JP2016028459A - 三重項状態への直接注入を利用するｏｌｅｄ - Google Patents

三重項状態への直接注入を利用するｏｌｅｄ Download PDF

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Abstract

【課題】本発明はＯＬＥＤを提供する。【解決手段】本発明のＯＬＥＤは、直接注入を使用する。また、本発明のＯＬＥＤは、共振注入および/またはステップ状エネルギーレベルを使用する。【選択図】図３

Description

本出願は、２００５年５月６日に出願された米国特許出願第１１／１２３１５５号の一部継続出願であり、参考としてその全体が組み込まれる。本出願は、２００５年３月３１日に出願された米国特許仮出願第６０／６６６８６７号の利益を主張する。
請求される発明は、大学企業のジョイント研究契約に対する以下当事者の１つ以上、すなわちプリンストン大学（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）、南カルフォルニア大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）、およびユニバーサルディスプレイコーポレーション（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって、それらを代表して、および／または関連して行われる。契約は、請求された発明が行われた日付でおよび日付の前に効力があり、請求された発明は、契約の範囲内で行われた活動の結果として行われた。
本発明は、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）に関し、より詳細には三重項状態への直接注入を利用するＯＬＥＤに関する。
有機材料を使用する光電子デバイスは、多数の理由のためにますます望ましくなっている。そのようなデバイスを作るために使用される多くの材料は、比較的安価であり、そのような有機光電子デバイスは、無機デバイスに対して価格の利点の可能性を有する。さらに、それらの可撓性などの有機材料の固有の特性は、それらを可撓性基板上への製造などの特定の適用に良好に適させる。有機光電子デバイスの例は、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）、有機フォトトランジスタ、有機光電池、および有機光検出器を含む。ＯＬＥＤに関して、有機材料は、従来の材料に対する性能上の利点を有することができる。例えば、有機発光層が光を発光する波長は、一般に適切なドーパントで容易に調整されることができる。
本明細書で使用されるとき、用語「有機」は、ポリマー材料、ならびに有機光電子デバイスを製造するために使用されることができる小分子有機材料を含む。「小分子」は、ポリマーではない任意の有機材料を参照し、「小分子」は、実際に極めて大きいことができる。小分子は、ある状況において繰り返しユニットを含むことができる。例えば、置換基として長鎖アルキル基を使用することは、「小分子」クラスから分子を取り除かない。小分子は、例えばポリマーバックボーン上のペンデント基として、またはバックボーンの一部として、ポリマーに組み込まれることもできる。小分子は、コア部分上に構築された一連の化学シェルからなるデンドリマーのコア部分としても作用することができる。デンドリマーのコア部分は、蛍光性または燐光性の小分子発光体であり得る。デンドリマーは、「小分子」であることができ、ＯＬＥＤの分野で現在使用される全てのデンドリマーは小分子であると考えられる。一般的に、小分子は、単一の分子量を有する十分に定義された化学式を有し、一方、ポリマーは、分子毎に変わることがある化学式および分子量を有する。本明細書で使用されるとき、「有機」は、ヒドロカルボキシおよびヘテロ原子置換されたヒドロカルボキシ配位子の金属錯体を含む。
ＯＬＥＤは、電圧がデバイス両端に印加されるとき発光する薄い有機フィルムを使用する。ＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイ、照明、およびバックライトなどの応用で使用のためにますます関心にある技術になっている。いくつかのＯＬＥＤ材料および構成は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第５８４４３６３号、米国特許第６３０３２３８号、および米国特許第５７０７７４５号に開示される。
ＯＬＥＤデバイスは、一般的に（常にではないが）少なくとも１つの電極を通して発光することが意図され、１つ以上の透明電極が、有機光電子デバイスにおいて有用であり得る。例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの透明電極材料が、底部電極として使用されることができる。それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第５７０３４３６号、および米国特許第５７０７７４５号に開示されるなどの透明頂部電極も、使用されることができる。底部電極を通してだけ発光することが意図されるデバイスに関して、頂部電極は、必ずしも透明である必要はなく、高い導電率を有する厚く反射性の金属層から構成されることができる。同様に、頂部電極を通してだけ発光することが意図されるデバイスに関して、底部電極は、不透明かつ／または反射性であり得る。電極が透明である必要がない場合に、より厚い層を使用することは、より良好な導電率を提供することができ、反射性電極を使用することは、光を透明電極に向かって戻して反射することによって、他の電極を通って発光される光の量を増大することができる。両方の電極が透明である場合に、完全に透明なデバイスが製造されることもできる。側方発光ＯＬＥＤデバイスは、また製造されることができ、１つまたは両方の電極は、そのようなデバイスにおいて不透明または反射性であることができる。
