定义
“牛顿行为”这一术语系指在其它成分不存在下,对于在所涉及 介质中可高达2wt%的浓度来说,在1~80s-1的剪切速度范围内,以递 增剪切速度测定的、变异率不大于10%的粘度。
“非牛顿行为”这一术语系指在其它成分不存在下,对于在所涉 及介质中低于2wt%的浓度来说,在1~80s-1的剪切速度范围内,以递 增剪切速度测定的、变异率大于10%的粘度。
“烷氧基”这一术语系指在该烷氧基基团中每一个
碳原子数目可 能的一切变种,即三个碳原子的正丙基和异丙基,四个碳原子的正丁 基、异丁基和叔丁基,五个碳原子的正戊基、1,1-二甲基丙基、2,2-二 甲基丙基和2-甲基丁基等。
“氧亚烷氧基”这一术语系指由一个亚烷基连接的两个氧原子。 亚烷基是一种有取代或无取代的烃基,例如-(CH2)n-基团,式中n是一 个1~5的整数,该基团可以有烷氧基、芳氧基、烷基、芳基、烷芳基、 烷氧烷基、烷氧烷芳基、烷氧芳基、羟基、羧基、羧烷基、羧
氨基、 磺基或烷磺基取代。
与一种特定聚合物联系在一起使用的“衍生物”这一术语系指其 有烷基、烷氧基、烷氧烷基、羧基、烷磺酸根合和羧酯基取代的变种。
“水介质”这一术语系指一种完全由水组成的介质,或一种由水 与一种或多种水可混溶有机溶剂的混合物组成的介质,该有机溶剂包 括诸如醇类,例如甲醇、
乙醇、2-丙醇、丁醇、异戊醇、辛醇、鲸蜡醇 等;二醇类,例如乙二醇;甘油;N-甲基吡咯烷酮;甲氧基丙醇;和 酮类,例如2-丙酮和2-丁酮等,其中有至少50vol%的水存在。
在公开本发明时使用的“导电层”这一术语包括导电性涂层和防 静电层两者。
“导电性”这一术语系指有106Ω/□以下的表面
电阻率。
“防静电”这一术语系指有在106~1011Ω/□范围内的表面电阻率, 意味着它无法用来作为电极。
“电导率增强”这一术语系指一种诸如通过与高沸点液体例如含 有二羟基或多羟基和/或羧基基团或者酰胺或内酰胺基团的有机化合物
接触来增强电导率的工艺,任选地随后在高温较好在100~250℃加热 1~90秒钟从而导致电导率提高。替而代之,在介电常数≥15的非质子 传递化合物例如N-甲基吡咯烷酮的情况下,可以使用100℃以下的温 度。这样的电导率增强是用聚噻吩观察到的,而且会在最外层的制备 期间或随后发生。用于此类处理的特别好的液体是N-甲基吡咯烷酮和 二甘醇,例如EP-A 686662和EP-A 1003179中所公开的。
在公开本发明时使用的“透明”这一术语系指具有使入射光的至 少70%透射而不使其散射的性能。
在公开本发明时使用的“半透明”这一术语系指允许光线通过, 但会使其散射,从而使物体变虚而不能清晰地看见。
涂布是一种形成一个连续或不连续层的工艺,而且包括印刷技 术,例如丝网印刷、胶版印刷和苯胺印刷。
在公开本发明时使用的“可挠曲”这一术语系指能跟随转鼓等弯 曲物质的
曲率而诸如不受损害。
“汇流条”这一术语系指施用到第1透明或半透明电极表面的至 少一部分上和施用到第2导电性电极表面的至少一部分上的一种高导 电性且一般含有金属散粒的电极。
本公开文书中使用的PEDOT代表聚(3,4-乙二氧基噻吩)。
本公开文书中使用的PSS代表聚(苯乙烯磺酸)或聚(苯乙烯磺 酸盐)。
本公开文书中使用的PET代表聚(对苯二
甲酸乙二醇酯)。
水基组合物
本发明的各种形态是用一种水基组合物实现的,该组合物含有一 种其中两个烷氧基基团可以相同或不同或合在一起代表一种任选地有 取代的氧亚烷氧基桥的3,4-二烷氧基噻吩的一种聚合物或共聚物、一种 聚阴离子和一种非牛顿粘结剂。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第一 种实施方案,该水基组合物的pH有≥4的值。
3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第二 种实施方案,3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物有通式
式中,R1和R2各自独立地代表氢或一个C1-4烷基基团或者合在一起代 表一种任选地有取代的C1-5亚烷基基团或一种亚环烷基基团。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第三 种实施方案,3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物是一种其中两个烷氧 基基团合在一起代表一种任选地有取代的氧亚烷氧基桥的3,4-二烷氧 基噻吩的聚合物或共聚物。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第四 种实施方案,3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物是一种其中两个烷氧 基基团合在一起代表一种任选地有取代的氧亚烷氧基桥的3,4-二烷氧 基噻吩的聚合物或共聚物,并选自下列组成的一组:聚(3,4-亚甲二氧 基噻吩),聚(3,4-亚甲二氧基噻吩)衍生物,聚(3,4-亚乙二氧基噻 吩),聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)衍生物,聚(3,4-亚丙二氧基噻吩), 聚(3,4-亚丙二氧基噻吩)衍生物,聚(3,4-亚丁二氧基噻吩)和聚(3,4- 亚丁二氧基噻吩)衍生物,及其共聚物。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第五 种实施方案,在3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物中,该氧亚烷氧基 桥的取代基是烷基、烷氧基、烷氧烷基、羧基、烷磺酸根合、芳磺酸 根合和羧酯基基团。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第六 种实施方案,在聚(3,4-二烷氧基噻吩)中,两个烷氧基基团合在一起 代表一种任选地有取代的氧亚烷氧基桥,即1,2-亚乙基、任选地有烷基 取代的亚甲基、任选地有C1-12烷基取代的1,2-亚乙基、任选地有苯基 取代的1,2-亚乙基、1,3-亚丙基或1,2-亚环己基。
