JP2014529179A - 光電デバイス及びその応用 - Google Patents

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Abstract

一の側面において、ここに光電デバイスが記載される。いくつかの実施態様において、ここに記載される光電デバイスは第一電極、第二電極、及び第一電極と第二電極の間に配置された発光性有機コンポジット層を含む。いくつかの実施態様において、誘電性層が発光性有機コンポジット層と第一電極及び／又は第二電極の間に配置される。

Description

政府の実施権の陳述
本発明は、米国国防省−米国空軍科学研究所(AFOSR)、許可番号FA9550-04-1-0161、のサポートを受けて為された。合衆国政府は、本発明の一定の実施権を有する。
関連出願のデータ
本出願は、2011年７月12日出願の米国仮特許出願61/506,855及び2012年１月27日出願の米国仮特許出願61/591,721に基づく35 U.S.C. § 119(e)に規定の優先権を主張し、それらの各々は引用によりその全体が本出願に含まれる。
本発明は、光電デバイス、及び、特に発光性光電デバイスに関する。
有機薄膜については、例えば有機発光デバイス(OLEDs)、光電変換デバイス及び有機光検出器等の光電デバイスへの応用により、近年、多くの研究が為されている。
有機薄膜を含む有機物質に基づく有光電デバイスは、多くの理由から幅広い用途において益々要求が高まっている。例えば、有機光電デバイスを構成するのに使用される物質は、対応する無機物に比べて高価ではなく、それにより無機物質から作られたデバイスよりもコスト的に有利である。さらに、有機物質は例えば可撓性等の好ましい物理的特性を提供し、剛直な無機物質には不適切な用途における使用を可能とする。
発光性有機材料に基づく現行のデバイスは、しかし、或る分野におけるそれらの使用を制限するいくつかの不利益な点がある。いくつかの発光性ポリマーは、例えば、比較的低電場における破壊電圧を有し、いくつかのデバイスの電荷注入及び寿命を制限する場合がある。さらに、いくつかの有機物質及びデバイス構造は、発光用途用の発光性物質の十分に薄い膜を得るために、複雑及び／又は高価な製造方法を必要とする。
一の側面において、ここに光電デバイスが記載される。いくつかの実施態様において、ここに記載される光電デバイスは第一電極、第二電極、及び第一電極と第二電極の間に配置された発光性有機コンポジット層を含む。いくつかの実施態様において、第一電極および／または第二電極は輻射透過性である。ここにさらに記載されるように、発光性コンポジット層は、種々の構成を取り得る。
いくつかの実施態様において、電気絶縁性もしくは誘電性層が発光性コンポジット層と第一電極の間に配置される。誘電性層は、いくつかの実施態様において、発光性コンポジット層と第二電極の間に位置される。いくつかの実施態様において、第一誘電性層は第一電極と発光性コンポジット層の間に位置され、及び、第二誘電性層が第二電極と発光性コンポジット層の間に位置される。いくつかの実施態様において、１以上の誘電性層が発光性コンポジット層と第一電極及び／又は第二電極の間に位置されるとき、光電デバイスは、場誘起ポリマーエレクトロルミネッセントデバイス(FIPEL)である。或いは、誘電性層が発光性コンポジット層と第一電極及び／又は第二電極の間に位置されないいくつかの実施態様において、光電デバイスは有機発光ダイオード(OLED)である。
他の側面において、ここに記載される光電デバイスは第一電極、第二電極、及び第一電極と第二電極の間に配置された発光性コンポジット層を含み、発光性コンポジット層は、誘電性もしくは電気絶縁性ホスト中に置かれた発光相を含む。いくつかの実施態様において、発光性相は共役ポリマー、半導体ポリマー、小分子、又はナノ粒子、又はこれらの混合物を含む。さらに、いくつかの実施態様において、誘電性層が発光性コンポジット層と第一及び／又は第二電極との間に位置される。第一及び／又は第二電極は、輻射透過性であり得る。
他の側面において、光電デバイスを製造する方法がここに記載される。いくつかの実施態様において、光電デバイスを製造する方法は、第一電極を提供すること、第二電極を提供すること、及び発光性コンポジット層を第一電極と第二電極の間に配置すること、を含む。ここにさらに記載されるように、発光性コンポジット層は、種々の構成を取り得る。いくつかの実施態様において、第一電極及び／又は第二電極は輻射透過性である。さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載される方法は、誘電性層を第一電極と発光性コンポジット相の間に配置すること、又は、誘電性層を第二電極と発光性コンポジット相の間に配置することをさらに含む。いくつかの実施態様において、第一誘電性層が発光性コンポジット層と第一電極の間に配され、及び、第二誘電性層が第二電極と発光性コンポジット層の間に配置される。
いくつかの実施態様において、光電デバイスを作る方法は発光相を誘電性もしくは電気絶縁性ホスト中に置いて発光性コンポジット層とすること、及び発光性コンポジット層を第一電極と第二電極の間に配置することを含む。いくつかの実施態様において、第一電極及び／又は第二電極は輻射透過性である。発光相は、いくつかの実施態様において、共役ポリマー、半導体ポリマー、小分子又はナノ粒子、又はこれらの混合物を含む。さらに、いくつかの実施態様において、誘電性層もしくは電気絶縁性は、発光性コンポジット層と第一及び／又は第二電極の間に位置される。
これらの及び他の実施態様が以下の詳細な説明において、詳細に記載される。
図１は、ここに記載される一実施態様に従う光電デバイスの断面図である。 図２は、ここに記載される一実施態様に従う光電デバイスの断面図である。 図３は、ここに記載される一実施態様に従う光電デバイスの断面図である。 図４は、ここに記載される一実施態様に従う光電デバイスの断面図である。 図５は、ここに記載されるいくつかの実施態様に従う、異なる誘電性層の厚みを有する一連の光電デバイスの周波数依存性の発光を示す。 図６は、ここに記載されるいくつかの実施態様に従う、異なる誘電性層の厚みを有する一連の光電デバイスの周波数依存性の発光を示す。 図７は、ここに記載される一実施態様におけるFIPELデバイスの種々の作動電圧及び電場周波数に応じた発光を示す。 図８は、ここに記載される一実施態様におけるFIPELデバイスの種々の作動電圧及び電場周波数に応じた発光を示す。 図９は、ここに記載される一実施態様に従うFIPELデバイスの、エレクトロルミネッセント発光特性を示す。
ここに記載される実施態様は、以下の詳細な説明、実施例及び図面を参照することにより、より容易に理解され得る。ここに記載される要素（エレメント）、装置、及び方法は、しかし、詳細な説明において示される特定の実施態様、実施例及び図面に限定されない。これらの実施態様は、本発明の主旨の単なる例示であると認識されるべきである。本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、多くの修飾及び適合が当業者にとって自明であろう。
さらに、ここに記載される総ての範囲は、そこに包まれる総てのサブレンジを包含するものと理解されるべきである。たとえば、「1.0〜10.0」とある範囲は、たとえば、1.0〜5.3、又は4.7〜10.0、又は3.6〜7.9等の、最小値1.0以上で最大値が10.0以下である任意の及び総てのサブレンジを含むと考えられるべきである。
ここで単独もしくは組合わせて使用される用語「アルキル」は、１〜２０の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐鎖の飽和炭化水素ラジカルを指す。いくつかの実施態様において、例えば、アルキルはC8-12アルキルである。
ここで単独もしくは組合わせて使用される用語「アルケニル」は、２〜２０の炭素原子及び少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有する直鎖もしくは分岐鎖の炭化水素ラジカルを指す。いくつかの実施態様において、例えば、アルケニルはC8-12アルケニルを包含する。
ここで単独もしくは組合わせて使用される用語「アリール」は、芳香族環系ラジカルを指す。アリールは、炭素環系の部分的水素化誘導体を包含することも意図される。
ここで単独もしくは組合わせて使用される用語「ヘテロアリール」は、例えば５〜７構成原子を有する芳香族環ラジカル、又は７〜１８構成原子を有する芳香族環系ラジカルであって、窒素、酸素又は硫黄ヘテロ原子より選ばれる１以上のヘテロ原子を含むものを指し、ここでN-オキサイド及び一酸化硫黄、及び二酸化硫黄は許容されるヘテロ芳香族置換基であり、例えば、フラニル、チエニル、チオフェニル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、オキサジアゾリル、チアジアゾリル、イソチアゾリル、ピリジニル、ピリダジニル、ピラジニル、ピリミジニル、キノリニル、イソキノリニル、ベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、インドリル及び インダゾリル等である。ヘテロアリールは、ヘテロ環系の部分的水素化誘導体を包含することも意図される。
一の側面において、光電デバイスがここに記載される。いくつかの実施態様において、ここに記載される光電デバイスは、FIPELアーキテクチャを現す。或いは、いくつかの実施態様において、ここに記載される光電デバイスは有機発光デバイス(OLED)アーキテクチャを現す。
I. 場誘導ポリマーエレクトロルミネッセントデバイス (FIPEL)
いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELは、第一電極、及び第二電極、及び第一電極と第二電極の間に配置された発光性コンポジット層を含む。電気的絶縁性もしくは誘電性層が発光性コンポジット層と第一電極もしくは第二電極の間に位置される。さらに、いくつかの態様において、第一誘電性層が第一電極と発光性コンポジット層の間に位置され、第二誘電性層が第二電極と発光性コンポジット層の間に位置される。いくつかの態様において、第一電極は輻射透過性であり、及び第二電極は輻射非透過性及び／又は反射性である。或いは、いくつかの態様において、第一電極及び第二電極は輻射透過性である。
いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELは第一及び第二電極の間に位置された複数の発光性コンポジット層を含む。例えば、いくつかの実施態様において、複数の発光性コンポジット層の各々が本明細書、I(C)(i)-(ii)の項において記載される構成を有し、それらが第一及び第二電極の間に位置される。発光層は種々の発光プロフィールを有し得、それらが組合わされたときにFIPELからの所望の発光プロフィール特性を与える。
図１は、ここに記載される一実施態様に従うFIPELアーキテクチャを有する光電デバイスの断面図を示す。図１において示されるFIPEL (10)は、輻射透過性の第一電極(11)及び金属第二電極(12)を含む。発光性コンポジット層(13)が、輻射透過性の第一電極(11)と金属第二電極(12)の間に配されている。発光性コンポジット層(13)は、本明細書、I(C)の項に記載の任意の構成を有し得る。図１の実施態様において、誘電性層(14)又は電気絶縁性層(14)が、金属第二電極(12)と発光性コンポジット層(13)の間に配置される。
図２は、ここに記載される一実施態様に従うFIPELアーキテクチャを有する光電デバイスの断面図を示す。図２において示されるFIPEL (20)は、輻射透過性第一電極(21)及び金属第二電極(22)を含む。発光性コンポジット層(23)が輻射透過性第一電極(21)と金属第二電極(22)の間に配置される。発光性コンポジット層(23)は、本明細書、I(C)の項に記載の任意の構成を有し得る。図２の実施態様において、誘電性層(24) 又は電気絶縁性層(24)が、輻射透過性第一電極(21)と発光性コンポジット層(23)の間に配置される。
図３は、ここに記載される一実施態様に従うFIPELアーキテクチャを有する光電デバイスの断面図を示す。図３において示されるFIPEL (30)は、輻射透過性第一電極(31)及び金属第二電極(32)を含む。発光性コンポジット層(33)が輻射透過性第一電極(31)と金属第二電極(32)の間に配置される。発光性コンポジット層(33)は、本明細書、I(C)の項に記載の任意の構成を有し得る。第一誘電性層(34)が発光性コンポジット層(33)と輻射透過性第一電極(32)との間に配置される。さらに、第二誘電性層(35)が発光性コンポジット層(33)と金属第二電極(32)との間に配置される。
FIPELアーキテクチャを有する光電デバイスの特定の部材について記載する。
A. 第一電極
いくつかの実施態様において、第一電極は輻射透過性である。ここで使用される輻射透過性とは、電磁スペクトルの可視光範囲の輻射を少なくとも部分的に通過または伝送する物質の能力を指す。いくつかの実施態様において、輻射透過性物質は、ここに記載される有機コンポジット層から発光された電磁輻射を、最小の吸収もしくはその他の干渉で、通過させることができる。
本発明の目的に反しない任意の輻射透過性第一電極を使用してよい。いくつかの実施態様において、輻射透過性第一伝欲は輻射透過性の導電性酸化物を含む。輻射透過性導電性酸化物は、いくつかの実施態様において、インジウム錫酸化物(ITO)、ガリウムインジウム錫酸化物(GITO)、及び亜鉛インジウム錫酸化物(ZITO)の１以上を含むことができる。
いくつかの実施態様において、輻射透過性第一電極は、１以上の輻射透過性ポリマー材料、例えばポリアニリン(PANI)及びその化学的関連物（chemical relatives）を含む。いくつかの実施態様において、輻射透過性第一電極は、3,4-ポリエチレンジオキシチオフェン (PEDOT)を含む。いくつかの実施態様において、輻射透過性第一電極は、可視電磁輻射を少なくとも部分的に通すように動作可能な厚みを有する炭素ナノチューブ層を含む。いくつかの実施態様において、輻射透過性第一電極は、ポリマー層中に分散されたナノ粒子相を含むコンポジット材料を含む。ナノ粒子相は、いくつかの実施態様において、炭素ナノチューブ、フラーレン、又はこれらの混合物を含み得る。さらに、いくつかの実施態様において、輻射透過性第一電極は可視電磁輻射を少なくとも部分的に通すように動作可能な厚みを有する金属層を含み得る。いくつかの実施態様において、金属層は、元素的に純粋な金属または合金を含み得る。輻射透過性第一電極として使用するのに適した金属は、いくつかの実施態様において、高い仕事関数の金属を含む。
輻射透過性第一電極は任意の本発明の目的に反しない任意の厚みを有し得る。いくつかの実施態様において、例えば、輻射透過性第一電極は少なくとも約10 nmの厚みを有する。いくつかの実施態様において、輻射透過性第一電極は約10 nm〜約1μｍの厚みを有する。輻射透過性第一電極は、いくつかの実施態様において、約20 nm〜約750 nm、約50 nm 〜約500 nm、 約 30 nm 〜 約 200 nm、又は約 50 nm〜約 150 nmの厚みを有する。いくつかの実施態様において、輻射透過性第一電極は約 1 μｍを超える厚みを有する。
B. 第二電極
