JP2011501470A - 電子輸送二重層およびそのような二重層から製造したデバイス - Google Patents

Abstract

電子輸送層として有用な二重層組成物を開示する。本発明の二重層は、電子輸送材料を含有する第１の層と、フラーレンを含有する第２の層とを有する。電子輸送二重層を含む有機発光ダイオードもまた開示する。

Description

本開示は、一般に、電子デバイスにおいて有用な電子輸送二重層に関する。

有機電子デバイスは、活性層を含む製品の分類の１つである。このようなデバイスは、電気エネルギーを放射線に変換したり、電子的過程を介して信号を検出したり、放射線を電気エネルギーに変換したり、１つ以上の有機半導体層を含んだりする。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）が可能な有機層を含む有機電子デバイスである。導電性ポリマーを含有するＯＬＥＤは、以下の構成を有することができる：
アノード／ＥＬ材料／カソード

通常、アノードは、たとえば、インジウム／スズ酸化物（ＩＴＯ）などの、透明であり、かつＥＬ材料中に正孔を注入する能力を有するあらゆる材料である。場合により、アノードは、ガラスまたはプラスチックの基体上に支持されている。ＥＬ材料としては、蛍光化合物、蛍光性およびリン光性の金属錯体、共役ポリマー、ならびにそれらの混合物が挙げられる。通常、カソードは、ＥＬ材料中に電子を注入する能力を有するあらゆる材料（たとえばＣａまたはＢａなど）である。

ＥＬ材料とアノードおよび／またはカソードとの間には１つ以上の層が存在しうる。これらの層は、主として電荷輸送の目的で存在するが、他の機能を果たす場合もある。ＯＬＥＤダイオードの全体的な順方向バイアス電圧は、各層での電圧降下に依存する。デバイスの出力効率を増加させるためには、エレクトロルミネッセンスを犠牲にすることなく各層での電圧降下を減少させることが条件となる。ＥＬ層とカソードとの間の電子輸送層は、大きな電圧降下の影響を受けるこのような層の１つである。したがって、電圧降下が顕著に減少させ、それによってＯＬＥＤデバイスの出力効率を増加させる電子輸送層が必要とされている。

電子輸送材料を含む少なくとも１つの第１の層と、フラーレンを含む第２の層とを含む電子輸送二重層を提供する。

アノード、光活性層、およびカソードを含み、上記電子輸送二重層が光活性層とカソードとの間の存在する電子デバイスもまた提供する。

以上の概要および以下の詳細な説明は、単に例示的および説明的なものであり、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明を限定するものではない。

本開示において提供される概念の理解を進めるために、添付の図面において実施形態を説明する。

有機電子デバイスの概略図である。 赤色ＥＬ材料のフラーレン濃度の関数としてのＯＬＥＤデバイス電圧のグラフである。 緑色ＥＬ材料のフラーレン濃度の関数としてのＯＬＥＤデバイス電圧のグラフである。 青色ＥＬ材料のフラーレン濃度の関数としてのＯＬＥＤデバイス電圧のグラフである。

当業者であれば理解しているように、図面中の物体は、平易かつ明快にするために示されており、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではない。たとえば、実施形態を理解しやすいようにするために、図面中の一部の物体の寸法が他の物体よりも誇張されている場合がある。

多数の態様および実施形態を上記で説明したが、これらは単に例示的で非限定的なものである。本明細書を読めば、本発明の範囲から逸脱しない他の態様および実施形態が実現可能であることが、当業者には分かるであろう。

いずれか１つまたは複数の本発明の実施形態のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。この詳細な説明は、最初に、用語の定義および説明を扱い、続いて、電子輸送二重層、電子デバイス、および最後に実施例を扱う。

１．用語の定義および説明
以下に説明する実施形態の詳細を扱う前に、一部の用語について定義または説明を行う。

層、材料、部材、または構造に関して言及される場合用語「電荷輸送」は、そのような層、材料、部材、または構造から、別の層、材料、部材、または構造の中への電荷の移動を推進または促進するそのような層、材料、部材、または構造を意味することを意図している。一部の光活性材料または電気活性材料も電荷輸送特性を有する場合があるが、用語「電荷輸送」は、主機能が発光または光吸収である材料を含むことを意図していない。