这样的聚合物详见Handbook of Oligo-and Polythiophenes,Edited by D.Fichou,Wiley-VCH,Weinheim(1999);L.Groenendaal et al., Advanced Materials,volume 12,pages 481-494(2000);L.J.Kloeppner et al.,Polymer Preprints,volume 40(2),page 772(1999);P.Schottland et al.,Synthetic Metals,volume 101,pages 7-8(1999);和D.M.Welsh et al.,Polymer Preprints,volume 38(2),page 320(1997)。
聚阴离子
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第七 种实施方案,聚阴离子包括聚合物
羧酸的聚阴离子,例如聚丙烯酸、 聚甲基丙烯酸、或聚
马来酸、和聚磺酸例如聚(苯乙烯磺酸)。这些
聚羧酸和聚磺酸也可以是乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其它可聚合
单体 例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第八 种实施方案,该聚阴离子是聚(苯乙烯磺酸)的聚阴离子,或聚(苯 乙烯磺酸)与苯乙烯的共聚物的聚阴离子。
水可混溶有机溶剂
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第九 种实施方案,该水基组合物进一步含有一种水可混溶有机溶剂。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 种实施方案,该水基组合物进一步含有一种选自下列组成的一组的水 可混溶有机溶剂:醇类,酮类,环烷烃类,芳香族烃类,酯类,二醇 醚类,及其混合物。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 一种实施方案,该水基组合物进一步含有一种水可混溶有机溶剂,即 一种含有二羟基或多羟基和/或羧基基团或者酰胺或内酰胺基团的有机 化合物,例如糖醇类如山梨糖醇,甘露糖醇,
蔗糖和果糖,二甘醇, 1,2-丙二醇,丙二醇,N-甲基吡咯烷酮,或一种介电常数大于15的非 质子传递液体。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 二种实施方案,该水基组合物进一步含有一种选自下列组成的一组的 水可混溶有机溶剂:1,2-丙二醇,丙二醇,二甘醇,N-甲基吡咯烷酮, N,N-二甲基甲酰胺,N-甲基乙酰胺,四氢糖醇、N,N-二甲基乙酰胺, 甘油,己二醇,乙醇,和卡必醇乙酸酯。
特定水可混溶有机溶剂的适用性可以通过混合8g 1.2wt% PEDOT/PSS的水分散体与12g该水可混溶有机溶剂来评估。当观察到 无凝胶形成的可混溶性时,该非水溶剂就视为适用。四氢呋喃是可混 溶的,但该分散非常粘。按照以上可混溶性试验的适用性并不排除 PEDOT/PSS分散体用相同溶剂进一步稀释时的相分离,如同用四氢呋 喃观察到的。业内人士要理解的是,PEDOT/PSS分散体无法稀释到无 限程度而无相分离之可能性。
乳酸乙酯诱发凝胶形成,因而是不适用的。苄醇和糖醇产生相分 离,因而是不适用的。
非牛顿粘结剂
非牛顿粘结剂将导电层的各成分粘结在一起,并使低于2wt%浓度 的水溶液的粘度实质性增大。
在水溶液中显示出非牛顿行为的聚丙烯酸酯和聚糖是适合于在按 照本发明的水基组合物中使用的非牛顿粘结剂。能使水溶液的粘度实 质性增大的聚糖包括
纤维素、
纤维素衍生物例如
羧甲基纤维素、瓜
耳 胶和黄原酸胶。
非牛顿粘结剂和牛顿粘结剂的
流变学行为差异,从其溶液的粘度 对剪切速度的依赖性来看是显而易见的。表1给出了对于表1中的 1wt%CARBOPOLTM ETD 2623溶液-一种非牛顿聚丙烯酸盐粘结 剂、0.2wt%聚丙烯酸钠与NP 14-甲基丙烯酸盐的共聚物在MIROXTM TBN中的溶液-一种牛顿聚丙烯酸盐粘结剂在不同pH以及2wt% MIROXTM TBN溶液,使用一台AR1000板锥型流变计(直径4cm;锥
角2°)在20℃以递增剪切速度测定的、作为剪切速度的函数的粘度。
表1
本发明中使用的非牛顿粘结剂包括用一种聚链烯基聚醚交联的丙 烯酸的高分子量均聚物和共聚物例如B.F.Goodrich的
树脂如ETD 2623,和黄原酸胶例如美国Hercules公司 的S以及美国Merck公司Kelco分部的T。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 三种实施方案,该非牛顿粘结剂选自聚丙烯酸盐和聚糖组成的一组。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 四种实施方案,该非牛顿粘结剂是用一种聚链烯基聚醚交联的丙烯酸 的一种均聚物或共聚物。
牛顿粘结剂
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 五种实施方案,该水基组合物进一步含有一种牛顿粘结剂-见以上定 义。
按照本发明,向该水基组合物中添加该牛顿粘结剂可以改善非平 面结构上的涂布
质量。这样的粘结剂也可以但非实质性地提高水溶液 的粘度。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 六种实施方案,该牛顿粘结剂选自下列组成的一组:聚丙烯酸盐,羧 甲基纤维素,聚乙烯基吡咯烷酮,羟丙基纤维素,含羧酸根和磺酸基 的共聚物,羟基改性的丙烯酸共聚物,和聚乙烯醇。
