 (DSA 아민).

이러한 중합체 및 소분자 화합물은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있고 예를 들어 미국 특허 5,047,687에 기재되어 있다.

장치는, 예를 들어 용액 또는 진공 가공 뿐만 아니라 인쇄 및 패턴화 공정에 의해 제조될 수 있는 다층 구조물을 사용하는 다수의 경우에서 제작할 수 있다. 특히, 조성물이 정공 주입 층으로서 사용하기 위해 제제화되는 정공 주입 층 (HIL)을 위해 본원에 기재된 실시양태의 사용이 효과적으로 수행될 수 있다.

장치에서의 HIL의 예는 다음을 포함한다:

1) PLED 및 SMOLED를 포함하는 OLED에서의 정공 주입; 예를 들어, PLED에서의 HIL에 대해서는 공액이 탄소 또는 규소 원자에 관여하는 모든 클래스의 공액 중합체 방출체가 사용될 수 있다. SMOLED에서의 HIL에 대해, 다음 예가 있다: 형광 방출체 함유 SMOLED; 인광성 방출체 함유 SMOLED; HIL 층에 추가로 1종 이상의 유기 층을 포함하는 SMOLED; 및 소분자 층이 용액 또는 에어로졸 스프레이 또는 임의의 다른 가공 방법으로부터 처리된 SMOLED. 또한, 다른 예는 덴드리머 또는 올리고머 유기 반도체 기반 OLED 내의 HIL; HIL이 전하 주입을 개질하는데 사용되거나 또는 전극으로서 사용되는 양극성 발광 FET 내의 HIL을 포함함;

2) OPV에서의 정공 추출 층;

3) 트랜지스터에서의 채널 물질;

4) 트랜지스터, 예컨대 논리 게이트의 조합을 포함하는 회로에서의 채널 물질;

5) 트랜지스터에서의 전극 물질;

6) 커패시터에서의 게이트 층;

7) 전도성 중합체와 함께 감지되는 종과의 연합에 의해 도핑 수준의 변형이 달성된 화학적 감지기;

8) 배터리에서의 전극 또는 전해질 물질.

다양한 광활성 층이 OPV 장치에 사용될 수 있다. 예를 들어 미국 특허 5,454,880; 6,812,399; 및 6,933,436에 기재된 바와 같은 전도성 중합체와 혼합한 풀러렌 유도체를 포함하는 광활성 층을 갖는 광기전력 장치를 제조할 수 있다. 광활성 층은 전도성 중합체의 블렌드, 전도성 중합체 및 반도체 나노입자의 블렌드, 및 소분자 예컨대 프탈로시아닌, 풀러렌, 및 포르피린의 이중층을 포함할 수 있다.

통상의 전극 화합물 및 기판, 뿐만 아니라 캡슐화 화합물이 사용될 수 있다.

한 실시양태에서, 캐소드는 Au, Ca, Al, Ag, 또는 그의 조합을 포함한다. 한 실시양태에서, 애노드는 산화인듐주석을 포함한다. 한 실시양태에서, 발광 층은 적어도 1종의 유기 화합물을 포함한다.

계면 개질 층, 예컨대, 예를 들어 중간층 및 광학 스페이서 층이 사용될 수 있다.

전자 수송 층이 사용될 수 있다.

본 개시내용은 또한 본원에 기재된 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

한 실시양태에서, 장치를 제조하는 방법은 다음을 포함한다: 기판을 제공하고; 투명 전도체, 예컨대, 예를 들어 산화인듐주석을 기판 상에 적층하고; 본원에 기재된 잉크 조성물을 제공하고; 잉크 조성물을 투명 전도체 상에 적층하여 정공 주입 층 또는 정공 수송 층을 형성하고; 정공 주입 층 또는 정공 수송 층 (HTL) 상에 활성 층을 적층하고; 활성 층 상에 캐소드를 적층하는 것.

본원에 기재된 바와 같이, 기판은 연질 또는 경질, 유기 또는 무기일 수 있다. 적합한 기판 화합물은, 예를 들어 유리, 세라믹, 금속, 및 플라스틱 필름을 포함한다.

또 다른 실시양태에서, 장치를 제조하는 방법은 본원에 기재된 바와 같은 잉크 조성물을 HIL 또는 HTL 층의 일부로서 OLED, 광기전력 장치, ESD, SMOLED, PLED, 센서, 슈퍼커패시터, 양이온 트랜스듀서, 약물 방출 장치, 전기변색 장치, 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 전극 개질제, 유기 필드 트랜지스터를 위한 전극 개질제, 작동기, 또는 투명 전극에 적용하는 것을 포함한다.

