JP2011501440A - 電気リン光性の被覆発光量子ドットを具備する有機発光ダイオード - Google Patents

Abstract

本発明は、量子ドットと、電気リン光部分を具備する被覆材料とを含む組成物、並びにその製造方法及びその使用方法を提供する。特に、本発明の組成物は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、及びＯＬＥＤを利用する電子素子に利用される。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００７年１０月１６日に出願した米国仮出願第６０／９８０，２８５号の優先権の利益を主張し、すべてにおいて引用により本明細書中に取り込まれる。

本発明は量子ドットと電気リン光部分を具備する被覆材料とを含む組成物、並びにその製造方法及びその使用方法に関する。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、近年、平面パネルディスプレー産業における用途、特に低消費電力、高色純度及び長い寿命が要求される用途について広く研究されている。多層ＯＬＥＤの基本構造は、１９８７年にＥａｓｔｍａｎ‐Ｋｏｄａｋ社により紹介され、それ以来多くの開発がなされ、これらのデバイスの全体的な性能が改良されている。一つの画期的な出来事は、有機的ゲスト‐ホスト系の開発によって達成され、低濃度の蛍光性レーザ色素（ゲスト）をホスト材料で同時蒸着（ｃｏ‐ｅｖａｐｏｒａｔｅ）させるものであった。この進歩は、一重項状態から改良されたエレクトロルミネセンスを提供した。そのような系は、ゲストの一重項状態へのホストの一重項状態のフェルスター型（Ｆｏｅｒｓｔｅｒ‐ｔｙｐｅ）のエネルギー遷移プロセスに依存していると考えられる。励起子の約７５％が、スピン保護によって放出が妨げられている三重項構造で生ずるため、そのような系の内部量子効率は、一般におよそ２５％にまで制限されると考えられる。

ごく最近では、三重項状態から発光する能力を有する電気リン光性（ＥＰ）材料の利用によってほぼ１００％まで内部量子効率が上昇されることを報告したものもあった。理論によって拘束されることなしに、これは一重項と三重項状態を混合し、二者の間で強い項間交差（ＩＳＣ）を可能にするスピン軌道結合によって達成されると考えられる。蛍光性のドーパントへの一重項励起子の遷移は、フェルスター（Ｆｏｅｒｓｔｅｒ）メカニズムによって生じるが、三重項励起子におけるスピン保護によって、そのような遷移は不可能となる。したがって、この遷移はデクスター（Ｄｅｘｔｅｒ）移動として知られている電荷の物的移動によって生じると考えられる。また、励起子は特定の材料の構造に直接的に帯電して、これらの系に基づくＯＬＥＤの高い効率を生じることによって、電気リン光性のドーパント分子に生じることができると考えられる。

ＯＬＥＤの改良、特に発光の色純度の改良への代替的なアプローチは、量子ドット（ＱＤ）として知られる無機半導体ナノ結晶の利用によりなされる。幾つかのグループは、量子ドットの薄層、又は量子ドット高分子複合材料のいずれかを利用して、ＱＤ‐ＯＬＥＤを作製した。他のグループは、固体照明（ｓｏｌｉｄ‐ｓｔａｔｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ）等の用途での白色発光を達成するための一つのアプローチとして量子ドットを用いた。

一般に、従来の方法はＯＬＥＤの効率あるいは色純度のいずれかの達成に関するものである。ごく僅かの方法は効率と色純度の両方の上昇を提供し得るが、ＯＬＥＤの効率と色純度の両方の上昇の必要性が、依然として存在する。

本発明のある態様は、量子ドットと、量子ドットに接触する被覆材料とを含む有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）組成物を提供する。該被覆材料は、電気リン光部分を具備する。このように、本発明の組成物は量子ドットと電気リン光の両方を含む。

ある実施態様において、電気リン光部分は一重項のフェルスター遷移能力、デクスター遷移能力、又はその組み合わせである。

更なる他の実施態様において、量子ドット及び電気リン光部分は類似する発光スペクトルを有する。一方、他の実施態様において、量子ドット及び電気リン光部分は、相違する発光スペクトルを有する。

更なる他の実施態様においては、本発明のＯＬＥＤ組成物は更に発光物質を含む。例示的な発光物質はＢＣＰ、ＴＰＢｉ、Ａｌｑ_３、又はその組み合わせを含むが、これらに限定されない。

他の実施態様において、量子ドットは、無機半導体粒子である。ある例において、量子ドットは、２５ｎｍ未満の径である。更なる他の実施態様において、量子ドットは遷移金属を含む。

更なる他の実施態様において、電気リン光部分は有機金属部分を含む。ある例において、該有機金属部分は遷移金属又はランタニド金属を含む。

本発明では公知の電気リン光部分の何れも使用することができるが、ある実施態様においては、電気リン光部分は、ＦΙｒ（ｐｉｃ）、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３、Ｂｔｐ_２（ａｃａｃ）、Ｂｔ_２（ａｃａｃ）、又はその組み合わせを含む。