用語「電子輸送」は、負電荷に関する電荷輸送を意味する。

用語「正孔輸送」は、正電荷に関する電荷輸送を意味する。

用語「フラーレン」は、炭素原子の６角形および５角形の基で構成されるかご形中空分子を意味する。ある実施形態においては、少なくとも６０個の炭素原子が分子中に存在する。

用語「層」は、用語「フィルム」と交換可能に使用され、希望する領域を覆うコーティングを意味する。この用語は大きさによって限定されない。この領域は、デバイス全体の大きさであってもよいし、実際の視覚的表示などの特殊な機能の領域の小ささ、または１つのサブピクセルの小ささであってもよい。

用語「二重層」は、組成が異なる少なくとも２つの層で構成されるデバイス中の機能層を意味する。

層または材料に言及する場合の用語「電気活性」は、電子的または電気放射的（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ）性質を示す層または材料を意味することを意図している。電気活性層材料は、放射線を発する場合もあるし、放射線を受けた場合に電子−正孔対の濃度変化を示す場合もある。

用語「光活性」は、印加電圧によって活性化した場合に光を発する材料（ＯＬＥＤまたは化学セル中など）、あるいは放射エネルギーに応答し、バイアス電圧の印加を伴ってまたは伴わずに信号を発生する材料（光検出器中など）を意味する。

本明細書において使用される場合、用語「含んでなる」、「含んでなること」、「含む」、「含むこと」、「有する」、「有すること」、またはそれらの他のあらゆる変形は、非排他的な包含を扱うことを意図している。たとえば、ある一連の要素を含むプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素にのみに必ずしも限定されるわけではなく、そのようなプロセス、方法、物品、または装置に関して明示されず固有のものでもない他の要素を含むことができる。さらに、反対の意味で明記されない限り、「または」は、包含的な「または」を意味するのであって、排他的な「または」を意味するのではない。たとえば、条件ＡまたはＢが満たされるのは、Ａが真であり（または存在し）Ｂが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）Ｂが真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢの両方が真である（または存在する）のいずれか１つによってである。

また、本発明の要素および成分を説明するために「ａ」または「ａｎ」も使用されている。これは単に便宜的なものであり、本発明の一般的な意味を提供するために行われている。この記述は、１つまたは少なくとも１つを含むものと読むべきであり、明らかに他の意味となる場合を除けば、単数形は複数形も含んでいる。

元素周期表中の縦列に対応する族の番号は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、第８１版（２０００−２００１）に見ることができる「新表記法」（Ｎｅｗ Ｎｏｔａｔｉｏｎ）の規則を使用している。

特に定義しない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されている意味と同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと類似または同等の方法および材料を使用して、本発明の実施形態の実施または試験を行うことができるが、好適な方法および材料についてを以下に説明する。すべての刊行物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、特に明記しない限り、それらの記載内容全体が参照により援用される。矛盾が生じる場合には、定義を含めて本明細書に従うものとする。さらに、材料、方法、および実施例は、単に説明的なものであって、限定を意図したものではない。

本明細書に記載されていない程度の、具体的な材料、処理行為、および回路に関する多くの詳細は従来通りであり、それらについては、有機発光ダイオードディスプレイ、光検出器、光電池、および半導体要素の技術分野の教科書およびその他の情報源中に見ることができる。

２．電子輸送二重層
電子輸送二重層は、電子輸送材料を含む第１の層と、フラーレンを含む第２の層とを有する。ある実施形態においては、二重層は全体の厚さが５〜２００ｎｍの範囲内であり、ある実施形態においては１０〜１００ｎｍの範囲内である。

