KR20080110928A - 유기 반도체 용액 및 분산액 - Google Patents
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Abstract
본 발명은,
(A) 각각의 용매 자체의 비점이 200℃ 미만이고 융점이 15℃ 이하이고,
(B) 용매 중의 하나 이상의 비점이 140℃보다 높고 200℃보다 낮은 범위이고,
(C) 사용된 용매가 벤질성 CH2 또는 CH 그룹을 갖지 않고,
(D) 사용된 용매가 3급-부틸 치환체 또는 둘 초과의 메틸 치환체를 함유하는 벤젠 유도체가 아님을 특징으로 하는, 2가지 이상의 상이한 유기 용매의 용매 혼합물 중의 유기 반도체의 용액 또는 분산액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 유기 반도체 층, 특히 전자 산업용 유기 반도체 층을 제조하기 위한 프린팅 공정에서의 상기 용액 및/또는 분산액의 용도에 관한 것이다.
유기 반도체, 중합체성 유기 반도체, 용액, 분산액, 용매, 프린팅 공정, 다양한 비점.
Description
본 발명은 유기 반도체의 용액 및/또는 분산액 및 전자 산업에서의 이들의 용도에 관한 것이다.
넓은 의미에서 전자 산업의 일부로서 간주될 수 있는 다양한 용품에서, 유기 반도체의 활성 성분(=작용성 물질)으로서의 용도는 이미 실현되었거나, 곧 실현될 것으로 예측된다.
따라서, 유기 물질계 전하 운반 물질(일반적으로 트리아릴아민계 양공 운반 물질)은 수년 동안 복사기에서 사용되어 왔다.
일부는 가시광선 영역에서 빛을 방출할 수도 있는 특정 반도체 유기 화합물의 사용은, 예를 들면, 유기 또는 중합체성 전기발광 소자에서 상업적으로 최근에 도입되었다. 유기 집적 회로(유기 IC) 및 유기 태양 전지와 같은 용품에서 유기 전하 운반층의 사용은 최소한 연구 단계에 있으며, 앞으로 수년 내에 시장에 도입될 것으로 예측될 정도로 개발되어 있다.
추가의 가능한 예가 매우 방대하지만, 이들 중 다수는 상술한 공정의 변형태 로서만 간주된다(예: 유기 고체상 레이저 다이오드 및 유기 광검출기).
이러한 현대적 용품의 일부에서, 종종 오랫 동안 개발되어 왔으나, 용품에 따라서 여전히 엄청난 기술적 개선이 요구된다.
유기 전기발광 소자 및 이들의 개별 부품, 예를 들면, 유기 발광 다이오드(OLED)는 파이오니어(Pioneer)로부터 시판 중인 "유기 디스플레이"가 장착된 자동차 라디오에 의해 확인되는 바와 같이 이미 시장에 도입되어 있다. 고분자량 변형태(예: 중합체성 발광 다이오드, PLED)의 경우, 역시 곧 시판 될 것으로 예측된다. 그럼에도 불구하고, 현재 시장을 지배하거나 주도하는 액정 디스플레이(LCD)와 본격적으로 경쟁이 되기 위해서는 상당한 개선이 이루어져야 한다. 이러한 PLED의 구조는 WO 90/13148에 기재되어 있다. PLED(예: 수동형 매트릭스 어드레싱, 능동형 매트릭스 어드레싱)의 추가 양태는 이후 인용되는 문헌에 기재되어 있다.
완전 컬러 디스플레이의 개발은 PLED의 개발에 있어서 중요한 방향이다. 이러한 완전 컬러 디스플레이 소자를 수득할 수 있도록, 삼원색(적색, 녹색, 청색, RGB)이 개별적으로 물리적으로 도포되는 피복 공정을 개발해야 한다. 중합체가 용액 및/또는 분산액으로부터 도포되므로, 프린팅 공정이 바람직한 방법이다.
제어능이 우수하고 해상도가 성취될 수 있으며 융통성이 크다는 점으로 인해, 현재 잉크-젯 프린팅(IJP)에 작업이 집중된다. 그러나, 원칙적으로 기타 프린팅 공정, 예를 들면, 오프셋 프린팅, 전사 프린팅 또는 그라비어 프린팅도 적합하다.
PLED를 제조하기 위한 잉크-젯 프린팅 공정 및 상응하는 디스플레이는 선행 기술에서 여러번 기술된 바 있다.
가장 최근의 선행 기술은 다음과 같다:
EP-A-0880303은 처음으로 당해 원리와, PLED를 제조하기 위한 IJP의 용도에 대해 기술하였다. EP-A-0880303에 따르면, "유기 발광 물질"의 용액 또는 상응하는 전구체의 용액은 격막 및 양극을 갖는 광석판인쇄 기술로 제조된 기판에 IJP에 의해 도포된다.
다양한 용액을 사용하면, 상이한 색상의 화소가 이러한 방식으로 생성될 수 있다. 당해 특허원은 당해 방법이 실제적으로, 그리고 당해 공정에서 해결하려는 문제에 대해 어떻게 대처할 수 있는지에 대한 기술적 정보를 제공한다기 보다는 원리를 교시하는 경향이 있다.
따라서, EP-A-0880303은 3가지 다소 의례적인 조성물은 별도로 하더라도 상응하는 용액의 일관성 및 제조에 대하여 어떠한 정보도 제공하지 않는다. 오직, 용액이 IJ 프린팅 헤드의 노즐 판의 재료에 대해 30 내지 170°의 접촉각을 가져야 당해 용액이 효율적으로 프린팅될 수 있다는 점만이 기술되어 있다. 추가로, 우선 활성 물질의 농도가 충분히 높고, 둘째로 당해 용액이 IJP에 의해 여전히 인쇄될 수 있도록, 당해 용액의 점도는 1 내지 20mPa·s(cps)의 범위이어야 한다. 최종적으로, 당해 용액의 표면 장력은 20 내지 70dyne/cm의 범위이어야 한다.
그러나, 이러한 정보는 실제적인 과정에 대하여 관련 제한을 구성하거나 도움을 주거나 교시하고 있지 않은데, 그 이유는 노즐판이 적합하게 제조되는 경우 실제적으로 모든 용액 또는 용매에 이러한 넓은 접촉각 범위가 적용될 수 있기 때문이다. 이와 마찬가지로, 지적된 점도 범위는 실제적으로 순수한 용매(비교: 순수 톨루엔의 점도는 약 0.6mPa.s인 반면, 테트랄린의 점도는 약 2mPa.s이다)에서 시작하여, 사용된 유기 화합물의 분자량에 따라 매우 고농도로 변한다.
최종적으로, 지정된 당해 표면 장력 범위는 실제적인 정보 또는 제한을 구성하지 않으며; 대부분의 유용한 유기 용매는 지정된 범위 내의 값을 갖고; 중합체의 분해가 이러한 수치를 유의하게 변화시키지 않는다.
WO 99/39373은, 실제적인 의미에서, 염료로 도핑된 폴리비닐카바졸 용액의 잉크 젯 프린팅에 대해서만 정보를 제공한다. 이들 클로로포름-함유 용액은 당해 특허 출원에 따라 심각한(해결되지 않는) 사용상의 문제를 유도한다(OLED): (i) 픽셀은 불균질한데, 이는 염료 및 중합체가 부분적으로 분리되어 있음을 나타낸다; (ii) 소자 효율은 IJP 없이 제조되는 발광 다이오드에 비해 약 50% 불량하다. 클로로포름의 바람직하지 못한 사용 특성(독성 등)은 널리 공지되어 있다.