一种适用的牛顿粘结剂是MIROXTM TBN,即德国克雷菲尔德 Stockhausen公司供应的丙烯酸钠与NP 14-甲基丙烯酸盐的一种共聚物 的20wt%水溶液。
颜料与染料
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 七种实施方案,该水基组合物进一步含有一种颜料或染料,以提供着 色的或非透明的水基组合物。透明的着色组合物可以通过掺入着色染 料或颜料例如罗丹明6G、
铜酞菁和酞菁颜料例如Blau BZG 即拜耳公司的一种蓝绿颜料来实现。
非透明组合物也可以通过以足以给出所涂布层厚中的非透明性的 重量掺入一种黑颜料例如拜耳公司的A-SF、Degussa公司的 KL 1925即一种碳黑分散体、和Mikuni公司的MHI Black 8102M即一 种碳黑分散体、或二氧化
钛颜料来实现。
交联剂
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 八种实施方案,该水基组合物进一步含有一种交联剂。
适用的交联剂是环氧基硅烷(例如3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅 烷)、列为本文的参考文献的EP 564911中公开的硅烷
水解产生(例 如四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷的水解产物)、和任选地呈嵌段形式 的二聚或低聚异氰酸酯。
消泡剂
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第十 九种实施方案,该水基组合物进一步含有一种消泡剂。
适用的消泡剂是硅酮消泡剂X50860A。
表面活性剂
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第二 十种实施方案,该水基组合物进一步含有一种表面活性剂。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第二 十一种实施方案,该水基组合物进一步含有一种阴离子型或非离子型 表面活性剂。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第二 十二种实施方案,该水基组合物进一步含有一种非离子型表面活性 剂。
按照本发明,按照制备导电层的方法中所用的水基组合物的第二 十三种实施方案,该水基组合物进一步含有一种选自下列组成的一组 表面活性剂的非离子型表面活性剂:乙氧基化/氟烷基表面活性剂,聚 乙氧基化硅酮表面活性剂,聚硅氧烷/聚醚表面活性剂,全氟烷基羧酸 铵盐聚氧乙基化表面活性剂,和含氟表面活性剂。
适用的非离子型表面活性剂是:
表面活性剂No.01=FSN,F(CF2CF2)1-9CH2CH2O(CH2 CH2O)xH在一种50wt%异丙醇水溶液中的 40wt%溶液,式中x=0~约25,杜邦公司制;
表面活性剂No.02=FSN-100:F(CF2CF2)1-9CH2CH2O (CH2CH2O)xH,式中x=0~约25,杜邦公司 制;
表面活性剂No.03=FS300,一种氟化表面活性剂的 40wt%水溶液,杜邦公司制;
表面活性剂No.04=FSO,F(CF2CF2)1-7CH2CH2O(CH2 CH2O)YH在一种50wt%乙二醇水溶液中的 50wt%溶液,式中y=0~约15,杜邦公司制;
表面活性剂No.05=FSO 100,乙氧基化非离子型氟表 面活性剂与式F(CF2CF2)1-7CH2CH2O(CH2 CH2O)YH的一种混合物,式中y=0~约15, 杜邦公司制;
表面活性剂No.06=410,一种聚硅氧烷-聚合物共聚 物表面活性剂,Goldschmidt公司制;
表面活性剂No.07=一种聚硅氧烷-聚酯共聚物表面活 性剂,Goldschmidt公司制;
表面活性剂No.08=FC431:CF3(CF2)7SO2(C2H5)N- CH2CO-(OCH2CH2)nOH,3M公司制;
表面活性剂No.09=FC126,全氟羧酸铵盐的一种混 合物,3M公司制;
表面活性剂No.10=聚氧乙烯-10-月桂醚。
一种特别好的非离子型表面活性剂是FSO100。
适用的阴离子型表面活性剂是:
表面活性剂No.11=7950,一种氟化表面活性剂,杜邦 公司制;
表面活性剂No.12=FSA,F(CF2CF2)1-9CH2CH2SCH2 CH2COOLi在一种50wt%异丙醇水溶液中的 25wt%溶液,杜邦公司制;
表面活性剂No.13=FSE,[F(CF2CF2)1-7CH2CH2O]xP(O) (ONH4)y在一种70wt%乙二醇水溶液中的 14wt%溶液,式中x=1或2,y=2或1,且 x+y=3,杜邦公司制;
表面活性剂No.14=FSJ,[F(CF2CF2)1-7CH2CH2O]xP(O) (ONH4)y与一种烃类表面活性剂的共混物在 一种25wt%异丙醇水溶液中的40wt%溶液, 式中x=1或2,y=2或1,且x+y=3,杜邦公司 制;
表面活性剂No.15=FSP,[F(CF2CF2)1- 7CH2CH2O]xP(O)(ONH4)y在一种69.2wt%异丙 醇水溶液中的35wt%溶液,式中x=1或2, y=2或1,且x+y=3,杜邦公司制;
表面活性剂No.16=UR:[F(CF2CF2)1-7CH2CH2O]xP(O) (OH)y,式中x=1或2,y=2或1,且x+y=3,杜 邦公司制;
表面活性剂No.17=TBS:F(CF2CF2)3-8CH2CH2SO3H在 一种4.5wt%乙酸水溶液中的33wt%溶液,杜 邦公司制;
表面活性剂No.18=全氟辛酸的铵盐。
制备水基组合物的方法
按照本发明,本发明各形态得以实现是藉一种制备导电层的方法 中所用的水基组合物的制备方法,包含:各组分依任何顺序添加。