ここに記載されるFIPELは第二電極も含む。いくつかの実施態様において、第二電極は輻射非透過性及び／又は反射性である。いくつかの実施態様において、第二電極は金属を含む。いくつかの実施態様において、金属は元素的に純粋な金属並びに合金を含む。いくつかの実施態様において、第二電極は、アルミニウム、ニッケル、 銅、金、銀、白金、パラジウムもしくは他の遷移金属、又はこれらの合金を含む。いくつかの実施態様において、第二電極は輻射透過性である。第二電極が輻射透過性である、いくつかの実施態様において、第二電極は、輻射透過性第一電極についてここに記載された任意の輻射透過性の物質を含む。
第二電極は、任意の所望の厚みを有することができる。いくつかの実施態様において、第二電極は約 10 nm〜約 10μｍの厚みを有する。いくつかの実施態様において、第二電極は約50 nm 〜 約 750 nmの厚みを有する。第二電極は、いくつかの実施態様において、約100 nm 〜 約500 nmの厚みを有する。
C. 発光性コンポジット層
ここに記載されるFIPELの発光性コンポジット層は、種々の構成を取り得る。いくつかの実施態様において、発光性コンポジット層は発光性コンポジット有機層である。
(i) いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELの発光性有機コンポジット層は発光性ポリマーもしくはオリゴマー相中に分散されたナノ粒子相を含む。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は発光性ポリマーもしくはオリゴマー相の全体に亘って分散されている。いくつかの実施態様において、例えば、ナノ粒子相は均一にもしくは実質的に均一に発光性ポリマーもしくはオリゴマー相の全体に亘って分散されたナノ粒子を含む。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は、発光性ポリマーもしくはオリゴマー相中に不均一に分散されたナノ粒子を含む。
ナノ粒子相は、いくつかの実施態様において、第一電極及び第二電極の双方から電気的に絶縁されている。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は輻射透過性の第一電極及び／又は第二電極と、接触していない、及び／又は直接的に接触していない。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は少なくとも一の次元（dimension）において、有機コンポジット層の厚みより小さいサイズを有する。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は総ての次元において、有機コンポジット層の厚みより小さいサイズを有する。いくつかの実施態様において、例えば、ナノ粒子相のナノ粒子は、長さ及び／又は他の次元が有機コンポジット層の厚みより小さく、輻射透過性第一電極及び／又は第二電極との接触を禁止もしくは排除する。
いくつかの実施態様において、発光性ポリマーもしくはオリゴマー相は、共役ポリマーもしくはオリゴマーを含み、及び、ナノ粒子相のナノ粒子は発光性共役ポリマーもしくはオリゴマーと直接接触している。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は、何らかの第二ポリマーもしくはオリゴマーもしくは分散剤によって、被覆されておらず、及び／又は共役ポリマーもしくはオリゴマー相中に分散されていない。
いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は表１に従う量で、有機コンポジット層中に存在する。
Figure 2014529179
いくつかの実施態様において、ナノ粒子相はろ過閾値（percolation threshold）未満の量で、有機コンポジット層中に存在する。
有機コンポジット層の発光性ポリマーもしくはオリゴマー相中に置かれたたナノ粒子相は、本発明の目的に反しない任意のタイプのナノ粒子を含むことができる。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は発光性デバイス用途に適する１以上のナノ粒子種を含む。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は、ナノチューブを含む。いくつかの実施態様において、ナノチューブは、有機コンポジット層の厚みより短いか、もしくは実質的に短い長さを有する。いくつかの実施態様において、ナノチューブは約200 nmを超えない長さを有する。
いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は、炭素ナノ粒子を含み、該炭素ナノ粒子としては、フラーレン、炭素ナノチューブ、炭素量子ドット、グラフェン粒子又はこれらの混合物が包含されるが、これらには限定されない。ナノ粒子相中での使用に適したフラーレンは、一の実施態様において、1-(3-メトキシカルボニル)プロピル-1-フェニル(6,6)C61 (PCBM)、高次フラーレン(C70 以上), 及び エンドメタロフラーレン (少なくとも一の金属原子がその中に置かれたフラーレン)を含むことができる。ナノ粒子相中での使用に適した炭素ナノチューブは、いくつかの実施態様に従い、単層ナノチューブ (SWNT)、 多層ナノチューブ (MWNT)、 カットされたナノチューブ、 窒素及び／又はホウ素がドープされた炭素ナノチューブ又はこれらの混合物を含むことができる。
ナノ粒子相が炭素ナノチューブを含むいくつかの実施態様において、炭素ナノチューブは約5 nm 〜約 1 μｍの長さを有する。いくつかの実施態様において、炭素ナノチューブは約10 nm 〜約 600 nm 又は約20 nm 〜 約 500 nmの長さを有する。いくつかの実施態様において、炭素ナノチューブは約50 nm〜約 300 nm又は約100 nm〜約 200 nmの長さを有する。いくつかの実施態様において、炭素ナノチューブは、有機コンポジット層より短い又は実質的に短い長さを有する。
いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は、金属ナノ粒子、例えば金ナノ粒子、銀ナノ粒子、銅ナノ粒子、ニッケルナノ粒子、及び他の遷移金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施態様において、ナノ粒子は半導体ナノ粒子、例えばIII/V 及びII/VI半導体ナノ粒子を含み、III/V 及びII/VI半導体ナノ粒子としてはセレン化カドミウム (CdSe) ナノ粒子, テルル化カドミウム (CdTe) ナノ粒子、窒化ガリウム(GaN) ナノ粒子、 ガリウム砒素 (GaAs) ナノ粒子、リン化インジウム (InP) ナノ粒子、及びこれらの混合物が包含される。いくつかの実施態様において、半導体ナノ粒子は、量子ドットを含み、該量子ドットとしてはII/VI及び／又は III/V 量子ドットが包含されるが、これらに限定されない。
さらに、いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は発光性である。ナノ粒子相中の発光性ナノ粒子の存在は、いくつかの実施態様において、ここに記載される発光性有機コンポジット層の発光プロファイルのチューニングを可能とする。本発明の目的に反しない任意の発光性ナノ粒子を使用してよい。いくつかの実施態様において、発光性ナノ粒子は、ここに記載される量子ドットを含む。
いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は、少なくとも一のナノウィスカーを含む。いくつかの実施態様に従い、ナノウィスカーを形成することが可能な炭素ナノ粒子は、単層炭素ナノチューブ、多層炭素ナノチューブ及びフラーレンを含むことができる。一の実施態様において、ナノウィスカーは、結晶性PCBMを含む。
いくつかの実施態様において、光電デバイスの有機コンポジット層のナノ粒子相は、ここに記載されるナノ粒子種の任意の組み合わせもしくは混合物を含む。いくつかの実施態様において、例えば、有機コンポジット層は、炭素ナノチューブ(SWNT 及び／又は MWNT)と半導体ナノ結晶、例えばII/VI及び／又は III/V量子ドット、の混合物を含む。
ここに記載されるFIPELアーキテクチャの光電デバイスのいくつかの実施態様において、有機コンポジット層の発光性ポリマー又はオリゴマー相は、一又は複数の共役ポリマー又はオリゴマーを含む。いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相は、共役性ポリマー又はオリゴマーのブレンドを含む。いくつかの実施態様において、共役性ポリマー又はオリゴマーのブレンドは、ポリマー又はオリゴマーのコポリマーを含む。
いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相での使用に適した共役ポリマー又はオリゴマーは、繰り返し単位A、B及びCからなる群より選ばれる少なくとも２つの繰り返し単位を含む：
Figure 2014529179
 ここで、
Figure 2014529179
 は、ポリマー鎖又はオリゴマー鎖における結合点を示し、XはS、O、 Se 及びNR5からなる群より選ばれ、及び、R1、 R2、 R5、 R6、 R7、 R8 及び R9 は、水素、 C1-20 アルキル、 C2-20 アルケニル、 C8-12 アルキル及びC8-12 アルケニルからなる群より互いに独立に選ばれ、及び、R3 及び R4 はアリール及びヘテロアリールからなる群より互いに独立に選ばれ、ここでR1、 R2、 R5、 R6、 R7、 R8 及び R9のアルキル及びアルケニル並びにR3 及び R4のアリール及びヘテロアリールは、-アルキル、 -アルケニル、 -アリール、 -ヘテロアリール、 -アルキル-アリール、 -アルキル-ヘテロアリール、 -アルケニル-アリール 及び-アルケニル-ヘテロアリールからなる群より選ばれる置換基により１以上の回数、互いに独立に置換されていてよい。
いくつかの実施態様において、R3 及び R4が、ピリジル, ピラニル, ピリジニル, ビピリジニル, フェニルピリジニル, チエニル, フラニル, セレノフェニル, フルオレニル, カルバゾイル, ピロリル, キノリニル, イソキノリニル、プリニル、オキサゾリル、イソオキサゾリル及びこれらのオリゴマーからなる群より互いに独立に選ばれる。
いくつかの実施態様において、ここに記載される共役ポリマー又はオリゴマーの繰り返し単位Aは以下のものからなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
 ここで、R5は上で定義したとおりである。
いくつかの実施態様において、ここに記載される共役ポリマー又はオリゴマーの繰り返し単位Bは以下のものからなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
いくつかの実施態様において、ここに記載される共役ポリマー又はオリゴマーの繰り返し単位Cは以下のものからなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
いくつかの実施態様において、繰り返し単位A及びBを含む、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、式(I)の共役ポリマー又はオリゴマーである：
Figure 2014529179
 ここで、X, R1, R2, R3, R4, R6 及び R7は上で定義され、ｘ及びｙは互いに独立に１〜10,000の整数である。ここに記載するように、いくつかの実施態様において、式(I)の共役ポリマー又はオリゴマーの繰り返し単位A及びBは、交互共重合体、ブロック共重合体、統計共重合体又はランダム共重合体を提供するように配列される。
いくつかの実施態様において、式(I)の共役ポリマー又はオリゴマーは約1,000 〜約 1,000,000の重量平均分子量(Mw)を有する。いくつかの実施態様において、式(I)の共役ポリマー又はオリゴマーは約500〜約500,000の数平均分子量(Mn)を有する。
いくつかの実施態様において、ここに記載される式(I)の共役ポリマー又はオリゴマーは、下記からなる群より選ばれる：
Figure 2014529179
 ここで、X、R1、 R2、 R6及び R7は上で定義したとおりであり、ｘ及びｙは互いに独立に1 〜10,000の整数である。
いくつかの実施態様において、ここに記載される式(I)の共役ポリマー又はオリゴマーは、下記からなる群より選ばれる：
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
 ここでR5は上で定義したとおりであり、ｘ及びｙは互いに独立に1〜 10,000の整数である。
いくつかの実施態様において、繰り返し単位A及びCを有する発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、式(II)の共役ポリマー又はオリゴマーである：
Figure 2014529179
 ここで、X、 R1、 R2、R8 及び R9は上で定義したとおりであり、ｘ及びｙは互いに独立に1 〜10,000の整数である。ここに記載するように、いくつかの実施態様において、式(II)の共役ポリマー又はオリゴマーの繰り返し単位A及びCは、交互共重合体、ブロック共重合体、統計共重合体又はランダム共重合体を与えるように配列される。
いくつかの実施態様において、式(II)の共役ポリマー又はオリゴマーは約1,000 〜約 1,000,000の重量平均分子量(Mw)を有する。いくつかの実施態様において、式(II)の共役ポリマー又はオリゴマーは約500〜約 500,000の数平均分子量(Mn)を有する。
いくつかの実施態様において、ここに記載される式(II)の共役ポリマー又はオリゴマーは下記からなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
 ここで、R5は上で定義したとおりであり、ｘ及びYは互いに独立に1 〜10,000の整数である。
いくつかの実施態様において、繰り返し単位B及びCを有する発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、式(III)の共役ポリマー又はオリゴマーである：
Figure 2014529179
 ここで、R3、R4、 R6、R7、 R8 及び R9は上で定義したとおりであり、ｘ及びｙは互いに独立に1 〜10,000の整数である。ここに記載するように、いくつかの実施態様において、式(III)の共役ポリマー又はオリゴマーの繰り返し単位B及びCは、交互共重合体、ブロック共重合体、統計共重合体又はランダム共重合体を与えるように配列される。
いくつかの実施態様において、式(III)の共役ポリマーまたはオリゴマーは、約1,000 〜約 1,000,000の重量平均分子量(Mw)を有する。いくつかの実施態様において、式(III)の共役ポリマー又はオリゴマーは約500〜約 500,000の数平均分子量(Mn)を有する。
いくつかの実施態様において、ここに記載される式(III)のポリマー又はオリゴマーは、下記からなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
Figure 2014529179
 ここで、R6、 R7、 R8 及び R9は上で定義したとおりであり、ｘ及びｙは互いに独立に1 〜10,000の整数である。
いくつかの実施態様において、ここに記載される式(III)の共役ポリマー又はオリゴマーは下記からなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