WO 00/59267은 IJP에 의해 유기 필름 또는 도트를 제조하기 위한 용액과 연관된 각종 문제를 처음으로 조명하였다.
따라서, WO 00/59267은 2가지 이상의 실질적인 문제를 기술한다:
문제 1: 지나치게 높은 증기압을 갖는, 즉 지나치게 낮은 비점을 갖는 용매는 프린팅 헤드에서, 노즐에서, 또는 노즐 판 상에서 IJ 용액의 건조를 유도한다. 결과적으로, 당해 노즐이 막히고, 프린팅 공정이 불량하게 재생될 수 있다. 이러한 시스템은 산업적 제조시 부적합하다.
문제 2: IJ 용액이 다양한 물질(혼합물)을 포함하는 경우, 증발에 의한 IJ 용액의 농도는 물질의 하나가 먼저 침전되도록 유도할 수 있다. 이로 인해, 형성된 화소에서 다양한 물질의 불균질 분포가 유도된다. 이러한 불균질 화소는 OLED 소자의 특성을 현저하게 약화시킨다.
상기 문제 1을 해결하기 위해, WO 00/59267은 특정한 특성 프로필을 갖는 용매를 사용할 것을 제안한다. 적합한 용매로서 제안된 물질은 치환체(들)에서 3개 이상의 탄소원자를 갖는 치환된 벤젠 유도체이다. 비점이 200℃ 이상인 용매가 바람직하다. 그러나, 특히 바람직한 용매인 도데실벤젠의 비점은 약 300℃이다.
문제 1을 해결하기 위한 추가의 가능한 방법으로서, WO 00/59267은 한 용매는 상술한 특성을 갖고 두번째 용매는 이보다는 낮지만 140℃ 이상의 비점을 가질 수 있는 둘 이상의 용매의 혼합물을 제안한다. 언급된 용매 성분이 유의하게 낮은 비점을 갖는 용매[예: 톨루엔(비점 111℃ 이하), 클로로포름(비점 61℃ 이하) 및 사염화탄소(비점 76℃)]를 포함하기 때문에, 이러한 점에서 상기 설명은 불명료하다.
상술한 용매 또는 용매 혼합물을 포함하는 이들 용액은 다음과 같은 문제를 해결하는 것으로 보고된다:
우선, 고비점 용매는 프린팅 헤드에서의 용액의 건조를 방지한다(문제 1에 대한 해결). 화소를 균질화하기 위해(문제 2에 대한 해결), 특히 제거하기 어려운 고비점 용매를 제거하기 위해, 후처리가 제안된다. 이러한 후처리시, 기판 또는 화소는 40 내지 200℃ 범위의 온도로 가열된다. 이는, 2 내지 100bar의 압력하에 우선 수행되어 다시 균질한 용액을 제공한다. 후속적으로, 모든 용매가 제거될 때까지 감압하에 계속 가열한다.
본원에 인용된 특허 출원 WO 00/59267에 제안된 용액은 심각한 기술적 문제를 갖는다:
A. 당해 명세서의 실시예 1로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 피복물로부터 용매를 실질적으로 완전히 제거하는 것은 우수한 소자 특성을 위해 필수적이다.
이러한 완전한 제거는 바람직한 고비점 용매(비점이 200℃ 초과인 용매, 또는 도데실벤젠)의 경우 산업적 공정에 있어서 매우 어렵다.
B. 상 분리, 즉 불균질 화소의 형성이 기술된 공정에서 최종 용매 증발 단계 동안 여전히 발생하지 말아야 하는 이유에 대한 기술적 정보는 전혀 기재되어 있지 않다. 여기서, 보다 일찍 수행되는 재균질화는 최종적으로 수행되지 않을 수 있다.
C. 기술된 균질화 조치(고압, 가열, 진공)는 산업적 대량 생산에 그다지 적합하지 않다.
D. 당해 특허 출원에 열거된 몇가지 용매는 자체적인 문제를 갖는다. 따라서, (i) 다수의 치환체를 갖는 도데실벤젠, 사이클로헥실벤젠 및 기타 벤젠과 같은 용매의 산업적 이용 가능성은 보장되지 않으며; (ii) 언급된 용매의 일부는, 강하게 활성화된 벤질계 양성자의 존재(예: 큐멘, 테트랄린, 도데실벤젠의 경우, 당해 명세서 실시예 2 참조)로 인해, 산업적으로 사용하기에 불리하고; (iii) 언급된 용매 성분의 일부(예: 클로로포름, 사염화탄소)는 고도로 독성을 나타내거나, 발암 성을 나타내는 것으로 의심된다.
산업적 설비면에서, WO 00/59267에 기재된 문제 1 및 문제 2 이외에 추가의 문제가 발생한다:
문제 3: 기판 상의 IJ 용액의 개별 액적의 건조로 인해, 고체 물질이 화소에 균질하게 분배되지만, 형성된 화소의 층 두께는 크게 차이가 난다. 일반적으로 화소의 가장자리는 화소의 중심부보다 유의하게 두껍거나 얇다.
따라서, 이로 인해, 적용시, PLED는 화소 내에 불균질한 발광 강도를 가지며 화소의 여러 영역이 상이한 속도로 분해된다.
문제 4: 프린팅된 화소에서 용액이 지나치게 천천히 건조하는 경우, 기판의 이동(산업적 IJP의 경우, 기판은 일반적으로 이에 수직으로 이동하는 프린팅 헤드와 한 방향으로 이동한다)으로 인해, 용액이 화소 경계로 유동될 수 있다(화소는 통상적으로 광석판인쇄적으로 형성된 벽에 의해 경계지워진다). 또한, 기판이 양방향으로 이동하고 프린팅 헤드가 정적인 상태를 유지하는 IJP 공정이 있다. 이 경우, 이러한 효과는 보다 더 두드러진다.
잉크의 혼합은, 특히 상이한 색상의 화소 용액이 혼합되는 경우 특히 부작용을 갖는다. 바람직하지 않은 층 두께 편차 및 이로 인한 불균일성은 재생될 수 없는 방출 거동을 유도한다.
문제 5: 위에서 지적한 바와 같이, 최적의 소자 특성을 수득하려면 침착된 필름으로부터 용매를 실질적으로 완전히 제거해야 한다. 용매의 증기압이 너무 낮은 경우(비점이 너무 높은 경우), 이로 인해 예측 가능한 문제가 발생한다.
이러한 모든 문제(1 - 5)는 지금까지 만족스러운 정도로 해결되지 않았다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상술한 문제의 견지에서 기술적 개선점을 제공하는 것이다.
본 발명은,
(1) 각각의 용매 자체의 비점이 200℃ 미만이고 융점이 15℃ 이하이고,
(2) 용매 중의 하나 이상의 비점이 140℃보다 높고 200℃보다 낮은 범위이고,
(3) 사용된 용매가 벤질성 CH2 또는 CH 그룹을 갖지 않고,
(4) 사용된 용매가 3급-부틸 치환체 또는 둘 초과의 메틸 치환체를 함유하는 벤젠 유도체가 아님을 특징으로 하는, 2가지 이상의 상이한 유기 용매의 용매 혼합물 중의 유기 반도체, 특히 중합체성 유기 반도체의 용액 및/또는 분산액을 제공한다.
본 발명은 추가로 기판 상에 유기 반도체 층, 특히 중합체성 유기 반도체 층을 제조하기 위한, 본 발명의 용액 및/또는 분산액의 용도를 제공한다.
바람직한 양태는, 유기 반도체 층을 제조하기 위해 프린팅 공정을 사용하는 것이다. 잉크젯 프린팅(IJP)을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명은 또한 본 발명의 용액 및 분산액을 사용하여 제조된 유기 반도체 층을 제공한다.
자체 공지된 유기 반도체 층은 문헌에 기술되어 있다. 본 발명의 용액 또는 분산액에 의해 제조된 층은 지금까지 기술된 것에 비해 개선된 형태학적 특성을 나타낸다. 특히, 층의 균일성, 예를 들면, 유기 반도체의 배합물 또는 혼합물을 사용하는 경우, 피복된 표면(예: 개개의 화소)에 대한 층 두께의 일관성 및 핀-홀(미시적 크기임에도 불구하고 치명적 소자 손상을 일으킬 수도 있는 반도체 층에서의 미시적 홀)로부터의 자유도가 본 발명의 용액 및 분산액의 개선된 용도 특성에 의해 현저하게 개선된다.
본 명세서의 목적상, 용액은, 고체가 분자상으로 분해되어 있는, 즉 고체 분자의 대부분이 실질적으로 용해되어 응집물, 나노입자 또는 마이크로입자의 형태로 존재하지 않는, 고체 물질과 액체인 용매와의 고체 성분의 혼합물이다.
본 명세서의 목적상, 분산액은, 고체가 분자상으로 분해되어 있지 않은, 즉 고체 분자의 대부분이 용해된 형태로 존재하는 것이 아니라 응집물, 나노입자 또는 마이크로입자의 형태로 존재하는, 고체 물질과 액체인 용매 내에서의 고체 성분의 혼합물이다.
본 발명의 용액 및/또는 분산액의 점도는 가변적이다. 그러나, 특정한 피복 기술은 특정한 점도 범위의 사용을 필요로 한다. 이와 같이, IJP를 통해 피복하는 경우, 약 4 내지 25mPa.s의 범위가 적당하다. 그러나, 기타 프린팅 방법, 예를 들면, 그라비어 프린팅의 경우, 현저하게 높은 점도, 예를 들면, 20 내지 500mPa.s 범위의 점도가 유리할 수 있다.
본 명세서의 목적상 유기 반도체는, 고체로서 또는 고화된 층으로서 반도체 특성을 갖는, 즉 전도대와 원자가대 사이의 에너지 갭이 0.1 내지 4eV 범위인 유기 화합물 또는 유기 금속 화합물이다.
본 발명의 용액 및/또는 분산액에 사용되는 유기 반도체에 대해서는 특별하게 제한하지 않는다. 본 발명에 따라, 저분자량 유기 반도체 뿐만 아니라 중합체성 반도체도 사용될 수 있다.
본 발명의 용액 및/또는 분산액에 사용되는 유기 반도체의 예에는 트리아릴아민계 저분자량 유기 반도체[참조: Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 1997,3148,306-312], 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)[참조: Appl. Phys. Lett. 2000,76 (1), 115-117], 펜타센[참조: Science 2000,287 (5455), 1022-1023], 올리고머[참조: Opt. Mater. 1999, 12 (2/3), 301-305], 추가의 융합 방향족 시스템[참조: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2000,598, BB9.5/1-BB9.5/6] 및 문헌[참조: J. Mater. Chem. 2000, 10 (7), 1471-1507 and Handb. Adv. Electron. Photonic Mater. Devices 2001,10,1-51]에 기재된 추가의 화합물이 있다. 상기 문헌에 기재된 저분자량 반도체는 본 명세서에 참조 인용된다.
그러나, 중합체성 유기 또는 유기 금속 반도체가 바람직하게는 본 발명의 용액 또는 분산액에 사용된다.
본 발명에 따르는 중합체성 유기 반도체 용액이 특히 매우 바람직하다.
본 발명의 목적상, 중합체성 유기 반도체는 특히, (i) 유기 용매에 가용성이고 EP-A-0443861, WO 94/20589, WO 98/27136, EP-A1025183, WO 99/24526, DE-A-19953806 및 EP-A-0964045에 기재된 바와 같은, 치환된 폴리-p-아릴렌-비닐렌(PAV), (ii) 유기 용매에 가용성이고 EP-A-0842208, WO 00/22027, WO 00/22026, DE-A-19981010, WO 00/46321, WO 99/54385 및 WO 00/55927에 기재된 바와 같은, 치환된 폴리플루오렌(PF), (iii) 유기 용매에 가용성이고 EP-A-0707020, WO 96/17036, WO 97/20877, WO 97/31048 및 WO 97/39045에 기재된 바와 같은, 치환된 폴리스피로비플루오렌(PSF), (iv) 유기 용매에 가용성이고 WO 92/18552, WO 95/07955, EP-A-0690086 및 EP-A-0699699에 기재된 바와 같은, 치환된 폴리-파라-페닐렌(PPP), (v) 유기 용매에 가용성이고 EP-A1028136 및 WO 95/05937에 기재된 바와 같은 치환된 폴리티오펜(PT), (vi) 유기 용매에 가용성이고 문헌[참조: T. Yamamoto et al., J. Am. Chem. Soc. 1994,116,4832]에 기재된 바와 같은 폴리피리딘(PPy), (vii) 유기 용매에 가용성이고 문헌[참조: V. Gelling et al., Polym. Prepr. 2000,41,1770]에 기재된 바와 같은 폴리피롤, (viii) 상기 항목(i) 내지 (vii) 중의 둘 이상의 구조 단위를 포함하는 치환된 가용성 공중합체, (ix) 유기 용매에 가용성이고 문헌[참조: Proc. of ICSM'98, Part I & II (in : Synth. Met. 1999, 101 + 102]에 기재된 공액 중합체, (x) 예를 들면, 문헌[참조: R. C. Penwell et al., J. Polym. Sci., Macromol. Rev. 1978,13,63-160]에 기재된 바와 같은, 치환 또는 비치환 폴리비닐카바졸, 및 (xi) 예를 들면, JP 2000-072722에 기재된 바와 같은, 치환 또는 비치환 트리아릴아민 중합체이다. 이들 중합체성 유기 반도체는 본 발명의 명세서 내에 참조 인용되어 있다.
본 발명의 목적에 맞게 사용되는 중합체성 유기 반도체는 또한 도핑된 형태로 및/또는 혼합물로서 사용될 수도 있다.
본 발명의 용액 및 분산액은 유기 반도체 0.01 내지 20중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15중량%, 특히 바람직하게는 0.25 내지 10중량%, 특히 매우 바람직하게는 0.25 내지 5중량%를 함유한다. 본 발명에 따라, 하나 이상의 반도체의 혼합물/배합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 용액 및 분산액은 2가지 이상의 상이한 용매를 포함하며, 이들 중 하나 이상은 비점이 140℃보다 높고 120℃보다 낮다. 용매들의 비점이 서로 상이하고, 비점의 차이가 특히 바람직하게는 10℃ 초과, 이보다 더 매우 바람직하게는 20℃ 초과로 나는 것이 바람직하다.
2가지 용매의 서로에 대한 비는 광범위하게 가변적일 수 있다. 그러나, 유의한 효과를 수득하기 위해, 사용되는 2가지 용매의 (용적)비는 1:99 내지 99:1, 바람직하게는 10:90 내지 90:10, 특히 바람직하게는 20:80 내지 80:20의 범위이어야 한다.
이들 혼합물은 상술한 문제들에 대한 놀라운 개선을 나타낸다.
따라서, 비점이 140℃보다 높고 200℃보다 낮은 용매의 존재로 인해, 용액/분산액이 프린팅 헤드 속에서/노즐에서 지나치게 신속하게 건조되지 않는다(문제 1 해결). 비점이 보다 높은 용매가 이러한 점에서 보다 우수할 수 있지만, 이 경우, 특히 문제 3 내지 5의 견지에서, 커다란 단점을 갖는다. 따라서, 상기 비점 범위를 갖는 용매를 사용하여 현저한 개선을 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다:
A. 문제 3의 견지에서, 증발이 신속할수록 화소 내의 점도가 보다 신속하게 높아져서 이러한 효과가 전혀 일어나지 않으므로, 저비점 용매를 갖는 것이 매우 우수하다. 저비점 용매가 이보다 신속하게 증발하고 이러한 효과가 강화되므로(실 시예 4), 이는, 비점이 상이한 용매들로 구성된 용매 혼합물에 의해 특히 촉진된다.
B. 문제 4 및 문제 5는, 동일한 이유로, 비점이 지나치게 높은 용매를 사용하는 경우에 비해 현저하게 잘 해결된다.
C. 문제 2의 관점에서조차, 화소의 건조가 현저하게 가속화되는 유리한 효과를 갖는 것으로 밝혀졌다(참조: 실시예 5). 탈혼합은, 급속한 점도 증가의 결과로서 실질적으로 완전히 피할 수 있음이 명백한 것으로 밝혀졌다. 이러한 발견은 놀랍다.
문제 2 및 5는 자연히, 실제 저비점 용매(또는 용매 혼합물)를 사용함으로써 대체로 해결될 수 있다. 그러나, 산업적으로 해결될 수 없는 문제 1의 견지에서 난점이 있다. 따라서, 지정된 범위의 용매는 2가지 문제에 대한 최적의 해법을 제공한다. 문제 1 내지 5의 조합은 단일 용매에 의해서는 효율적으로 해결될 수 없다. 사용된 용매의 비점이 지나치게 낮은 경우에는 문제 1이 해결될 수 없지만, 사용된 용매의 비점이 지나치게 높은 경우에는 문제 3 내지 5가 점점 더 해결하기 어려워진다.
그러므로, 본 발명의 용매 혼합물은 놀랍게도 단순하고 효과적인 개선점을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
200℃의 비점 한계치는 얼핏 보기에는 다소 임의적으로 보이나, 본 발명에 따르는 기술적으로 민감한 한계를 구성한다. 이러한 한계(예: 테트랄린, 실시예 1 참조, 사이클로헥실벤젠, n-펜틸벤젠)를 초과하는 용매의 경우, 특히 문제 3 및 4(증점화시키는데 시간이 지나치게 오래 걸리는 문제) 및 최종적으로 (당해 문제가 혼합물에 의해 약화되는 경우) 문제 5(필름으로부터 용매를 완전히 제거하는 문제)를 해소하기가 기술적으로 어렵다.
용액 또는 분산액은 며칠 또는 몇달(제조된 다음부터 사용될 때까지의 기간) 동안 저장될 수 있고 또한 수송가능하기 때문에, 사용된 용매의 융점은 15℃ 이하이어야 한다. 이 경우, 용액 또는 분산액은 그대로 안정한 상태를 유지하며 저장 및/또는 운반되는 동안 동결하지 않거나 저장 및/또는 운반시 기타 불리한 효과를 나타내지 않을 것이 보장되어야 한다.
본 발명의 용액 또는 분산액은 비점이 약 140℃ 인 용매를 하나 이상 포함해야 한다. 본 명세서에 기재된 목적에 맞도록, 비점은 대기압(1013mbar)하의 비점이다. 비점이 보다 낮은 용매가 사용되는 경우 실제적으로 프린팅 종료 후 몇초 내에 노즐이 건조되는 것으로 밝혀졌으므로, 상기한 한계가 설정되었다. 프린팅 종료후 기간이 약 10초 이상이 되자마자, 적합한 기술적 조치(프린팅 헤드를 스탠바이 위치로 이동시키고, 노즐을 캡에 의해 기계적으로 폐쇄하는 등의 조치)에 의해 건조를 예방할 수 있다.
따라서, 비점이 140 내지 200℃인 하나 이상의 용매를 사용하는 것은 본 발명에 따르는 효과를 달성하는 데 있어서 중요하다.
벤질계 CH2 또는 CH 그룹을 함유하는 용매를 사용하는 경우, 수득된 용액 또 는 분산액은 안정성이 극도로 낮고 산업적 대량 생산을 하기에 부적합하다. 이러한 점에서, WO 00/59267에 추천된 용매의 일부(예: 테트랄린, 도데실벤젠, 큐멘 및 추가의 유사한 용매)는 상술한 문제를 해결하는 데 도움이 되지 않는다. 예를 들면, PPV 유도체의 테트랄린 용액은 수주 내에(보호 가스하에 일광의 부재하에 저장함에도 불구하고) 특성의 현저한 변화(점도 감소, 중합체 분자량 감소, PLED 디스플레이의 제조시 소자 특성의 불량)를 일으키는 것으로 밝혀졌다(참조: 실시예 2). 유사한 결과가, 특히, 큐멘, 2-부틸벤젠 및 n-부틸벤젠을 사용하는 경우 수득된다.
따라서, 측쇄 그룹에 이러한 그룹을 갖는 용매로 인해 특성이 현저하게 불량해지기 때문에, 이러한 용매의 사용 또는 동반 사용은 바람직하지 않다.
다수의 방향족 메틸 그룹 또는 하나 이상의 3급-부틸 그룹을 갖는 용매를 사용하면, 다수의 중합체성 반도체가 이러한 용매 중의 용해도가 불량한 것으로 밝혀져 있는 한은, 문제를 일으키는 것으로 밝혀졌다. 이는 실시예 3에 나타내었다.
당연히, 이러한 개론 및 연구가 이해될 수는 없지만, 이러한 경향은 명백하게 확인할 수 있다. 본 발명이 불필요하게 실행하기 어려워지지 않도록, 2개 이상의 메틸 그룹 또는 하나 이상의 3급-부틸 그룹을 갖는 벤젠계 용매는 본 발명의 목적상 배제한다.
이러한 물리화학적으로 실제적인 양태는 우선 본 발명이 근간으로 하는 문제를 해결하고 두번째로 상기 선행 문헌 및 WO 00/59267의 해법으로부터의 기술적으로 의미 있는 세부 양태를 제공한다.
특히, 비점이 140 내지 200℃인 다음 용매가 본 발명의 용액용으로 적합하다. 이들 용매는, 특히, 치환 또는 비치환 크실렌 유도체, 디-C1-C2-알킬포름아미드, 치환 또는 비치환 아니솔, 추가의 페놀 에테르 유도체, 치환된 헤테로사이클(예: 치환된 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피롤리디논), 치환 또는 비치환 N,N-디-C1-C2-알킬아닐린 및 추가의 불소화 또는 염화 방향족 화합물이다.