依照制备导电层的方法中所用的水基组合物的制备方法的第一种 实施方案,依本发明,首先制备一种3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚 物与一种聚阴离子的水分散体,并将其他组份依任何顺序加至3,4-二烷 氧基噻吩的聚合物或共聚物与一种聚阴离子的水分散体中。
依照制备导电层的方法中所用的水基组合物的制备方法的第二种 实施方案,依本发明,于加毕所有的组份,亦即于使用水基组合物前 的最后步骤中,将pH值调整至≥4,如此可消除储存期间由于高pH 值所导致的任何不利影响。
依照制备导电层的方法中所用的水基组合物的制备方法的第三种 实施方案,依本发明,包含一种非水溶剂,而且将非水溶剂以外的组 份先行混合,pH值选择地调整至一≥4的值,最后加入非水溶剂,例 如在临使用水基组合物之前加入,如此可消除储存期间由于存在非水 溶剂所导致的任何不利影响。
制备导电层的方法
本发明各形态得以实现是藉一种制备导电层的方法,包含:将一 种水基组合物施用至一任选地有底胶支撑体、一介电体层、一无机发 光层或一任选地透明的导电涂层;以及干燥这样施用的水基组合物, 所述组合物含有一种其中两个烷氧基基团可以相同或不同或合在一起 代表一种任选地有取代的氧亚烷基氧桥的3,4-二烷氧基噻吩的一种聚 合物或共聚物、一种聚阴离子和一种粘结剂,其中该粘结剂的水溶液 显示出一种非牛顿行为。
依照制备导电层的方法的第一种实施方案,依本发明,该支撑体 为纸、聚合物膜、玻璃或陶瓷。
依照制备导电层的方法的第二种实施方案,依本发明,该支撑体 为一种天然纱、合成纱、天然纤维、合成纤维、纺织纤维、片材或网 状材料。
依照制备导电层的方法的第三种实施方案,依本发明,此方法进 一步包括将导电涂层回火以增加其表面电阻率。
依照制备导电层的方法的第四种实施方案,依本发明,此方法进 一步包括:将导电层在回火前用一种含有二或多羟基-和/或羧基或酰胺 或内酰胺基团的有机化合物,或一种介电常数大于15的质子惰性液体 加以润湿。
依照制备导电层的方法的第五种实施方案,依本发明,此方法进 一步包括:将导电层在回火前用一种含有二或多羟基-和/或羧基或酰胺 或内酰胺基团的有机化合物在
温度高于100℃加以润湿,如EP-A 686662中所公开,该文并入本文供参考。
依照制备导电层的方法的第六种实施方案,依本发明,此方法进 一步包括:将导电层以介电常数大于15的质子惰性液体例如N-甲基吡 咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、2-吡咯烷酮、N,N,N′,N′-四甲基脲、 甲酰胺、四甲基砜与N,N-二甲基乙酰胺加以润湿,然后在温度低于100 ℃回火,如EP-A 1003179所公开,该文并入本文供参考。
依照制备导电层的方法的第七种实施方案,依本发明,用以润湿 导电层的润湿剂选自下列组成的一组:1,2-丙二醇、丙二醇、二甘醇、 N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙 酰胺、甘油、己二醇与山梨糖醇。
导电涂层
依照导电层的第一种实施方案,依本发明,导电层的表面电阻率 ≤800欧姆/□。
依照导电层的第二种实施方案,依本发明,导电层的表面电阻率 <500欧姆/□。
依照导电层的第三种实施方案,依本发明,导电层的表面电阻率 <300欧姆/□。
印刷油墨或糊状物
依本发明提供一种印刷油墨或糊状物,包含一种含有3,4-二烷氧基 噻吩的聚合物或共聚物的水基组合物,其中两个烷氧基可以相同或相 异或合在一起代表一任选地有取代的氧-亚烷基-氧桥,一种聚阴离子及 一种非牛顿粘结剂,其中该粘结剂的水溶液显示出非牛顿行为。
依照印刷油墨或糊状物的第一种实施方案,依本发明,印刷油墨 或糊状物为一种石印油墨、凹版印刷油墨、苯胺印刷油墨、丝网印刷 油墨、喷墨印刷油墨或胶版印刷油墨。依本发明的水基组合物对某一 种特定印刷工艺的适用性,实质上决定于水基组合物的粘度。
石印油墨在印刷条件下的粘度为约15Pa·s至35Pa·s,因油墨配 方、干燥机理、印刷机器与印刷速度而异。
凹版印刷与苯胺印刷油墨差异很大,这取决于人们是否考虑墨罐 中的油墨或印刷机上已稀释的油墨的粘度。此外,染料系油墨倾向于 具有比颜料系油墨低的粘度,这是由于在墨罐中或印刷机上皆有颜料 沉降问题。一般而言,在印刷中,典型的印墨粘度为约15mPa·s。
丝网印刷油墨取决于油墨种类、网目大小与印刷速度。丝网印刷 时,典型的稀释油墨粘度对于快速加工(
剪切速率=约100秒-1)为0.5 与5Pa·s之间,对于慢速加工(剪切速率=约1秒-1)为8至50Pa·s之 间,当休止时(剪切速率=约10-2秒-1)为50至800Pa·s之间。
喷墨印刷油墨在印刷条件下的粘度为约2mPa·s至20mPa·s,因喷 墨印刷工艺类型、
喷嘴结构、印刷速度、油墨干燥机理与所要求的印 刷品质而异。
各层糊状物对无机
发光层、聚丙烯酸酯底胶层、聚碳酸酯与聚酯 如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)显示出优异的粘合
力,表面电阻率≤1000 欧姆/□且可见光透射率>75%,并可得到≥85%。
印刷工艺
本发明提供的印刷工艺包含下列步骤:提供依本发明的印刷油墨 或糊状物,将印刷印墨或糊状物印至一任选地有底胶的支撑体、一介 电体层、一无机发光层或一任选地透明的导电层,由此产生一种导电 印刷物。
依照该印刷工艺的第一种实施方案,依本发明,支撑体为纸、聚 合物膜、玻璃或陶瓷。
可以施用印刷油墨或糊状物的电致发光无机发光层包括II-VI半 导体,如硫化锌,或者II族元素与氧化阴离子的组合,最常见的是硅 酸盐、
磷酸盐、碳酸盐、锗酸盐、
锡酸盐、
硼酸盐、
钒酸盐、钨酸盐 与含氧
硫酸盐。典型的掺杂物为金属与所有
稀土金属,如铜、
银、锰、 铕、钐、铽与铈。电致发光无机发光层可密封封于一透明阻透层如氧 化
