用于有机电子学的纳米颗粒-导电聚合物复合材料制造技术

本文描述了纳米颗粒‑导电聚合物复合材料膜及其用途，例如在有机电子器件中的用途，所述复合材料膜包含具有符合本文描述的式(I)的重复单元的聚噻吩和一种或多种金属或类金属纳米颗粒。本公开还涉及一种或多种金属或类金属纳米颗粒在有机电子器件中提高光外耦合以导致效率提高、提高颜色饱和度以及提高颜色稳定性的用途。

Nanoparticle conductive polymer composites for organic electronics

This paper describes nano-particle/conductive polymer composite membranes and their applications, for example, in organic electronic devices. The composite membranes contain polythiophene and one or more metal or metal-like nanoparticles having repetitive units consistent with equation (I) described herein. The present disclosure also relates to the use of one or more metal or metal-like nanoparticles in organic electronic devices for enhancing optical coupling to lead to increased efficiency, enhanced color saturation, and improved color stability.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于有机电子学的纳米颗粒-导电聚合物复合材料
本公开涉及纳米颗粒-导电聚合物复合材料膜及其用途，例如在有机电子器件中的用途。
技术介绍
尽管在节能器件(举例来说，如基于有机物的有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、磷光有机发光二极管(PHOLED)和有机光伏器件(OPV))方面正在取得有利的进步，但是仍然需要进一步的改进以提供用于商业化的更好的材料加工和/或器件性能。例如，在现有技术的OLED器件中，使用多种材料(例如电致磷光和热激活延迟荧光(TADF)材料)，内量子效率接近100％。然而，由于波导效应引起的损失，没有光外耦合的OLED器件的外量子效率保持接近20％。高效率的OLED通常包括多个不同的层，每个层都被优化以实现整个器件的最佳效率。典型地，这样的OLED包括多层结构，其包括用于不同目的的多个层。典型的OLED器件组(stack)包括阳极、空穴传输层(HTL)、发射层(EML)、电子传输层(ETL)和阴极。任选地，可以在阳极和HTL之间设置空穴注入层(HIL)，或者可以在阴极和ETL之间设置电子注入层(EIL)。OLED发光材料通常具有大于1.7的折射率，其大体上高于大多数支撑基板的折射率(其通常在1.5左右)。当光从较高折射率介质传播到较低折射率介质时，根据Snell定律，相对于界面以大斜角传送的光束发生全内反射(TIR)。在典型的OLED器件中，在有机层(折射率约1.7)和基板(折射率约1.5)之间以及在基板(折射率约1.5)和空气(折射率1.0)之间发生TIR。在许多情况下，由于空气界面处的TIR、边缘发射、发射层或其他层内的耗散、器件的发射层或其他层(即传输层、注入层等)内的波导效应和其他效应，源自OLED中的发射层的大部分光不会溢出器件。由OLED产生和/或发射的光可以被描述为处于各种模式，例如“空气模式”(光将从器件的可视面发射，例如通过基板)或“波导模式”(由于波导效应，光被捕获在器件内)。具体模式可以相对于其中俘获光的一个或多个层来描述，例如“有机模式”(光被捕获在一个或多个有机层内)、“电极模式”(捕获在电极内)和“基板模式”或“玻璃模式”(捕获在基板内)。这些效应导致在器件内捕获光，并进一步降低光提取效率。在典型的OLED中，由发射层产生的至高50-60％的光可能以波导模式被捕获，因此不能离开该器件。另外，典型的OLED中由发光材料发射的至高20-30％的光可以保持在玻璃模式下。因此，典型的OLED的外耦合效率可能低至约20％。已经非常努力地通过多种技术来增强OLED的光外耦合效率。