ａ．電子輸送材料
電子輸送二重層の第１の層中には、あらゆる従来の電子輸送材料を使用することができる。このような材料はＯＬＥＤの分野において周知である。電子輸送材料の例としては、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（ｐ−フェニル−フェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（ＢＡｌＱ）、トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム（Ａｌｑ_３）、およびテトラキス（８−ヒドロキシキノラト）−アルミニウム（ＺｒＱ）などの金属キレート化オキシノイド化合物；２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、および１，３，５−トリ（フェニル−２−ベンズイミダゾール）ベンゼン（ＴＰＢＩ）などのアゾール化合物；２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリンなどのキノキサリン誘導体；９，１０−ジフェニルフェナントロリン（ＤＰＡ）および２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＤＤＰＡ）などのフェナントロリン誘導体；ならびにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ある実施形態においては、電子輸送材料は、ＢＡｌＱ、Ａｌｑ_３、ＺｒＱ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。

ある実施形態においては、第１の層は単層である。ある実施形態においては、第１の層は、同じまたは異なる組成を有する２つ以上の層で構成される。

電子輸送二重層の第１の層は、気相堆積、液相堆積（連続技術および不連続技術）、および熱転写などの従来のあらゆる堆積技術によって形成することができる。連続液相堆積技術としては、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、浸漬コーティング、スロットダイコーティング、スプレーコーティング、および連続ノズルコーティングが挙げられるが、これらに限定されるものではない。不連続液相堆積技術としては、インクジェット印刷、グラビア印刷、およびスクリーン印刷が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ある実施形態においては、第１の層は全体的な層として形成される。ある実施形態においては、第１の層は、あるパターンで形成される。

ある実施形態においては、電子輸送二重層の第１の層は第２の層よりも薄い。ある実施形態においては、第１の層の厚さは２〜１００ｎｍの範囲内であり、ある実施形態においては５〜５０ｎｍの範囲内である。

ｂ．フラーレン
電子輸送層の第２の層はフラーレンを含む。フラーレン類は、水素原子を有さず三次元座標の偶数個の炭素原子からなる閉じたかご形構造を特徴とする炭素の同素体である。フラーレン類は周知であり、広範囲にわたって研究されている。

フラーレン類の例としては、以下のＣ６０、Ｃ６０−ＰＣＭＢ、およびＣ７０

ならびにＣ８４およびより高次のフラーレンが挙げられる。いずれのフラーレンも、Ｃ７０−ＰＣＢＭ、Ｃ８４−ＰＣＢＭ、およびより高次の類似体など、（３−メトキシカルボニル）−プロピル−１−フェニル基で誘導体（「ＰＣＢＭ」）化することができる。複数のフラーレンの組み合わせを使用することができる。

ある実施形態においては、フラーレンは、Ｃ６０、Ｃ６０−ＰＣＭＢ、Ｃ７０、Ｃ７０−ＰＣＭＢ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。

電子輸送二重層の第２の層は、前述のような気相堆積、液相堆積（連続技術および不連続技術）、および熱転写などの従来のあらゆる堆積技術によって形成することができる。

ある実施形態においては、第２の層は、第１の層の上に重ねられるが、第１の層を越えて延在することはない。電子輸送二重層の第１の層が全体的に形成される場合、第２の層も全体的な層として形成することができるし、あるパターンで形成することもできる。第１の層があるパターンで形成される場合、第２の層は、第１の層のパターンと一致するパターンで形成される。

ある実施形態においては、電子輸送二重層の第２の層の厚さは３〜１５０ｎｍの範囲内であり、ある実施形態においては１０〜１００ｎｍの範囲内である。

３．電子デバイス
２つの電気接触層の間に位置決めされた少なくとも１つの電気活性層を含み、本発明の新規な電子輸送二重層をさらに含む電子デバイスを提供する。

図１に示されるように、典型的なデバイス１００は、アノード層１１０、緩衝層１２０、電気活性層１３０、電子輸送二重層１４０、およびカソード層１５０を有する。二重層１４０は、正孔輸送材料を含む第１の層１４１を有する。二重層１４０は、フラーレンを含む第２の層１４２を有する。フラーレン層１４２はカソード１５０に隣接している。

このデバイスは、アノード層１１０またはカソード層１５０に隣接することができる支持体または基体（図示せず）を含むことができる。ほとんどの場合、支持体はアノード層１１０に隣接している。支持体は、可撓性の場合も剛性の場合もあるし、有機の場合も無機の場合もある。支持体材料の例としては、ガラス、セラミック、金属、およびプラスチックフィルムが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