铝与氮化铝中,以防止水汽。此种无机发光层可得自Sylvania, Shinetsu polymer KK,Durel,Acheson与Toshiba等公司。有此类无机 发光体的涂料之一实例为Sulvania/GTE公司的产品72X,和US 4,855,189中公开的涂料。适用的电致发光无机发光体是掺杂锰、铜或 铽的硫化锌,掺杂铈的CaGa2S4,杜邦公司供应的电致发光无机发光体 糊状物,如型号7138J,即一种白色无机发光体,型号7151J,即一种绿蓝色无机发光体,与 型号7174J,即一种黄绿色无机发光体,以及Acheson公司供应的 EL-035A。特别好的电致发光无机发光体为掺杂锰并 以氮化铝密封的硫化锌无机发光材料。
可使用任何介电材料,以氧化钇与钛酸钡为较佳,例如杜邦公司 供应的钛酸钡糊状物型号7153E的高K介电绝缘体与 Acheson公司供应的钛酸钡糊状物EL-040。
依照该印刷工艺的第二种实施方案,依本发明,该印刷工艺包含 下列步骤:提供依本发明的印刷油墨或糊状物,将印刷油墨或糊状物 印至一任选地有底胶的支撑体、一介电体层、一无机发光体层或一任 选地透明的导电层。
依照该印刷工艺的第三种实施方案,依本发明,该印刷工艺为一 种产生电致发光器件的工艺,包含下列步骤:(i)使用依本发明印刷 油墨或糊状物印刷一透明或半透明的支撑体,以产生透明或半透明的 第一导电层;(ii)使用一个包含电致发光无机发光材料的层印刷第一 导电层;(iii)任选地使用一个介电体层印刷包含电致发光无机发光材 料的层;与(iv)使用一种包含3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物的 溶液、分散液或糊状物若存在介电层时印刷介电层;或者若无介电层 存在时印刷包含电致发光无机发光材料的层以产生第二导电层,其中 步骤(i)中使用的溶液、分散液或糊状物中的3,4-二烷氧基噻吩的聚 合物或共聚物可与步骤(iv)中使用的溶液、分散液或糊状物中的3,4- 二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物相同或相异。
依照该印刷工艺的第四种实施方案,依本发明,该印刷工艺为一 种生产电致发光器件的工艺,包含下列步骤:(i)使用一种依本发明 印刷油墨或糊状物印刷一支撑体,以产生第二导电层;(ii)任选地使 用一介电体层印刷第二导电层;(iii)使用一包含电致发光无机发光材 料的层,以若存在介电层时印刷介电层或者若无介电层存在时印刷第 二导电层;与(iv)使用一种包含3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物 的透明溶液、分散液或糊状物印刷电致发光无机发光材料的层,以产 生透明的或半透明的第一导电层,其中步骤(i)中使用的溶液、分散 液或糊状物中的3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物可与步骤(iv)中 使用的溶液、分散液或糊状物中的3,4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物 相同或相异。
涂布工艺
本发明各形态得以实现是藉一种涂布工艺,包含下列步骤:提供 一种依本发明的水基组合物;将水基组合物涂布至一任选地有底胶的 支撑体、一介电体层、一无机发光材料层或一任选地透明的导电层。
透明或半透明的支撑体
依照该涂布工艺的第一种实施方案,或该印刷工艺的第五种实施 方案,依本发明,该支撑体为纸、聚合物膜、玻璃或陶瓷。
依照该涂布工艺的第二种实施方案,或该印刷工艺的第六种实施 方案,依本发明,该支撑体为一种透明的或半透明的聚合物膜。
适合于与导电层或抗静电层一起使用的透明或半透明的支撑体, 依本发明,可以是刚性的或可挠曲的,并由玻璃、玻璃-聚合物
层压体、 聚合物层压体、热塑性聚合物或杜洛塑料聚合物组成。薄且可挠曲支 撑体的实例为那些用纤维素酯、三乙酸纤维素酯、聚丙烯、聚碳酸酯 或聚酯制作者,并以聚(对苯二甲酸乙二醇酯)或聚(
萘-1,4-二羧酸 乙二醇酯)为最佳。
工业上的应用
依本发明的水基组合物可用于如:施用抗静电层或导电层至一任 选地有底胶的支撑体、一介电体层、一无机发光材料层或一任选地透 明的导电层上。
依本发明的印刷油墨或糊状物可用于如:施用抗静电或导电的图 案至一任选地有底胶的支撑体、一介电体层、一无机发光材料层或一 任选地透明的导电层上。此可为例如生产电致发光器件中的一个步 骤,该器件可用于灯泡、显示器、背景光,如LCD、
汽车仪
表盘与按 键
开关的背景光、应急照明、蜂窝电话、个人数码助理、家用
电子、 指示灯及其他需要发光的应用。
本发明是藉比较例与发明实施例进行下列的说明。这些实例中的 百分率与比率皆以重量计,除非另有指出。以比较例与发明实施例解 说本发明时,使用下列诸层:
●一层LUXPRINTTM 7153E(一种高K介电绝缘体),经由P55 网进行丝网印刷;
●一层LUXPRINTTM 7138J(一种白色无机发光材料),经由 P55网进行丝网印刷;
和表2中给出的支撑体。
表2:
支撑体号 聚合物箔 底胶层编号 01 聚对苯二甲酸乙二醇酯 01 02 聚对苯二甲酸乙二醇酯 02 03 聚对苯二甲酸乙二醇酯 03 04 聚对苯二甲酸乙二醇酯 04 05** 聚对苯二甲酸乙二醇酯 05** 06 聚碳酸酯 06
**AutotypeTM V200
底胶层编号01具有组成:
50mol%乙二醇、26.5mol%对苯二甲酸、20mol%间苯二甲 酸、3.5mol%磺基间苯二甲酸的共聚物 79.8% KieselsolTM 100F,BAYER公司的一种硅石 19.9% ArkoponTM T,Clariant公司的一种表面活性剂 0.3%
底胶层编号02具有组成:
底胶层编号03具有组成:
底胶层编号04具有组成:
涂布以下材料:
制备发明实施例中所述的PEDOT糊状物所使用的起始原料为:1.2 重量%PEDOT/PSS水分散体,含有PEDOT对PSS的重量比率为 1∶2.4,是依EP-A 440957公开的方法制备,其典型粘度使用AR1000 板锥型流变仪(直径4cm;锥角2°)在20℃测定:剪切速率5秒-1时 为38mPa·s,剪切速率为35mPa·s时减少至33.5mPa·s,并具有一典 型的pH值1.9。