更なる他の実施態様において、被覆材料は更にリンカーを含む。該リンカーは、例えば、ファンデルワールス力（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌ’ｓ ｆｏｒｃｅ）、イオン相互作用、水素結合等によって、量子ドットの表面に非共有結合することができる。

本発明の他の態様は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）組成物の製造方法を提供する。該方法は、一般に、量子ドットを、電気リン光部分を具備する被覆材料で被覆（コーティング）する工程を含む。

本発明の更なる他の態様は、基板と、該基板と物理接触するアノードと、該アノードと電気接続する正孔注入／輸送層と、該正孔注入／輸送層と電気接続する電気リン光性の量子ドット層であって、該電気リン光性の量子ドット層が電気リン光部分を具備する被覆材料で被覆された量子ドットを含む、前記電気リン光性の量子ドット層と、該電気リン光性の量子ドット層と電気接続するカソードとを具備する、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスを提供する。

ある実施態様において、ＯＬＥＤ素子は更に電気リン光性の量子ドット層とカソードの間に、１又はそれ以上の発光改良層を具備する。ある例においては、該発光改良層は、電気リン光部分と電気接続する正孔ブロッキング層と、該正孔ブロッキング層と電気接続する電子伝達層と、該電子伝達層及びカソードと電気接続する電子注入層とを具備する。

更なる他の実施態様において、電気リン光性の量子ドット層は更に１又はそれ以上のドーパントを含む。

本発明の更なる他の態様は、ＯＬＥＤ素子の製造方法を提供する。該方法は、一般に、アノードに正孔注入／輸送層を作製することと、該正孔注入／輸送層に量子ドット層を作製することと、該量子ドット層に電気リン光層（ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｌａｙｅｒ）を作製することと、任意に該電気リン光層に１又はそれ以上の発光改良層を作製することと、該発光改良層又は任意に作製された発光改良層にカソードを作製することとを含む。

ある実施態様において、発光改良層を作製する工程は、電気リン光層に正孔ブロッキング層を作製することと、該正孔ブロッキング層に電子伝達層を作製することと、該電子伝達層に電子注入層を作製することと、該電子注入層にカソードを作製することとを含む。

電気リン光部分に近接する量子ドットの構造を示す本発明のある特定の実施態様についての略図である。 電気リン光性化合物で被覆された量子ドットの層を具備する本発明のさまざまなＯＬＥＤデバイス構造の略図である。 例示のデバイスの電圧対輝度のグラフである。 例示のデバイスの電圧対電流効率のグラフである。 例示のデバイスの電圧対電流密度のグラフである。 例示のデバイスのエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）スペクトルである。

電気リン光性の（ＥＰ）ドーパント及び量子ドット（ＱＤ）の両方は、ＯＬＥＤディスプレイ及び照明の新たな分野へ多くの利益を提示する。従来の方法は、効率と色純度の両方ではなく、いずれか一方を達成するために用いるものである。ＯＬＥＤディスプレイの効率及び色純度の両方の達成においては広範囲の研究がされたが、人々はＥＰとＱＤの組み合わせに加え、他の方法を探索している。驚いたことにかつ予想外に、ＥＰとＱＤの組み合わせがＯＬＥＤディスプレイの効率を上昇させつつ、色純度を上昇させることが本発明者らによって発見された。したがって、本発明のある態様は、ＥＰ部分とＱＤを含む組成物、その利用方法及びその製造方法、並びにそのような組成物を具備する電子素子を提供する。

本発明のある態様において、ＥＰとＱＤの両方及びそれらの利点をＯＬＥＤに容易に導入することができる一重構造へ組み合わせる。ＱＤ及びＥＰ材料を組み合わせることにおいては少なくとも２つの利用可能性がある。第一の方法はＱＤの層及びＥＰ材料の両方を具備するＯＬＥＤ構造を作製することである。第二の方法は所定の電気リン光性を有する配位子又はキャッピング基（ｃａｐｐｉｎｇ ｇｒｏｕｐ）と共にＱＤを用いることである。

ある特定の実施態様において、有機発光ダイオードは、基板と、該基板と物理接触するアノードと、該アノードと電気接続する正孔注入層と、該正孔注入層と電気接続する正孔輸送層と、該正孔輸送層と電気接続するＱＤ発光層と、該ＱＤ発光層と電気接続するＥＰ層と、該ＥＰ層と電気接続する正孔ブロッキング層と、該正孔ブロッキング層と電気接続する電子伝達層と、該電子伝達層と電気接続する電子注入層及び該電子注入層と電気接続するカソードとを具備する。