大多数光外耦合技术在OLED组的外部，例如基板表面改性、外部散射介质(例如微球、微透镜、光栅等)、光子晶体、微米和纳米腔、非周期介质镜等。然而，这些技术中许多会导致光谱失真和/或视角受限。对于控制空穴注入和传输层的性能，如溶解性、热/化学稳定性和电子能级(如HOMO和LUMO)，从而使化合物能够适应于不同的应用并与诸如发光层、光活性层和电极的不同化合物一起发挥作用，同时改善性质例如内部光外耦合以导致效率提高、提高颜色饱和度并减少发光和感色随视角的变化(例如在OLED中)的良好的平台系统具有持续的未得到解决的需求。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供具有导致效率提高的改善的光外耦合效应的有机电子器件。本专利技术的另一个目的是提供具有提高的颜色饱和度的有机电子器件。本专利技术的又一个目的是提供具有提高的颜色稳定性，即减少发光和感色随视角的变化的有机电子器件。因此，在第一方面，本公开涉及包括空穴携带膜的器件，所述空穴携带膜包括：(a)聚噻吩，其包含符合式(I)的重复单元其中R1和R2各自独立地是H、烷基、氟代烷基、烷氧基、芳氧基或–O-[Z-O]p-Re；其中Z是任选地卤化的亚烃基，p等于或大于1，且Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；和(b)一种或多种纳米颗粒，其中一种或多种纳米颗粒是金属或类金属纳米颗粒。在第二方面，本公开涉及一种或多种纳米颗粒增加包含本文描述的空穴携带膜的有机发光器件中的内部光外耦合的用途。在第三方面，本公开涉及一种或多种纳米颗粒增强包含本文描述的空穴携带膜的有机发光器件的颜色饱和度的用途。在第四方面，本公开涉及一种或多种纳米颗粒提高包含本文描述的空穴携带膜的有机发光器件的颜色稳定性的用途。为了容易理解本专利技术，下面列举本专利技术的基本特征和各种实施方案。1.一种包括空穴携带膜的器件，所述空穴携带膜包含：(a)聚噻吩，其包含符合式(I)的重复单元其中R1和R2各自独立地是H、烷基、氟代烷基、烷氧基、芳氧基或-O-[Z-O]p-Re；其中Z是任选地卤化的亚烃基，p等于或大于1，且Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；和(b)一种或多种纳米颗粒，其中一种或多种纳米颗粒是金属或类金属纳米颗粒。2.根据以上项目1所述的器件，其中R1和R2各自独立地是H、氟代烷基、-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re、-ORf；其中Ra、Rb、Rc和Rd每次出现时，各自独立地是H、卤素、烷基、氟代烷基或芳基；Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；p是1、2或3；且Rf是烷基、氟代烷基或芳基。3.根据以上项目1或2所述的器件，其中R1是H，且R2不是H。4.根据以上项目1或2所述的器件，其中R1和R2都不是H。5.根据以上项目4所述的器件，其中R1和R2各自独立地是-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re或-ORf。6.根据以上项目5所述的器件，其中R1和R2都是-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re。7.根据以上项目2-6中任一项所述的器件，其中Ra、Rb、Rc和Rd每次出现时，各自独立地是H、(C1-C8)烷基、(C1-C8)氟代烷基或苯基；且Re是(C1-C8)烷基、(C1-C8)氟代烷基或苯基。8.根据以上项目1-7中任一项所述的器件，其中聚噻吩包括选自以下的重复单元及其组合。9.根据以上项目1-8中任一项所述的器件，其中聚噻吩是磺化的。10.根据以上项目9所述的器件，其中聚噻吩是磺化的聚(3-MEET)。11.根据以上项目1-10中任一项所述的器件，其中基于重复单元的总重量，聚噻吩包含大于50重量％，通常大于80重量％，更通常大于90重量％，甚至更通常地大于95重量％的量的符合式(I)的重复单元。12.根据以上项目1-11中任一项所述的器件，其中一种或多种纳米颗粒是类金属纳米颗粒。13.根据以上项目12所述的器件，其中类金属纳米颗粒包括B2O3、B2O、SiO2、SiO、GeO2、GeO、As2O4、As2O3、As2O5、Sb2O3、TeO2、SnO2、SnO或其混合物。14.根据以上项目13所述的器件，其中类金属纳米颗粒包括SiO2。