アノード層１１０は、カソード層１５０よりも正孔の注入が効率的な電極である。アノードは、金属、混合金属、合金、金属酸化物、または混合酸化物を含有する材料を含むことができる。好適な材料としては、２族元素（すなわち、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）（これらはアノード材料であろうか？）の混合酸化物、１１族元素、４族、５族、および６族の元素、ならびに８〜１０族の遷移元素が挙げられる。アノード層１１０を光透過性にするためには、インジウム・スズ酸化物などの１２族、１３族、および１４族の元素の混合酸化物を使用することができる。本明細書において使用される場合、語句「混合酸化物」は、２族元素、あるいは１２族、１３族、または１４族の元素から選択される２種類以上の異なる陽イオンを有する酸化物を意味する。アノード層１１０の材料の一部の非限定的な具体例としては、インジウム・スズ酸化物（「ＩＴＯ」）、インジウム・亜鉛酸化物、アルミニウム・スズ酸化物、金、銀、銅、およびニッケルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。アノードは、有機材料、特に、ポリアニリンなどの導電性ポリマー、たとえば、「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｓｏｌｕｂｌｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ」，Ｎａｔｕｒｅ ｖｏｌ．３５７，ｐｐ ４７７ ４７９（１１ Ｊｕｎｅ １９９２）に記載される代表的な材料も含むことができる。発生した光を観察できるように、アノードおよびカソードの少なくとも１つは、少なくとも部分的に透明となるべきである。

アノード層１１０は、化学蒸着法または物理蒸着法、あるいはスピンキャスト法によって形成することができる。化学蒸着は、プラズマ化学蒸着（「ＰＥＣＶＤ」）または金属有機化学蒸着（「ＭＯＣＶＤ」）として行うことができる。物理蒸着としては、イオンビームスパッタリングなどのスパッタリング、ならびにｅビーム蒸発、および抵抗蒸発のあらゆる形態を挙げることができる。物理蒸着の具体的な形態としては、高周波マグネトロンスパッタリング、および誘導結合プラズマ物理蒸着（「ＩＣＰ−ＰＶＤ」）が挙げられる。これらの堆積技術は、半導体製造分野においては周知である。

一実施形態においては、アノード層１１０は、リソグラフィ作業中にパターン化される。このパターンは、希望に応じて変更することができる。これらの層は、第１の電気接触層材料を適用する前に、第１の可撓性複合バリア構造上にパターン化されたマスクまたはレジストを配置することなどによってパターンを形成することができる。あるいは、これらの層は、全体の層として適用することができ（ブランケット堆積とも呼ばれる）、続いて、たとえば、パターン化されたレジスト層と湿式化学エッチングまたはドライエッチング技術とを使用してパターン化することができる。当技術分野において周知の他のパターニング方法を使用することもできる。

緩衝層１２０は緩衝材料を含む。用語「緩衝層」または「緩衝材料」は、導電性材料または半導体材料を意味することを意図しており、限定するものではないが、下にある層の平坦化、電荷輸送および／または電荷注入特性、酸素または金属イオンなどの不純物の捕捉、ならびに有機電子デバイスの性能を促進または改善する他の特徴などの、１つ以上の機能を有機電子デバイス中で有することができる。

緩衝材料は、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）またはポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などのポリマー材料であってよく、これらはプロトン酸がドープされることが多い。プロトン酸は、たとえば、ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）などであってよい。緩衝層１２０は、銅フタロシアニンおよびテトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン系（ＴＴＦ−ＴＣＮＱ）などの電荷輸送化合物などを含むことができる。一実施形態においては、緩衝層１２０は、導電性ポリマーとコロイド形成性ポリマー酸との分散体から形成される。ある実施形態においては、コロイド形成性ポリマー酸はフッ素化スルホン酸である。このような材料は、たとえば、米国特許出願公開第２００４−０１０２５７７号明細書および同第２００４−０１２７６３７号明細書に記載されている。

通常、緩衝層は、当業者に周知の種々の技術を使用して基体上に堆積される。典型的な堆積技術としては、前述したように、気相堆積、液相堆積（連続技術および不連続技術）、および熱転写が挙げられる。

図示されていないが、緩衝層１２０と電気活性層１３０との間に、場合により層が存在することができる。この層は正孔輸送材料を含むことができる。正孔輸送材料の例は、たとえば、Ｙ．ＷａｎｇによりＫｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｏｕｒｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１８，ｐ．８３７−８６０，１９９６にまとめられている。正孔輸送分子および正孔輸送ポリマーの両方を使用することができる。一般に使用される正孔輸送分子としては：４，４’，４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）；４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）；１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）；Ｎ，Ｎ’−ビス（４−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（４−エチルフェニル）−［１，１’−（３，３’−ジメチル）ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＥＴＰＤ）；テトラキス−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−２，５−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）；α−フェニル−４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチレン（ＴＰＳ）；ｐ−（ジエチルアミノ）−ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン（ＤＥＨ）；トリフェニルアミン（ＴＰＡ）；ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ）−２−メチルフェニル］（４−メチルフェニル）メタン（ＭＰＭＰ）；１−フェニル−３−［ｐ−（ジエチルアミノ）スチリル］−５−［ｐ−（ジエチルアミノ）フェニル］ピラゾリン（ＰＰＲまたはＤＥＡＳＰ）；１，２−ｔｒａｎｓ−ビス（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）シクロブタン（ＤＣＺＢ）；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＴＢ）；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（α−ＮＰＢ）；および銅フタロシアニンなどのポルフィリン系化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。一般に使用される正孔輸送ポリマーとしては、ポリビニルカルバゾール、（フェニルメチル）ポリシラン、ポリ（ジオキシチオフェン）類、ポリアニリン類、およびポリピロール類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリスチレンやポリカーボネートなどのポリマー中に、上述のものなどの正孔輸送分子をドープすることによって、正孔輸送ポリマーを得ることもできる。

デバイスの用途に依存するが、電気活性層１３０は、印加電圧によって活性化される発光層（発光ダイオードまたは発光電気化学セル中など）、放射エネルギーに応答し、バイアス電圧の印加を伴ってまたは伴わずに信号を発生する材料の層（光検出器中など）であってよい。一実施形態においては、電気活性材料は、有機エレクトロルミネッセンス（「ＥＬ」）材料である。限定するものではないが、小分子有機蛍光化合物、蛍光性およびリン光性の金属錯体、共役ポリマー、ならびにそれらの混合物などのあらゆるＥＬ材料をデバイス中に使用することができる。蛍光化合物の例としては、ピレン、ペリレン、ルブレン、クマリン、それらの誘導体、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。金属錯体の例としては、トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）などの金属キレート化オキシノイド化合物；ペトロフ（Ｐｅｔｒｏｖ）らの米国特許第６，６７０，６４５号明細書、ならびに国際公開第０３／０６３５５５号パンフレットおよび国際公開第２００４／０１６７１０号パンフレットに開示されるような、フェニルピリジン配位子、フェニルキノリン配位子、またはフェニルピリミジン配位子を有するイリジウムの錯体などのシクロメタレート化イリジウムおよび白金エレクトロルミネッセンス化合物、ならびに、たとえば国際公開第０３／００８４２４号パンフレット、国際公開第０３／０９１６８８号パンフレット、および国際公開第０３／０４０２５７号パンフレットに記載されるような有機金属錯体、ならびにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。電荷輸送ホスト材料と金属錯体とを含むエレクトロルミネッセンス発光層が、Ｔｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号明細書、ならびにＢｕｒｒｏｗｓおよびＴｈｏｍｐｓｏｎの国際公開第００／７０６５５号パンフレット、および国際公開第０１／４１５１２号パンフレットに記載されている。共役ポリマーの例としては、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリフルオレン、ポリ（スピロビフルオレン）、ポリチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレン）、それらのコポリマー、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

電子輸送二重層１４０は、通常、当業者に周知の種々の技術を使用して基体上に堆積される。典型的な堆積技術としては、前述のような気相堆積、液相堆積（連続技術および不連続技術）、および熱転写が挙げられる。

図示していないが、電子輸送二重層１４０とカソード１５０との間に任意選択の層が存在することができる。この任意選択の層は無機であってよく、ＢａＯ、ＬｉＦ、Ｌｉ_２Ｏなどを含むことができる。

カソード層１５０は、電子または負電荷キャリアの注入に特に有効な電極である。カソード層１５０は、第１の電気接触層（この場合はアノード層１１０）よりも低い仕事関数を有するあらゆる金属または非金属であってよい。本明細書において使用される場合、用語「低い仕事関数」は、約４．４ｅＶ以下の仕事関数を有する材料を意味することを意図している。本明細書において使用される場合、「高い仕事関数」は、少なくとも約４．４ｅＶの仕事関数を有する材料を意味することを意図している。

カソード層の材料は、１族のアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ，）、２族金属（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａなど）、１２族金属、ランタニド（たとえば、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｅｕなど）、およびアクチニド（たとえば、Ｔｈ、Ｕなど）から選択することができる。アルミニウム、インジウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせなどの材料を使用することもできる。カソード層１５０の材料の非限定的な具体例としては、バリウム、リチウム、セリウム、セシウム、ユウロピウム、ルビジウム、イットリウム、マグネシウム、サマリウム、ならびにそれらの合金および組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

通常、カソード層１５０は、化学蒸着法または物理蒸着法によって形成される。ある実施形態においては、カソード層は、アノード層１１０に関して前述したように、パターン化することができる。

デバイス中の他の層は、そのような層が果たすべき機能を考慮することによってそのような層に有用であることが知られているあらゆる材料でできていてよい。

ある実施形態においては、水および酸素などの望ましくない成分がデバイス１００内に入るのを防止するために、接触層１５０の上に封入層（図示せず）が堆積される。このような成分は、有機層１３０に対して悪影響を及ぼす場合がある。一実施形態においては、封入層は障壁層またはフィルムである。一実施形態においては、封入層はガラス蓋である。

図示していないが、デバイス１００が追加の層を含むことができることは理解できよう。当技術分野において周知である別の層、またはその他の別の層を使用することができる。さらに、前述のいずれかの層は、２つ以上の副層を含む場合があるし、層状構造を形成している場合もある。あるいは、アノード層１１０ 正孔輸送層１２０、電子輸送層１４０、カソード層１５０、および別の層の一部またはすべては、電荷担体輸送効率またはデバイスの他の物理的性質を向上させるために、処理、特に表面処理を行うことができる。各構成層の材料の選択は、デバイスの稼働寿命を考慮して高いデバイス効率を有するデバイスを得ること、製造時間、および複雑な要因、ならびに当業者に認識されている他の問題点の目標の釣り合いを取ることによって、好ましくは決定される。最適な構成要素、構成要素の構成、および組成の決定は、当業者の日常的な作業であることは理解できるであろう。

一実施形態においては、種々の層は以下の範囲の厚さを有する：アノード１１０、５００〜５０００Å、一実施形態においては１０００〜２０００Å；緩衝層１２０、５０〜２０００Å、一実施形態においては２００〜１０００Å；光活性層１３０、１０〜２０００Å、一実施形態においては１００〜１０００Å；場合による電子輸送層１４０、５０〜２０００Å、一実施形態においては１００〜１０００Å；カソード１５０、２００〜１００００Å、一実施形態においては３００〜５０００Å。デバイス中の電子−正孔再結合領域の位置、したがってデバイスの発光スペクトルは、各層の相対厚さによって影響されうる。たとえば、電子−正孔再結合領域が発光層中に存在するように、電子輸送層の厚さを選択すべきである。層の厚さの望ましい比は、使用される材料の厳密な性質に依存する。

動作中、適切な電源（図示せず）からの電圧がデバイス１００に印加される。したがって、デバイス１００の層全体に電流が流れる。電子が有機ポリマー層に入り、フォトンを放出する。アクティブマトリックスＯＬＥＤディスプレイと呼ばれる一部のＯＬＥＤでは、光活性有機フィルムの個別の堆積物を、電流の流れによって独立に励起させることができ、それによって個別のピクセルを発光させることができる。パッシブマトリックスＯＬＥＤディスプレイと呼ばれる一部のＯＬＥＤでは、光活性有機フィルムの堆積物は、電気接触層の横列および縦列によって励起させることができる。