更なる他の特定の実施態様において、有機発光ダイオードは、基板と、該基板と物理接触するアノードと、該アノードと電気接続する正孔注入層と、該正孔注入層と電気接続する正孔輸送層と、該正孔輸送層と電気接続する電気リン光性の量子ドット層と、該電気リン光性の量子ドット層と電気接続する正孔ブロッキング層と、該正孔ブロッキング層と電気接続する電子伝達層と、該電子伝達層と電気接続する電子注入層と、該電子注入層と電気接続するカソードとを具備する。

該デバイスの１又はそれ以上の発光改良層及び他の層の組成物は該デバイスの所定の機能に基づいて選択される。選択可能なものの幾つかが以下に記載されている。

本明細書中で用いられる“層”とは、完全な層が形成されることを意味するものではない。むしろ、当該技術分野での公知事項として、欠陥が層から所定の特性を有することを妨げない限り、材料がないピンホール又は領域等の特定の欠陥が存在し得る。また、“層”は特定の領域では他の領域よりも材料の厚みがあることを意味する。特定の実施態様において、“層”は多層まで部分的な層を含む。

本明細書中で用いられるように、２つの材料が互いに“電気接続”する場合、正孔又は電子は一方から他方の材料に通過することができる程度に十分に接触している。

本明細書中で用いられるように、２つの部分が“結合”している場合、該２つの部分の間は、必ずしも共有結合していないことが理解される。用語“結合”とその文法上の変形は、２以上の化学的又は物理的要素の結合又は接合に関連する。ある例において、結合は引力相互作用に基づく２以上の原子の結合に関連し、これらの原子は、安定な構造を形成することができる。結合の例は、化学吸着結合（ｃｈｅｍｉｓｏｒｐｔｉｖｅ ｂｏｎｄ）、共有結合、イオン結合、ファンデルワールス力及び水素結合等の化学結合を含む。

電気リン光性の（ＥＰ）量子ドット（ＱＤ）層はホスト材料に１又はそれ以上の電気リン光性の量子ドットを含み得る。本明細書中で用いられるように、用語“電気リン光性の量子ドット”とはＥＰ部分及びＱＤを含んだ材料を含む組成物をいう。該電気リン光性の量子ドットの組成物はさまざまなＥＰ及び／又はＱＤの混合物、又はある種のＥＰ材料とある種のＱＤを含み得る。また、該電気リン光性の量子ドット層は半導体デバイスの正孔注入／輸送層又は他の層で被覆されたスピンである、１又はそれ以上の同一の又は異なる電気リン光性の量子ドット組成物であり得る。

ある実施態様において、電気リン光性のＱＤはＱＤ（当技術分野において公知のチオフェン含有基又は他の不動態化する基等の有機基によって任意に不動態化することができる）と、ＱＤに結合した又はＱＤに被覆した電気リン光性基（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｇｒｏｕｐ）の層とを具備する。特定の実施態様において、ＥＰ基はＱＤに被覆された又はＱＤに蒸着されたスピンである。これらの電気リン光性の量子ドットは本明細書中に記載されるようなＯＬＥＤデバイスに有用である。ＯＬＥＤデバイスに電圧を付与する場合、ＯＬＥＤが発光することが認識されるべきであり、当技術分野において周知である。

本発明は発明のさまざまな特徴を示すのを助ける添付図面に関して記載される。これに関して、本発明は、一般に量子ドットと電気リン光部分を具備する材料とを含む組成物、その使用方法及び製造方法、並びにそれを具備するデバイスに関する。すなわち、本発明は、一般にＯＬＥＤ組成物、その製造方法及びその使用方法、並びにそのような組成物を具備するデバイスに関する。本明細書中の記載は、本発明のある実施態様の非限定的な例、及びある実施態様の詳細を提供する。

図１は量子ドットと電気リン光部分を具備する材料とを含む組成物のある実施態様の略図である。この例において、電気リン光部分を具備する被覆材料は量子に被覆される。また該被覆材料は電気リン光部分を量子ドットに結合するのに用いるリンカーを含む。該リンカーは電気リン光部分がリンカーに結合することができる程度に機能的である。

本発明のある態様において、被覆材料の電気リン光部分は、効率的な一重項のフェルスター遷移、三重項のデクスター遷移、又は一方の型の励起子の直接的な帯電が達成できるように、ホスト材料に近接している。ある実施態様において、リンカーは、発光性の一重項励起子が、直接的な帯電、又は、恐らくは、ホスト材料若しくは被覆材料のＥＰ部分からのフェルスター遷移能力によって、ＱＤに生じることができる程度に十分に短い（１００オングストローム未満）。ＥＰ部分とＱＤの両方は、発光に寄与することができる。ＥＰ部分とＱＤの少なくとも２つの態様が考えられる：（１）増強された彩度及び効率を生じさせる類似の発光スペクトルを有するＥＰ部分及びＱＤ、及び（２）相違する又はさまざまなスペクトルを有するＥＰ部分及びＱＤである。