 ここで、ｘ及びｙは互いに独立に1〜 10,000の整数である。
いくつかの実施態様において、繰り返し単位A、 B 及び Cを有する、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、式(IV)のポリマー又はオリゴマーである。
Figure 2014529179
 ここで、X, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 及び R9は上で定義したとおりであり、x、y 及びzは互いに独立に1 〜 10,000の整数である。ここに記載するように、いくつかの実施態様において、式(IV)の共役ポリマー又はオリゴマーの繰り返し単位A、B及びCは、交互共重合体、ブロック共重合体、統計共重合体又はランダム共重合体を与えるように配列される。
いくつかの実施態様において、式(IV)の共役ポリマー又はオリゴマーは、約1,000 〜約 1,000,000の重量平均分子量(Mw)を有する。いくつかの実施態様において、式(IV)の共役ポリマー又はオリゴマーは約500〜約 500,000の数平均分子量(Mn)を有する。
いくつかの実施態様において、ここに記載される式(IV)の共役ポリマー又はオリゴマーは下記からなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
 ここで、X, R1, R2, R6, R7, R8 及び R9は上で定義したとおりであり、x, y 及び zは互いに独立に1 〜10,000の整数である。
いくつかの実施態様において、ここに記載される式(IV)の共役ポリマー又はオリゴマーは下記からなる群より選ばれる。
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
Figure 2014529179
 ここで、R5は上で定義したとおりであり、x, y 及び zは互いに独立に1 〜 10,000の整数である。
いくつかの実施態様において、ここに記載される繰り返し単位A, B, 及びCからなる群より選ばれる少なくとも２つの繰り返し単位を含む、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、当分野で公知の方法により提供することができる。例えば、いくつかの実施態様において、ここに記載される繰り返し単位A, B, 及びCからなる群より選ばれる少なくとも２つの繰り返し単位を含む、共役ポリマー又はオリゴマーは、鈴木カップリングを用いて提供することができる。ここに記載される繰り返し単位A, B, 及びCからなる群より選ばれる少なくとも２つの繰り返し単位を含む、共役ポリマー又はオリゴマーに関する追加の情報は、国際出願公開WO2012/009344（2011年7月12日に出願された国際出願PCT/US2011/043690）において提供されており、これは引用によりその全体が本明細書に包含される。
いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、ポリフルオレン、ポリフルオレン共重合体及び／又はそれらの誘導体のうちの１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、共役ポリマー又はオリゴマーは、以下のものからなる群より選ばれるものを含む：ポリ (9,9-ジ-n-オクチルフルオレニル-2,7-ジイル)、ポリ[(9,9-ジ-n-オクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-alt-(ベンゾ[2,1,3]チアジアゾール-4,8-ジイル]、ポリ(9,9-ジ-n-ドデシルフルオレニル-2,7-ジイル)、ポリ(9,9-ジ-n-ヘキシルフルオレニル-2,7-ジイル)、ポリ(9,9-ジ-n-オクチルフルオレニル-2,7-ジイル)、ポリ(9,9-n-ジヘキシル-2,7-フルオレン-alt-9-フェニル-3,6-カルバゾール)、ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル)-alt-(2,5-ジメチル-1,4-フェニレン)]、ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル)-co-(9-エチルカルバゾール-2,7-ジイル)]、ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル)-co-(アントラセン-9,10-ジイル)]、ポリ[(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-co-ビチオフェン]、ポリ[9,9-ビス-(2-エチルヘキシル)-9H-フルオレン-2,7-ジイル]、ポリ((9,9-ジヘキシル-9H-フルオレン-2,7-ビニレン)-co-(1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2,5-フェニレンビニレン)) (例えば 90:10 又は 95:5 モル比)、ポリ(9,9-ジ-(2-エチルヘキシル)-9H-フルオレン-2,7-ビニレン)、ポリ(9,9-ジ-n-ヘキシルフルオレニル-2,7-ビニレン)、ポリ[(9,9-ジ-(2-エチルヘキシル)-9H-フルオレン-2,7-ビニレン)-co-(1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2,5-フェニレンビニレン)] (例えば 90:10 又は 95:5 モル比) 及びこれらの混合物。
いくつかの実施態様において、ここに記載される光電デバイスの共役ポリマー又はオリゴマーは、式(V)の構造単位を含むポリマー又はオリゴマーを含む。
Figure 2014529179
 ここで、
Figure 2014529179
 は、ポリマー鎖もしくはオリゴマー鎖における結合点を示し、及び、R16 及び R17は水素、C1-20 アルキル、 C2-20 アルケニル、 C8-12 アルキル及びC8-12 アルケニルからなる群より互いに独立に選ばれ、ここでR16 及び R17のアルキル及びアルケニルは、-アルキル、 -アルケニル、 -アリール、 -ヘテロアリール、 -アルキル-アリール、 -アルキル-ヘテロアリール、 -アルケニル-アリール 及び-アルケニル-ヘテロアリールからなる群より選ばれる置換基により１以上の回数、互いに独立に置換されていてよい。
いくつかの実施態様において、ここに記載される光電デバイスの共役ポリマー又はオリゴマー相は、ポリ (フェニルビニレン)類、ポリ(フェニルビニレン) 共重合体及び／又はこれらの混合物のうちの１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、ここに記載される光電デバイスの共役ポリマー又はオリゴマー相は、以下のものからなる群より選ばれるものを含む：ポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ(1-メトキシ-4-(3-プロピルオキシ-ヘプタイソブチル-PSS)-2,5-フェニレンビニレン)-co-(1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2,5-フェニレンビニレン) (60:40)、ポリ(1-メトキシ-4-(O-ディスパースレッド 1))-2,5-フェニレンビニレン、ポリ(2,5-ビス(1,4,7,10-テトラオキサウンデシル)-1,4-フェニレンビニレン)、ポリ(2,5-ジオクチル-1,4-フェニレンビニレン)、ポリ[(m-フェニレンビニレン)-alt-(2,5-ジヘキシルオキシ-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(m-フェニレンビニレン)-alt-(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(m-フェニレンビニレン)-co-(2,5-ジオクトキシ-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(o-フェニレンビニレン)-alt-(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(p-フェニレンビニレン)-alt-(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[1-メトキシ-4-(3-プロピルオキシ-ヘプタイソブチル-PSS)-2,5-フェニレンビニレン]、ポリ[1-メトキシ-4-(3-プロピルオキシ-ヘプタイソブチル-PSS)-2,5-フェニレンビニレン]-co-[1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2, 5-フェニレンビニレン] (30:70)、ポリ[2,5-ビスオクチルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2,5-ビス(3′,7′-ジメチルオクチルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2-(2′,5′-ビス(2″-エチルヘキシルオキシ)フェニル)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2-メトキシ-5-(3′,7′-ジメチルオクチルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[5-メトキシ-2-(3-スルホプロポキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[トリス(2,5-ビス(ヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン)-alt-(1,3-フェニレンビニレン)]、ポリ{[2-[2′,5′-ビス(2″-エチルヘキシルオキシ)フェニル]-1,4-フェニレンビニレン]-co-[2-メトキシ-5-(2′-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]}及びこれらの混合物。
いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、ポリ(ナフタレンビニレン)類、ポリ(ナフタレンビニレン) 共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、シアノ-ポリ(フェニレンビニレン)類、シアノ-ポリ(フェニレンビニレン)共重合体及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、ポリ(フルオレニレンエチニレン)類、ポリ(フルオレニレンエチニレン) 共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、ポリ(フェニレンエチニレン)類、ポリ(フェニレンエチニレン) 共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、ポリチオフェン類、 ポリチオフェン共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。
いくつかの実施態様において、発光性ポリマー又はオリゴマー相の共役ポリマー又はオリゴマーは、下記からなる群より選ばれるものを含む：ポリ(2,5-ジ(3,7-ジメチルオクチルオキシ)シアノテレフタリリデン)、ポリ(2,5-ジ(ヘキシルオキシ)シアノテレフタリリデン)、ポリ(5-(2-エチルヘキシルオキシ)-2-メトキシ-シアノテレフタリリデン)、ポリ(5-(3,7-ジメチルオクチルオキシ)-2-メトキシ-シアノテレフタリリデン)、ポリ(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-イレンエチニレン)、ポリ(9,9-ジドデシルフルオレニル-2,7-イレンエチニレン)、ポリ[9,9-ジ(2′-エチルヘキシル)フルオレン-2,7-イレンエチニレン]、ポリ[9,9-ジ(3′,7′-ジメチルオクチル)フルオレン-2,7-イレンエチニレン]、ポリ(2,5-ジシクロヘキシルフェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジドデシルフェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジオクチルフェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジ(2′-エチルヘキシル)-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジ(3′,7′-ジメチルオクチル)フェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(3-ブチルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-シクロヘキシル-4-メチルチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(3-シクロヘキシルチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(3-デシルオキシチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(3-デシルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-ドデシルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-オクチルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-オクチルチオフェン-2,5-ジイル-co-3-デシルオキシチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(チオフェン-2,5-ジイル)、ポリ[(2,5-ジデシルオキシ-1,4-フェニレン)-alt-(2,5-チエニレン)]、ポリ(2,6-ナフタレンビニレン)、ポリ(p-キシレンテトラヒドロチオフェニウムクロライド)、ポリ(2,5 ピリジン)、ポリ(3,5 ピリジン)、ポリ(2,5-ビス(3-スルホナートプロポキシ)-1,4-フェニレン二ナトリウム塩-alt-1,4-フェニレン)、ポリ[(2,5-ビス(2-(N,N-ジエチルアンモニウムブロマイド)エトキシ)-1,4-フェニレン)-alt-1,4-フェニレン]、ポリ[5-メトキシ-2-(3-スルホプロポキシ)-1,4-フェニレンビニレン] カリウム塩、ポリ{[2,5-ビス(2-(N,N-ジエチルアミノ)エトキシ)-1,4-フェニレン]-alt-1,4-フェニレン} 及びこれらの混合物。
いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層は、発光性ポリマー又はオリゴマー相及びナノ粒子相に加えて三重項エミッタ（発光）相をさらに含む。三重項エミッタ相は本発明の目的に反しない任意の燐光性化合物を含むことができる。いくつかの実施態様において、燐光性化合物は、オルガノ金属錯体を含む、遷移金属錯体を含む。いくつかの実施態様において、遷移金属錯体はイリジウム又は白金金属中心を含む。燐光性遷移金属錯体は、いくつかの実施態様において、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム [Ir(ppy)3] 又は 白金オクタエチルポルフィン (PtOEP)である。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は、表IIから選ばれる１以上の燐光性遷移金属錯体を含む。