发明实施例1至12
制备PEDOT糊状物01
PEDOT[聚(3,4-乙二氧基噻吩)]糊状物01即一种透明的PEDOT 糊状物,是在25℃下制备的,是将1克ETD-2623,15 克二甘醇、10克正丙醇小心地加至一转速800rpm的溶解槽内100克 1.2重量%PEDOT/PSS的水分散体中,搅拌1小时后,将转速增加至 1200rpm,并加入足够量的25%
氨水溶液(约0.5毫升)以调整pH值 至5,随后再搅拌5分钟。
PEDOT糊状物01,于25℃、剪切速率为10秒-1时具有粘度13 Pa·s,测定时使用一台AR100板锥型流变仪(直径4公分;锥角2°)。 制备PEDOT糊状物01的配方与印刷物的性能总结于表3,印刷物是 使用P79网目的网,于CT7上进行人工印刷,随后于110 ℃干燥5分钟。
印刷物的光
密度是使用MacBethTM TR924光密度计以有可见滤光 器的透射作用测定。印刷物表面电阻的测定是将印刷层与平行的铜电 极接触,平行的铜电极各为35毫米长并间隔35毫米,且能形成线接 触,电极则以绝缘体予以分开。这能直接测量要实现的□ 表面电阻。由PEDOT糊状物01产生的印刷物的光密度与表面电阻亦 显示于表3。
表3:
PEDOT糊状物01 1.2%PEDOT/PSS分散液(克) 100 CARBOPOLTM ETD 2623(克) 1.0 二甘醇(克) 15 正丙醇(克) 10 氨(25%水溶液)调至pH5 表面电阻(欧姆/□) 800 光密度(白光) 0.06
制备PEDOT糊状物02
PEDOT糊状物02即一种不透明的糊状物,是在25℃制备的,是 将1克ETD-2623,15克二甘醇、10克正丙醇、3.6克 LEVANYLTM A-SF(BAYER公司的一种黑色颜料)小心地加至一转速 800rpm的溶解槽内100克1.2重量%PEDOT/PSS的水分散体中,搅 拌1小时后,将转速增加至1200rpm,并加入足够量的25%氨水溶液 (约0.5毫升)以调整pH值至5,随后再搅拌5分钟。
制备PEDOT糊状物02的配方与印刷物的性能总结于表4,印刷 物是使用P79网目的网进行人工印刷,随后于110℃干燥5分钟。
PEDOT糊状物02,于25℃、剪切速率为10秒-1时具有粘度13 Pa·s,其测法与PEDOT糊状物01同。使用P79网目进行丝网印刷, 随后于130℃干燥2分钟,制得的层具有表面电阻700欧姆/□与光密 度0.50,其测法与PEDOT糊状物01同。
表4:
PEDOT糊状物02 1.2%PEDOT/PSS分散液(克) 100 CARBOPOLTM ETD 2623(克) 1.0 二甘醇(克) 15 正丙醇(克) 10 LEVANYLTM A-SF(克) 3.6 氨(25%水溶液)调至pH5
电致发光器件的制备
发明实施例1至6是藉丝网印刷依照层构型1制备,亦即:
--首先施用一层杜邦型号7145L后电极即银导体 (电阻为1欧姆/□),以形成第一电极的汇流条;
--随后施用一层糊状物01以形成第一(透明)电极,其厚度于干 燥后为200至300纳米;
--接着施用一层7151J,即杜邦公司的一种硫化锌无 机发光材料分散体,至干燥后的厚度为20微米;
--随后施用三层杜邦型号7153E,即高K介电绝缘 体油墨(酞酸钡),每次施用之间予以干燥,每次施用的厚度为干燥 后约7微米;
--随后施用一层杜邦型号7144E油墨,即一种碳导 体油墨(电阻为80欧姆/□),至干燥后的厚度约8微米,作为背后电 极,与
--最后施用一层杜邦型号7145L后电极,即银导体 (电阻为1欧姆/□),涂布于背后导电层的足够表面上,以形成后电 极的汇流条;
以上均经由P79网目的网施用于支撑体编号1至6上。
本发明实施例7至12的器件的层构型2,与本发明实施例1至6 的器件层构型唯一不同处为将杜邦型号7144E油墨的层 代之以PEDOT糊状物02层(表面电阻为700欧姆/□),其在120℃ 干燥2分钟后的干燥厚度为0.2微米,以形成依本发明的第二含PEDOT 电极。
电致发光器件的评估
本发明实施例1至12的电致发光器件的性能是藉监控各该器件的 发光加以评估,将400赫兹交流
电压100伏特加至一置于温度60℃与
相对湿度90%的
空调室内的电致发光器件上,使用一联合检测器技术 序号67146硅
光放大器与支撑体的未涂布面接触,而后监控已施加电 压的器件的电阻,并与相同器件但未施加电压的电阻相比较,初始发 光以烛光/平方米(cd/m2)计算,与初始电阻显示于表5。
表5:
发明实施例 编号 层的构型 支撑体编号 初始发光 [烛光/平方米] 初始电阻 [欧姆] 1 1 01 34 914 2 1 02 33 840 3 1 03 32 776 4 1 04 32 867 5 1 05 30 802 6 1 06 29 896 7 2 01 29 774 8 2 02 30 781 9 2 03 29 736 10 2 04 28 844 11 2 05 29 715 12 2 06 28 --
发明实施例13至18
发明实施例13至18是藉丝网印刷制备,使用P79网目的网,印 至支撑体编号1至6上,依照层构型3,亦即:
--首先施用一层杜邦型号7145L后电极即银导体 (电阻为1欧姆/□),以形成“第二”电极的汇流条;
--随后施用一层PEDOT糊状物02至涂银支撑体上,其厚度于130 ℃干燥2分钟后为200至500纳米,以形成依本发明的“第二含PEDOT 电极”;随后
--施用三层杜邦型号7153E即高K介电绝缘体油墨 (酞酸钡),每次施用之间均予以干燥,每次施用的厚度于干燥后约 为7微米;
--接着施用一层7151J即杜邦公司的一种硫化锌无 机发光材料分散体,至干燥后的厚度约为10微米;
--施用一层PEDOT糊状物01(表面电阻为800欧姆/□),于90 ℃干燥后的厚度约为0.2微米以形成依本发明的“第一含PEDOT电 极”;与
--最后施用一层杜邦型号7145L后电极即银导体 (电阻为1欧姆/□),涂布于第二电极的足够表面上以形成其汇流条。
电致发光器件的评估
发明实施例13至18的电致发光器件的性能是以实施例1至12所 述的方法加以评估,其结果显示于表6。
表6
发明实施例 编号 层的构型 支撑体编号 初始发光 [烛光/平方米] 初始电阻 [欧姆] 13 3 01 39 -- 14 3 02 37 -- 15 3 03 39 -- 16 3 04 38 -- 17 3 05 40 -- 18 3 06 42 --
发明实施例19
制备不透明PEDOT糊状物03
PEDOT糊状物03即一种不透明的糊状物是在25℃制备的,是将1 克ETD-2623,15克二甘醇、10克正丙醇、1.92克 LEVANYLTM A-SF(BAYER公司的一种黑色颜料)、0.16克ZONYLTM FSO100小心地加至一转速800rpm的溶解槽内100克1.2重量% PEDOT/PSS的水分散体中,搅拌1小时后,将转速增加至1200rpm, 并加入足够量的25%氨水溶液(约0.5毫升)以调整pH值至4.2,随 后再搅拌5分钟。PEDOT糊状物03连同PEDOT糊状物02的配方显 示于表7。
表7
PEDOT糊状物 02 PEDOT糊状物 03 1.2%PEDOT/PSS分散液(克) 100 100 CARBOPOLTM ETD 2623(克) 1.0 2.0 二甘醇(克) 15 15 正丙醇(克) 10 10 LEVANYLTM A-SF(克) 3.6 1.92 ZONYLTM FSO100(克) -- 0.16 氨(25%水溶液) 0.52(pH=5) (pH=4.2)
PEDOT糊状物03在剪切速率0.1至1000秒-1范围内在20℃时使 用一台AR1000板锥型流变仪(直径4公分;锥角2°)测定的粘度显 示于表8。
表8
剪切速率[秒-1] 粘度[Pa·s] 剪切速率[秒-1] 粘度[Pa·s] 0.16 739 15.85 15.6 0.25 517 25.12 11.2 0.40 350 39.81 7.95 0.63 234 63.10 5.69 1.00 159 100 4.17 1.59 101 158.50 3.01 2.51 69.5 251.20 2.24 3.98 47.5 398.10 1.64 6.31 33.2 631.00 1.25 10.0 22.4 1000 0.95
使用PEDOT糊状物03连同PEDOT糊状物02,以P48与P79网 目的网进行手工印刷,随后于110℃干燥5分钟,其印刷物的组成显示 于表9。使用PEDOT糊状物03,以P48的网印刷得到印刷物的性能亦 显示于表9。
表9
发明实施例20
制备透明PEDOT糊状物04至07
PEDOT[聚(3,4-乙二氧基噻吩)]糊状物04至07即透明的PEDOT 糊状物是在25℃制备的,是将适量的ETD 2623、二甘 醇、正丙醇、ZONYLTM FSO100与视所需的去离子水,如表10中为各 种不同的糊状物所给出的,小心地加至一转速800rpm的溶解槽内100 克1.2重量%PEDOT/PSS的水分散体中,搅拌1小时后,将转速增加 至1200rpm,并测其pH值。
PEDOT糊状物04至07于25℃及剪切速率1秒-1时具有粘度约 40Pa·s。制备印刷物时,使用PEDOT糊状物04至07,以P79网目的 网于CT07支撑体上进行手工印刷,随后于110℃干燥5 分钟,并像发明实施例1至12那样评估各层的表面电阻与光密度,其 结果连同PEDOT糊状物01一起显示于表10。
表10
PEDOT 糊状物 01 PEDOT 糊状物 04 PEDOT 糊状物 05 PEDOT 糊状物 06 PEDOT 糊状物 07 1.2%PEDOT/PSS 水分散液(克) 100 100 100 100 100 CARBOPOLTM ETD 2623(克) 1.0 1.0 2.0 3.2 1.44 二甘醇(克) 15 97 194 311 128.6 正丙醇(克) 10 10 20 32 57.2 ZONYLTM FSO100(克) -- 0.21 0.42 0.67 0.029
氢氧化铵(克) 0.5(pH=5) (pH=7) (pH=6) (pH=6) (pH=6) 去离子水 -- -- 100 233.3 -- P79网 PEDOT/PSS (毫克/平方米) 285 173 86 52 CARBOPOLTM ETD 2623(毫克/平方米) 237 144 144 144 ZONYLTM FSO100 (毫克/平方米) -- 29 29 29 P48网 PEDOT/PSS (毫克/平方米) 455 277 138 83 CARBOPOLTM ETD 2623 (毫克/平方米) 379 231 231 231 ZONYLTM FSO100 (毫克/平方米) -- 46 46 46
PEDOT糊状物04与PEDOT糊状物05在20℃使用一台AR1000 板锥型流变仪(直径4公分;锥角2°)测定的粘度与剪切速率之函数 关系显示于表11。
表11
印刷物的印刷品质
如表12所示的印刷物的制备是使用P48、P79与P120网目丝网于 一CT07支撑体与一7153标准层上进行手 工印刷,随后于110℃干燥5分钟,印刷物的品质以目视,并使用三种 说法加以评估:
润湿不良=明显地润湿不良
斑点=观察到斑点
可接受=润湿明显良好
结果显示于表12。
润湿不良显现于PEDOT糊状物01使用P48、P79与P120网目丝 网在CT07支撑体与一7153标准层上进行 手工印刷时。
目测润湿良好发生于PEDOT糊状物04、05与07使用P48、P79 与P120网目丝网于CT07支撑体上进行人工印刷时。在 印刷于LUXPRINT 7153标准层上的情况下,润湿良好显现于PEDOT 糊状物05与07使用P48、P79与P120丝网印刷时,而在PEDOT糊 状物04的情况下,润湿良好仅显现于使用P79与P120丝网印刷时。