また、本発明の組成物を具備するＯＬＥＤは、２，９‐ジメチル‐４，７‐ジフェニル‐１，１０‐フェナントロリン（ＢＣＰ）、２，２′，２″‐（１，３，５‐ベンジントリイル）−トリス（１‐フェニル‐１‐Ｈ‐ベンゾイミダゾール）（ＴＰＢｉ）若しくは他の類似物質等の１又はそれ以上の結合的な発光層、又は３以上の構成スペクトルを有するトリス（８‐ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ_３）若しくは他の公知の物質等の発光／電子伝達層の組み合わせを有する。ある実施態様において、本発明の組成物は、ＱＤと１又はそれ以上の同一の又は異なるＥＰ部分を有するリンカーを含んだ被覆材料とを含む。１又はそれ以上の被覆材料を用いる場合、各々の被覆材料はさまざまな層において配置することができ、またすべて一つの層での混合物であり得る。

本明細書中に用いられるように、“類似する（類似の）発光スペクトル”とは、２つの異なるスペクトルの最大発光強度の波長が互いに５０ｎｍ以内であることを意味する。本明細書中に用いられるように、相違する発光スペクトルとは２つの異なるスペクトルの最大発光強度の波長が互いに５０ｎｍを超えることを意味する。

また、複数のエミッタの組み合わされたスペクトルは白色光を生成するためのアプローチとして用いることができる。本発明のある態様において、電圧依存性のスペクトルは励起子の形成及び再結合の領域をシフトすることに基づいて提供される。高電流密度で、デバイスは、当技術分野で公知のように、デバイス内部の独占的な発光源又はその複数の発光源に影響を及ぼす三重項‐三重項消滅効果に非常に影響を受けやすい。

図２は本発明のある実施態様の略図である。特に、図２は電気リン光部分を具備した材料で被覆された量子ドットを具備する例示デバイス構造を示す。図２（ａ）は発光源がＥＰ‐ＱＤである構造を示す。この構成において、正孔／励起子ブロッキング層はＥＰ‐ＱＤエミッタの領域に発光性の励起子を封鎖させるのに寄与する。また、電子伝達層は効果的な電子の注入及びＥＰ‐ＱＤエミッタへのこれらの移動を促進する。図２（ｂ）においては、電子伝達層がなく、正孔／励起子ブロッキング層を具備する構造を示す。このデバイスにおいて、正孔／励起子ブロッキング層は、励起子を発光領域に封鎖させ、電子をＥＰ‐ＱＤエミッタに伝達するように構成されている。図２（ｃ）ではＥＰ‐ＱＤエミッタを、第二の発光層及び電子伝達層と組み合わせた構造を示す。この場合、発光はＥＰ‐ＱＤ及び発光層から生じ、ある実施態様においては、結合させて、白色光を生じることができる。電子伝達層はカソードからの電子の注入、及び発光領域への電子の移動を促進することができる。図２（ｄ）においては、正孔／励起子ブロッキング層の他に、第二の発光層をＥＰ‐ＱＤと組み合わせた構造が示されている。発光層からの発光は、ＥＰ‐ＱＤからの発光を結合し、ある実施態様においては、白色光スペクトルを生成することができる。該正孔／励起子ブロッキング層は、励起子を、発光層の領域及びＥＰ‐ＱＤエミッタに封鎖させることができる。図２（ｅ）においては、発光層を用いて、ＥＰ‐ＱＤエミッタからの発光と結合することができる。また、該発光層は発光領域に電子を伝達する伝達層として作用することができる。図２（ｆ）では発光層、正孔／励起子ブロッキング層及び電子伝達層を組み合わせた構成を示す。発光層からの光は、ＥＰ‐ＱＤ層からの光と結合して、白色光を生成する。該正孔／励起子ブロッキング層を用いて、励起子を、発光層の領域及びＥＰ‐ＱＤエミッタに封鎖させる。該電子伝達層は、カソードからデバイスへの電子の注入を促進し、発光層及びＥＰ‐ＱＤエミッタへこれらの電子を輸送することができる。

ＯＬＥＤの全体的な製造及び配置は、当業者に周知である。幾つかの例を本明細書に挙げるが、すべての適切な公知の実施態様及び構成要素はすべて、本明細書中に含まれるように意図される。基板は硬質又はフレキシブルであり得る。当技術分野で公知であるように、デバイスは同じ技術的機能を有するように特徴付けられた１を超える層を具備することができる。例えば、デバイスにおいては、“発光層”として機能する、１を超える異なる層があり得る。そのような実施態様のすべては、本明細書に含まれるように意図される。該基板は適切な材料であり、プラスチック、金属、石英及びガラスを含むが、これらに限定されない。アノードの材料は適切な材料であり、透明酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化ガリウムインジウムスズ（ｇａｌｌｉｕｍ ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛インジウムスズ（ｚｉｎｃ ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、窒化チタン、及びポリアニリンを含むが、これらに限定されない。カソードは適切な材料であり、Ａｌ、Ｂａ、Ｙｂ、Ｃａ、リチウム‐アルミニウム合金、マグネシウム‐銀合金、及びその合金を含むが、これらに限定されない。正孔注入層は適切な材料であり、銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）中のポリ（スチレンスルホネート）の分散（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を含むが、これらに限定されない。正孔輸送層の適切な材料はＮ，Ｎ′‐ビス（ナフタレン‐１‐イル）‐Ｎ，Ｎ′‐ビス（フェニル）‐ベンジジン（ＮＰＢ）、又はポリ（Ｎ，Ｎ′‐ビス（４‐ブチルフェニル）‐Ｎ，Ｎ′‐ビス（フェニル）ベンジジン（ポリ‐ＴＰＤ）を含むが、これらに限定されない。