Figure 2014529179
いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相の遷移金属錯体は、発光性有機コンポジット層の１以上の成分とのエネルギー移動に関与することが可能である。いくつかの実施態様において、例えば、三重項エミッタ相の燐光性遷移金属錯体は、例えば、共鳴エネルギー移動により、発光性有機コンポジット層の発光性ポリマー又はオリゴマー相からエネルギーを受け取ることができる。共鳴エネルギー移動は、いくつかの実施態様において、フォルスターエネルギー移動及び／又はデクスターエネルギー移動を包含することができる。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相の燐光性遷移金属錯体は、一重項エミッタ（発光）ポリマー又はオリゴマー相から、励起三重項状態を受け取ることができ、受け取った励起三重項状態から基底状態への緩和が続く。さらに、いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相の燐光性遷移金属錯体は、一重項発光性ポリマー又はオリゴマー相から、励起一重項状態を受け取ることができ、受け取った励起一重項状態から基底状態への緩和が続く。いくつかの実施態様において、受け取った励起一重項状態からの緩和は、燐光経路によって起こる。
いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は蛍光体（phosphor）を含む。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相の蛍光体はランタニド類及び／又はアクチニド類元素（希土類元素発光体）、例えばエルビウム、イッテリビウム、ジスプロシウム、又はホロミウム；遷移金属等の金属類；金属酸化物；金属硫化物；又はこれらの混合物の１以上のものを含む。いくつかの実施態様において、蛍光体は、Y2O3:Eu、Y2O3:Zn及び Y2O3:Tを含む、ドープされた酸化イットリウム(Y2O3) を含む。いくつかの実施態様において、蛍光体は、ZnS:Cu、ZnS:Mn、ZnS:Ga 、 ZnS:Gd又はこれらの混合物を含む、ドープされた硫化亜鉛を含む。他の実施態様において、蛍光体は、CaS:Er、 CaS:Tb、CaS:Eu又はこれらの混合物を含む、ドープされた硫化カルシウムを含む。さらに他の実施態様において、蛍光体は、ZnO:Euを含むドープされた酸化亜鉛を含む。一の実施態様において、蛍光体は、SrS:Ca、SrS:Mn、SrS:Cu又はこれらの混合物を含む、ドープされた硫化ストロンチウムを含む。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は、ここに記載される燐光性遷移金属錯体及び蛍光体の任意の混合物を含む。
三重項エミッタ相は、発光性ポリマー又はオリゴマー相と本発明の目的に反しない任意の方法で、合わされることができる。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は、発光性ポリマー又はオリゴマー相全体に亘って分散される。一の実施態様において、例えば、三重項エミッタ相の１以上の燐光性遷移金属錯体は、１以上の発光性共役ポリマー又はオリゴマーとブレンドされて、遷移金属錯体が共役ポリマー又はオリゴマー全体に亘って分散される。
いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は本発明の目的に反しない任意の所望の量で、発光性有機コンポジット層中に存在する。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ層は表IIIに従う任意の量で発光性有機コンポジット層中に存在する。
Figure 2014529179
いくつかの実施態様において、有機コンポジット層の発光性ポリマー又はオリゴマー相及びナノ粒子相は、誘電性ホスト物質中に置かれる。存在する場合には、三重項エミッタ相も、いくつかの実施態様において、誘電性ホスト物質中に置かれる。いくつかの実施態様において、誘電性ホスト物質は輻射透過性である。
発光性ポリマー又はオリゴマー相、ナノ粒子相、及び所望により三重項エミッタ相のための誘電性ホスト物質は、いくつかの実施態様において、誘電性ポリマー物質を含む。いくつかの実施態様において、誘電性ポリマーホストの使用は、発光性コンポジット層が増大された厚みを達成することを可能とし、効率又は他の動作特性を犠牲にすることなく、デバイス加工上の有利さへとつながる。驚くことに、いくつかの実施態様において、誘電性ポリマーホストの使用は、追加の発光性ポリマー又はオリゴマー相及び／又はナノ粒子相を併用することなく、好適な発光特性を有する、より厚い発光性コンポジット層の形成を可能とする。
いくつかの実施態様において、誘電性ホストはポリスチレン(PS)、ポリアクリレート(PAA)、ポリメタクリレート (PMA)、ポリメチルメタクリレート (PMMA)、ポリカーボネート(PC) 又はそれらの混合物を含む。いくつかの実施態様において、誘電性ホストはポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの混合物等のポリオレフィンを含む。いくつかの実施態様において、誘電性ホストはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む。さらに、いくつかの実施態様において、誘電性ホストは、パーフロロシクロブチル (PFCB) ポリマー、ポリビニルフルオライド(PVF) 又はポリビニリデンフルオライド (PVDF) 又はこれらの混合物を含む、フロロポリマーを含む。
誘電性ポリマー状ホストは、発光性有機コンポジット層中に、本発明の目的と反しない、任意の所望の量で存在することができる。いくつかの実施態様において、誘電性ポリマー状ホストは少なくとも約50重量％、又は少なくとも約70重量％の量で存在する。誘電性ポリマー状ホストは、いくつかの実施態様において、約30重量％〜約80重量％の量で、又は約40重量％〜約75重量％の量で存在する。いくつかの実施態様において、誘電性ポリマー状ホストは、約50重量％〜約70重量％の量で存在する。
いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層中の発光性ポリマーもしくはオリゴマー相に対する誘電性ポリマー状ホストの比は、約1:5 〜 約5:1である。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層中の発光性ポリマーもしくはオリゴマー相に対する誘電性ポリマー状ホストの比は、約1:4 〜4:1、約1:3 〜約 3:1、又は約1:2 〜約 2:1である。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層中の発光性ポリマーもしくはオリゴマー相に対する誘電性ポリマー状ホストの比は、約1:1 〜約 4:1である。
発光性有機コンポジット層は、本発明の目的と反しない、任意の所望の厚さを有することができる。いくつかの実施態様において、例えば、発光性有機コンポジット層の厚みは、約10 nm 〜約30 μｍである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約10 nm 〜約10μｍである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約80 nm〜約1μｍ、約 100 nm 〜約 500 nm、又は 約150 nm 〜約 400 nmである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約50 nm 〜約 300 nm、 約40 nm〜約 200 nm又は約 80 nm〜約150 nmである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、少なくとも約 300 nm又は少なくとも約400 nmである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約300 nm〜約5μｍ又は約 400 nm〜約10μｍである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約1μｍ〜約30μｍである。
(ii)或いは、ここに記載されるFIPELの発光性有機コンポジット層は、いくつかの態様において、一重項エミッタ相及び三重項エミッタ相を含む。いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は共役ポリマーを含む。一重項エミッタ相に好適な共役ポリマーはI(C)(i)項において述べた任意の共役ポリマーを含むことができる。いくつかの実施態様において、例えば、一重項エミッタ層は、下記からなる群より選ばれる１以上の共役ポリマーを含む：ポリ (9,9-ジ-n-オクチルフルオレニル-2,7-ジイル)、ポリ[(9,9-ジ-n-オクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-alt-(ベンゾ[2,1,3]チアジアゾール-4,8-ジイル]、ポリ(9,9-ジ-n-ドデシルフルオレニル-2,7-ジイル)、ポリ(9,9-ジ-n-ヘキシルフルオレニル-2,7-ジイル)、ポリ(9,9-n-ジヘキシル-2,7-フルオレン-alt-9-フェニル-3,6-カルバゾール), ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル)-alt-(2,5-ジメチル-1,4-フェニレン)], ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル)-co-(9-エチルカルバゾール-2,7-ジイル)], ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジイル)-co-(アントラセン-9,10-ジイル)], ポリ[(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-co-ビチオフェン], ポリ[9,9-ビス-(2-エチルヘキシル)-9H-フルオレン-2,7-ジイル], ポリ((9,9-ジヘキシル-9H-フルオレン-2,7-ビニレン)-co-(1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2,5-フェニレンビニレン)) (例えば、90:10 又は 95:5 モル比), ポリ(9,9-ジ-(2-エチルヘキシル)-9H-フルオレン-2,7-ビニレン), ポリ(9,9-ジ-n-ヘキシルフルオレニル-2,7-ビニレン), ポリ[(9,9-ジ-(2-エチルヘキシル)-9H-フルオレン-2,7-ビニレン)-co-(1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2,5-フェニレンビニレン)] (例えば、 90:10又は95:5 モル比)、又はこれらの混合物。
いくつかの実施態様において、ここに記載される光電子デバイスの一重項相は式(V)の構成単位を含むポリマー又はオリゴマーを含む：
Figure 2014529179
 ここで、
Figure 2014529179
 は、ポリマー又はオリゴマーの結合点を示し、及びR16 及び R17は水素、 C1-20 アルキル、 C2-20 アルケニル、 C8-12 アルキル及びC8-12 アルケニルからなる群より互いに独立に選ばれ、ここでR16 及び R17のアルキル及びアルケニル、所望により-アルキル、 -アルケニル、 -アリール、 -ヘテロアリール、 -アルキル-アリール、 -アルキル-ヘテロアリール、 -アルケニル-アリール 及び-アルケニル-ヘテロアリールからなる群より選ばれる置換基により１以上の回数、互いに独立に置換されていてよい。
いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、ポリ(フェニルビニレン)類、ポリ(フェニルビニレン) 共重合体及び／又はそれらの誘導体の１以上のものを含む。いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、以下のものからなる群より選ばれる共役ポリマーを含む：ポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ(1-メトキシ-4-(3-プロピルオキシ-ヘプタイソブチル-PSS)-2,5-フェニレンビニレン)-co-(1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2,5-フェニレンビニレン) (60:40)、ポリ(1-メトキシ-4-(O-ディスパースレッド 1))-2,5-フェニレンビニレン、ポリ(2,5-ビス(1,4,7,10-テトラオキサウンデシル)-1,4-フェニレンビニレン)、ポリ(2,5-ジオクチル-1,4-フェニレンビニレン)、ポリ[(m-フェニレンビニレン)-alt-(2,5-ジヘキシルオキシ-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(m-フェニレンビニレン)-alt-(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(m-フェニレンビニレン)-co-(2,5-ジオクトキシ-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(o-フェニレンビニレン)-alt-(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[(p-フェニレンビニレン)-alt-(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-p-フェニレンビニレン)]、ポリ[1-メトキシ-4-(3-プロピルオキシ-ヘプタイソブチル-PSS)-2,5-フェニレンビニレン]、ポリ[1-メトキシ-4-(3-プロピルオキシ-ヘプタイソブチル-PSS)-2,5-フェニレンビニレン]-co-[1-メトキシ-4-(2-エチルヘキシルオキシ)-2, 5-フェニレンビニレン] (30:70)、ポリ[2,5-ビスオクチルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2,5-ビス(3′,7′-ジメチルオクチルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2-(2′,5′-ビス(2″-エチルヘキシルオキシ)フェニル)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2-メトキシ-5-(3′,7′-ジメチルオクチルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[5-メトキシ-2-(3-スルホプロポキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[トリス(2,5-ビス(ヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン)-alt-(1,3-フェニレンビニレン)]、ポリ{[2-[2′,5′-ビス(2″-エチルヘキシルオキシ)フェニル]-1,4-フェニレンビニレン]-co-[2-メトキシ-5-(2′-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]}及びこれらの混合物。