本明細書で使用されるとき、「頂部」は基板から最も離れることを意味し、一方、「底部」は基板に最も近いことを意味する。例えば、２つの電極を有するデバイスに関して、底部電極は、基板に最も近い電極であり、一般的に製造される第１の電極である。底部電極は、基板に最も近い底部表面と基板から最も離れた頂部表面との２つの表面を有する。第１の層は、第２の層の「上に配置される」として記載される場合、第１の層は、基板から最も離れて配置される。第１の層が、第２の層と「物理的に接触する」ことが特定されないなら、第１の層と第２の層との間に他の層が存在することがある。例えば、カソードは、間に様々な有機層が存在しても、アノードの「上に配置される」として記載されることができる。
本明細書で使用されるとき、「溶液処理可能」は、溶液または懸濁形態のいずれかの液体媒体から溶解され、分散され、または輸送され、かつ／または堆積されることができることを意味する。
米国特許出願第１１／１２３１５５号 米国特許仮出願第６０／６６６８６７号 米国特許第５８４４３６３号 米国特許第６３０３２３８号 米国特許第５７０７７４５号 米国特許第５７０３４３６号 米国特許第４７６９２９２号 米国特許第６３１０３６０号 米国特許第６８３０８２８号 米国特許第６８３５４６９号 米国特許出願公開第２００２−０１８２４４１号 国際公開第０２／０７４０１５号 米国特許第６６０２５４０Ｂ２号 米国特許出願公開第２００３−０２３０９８０号 米国特許第６５４８９５６Ｂ２号 米国特許第６５７６１３４Ｂ２号 米国特許第６０９７１４７号 米国特許出願公開第０９／９３１９４８号 米国特許第５２４７１９０号 米国特許第６０９１１９５号 米国特許第５８３４８９３号 米国特許第６０１３９８２号 米国特許第６０８７１９６号 米国特許第６３３７１０２号 米国特許出願公開第１０／２３３４７０号 米国特許第６２９４３９８号 米国特許第６４６８８１９号
Ｂａｌｄｏら「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ」、Ｎａｔｕｒｅ、ｖｏｌ．３９５、１５１−１５４、１９９８ Ｂａｌｄｏら「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．３、４−６（１９９９） Ａｄａｃｈｉら「Ｎｅａｒｌｙ １００％ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｉｎ Ａｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、９０、５０４８（２００１） Ｇａｒｙ Ｌ．ＭｉｅｓｓｌｅｒおよびＤｏｎａｌｄ Ａ．Ｔａｒｒによる「Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ）」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ（１９９８） Ｌｏｙら「Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｓｔａｂｌｅ Ｈｏｌｅ−Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ａ Ｆｌｕｏｒｅｎｅ Ｃｏｒｅ」、Ａｄｖ．Ｆｕｎｃ．Ｍａｔｅｒ．、１２、ＮＯ．４、２４５−２４９，２００２ Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅら「Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、Ｏｒｇ． Ｅｌｅｃ．、２００５
本明細書で使用されるとき、ならびに当業者によって一般的に理解されるように、第１のエネルギーレベルが真空エネルギーレベルにより近いなら、第１の「最高被占分子軌道」（ＨＯＭＯ）または「最低空分子軌道」（ＬＵＭＯ）エネルギーレベルは、第２のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギーレベル「より大きい」または「より高い」。イオン化電位（ＩＰ）は、真空レベルに対する負のエネルギーとして測定されるので、より高いＨＯＭＯエネルギーレベルは、より小さい絶対値を有するＩＰ（より少ない負であるＩＰ）に対応する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギーレベルは、より小さい絶対値を有する電子親和力（ＥＡ）（より少ない負であるＥＡ）に対応する。頂部に真空レベルを有する従来のエネルギーレベル図で、材料のＬＵＭＯエネルギーレベルは、同一の材料のＨＯＭＯエネルギーレベルより高い。「より高い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギーレベルは、「より低い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギーレベルよりそのような図の頂部により近く表れる。