本明細書に記載の概念は、以下の実施例でさらに説明されるが、これらの実施例は、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定するものではない。

デバイスの製造
電子デバイスを、以下の手順に従って作製した。パターン化されたＩＴＯコーティングを有するガラス基体をプラズマ洗浄し、次に緩衝層および正孔輸送層をスピンコーティングした。次に活性層を溶媒からスピンコーティングした。次に基体を真空チャンバーに入れ、そこでシャドーマスクを介して電子輸送二重層を堆積し、続いて、別のマスクを介して電子注入層および電極を堆積して、デバイスを完成した。

実施例１〜２および比較例Ａ
これらの実施例では、赤色発光ＥＬ材料を有するＯＬＥＤデバイスの性能を示す。

比較例Ａ
この比較例では、ＺｒＱでできた１つの電子輸送層を使用して、前述のように赤色デバイスを作製した。

実施例１
この実施例では、電子輸送二重層を使用して赤色デバイスを作製した。第１の層はＺｒＱであった。第２の層は、５ｎｍの厚さを有するＣ６０フラーレンであった。

実施例２
この実施例では、電子輸送二重層を使用して赤色デバイスを作製した。第１の層はＺｒＱであった。第２の層は、２０ｎｍの厚さを有するＣ６０フラーレンであった。

比較例Ａ（０ｎｍのＣ６０）、実施例１（５ｎｍのＣ６０）、および実施例２（２０ｎｍのＣ６０）のデバイスについて、一般手順に記載されるように試験を行った。図２中に示されるように、電子輸送二重層を有するデバイスでは、必要な電圧が低くなった。

実施例３〜４および比較例Ｂ
これらの実施例では、緑色発光ＥＬ材料を有するＯＬＥＤデバイスの性能を示す。

比較例Ｂ
この比較例では、ＺｒＱでできた１つの電子輸送層を使用して、前述のように緑色デバイスを作製した。

実施例３
この実施例では、電子輸送二重層を使用して緑色デバイスを作製した。第１の層はＺｒＱであった。第２の層は、５ｎｍの厚さを有するＣ６０フラーレンであった。

実施例４
この実施例では、電子輸送二重層を使用して緑色デバイスを作製した。第１の層はＺｒＱであった。第２の層は、２０ｎｍの厚さを有するＣ６０フラーレンであった。

比較例Ｂ（０ｎｍのＣ６０）、実施例３（５ｎｍのＣ６０）、および実施例４（２０ｎｍのＣ６０）のデバイスについて、一般手順に記載されるように試験を行った。図３中に示されるように、電子輸送二重層を有するデバイスでは、必要な電圧が低くなった。

実施例５〜６および比較例Ｃ
これらの実施例では、青色ＥＬ材料を有するＯＬＥＤデバイスの性能を示す。

比較例Ｃ
この比較例では、ＺｒＱでできた１つの電子輸送層を使用して、前述のように青色デバイスを作製した。

実施例５
この実施例では、電子輸送二重層を使用して青色デバイスを作製した。第１の層はＺｒＱであった。第２の層は、５ｎｍの厚さを有するＣ６０フラーレンであった。

実施例６
この実施例では、電子輸送二重層を使用してｂｋｕｅデバイスを作製した。第１の層はＺｒＱであった。第２の層は、２０ｎｍの厚さを有するＣ６０フラーレンであった．

比較例Ｃ（０ｎｍのＣ６０）、実施例５（５ｎｍのＣ６０）、および実施例６（２０ｎｍのＣ６０）のデバイスについて、一般手順に記載されるように試験を行った。図４中に示されるように、電子輸送二重層を有するデバイスでは必要な電圧が低くなった。

概要または実施例において前述したすべての行為が必要なわけではなく、特定の行為の一部は不要である場合があり、１つまたは複数のさらに別の行為が、前述の行為に加えて実施される場合があることに留意されたい。さらに、行為が列挙されている順序は、必ずしもそれらが実施される順序ではない。