*다음 표에 열거된 비점이 140 내지 200℃인 용매가 특히 바람직하다.
상기 표에 열거된 용매가 완전한 것으로 청구되지는 않는다. 본 발명에 따르는 용액 또는 분산액의 제조는, 본원에 명시적으로 언급하지는 않았지만 지정된 범위 내의 비점을 갖는 추가의 용매를 발명적 요소를 필요로 하지 않으면서 사용하여, 당해 분야의 숙련가에 의해 용이하게 자연스럽게 수행될 수 있다.
그러나, 예를 들면, 순수한 지방족 용매(종종 용해성 또는 분산성 결여), 알데히드- 또는 케톤-함유 용매 + 질산화 방향족, 인 함유 용매(용액 또는 분산액의 안정성 결여) 및 스티렌 유도체 또는 기타 반응성 올레핀(용매의 중합 경향)을 사용하는 것은 유리하지 않은 것으로 밝혀졌다.
비점이 140℃ 미만인 다수의 용매가 본 발명의 용액용으로 적합하다.
비점이 140℃ 미만인 용매가 본 발명에 따라 사용되는 경우, 비점이 140 내지 200℃인 용매(지방족, 올레핀, 알데히드, 케톤, 니트로 및 인 화합물은 제외)에 대해 위에서 언급한 제한이 다시 한번 적용된다. 추가로, 매우 낮은 비점은 용매 혼합물을 사용한다 하더라도 문제 1을 해결하기 어려워지기 때문에 권장되지 않는다.
따라서, 본 발명의 용액 또는 분산액에서 비점이 100℃ 이상이고 140℃ 미만인 용매들만을 사용하는 것도 바람직하다.
실질적으로 이와 같이 바람직한 범위로 경계지워진 추가의 기술적 제한은, 발암성인 것으로 입증된 고도의 유독성 용매(들), 예를 들면, 클로로포름(비점: 약 61℃), 테트라클로로메탄(비점: 약 77℃) 및 벤젠(비점: 약 80℃)을 배제하는 것이다.
비점이 140℃ 미만인 다음 용매들이 본 발명의 용액용으로 적합하다.
이들은, 특히, 불소화 또는 염소화 방향족 또는 헤테로방향족 용매, 예를 들면, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 피리딘 유도체, 및 에테르 및 사이클릭 에테르의 유도체이다.
유기 반도체, 특히 중합체성 유기 반도체에 대한 용매 또는 분산 특성이 우수한, 다음 표에 제시된 비점이 140℃ 미만인 소정의 용매들이 특히 매우 바람직하다.
상기 표에 기재된 용매들은 당연히 제한이 아니라, 의미 있는 기술적 조언으로 간주되어야 한다. 또한, 본 발명의 용액 및 분산액용으로 바람직한 특성(몇가지만 거명하자면, 용해도, 비점, 혼화성)을 가질 수도 있는 추가의 용매를 사용할 수도 있음은 자명하다.
o-크실렌, 2,6-루티딘, 2-플루오로-m-크실렌, 3-플루오로-o-크실렌, 2-클로 로벤조트리플루오라이드, 디메틸포름아미드, 2-클로로-6-플루오로톨루엔, 2-플루오로아니솔, 아니솔, 2,3-디메틸피라진, 4-플루오로아니솔, 3-플루오로아니솔, 3-트리플루오로메틸아니솔, 2-메틸아니솔, 페네톨, 4-메틸아니솔, 3-메틸아니솔, 4-플루오로-3-메틸아니솔, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로베라트롤, 2,6-디메틸아니솔, 3-플루오로벤조니트릴, 2,5-디메틸아니솔, 2,4-디메틸아니솔, 벤조니트릴, 3,5-디메틸아니솔, N,N-디메틸아닐린, 1-플루오로-3,5-디메톡시벤젠 및 N-메틸피롤리디논으로부터 선택된 하나 이상의 용매를 포함하는 용액 또는 분산액이 바람직하다.
또한, 3-플루오로벤조트리플루오라이드, 벤조트리플루오라이드, 디옥산, 트리플루오로메톡시벤젠, 4-플루오로벤조트리플루오라이드, 3-플루오로피리딘, 톨루엔, 2-플루오로톨루엔, 2-플루오로벤조트리플루오라이드, 3-플루오로톨루엔, 피리딘, 4-플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로톨루엔, 1-클로로-2,4-디플루오로벤젠, 2-플루오로피리딘, 3-클로로플루오로벤젠, 1-클로로-2,5-디플루오로벤젠, 4-클로로플루오로벤젠, 클로로벤젠, 2-클로로플루오로벤젠, p-크실렌 및 m-크실렌으로부터 선택된 하나 이상의 용매를 포함하는 본 발명에 따르는 용액 또는 분산액도 바람직하다.
본 발명의 용액 및 분산액의 바람직한 양태에서, 이들은 부분적으로 건조되는 경우 점도가 증가하여 매우 신속하게 겔화된다(농축된다).
이러한 효과는 중합체성 유기 반도체 용액의 경우 특히 바람직하게 사용된다.
이러한 맥락에서, "매우 신속"이라는 용어는, 간단한 물리적 법칙을 그대로 준행하는 것보다 신속함을 의미한다. 따라서, 점도 η및 농도 c 간에는 수학식 1로 나타낸 바와 같은 관계가 성립되며, 이는 종종 중합체 용액에 적용된다.
이는, 농도를 2배로 하면 점도가 약 10배 증가함을 나타낸다. 특정 지점 이상에서, 용액은 겔이 된다. 즉, 더 이상 유동 특성을 갖지 않는다.
따라서, "매우 신속"이라는 용어는, 프린팅된 필름이 부분적으로 건조됨에 따라 농도가 2배가 되는 경우, 용매 중의 용액의 경우에서 일반적으로 일어나는 경우보다 점도가 10배 이상 증가됨을 의미한다.
이는 놀랍게도, 바람직한 양태에서 본 발명의 용액의 경우 발견될 수 있다.
중합체성 유기 반도체가 용해될 수 있는 둘 이상의 용매의 혼합물이 준비되는 경우, 과비례적 증가를 달성하려면 통상 다음 선결조건이 충족되어야 한다:
- 용매 1(저비점) 중의 중합체 용액의 점도는 용매 2 중의 중합체 용액의 점도 이하이다.
- 혼합물의 농축시, 혼합물은 용매 2에 다량 함유된다. 이는 농축 효과 뿐만 아니라 (고유) 점도가 보다 높은 용액으로의 전환에 기인한다.
본 발명에 따르는 바람직한 용액의 이점은, 상술한 문제 2 내지 5가 이러한 방법으로 아주 잘 해결될 수 있다는 점이다.
이어서, 추가의 바람직한 양태는, 3가지 이상의 상이한 용매를 포함하는 용액의 용도를 제공한다. 바로 위에서 언급된 "매우 신속"한 증점제는 이러한 방식으로 추가로 증가될 수 있다.
그러므로, 본 발명은, 3가지 이상의 상이한 용매가 사용됨을 특징으로 하는, 본 발명에 따르는 용액 또는 분산액을 제공한다.
이 경우, 비점이 상이한 3가지 용매를 사용하는 것이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.