さらに、いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、ポリ(ナフタレンビニレン)類、ポリ(ナフタレンビニレン) 共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、シアノ-ポリ(フェニレンビニレン)類、シアノ-ポリ(フェニレンビニレン)共重合体及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、ポリ(フルオレニレンエチニレン)類、ポリ(フルオレニレンエチニレン) 共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、ポリ(フェニレンエチニレン)類、ポリ(フェニレンエチニレン) 共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、ポリチオフェン類、 ポリチオフェン共重合体 及び／又はこれらの混合物の１種以上のものを含む。
発光性有機コンポジット層の一重項エミッタ相は、いくつかの実施態様において、下記からなる群より選ばれる共役ポリマーを含む：ポリ(2,5-ジ(3,7-ジメチルオクチルオキシ)シアノテレフタリリデン)、ポリ(2,5-ジ(ヘキシルオキシ)シアノテレフタリリデン)、ポリ(5-(2-エチルヘキシルオキシ)-2-メトキシ-シアノテレフタリリデン)、ポリ(5-(3,7-ジメチルオクチルオキシ)-2-メトキシ-シアノテレフタリリデン)、ポリ(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-イレンエチニレン)、ポリ(9,9-ジドデシルフルオレニル-2,7-イレンエチニレン)、ポリ[9,9-ジ(2′-エチルヘキシル)フルオレン-2,7-イレンエチニレン]、ポリ[9,9-ジ(3′,7′-ジメチルオクチル)フルオレン-2,7-イレンエチニレン]、ポリ(2,5-ジシクロヘキシルフェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジドデシルフェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジオクチルフェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジ(2′-エチルヘキシル)-1,4-エチニレン)、ポリ(2,5-ジ(3′,7′-ジメチルオクチル)フェニレン-1,4-エチニレン)、ポリ(3-ブチルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-シクロヘキシル-4-メチルチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(3-シクロヘキシルチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(3-デシルオキシチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(3-デシルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-ドデシルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-オクチルチオフェン-2,5-ジイル) (レジオランダム又はレジオ規則性)、ポリ(3-オクチルチオフェン-2,5-ジイル-co-3-デシルオキシチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(チオフェン-2,5-ジイル)、ポリ[(2,5-ジデシルオキシ-1,4-フェニレン)-alt-(2,5-チエニレン)]、ポリ(2,6-ナフタレンビニレン)、ポリ(p-キシレンテトラヒドロチオフェニウムクロライド)、ポリ(2,5 ピリジン)、ポリ(3,5 ピリジン)、ポリ(2,5-ビス(3-スルホナートプロポキシ)-1,4-フェニレン二ナトリウム塩-alt-1,4-フェニレン)、ポリ[(2,5-ビス(2-(N,N-ジエチルアンモニウムブロマイド)エトキシ)-1,4-フェニレン)-alt-1,4-フェニレン]、ポリ[5-メトキシ-2-(3-スルホプロポキシ)-1,4-フェニレンビニレン] カリウム塩、ポリ{[2,5-ビス(2-(N,N-ジエチルアミノ)エトキシ)-1,4-フェニレン]-alt-1,4-フェニレン} 及びこれらの混合物。
さらに、いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は、2011年7月12日に出願された国際出願PCT/US2011/043690に記載された共役ポリマー又はオリゴマーを含み、該国際出願は引用によりその全体がここに包含される。
いくつかの実施態様において、ここに記載される発光性有機コンポジット層の一重項エミッタ相は、蛍光性小分子を含む。いくつかの実施態様において、例えば、蛍光性小分子は金属錯体種、蛍光性色素、共役デンドリマー、又はこれらの混合物もしくは組合せを含む。いくつかの実施態様において、蛍光性小分子は、ペリレン、ルブレン、キナクリドン、及びこれらの混合物、組合せ、及び／またはこれらの誘導体、の１以上のものを含む。蛍光性小分子は、いくつかの実施態様において、アントラセン又はこの関連化合物又はクマリンを含む。いくつかの実施態様において、蛍光性小分子は、トリス (8-ヒドロキシキノリン) アルミニウム (Alq3)を含む。
さらに、いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相は１以上の共役ポリマーもしくはオリゴマー及び１以上の蛍光性小分子を含む。発光性有機コンポジット層において、共役ポリマーもしくはオリゴマーは、蛍光性小分子と、本発明の目的と反しない任意の方法で、合わされることができる。いくつかの実施態様において、例えば、１以上の蛍光性小分子は、１以上の共役ポリマーもしくはオリゴマーとブレンドされて、一重項エミッタ相となる。複数のポリマー状、オリゴマー状、及び／又は小分子状の一重項発光性物質の組合せは、いくつかの実施態様において、ここに記載される有機コンポジット層における発光性有機相の発光特性のチューニングを可能とする。
ここに記載されるように、発光性有機コンポジット層は三重項エミッタ相をも含む。三重項エミッタ相は、本発明の目的に反しない任意の燐光性化合物を含むことができる。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は上記I(C)(i)の項において記載した任意の三重項化学種を含むことができる。
三重項エミッタ相は、ここに記載される発光性有機コンポジット層の一重項エミッタ相と、本発明の目的に反しない任意の様式で合わされることができる。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は一重項エミッタ相内に亘って分散される。一の実施態様において、例えば、三重項エミッタ相の１以上の燐光性遷移金属錯体は、一重項エミッタ相の１以上の共役ポリマー又はオリゴマーとブレンドされて、該共役ポリマー又はオリゴマー内に亘って、遷移金属錯体が分散される。
三重項エミッタ相は、本発明の目的に反しない所望の量で、発光性有機コンポジット層中に存在することができる。いくつかの実施態様において、三重項エミッタ相は、発光性有機コンポジット層中に上記表IIIに従う量で存在する。
いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層は、該コンポジット層中に分散されたナノ粒子相をさらに含む。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は、一重項エミッタ相中に置かれる。他の実施態様において、ナノ粒子相は、三重項エミッタ相中に置かれる。１以上のナノ粒子相は、いくつかの実施態様において、一重項及び三重項エミッタ相の双方中に置かれることができる。さらに、ナノ粒子相は上記Iの項で記載された任意のナノ粒子を含むことができる。さらに、ナノ粒子相は有機コンポジット層中に、本発明の目的と反しない任意の量で存在することができる。いくつかの実施態様において、ナノ粒子相は表Iに記載されたのと整合する量で有機コンポジット層中に存在する。
いくつかの実施態様において、発光性コンポジット層の一重項エミッタ相、三重項エミッタ相、及び／又はナノ粒子相は誘電性ホスト物質中に置かれる。一重項エミッタ相及び三重項エミッタ相用の誘電性ホスト物質は、いくつかの実施態様において、輻射透過性である。
いくつかの実施態様において、一重項エミッタ相及び三重項エミッタ相用の誘電性ホスト物質はポリマー状物質である。いくつかの実施態様において、誘電性ポリマーホストの使用は、発光性有機コンポジット層が増大された厚みを達成することを可能とし、効率又は他の動作特性を犠牲にすることなく、デバイス加工上の有利さへとつながる。驚くことに、いくつかの実施態様において、誘電性ポリマーホストの使用は、追加の発光性ポリマー又はオリゴマー相及び／又はナノ粒子相を併用することなく、好適な発光特性を有する、より厚い発光性コンポジット層を可能とする。
いくつかの実施態様において、誘電性ホストはポリスチレン(PS)、ポリアクリレート(PAA)、ポリメタクリレート (PMA)、ポリメチルメタクリレート (PMMA)、ポリカーボネート(PC) 又はそれらの混合物を含む。いくつかの実施態様において、誘電性ホストはポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの混合物等のポリオレフィンを含む。いくつかの実施態様において、非共役ホストはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む。さらに、いくつかの実施態様において、誘電性ホストは、例えばパーフロロシクロブチル (PFCB) ポリマー、ポリビニルフルオライド(PVF) 又はポリビニリデンフルオライド (PVDF) 又はこれらの混合物等のフロロポリマーを含む。
誘電性ポリマー状ホストは、発光性有機コンポジット層中に、本発明の目的と反しない、任意の所望の量で存在することができる。いくつかの実施態様において、誘電性ポリマー状ホストは少なくとも約50重量％、又は少なくとも約70重量％の量で存在する。誘電性ポリマー状ホストは、いくつかの実施態様において、約30重量％〜約80重量％の量で、又は約40重量％〜約75重量％の量で存在する。いくつかの実施態様において、誘電性ポリマー状ホストは、約50重量％〜約70重量％の量で存在する。
いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層中の誘電性ポリマー状ホストの一重項エミッタ相に対する比は、約1:5 〜 約5:1である。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層中の誘電性ポリマー状ホストの一重項エミッタ相に対する比は、約1:4 〜4:1、約1:3 〜約 3:1、又は約1:2 〜約 2:1である。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層中の誘電性ポリマー状ホストの一重項エミッタ相に対する比は、約1:1 〜約 4:1である。
一重項エミッタ相及び三重項エミッタ相を含む発光性有機コンポジット層は、本発明の目的と反しない、任意の所望の厚さを有することができる。いくつかの実施態様において、例えば、発光性有機コンポジット層の厚みは、約10 nm 〜約30 μｍである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約10 nm 〜約10μｍである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約80 nm〜約1μｍ、約 100 nm 〜約 500 nm、又は 約150 nm 〜約 400 nmである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約50 nm 〜約 300 nm、 約40 nm〜約 200 nm又は約 80 nm〜約150 nmである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、少なくとも約 300 nm又は少なくとも約400 nmである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約300 nm〜約5μｍ又は約 400 nm〜約10μｍである。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の厚みは、約1μｍ〜約30μｍである。
いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELは、第１及び第２電極の間に位置された複数の発光性コンポジット層を含む。例えば、いくつかの実施態様において、複数の発光性層の各々が上記I(C)(i)-(ii)の項で記載した構成を有し、第１及び第２電極の間に位置される。発光性層は種々の発光プロフィールを有することができ、組み合わされたとき、FIPELからの所望の発光プロフィール特性を与える。
さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELは１以上の電荷生成層を含む。電荷生成層は、いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層と誘電性もしくは電気絶縁性層との間に位置される。いくつかの実施態様において、複数の発光性有機コンポジット層が存在し、電荷生成層は該発光性有機コンポジット層の間に位置される。例えば、いくつかの実施態様において、電荷生成層は発光性有機コンポジット層の１以上の界面に位置される。
電荷生成層は、FIPELが作動する間に電荷を生成するよう動作可能な任意の所望の構成を有することができる。いくつかの実施態様において、電荷生成層は金属状、半金属状、又は半導体である。電荷生成層は、いくつかの実施態様において、金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子、又は導電性小分子、を含む。いくつかの実施態様において、金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子を含み、半導体ナノ粒子は無機半導体を含み、及び、小分子は１以上のポルフィリン又はアルカリ金属塩、例えばLiFを含む。いくつかの実施態様において、電荷生成層は導電性又は半導体ポリマーを含む。一の実施態様において、例えば、電荷生成層はPEDOTを含む。
電荷生成層は、本発明の目的に反しない、任意の所望の厚みを有することができる。いくつかの実施対応において、電荷生成層は約1 nm 〜約 20 nmの厚みを有する。電荷生成層は、いくつかの実施対応において、約 2 nm 〜約15 nm 又は 約 1 nm 〜約 10 nmの厚みを有する。いくつかの実施対応において、電荷生成層は、 1 nm 未満又は 20 nm超の厚みを有する.
D. 誘電性もしくは電気絶縁性層
ここに記載されるように、FIPELアーキテクチャを有する光電デバイスは、電気絶縁性層を発光性コンポジット層と第一電極又は第二電極の間に含む。さらに、いくつかの実施態様において、第一誘電性層が第一電極と発光性コンポジット層の間に位置し、及び、第二誘電性層が第二電極と発光性コンポジット層の間に位置される。発光性コンポジット層はI(C)(i)-(ii)の項に記載された任意の発光性コンポジット層を含むことができる。
ここに記載されるFIPELアーキテクチャを有する光電デバイスの誘電性層は、本発明の目的に反しない任意の電気絶縁性物質を含むことができる。例えば、いくつかの実施態様において、誘電性層は１以上の無機酸化物を含む。いくつかの実施態様において、無機酸化物は遷移金属酸化物、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)又はこれらの混合物を含む。
いくつかの実施態様において、誘電性層は１以上のポリマー状物質を含む。いくつかの実施態様において、誘電性層での使用に好適なポリマーは、フッ素ポリマー、例えばポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリ(ビニリデンフルオライド-トリフロロエチレン) (PVDF-TrFE)、ポリ(ビニルフルオライド) (PVF)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)、パーフロロプロピレン、ポリクロロトリフロロエオチレン (PCTFE)又はこれらの共重合体及びこれらの組合せを含む。いくつかの実施態様において、誘電性ポリマー状物質は１以上のポリアクリレート、例えば、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ(メタクリレート) (PMA)、ポリ (メチルメタクリレート) (PMMA) 又はこれらの共重合体及びこれらの組合せ を含む。いくつかの実施態様において、誘電性層はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ（ビニルクロライド）、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、又はこれらの共重合体及びこれらの組合せを含む。ここに記載されるポリマー状誘電性物質は、本発明の目的に反しない、任意の分子量(Mw)及び多分散度を有することができる。
いくつかの実施態様において、誘電性層はナノ粒子をさらに含む。いくつかの実施態様において、誘電性層のナノ粒子は、上記Iの項において記載した任意のナノ粒子を含むことができる。いくつかの実施態様において、ナノ粒子は誘電性層中に約0.5 重量％未満又は約0.1 重量％未満で存在する。いくつかの実施態様において、ナノ粒子は誘電性層中に約 0.01重量％〜約 0.1 重量％で存在する。
さらに、いくつかの実施態様において、誘電性層の電気絶縁性物質は、その比誘電率及び／又は破壊電圧に基づき選ばれる。例えば、いくつかの実施態様において、誘電性層の絶縁性物質は高い比誘電率及び／又は高い破壊電圧を有する。さらに、ここに記載される誘電性層は本発明の目的に反しない任意の厚みを有することができる。
FIPELアーキテクチャの電気絶縁性層もしくは誘電性層は、本発明の目的に反しない任意の所望の厚みを有することができる。いくつかの実施態様において、電気絶縁性層もしくは誘電性層は、約1 μｍ〜約50μｍの厚みを有する。いくつかの実施態様において、電気絶縁性層は、約10μｍ〜約 30μｍの厚みを有する。くつかの実施態様において、電気絶縁性層は、約1μｍ未満又は約 50μｍ超の厚みを有する。
いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELアーキテクチャを有する光電デバイスは複数の、１以上の構造を有する発光性有機コンポジット層を含む。いくつかの実施態様において、１以上の発光性有機コンポジット層は、上記Iの項に記載の構造を有する。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層は１以上の誘電性層によって互いに分離されている。さらに、いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層は互いに関連付けて、又は互いに独立に、構成されることができる。例えば、いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層は重複する又は部分的に重複する発光プロフィールを有することができる。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層は重複する発光プロフィールを有しない。いくつかの実施態様において、発光性有機コンポジット層の発光プロフィールは、FIPELからの所望の発光を生じるように選択されることができる。
さらに、ここに記載されるFIPELアーキテクチャを有する光電デバイスは、いくつかの実施態様において、120 VAC +/- 10%の動作電圧を有する。いくつかの実施態様において、FIPELは約10 VAC 〜約 220 VACの動作電圧を有する。いくつかの実施態様において、FIPELは約20 VAC 〜約440 VACの動作電圧を有する。いくつかの実施態様において、FIPELは約5 VAC 〜約1000 VACの動作電圧を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELの動作電圧は、アーキテクチャ中に存在する１以上の誘電性層の厚みを含む、FIPELの１以上の層の厚みに関連して選択されることができる。
さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載される構造を有するFIPELに適用される電場は、約10 Hz 〜約1 GHz 又は約 50 Hz 〜約 1 MHzである。いくつかの実施態様において、適用される電場の周波数は、約100 Hz 〜約100 kHz 又は約 500 Hz 〜約50 kHzである。いくつかの実施態様において、適用される電場の周波数は、約1 kHz 〜約 10 kHzである。さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPELアーキテクチャの光電デバイスは、その輝度が第一及び第二電極により印加される交流電場の周波数の変化に対して非線型応答を示す。例えば、いくつかの実施態様において、FIPELは、その輝度が印加される交流電場の周波数の変化に対して二次の応答を示す。
II. 有機発光ダイオード
他の側面において、ここに記載される光電デバイスは有機発光ダイオード（OLED）アーキテクチャを示す。いくつかの実施態様において、OLEDは第一電極、第二電極、及び該第一電極と第二電極の間に配置された発光性有機コンポジット層を含み、発光性有機コンポジット層は一重項エミッタ相、三重項エミッタ相及びナノ粒子相を含む。いくつかの実施態様において、OLEDの一重項エミッタ相、三重項エミッタ相及び／又はナノ粒子相は、これらについて上記I(C)の項において記載された任意の成分、構成を有することができ、及び、これらについて上記I(C)の項において記載された任意の特性を有することができる。いくつかの実施態様において、例えば、一重項エミッタ相は上記I(C)(i)-(ii)の項に記載された任意の共役ポリマー種を含むことができ、三重項エミッタ相は上記I(C)(i)-(ii)の項に記載された任意の三重項種を含むことができ、ナノ粒子相は上記I(C)(i)-(ii)の項に記載された任意のナノ粒子種を含むことができる。
いくつかの実施態様において、ここに記載されるOLEDは、第一及び第二電極の間に位置される複数の発光性コンポジット層を含む。例えば、いくつかの実施態様において、複数の発光性層は、各々上記I(C)(i)-(ii)の項に記載された構成を有し、第一及び第二電極の間に位置される。発光性層は、組み合わされたときに、OLEDからの所望の発光プロフィール特性を与えるように、種々の発光プロフィールを有することができる。
いくつかの実施態様において、OLEDの第一電極及び／又は第二電極は輻射透過性である。第一電極及び／又は第二電極は、いくつかの実施態様において、上記I(A)-(B)の項において記載された任意の構成及び／又は特性を有することができる。
さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載されるOLEDは１以上の空孔輸送、空孔阻止、電子輸送、及び／又は電子阻止層をさらに含む。ここに記載されるように、いくつかの実施態様において、ナノ粒子相のナノ粒子は三重項エミッタ相の燐光性遷移金属錯体と関連付けられている。いくつかの実施態様において、例えば、ナノ粒子は三重項エミッタ相の燐光性遷移金属錯体と結合されている。
図４は、ここに記載される一実施態様に従うOLEDアーキテクチャを有する光電デバイスの断面図を示す。図４に示されるように、OLED (40)は輻射透過性の第一電極(41)及び第二電極(42)を含む。発光性有機コンポジット層(43)が輻射透過性の第一電極(41)及び第二電極(42)の間に置かれている。
III. 光電デバイスの発光特性
いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 又はOLEDアーキテクチャを有する光電デバイスは少なくとも約10ルーメン／ワット(LPW)の効率を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは少なくとも約50 LPW 又は少なくとも約 100 LPWの効率を有する。ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、いくつかの実施態様において、少なくとも約150 LPW 又は200 LPWの効率を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、約10 LPW〜約200 LPW 又は約 50 LPW 〜約100 LPWの効率を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、約50 LPW 〜約150 LPW又は約100 LPW 〜約150 LPWの効率を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、約100 LPW〜約 200 LPW又は約 150 LPW 〜約 200 LPWの効率を有する。さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 又はOLEDアーキテクチャを有する光電デバイスは、約10パーセント〜約1000パーセント増大された寿命を有することができる。
さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、少なくとも約10 cd/m2又は少なくとも約 50 cd/m2の輝度を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、少なくとも約100 cd/m2又は少なくとも約 200 cd/m2の輝度を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、少なくとも約300 cd/m2、少なくとも約500 cd/m2、少なくとも約1000 cd/m2 、又は、少なくとも約1500 cd/m2の輝度を有する。いくつかの実施態様において、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLEDは、約 200 cd/m2 〜 約 1000 cd/m2、約 500 cd/m2 〜約 1500 cd/m2、 約 500 cd/m2 〜 約 10,000 cd/m2、又は 約 1000 cd/m2 〜 約 40,000 cd/m2の輝度を有する。
さらに、ここに記載されるFIPEL 及び／又はOLED光電デバイスは、いくつかの実施態様において、本発明の目的と反しない任意の発光プロフィールを有することができる。いくつかの実施態様において、例えば、デバイスは1931 CIE色度図の実質的に白色光領域における座標を有する光電発光を有する。いくつかの実施態様において、FIPEL 及び／又はOLEDは1931 CIE色度図の、実質的に他の色の領域、例えば赤色光領域、青色光領域、緑色光領域、橙色光領域、又は黄色光領域における座標を有する光電発光を有する。
さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載される、一重項エミッタ相及び三重項エミッタ相を含むFIPEL 及び／又はOLED光電デバイスは、発光プロフィールにおいて一重項発光と三重項発光を示す。いくつかの実施態様において、ここに記載される発光性コンポジット層からの一重項発光及び三重項発光は、実質的に等しいか、又は実質的にバランスされている。いくつかの実施態様において、例えば、上記表IIIに示すうちの任意の量で一重項エミッタ相及び三重項エミッタ相を含む発光層は、発光プロフィールにおいて一重項及び三重項発光を示す。一実施態様において、約10重量％以上の三重項エミッタ相を含む発光性コンポジット層は発光プロフィールにおいて一重項及び三重項発光を示す。さらに記載されるように、そのような実施態様において、一重項発光及び三重項発光は実質的にバランスされている。
IV. 光電デバイスの製造方法
他の側面として、ここに光電デバイスの製造方法が記載される。いくつかの実施態様において、光電デバイスの製造方法は、第一電極を提供すること、第二電極を提供すること、及び発光性コンポジット層を第一電極と第二電極の間に配置することを含む。さらに記載するように、発光性コンポジット層は種々の構成を有することができる。いくつかの実施態様において、例えば、発光性コンポジット層は発光性コンポジット層に関する上記I(C)(i)-(ii)の項で述べた任意の構成及び／又は特性を有することができる。
いくつかの実施態様において、第一電極及び／又は第二電極は輻射透過性である。さらに、いくつかの実施態様において、ここに記載される方法は、誘電性層を第一電極と発光性コンポジット層の間に配置すること、又は、誘電性層を第二電極と発光性コンポジット層の間に配置することをさらに含む。いくつかの実施態様において、第一誘電性層が発光性コンポジット層と第一電極の間に配置され、及び、第二誘電性層が第二電極と発光性コンポジット層の間に配置される。ここに記載される方法における使用に適する誘電性層は、いくつかの実施態様において、上記I(D)の項で記載された任意の構成及び／又は特性を有することができる。
いくつかの実施態様において、光電デバイスの製造方法は、発光性相を誘電性層又は電気絶縁性ホスト中に配置して発光性コンポジット層とすること、及び、発光性コンポジット層を第一電極及び第二電極の間に配置することを含む。いくつかの実施態様において、第一電極及び／又は第二電極は輻射透過性である。発光性相は、いくつかの実施態様において、共役ポリマー、半導体ポリマー、小分子又はナノ粒子又はこれらの混合物を含む。さらに、いくつかの実施態様において、誘電性もしくは電気絶縁性層は、発光性コンポジット層と第一電極及び／又は第二電極の間に置かれる。
ここに記載されたいくつかの実施態様が、以下の非限定的な実施例によりさらに説明される。
実施例１
精製された単層カーボンナノチューブ(SWNT)
ここに記載する、光電デバイス用途の制御された長さを有する精製されたSWNTは以下のようにして調製された。
生SWNT（raw SWNT）から金属触媒を以下のようにして除去した。HiPCO-SWNT (高圧 CO 転換 SWNT、100 mg、ライス大学)、硝酸 (70 wt%、200 mL)、脱イオン水 (＞18M ohm、400 mL)、 及び界面活性剤 (Triton X-100、0.05 mL) の混合物を 100°Cで 6 時間還流した。該混合物を還流塔及び加熱マントル(Glas-Col、115 V 270 W、Staco Energy Products 製電源、Model 3PN1010B)を備えた丸底フラスコ内で還流した。還流後、脱イオン水(400 mL)を該混合物に添加し、及び該混合物を急いで冷蔵庫へ入れて室温より低い温度へと冷却した。該冷却された混合物を、次いで直径47 mm、孔サイズ0.2μｍの PTFE (ポリテトラフロロエチレン) 膜を用いて、真空濾過により濾過した。濾取残渣（以下、「A6-SWNT」)を脱イオン水(1000 mL)で濯いで、フィルタ上にある状態で、70°C で 4時間以上、乾燥した。次いで、A6-SWNTをフィルタから除去してN2下で、100°C で 1 時間乾燥した。
チューブの長さを、以下のようにして制御した。最初に、A6-SWNT (5 mg) 及び 脱イオン水(＞18M ohm、 10 mL) をフラスコに添加して15分間混合した。硝酸 (70 wt%、20 mL) 及び硫酸 (98 wt%、 60 mL)を、次いで、混合物に添加した。次いで、超音波洗浄器(Cole Parmer Model 08849-00)内で該混合物に30〜40°Cで24 時間、超音波を当てて6-SWNTを切断した。超音波を当てる間にフラスコの温度を維持するために、超音波槽を連続的に通過する水流で、該フラスコを冷却した。切断されたA6-SWNTの混合物を、次いで、攪拌機を備えた平底フラスコへと移した。該フラスコへ、H2O2 (30 wt%、 12 mL) を添加して、該混合物を撹拌台の上で、20 分間撹拌した。該混合物を、次いで、直径47 mm、孔サイズ0.2μｍの PTFE膜を用いて真空濾過により濾過した。濾取残渣を脱イオン水(1000 mL)で濯ぎ、そして、フィルタ上にある状態で、70°C で 4時間以上乾燥した。濾取されたSWNTを、フィルタから取り除き、脱イオン水(1000 mL)と混ぜた。この混合物に超音波を２０分間当てて、再度、直径47 mm、孔サイズ0.2μｍの PTFE膜を用いて真空濾過により濾過した。濾取されたSWNTを、フィルタ上にある状態で、70°C で 4時間以上乾燥した後、フィルタから除去して、さらにN2下で、100°C で 1 時間乾燥して、約200 nm未満の長さを有する、精製されたSWNTを生成した。
実施例２
FIPELアーキテクチャの光電デバイス
ここに記載するいくつかの実施態様に従う、FIPELアーキテクチャを有する一連の光電デバイスを以下のようにして作製した。
第一に、ITOガラス基板を、各デバイス用に用意した。該ITOガラス基板は、部分的に150 nm厚みのITO (酸化インジウム錫)でコートされた0.7 mm厚みのソーダライムガラスの正方形基板(25.4 mm x 25.4 mm)からなる。該ITO層は、該ガラス基板の25.4 mm x 15.9 mmの部分を覆っていた。コートされていない、基板の「ガラス」の部分は、表面粗さ＜5 nm Raまで研磨された。コートされた、基板の「ITO」部分は、表面粗さ＜3 nm Ra まで研磨された。「ITO」部分は、10 ohm/sq未満の抵抗率を有した。ITOガラス基板は、555 nmにおいて95%より大きい光透過性を有した。
第二に、ITOガラス基板を以下のようにして洗浄した。高純度(＞99.99%) N2ガス流を、CGA 580レギュレータを備えたタンクから基板へと吹付けた。該基板を、次いで、ポリプロピレン基板キャリアに配置した。該基板及び基板キャリアをガラス皿内に配置した。該ガラス皿を超音波洗浄器(Branson 3510)内に配置した。次いで、該ガラス皿にアセトンを添加して、基板を覆った。次いで、超音波洗浄を１５分以上行った。該皿内のアセトン溶媒をメタノールで置換して、さらに１５分以上超音波洗浄を行った。該皿内のメタノール溶媒を、次いで、IPA (イソプロピルアルコール、高速液体クロマトグラフ (HPLC) グレード)に置換して、さらに１５分以上超音波洗浄を行った。該基板を皿から取出して、30 psi以上の圧力の高純度(>99.99%) N2ガス流を用いて基板を乾燥した。乾燥された基板を、次いで、UV-オゾン洗浄器 (UVOCS 社製、 モデルT16X16/OES)内に機能表面側を上にして平に置き、60分以上洗浄した。
第三に、発光性有機コンポジット層を、各洗浄されたITOガラス基板上にコートした。発光性有機コンポジット層は、クロロベンゼン中のポリスチレン (PS) 及びポリフルオレン (PFO) (8 mg/mL)溶液からスピンコーティングした。PFOは、カナダ、ケベックのAmerican Dye Sourceより入手した。一連の光電デバイスを形成するために、PFO に対するPSの割合を変えた。各デバイスにおいて、該比は4:1、3:1、 2:1、 1:1、 1:2、1:3又は 1:4である。スピンコーティングに先立ち、各PS:PFO溶液を直径13 mm, 孔サイズ0.2μｍのナイロンシリンジフィルターで濾過した。スピンコーティングは、スピンコータ(Chemat Technology KW-4A)を2000 rpm で 60 秒間、作動させて行った。各コートされた基板をホットプレート上のペトリ皿内に置き、乾燥N2下、90°C で 60分間、キュアした。
第四に、誘電性層もしくは電気絶縁層を各デバイスの発光性有機コンポジット層の上にコートした。誘電性層は、PVDF-TrFEのジメチルホルムアミド(DMF)の溶液からスピンコートした。各デバイスにおいて、DMF中のPVDF-TrFEの濃度は、重量で10%、15% 又は 20%であった。スピンコーティングは、PVDF-TrFE濃度10%、15% 及び 20%について、スピンコーターを1500 rpm で 60秒間、作動させて行った。
第五に、金属カソード層を該誘電性層の上に堆積させた。Al (150-250 nm厚み)で堆積させるために基板を真空蒸着器内に置いた。アルミニウム(＞99.999%)を5 x 10-5 〜 5 x 10-6 Torrの圧力で、0.4 〜0.7 nm/sec で堆積させた。
第六に、各デバイスをガラスキャップで封止した。該ガラスキャップ(0.7〜1.1 mm 厚み)を、最初にアセトン中で１５分以上超音波洗浄により洗浄した後、メタノール中で１５分以上、超音波洗浄により洗浄した。次いで、該ガラスキャップを、(1)ドライ化学層(CaO GDO、 SAES Getters、18 mm x 10 mm x 0.3〜0.4 mm)をガラスキャップの内側表面に施与し、及び、(2)硬化性封止糊(Three Bond、30Y-436)を該ガラスキャップの底端部に施与することによって、予備アセンブルした。該予備アセンブルされたガラスキャップを、次いで、基板のカソード上に置いて、該封止糊をUV光(EFO UV 光からの ＞6000 mJ/cm2の発光)により硬化した。
表４は、PS:PFO 比 1:1及び異なる量のPVDF-TrFEを有する、上述のようにして作製された一連の光電デバイスの輝度を示す。輝度は、0 〜 8 Vの順方向電圧(Vpp)及び1 〜130 kHzの周波数で測定された。低周波数において青い発光が誘導され、青緑及び緑色の発光が高周波数で誘導された。
Figure 2014529179
表５は、15% PVDF-TrFEから形成された誘電性層及び有機コンポジット層中の異なるPS:PFO比を有するデバイスの輝度及び順方向電圧を示す。
Figure 2014529179
実施例３
FIPELアーキテクチャの光電デバイス
ここに記載されるいくつかの実施態様に従う、FIPELアーキテクチャを有する一連の光電デバイスを以下のようにして作製した。
ITOガラス基板を用意し、及び、実施例２で記載したようにして各デバイスのために洗浄した。次いで、発光性有機コンポジット層をITOガラス基板上にコートした。発光性有機コンポジット層はPS 及び PFO (1:1)のクロロベンゼン溶液 (8 mg/mL)からスプレイコートされた。該溶液は、実施例１の精製されたSWNTも含み、0.01重量％のSWNTを含む発光性有機コンポジット層を与えた。コートされた基板をホットプレート上のペトリ皿に入れて乾燥N2下で、90°C で60 分間、キュアした。
次いで、誘電性層を該発光有機層の上にコートした。該誘電性層は、DMF中の15% PVDF-TrFE溶液からスピンコートされた。異なる誘電性層厚みを有する一連のデバイスを得るために、1000 rpm 〜 1500 rpmの異なる速度で作動させたスピンコーターを用いてスピンコートした。実施例２に記載したように、アルミニウムカソード層を、次いで、誘電性層の上に堆積させた後、ガラスキャップでデバイスを封止した。
図５は、異なる誘電性層の厚みを有する一連の光電デバイスの周波数依存性の発光を示す。曲線１の該デバイスの該誘電性層は、1000 rpmでスピンコートされた。曲線２、３、４、５及び６のデバイスの誘電性層は、夫々、1100 rpm、1200 rpm、1300 rpm、 1400 rpm 及び 1500 rpmでスピンコートされた。
実施例４
FIPELアーキテクチャの光電デバイス
ここに記載されるいくつかの実施態様に従う、FIPELアーキテクチャを有する一連の光電デバイスを以下のようにして作製した。
ITOガラス基板を用意し、及び、実施例２で記載したようにして各デバイスのために洗浄した。次いで、実施例３において記載したように、発光性有機コンポジット層を各デバイスのITOガラス基板上にコートした。
次いで、誘電性層を該発光性有機層の上にコートした。該誘電性層は、DMF中の15% PVDF-TrFE溶液を用いてスピンコートされた。該溶液は、実施例１の精製されたSWNTも含み、0.01重量％のSWNTを含む誘電性層を与えた。異なる誘電性層の厚みを有する一連のデバイスを得るために、1000 rpm 〜 1500 rpmの異なる速度で作動させるスピンコーターを用いてスピンコートした。実施例２に記載したように、アルミニウムカソード層を、次いで、誘電性層の上に堆積させた後、ガラスキャップでデバイスを封止した。
図６は、異なる誘電性層の厚みを有する一連の光電デバイスの周波数依存性の発光を示す。曲線７の該デバイスの該誘電性層は、1000 rpmでスピンコートされた。曲線８、９、１０、１１及び１２のデバイスの誘電性層は、夫々、1100 rpm、1200 rpm、1300 rpm、 1400 rpm 及び 1500 rpmでスピンコートされた。
実施例５
FIPELアーキテクチャの光電デバイス
ここに記載される一実施態様に従う、FIPELアーキテクチャを有する光電デバイスを以下のようにして作製した。
ITOガラス基板を用意し、及び、実施例２で記載したようにしてデバイスのために洗浄した。次いで、誘電性層を、洗浄されたITOガラス基板上にコートした。該誘電性層は、DMF中の15% PVDF-TrFE溶液から1500 rpmで６０秒間スピンコートされた。次いで、誘電性層の上に発光性有機コンポジット層が、PCT/US2011/043690に記載されたPS 及び共役ポリマー[PF-BT-QL] (1:1)のクロロベンゼン溶液(6 mg/mL)を用いて、1500 rpmで６０秒間スピンコートされた。該溶液は、実施例１の精製されたSWNTを含み、発光性有機コンポジット層中で0.1重量％のSWNTとなった。得られたアーキテクチャをホットプレート上のペトリ皿に入れて乾燥N2下で、90°C で60 分間、キュアした。次いで、アルミニウムカソード層を実施例２に記載した条件で発光性有機層の上に堆積させて、FIPELデバイスをガラスキャップで封止した。
図７は、得られたFIPELデバイスの、異なる動作電圧及び電場周波数における発光を示す。
実施例６
FIPELアーキテクチャの光電デバイス
ここに記載される一の実施態様に従う、FIPELアーキテクチャを有する光電デバイスを以下のようにして作製した。
ITOガラス基板を用意し、及び、実施例２で記載したようにしてデバイスのために洗浄した。次いで、誘電性層を、洗浄されたITOガラス基板上にコートした。該誘電性層は、DMF中の15% PVDF-TrFE溶液から1500 rpmで６０秒間スピンコートされた。該溶液は、実施例１の精製されたSWNTを含み、堆積された誘電性層中で0.01重量％のSWNTとなった。
次いで、誘電性層の上に光発光性有機コンポジット層が、PCT/US2011/043690に記載されたPS 及び共役ポリマー[PF-BT-QL] (1:1)のクロロベンゼン溶液(6 mg/mL)を用いて、1500 rpmで６０秒間、スピンコートされた。該溶液は、実施例１の精製されたSWNTも含み、堆積された発光性有機コンポジット層中で0.1重量％のSWNTとなった。該溶液は、堆積された発光性有機コンポジット層中にIr(ppy)3が１０重量％となる量のIr(ppy)3も含んだ。得られたアーキテクチャをホットプレート上のペトリ皿に入れて乾燥N2下で、90°C で60 分間、キュアした。次いで、アルミニウムカソード層を実施例２に記載した条件で発光性有機層の上に堆積させて、FIPELデバイスをガラスキャップで封止した。
図８は、得られたFIPELデバイスの、異なる動作電圧及び電場周波数における発光を示す。
実施例７
FIPELアーキテクチャの光電デバイス
ここに記載される一の実施態様に従う、FIPELアーキテクチャを有する光電デバイスを以下のようにして作製した。
ITOガラス基板を用意し、及び、実施例２で記載したようにして洗浄した。次いで、洗浄されたITOガラス基板上にPEDOTバッファ層をコートした。該バッファ層は、６体積部のPEDOT/PSS (ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン) ポリ(スチレンスルホネート)、 Baytron #8000) と４体積部の脱イオン水(＞18M ohm)の溶液を用いてスピンコートされた。スピンコートのために、該溶液を直径13 mm、孔径0.2μｍのナイロンシリンジフィルターを通して、濾過した。スピンコーティングは、スピンコーター(Chemat Technology KW-4A)を目標層厚み40 nm として、4000 rpmで15秒間運転して行った。コートされた基板をホットプレート(Corning)上のペトリ皿に入れて空気下で、200°C で5 分間、キュアした。ペトリ皿及び基板を、次いで、乾燥N2雰囲気を含むデシケータ中に置き、室温まで冷却してアニールプロセスを完了した。
PFO/SWNT発光層をバッファ層の上に、精製されたSWNT及び PFOの溶液を用いてスピンコーティングによりコートした。SWNTは、実施例１に従い精製した。スピンコーティング用のSWNT及び PFOの溶液は、以下のようにして調製した。乾燥N2雰囲気のグローブボックス内で、1,2-ジクロロベンゼン (無水、 HPLC グレード)溶媒、PFO (0.015 wt%)及び精製 SWNT (0.0015 wt%) を混合して60分間、超音波をかけた。追加のPFOを、次いで、混合物に添加し、PFOの総量を1.5 wt%へと増した。PFOを秤り取るために、種々の圧力下で使用するのに特化された秤(Mettler Toledo SAG204)を用いた。該混合物を、次いで、磁気撹拌子を備えたバイアル中で50°Cで 30分間、撹拌した。PFO/SWNT混合物を、次いで、室温まで冷却して、スピンコーティングのために0.45μｍのテフロンシリンジフィルターを通して濾過した。
スピンコーティングは、グローブボックス内でスピンコーター(Specialty Coating Systems, Inc., Model P6700)を、目標層厚み80 nmとして、4000 rpm で 15秒間運転して行った。コートされた基板をホットプレート上のペトリ皿に入れて、乾燥N2下で、90°C で60分間、キュアした。
次いで、金属カソード層を発光層の上に堆積させた。基板をLiF (0.5 nm 厚みまで) 及び Al (150-250 nm 厚み)の連続堆積のために、真空エバポレータ中に置いた。フッ化リチウム(＞ 99.999 %)を5 x 10-5 〜 5 x 10-6 Torr の圧力で0.02 nm/sec で 堆積させた。アルミニウム(＞ 99.999 %)を5 x 10-5 〜 5 x 10-6 Torrの圧力で0.4 to 0.7 nm/secで堆積させた。
デバイスをガラスキャップで封止した。該ガラスキャップ(0.7-1.1 mm 厚み)は、最初にアセトン中で15分以上超音波洗浄した後、メタノール中で15分以上超音波洗浄した。次いで、(1) ドライ化学層 (CaO GDO、 SAES Getters、18 mm x 10 mm x 0.3-0.4 mm)をガラスキャップの内側表面に施与し、(2) 硬化性封止糊 (Three Bond, 30Y-436)をガラスキャップの底端部に施与して、ガラスキャップを予め組立た。該予め組立てられたガラスキャップを基板上のカソード上に置いて、封止糊をUV光(EFO UV 光からの＞6000 mJ/cm2の発光)で硬化した。
実施例８
FIPELアーキテクチャの光電デバイス
ここに記載される一実施態様に従う、FIPELアーキテクチャを有する光電デバイスを以下のようにして作製した。
ITOガラス基板を用意し、及び、実施例２で記載したようにしてデバイスのために洗浄した。次いで、発光性有機コンポジット層を、PCT/US2011/043690に記載されたクロロベンゼン中の共役ポリマー [PF-BT-QL] (6 mg/mL) 溶液を用いて、ITOガラス基板上にスピンコートし、厚み 100-200 nmの層とした。該溶液は、実施例１の精製されたSWNTも含み、堆積された発光性有機コンポジット中の0.07重量％のSWNTとなった。該溶液は堆積された発光性有機コンポジット中の１０重量％のIr(ppy)3となる量のIr(ppy)3も含んだ。得られたアーキテクチャをホットプレート上のペトリ皿に入れ、乾燥N2下で、90oCで 60分間、キュアした。
次いで、発光性有機層上に誘電性層をコートした。該誘電性層は、DMF中の15% PVDF-TrFEを用いて、スピンコーターを1500 rpmで60秒間運転して、スピンコートされた。実施例２に記載したように、アルミニウムカソード層を、次いで、誘電性層上に堆積させて、その後、ガラスキャップで封止した。
図９は、前記アーキテクチャを有する光電デバイスの光電発光特性を示す。図９に示すように、該光電デバイスは、一重項共役ポリマー相([PF-BT-QL])及び三重項相Ir(ppy)3からの発光を示す。一重項及び三重項相からの発光は、実質的にバランスされていた。図９は、該光電デバイスの種々の電圧におけるCIE色度座標、演色指数(CRI)及び相関色温度(CCT)を追加的に示す。
本発明の種々の目的を達成する、本発明の種々の実施態様が記載された。これらの実施態様は、本発明の原理を単に説明するものとして認識されるべきである。これらの数多くの、本発明の精神及び範囲を逸脱することない修飾及び変形は、当業者に自明である。

Claims (25)

  1. 第一電極、
    第二電極、
    第一電極と第二電極の間に配置された発光性有機コンポジット層であって、発光性有機コンポジット層は一重項エミッタ相と三重項エミッタ相とを含む、発光性有機コンポジット層、及び
    発光性有機コンポジット層と第一電極または第二電極の間に配置された第一誘電性層、
    を含む光電デバイス。
  2. 一重項エミッタ相が１以上の共役ポリマーもしくはオリゴマー、小分子、又はこれらの混合物を含む、請求項１の光電デバイス。
  3. １以上の共役ポリマーもしくはオリゴマーが、繰り返し単位A、B及びCからなる群より選ばれる少なくとも２つの繰り返し単位を含む共役ポリマーもしくはオリゴマーを含む、請求項２の光電デバイス：
    Figure 2014529179
     ここで、
    Figure 2014529179
     は、ポリマー鎖もしくはオリゴマー鎖における結合点を示し、XはS、O、 Se 及びNR5からなる群より選ばれ、及び、R1、 R2、 R5、 R6、 R7、 R8 及び R9 は、水素、 C1-20 アルキル、 C2-20 アルケニル、 C8-12 アルキル及びC8-12 アルケニルからなる群より互いに独立に選ばれ、及び、R3 及び R4 はアリール及びヘテロアリールからなる群より互いに独立に選ばれ、ここでR1、 R2、 R5、 R6、 R7、 R8 及び R9のアルキル及びアルケニル並びにR3 及び R4のアリール及びヘテロアリールは、-アルキル、 -アルケニル、 -アリール、 -ヘテロアリール、 -アルキル-アリール、 -アルキル-ヘテロアリール、 -アルケニル-アリール 及び-アルケニル-ヘテロアリールからなる群より選ばれる置換基により１以上の回数、互いに独立に置換されていてよい。
  4. R3 及び R4が、ピリジル, ピラニル, ピリジニル, ビピリジニル, フェニルピリジニル, チエニル, フラニル, セレノフェニル, フルオレニル, カルバゾイル, ピロリル, キノリニル, イソキノリニル、プリニル、オキサゾリル、イソオキサゾリル及びこれらのオリゴマーからなる群より互いに独立に選ばれる、請求項３の光電デバイス。
  5. 共役ポリマーもしくはオリゴマーが式（I）で示される、請求項３の光電デバイス：
    Figure 2014529179
     ここで、ｘ及びｙは互いに独立に１〜10,000の整数である。
  6. 共役ポリマーもしくはオリゴマーが式（II）で示される、請求項３の光電デバイス：
    Figure 2014529179
     ここで、ｘ及びｙは互いに独立に１〜10,000の整数である。
  7. 共役ポリマーもしくはオリゴマーが式（III）で示される、請求項３の光電デバイス：
    Figure 2014529179
     ここで、ｘ及びｙは互いに独立に１〜10,000の整数である。
  8. 共役ポリマーもしくはオリゴマーが式（IV）で示される、請求項３の光電デバイス：
    Figure 2014529179
     ここで、ｘ、ｙ及び ｚは互いに独立に１〜10,000の整数である。
  9. １以上の共役ポリマーもしくはオリゴマーが式（V）の構成単位を含む、請求項２の光電デバイス：
    Figure 2014529179
     ここで、
    Figure 2014529179
     は、ポリマー鎖もしくはオリゴマー鎖における結合点を示し、及び、R16 及び R17は 水素、C1-20 アルキル、 C2-20 アルケニル、 C8-12 アルキル及びC8-12 アルケニルからなる群より互いに独立に選ばれ、ここでR16 及び R17のアルキル及びアルケニルは、-アルキル、 -アルケニル、 -アリール、 -ヘテロアリール、 -アルキル-アリール、 -アルキル-ヘテロアリール、 -アルケニル-アリール 及び-アルケニル-ヘテロアリールからなる群より選ばれる置換基により１以上の回数、互いに独立に置換されていてよい。
  10. 三重項エミッタ相が燐光性遷移金属錯体を含む、請求項１の光電デバイス。
  11. 三重項エミッタ相が一重項エミッタ相中に分散されている、請求項１０の光電デバイス。
  12. 発光性有機コンポジット層が一重項エミッタ相及び三重項エミッタ相のための誘電性ホストを含む、請求項１の光電デバイス。
  13. 誘電性ホストがポリマー状である、請求項１２の光電デバイス。
  14. ポリマー状誘電性ホストがポリスチレン, ポリアクリレート、 ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート及びこれらの混合物からなる群より選ばれる、請求項１３の光電デバイス。
  15. 有機コンポジット層中に置かれたナノ粒子相をさらに含む、請求項１の光電デバイス。
  16. ナノ粒子相が炭素ナノ粒子を含む、請求項１５の光電デバイス。
  17. 炭素ナノ粒子が、炭素ナノチューブ、フラーレン、グラフェン又はこれらの混合物を含む、請求項１６の光電デバイス。
  18. 炭素ナノチューブが、単層炭素ナノチューブ、多層炭素ナノチューブ又はこれらの混合物である、請求項１７の光電デバイス。
  19. 炭素ナノチューブが窒素、ホウ素またはこれらの組合せによりドープされている、請求項１７の光電デバイス。
  20. 第一電極が輻射透過性であり、第二電極が金属である、請求項１の光電デバイス。
  21. 第一誘電性層が、第二電極と発光性有機コンポジット層の間に位置される、請求項２０の光電デバイス。
  22. 輻射透過性の第一電極と発光性有機コンポジット層の間に位置される、第二誘電性層をさらに含む、請求項２１の光電デバイス。
  23. デバイスの発光プロフィールが、一重項エミッタ相からの発光と三重項エミッタ相からの発光を含む、請求項１の光電デバイス。
  24. 三重項エミッタ相が発光性有機コンポジット層中に、少なくとも約１０重量％で存在する、請求項２３の発光デバイス。
  25. 一重項エミッタ相からの発光が三重項エミッタ相からの発光と強度において実質的に等しい、請求項２３の発光デバイス。
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