電気リン光性の量子ドットのホスト材料は、使用される場合、当業者に公知の適切な材料を用いることができる。発光層の材料は、当業者に公知の適切な材料を用いることができ、１又はそれ以上の低分子の電場発光物質、低分子の電気リン光性材料、発光ポリマー、及びその組み合わせを含むが、これらに限定されない。正孔ブロッキング層の材料は、当業者に公知の適切な材料を用いることができ、ＢＣＰ、３‐（４‐ビフェニルイル）‐４‐フェニル‐５‐ｔｅｒｔ‐ブチルフェニル‐１，２，４‐トリアゾール（ＴＡＺ）、及びＴＰＢｉを含むが、これらに限定されない。電子伝達層の材料は、当業者に公知の適切な材料を用いることができ、Ａｌｑ_３等のアルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛及びマグネシウム複合体、ＴＰＢｉ、ＴＡＺ、ＢＣＰ等の他の適切な材料、並びに共役ポリマーを含むが、これらに限定されない。これらの略語に対応する構造は当技術分野で公知である。

ある実施態様において、同一の又は異なるＥＰ部分を具備する１又はそれ以上の材料を、同一の又は異なるＱＤに被覆することができ、ＯＬＥＤ又は他のデバイスに用いることができる。

ＱＤは当業者に周知であり、さまざまな文献に記載されている。さまざまなサイズのＱＤは、本発明に有用である。不適当な実験をすることなしに、当該技術分野における通常の技術一つはＯＬＥＤの所定の光学特性を含むさまざまな因子に基づいて本発明に有用なＱＤを選択することができるが、これに限定されない。特定の実施態様において、ＱＤは、当技術分野で公知のコア‐シェル構造、ＱＤ‐量子井戸、又は勾配ＱＤであり得る。

さまざまな構成材料及び層のすべての有用な組み合わせは具体的に挙げられているかのような程度まで本発明の範囲に含まれるように意図される。

スキーム１はＱＤ表面及びＥＰ部分の遷移金属イオンの両方に調整することができるリンカーの合成を示す。

スキーム１でのリンカーはＥＰ部分で調整するα，β‐ジカルボニル基、及びＱＤに結合するチオフェン基を含み、これらは有用な官能基のみではない。所定の機能を発揮することが可能な他の官能基を用いることができる。そのような目的における適切な官能基は、当業者に周知である。例えば、ＱＤに結合することが可能な官能基をリンカーに用いることができる。したがって、ＱＤが遷移金属又はランタニドを含む場合、リンカーはそのような金属（例えば、スルフィド、ヒドロキシド、カルボキシラート、アミン等）に結合することが可能な官能基を含み得る。特定の実施態様において、リンカーはチオフェン、ホスフィン、カルボキシル、アミン基、アルコール、チオール、アルケン、アルキン、エーテル、チオエーテル、ホスフィン、アミド、カルボキシラート、スルフォナート、ホスフェート、第四級アンモニウム、シラン、硫化物、及び当技術分野で公知の他の適切な基によってＱＤに結合することができる。

特定の実施態様において、被覆材料のリンカーは炭素、窒素、硫黄、リン又は酸素原子によってＱＤに結合されている。本明細書では、該リンカーは、ＱＤ及びＥＰ基に“二座配位子”を結合することを示すが、該結合は、一座配位子、二座配位子、三座配位子、又は当業者の公知の他の構造であってもよい。ＥＰ部分を具備する材料は、オリゴマー、又は当業者に公知の他の適切な材料であり得る。

ある実施態様において、α，β‐ジカルボニル配位子の特定の選択は以下の化学式の緑色ドーパント（ｇｒｅｅｎ ｄｏｐａｎｔ）等の、ＳＭＰ型化合物の効率の影響を受けることを留意すべきである。