以上の明細書において、具体的な実施形態を参照しながら本発明の概念を説明してきた。しかし、当業者であれば、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱せずに種々の修正および変更を行えることが理解できよう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく説明的なものであると見なすべきであり、すべてのこのような修正は本発明の範囲内に含まれることを意図している。

特定の実施形態に関して、利益、その他の利点、および問題に対する解決法を以上に記載してきた。しかし、これらの利益、利点、問題の解決法、ならびに、なんらかの利益、利点、または解決法を発生させたり、より顕著にしたりすることがある、あらゆる特徴が、特許請求の範囲のいずれかまたはすべての重要、必要、または本質的な特徴であるとして解釈すべきではない。

別々の実施形態の状況において、明確にするために本明細書に記載されている特定の複数の特徴は、１つの実施形態の中で組み合わせても提供できることを理解されたい。逆に、簡潔にするため１つの実施形態の状況において説明した種々の特徴も、別々に提供したり、あらゆる副次的な組み合わせで提供したりすることができる。本明細書において明記される種々の範囲内の数値が使用される場合、記載の範囲内の最小値および最大値の両方の前に単語「約」が付けられているかのように近似値として記載されている。この方法では、記載の範囲よりもわずかに上およびわずかに下のばらつきを使用して、その範囲内の値の場合と実質的に同じ結果を得ることができる。また、これらの範囲の開示は、ある値の一部の成分を異なる値の一部の成分と混合した場合に生じうる分数値を含めて、最小平均値と最大平均値との間のすべての値を含む連続した範囲であることを意図している。さらに、より広い範囲およびより狭い範囲が開示される場合、ある範囲の最小値を別の範囲の最大値と一致させること、およびその逆のことが本発明の意図の範囲内となる。

別々の実施形態の状況において、明確にするために本明細書に記載されている特定の複数の特徴は、１つの実施形態の中で組み合わせても提供できることを理解されたい。逆に、簡潔にするため１つの実施形態の状況において説明した種々の特徴も、別々に提供したり、あらゆる副次的な組み合わせで提供したりすることができる。

Claims (14)

1. 電子輸送材料を含む第１の層と；
   フラーレンを含む第２の層と
   を含む、電子輸送二重層。
2. 前記電子輸送材料が、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（ｐ−フェニル−フェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）、トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム、テトラキス（８−ヒドロキシキノラト）−アルミニウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の電子輸送二重層。
3. 前記フラーレンが、Ｃ６０、Ｃ６１−ＰＣＢＭ、Ｃ７０、Ｃ７１−ＰＣＢＭ、およびＣ８４、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の電子輸送二重層。
4. 前記第１の層が、同じまたは異なる組成を有する２つ以上の層から構成される請求項１に記載の電子輸送二重層。
5. 前記二重層の全体の厚さが５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である、請求項１に記載の電子輸送二重層。
6. アノード、電気活性層、電子輸送二重層、およびカソードをこの順序で含む有機電子デバイスであって、前記二重層が：
   電子輸送材料を含む第１の層と；
   フラーレンを含む第２の層と
   を含み；
   前記第２の層が前記カソードに隣接している、有機電子デバイス。
7. 前記電子輸送材料が、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（ｐ−フェニル−フェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）、トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム、テトラキス（８−ヒドロキシキノラト）−アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記フラーレンが、Ｃ６０、Ｃ６１−ＰＣＢＭ、Ｃ７０、Ｃ７１−ＰＣＢＭ、およびＣ８４、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項８に記載のデバイス。
9. 前記アノードと前記電気活性層との間に緩衝層をさらに含み、前記緩衝層が導電性ポリマーおよびコロイド形成性ポリマー酸を含む、請求項６に記載のデバイス。
10. 前記コロイド形成性ポリマー酸がフッ素化されている、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記コロイド形成性ポリマー酸がフッ素化スルホン酸である、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記コロイド形成性ポリマー酸が過フッ素化されている、請求項１０または１１に記載のデバイス。
13. 前記第１の層が、同じまたは異なる組成を有する２つ以上の層で構成される、請求項６に記載のデバイス。
14. 前記二重層の全体の厚さが５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である、請求項６に記載のデバイス。

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