一般而言,印刷品质随着导电层中CARBOPOLTM ETD 2623浓度 的增加而改善。
表12
印刷物的粘合性
印刷物于CT07支撑体与LUXPRINT 7153层上的粘 合性是由
胶带试验测定:首先以刮胡刀片将该层交叉地割划一面积约 4×10平方厘米,而后贴一片10×24平方厘米的4122棕色 胶带,并以一硬质物件加以按摩,最后将胶带自一头以单一动作向上 移除,印刷物层的粘合性按0~5的尺度以目视判定,0相当于胶带未 将该层移除,依照下列基准:
粘合性评估为0: 该层未随胶带移除 粘合性评估为1: 胶带移除面积相当于25%胶带面积 粘合性评估为2: 胶带移除面积相当于50%胶带面积 粘合性评估为3: 胶带移除面积相当于75%胶带面积 粘合性评估为4: 胶带移除面积等于胶带面积 粘合性评估为5: 胶带移除面积大于胶带面积
中间的评估值如0/1、1/2、2/3、与3/4也是可能的,结果显示于表 13。
表13
在PEDOT糊状物01的情况下,可接受粘合性[0/1]仅显示于使用 P120网目丝网在7153标准层上进行手工印刷。
粘着性0/1显示于PEDOT糊状物04、05与07使用P48、P79与 P120网目丝网在CT07支撑体及7153标准 层上进行手工印刷的印刷物。
因此得到可接受粘合性为CARBOPOLTM ETD 2623于层中的浓度 高于或等于50重量%者。
印刷物的表面电阻
印刷物于CT7支撑体及于7153标准层 上的表面电阻是依本发明实施例1至12的方法评估。已发现干燥条件 对测得印刷物的表面电阻不具影响。印刷物的光密度是将十个试条, 使用有可见光滤光器的MacBethTM TR924光密度计以透射率测得的光 密度除以十予以确定,其结果显示于表14。
于给定层厚下,依所使用丝网而定,以PEDOT糊状物01、04、 05与07制得印刷物的表面电阻随着PEDOT在印刷物中的浓度减少而 增加。
表14
发明实施例21
有色透明的PEDOT糊状物08与09是制自PEDOT糊状物01,藉 加入铜酞菁与若丹明6G,用量分别为PEDOT/PSS的等量与半量。使 用P48与P120网目的网进行手工印刷将PEDOT糊状物08与09网印 于CT7支撑体上制得的层的组成显示于表15,并连同显 示印刷物的
颜色,使用MacBethTM TR924密度计以可见光、红色、蓝 色与绿色滤光器测得的印刷物
透射光密度,以及印刷物依发明实施例1 至12所述方法测得的表面电阻。
这些结果显示依本发明可以制得具有与未加颜色的油墨相似的表 面电阻的有色油墨与糊状物。
表15:
糊状物01 以P79网目 丝网印刷 糊状物08 以P48网目 丝网印刷 糊状物09 以P48网目 丝网印刷 糊状物09 以P120网 目丝网印刷 PEDOT/PSS (平方米/克) 285 500 500 200 铜酞菁 (平方米/克) -- 500 -- -- 若彤明6G (平方米/克) -- -- 250 100 CARBOPOLTM ETD 2623 (平方米/克) 237 417 417 167 表面电阻 (欧姆/□) 800 500 450 950 颜色 无色 青绿色 洋红色 洋红色 光密度可见光 0.06 0.14 1.07 0.19 光密度红色 -- 0.69 0.13 0.08 光密度绿色 -- 0.22 1.07 0.65 光密度蓝色 -- 0.12 0.27 0.17
发明实施例22
透明的PEDOT糊状物10、11与12是依PEDOT糊状物04的方 法制备(参见发明实施例20),惟0.2克ZONYLTM FSO100以表16 中各PEDOT糊状物显示的ZONYLTM FSA、ZONYLTM FSE与 ZONYLTM FSP量所取代,以确保在每种情况下ZONYLTM界面活性剂 的有效量相同。PEDOT糊状物4、10、11与12连同PEDOT糊状物 04的组成显示于表16。
表16.
PEDOT 糊状物04 PEDOT 糊状物10 PEDOT 糊状物11 PEDOT 糊状物12 1.2%PEDOT/PSS 水分散液(克) 100 100 100 100 CARBOPOLTM ETD 2623(克) 1.0 1.0 1.0 1.0 二甘醇(克) 97 97 97 97 正丙醇(克) 10 10 10 10 ZONYLTM FSO100(克) (100%活性) 0.2 -- -- -- ZONYLTM FSA(克) (25%活性) -- 0.8 -- -- ZONYLTM FSE(克) (14%活性) -- -- 1.45 -- ZONYLTM FSP(克) (35%活性) -- -- -- 0.55 pH 7 7 7 7
将PEDOT糊状物04、10、11与12使用P48网目丝网进行网印并 于110℃干燥5分钟制得的层的组成显示于表17,连同显示印刷物的 光密度,与印刷物的表面电阻(其测法依发明实施例1至12所述)以 及粘合性(其测法依发明实施例20所述)。
印刷层于CT7支撑体与7153E标准层 上的斑点是按0~5的尺度以目视判定,0相当于一良好的无斑点层, 依照下列基准:
斑点评估为0: 目视检查未见斑点; 斑点评估为1: 印刷物的1至10%含斑点; 斑点评估为2: 印刷物的11至20%含斑点; 斑点评估为3: 印刷物的21至40%含斑点; 斑点评估为4: 印刷物的41至60%含斑点; 斑点评估为5: 印刷物高于60%含斑点。
结果亦显示于下表17。
表17:
ZONYLTM FSO100为一非离子型表面活性剂,以及ZONYLTM FSA、ZONYLTMFSE与ZONYLTMFSP皆为阴离子型表面活性剂, 因此表15的结果显示阴离子与非离子表面活性剂皆可用于依本发 明的水基组合物,以制备可接受的依本发明导电层与抗静电层。
本发明可包括任何于此含蓄地或明确地或总括地揭示的特色或 特色的组合,不论其是否与本
申请专利的发明相关联。鉴于前面的 叙述,对于业内人士显而易见的是,在本发明范围内可作各种改良。