ＥＰ部分をリンカーに導入するための利用可能な幾つかの方法（例えば、スキーム１の化合物３）は、（１）ＱＤの表面にリンカーを結合した後に、ＥＰ部分を結合する工程と、（２）該リンカーにＥＰ部分を結合した後に、該ＱＤの表面に該リンカーを結合する工程とを含む。リンカーにＥＰ部分を結合する幾つかの方法を、スキーム２及び３に示す。リンカーにＥＰ部分を結合することについての本発明の範囲は、そのような方法に限定されず、当業者に公知の他の方法、例えば他の適切な官能基を利用すること、を含むことが認識されるべきである。

スキーム４及び５はそれぞれ、量子ドットに結合される化合物２及び１５の略図である。

スキーム６及び７はそれぞれ、スキーム４及び５に示す構造（物）の代替的な製造方法を示す。簡潔には、スキーム６及び７では、リンカーが量子ドット表面に結合され、それから電気リン光部分が該リンカーに結合される。

選択されたＱＤと結合した化合物２及び１５のＥＰ部分は緑色光を提供する。赤色光又は青色光を発光する材料を得るために、以下のＥＰ部分を有するリンカーをそれぞれ用いることができる。

当技術分野で公知のように、所定の発光スペクトルに依存して、選択するのにさまざまなエミッタがある。これらのエミッタは、当業者に周知であり、不適当な実験なしに、本明細書中に組み込むことができる。また、緑色、赤色、青色、又は他の色のエミッタのさまざまな混合物を、デバイスに所定の発光を付与するのに用いることができることが当業者に周知である。

フェルスター遷移を促進するために、改良されたＱＤは４，４′‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）‐１，１′‐ビフェニル（一般に、赤色及び／又は緑色エミッタと共に利用される）及び１，３‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゼン（一般に、青色エミッタと共に利用される）等の適切なホスト材料の存在下で正孔輸送層に被覆されたスピンであり得る。これらの例示ホスト材料の化学構造を以下に示す。他の適切なホスト材料は、当業者に周知であり、不必要な実験なしに当該技術分野における通常の技術の一つにより本明細書に記載の方法及びデバイスに取り込むことができる。

また、低分子型のホスト材料と同様に、ポリ［（９，９‐ジオクチルフルオレニル‐２，７‐ジイル）‐ａｌｔ‐ｃｏ（９，９‐（５′‐ペンテニル）フルオレニル−２，７‐ジイル）］（ｐｏｌｙ［（９，９‐ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｙｌ‐２，７‐ｄｉｙｌ）‐ａｌｔ‐ｃｏ（９，９‐（５’‐ｐｅｎｔｅｎｙｌ）‐ｆｌｕｏｒｅｎｙｌ‐２，７‐ｄｉｙｌ）］；ＰＦ２８‐ペンテニルと略される）等のこれに限定されることがない高分子材料もホスト材料に用いることができる。

ＱＤはスピン被覆（コーティング）、スクリーン印刷及びインクジェット印刷を含むさまざまな技術を用いてＯＬＥＤに導入することができる。ＱＤ層の厚さによって所定の光学特性を達成することができる。

理論によって拘束されることなしに、改良されたＱＤ内部の効率的な帯電及び励起子形成を達成するために、各々の成分はバンド構造、すなわちそれぞれの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）及び最低空軌道（ＬＵＭＯ）の緊密な配列、に適合する必要があると考えられる。そのような構造は、幾つかの目的を果たすと考えられる。例えば、正孔輸送層（ＨＴＬ）／発光層（ＥＭＬ）及び電子伝達層（ＥＴＬ）／ＥＭＬ界面のように、それぞれのＨＯＭＯ及びＬＵＭＯの緊密な配列は、重大なエネルギー障壁を抑制する必要なしに、正孔及び電子を発光層に注入させることができ、また、電荷を相対する接点に逃すことなしに、発光領域に電荷を封鎖させる。本明細書中に記載されるホスト：ＥＰ‐ＱＤ系においては、ホスト材料の一連の適切に配列されたエネルギー準位、電気リン光部分、及びＱＤは、電荷注入、励起子形成、励起子輸送及び発光のための効果的な経路を提供する。

ある実施態様においてＯＬＥＤの基礎を形成する無機ＱＤは、直接的な注入によって主に帯電すると考えられる。したがって、周囲の分子（すなわち、ホスト及びＥＰ）からの正孔及び電子注入のための低障壁が望まれる。ある実施態様において、これは低い注入障壁を与える大きなバンドギャップを有するホスト分子を用いて達成される。

ある実施態様において、ＱＤから三重項エミッタへの電荷輸送のための経路は、有用である。これは一般にＱＤに対して同等の又は僅かに小さなギャップを有するＥＰ部分を用いることによって達成される。ＥＰ部分のギャップがＱＤに対して同等であるかあるいは大きい場合であっても、ある型のキャリアの輸送は配列されたＨＯＭＯ又はＬＵＭＯ間の共鳴移動を経て依然として生じる。電荷及び励起子の相当な輸送は、ホストからＥＰ部分に生じ、一重項励起子のフェルスター移動及び三重項励起子のデクスター移動において、ＥＰ部分よりも小さいギャップを有することをゲストＥＰ部分に要求すると考えられる。ＥＰ部分の直接的な帯電においては、適切な配列のレベルにより、ＱＤからある種のキャリア（前記のとおり）及びホストから第二のキャリアを注入することができる。これらの要因は、所定の結果にＯＬＥＤを調整させるのに有用である。デバイス及びその構成要素におけるこれらの要因の導入は、本明細書の記載によって、不必要な実験をすることなく当該技術分野における通常の技術の一つにより行うことができる。

