JP2012529188A - 長距離秩序を有する有機膜を有した有機電子デバイスの構造テンプレーティング - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、米空軍科学研究局により授与された助成金番号FA−9550−041−0120のもとで米国政府の支援によりなされた。
本発明の特定の代表的実施形態を、そのような実施形態をどのようにして構築したかを含めて、これから記述することとする。特定の方法、材料、条件、工程パラメーター、装置などは本発明の範囲を必ずしも限定しないことが理解される。
OPVデバイスに関する性能上の利点を立証するために、実験的OPVセルを実験室で作製した。ガラス基材上にプレコートしたインジウムスズ酸化物(ITO)の150nmの厚さの層上に気相熱蒸着法を用いて有機層を成長させた。薄膜堆積の前に、基材を既往の方法に従ってテルジトール及び溶媒で清浄にし、次いで、高真空チャンバー(基準圧力<10−6トル)に装入する前にUV−オゾンに10分間曝露した。精製(真空中熱勾配昇華による)PTCDA、DIP、CuPc、C60及びバトクプロイン(BCP)をそれぞれ0.2、0.05、0.1、0.15及び0.1nm/秒で加熱蒸発し、続いて、直径1mmの開口部のアレイを有するシャドウマスクを介して厚さ100nmのAl陰極を堆積させた。各実験について、対照目的のために構造テンプレーティング層を用いて、また用いずにCuPc、C60、BCP及び/又はAlを同時に成長させた。
発明者らは、所望の分子配置を得るために、正孔輸送層及び電子輸送層を構造的にテンプレートすることができることを示した。図19に正孔輸送層候補であるクロロアルミニウムフタロシアニン(ClAlPc)のXRDデータを示す。ITO基材上の厚さ100nmのClAlPcの気相成長については、ClAlPcの非晶質膜が形成され、XRDプロットはITOの結晶ピークのみを示している。図19における記号は、ITO上に堆積させたClAlPcに関連するXRDプロット線を特定している。対照的に、ITOに堆積させたPTCDAの結晶構造テンプレーティング層上に成長させたClAlPc膜は、基材に垂直な密充填配向を有するClAlPcの結晶膜をもたらす。ClAlPcの結晶秩序に関連する結晶ピークを楕円により識別する。特定の配向に伴うこの結晶秩序の変化は、正孔の移動度を増加させ、これがひいてはOLEDの発光効率を増大させると予想される。
20 有機膜
22 有機分子
26 機能的有機膜
30 転移層
34 ホスト基材
40 電極
60 テンプレート基材
62 ホスト基材
64 有機膜
66 有機分子
70 テンプレート基材
72 ホスト基材
74 有機膜
76 有機分子
200 OPVデバイス
210 電極層
215 陽極平滑化層
220 一次構造テンプレーティング層
225 二次構造テンプレーティング層
230 有機ドナー材料
240 有機アクセプタ材料
250 層
300 OLED
310 陽極層
315 構造テンプレーティング層
320 正孔輸送層
325 一次構造テンプレーティング層
327 二次構造テンプレーティング層
330 有機発光層
333 ドーパント材料
340 電子輸送層
350 陰極層
Claims (45)
- 第1の電極層;
第1の電極層上に配置された少なくとも1つの構造テンプレーティング層;
少なくとも1つの構造テンプレーティング層の上に配置され、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成する有機ドナー材料の膜及び有機アクセプタ材料の膜を含み、
ドナー材料又はアクセプタ材料が、少なくとも1つの構造テンプレーティング層によりテンプレートされ、それにより、秩序分子配置を有し、
テンプレートされたドナー又はアクセプタ材料の分子の少なくとも大多数が第1の電極層に対して非優先配向の状態にある、光活性領域;並びに
光活性領域上に配置された第2の電極層
を含む、有機感光デバイス。 - 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が励起子阻止層である第2の構造テンプレーティング層を含む、請求項1に記載の有機感光デバイス。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が一次構造テンプレーティング層として第1の電極層上に直接堆積させた3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層及び励起子阻止層であるPTCDA層上に直接堆積させた二次構造テンプレーティング層を含む、請求項1に記載の有機感光デバイス。
- 前記ドナー材料が少なくとも1つの構造テンプレーティング層によりテンプレートされ、二次構造テンプレーティング層がPTCDA以外のペリレンコアを有する他の有機材料を含む、請求項3に記載の有機感光デバイス。
- 前記ペリレンコアを有する他の有機材料がジインデノペリレンである、請求項4に記載の有機感光デバイス。
- 前記二次構造テンプレーティング層が高配向性熱分解黒鉛を含む、請求項3に記載の有機感光デバイス。
- 第1の電極層表面が秩序結晶構造を有さない、請求項1に記載のデバイス。
- テンプレートされた有機ドナー又はアクセプタ材料の膜は、第1の電極層表面とのエピタキシャルでも準エピタキシャルでもない、請求項1に記載のデバイス。
- テンプレートされた有機ドナー又はアクセプタ材料の膜は、300Å以上の膜厚を有する、請求項1に記載のデバイス。
- テンプレートされた有機ドナー又はアクセプタ材料の膜は、300Å〜3000Åの範囲の膜厚を有する、請求項1に記載のデバイス。
- テンプレートされた有機ドナー又は有機アクセプタ分子の少なくとも75%が非優先配向の状態である、請求項1に記載のデバイス。
- 第1の電極層と少なくとも1つの構造テンプレーティング層との間に設けられた陽極平滑化層をさらに含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記アクセプタ材料が少なくとも1つの構造テンプレーティング層によりテンプレートされ、少なくとも1つの構造テンプレーティング層が線状アセン、PTCDA又は結晶性NPDの1つ又は複数の層を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 第1の電極層を提供する段階;
少なくとも1つの構造テンプレーティング層を前記第1の電極層上に形成する段階;
前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層上に配置され、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成する有機ドナー材料及び有機アクセプタ材料を含み、
前記ドナー材料又はアクセプタ材料が少なくとも1つの構造テンプレーティング層によりテンプレートされ、したがって、秩序分子配置を有し、
前記テンプレートされたドナー又はアクセプタ材料の分子の少なくとも大多数が第1の電極層に対して非優先配向の状態にある、光活性領域を形成する段階;並びに