비교적 비점이 낮은 용매 A(100 내지 150℃), 비점이 중간인 또 다른 용매 B(130 내지 180℃) 및 비점이 높은 용매 C( 170℃ 이상, 200℃ 미만)를 사용하는 것이 유리하다.
이어서, 용액 또는 분산액은 용매들의 마지막에 점도가 매우 증가되거나 심지어 겔화되어야 한다. 이어서, 용액이 농축되는 경우, 점도가 극도로 신속하게 증가한다.
2가지 용매를 사용하는 경우와 같이, 이 경우, 용매의 (용적) 비는 광범위하게 변할 수 있다.
A: 1 내지 70%, 바람직하게는 10 내지 70%;
B: 1 내지 90%, 바람직하게는 10 내지 70%; 및
C: 1 내지 60%, 바람직하게는 10 내지 50%.
물론, 당해 용매 혼합물의 총%는 항상 100%이다.
3가지 이상의 용매의 용매 혼합물의 경우, 용매의 하나는 한 양태에서 유기 가 아닐 수 있으며, 바람직하게는 물일 수 있다. 그러나, 이러한 추가의 비유기 용매, 바람직하게는 물은 단지 소량으로만 사용된다. 물이 사용되는 경우, 증발되지 않는 용매의 단순한 잔여 수분은 용액 또는 분산액의 특성을 변경시키기에 충분할 수 있다.
본 명세서 및 후술되는 추가의 실시예에서, 본 발명에 따르는 용액 또는 분산액의 조성 또는 용도는 대체로 중합체성 발광 다이오드 및 이에 상응하는 디스플레이를 목적으로 한다. 명세서의 이러한 제한에도 불구하고, 당해 분야의 숙련가는, 추가의 발명적 요소를 필요로 하지 않으면서, 기타 소자, 예를 들어 몇가지 용품을 거명하자면, 유기 집적 회로(O-IC), 유기 장 효과 트랜지스터(OFET), 유기 박막 트랜지스터(OTFT), 유기 태양 전지(O-SC) 또는 유기 레이저 다이오드(O 레이저)용으로 본 발명에 따르는 용액 또는 분산액을 용이하게 제조하고 사용할 수 있다.
본 발명은 이에 제한되지 않으면서 다음 실시예에 의해 예시된다. 후술되는 명세서 및 실시예를 기준으로 하여, 당해 분야의 숙련가는, 어떠한 발명적 요소 없이, 본 발명에 따르는 추가의 용액 또는 분산액을 제조하고 이들을 사용하여 이로부터 층들을 제조할 수 있다.
본 발명의 용액 또는 분산액에 의해 제조된 층은 지금까지 기술된 것에 비해 개선된 형태학적 특성을 나타낸다. 특히, 층의 균일성, 예를 들면, 유기 반도체의 배합물 또는 혼합물을 사용하는 경우, 피복된 표면(예: 개개의 화소)에 대한 층 두께의 일관성 및 핀-홀(미시적 크기임에도 불구하고 치명적 소자 손상을 일으 킬 수도 있는 반도체 층에서의 미시적 홀)로부터의 자유도가 본 발명의 용액 및 분산액의 개선된 용도 특성에 의해 현저하게 개선된다.
실시예 1: 비교 실시예: 테트랄린 중의 용액을 사용하는 필름 형성 및 소자 특성
문제 1(프린팅 헤드에서 용액의 과도한 급속 건조)을 해결할 수 있는 단 하나의 용매, 예를 들면, 테트랄린을 사용하는 경우 필름 형성시 문제 3 내지 5가 발생된다. 흡광 스펙트럼은 램버트-비어 법칙(E = εc d)을 적용함으로써 층 두께를 측정한다. 도 1은 치수가 3 x 3 cm인 유리 기판을 테트랄린 용액으로 스핀 피복함으로써 동일한 방식으로 제조된 2개의 폴리아릴렌-비닐렌 필름(중합체 A, 표 2 참조)의 흡광 스펙트럼을 도시한 것이다. 필름 두께는 단일 기판 상에서조차 2배로 변한다. 균일 필름을 수득하기 위해, 당해 필름은 12분 동안 스핀 피복기 상에 잔류하여 120℃에서 10분 동안 베이킹한다. 프린팅 공정에서, 건조가 느리면 위에서 제기된 어려움(문제 4)이 유발된다. 건조 시간이 김에도 불구하고, 잔여 용매 함량이 높아서, 테트랄린으로부터 제조된 중합체성 발광 다이오드의 효율은 아니솔/o-크실렌(용적: 용적 비 1:1)으로부터 제조된 것에 미치지 못하였다(도 2 참조).
실시예 2: 비교 실시예: 중합체 용액의 저장 안정성
*테트랄린 중의 중합체 A의 용액(용액 1)
큐멘 중의 중합체 A의 용액(용액 2)
아니솔/o-크실렌(용적: 용적 비 = 1:1) 중의 중합체 A의 용액(용액 3)
(주: 중합체 A; 참조 - 실시예 3 아래의 표 4)
용액들은 모두 병행해서 동일한 방식으로 제조한다. 이러한 목적에 맞게, 고체 중합체(약 7.5g/l)를 보호 기체하에 약 30시간 동안 약 65℃에서 용해하고 여과한 다음, 기밀하게 밀폐된 컨테이너 속에 저장한다.
용액의 특성은 여과 직후(용액 1, 2, 3)와 90일 후(용액 1a, 2a, 3a)에 조사한다.
수득된 결과는 표 1 에 요약하였다.
상이한 용매 중의 다양한 중합체 용액의 저장 안정성의 비교 | ||||
용액 | 40s-1에서의 점도 [mPa.s] | 분자량 Mw, Mn (/1000) [μ] | 필름 제조시의 층 두께 [nm] | 전기발광 최대 효율[Cd/A]; 100Cd/m2에서의 전압[V] |
1 | 13.0 | 340,200 | 75 | 6.5Cd/A ; 3.5V |
1a | 8.9 | 210,100 | 45 | 4.5Cd/A ; 4.2V |
2 | 12.5 | 330,210 | 75 | 8.5Cd/A ; 3.3V |
2a | 7.5 | 200,90 | 40 | 4.2Cd/A ; 3.9V |
3 | 12.0 | 370,210 | 75 | 10.5d/A ; 3.2V |
3a | 11.9 | 375,210 | 75 | 10.7d/A ; 3.4V |
테트랄린(1,1a) 및 큐멘(2,2a) 중의 용액은 단지 낮은 저장 안정성만을 나타낸다. 각각의 경우 사용 특성이 급격하게 취약해지고 중합체의 직접 분해도 관찰됨이 명백하다.
이러한 결과는, 당해 분야의 숙련가에게 통상적인 바와 같이, 용매가 건조(Li4H)되어 과산화물 및 케톤이 제거되고 충전탑을 통해 증류된 다음 보호 가스하에 저장됨에도 불구하고, 각각의 용매 중의 소량의 과산화물에 기인하는 것으로 추정될 수 있다. 그러나, 테트랄린의 GC/MS 분석은, 거의 유사한 양의 테트랄론 및 테트랄올이 정제 전과 정제후에 존재함을 보여준다. 안타깝게도, 테트랄린 과산화물에 관한 상황과 유사한 것으로 추정된다.
반대로, 본 발명에 따르는 용매 혼합물(용액 3, 3a)은 이러한 분해 징후를 전혀 나타내지 않는다. 또한, PLED에서 사용되는 경우 주요 사용 특성(효율 및 전압)은 현저히 우수하다.
실시예 3: 비교 실시예: 다양한 용매 중의 2가지 공액 중합체의 용해도
실시예 2에서와 유사한 방법을 사용하여, 다양한 용액(이 경우의 농도: 약 5g/l)을 제조하고, 이 경우, 용액 조도를 직접 측정한다.
결과는 표 2 에 요약하였다. 중합체 A의 경우, 각각의 겔 곡선(온도의 함수로서의 점도)도 또한 각각의 거동을 보다 잘 설명하기 위해 도 3에 도시하였다.
용매 | 용액 거동 중합체 A | 용액 거동 중합체 B |
1,2,3-트리메틸벤젠 | 겔 형성 (30℃ 미만) | 겔 형성 (약 35℃) |
1,2,4-트리메틸벤젠 | 겔 형성 (약 38℃) | 겔 형성 (약 38℃) |
메시틸렌 | 겔 형성 (58℃ 미만) | 겔 형성 (45℃ 미만) |
3급-부틸벤젠 | 겔 형성 (44℃ 미만) | 겔 형성 (약 25℃) |
1,2,3,5-테트라메틸벤젠 | 겔 형성 (60℃ 미만) | 겔 형성 (50℃ 미만) |
아니솔 | 겔 형성되지 않음* | 겔 형성되지 않음* |
o-크실렌 | 겔 형성되지 않음* | 겔 형성되지 않음* |
톨루엔 | 겔 형성되지 않음* | 겔 형성되지 않음* |
4-메틸아니솔 | 겔 형성되지 않음* | 겔 형성되지 않음* |
* 0℃ 이하에서 겔 형성이 관찰되지 않음; 중합체 A : WO 99/24526에 기재된 바와 같은 PPV 유도체, 중합체: 폴리[2-(3',4'-비스(2-메틸프로필옥시)페닐)-p-페닐렌비닐렌)코(2-(3',4'-비스(2-메틸부틸옥시))페닐)-5-메톡시-p-페닐렌비닐렌)코((2-(2,5-디메틸페닐)-5-메톡시-p-페닐렌비닐렌]; Mw 약 1,000,000, Mn 약 310,000, 도 3 참조; 중합체 B : WO 00/22026에 기재된 바와 같은 PF 유도체; 구조 P2의 중합체 9-(4-(3,7-디메틸옥틸옥시)페닐)-9-(2,5-디메틸페닐)플루오렌-2,7-비스보론산 비스글리콜 에스테르, 2,7-디브로모-9-(2,5-디메틸페닐)-9-(4-(3,7-디메틸옥틸옥시)페닐)플루오렌 및 1몰%의 4,4'-디브로모트리페닐아민과의 공중합체, 분자량은 현저하게 증가하기는 하지만 다음과 같이 나타낼 수 있다: Mw 약 720,000, Mn 약 270,000 |
다양한 트리메틸벤젠 및 테트라메틸벤젠은 3급-부틸벤젠과 마찬가지로 중합체 A 및 B에 대한 용매로서 불량하게 작용함을 확실히 볼 수 있다 (도 3). 반대로, 본 발명의 용매 혼합물을 사용하여 제조한 용매는 이러한 부작용을 나타내지 않았다.
실시예 4: 본 발명에 따르는 다수의 용액의 건조
다양한 용매 또는 용매 혼합물 중의 중합체 A의 용액 여러가지를 제조한다. 당해 용액들의 제조는 실시예 2에 기재된 바와 유사한 방법을 사용하여 수행한다. 용액의 농도는 각각의 경우 약 9g/l이다. 당해 용액은, 용액의 기본 점도가 각각의 경우 거의 동일(40s-1의 전단속도에서 약 8 내지 15mPa.s)하도록 조절된다. 이어서, 용매 분획을 이들 각각의 용액으로부터 제거하고, 새로운 농도(2벌; UV/VIS로 1회 측정, 제거된 함량의 용매를 통해 산술적으로 1회 측정) 및 관련 점도를 후속적으로 측정한다. 관측된 점도 변화는 도 4에 도시하였다.
다음 용매 중의 용액을 제조한다:
용액 4: 아니솔
용액 5: 아니솔: o-크실렌(용적:용적 비 = 1:2)
용액 6: 2,5-디메틸아니솔:아니솔:o-크실렌(용적:용적:용적 비 = 20:25:55)
용액 7: 2,5-디메틸아니솔:4-메틸아니솔:o-크실렌(용적:용적:용적 비 = 10:60:30)
본 발명에 따르는 용액 5 및 보다 바람직하게는 본 발명에 따르는 용액 6 및 7은 단지 한 용매만을 함유하는 용액 4에 비해 현저하게 보다 신속하게 점도가 증가함을 나타냄을 명백하게 알 수 있다(도 4 참조).
이는, 명세서에 기재된 바와 같이, 문제 3 내지 5에 대한 기술적 해법을 제공하기 위한 중요한 특성이다.
실시예 5: 중합체 혼합물을 함유하는 본 발명에 따르는 용액의 건조
*총 중합체 농도가 9g/l인 2,5-디메틸아니솔:아니솔:o-크실렌의 용매 혼합물(용적:용적:용적 비 = 20:25:55) 중의 상술한 중합체 B 및 A(중합체 B: 중합체 A = 95:5(질량:질량 비)의 용액(용액 8)을 제조한다. 이 용액은 실시예 2에 기재된 바와 유사한 방법에 의해 제조한다.
이어서, 2가지 상이한 시험을 수행하여 당해 중합체 배합물의 건조 방식을 평가한다:
- 우선, 융합 실리카 판을 상술한 배합물로 스핀 피복에 의해 피복한다. 육안으로, 각각의 경우 제조된 필름은 투명하고 인지될만한 구조를 전혀 갖지 않는다. PL 스펙트럼은 또한 4가지 상이한 시료 각각에 대해 5군데의 상이한 지점에서 기록하였다. 이들 각각은 동일한 PL 스펙트럼을 나타낸다(중합체 A의 것).
- 용액 몇 방울(5 내지 10㎕)을 후속적으로 유리 지지체에 적용하며, 이들의 건조는 편광 현미경하에 수행한다. 여기서, 상분리는 전혀 관찰되지 않는다.
실시예 6: 시험 목적에 맞도록 PLED를 제조하는 표준 방법
LED는 후술되는 일반적인 방법에 의해 제조한다. 물론, 이는, 각각의 경우 특정한 환경(예: 중합체 점도 및 소자 중의 중합체의 최적 층 두께)을 고려하여 조정되어야 한다. 일반적으로, 2층 시스템, 즉 기판/ITO/전도성 중합체/발광 중합체/음극이 제조된다.
ITO-피복된 기판(예: 유리 지지체, PET 필름, 또는 액티브 매트릭스 구동용 인쇄 회로를 함유하는 복합 기판)을 정확한 크기로 절단한 후, 세정이 미리 이루어지지 않은 경우, 여러 세정 단계(예: 비누액, 밀리포어 수, 이소프로판올)로 초음파 욕에서 세정한다. 이들을 N2 건으로 취입 건조시키고, 건조기에서 저장한다. 중합체 층으로 피복시키기 전에, 이들을 약 20분 동안 오존 플라즈마 장치 속에서 처리한다.
각각의 중합체의 적합한 용액 또는 분산액을 스핀 피복기에 의해 도포하거나 프린팅 방법(예: IJP)에 의해 도포한다. 당해 피복방법은 바람직하게 사용하여, 당해 전도성 중합체 층의 두께가 20 내지 200nm의 범위가 되고, 발광 중합체 층의 두께가 50 내지 100nm의 범위가 되도록 한다.
전극은 또한 중합체 필름에도 적용한다. 이는 일반적으로 열적 증착(Balzer BA360 또는 Pfeiffer PLS 500)에 의해 성취한다. 후속적으로, 투명한 ITO 전극을 양극으로서 접속시키고, 금속 전극(예: Ca, Yb, Ba, 또는 다수의 층으로 이루어진 전극)을 음극으로서 접속시키며, 소자 파라미터를 측정한다. 적합한 전압을 적용하면, 양극으로부터의 양공 및 음극으로부터의 전자가 소자 내로 사출되며, 이는 소자에서 만나서 여기 상태를 생성한다. 이는, 빛의 방출시 낮은 에너지 상태로 복귀될 수 있다. 이러한 빛은 투명한 양극을 통해 방사된다.
도 1은 치수가 3 x 3 cm인 유리 기판을 테트랄린 용액으로 스핀 피복함으로써 동일한 방식으로 제조된 2개의 폴리아릴렌-비닐렌 필름(중합체 A, 표 2 참조)의 흡광 스펙트럼을 도시한 것이다.
건조 시간이 김에도 불구하고, 잔여 용매 함량이 높아서, 테트랄린으로부터 제조된 중합체성 발광 다이오드의 효율은 아니솔/o-크실렌(용적: 용적 비 1:1)으로부터 제조된 것에 미치지 못하였다(도 2 참조).
중합체 A의 경우, 각각의 겔 곡선(온도의 함수로서의 점도)도 또한 각각의 거동을 보다 잘 설명하기 위해 도 3에 도시하였다.
본 발명에 따르는 용액 5 및 보다 바람직하게는 본 발명에 따르는 용액 6 및 7은 단지 한 용매만을 함유하는 용액 4에 비해 현저하게 보다 신속하게 점도가 증가함을 나타냄을 명백하게 알 수 있다(도 4 참조).
Claims (23)
- (A) 각각의 용매 자체의 비점이 200℃ 미만이고 융점이 15℃ 이하이고,(B) 용매 중의 하나 이상의 비점이 140℃보다 높고 200℃보다 낮은 범위이고,(C) 사용된 용매가 벤질성 CH2 또는 CH 그룹을 갖지 않고,(D) 사용된 용매가 3급-부틸 치환체 또는 둘 초과의 메틸 치환체를 함유하는 벤젠 유도체가 아니고,(E) 상기 용매들의 비점의 차이가 10℃ 초과인 것을 특징으로 하는, 2가지 이상의 상이한 유기 용매의 용매 혼합물 중의 유기 반도체의 용액 또는 분산액으로서,상기 유기 반도체는 고체로서 또는 고화된 층으로서, 0.1 내지 4eV 범위에서 전도대와 원자가대 사이의 에너지 갭을 갖는, 유기 화합물 또는 유기 금속 화합물이고;상기 용액 또는 분산액이 유기 반도체 0.25 내지 10중량%를 함유하고; 및상기 용액 또는 분산액이 비점이 100℃ 이상인 용매만을 포함하는 용액 또는 분산액.
- 제1항에 있어서, 용액 상태로 존재함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제1항에 있어서, 분산액 상태로 존재함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제1항에 있어서, 유기 반도체가 중합체성 유기 반도체임을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제4항에 있어서, 용액 상태로 존재함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 가용성 폴리-p-아릴렌-비닐렌(PAV)임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 가용성 폴리플루오렌(PF)임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 가용성 폴리스피로비플루오렌(PSF)임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 가용성 폴리-파라-페닐렌(PPP)임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 치환된 가용성 폴리티오펜(PT)임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 치환된 가용성 폴리피리딘(PPy)임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 치환된 가용성 폴리피롤임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 가용성 폴리-p-아릴렌-비닐렌(PAV), 가용성 폴리플루오렌(PF), 가용성 폴리스피로비플루오렌(PSF), 가용성 폴리-파라-페닐렌(PPP), 치환된 가용성 폴리티오펜(PT), 치환된 가용성 폴리피리딘(PPy), 또는 치환된 가용성 폴리피롤 중에서의 중합체류 중의 둘 이상의 구조 단위를 포함하는 치환된 가용성 공중합체임을 특징으로 하는 용액.
- 제5항에 있어서, 사용된 중합체성 유기 반도체가 치환 또는 비치환 폴리비닐카바졸 또는 치환 또는 비치환 트리아릴아민 중합체임을 특징으로 하는 용액.
- 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상이한 비점을 갖는 용매들을 포함함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용매 혼합물이, o-크실렌, 2,6-루티딘, 2-플루오로-m-크실렌, 3-플루오로-o-크실렌, 2-클로로벤조트리플루오라이드, 디메틸포름아미드, 2-클로로-6-플루오로톨루엔, 2-플루오로아니솔, 아니솔, 2,3-디메틸피라진, 4-플루오로아니솔, 3-플루오로아니솔, 3-트리플루오로메틸아니솔, 2-메틸아니솔, 페네톨, 4-메틸아니솔, 3-메틸아니솔, 4-플루오로-3-메틸아니솔, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로베라트롤, 2,6-디메틸아니솔, 3-플루오로벤조니트릴, 2,5-디메틸아니솔, 2,4-디메틸아니솔, 벤조니트릴, 3,5-디메틸아니솔, N,N-디메틸아닐린, 1-플루오로-3,5-디메톡시벤젠 및 N-메틸피롤리디논으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 용매를 포함함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용매 혼합물이, 3-플루오로벤조트리플루오라이드, 벤조트리플루오라이드, 디옥산, 트리플루오로메톡시벤젠, 4-플루오로벤조트리플루오라이드, 3-플루오로피리딘, 톨루엔, 2-플루오로톨루엔, 2-플루오로벤조트리플루오라이드, 3-플루오로톨루엔, 피리딘, 4-플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로-톨루엔, 1-클로로-2,4-디플루오로벤젠, 2-플루오로피리딘, 3-클로로플루오로벤젠, 1-클로로-2,5-디플루오로벤젠, 4-클로로플루오로벤젠, 클로로벤젠, 2-클로로플루오로벤젠, p-크실렌 및 m-크실렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 용매를 포함함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 3가지 상이한 용매를 포함함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제18항에 있어서, 3가지 용매의 비점이 서로 상이함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 제18항에 있어서, 비점이 100 내지 150℃의 범위인 제1 용매, 비점이 130 내지 180℃의 범위인 제2 용매 및 비점이 170 내지 200℃ 미만의 범위인 제3 용매가 사용되고, 이들 용매가 서로 상이함을 특징으로 하는 용액 또는 분산액.
- 기판 상에 유기 반도체 층을 제조하기 위한, 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 따르는 용액 또는 분산액의 사용 방법.
- 프린팅 공정에 의해 도포되는 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 따르는 용액 또는 분산액을 사용하여 유기 반도체 층을 제조하는 방법.
- 제22항에 있어서, 프린팅 공정이 잉크젯 프린팅 공정(IJP)임을 특징으로 하는 방법.
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