本発明の結合的な目的、利点及び新たな特徴は、限定されるように意図されない次の実施例の検討で当業者に明らかとなる。実施例においては、推定的に行われる手順は現在時制で述べ、研究室で行なわれる手順は過去時制で説明している。

例えば、一般式又は化学名において、特定の異性体又は鏡像体が特定されないように化合物が本明細書で記載されている場合は、その記載は個々に又は組み合わされて記載された化合物のそれぞれの異性体及び鏡像体を含むように意図される。当業者は、特に例示されたもの以外に、方法、デバイスの構成要素、出発物質、ドーパント、及び合成方法を、本発明の実施に用いることができる。そのような方法、デバイスの構成要素、出発物質、ドーパント、及び合成方法のすべての公知の技術的な等価物は、本発明の範囲に含まれるように意図される。範囲（例えば、波長帯、時間範囲又は組成物範囲）が付与される場合は常に、すべての中間範囲及び部分範囲、及び付与された範囲に含まれるすべての個々の値は、本発明の範囲内に含まれるように意図される。

提供される新たな材料のそれぞれのＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ準位を検討し、それらの相互作用を予測してモデル化し、かつこの種のデバイスエンジニアリングを達成するためにサイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）、紫外光電子分光法（ＵＰＳ）及び逆光電子分光法（ＩＰＥＳ）等の当技術分野で公知の測定系が一般に用いられる。

次の手順は、本発明のある実施態様を用いて作製され試験されたＯＬＥＤデバイスの一例を説明する。

溶解処理と化学蒸着法（ＣＶＤ）を併用して多層ＯＬＥＤを作製した。この積層物の構造は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（２５．００ｎｍ）、ポリ‐ＴＰＤ（３５．００ｎｍ）、ＱＤ（７．００ｎｍの径、名目上３層）、ＩｒＰＰｙ_３（２．８０ｎｍ）、ＴＰＢｉ（４０．７０ｎｍ）、Ａｌｑ_３（１５．００ｎｍ）、ＬｉＦ（１．５０ｎｍ）、及びＡｌを含むカソードであった。

２％ Ｔｅｒｇｉｔｏｌ溶液で、音波処理によってＩＴＯ被覆ガラスを完全に浄化した後、脱イオン水で水洗し、７０℃まで加熱したＤＩ水：水酸化アンモニウム：過酸化水素の５：１：１溶液中に１０分間浸漬した。次いで、基板を脱イオン（ＤＩ）水で水洗し、アセトン及びメタノールでそれぞれ１５分間音波処理した。窒素で乾燥した後、基板をＵＶ／オゾンで浄化した。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリ‐ＴＰＤ及びＱＤ層のスピンコーティングを、窒素充填グローブボックスで行った。メタノール中Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐの３：５溶液（０．３ｍＬ）を、ＩＴＯ基板上にキャストした。該溶液が完全に基板の表面を湿らせた後、基板を３０００ｒｐｍまで１秒間加速させた後、６０００ｒｐｍまで加速させ、３０秒間その加速度で保持した。１２５℃で１０分間、グローブボックス内部のホットプレートで、膜をアニール化した。アニーリング後、基板をスピンコーターに載置し、トルエン中ポリ‐ＴＰＤの１０ｍｇ／ｍＬ溶液（０．１ｍＬ）を基板表面に滴下した。該基板を３０００ｒｐｍまで加速させ、６０秒間この加速度で保持した。得られた膜を６０℃で３０分間アニール化した。オクタン中の３ｍｇ／ｍＬのＱＤの溶液を該基板の表面にキャストした。該基板を、４０００ｒｐｍで１分間回転させた。限定されないが、米国特許出願公開第２００７／０１１１３２４号明細書（すべてにおいて引用により本明細書中に取り込まれる）に記載されているＱＤを含む適切なＱＤを用いることができる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／ポリ‐ＴＰＤ／ＱＤの３層による基板を、不活性雰囲気中で真空チャンバに移動した。２．８ｎｍのＩｒ（ｐｐｙ）_３の膜を、約０．１Å ｓ^−１の速度の熱蒸着によって該基板に堆積し、次いで、４０．７０ｎｍの厚さのＴＰＢｉの層と１５ｎｍの厚さのＡｌｑ_３の層を、約５．０Å ｓ^−１の速度で堆積した。膜蒸着を２×１０^−６ｍｂａｒのベース圧で行った。該チャンバに穴を開け、パターン化されたカソードを堆積するためのシャドーマスクをデバイスに載置した。該デバイスを該チャンバに戻して載置し、２×１０^−６ｍｂａｒのベース圧で吸い出した。ＬｉＦに約０．１Å ｓ^−１、Ａｌに約５〜２５Å ｓ^−１の速度の熱蒸着を用いて、フッ化リチウムとアルミニウムの２層を堆積した。完成したデバイスをチャンバから取り出し、不活性雰囲気下で特性評価した。該デバイスのさまざまな特性については図３〜６を参照されたい。