前記光活性領域上に配置された第2の電極層を提供する段階
を含む、有機感光デバイスを作製する方法。 - 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が励起子阻止層である第2の構造テンプレーティング層を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が一次構造テンプレーティング層として第1の電極層上に直接堆積させた3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層及び励起子阻止層である、PTCDA層上に直接堆積させた二次構造テンプレーティング層を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記ドナー材料が少なくとも1つの構造テンプレーティング層によりテンプレートされ、前記二次構造テンプレーティング層がPTCDA以外のペリレンコアを有する他の有機材料を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記ペリレンコアを有する他の有機材料がジインデノペリレンである、請求項17に記載の方法。
- 前記二次構造テンプレーティング層が高配向性熱分解黒鉛を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の電極層表面が秩序結晶構造を有さない、請求項14に記載の方法。
- 前記第1の電極層と前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層との間に陽極平滑化層を設ける段階をさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記アクセプタ材料が前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層によりテンプレートされ、少なくとも1つの構造テンプレーティング層が線状アセン、PTCDA又は結晶性NPDの1つ又は複数の層を含む、請求項14に記載の方法。
- 第1の電極層;
第2の電極層;
前記第1の電極と第2の電極との間に配置された少なくとも1つの構造テンプレーティング層;及び
前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層上に配置され、
秩序分子配置の状態にあるその分子を有し、該分子の少なくとも大多数が少なくとも1つの構造テンプレーティング層の直下の層に対して非優先配向の状態である有機機能層
を含む、有機発光デバイス。 - 前記機能層の分子の少なくとも75%が非優先配向の状態である、請求項23に記載のデバイス。
- 前記機能層が有機発光層である、請求項23に記載のデバイス。
- 前記有機発光層がホスト材料及びドーパント材料をさらに含み、非優先配向状態である前記機能層の分子の大多数がホスト材料及びドーパント材料を含む、請求項25に記載のデバイス。
- 前記機能層が有機正孔輸送層である、請求項23に記載のデバイス。
- 前記機能層が有機電子輸送層である、請求項23に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層を含む、請求項23に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が一次構造テンプレーティング層としての3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層及び該PTCDA層上に直接堆積させた二次構造テンプレーティング層を含む、請求項23に記載のデバイス。
- 前記二次構造テンプレーティング層がPTCDA以外のペリレンコアを有する他の有機材料を含む、請求項30に記載のデバイス。
- ペリレンコアを有する前記他の有機材料がジインデノペリレンである、請求項31に記載のデバイス。
- 二次構造テンプレーティング層が高配向性熱分解黒鉛を含む、請求項31に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が一次構造テンプレーティング層として第1の電極層上に直接堆積させた3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層及び励起子を有機発光層に拘束する励起子阻止層である、PTCDA層上に直接堆積させた二次構造テンプレーティング層を含む、請求項25に記載のデバイス。
- 第1の電極層を提供する段階;
第2の電極層を提供する段階;
前記第1の電極と第2の電極との間に配置される少なくとも1つの構造テンプレーティング層を形成する段階;及び
前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層にわたって配置され、
秩序分子配置の状態にあるその分子を有し、該分子の少なくとも大多数が少なくとも1つの構造テンプレーティング層の直下の層に対して非優先配向の状態である有機機能層を形成する段階
を含む、有機発光デバイスを作製する方法。 - 前記機能層が有機発光層である、請求項35に記載の方法。
- 前記有機発光層がホスト材料及びドーパント材料をさらに含み、非優先配向状態である機能層の分子の大多数がホスト材料及びドーパント材料を含む、請求項35に記載の方法。
- 前記機能層が有機正孔輸送層である、請求項35に記載の方法。
- 前記機能層が有機電子輸送層である、請求項35に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層を含む、請求項35に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が一次構造テンプレーティング層としての3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層及び該PTCDA層上に直接堆積させた二次構造テンプレーティング層を含む、請求項35に記載の方法。
- 前記二次構造テンプレーティング層がPTCDA以外のペリレンコアを有する他の有機材料を含む、請求項41に記載の方法。
- ペリレンコアを有する前記他の有機材料がジインデノペリレンである、請求項42に記載の方法。
- 前記二次構造テンプレーティング層が高配向性熱分解黒鉛を含む、請求項41に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの構造テンプレーティング層が一次構造テンプレーティング層として前記第1の電極層上に直接堆積させた3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)の層及び励起子を前記有機発光層に拘束する励起子阻止層である、前記PTCDA層上に直接堆積させた二次構造テンプレーティング層を含む、請求項35に記載の方法。
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