15.根据以上项目1-14中任一项所述的器件，其中一种或多种纳米颗粒包含一个或多个有机封端基团。16.根据以上项目1-15中任一项所述的器件，其中相对于纳米颗粒和掺杂或未掺杂的聚噻吩的合并重量，一种或多种纳米颗粒的量为1wt.％至98wt.％，通常约2wt.％至约95wt.％，更通常约5wt.％至约90wt.％，更加通常约10wt.％至约90wt.％。17.根据以上项目1-16中任一项所述的器件，其中空穴携带膜还包括包含一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括空穴携带膜的器件，所述空穴携带膜包含：(a)聚噻吩，其包含符合式(I)的重复单元

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.28 US 62/271,7431.一种包括空穴携带膜的器件，所述空穴携带膜包含：(a)聚噻吩，其包含符合式(I)的重复单元其中R1和R2各自独立地是H、烷基、氟代烷基、烷氧基、芳氧基或-O-[Z-O]p-Re；其中Z是任选地卤化的亚烃基，p等于或大于1，且Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；和(b)一种或多种纳米颗粒，其中一种或多种纳米颗粒是金属或类金属纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的器件，其中R1和R2各自独立地是H、氟代烷基、-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re、-ORf；其中Ra、Rb、Rc和Rd每次出现时，各自独立地是H、卤素、烷基、氟代烷基或芳基；Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；p是1、2或3；且Rf是烷基、氟代烷基或芳基。3.根据权利要求1或2所述的器件，其中R1是H，且R2不是H。4.根据权利要求1或2所述的器件，其中R1和R2都不是H。5.根据权利要求4所述的器件，其中R1和R2各自独立地是-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re或-ORf。6.根据权利要求5所述的器件，其中R1和R2都是-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re。7.根据权利要求2-6中任一项所述的器件，其中Ra、Rb、Rc和Rd每次出现时，各自独立地是H、(C1-C8)烷基、(C1-C8)氟代烷基或苯基；且Re是(C1-C8)烷基、(C1-C8)氟代烷基或苯基。8.根据权利要求1-7中任一项所述的器件，其中聚噻吩包括选自以下的重复单元及其组合。9.根据权利要求1-8中任一项所述的器件，其中聚噻吩是磺化的。10.根据权利要求9所述的器件，其中聚噻吩是磺化的聚(3-MEET)。11.根据权利要求1-10中任一项所述的器件，其中基于重复单元的总重量，聚噻吩包含大于50重量％，通常大于80重量％，更通常大于90重量％，甚至更通常地大于95重量％的量的符合式(I)的重复单元。12.根据权利要求1-11中任一项所述的器件，其中一种或多种纳米颗粒是类金属纳米颗粒。13.根据权利要求12所述的器件，其中类金属纳米颗粒包括B2O3、B2O、SiO2、SiO、GeO2、GeO、As2O4、As2O3、As2O5、Sb2O3、TeO2、SnO2、SnO或其混合物。14.根据权利要求13所述的器件，其中类金属纳米颗粒包括SiO2。15.根据权利要求1-14中任一项所述的器件，其中一种或多种纳米颗粒包含一个或多个有机封端基团。16.根据权利要求1-15中任一项所述的器件，其中相对于纳米颗粒和掺杂或未掺杂的聚噻吩的合并重量，一种或多种纳米颗粒的量为1wt.％至98wt.％，通常约2wt.％至约95wt.％，更通常约5wt.％至约90wt.％，更加通常约10wt.％至约90wt.％。17.根据权利要求1-16中任一项所述的器件，其中空穴携带膜还包括包含一个或多个酸性基团的合成聚合物。18.根据权利要求17所述的器件，其中合成聚合物是聚合酸，其包含一个或多个包含至少一个烷基或烷氧基的重复单元，其被至少一个氟原子和至少一个磺酸(-SO3H)部分取代，其中所述烷基或烷氧基任选地被至少一个醚键(-O-)基团中断。19.