本発明の前述の考察は例示及び説明の目的で示されている。前述の事項は本発明を本明細書中で開示された一つの態様又は複数の態様に限定するようには意図されない。本発明の記載は、１又はそれ以上の実施態様、並びに特定の変形及び改良の記載を含むが、他の変形及び改良は、本発明の範囲内である（例えば、本明細書中での開示の理解後の当技術分野における技術及び知識が範囲内であり得る）。そのような代替的な置換可能な及び／又は等価の構成、機能、範囲又は工程が本明細書に開示されているか否かは問わず、特許可能な対象を公開することなく、特許請求の範囲の代替的な、置換可能な及び／又は等価の構成、機能、範囲又は工程を含んだ許容される程度の代替的な実施態様を含む権利を得ることを意図する。

Claims (20)

1. 量子ドットと、
   該量子ドットと接触する被覆材料であって、該被覆材料が電気リン光部分を具備する被覆材料と
   を含む有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）組成物。
2. 前記電気リン光部分が一重項のフェルスター遷移能力、三重項のデクスター遷移能力、又はその組み合わせである請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
3. 前記量子ドット及び前記電気リン光部分が類似する発光スペクトルを有する請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
4. 前記量子ドット及び前記電気リン光部分が相違する発光スペクトルを有する請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
5. 発光物質を更に含む請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
6. 前記発光物質がＢＣＰ、ＴＰＢｉ、Ａｌｑ_３、またはその組み合わせを含む請求項５記載のＯＬＥＤ組成物。
7. 前記量子ドットが無機半導体粒子である請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
8. 前記量子ドットが２５ｎｍ未満の径である請求項７記載のＯＬＥＤ組成物。
9. 前記量子ドットが遷移金属を含む請求項７記載のＯＬＥＤ組成物。
10. 前記電気リン光部分が有機金属部分を具備する請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
11. 前記有機金属部分が遷移金属又はランタニド金属を含む請求項１０記載のＯＬＥＤ組成物。
12. 前記電気リン光部分がＦΙｒ（ｐｉｃ）、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３、Ｂｔｐ_２（ａｃａｃ）、Ｂｔ_２（ａｃａｃ）、又はその組み合わせを含む請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
13. 前記被覆材料が量子ドットの表面に非共有結合するリンカーを更に含む請求項１記載のＯＬＥＤ組成物。
14. 電気リン光部分を具備する被覆材料で量子ドットを被覆する工程を含む有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）組成物の製造方法。
15. 基板と、
    該基板と物理接触するアノードと、
    該アノードと電気接続する正孔注入／輸送層と、
    該正孔注入／輸送層と電気接続する電気リン光性の量子ドット層であって、該電気リン光性の量子ドット層が電気リン光部分を具備する被覆材料で被覆された量子ドットを含む、前記電気リン光性の量子ドット層と、
    該電気リン光性の量子ドット層と電気接続するカソードと、
    を具備する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）素子。
16. 前記電気リン光性の量子ドット層と前記カソードの間に１又はそれ以上の発光改良層を更に具備する請求項１５記載のＯＬＥＤ素子。
17. 前記発光改良層が、
    前記電気リン光部分と電気接続する正孔ブロッキング層と、
    該正孔ブロッキング層と電気接続する電子伝達層と、
    該電子伝達層及び前記カソードと電気接続する電子注入層と、
    を具備する請求項１６記載のＯＬＥＤ素子。
18. 前記電気リン光性の量子ドット層が１又はそれ以上のドーパントを更に含む請求項１５記載のＯＬＥＤデバイス。
19. アノードに正孔注入／輸送層を作製することと、
    該正孔注入／輸送層に量子ドット層を作製することと、
    該量子ドット層に電気リン光層を作製することと、
    任意に、該電気リン光層に１又はそれ以上の発光改良層を作製することと、
    該発光改良層又は任意に作製された発光改良層にカソードを作製することと、
    を含むＯＬＥＤデバイスの製造方法。
20. 前記発光改良層を作製する工程が、
    電気リン光層に正孔ブロッキング層を作製することと、
    該正孔ブロッキング層に電子伝達層を作製することと、
    該電子伝達層に電子注入層を作製することと、
    該電子注入層にカソードを作製することと、
    を含む請求項１９記載の製造方法。

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