HIL 또는 HTL 층을 형성하기 위한 잉크 조성물의 적층은, 예를 들어 스핀 캐스팅, 스핀 코팅, 딥 캐스팅, 딥 코팅, 슬롯-다이 코팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 코팅, 닥터 블레이딩, 및 예를 들어 유기 전자 장치의 제작을 위해 관련 기술분야에 공지된 임의의 다른 방법을 비롯한 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 수행할 수 있다.

한 실시양태에서, HIL 층을 열적으로 어닐링한다. 한 실시양태에서, HIL 층을 약 25℃ 내지 약 300℃, 전형적으로 150℃ 내지 약 250℃의 온도에서 열적으로 어닐링한다. 한 실시양태에서, HIL 층을 약 25℃ 내지 약 300℃, 전형적으로 150℃ 내지 약 250℃의 온도에서 약 5 내지 약 40분, 전형적으로 약 15 내지 약 30분 동안 열적으로 어닐링한다.

본 개시내용에 따라, 약 380-800 nm의 파장을 갖는 광의 적어도 약 85%, 전형적으로 적어도 약 90%의 투과도 (전형적으로, 기판과 함께)를 나타낼 수 있는 HIL 또는 HTL을 제조할 수 있다. 한 실시양태에서, 투과도는 적어도 약 90%이다.

한 실시양태에서, HIL 층은 약 5 nm 내지 약 500 nm, 전형적으로 약 5 nm 내지 약 150 nm, 보다 전형적으로 약 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖는다.

한 실시양태에서, HIL 층은 적어도 약 90%의 투과도를 나타내고, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 전형적으로 약 5 nm 내지 약 150 nm, 보다 전형적으로 약 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, HIL 층은 적어도 약 90%의 투과도 (%T)를 나타내고 약 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖는다.

본 개시내용에 따른 잉크, 방법 및 공정, 필름, 및 장치는 하기 비제한적 예에 의해 추가로 설명된다.

실시예 1. 비-수성 (NQ) 잉크 조성물의 제조

하기 실시예에 사용된 성분은 표 1에 요약되어 있다.

표 1. 성분의 개요

본 개시내용에 따른 비-수성 잉크 조성물을 바이알에서 불활성 분위기 하에 명시된 양의 폴리티오펜, 중합체 산, 및 용매와 혼합함으로써 제조하고, 이어서 진탕기에서 70℃에서 >1시간 동안 교반하였다. 비-수성 잉크 조성물은 표 2에 요약되어 있다. 표 2에 사용된 "wt%"는 공액 중합체와 중합체 산의 합한 중량에 대한 공액 중합체의 중량%를 지칭한다. 표 2에 사용된 바와 같이, AP21은 아니솔/3-메톡시프로피오니트릴 블렌드 (중량 기준 2:1)를 지칭하고, NMP는 N-메틸피롤리디논을 지칭한다. AP21/NMP는 1:1 용매 블렌드를 지칭한다.

표 2. NQ 잉크 조성물

실시예 2. 필름 형성 및 특징화

실시예 1의 잉크 1을 2.5% 총 고형물 함량 (TS)로 제제화하여 본원에 잉크 1a로 지정하고, 5.0% TS로 제제화하여 본원에 잉크 1b로 지정하였다. 각각의 잉크 1a 및 1b를 0.45 μm 시린지 필터를 통해 여과한 다음, 달리 언급되지 않는 한 기판 상에 1,000 RPM에서 90초 동안 불활성 분위기 하에 스핀-코팅하였다. 습윤 필름의 UV-vis 스펙트럼을 수득하였다. 이어서, 습윤 필름을 200℃에서 불활성 분위기 하에 어닐링한 후, 어닐링된 필름의 UV-vis 스펙트럼을 다시 수득하였다. UV-vis 스펙트럼 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타난 바와 같이, 잉크 1a 및 1b로부터 제조된 습윤 필름은 둘 다 비도핑된 중합체 A의 흡광도 (약 550nm) 특징을 나타낸다. 그러나, 200℃에서 불활성 분위기 하에 어닐링한 후, 비도핑된 중합체 A의 특징인 흡광도는 검출되지 않았고, 이는 중합체 A가 도핑된 것을 나타내었다.

본 발명의 잉크로부터 형성된 어닐링된 필름의 추가의 분석은 500 Ω·cm의 저항률 및 -5.31 eV의 일 함수를 보였다. 본 발명의 잉크로부터 형성된 필름을 광학 현미경검사에 의해 500x 및 1000x 배율 하에 검사하였다. 도 2A 및 2B는 500x 배율 하에 각각 유리 상에 형성된 필름 및 ITO 상에 형성된 필름의 이미지를 나타낸다. 도 3A 및 3B는 1000x 배율 하에 각각 유리 상에 형성된 필름 및 ITO 상에 형성된 필름의 이미지를 나타낸다.

실시예 3. 단극성 장치 제작 및 시험

본원에 기재된 단극성 단일 전하-캐리어 장치를 유리 기판 상에 침착된 산화인듐주석 (ITO) 표면 상에 제작하였다. 픽셀 면적을 0.05 cm²로 한정하도록 ITO 표면을 예비-패턴화하였다. HIL 잉크 조성물을 기판 상에 침착하기 전에, 기판의 예비-조건화를 수행하였다. 다양한 용액 또는 용매에서 초음파처리에 의해 먼저 장치 기판을 세정하였다. 장치 기판을 각각 약 20분 동안 희석한 비누 용액에서, 이어서 증류수에서, 이어서 아세톤에서, 이어서 이소프로판올에서 초음파처리하였다. 기판을 질소 유동 하에 건조시켰다. 이어서, 장치 기판을 120℃로 설정된 진공 오븐으로 옮기고, 사용 준비가 될 때까지 부분 진공 (질소 퍼징으로) 하에 유지하였다. 장치 기판을 사용 직전에 300W에서 작동하는 UV-오존 챔버에서 20분 동안 처리하였다.

HIL 잉크 조성물을 ITO 표면 상에 침착하기 전에, PTFE 0.45 ㎛ 필터를 통해 잉크 조성물의 여과를 수행한다.

스핀 코팅에 의해 장치 기판 상에 HIL을 형성하였다. 일반적으로, ITO-패턴화 기판 상에 스핀-코팅 후의 HIL의 두께는 여러 파라미터 예컨대 스핀 속도, 스핀 시간, 기판 크기, 기판 표면의 품질 및 스핀-코팅기의 설계에 의해 결정된다. 특정한 층 두께를 수득하기 위한 일반적 규칙은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 스핀-코팅 후에, HIL 층을 핫플레이트 상에서 전형적으로 150℃ 내지 250℃의 온도 (어닐링 온도)에서 15-30분 동안 건조시켰다.

본 발명의 HIL 층을 포함하는 기판을 진공 챔버로 옮기고, 여기서 장치 스택의 나머지 층을, 예를 들어 물리적 증착에 의해 침착시켰다.

달리 언급되지 않는 한, 코팅 및 건조 공정에서의 모든 단계는 불활성 분위기 하에 수행하였다.

N,N'-비스(1-나프탈레닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘 (NPB)을 정공 수송 층으로서 HIL의 위에 침착한 다음, 금 (Au) 또는 알루미늄 (Al) 캐소드를 침착하였다. 단극성 장치를 위해, 표적 필름 두께를 포함하는 전형적인 장치 스택은 ITO (220 nm)/HIL (100 nm)/NPB (150 nm)/Al (100 nm)이다. 이것이 단극성 장치이고, 여기서 HTL 내로 HIL의 정공-단독 주입 효율을 연구한다.

단극성 장치는 유리 기판 상에 픽셀을 포함하고, 그의 전극이 픽셀의 발광 부분을 함유하는 장치의 캡슐화 면적 밖으로 연장되어 있다. 각 픽셀의 전형적인 면적은 0.05 cm²이다. 금 또는 알루미늄 전극을 접지시킨 상태로 ITO 전극에 인가된 바이어스 하에 전극을 키슬리(Keithley) 2400 소스 미터와 같은 전류 소스 미터와 접촉시켰다. 이 결과로 양으로 하전된 캐리어 (정공)만이 장치 (정공-단독 장치) 내로 주입된다.

전공-단독 장치를 표 3에 요약된 잉크 및 어닐링 온도를 사용하여 제작하였다.

표 3. 본 발명의 HIL

본 개시내용의 본 발명의 잉크로부터 제조된 HIL을 포함하는 정공-단독 장치의 전압의 함수로서 전류 밀도의 플롯을 도 4 및 도 5에 나타내었다.

Claims

(a) 적어도 1종의 정공 캐리어 화합물;
(b) 적어도 1개의 플루오린 원자 및 적어도 1개의 술폰산 (-SO₃H) 모이어티로 치환된 적어도 1종의 알킬 또는 알콕시 기를 포함하며, 여기서 알킬 또는 알콕시 기는 임의로 적어도 1개의 에테르 연결 (-O-) 기에 의해 개재된 것인 반복 단위를 1개 이상 포함하는 적어도 1종의 중합체 산; 및
(c) 적어도 1종의 유기 용매를 포함하는 액체 캐리어
를 포함하며,
상기 정공 캐리어 화합물이 공액 중합체이고, 상기 공액 중합체가 폴리티오펜이고, 상기 폴리티오펜이 화학식 I에 따른 반복 단위를 포함하고,
<화학식 I>

여기서
R₁이 H이고,
R₂가 -O[CH₂-CH₂-O]_p-R_e 또는 -O[CH(CH₃)-CH₂-O]_p-R_e이고,
p가 1, 2, 또는 3이고,
R_e가 (C₁-C₈)알킬인, 비-수성 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 폴리티오펜이 하기 반복 단위를 포함하는 것인 비-수성 잉크 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리티오펜이 화학식 I에 따른 반복 단위를, 반복 단위의 총 중량을 기준으로 하여 70 중량% 초과, 80 중량% 초과, 90 중량% 초과, 또는 95 중량% 초과의 양으로 포함하는 것인 비-수성 잉크 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 1종의 중합체 산이 화학식 II에 따른 반복 단위 및 화학식 III에 따른 반복 단위를 포함하며,
<화학식 II>

<화학식 III>

여기서
각 경우의 R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, 및 R₁₁이 독립적으로 H, 할로겐, 플루오로알킬, 또는 퍼플루오로알킬이고;
X가 -[OC(R_hR_i)-C(R_jR_k)]_q-O-[CR_lR_m]_z-SO₃H이고,
여기서 각 경우의 R_h, R_i, R_j, R_k, R_l 및 R_m이 독립적으로 H, 할로겐, 플루오로알킬, 또는 퍼플루오로알킬이고;
q가 0 내지 10이고;
z가 1-5인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 각 경우의 R₅, R₆, R₇, 및 R₈이 독립적으로 Cl 또는 F인 비-수성 잉크 조성물.
제5항에 있어서, 각 경우의 R₅, R₇, 및 R₈이 F이고, R₆이 Cl인 비-수성 잉크 조성물.
제5항에 있어서, 각 경우의 R₅, R₆, R₇, 및 R₈이 F인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 각 경우의 R₉, R₁₀, 및 R₁₁이 F인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 각 경우의 R_h, R_i, R_j, R_k, R_l 및 R_m이 독립적으로 F, (C₁-C₈)플루오로알킬, 또는 (C₁-C₈)퍼플루오로알킬인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 각 경우의 R_l 및 R_m이 F이고; q가 0이고; z가 2인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 각 경우의 R₅, R₇, 및 R₈이 F이고, R₆이 Cl이고; 각 경우의 R_l 및 R_m이 F이고; q가 0이고; z가 2인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 각 경우의 R₅, R₆, R₇, 및 R₈이 F이고; 각 경우의 R_l 및 R_m이 F이고; q가 0이고; z가 2인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 화학식 II에 따른 반복 단위의 수 (n) : 화학식 III에 따른 반복 단위의 수 (m) 비가 9:1인 비-수성 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 화학식 II에 따른 반복 단위의 수 (n) : 화학식 III에 따른 반복 단위의 수 (m) 비가 8:2인 비-수성 잉크 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 정공 캐리어 화합물 : 중합체 산 비가 중량 기준으로 10:90 내지 90:10, 20:80 내지 80:20, 또는 35:65 내지 65:35인 비-수성 잉크 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 1종 이상의 매트릭스 화합물을 추가로 포함하는 비-수성 잉크 조성물.
1) 제1항 또는 제2항에 따른 비-수성 잉크 조성물로 기판을 코팅하고;
2) 기판 상의 코팅을 어닐링함으로써 정공-운반 필름을 형성하는 것
을 포함하는 정공-운반 필름을 형성하는 방법.
제17항에 있어서, 어닐링 온도가 25℃ 내지 300℃, 또는 150℃ 내지 250℃인 방법.
제17항에 있어서, 어닐링 시간이 5 내지 40분, 또는 15 내지 30분인 방법.
제17항에 따른 방법에 의해 형성되는 정공-운반 필름.
제20항에 따른 필름을 포함하고, OLED, OPV, 트랜지스터, 커패시터, 센서, 트랜스듀서, 약물 방출 장치, 전기변색 장치, 또는 배터리 장치인 장치.
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