根据权利要求18所述的器件，其中聚合酸包含符合式(II)的重复单元和符合式(III)的重复单元其中R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11每次出现时，独立地是H、卤素、氟代烷基或全氟代烷基；且X是-[OC(RhRi)-C(RjRk)]q-O-[CRlRm]z-SO3H，其中Rh、Ri、Rj、Rk、Rl和Rm每次出现时，独立地是H、卤素、氟代烷基或全氟代烷基；q是0至10；且z是1-5。20.根据权利要求17所述的器件，其中合成聚合物是聚醚砜，其包含一个或多个包含至少一个磺酸(-SO3H)部分的重复单元。21.根据权利要求20所述的器件，其中聚醚砜包含符合式(IV)的重复单元和选自符合式(V)的重复单元和符合式(VI)的重复单元的重复单元其中R12-R20各自独立地是H、卤素、烷基或SO3H，条件是R12-R20的至少一个是SO3H；且其中R21-R28各自独立地是H、卤素、烷基或SO3H，条件是R21-R28的至少一个是SO3H，且R29和R30各自是H或烷基。22.根据权利要求1-21中任一项所述的器件，其中空穴携带膜还包含聚(苯乙烯)或聚(苯乙烯)衍生物。23.根据权利要求1-22中任一项所述的器件，其中空穴携带膜还包含一种或多种胺化合物。24.根据权利要求1-23中任一项所述的器件，其中器件是OLED、OPV、晶体管、电容器、传感器、换能器、药物释放器件、电致变色器件或电池器件。25.一种或多种纳米颗粒增加包含空穴携带膜的有机发光器件中的内部光外耦合的用途，其中空穴携带膜包含聚噻吩，其包含符合式(I)的重复单元其中R1和R2各自独立地是H、烷基、氟代烷基、烷氧基、芳氧基或-O-[Z-O]p-Re；其中Z是任选地卤化的亚烃基，p等于或大于1，且Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；且其中一种或多种纳米颗粒是金属或类金属纳米颗粒。26.一种或多种纳米颗粒增强包含空穴携带膜的有机发光器件的颜色饱和度的用途，其中空穴携带膜包含聚噻吩，其包含符合式(I)的重复单元其中R1和R2各自独立地是H、烷基、氟代烷基、烷氧基、芳氧基或-O-[Z-O]p-Re；其中Z是任选地卤化的亚烃基，p等于或大于1，且Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；且其中一种或多种纳米颗粒是金属或类金属纳米颗粒。27.一种或多种纳米颗粒提高包含空穴携带膜的有机发光器件的颜色稳定性的用途，其中空穴携带膜包含聚噻吩，其包含符合式(I)的重复单元其中R1和R2各自独立地是H、烷基、氟代烷基、烷氧基、芳氧基或-O-[Z-O]p-Re；其中Z是任选地卤化的亚烃基，p等于或大于1，且Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；且其中一种或多种纳米颗粒是金属或类金属纳米颗粒。28.根据权利要求25-27中任一项所述的用途，其中R1和R2各自独立地是H、氟代烷基、-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re、-ORf；其中Ra、Rb、Rc和Rd每次出现时，各自独立地是H、卤素、烷基、氟代烷基或芳基；Re是H、烷基、氟代烷基或芳基；p是1、2或3；且Rf是烷基、氟代烷基或芳基。29.根据权利要求25-28中任一项所述的用途，其中R1是H且R2不是H。30.根据权利要求25-28中任一项所述的用途，其中R1和R2都不是H。31.根据权利要求30所述的用途，其中R1和R2各自独立地是-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re或-ORf。32.根据权利要求31所述的用途，其中R1和R2都是-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Re。33.根据权利要求28-32中任一项所述的用途，其中Ra、Rb、Rc和Rd每次出现时，各自独立地是H、(C1-C8)烷基、(C1-C8)氟代烷基或苯基；且Re是(C1-C8)烷基、(C1-C8)氟代烷基或苯基。34.根据权利要求25-33中任一项所述的用途，其中聚噻吩包括选自以下的重复单元及其组合。35.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·西姆斯，谢尔盖·B·利，O·高丁，M·潘诺，E·谢娜，
申请(专利权)人：日产化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP