JP2014532983A - 照明用有機電子デバイス - Google Patents

Abstract

アノード、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、およびカソードを含む有機電子デバイスが提供される。発光層は、少なくとも１種類の第１のエレクトロルミネッセンス材料を含み、電子輸送層は、少なくとも１種類の電子輸送材料および少なくとも１種類の第２のエレクトロルミネッセンス材料を含む。本発明のデバイスは白色光発光を示す。

Description

関連出願データ
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、２０１１年１０月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／５４９，０４９号明細書（この記載内容全体が参照により本明細書に援用される）の優先権を主張する。

本開示は、一般に有機電子デバイスに関し、特に照明に使用されるデバイスに関する。

ＯＬＥＤディスプレイまたはＯＬＥＤ照明デバイスを構成する有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）などの有機光活性電子デバイス中では、２つの電気接触層の間に有機活性層が挟まれている。ＯＬＥＤ中、少なくとも１つの電気接触層は光透過性であり、電気接触層に電圧を印加すると、有機光活性層は、光透過性の電気接触層を通して光を発する。

発光ダイオードの活性成分として有機エレクトロルミネセンス化合物を使用することはよく知られている。単純な有機分子、共役ポリマー、および有機金属錯体が使用されている。デバイスは、多くの場合、光活性層（たとえば発光）と電気接触層との間に配置される１つ以上の電荷輸送層を含む。デバイスは２つ以上の接触層を含むことができる。光活性層と正孔注入接触層との間に正孔輸送層を配置することができる。正孔注入接触層はアノードと呼ばれる場合もある。光活性層と電子注入接触層との間に電子輸送層を配置することができる。電子注入接触層はカソードと呼ばれる場合もある。電荷輸送材料は、光活性材料と組み合わせてホストとして使用することもできる。

改善された性質を有するデバイスが引き続き必要とされている。

アノード、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、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、発光層が、少なくとも１種類の第１のエレクトロルミネッセンス材料を含み、電子輸送層が、少なくとも１種類の電子輸送材料および少なくとも１種類の第２のエレクトロルミネッセンス材料を含み、デバイスが白色光発光を示す有機電子デバイスが提供される。

ある実施形態においては、発光層は、第３のエレクトロルミネッセンス材料をさらに含む。

ある実施形態においては、１種類以上のエレクトロルミネッセンス材料が、有機配位子を有するイリジウム錯体である。

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。

本明細書において提示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。

従来技術の有機電子デバイスの一例の図である。 ３つの発光体が１つの層で混合される従来技術の有機電子デバイスの別の図である。 ３つの発光体が３つの別個の層中に分布する従来技術の有機電子デバイスの別の図である。 ３つの発光体が２つの別個の層中に分布する従来技術の有機電子デバイスの別の図である。 本発明の一実施形態による有機電子デバイスの図である。

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。

多くの態様および実施形態が以上に記載されているが、それらは単に例示的なものであり、限定的なものではない。本明細書を読めば、本発明の範囲から逸脱することなく他の態様および実施形態が可能であることが、当業者には理解されよう。

いずれか１つ以上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。この詳細な説明では、最初に、用語の定義および説明を扱い、続いて、電子デバイス、および実施例を扱う。

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。

用語「青色」は、約３８０〜４９５ｎｍの範囲の波長で発光極大を有する放射線を意味することを意図している。

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、または構造が、比較的効率的かつ少ない電荷損失で、そのような層、材料、部材、または構造の厚さを通過するそのような電荷の移動を促進することを意味することを意図している。正孔輸送材料は正電荷を促進し、電子輸送材料は負電荷を促進する。

用語「ＣＲＩ」は、Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ Ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ（国際照明委員会、またはＣＩＥ）によって考案された演色評価数を意味する。これは、有色光の性質の尺度の１つである。これは一般に、単色光の低圧ナトリウムランプなどの光源の場合の０から、実質的に黒体放射を放射する白熱電球などの光源の場合の１００までの範囲となる。

用語「ドーパント」は、ホスト材料を含む層中で、その層の電子的特性、あるいは放射線の放出、受容、またはフィルタリングの目標波長を、そのような材料を含まない層の電子的特性、あるいは放射線の放出、受容、またはフィルタリングの波長に対して変化させる材料を意味することを意図している。特定の色のドーパントは、その色を発光するドーパントのことである。

用語「エレクトロルミネッセンス材料」は、電流通過または強い電界に応答して光を発する材料を意味する。

用語「発光性の」は、発光する層を意味する。

用語「緑色」は、約４９５〜５７０ｎｍの範囲の波長で発光極大を有する放射線を意味することを意図している。

層、材料、部材、または構造に言及する場合の用語「正孔注入」は、そのような層、材料、部材、または構造が、比較的効率的かつ少ない電荷損失で、そのような層、材料、部材、または構造の厚さを通過する正電荷の注入および移動を促進することを意味することを意図している。

用語「ホスト材料」は、ドーパントを加える場合も加えない場合もある、通常は層の形態である材料を意味することを意図している。ホスト材料は、電子的特性、あるいは放射線を放出、受信、またはフィルタリングする能力を有する場合もあるし、有さない場合もある。ドーパントがホスト材料中に存在する場合、ホスト材料はドーパント材料の発光波長を大きく変化させることがない。

用語「フォトルミネッセンス量子収率」は、吸収されるフォトンと、ルミネッセンスによって放出されるフォトンとの比を意味することを意図している。

用語「赤色」は、約５９０〜７８０ｎｍの範囲の波長で発光極大を有する放射線を意味することを意図している。

化合物に言及する場合の用語「小分子」は、繰り返しモノマー単位を有さない化合物を意味することを意図している。一実施形態においては、小分子は約２０００ｇ／ｍｏｌ以下の分子量を有する。

用語「基板」は、剛性または可撓性のいずれであってもよく、１種類以上の材料の１つ以上の層を含むことができる母材を意味することを意図しており、このような材料としては、ガラス、ポリマー、金属、またはセラミック材料、あるいはそれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。基板は、電子部品、回路、または導電性部材を含む場合もあるし、含まない場合もある。

用語「白色光」は、光の目に見える複数の色が好適な比率で組み合わされる効果を意味する。白色の印象は、可視スペクトルにわたる３つの光の強度の合計によって得られるので、白色の感覚が得られる光の波長の組み合わせの数は実質的に無限である。多くのディスプレイ技術において見られるように、白色光の印象は、加法混色と呼ばれる過程である赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）の光の原色を適切な強度で混合することによって形成することもできる。

用語「黄色」は、約５７０〜５９０ｎｍの範囲の波長で発光極大を有する波長を意味することを意図する。

本明細書において、特に明記されたり、使用の状況によって逆のことが示されたりするのでなければ、本明細書において開示される主題の実施形態が、特定の特徴または構造を含んでなる、特定の特徴または構造を含む、特定の特徴または構造を含有する、特定の特徴または構造を有する、特定の特徴または構造で構成される、あるいは特定の特徴または構造によって構成される、あるいは特定の特徴または構造が構成要素であると記載または説明される場合、明確に記載または説明される特徴または要素に加えて１つまたは複数の特徴または要素がその実施形態に存在することができる。本明細書において開示される主題の別の一実施形態が、特定の特徴または要素から本質的になると記載されるのは、その実施形態において、その実施形態の動作原理または際だった特徴を実質的に変化させる特徴および要素が、その中には存在しない場合である。本明細書に記載の主題のさらに別の一実施形態が、特定の特徴または要素からなると記載されるのは、その実施形態において、またはそれらの実質的でない変形において、具体的に記載または説明される特徴または要素のみが存在する場合である。

また、「ａ」または「ａｎ」の使用は、本発明の要素および成分を記述するために使用される。これは、単に便宜上のものであり、本発明の範囲の一般的意味を示すために使用される。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、明らかに他のものを意味しない限り、単数形は、複数形も包含するものとする。

元素周期表中の縦列に対応する族の番号には、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，８１^ｓｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ（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は以下に説明する。本明細書において言及されるあらゆる刊行物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、特定の部分に言及される場合を除けば、それらの記載内容全体が援用される。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、光起電力技術、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．電子デバイス
従来技術の白色ＯＬＥＤデバイスの一例を図１に概略的に示している。デバイス（１）は、アノード（１００）、正孔注入層（２００）、正孔輸送層（３００）、発光層（４００）、電子輸送層（５００）、電子注入層（６００）、およびカソード（７００）からなる。図示されていない支持体が、アノードまたはカソードのいずれかと隣接して存在することができる。発光層中には、青色および黄色などの２つの発光体が存在し、それによって組み合わされた発光によって白色光が得られる。

しかし、場合によっては、３つまたは４つの発光体が使用される。以下の議論においては、説明の目的で３つの発光体が使用される。しかし、４つ以上を使用することもできる。

図２には、赤色、緑色、および青色の発光を示す３つの発光体が１つの発光層（層４０１）中に存在する従来技術のデバイス（２）が示されている。ただ１つの発光層を有することで、製造プロセスはより安価になる。しかし、青色、緑色、および赤色の３つすべての発光体をそれらの最大効率で機能させることが可能な１つのホスト系を見つけ出すことは非常に困難である。したがって、この１発光層方法は、デバイス性能が低いという欠点を有する。

図３には、各発光体で別個の層の層４０２、４０３、および４０４が存在する従来技術のデバイスが示されている。３つの別個の発光層を有することで、最大効率を実現するために、それぞれの色をそれ自体のホストを用いて個別に最適化することができる。しかし、３つの別個の層を有するため、製造プロセスはより複雑になる。

妥協案の１つは、２つの発光層を使用し、一方の層が緑色発光体および赤色発光体を有し、他方の層が青色発光体を有することによって得ることができる。これは図４に示されており、層４０５は赤色発光体および緑色発光体を有し、層４０６は青色発光体を有する。緑色発光体および赤色発光体に共通のホストを見つけ出し、それらの効率を維持することははるかに容易であり、一方、青色層は別個に最適化することができる。二重発光層を有するこの構造では、１つの層が省略されるため、製造プロセスはより容易になるが、１発光層方法よりも１つ追加の層を依然として有する。

本発明の一実施形態を図５に示している。この実施形態においては、第２の発光層が省略され、その機能は電子輸送層（５０１）と組み合わせられる。一実施形態においては、青色発光分子は、電子輸送層５０１中にドープされる。本発明において開示されるデバイスは、１発光層デバイス（図２）と同じ数の層を有するが、この構造では、最大デバイス効率を実現するために青色効率を別個に最適化することができる。

ａ．発光層
発光層は、少なくとも１種類のエレクトロルミネッセンス（「ＥＬ」）材料を含む。限定するものではないが、小分子有機蛍光化合物、発光性金属錯体、共役ポリマー、および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、クリセン類、ピレン類、ペリレン類、ルブレン類、クマリン類、アントラセン類、チアジアゾール類、それらの誘導体、それらのアリールアミノ誘導体、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；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号パンフレットに記載されるような、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錯体などの、シクロメタレート化されたイリジウムおよび白金のエレクト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。共役ポリマーの例としては、ポリ（フェニレンビニレン）類、ポリフルオレン類、ポリ（スピロビフルオレン）類、ポリチオフェン類、ポリ（ｐ−フェニレン）類、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。

赤色発光材料の例としては、フェニルキノリン配位子またはフェニルイソキノリン配位子を有するＩｒ錯体、ペリフランテン類、フルオランテン類、およびペリレン類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。赤色発光材料は、たとえば、米国特許第６，８７５，５２４号明細書、および米国特許出願公開第２００５−０１５８５７７号明細書に開示されている。

緑色発光材料の例としては、フェニルピリジン配位子を有するＩｒ錯体、ビス（ジアリールアミノ）アントラセン類、およびポリフェニレンビニレンポリマー類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。緑色発光材料は、たとえば、国際公開第２００７／０２１１１７号パンフレットに開示されている。

青色発光材料の例としては、フェニルピリジン配位子またはフェニルイミダゾール配位子を有するＩｒ錯体、ジアリールアントラセン類、ジアミノクリセン類、ジアミノピレン類、およびポリフルオレンポリマー類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。青色発光材料は、たとえば、米国特許第６，８７５，５２４号明細書、ならびに米国特許出願公開第２００７−０２９２７１３号明細書、および米国特許出願公開第２００７−００６３６３８号明細書に開示されている。

ある実施形態においては、照明用途で、三重項励起状態または混合一重項−三重項励起状態空の発光を示すエレクトロルミネッセンス材料の使用が望ましい。ある実施形態においては、エレクトロルミネッセンス材料は有機金属錯体である。ある実施形態においては、有機金属錯体はシクロメタレート化されている。「シクロメタレート化」は、少なくとも２つの位置で金属に結合して、少なくとも１つの炭素−金属結合を有する少なくとも１つの５または６員環を形成する少なくとも１つの配位子を、錯体が含有することを意味する。ある実施形態においては、この金属はイリジウムまたは白金である。ある実施形態においては、有機金属錯体は、電気的に中性であり、式ＩｒＬ_３で表されるイリジウムのトリス−シクロメタレート化錯体、または式ＩｒＬ_２Ｙで表されるイリジウムのビス−シクロメタレート化錯体である。ある実施形態においては、Ｌは、炭素原子および窒素原子を介して配位するモノアニオン性二座シクロメタレート化配位子である。ある実施形態においては、Ｌは、アリールＮ−複素環であり、ここで、アリールはフェニルまたはナプチル（ｎａｐｔｈｙｌ）であり、Ｎ−複素環は、ピリジン、キノリン、イソキノリン、ジアジン、ピロール、ピラゾール、またはイミダゾールである。ある実施形態においては、Ｙはモノアニオン性二座配位子である。ある実施形態においては、Ｌは、フェニルピリジン、フェニルキノリン、またはフェニルイソキノリンである。ある実施形態においては、Ｙは、β−ジエノレート、ジケチミン、ピコリネート、またはＮ−アルコキシピラゾールである。配位子は、非置換であってもよいし、Ｆ、Ｄ、アルキル、パーフルオロラルキル（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｒａｌｋｙｌ）、アルコキシル、アルキルアミノ、アリールアミノ、ＣＮ、シリル、フルオロアルコキシ、またはアリール基で置換されていてもよい。

ある実施形態においては、発光材料は、イリジウムまたは白金のシクロメタレート化錯体である。このような材料は、たとえば米国特許第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、国際公開第２００４／０１６７１０号パンフレット、および国際公開第０３／０４０２５７号パンフレットに開示されている。

赤色発光色を示す有機金属イリジウム錯体の例としては以下の化合物Ｒ１〜Ｒ１１が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

緑色発光色を示す有機金属イリジウム錯体の例としては以下の化合物Ｇ１〜Ｇ１１が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

青色発光色を示す有機金属イリジウム錯体の例としては以下の化合物Ｂ１〜Ｂ１１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、発光層は、加工性および／または電子特性を改善するためにホスト材料をさらに含む。ホスト材料の例としては、カルバゾール類、インドロカルバゾール類、クリセン類、フェナントレン類、トリフェニレン類、フェナントロリン類、トリアジン類、ナフタレン類、アントラセン類、キノリン類、イソキノリン類、キノキサリン類、フェニルピリジン類、ベンゾジフラン類、金属キノリネート錯体類、それらの重水素化類似体、およびそれらの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。

ある実施形態においては、発光層は、第３のＥＬ材料をさらに含む。

ある実施形態においては、発光層は、ホスト、赤色ドーパントである第１のＥＬ材料、および緑色ドーパントである第３のＥＬ材料を含む。ある実施形態においては、少なくとも１種類のドーパントが、有機配位子を有するイリジウム錯体である。ある実施形態においては、イリジウム錯体が、シクロメタレート化イリジウム錯体である。ある実施形態においては、赤色ドーパントおよび緑色ドーパントの両方が、イリジウムのシクロメタレート化錯体である。ある実施形態においては、ホストは、インドロカルバゾール類、トリアジン類、クリセン類、それらの重水素化類似体、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、発光層中のＥＬドーパントの総量は、層の全重量を基準として１〜３０重量％であり、ある実施形態においては５〜２０重量％である。ある実施形態においては、赤色ドーパントは、層の全重量を基準として０．１〜５重量％の量で存在し、ある実施形態においては０．２〜２重量％の量で存在する。ある実施形態においては、緑色ドーパントは、層の全重量を基準として５〜２５重量％の量で存在し、ある実施形態においては１０〜２０重量％の量で存在する。

ｂ．電子輸送層
電子輸送層は、少なくとも１種類の電子輸送材料と、少なくとも１種類のＥＬ材料とを含む。ある実施形態においては、電子輸送層は、電子輸送材料および第２のＥＬ材料から本質的になる。

電子輸送材料の例としては：トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム（ＡｌＱ）、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（ＢＡｌｑ）、テトラキス−（８−ヒドロキシキノラト）ハフニウム（ＨｆＱ）、およびテトラキス−（８−ヒドロキシキノラト）ジルコニウム（ＺｒＱ）などの金属キノレート誘導体などの金属キレート化オキシノイド化合物；ならびに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−ベンゾイミダゾール）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類；４，７−ジフェニル−１，１０−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類；トリアジン類；フラーレン類；それらの重水素化類似体；およびそれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態においては、電子輸送材料は、フェナントロリン誘導体類、カルバゾール含有化合物、それらの重水素化類似体、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２のＥＬ材料は青色ドーパントである。青色ドーパントの例については前述している。ある実施形態においては、青色ドーパントは、イリジウムのシクロメタレート化錯体である。

ある実施形態においては、電子輸送層中のＥＬドーパントの総量は、層の全重量を基準として１〜４９重量％であり、ある実施形態においては２〜２５重量％であり、ある実施形態においては５〜１５重量％である。

ある実施形態においては、電子輸送層のフォトルミネッセンス量子収率（「ＰＬＱＹ」）は２０％を超え、ある実施形態においては５０％を超え、ある実施形態においては７０％を超える。ＰＬＱＹは、薄膜の値を求めるために設計された積分球などの装置を使用して測定することができる。しかし多くの場合、ＰＬＱＹは溶液中でより好都合に測定される。溶液ＰＬＱＹは、輝度分光光度計を使用して測定することができる。ある実施形態においては、ＰＬＱＹは、有機溶媒中の第２のエレクトロルミネッセンス材料の溶液に関して求めることができ、通常はこれが膜中のＰＬＱＹの十分な推定値となる。ある実施形態においては、この溶液ＰＬＱＹは２０％を超え、ある実施形態においては５０％を超え、ある実施形態においては７０％を超える。

ｃ．他のデバイス層
デバイス中の他の層は、そのような層中で有用となることが知られているあらゆる材料から作製することができる。

図面に示されていない基板が、アノードまたはカソードに隣接して存在することができる。ある実施形態においては、基板はアノードに隣接する。基板は、剛性または可撓性のいずれであってもよい母材である。基板は、限定するものではないがガラス、ポリマー、金属、またはセラミック材料、あるいはそれらの組み合わせを含むことができる１種類以上の材料の１つ以上の層を含むことができる。基板は、電子部品、回路、または導電性部材を含む場合もあるし、含まない場合もある。

アノードは、正電荷キャリアの注入に特に有効な電極である。これは、たとえば、金属、混合金属、合金、金属酸化物、または混合金属酸化物を含有する材料でできていてよく、導電性ポリマー、およびそれらの混合物であってもよい。好適な金属としては、１１族金属、４族、５族、および６族の金属、ならびに８ １０族の遷移金属が挙げられる。アノードが光透過性である場合は、１２族、１３族、および１４族の金属の混合金属酸化物が一般に使用される。好適な材料の例としては、インジウム−スズ−酸化物（「ＩＴＯ」）．インジウム−亜鉛−酸化物（「ＩＺＯ」）、アルミニウム−スズ−酸化物（「ＡＴＯ」）、アルミニウム−亜鉛−酸化物（「ＡＺＯ」）、およびジルコニウム−スズ−酸化物（「ＺＴＯ」）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、アノードは、フッ素化酸ポリマーおよび導電性ナノ粒子を含む。このような材料は、たとえば米国特許第７，７４９，４０７号明細書に記載されている。

正孔注入層は、正孔注入材料を含む。ある実施形態においては、正孔注入材料は、導電性材料または半導体材料である。

正孔注入材料は、プロトン酸がドープされることが多いポリアニリン（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。正孔注入材料は、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。ある実施形態においては、正孔注入層は、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作製される。このような材料は、たとえば、米国特許第７，２５０，４６１号明細書、米国特許出願公開第２００４−０１０２５７７号明細書、米国特許出願公開第２００４−０１２７６３７号明細書、および米国特許出願公開第２００５−０２０５８６０号明細書、ならびに国際公開第２００９／０１８００９号パンフレットに記載されている。

ある実施形態においては、正孔注入層は、フッ素化酸ポリマーおよび導電性ナノ粒子を含む。このような材料は、たとえば米国特許第７，７４９，４０７号明細書に記載されている。

正孔輸送層の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は：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）、ａ−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（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である。一般に使用される正孔輸送ポリマーは、ポリビニルカルバゾール、（フェニルメチル）−ポリシラン、およびポリアニリンである。ポリスチレンおよび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。場合によっては、トリアリールアミンポリマー、特にトリアリールアミン−フルオレンコポリマーが使用される。場合によっては、これらのポリマーおよびコポリマーは架橋性である。ある実施形態においては、正孔輸送層は、ｐ−ドーパントをさらに含む。ある実施形態においては、正孔輸送層にはｐ−ドーパントがドープされる。ｐ−ドーパントの例としては、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）、およびペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−３，４，９，１０−二無水物（ＰＴＣＤＡ）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

デバイスの用途に依存するが、光活性層４００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、電気活性層は、有機エレクトロルミネッセンス（「ＥＬ」）材料を含む。

電子注入層は、Ｌｉ含有有機金属化合物、ＬｉＦ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｃｓ含有有機金属化合物、ＣｓＦ、Ｃｓ_２Ｏ、およびＣｓ_２ＣＯ_３からなる群から選択される材料を含むことができる。ある実施形態においては、電子注入層のために堆積される材料は、下にある電子輸送層および／またはカソードと反応し、測定可能な層としては残留しない。

カソードは、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。カソードは、アノード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。カソードの材料は、１族のアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｃｓ）、２族（アルカリ土類）金属、１２族金属、たとえば希土類元素およびランタニド、ならびにアクチニドから選択することができる。アルミニウム、インジウム、カルシウム、バリウム、サマリウム、およびマグネシウム、ならびにそれらの組み合わせなどの材料を使用することができる。

有機電子デバイス中に他の層を有することが知られている。それぞれの構成層の材料の選択は、好ましくは、高いエレクトロルミネッセンス効率を有するデバイスを得るために、発光層中の正電荷と負電荷とのバランスをとることによって決定される。各機能層が２つ以上の層で構成されてよいことを理解されたい。

しかし、ほとんどの照明用途では、コスト削減のために最小数の層を使用することが望ましい。ある実施形態においては、デバイスは、順番に、アノード、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、およびカソードからなり、発光層および電子輸送層は前述の通りである。

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、５００〜５０００Å、一実施形態においては１０００〜２０００Å；正孔注入層、５０〜３０００Å、一実施形態においては２００〜１０００Å；正孔輸送層、５０〜２０００Å、一実施形態においては２００〜１０００Å；発光層、１０〜２０００Å、一実施形態においては１００〜１０００Å；電子輸送層、５０〜５００Å、一実施形態においては１００〜３００Å；電子注入層、１〜２５Å、一実施形態においては５〜１５Å；カソード、２００〜１００００Å、一実施形態においては３００〜５０００Å。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。

デバイス層は、気相堆積、液相堆積、および熱転写などのあらゆる堆積技術、または複数の技術の組み合わせによって形成することができる。熱蒸着、化学気相堆積などの従来の気相堆積技術を使用することができる。有機層は、限定するものではないがスピンコーティング、浸漬コーティング、ロール・ツー・ロール技術、インクジェット印刷、連続ノズル印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷などの従来のコーティングまたは印刷技術を用いて、好適な溶媒中の溶液または分散体から塗布することができる。

液相堆積方法の場合、特定の化合物または関連する種類の化合物に好適な溶媒は、当業者が容易に決定することができる。一部の用途では、化合物が非水溶媒中に溶解することが望ましい。このような非水溶媒は、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコール類、エーテル類、および酸エステル類などの比較的極性であってよいし、あるいはＣ_１〜Ｃ_１２アルカン類、またはトルエン、キシレン類、トリフルオロトルエンなどの芳香族など比較的非極性であってもよい。新規化合物を含む本明細書に記載されるような溶液または分散体のいずれかとしての液体組成物の製造に使用すると好適な他の液体としては、塩素化炭化水素類（塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼンなど）、芳香族炭化水素類（置換および非置換のトルエン類およびキシレン類など）、たとえばトリフルオロトルエン）、極性溶媒（テトラヒドロフラン（ＴＨＰ）、Ｎ−メチルピロリドンなど）エステル類（エチルアセテートなど）アルコール類（イソプロパノール）、ケイトン類（ｋｅｙｔｏｎｅｓ）（シクロペンタトン（ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｔｏｎｅ））、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。エレクトロルミネッセンス材料に好適な溶媒は、たとえば国際公開第２００７／１４５９７９号パンフレットに記載されている。

ある実施形態においては、デバイスは、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層の液相堆積と、電子輸送層、電子注入層、およびカソードの気相堆積とによって製造される。ある実施形態においては、デバイスは、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層の液相堆積と、電子注入層およびカソードの気相堆積とによって製造される。

本明細書に記載の新規組成物を用いて作製されるデバイスの効率は、デバイス中の他の層を最適化させることによってさらに改善できることを理解されたい。たとえば、Ｃａ、Ｂａ、またはＬｉＦなどのより効率的なカソードを使用することができる。動作電圧を下げたり量子効率を向上させたりする成形基体および新規な正孔輸送材料も利用可能である。

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以下に説明する。さらに、これらの材料、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。本明細書において言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、それらの記載内容全体が参照により援用される。

本明細書に記載の概念を以下の実施例においてさらに説明するが、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。

材料
ＨＩＪ−１は正孔注入材料であり、かつ導電性ポリマーおよびポリマーフッ素化スルホン酸の水性分散体から製造される。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、米国特許出願公開第２００４／０１２７６３７号明細書、および米国特許出願公開第２００５／０２０５８６０号明細書、ならびに国際公開第２００９／０１８００９号パンフレットに記載されている。

ＨＴＭ−１はトリアリールアミンポリマーである。このような材料は、たとえば国際公開第２００９／０６７４１９号パンフレットに記載されている。

ホスト１は、重水素化Ｎ−アリール−インドロカルバゾールである。このような材料は、たとえば米国特許出願公開第２０１１／０１０１３１２号明細書に記載されている。

ホスト２は以下に示される。このような材料は、たとえば、同時係属出願の［ＵＣ１００６］に記載されている。

ドーパントＲ１、Ｇ１、およびＢ１は以下に示され、それぞれ赤色、緑色、および青色の発光を示す。これらは、たとえば、米国特許第６，６７０，６４５号明細書および米国特許出願公開第２０１０−０１４８６６３号明細書に示される手順と類似の手順を使用して調製される。

ＴＭ−１は、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（「ＡｌＱ」）である。

ＥＴＭ−１は、２，４，７，９−テトラフェニル−１，１０−フェナントロリンである。

ＥＴＭ−３は、以下に示す化合物である。

比較例ＡおよびＢ
これらの例では、図４に示される構造を有する白色光デバイスの性能を示す。

比較例Ａは、以下のデバイス層を記載の順序で有し、すべてのパーセント値は、層の全重量を基準とした重量パーセント値である。

基板＝ガラス
アノード＝インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）（１２０ｎｍ）
正孔注入層＝ＨＩＪ−１（５０ｎｍ）
正孔輸送層＝ＨＴＬ−１（２０ｎｍ）
第１の発光層＝（３２ｎｍ）：
０．６％Ｒ１１
１５％Ｇ１１
６７％ホスト１
１７％ホスト２
第２の発光層＝（３２．４ｎｍ）
８．０％Ｂ１１
９２％ＥＴＭ−３
電子輸送層＝ＥＴＭ−１（１０ｎｍ）
電子注入層＝ＣｓＦ（１ｎｍ、堆積時）
カソード＝Ａｌ（１００ｎｍ）

比較例Ｂは、ＥＴＭ−２を電子輸送層中に使用したことを除けば、同じ構造を有した。

ガラス基板上に層を堆積することによってデバイスを堆積した。正孔注入層は、水性分散体からのスピンコーティングによって堆積した。正孔輸送層と、緑色および赤色の混合発光層は、有機溶媒溶液からのスピンコーティングによって堆積した。他のすべての層は、蒸着によって取り付けた。

デバイスの特性決定は、（１）電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線、（２）エレクトロルミネッセンス放射輝度対電圧、および（３）エレクトロルミネッセンススペクトル対電圧を測定することによって行った。３つすべての測定を同時に行い、コンピュータで制御を行った。ＬＥＤのエレクトロルミネッセンス放射輝度を、デバイスを動作させるために必要な電流密度で割ることによって、特定の電圧におけるデバイスの電流効率（ｃｄ／Ａ）が求められる。出力効率（Ｌｍ／Ｗ）は、電流効率を動作電圧で割った値である。エレクトロルミネッセンススペクトルから相関色温度（「ＣＣＴ」）を計算した。結果を表１に示す。

実施例１
この実施例では、図５に示されるような本発明の一実施形態による白色光デバイスの性能を示す。

実施例１は、以下のデバイス層を記載の順序で有し、すべてのパーセント値は、層の全重量を基準とした重量パーセント値である。

基板＝ガラス
アノード＝インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）（１２０ｎｍ）
正孔注入層＝ＨＩＪ−１（５０ｎｍ）
正孔輸送層＝ＨＴＬ−１（２０ｎｍ）
発光層＝（３２ｎｍ）：
０．６％Ｒ１１
１５％Ｇ１１
６７％ホスト１
１７％ホスト２
電子輸送層＝（３２．４ｎｍ）
８．０％Ｂ１１
９２％ＥＴＭ−３
電子注入層＝ＣｓＦ（１ｎｍ堆積時）
カソード＝Ａｌ（１００ｎｍ）

ガラス基板上に層を堆積することによってデバイスを堆積した。正孔注入層は、水性分散体からのスピンコーティングによって堆積した。正孔輸送層および発光層は、有機溶媒溶液からのスピンコーティングによって堆積した。電子輸送層、電子注入層、およびカソードは、蒸着によって取り付けた。

比較例で前述したようにデバイスの特性決定を行った。結果を表１に示す。

比較例ＡおよびＢは、最も一般的な電子輸送材料の２つ：ＡｌＱおよびフェナントロリンをそれぞれ使用した比較例である。実施例１では、青色発光層および電子輸送層を１つのルミネッセンス電子輸送層に組み合わせることで、１つの層を省略した。青色ドーパントは、電子輸送層中に均一に分散する。１つの層の省略によって、製造コストが削減されるだけでなく、デバイス性能も改善され、より高い効率およびより長寿命の白色ＯＬＥＤが得られる。

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つ以上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、特定の実施形態を参照しながら本発明の概念を説明した。しかし、当業者であれば、以下の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形が可能なことが理解できるであろう。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が意図される。

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、より顕著となっ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として構成されるものではない。

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される種々の特徴も、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。さらに、範囲で記載される値に関する言及は、その範囲のそれぞれおよびすべての値を含んでいる。

Claims (14)

1. アノード、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、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、前記発光層が、少なくとも１種類の第１のエレクトロルミネッセンス材料を含み、前記電子輸送層が、少なくとも１種類の電子輸送材料および少なくとも１種類の第２のエレクトロルミネッセンス材料を含み、前記デバイスが白色光発光を示す、有機電子デバイス。
2. 前記発光層がホスト材料をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記発光層が第３のエレクトロルミネッセンス材料をさらに含む、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 前記第１のエレクトロルミネッセンス材料が赤色エレクトロルミネッセンス材料であり、前記第２のエレクトロルミネッセンス材料が青色エレクトロルミネッセンス材料であり、前記第３のエレクトロルミネッセンス材料が緑色エレクトロルミネッセンス材料である、請求項３に記載のデバイス。
5. 順番に、アノード、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、およびカソードから本質的になる、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記電子輸送層が１０〜２００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記第１および第３のエレクトロルミネッセンス材料が、有機配位子を有するイリジウム錯体である、請求項３に記載のデバイス。
8. 前記第２のエレクトロルミネッセンス材料が、有機配位子を有するイリジウム錯体である、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記第２のエレクトロルミネッセンス材料が、前記電子輸送層の全重量を基準として１重量％〜４９重量％の量で存在する、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記電子輸送材料がカルバゾール含有材料である、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記電子輸送層のフォトルミネッセンス量子収率が２０％を超える、請求項１に記載のデバイス。
12. 前記電子輸送層のフォトルミネッセンス量子収率が５０％を超える、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記少なくとも１種類の電子輸送材料および前記少なくとも１種類の第２のエレクトロルミネッセンス材料の溶液フォトルミネッセンス量子収率が２０％を超える、請求項１に記載のデバイス。
14. 前記少なくとも１種類の電子輸送材料および前記少なくとも１種類の第２のエレクトロルミネッセンス材料の溶液フォトルミネッセンス量子収率が５０％を超える、請求項１３に記載のデバイス。

Images