一実施形態において、本発明は、ａ）アノードと、ｂ）カソードと、ｃ）アノードとカソードとの間に配置された発光層であって、ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、および一重項エネルギーを有する燐光ドーパント、およびｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベルおよび発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストを備える、発光層と、ｄ）発光層に隣接して配置される輸送層とを備える有機光電子デバイスを提供し、輸送層は、第１の材料ＨＯＭＯエネルギーレベルおよび第１の材料ＬＵＭＯエネルギーレベルを有する第１の材料を備え、電子正孔対は、燐光ドーパントの三重項エネルギーにほぼ等しいエネルギー差を越えて直接再結合する。
好ましい実施形態において、有機光電子デバイスは、燐光ドーパントの三重項エネルギーに少なくともほぼ等しいエネルギー差を含む。エネルギーレベル分離は、発光層ホストＬＵＭＯと燐光ドーパントＨＯＭＯとの間、発光層ホストＨＯＭＯと燐光ドーパントＬＵＭＯとの間、電子輸送材料ＬＵＭＯと燐光ドーパントＨＯＭＯとの間、正孔輸送材料ＨＯＭＯと燐光ドーパントＬＵＭＯとの間、または電子輸送材料ＬＵＭＯと正孔輸送材料ＨＯＭＯとの間であり得る。好ましくは、エネルギー差は、燐光ドーパントの一重項エネルギーより低い少なくとも約０．２ｅＶである。
好ましい実施形態において、燐光ドーパントは、約５００ｎｍより低い発光スペクトルでのピークを有する。
他の実施形態において、本発明は、ａ）アノードと、ｂ）カソードと、ｃ）アノードとカソードとの間に配置された発光層であって、ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、および一重項エネルギーを有する燐光ドーパント、およびｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベルおよび発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストを含む、発光層と、ｄ）発光層に隣接して配置される輸送層とを備える有機光電子デバイスを提供し、輸送層は、それぞれＨＯＭＯエネルギーレベルおよびＬＵＭＯエネルギーレベルを有する複数の材料を備え、各複数の材料の少なくとも１つのエネルギーレベルは、発光層における少なくとも１つのエネルギーレベルに導く一連のエネルギーステップを共に形成し、一連のエネルギーステップにおける各ステップは、約０．２ｅＶ以下である。
一連のエネルギーステップは、単一材料でドープされた副層（サブレイヤー）、材料の混合物でドープされた副層、ニート副層、またはそれらの組合せによって形成されることができる。
本発明は、本発明のデバイスを作る方法も提供する。
分離電子輸送層、正孔輸送層、および発光層、ならびに他の層を有する有機発光デバイスを示す図である。 分離電子輸送層を有さない反転有機発光デバイスを示す図である。 共振注入の可能なサイトであるΔＥ１−４を明示するエネルギーレベル図である。 ドーパントの三重項状態（Ｔ１）および一重項状態（Ｓ１）を示す図である。 第１の材料ＨＯＭＯが、蛍光ドーパントＨＯＭＯと一致するエネルギーレベル図である。 第１の材料ＬＵＭＯが、蛍光ドーパントＬＵＭＯと一致するエネルギーレベル図である。 一連のエネルギーステップを形成する材料の混合物でドープされた正孔輸送層を示すエネルギーレベル図である。 一連のエネルギーステップを形成する複数のニート層を備える正孔輸送層を示す図である。 一連のエネルギーステップを形成する材料の混合物でドープされた電子輸送層を示すエネルギーレベル図である。 一連のエネルギーステップを形成する複数のニート層を備える電子輸送層を示す図である。 電子が、三重項形成前にドーパントＬＵＭＯにあることができる場合に、三重項状態への直接注入が、一重項状態を通ることなく発生することができるエネルギーレベル図である。 正孔が、三重項形成前にドーパントＨＯＭＯにあることができる場合に、三重項状態への直接注入が、一重項状態を通ることなく発生することができるエネルギーレベル図である。
一般的に、ＯＬＥＤは、アノードとカソードとの間に配置され、かつアノードおよびカソードに電気接続される少なくとも１つの有機層を備える。電流が加えられると、アノードは、有機層に正孔を注入し、カソードは、有機層に電子を注入する。注入された正孔および電子はそれぞれ、反対に帯電された電極に向かって移動する。電子と正孔が、同一の分子上で局在すると、励起されたエネルギー状態を有する局在する電子正孔対である「励起子」が形成される。励起子が発光機構を介して緩和するとき、光が発光される。ある場合に、励起子は、エキシマまたはエキシプレックスに局在されることができる。熱緩和などの非放射機構も、生じることがあるが、一般に望ましくないと考えられる。
初期ＯＬＥＤは、例えば、その全体が参照によって組み込まれる米国特許第４７６９２９２号に開示されるような、それらの一重項状態から光（「蛍光」）を発光する発光分子を使用した。蛍光発光は、一般に１０ナノ秒未満の時間フレームで生じる。
より最近、三重項状態から光（「燐光」）を発光する発光材料を有するＯＬＥＤが示された。それらの全体が参照によって組み込まれる、Ｂａｌｄｏら「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ」，Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３９５，１５１−１５４，１９９８，（「Ｂａｌｄｏ−Ｉ」）、およびＢａｌｄｏら「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．３，４−６（１９９９），（「Ｂａｌｄｏ−ＩＩ」）。遷移が、スピン状態における変化を必要とし、量子力学が、そのような遷移が有利ではないことを示すので、燐光は、「禁じられた」遷移とも呼ばれることができる。結果として燐光は、一般的には、少なくとも１０ナノ秒を超え、典型的には１００ナノ秒より大きい時間フレームで生じる。燐光の自然放射寿命が長すぎるなら、三重項は、光が発光しないように非放射機構によって崩壊することがある。有機燐光は、非常に低い温度で共有されていない電子対を有するヘテロ原子を含む分子でもしばしば観測される。２，２’−バイピリジンは、そのような分子である。液体窒素温度で燐光を示す有機材料が、典型的に室温で燐光を示さないように、非放射崩壊機構は、典型的に温度依存性である。しかし、Ｂａｌｄｏによって示されたように、この問題は、室温で燐光を発する燐光化合物を選択することによって対処されることができる。代表的な発光層は、米国特許第６３０３２３８号、米国特許第６３１０３６０号、米国特許第６８３０８２８号、および米国特許第６８３５４６９号、ならびに米国特許出願公開第２００２−０１８２４４１号、および国際公開第０２／０７４０１５号に開示されるなどのドープされたまたはドープされていない燐光有機金属材料を含む。
一般に、ＯＬＥＤにおける励起は、約３：１の比率、すなわちほぼ７５％の三重項と２５％の一重項で作られると考えられる。その全体が参照によって組み込まれるＡｄａｃｈｉら「Ｎｅａｒｌｙ １００％ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｉｎ Ａｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９０，５０４８（２００１）を参照されたい。多くの場合、一重項励起は、「項間交差（ｉｎｔｅｒｓｙｓｔｅｍ ｃｒｏｓｓｉｎｇ）」を介してそれらのエネルギーを三重項励起状態に容易に移行することができ、一方、三重項励起は、それらのエネルギーを一重項励起状態に容易に移行することができない。結果として、１００％の内部量子効率は、燐光ＯＬＥＤで理論的に可能である。蛍光デバイスにおいて、三重項励起のエネルギーは、一般的に、結果として非常に低い内部量子効率を生じる、デバイスを加熱する放射の無い崩壊プロセスで失われる。三重項励起状態から発光する燐光材料を使用するＯＬＥＤが、例えば、その全体が参照によって組み込まれる米国特許第６３０３２３８号に開示される。
燐光は、三重項励起状態から、発光崩壊が生じる中間非三重項状態への遷移が先行することがある。例えば、ランタニド元素に配位された有機分子は、しばしばランタニド金属上に局在する励起状態から燐光を発する。しかしながら、そのような材料は、三重項励起状態から直接燐光を発さないが、代わりにランタニド金属イオンに中心合わせされた原子励起状態から発光する。ユウロピウムジケトネート錯体は、これらタイプの種の１つのグループを示す。
三重項からの燐光は、高い原子数の原子に近く近接する有機分子を閉じ込めることによって、好ましくは結合によって蛍光より強化されることができる。重原子効果と呼ばれるこの現象は、スピン軌道結合として知られている機構によって作られる。そのような燐光遷移は、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）などの有機金属分子の励起された金属配位子電荷移動（ＭＬＣＴ）状態から観測されることができる。
本明細書で使用されるとき、用語「三重項エネルギー」は、所定の材料の燐光スペクトルにおける識別可能な最高のエネルギー特徴に対応するエネルギーを参照する。最高のエネルギー特徴は、燐光スペクトルにおける最大強度を有するピークである必要はなく、例えばそのようなピークの高いエネルギー側の明瞭な肩部の局所的な最大値であり得る。
本明細書で使用されるとき用語「有機金属」は、一般に当業者によって理解され、例えばＧａｒｙ Ｌ．ＭｉｅｓｓｌｅｒおよびＤｏｎａｌｄ Ａ．Ｔａｒｒによる「Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ），Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ（１９９８）に与えられるものである。したがって、用語有機金属は、炭素金属結合を介して金属に結合された有機基を有する化合物を参照する。このクラスは、アミン、ハロゲン化合物、擬似ハロゲン化合物（ＣＮなど）などの金属錯体などのヘテロ原子からのドナー結合だけを有する物質である、配位化合物自体を含まない。実際に有機金属化合物は、一般に、有機種への１つ以上の炭素金属結合に加えて、ヘテロ原子からの１つ以上のドナー結合を備える。有機種への炭素金属結合は、金属と、フェニル、アルキル、アルケニルなどの有機基の炭素原子との間の直接結合を意味するが、ＣＮまたはＣＯの炭素などの「無機炭素」への金属結合を意味しない。
図１は、有機発光デバイス１００を示す。図は、必ずしも同一の縮尺で描かれる必要はない。デバイス１００は、基板１１０、アノード１１５、正孔注入層１２０、正孔輸送層１２５、電子遮断層１３０、発光層１３５、正孔遮断層１４０、電子輸送層１４５、電子注入層１５０、保護層１５５、およびカソード１６０を含むことができる。カソード１６０は、第１の導電層１６２および第２の導電層１６４を有する化合物カソードである。デバイス１００は、順番に記載される層を堆積することによって製造することができる。
基板１１０は、所望の構造特性を与える任意の適切な基板であり得る。基板１１０は、可撓性または剛直であり得る。基板１１０は、透明、半透明、または不透明であり得る。プラスチックまたはガラスは、好ましい剛直な基板材料の例である。プラスチックまたは金属ホイルは、好ましい可撓性な基板材料の例である。基板１１０は、回路の製造を容易にするために、半導体材料であり得る。例えば、基板１１０は、シリコンウエハであることができ、その上に、基板上に以降に堆積されるＯＬＥＤを制御することができる回路が製造される。他の基板が使用されることができる。基板１１０の材料および厚みは、所望の構造および光学特性を得るために選択することができる。
アノード１１５は、有機層に正孔を輸送するために十分に導電性である任意の適切なアノードであり得る。アノード１１５の材料は、好ましくは約４ｅＶより高い仕事関数を有する（「高仕事関数材料」）。好ましいアノード材料は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）ならびに酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化アルミニウム亜鉛（ＡｌＺｎＯ）、および金属などの導電酸化金属を含む。アノード１１５（基板１１０）は、底部発光デバイスを作るために十分に透明であり得る。好ましい透明基板およびアノードの組合せは、ガラスまたはプラスチック（基板）上に堆積された市販で入手可能なＩＴＯ（アノード）である。可撓性で透明な基板アノードの組合せは、それらの全体が参照によって組み込まれる米国特許第５８４４３６３号および米国特許第６６０２５４０Ｂ２号に開示される。アノード１１５は、不透明および／または反射性であり得る。反射性アノード１１５は、デバイス頂部から発光される光の量を増大するために、ある頂部発光デバイスに関して好ましいことがある。アノード１１５の材料および厚みは、所望の導電および光学特性を得るために選択されることができる。アノード１１５が透明である場合、所望の導電性を与えるのに十分であるが、所望の程度の透明性を与えるのにまだ十分である厚みである、特定の材料に関する厚みの範囲が存在することができる。他のアノード材料および構造を使用することができる。
正孔輸送層１２５は、正孔を輸送することができる材料を含み得る。正孔輸送層１２５は、真性（ドープされていない）またはドープされることができる。ドーピングは、導電性を増強するために使用されることができる。α−ＮＰＤおよびＴＰＤは、真性正孔輸送層の例である。ｐ−ドープされた正孔輸送層の例は、その全体が参照によって組み込まれる、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許出願公開第２００３−０２３０９８０号に開示されるような、５０：１のモル比でＦ４−ＴＣＮＱでドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡである。他の正孔輸送層を使用することができる。
発光層１３５は、電流がアノード１１５とカソード１６０との間を通過するとき、光を発光することができる有機材料を含むことができる。好ましくは、発光層１３５は、蛍光発光材料も使用されることができるが、燐光発光材料を含む。燐光材料は、そのような材料に関連するより高いルミネセンス効率のために好ましい。発光層１３５は、励起が、発光機構を介して発光材料から緩和するように、電子、正孔、および／または励起子をトラップすることができる発光材料でドープされた、電子および／または正孔を輸送することができるホスト材料を含むこともできる。発光層１３５は、輸送と発光特性とを組み合わせる単一の材料を含むことができる。発光材料が、ドーパントまたは主構成要素であるかどうかは、発光層１３５は、発光材料の発光を調整するドーパントなどの他の材料を含むことができる。発光層１３５は、組合せで、所望のスペクトルの光を発光することができる複数の発光材料を含むことができる。燐光発光材料の例は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３を含む。蛍光発光材料の例は、ＤＣＭおよびＤＭＱＡを含む。ホスト材料の例は、Ａｌｑ３、ＣＢＰ、およびｍＣＰを含む。発光およびホスト材料の例は、その全体が参照によって組み込まれる、Ｔｈｏｍｐｓｏｎらへの米国特許第６３０３２３８号に開示される。発光材料は、多数の方法で発光層１３５に含まれることができる。例えば、発光小分子は、ポリマーに組み込まれることができる。これは、いくつかの方法で達成されることができる。すなわち、分離したおよび別個の分子種のいずれかとしてポリマーに小分子をドープすることによって、またはコポリマーを形成するようにポリマーのバックボーン内に小分子を組み込むことによって、またはポリマーのペンダント基として小分子を結合することによる。他の発光層材料および構造が使用されることができる。例えば、小分子発光材料は、デンドリマーのコアとして存在することができる。
多くの有用な発光材料は、金属中心への１つ以上の配位子結合を含む。配位子は、それが、有機金属発光材料の光活性特性に直接寄与するなら、「光活性」と呼ばれることができる。「光活性」配位子は、金属と関連して、光子が放出されるときに電子が移動して出るエネルギーレベルおよび電子が移動して入るエネルギーレベルを与えることができる。他の配位子は、「補助」と呼ばれることができる。補助配位子は、例えば光活性配位子のエネルギーレベルをシフトすることによって、分子の光活性特性を修正することができるが、補助配位子は、発光に含まれるエネルギーレベルを直接与えない。１つの分子における光活性である配位子は、他における補助であり得る。光活性および補助のこれらの規定は、限定しない理論であると意図される。
電子輸送層１４５は、電子を輸送できる材料を含むことができる。電子輸送層１４５は、真性（ドープされていない）またはドープされることができる。ドーピングは、導電性を増強するために使用されることができる。Ａｌｑ３は、真性電子輸送層の例である。ｎドープされた電子輸送層の例は、その全体が参照によって組み込まれる、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許出願公開第２００３−０２３０９８０号に開示されるような、１：１のモル比でドープされたＢＰｈｅｎである。他の電子輸送層が使用されることができる。
電子輸送層の電荷担持構成要素は、電子が、カソードから電子輸送層のＬＵＭＯ（最低空分子軌道）エネルギーレベルに有効に注入されることができるように、選択されることができる。「電荷担持構成要素」は、実際に電子を輸送するＬＵＭＯエネルギーレベルを担う材料である。この構成要素は、ベース材料であることができ、またはそれは、ドーパントであり得る。有機金属のＬＵＭＯエネルギーレベルは、一般的にその材料の電子親和性によって特徴付けられることができ、カソードの相対電子注入効率は、一般にカソード材料の仕事関数に関して特徴付けられることができる。これは、電子輸送層および隣接するカソードの好ましい特性が、ＥＴＬの電荷担持構成要素の電子親和性およびカソード材料の仕事関数に関して特定されることができることを意味する。特に、高い電子注入効率を達成するように、カソード材料の仕事関数は、好ましくは、約０．７５ｅＶより高いだけ、電子輸送層の電荷担持構成要素の電子親和性以下であり、より好ましくは約０．５ｅＶより未満である。同様の考慮が、電子が注入される任意の層に適用される。
カソード１６０が、電子を導通しかつデバイス１００の有機層に電子を注入することができるように、カソード１６０は、当技術で知られている任意の適切な材料または材料の組合せであり得る。カソード１６０は、透明または不透明であることができ、反射性であることができる。金属および酸化金属が、適切なカソード材料の例である。カソード１６０は、単一層であることができ、または化合物構造を有することができる。図１は、薄い金属層１６２およびより厚い導電酸化金属層１６４を有する化合物カソード１６０を示す。化合物カソードにおいて、より厚い層１６４に好ましい材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、当技術で知られている他の材料を含む。それらの全体が参照によって組み込まれる、米国特許第５７０３４３６号、米国特許第５７０７７４５号、米国特許第６５４８９５６Ｂ２号、および米国特許第６５７６１３４Ｂ２号は、上に覆う透明で電気導電性のスパッタ堆積されたＩＴＯ層を有するＭｇ：Ａｇなどの金属の薄層を有する化合物カソードを含むカソードの例を開示する。下の有機層と接触するカソード１６０の一部は、それが単一層カソード１６０であるとき、化合物カソードの薄い金属層１６２またはある他の部分は、好ましくは約４ｅＶ未満の仕事関数を有する材料で作られる（「低仕事関数材料」）。他のカソード材料および構造が使用されることができる。
遮断層が、多数の電荷キャリア（電子または正孔）および／または発光層を出る励起子を低減するために使用されることができる。電子遮断層１３０は、電子が正孔輸送層１２５の方向へ発光層１３５から出ることを妨げるために、発光層１３５と正孔輸送層１２５との間に配置されることができる。同様に、正孔遮断層１４０が、正孔が電子輸送層１４５の方向へ発光層１３５から出ることを妨げるために、発光層１３５と電子輸送層１４５との間に配置されることができる。遮断層は、励起子が発光層に拡散することを妨げるために使用されることもできる。遮断層の理論および使用は、米国特許第６０９７１４７号およびＦｏｒｒｅｓｔらへの米国特許出願公開第２００３−０２３０９８０号により詳細に記載されており、これらの全体が参考として組み込まれている。
本明細書で使用されるとき、および当業者によって理解されるように用語「遮断層」は、層が、必ず電荷キャリアおよび／または励起子を完全に遮断することを示唆することなく、層が、デバイスを通して電荷キャリアおよび／または励起子の輸送を著しく抑制する障壁を提供することを意味する。デバイスにおけるそのような遮断層の存在は、遮断層が無い同様のデバイスと比較すると、結果として実質的により高い効率を生じることができる。また、遮断層は、ＯＬＥＤの所望の領域に発光を閉じ込めるために使用されることができる。
一般に、注入層は、隣接する有機層への電極または有機層などの１つの層からの電荷キャリアの注入を改善することができる材料からなる。注入層は、電荷輸送機能を実行することもできる。デバイス１００において、正孔注入層１２０は、アノード１１５から正孔輸送層１２５への正孔の注入を改善する任意の層であり得る。ＣｕＰｃは、ＩＴＯアノード１１５および他のアノードからの正孔注入層として使用されることができる材料の例である。デバイス１００において、電子注入層１５０は、電子輸送層１４５への電子の注入を改善する任意の層であり得る。ＬｉＦ／Ａｌは、隣接層から電子輸送層への電子注入層として使用されることができる材料の例である。他の材料および材料の組合せは、注入層のために使用されることができる。特定のデバイスの構成に応じて、注入層は、デバイス１００で示される位置とは異なる位置に配置されることができる。注入層のさらなる例は、Ｌｕらへの米国特許出願公開第０９／９３１９４８号に与えられおり、この全体が参考として組み込まれている。正孔注入層は、スピンコートされたポリマー、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの溶液堆積される材料を含むことができ、それは、例えばＣｕＰｃまたはＭＴＤＡＴＡなどの気相堆積される小分子材料であり得る。
正孔注入層（ＨＩＬ）は、アノードから正孔注入材料へ有効な正孔注入を与えるように、アノード表面を平坦化しまたは濡らすことはできる。正孔注入層は、ＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）エネルギーレベルを有する電荷担持構成要素を有することもでき、ＨＯＭＯエネルギーレベルは、好ましくは、本明細書で記載される相対イオン化電位（ＩＰ）エネルギーによって規定されるように、ＨＩＬの一方側の隣接するアノード層およびＨＩＬの反対側の正孔輸送層で達する。「電荷担持構成要素」は、実際に正孔を輸送するＨＯＭＯエネルギーレベルを担う材料である。この構成要素は、ＨＩＬのベース材料であることができ、またはそれはドーパントであり得る。ドープされたＨＩＬを使用することは、ドーパントが、その電気特性のために選択されることを可能にし、かつホストが、濡れ性、可撓性、頑強性などの形態学的特性に関して選択されることを可能にする。ＨＩＬ材料に関する好ましい特性は、正孔が、アノードからＨＩＬ材料へ有効に注入されることができることである。特に、ＨＩＬの電荷担持構成要素は、好ましくは、アノード材料のＩＰより大きいが約０．７ｅＶ以下であるＩＰを有する。より好ましくは、電荷担持構成要素は、アノード材料より大きいが約０．５ｅＶ以下であるＩＰを有する。同様の考慮が、正孔が注入される任意の層に適用される。ＨＩＬ材料は、ＯＬＥＤの正孔輸送層で典型的に使用される従来の正孔輸送材料からさらに識別され、そのようなＨＩＬ材料は、従来の正孔輸送材料の正孔導電率より実質的に小さい正孔導電率を有することができる。本発明のＨＩＬの厚みは、アノード層の表面を平坦化するまたは濡らすことを助長するのに十分な厚みであり得る。例えば、１０ｎｍほど薄いＨＩＬ厚みは、非常に平滑なアノード表面を許容可能であり得る。しかしながら、アノード表面は非常に粗い傾向があるので、５０ｎｍまでのＨＩＬに関する厚みは、いくつかの場合に望ましいことがある。
保護層が、以降の製造プロセスの間に下の層を保護するために使用されることができる。例えば、金属または酸化金属頂部電極を製造するために使用されるプロセスは、有機層を損傷することがあり、保護層は、そのような損傷を低減または取り除くために使用されることができる。デバイス１００において、保護層１５５は、カソード１６０の製造の間に下の有機層への損傷を低減することができる。好ましくは、保護層は、それが、デバイス１００の動作電圧を著しく増大しないように、それが輸送する（デバイス１００における電子）キャリアのタイプに関する高いキャリア移動度を有する。ＣｕＰｃ、ＢＣＰ、および様々な金属フタロシアニンは、保護層で使用されることができる材料の例である。他の材料または材料の組合せが使用されることができる。保護層１５５の厚みは、好ましくは、有機保護層１６０が堆積された後に生じる製造プロセスのために、下の層への損傷がわずかであるまたは損傷が無いのに十分な厚みであるが、デバイス１００の動作電圧を著しく増大するにはまだ厚くない。保護層１５５は、その導電率を増大するためにドープされることができる。例えば、ＣｕＰｃまたはＢＣＰ保護層１６０は、Ｌｉでドープされることができる。保護層のより詳細な記載は、Ｌｕらへの米国特許出願公開第０９／９３１９４８号に見出され、この全体が参考として組み込まれている。
図２は、反転ＯＬＥＤ２００を示す。デバイスは、基板２１０、カソード２１５、発光層２２０、正孔輸送層２２５、およびカソード２３０を含む。デバイス２００は、順番に記載される層を堆積することによって製造されることができる。最も一般的なＯＬＥＤ構成は、アノード上に配置されたカソードを有し、かつデバイス２００は、アノード２３０の下に配置されたカソード２１５を有するので、デバイス２００は、「反転」ＯＬＥＤと呼ばれることがある。デバイス１００に関して記載された材料と類似する材料は、デバイス２００の対応する層で使用されることができる。図２は、どのようにいくつかの層が、デバイス１００の構造から省略されることができるかの一例を与える。
図１および図２に示される単純に層状にされた構造は、非限定例によって与えられ、本発明の実施形態は、広範な他の構造に関連して使用されることができることが理解される。記載される特定の材料および構造は、当然例示であり、他の材料および構造が使用されることができる。機能的ＯＬＥＤは、異なる方法で記載された様々な層を組み合わせることによって達成されることができ、または層は、設計、性能、および価格要因に基づいて完全に省略されることができる。詳細に記載されない他の層も、含まれることができる。詳細に記載された材料以外の材料が、使用されることができる。本明細書で与えられる多くの例は、単一材料を含むとして様々な層を記載するが、ホストおよびドーパントの混合物、または一般的には混合物などの材料の組合せが、使用されることができることが理解される。また、層が、様々な副層を有することができる。本明細書で様々な層に与えられる名称は、厳密に制限するものであることは意図されない。例えば、デバイス２００において、正孔輸送層２２５は、正孔を輸送し、かつ発光層２２０に正孔を注入し、正孔輸送層または正孔注入層として記載されることができる。一実施形態において、ＯＬＥＤは、カソードとアノードとの間に配置された「有機層」を有するとして記載されることができる。この有機層は、単一の層を備えることができ、または、例えば図１および図２に関連して記載されるように異なる有機材料の複数の層をさらに備えることができる。
その全体が参照によって組み込まれる、Ｆｒｉｅｎｄらへの米国特許第５２４７１９０号に開示されるなどポリマー材料（ＰＬＥＤ）からなるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）などの詳細には記載されていない構造および材料も、使用されることができる。さらなる例によって、単一の有機層を有するＯＬＥＤが使用されることができる。ＯＬＥＤは、例えばＦｏｒｒｅｓｔらへの米国特許第５７０７７４５号に記載されるように積層されることができ、この全体が参考として組み込まれている。ＯＬＥＤ構造は、図１および図２に示される単純な層状構造とは異なることができる。例えば、基板は、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許第６０９１１９５号に記載されるようなメサ構造、および／またはＢｕｌｏｖｉｃらへの米国特許第５８３４８９３号に記載されるようなピット構造など、アウトカップリングを改善するために角度が付けられた反射表面を含むことができ、これらの全体が参考として組み込まれている。
他の方法で特定されなければ、様々な実施形態の任意の層は、任意の適切な方法によって堆積されることができる。有機層のための好ましい方法は、それらの全体が参照によって組み込まれる、米国特許第６０１３９８２号および米国特許第６０８７１９６号に記載されるなど熱蒸発インクジェット、その全体が参照によって組み込まれる、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許第６３３７１０２号に記載されるなど有機気相堆積（ＯＶＰＤ）、およびその全体が参照によって組み込まれる、米国特許出願公開第１０／２３３４７０号に記載されるなど有機蒸気ジェット印刷（ＯＶＪＰ）による堆積を含む。他の適切な堆積方法は、スピンコーティングおよび他の溶液ベースプロセスを含む。溶液ベースプロセスは、好ましくは、窒素または不活性雰囲気で実施される。他の層に関して、好ましい方法は、熱蒸着を含む。好ましいパターニング方法は、それらの全体が参照によって組み込まれる、米国特許第６２９４３９８号および米国特許第６４６８８１９号に記載されるなどマスク低温溶接を介する堆積、およびインクジェットおよびＯＶＪＰなどのいくつかの堆積方法に関連するパターニングを含む。他の方法も使用されることができる。堆積されるべき材料は、それらを特定の堆積方法と適合させるように修正されることができる。例えば、アルキルおよびアリル基、分岐されたまたは分岐されていない、および好ましくは少なくとも３つの炭素を含むなどの置換基が、溶液プロセスを受けるためにそれらの能力を強化するために小分子で使用されることができる。２０個以上の炭素を有する置換基が使用されることができ、３−２０個の炭素は好ましい範囲である。非対称構造を有する材料は、非対称材料が、再結晶するのにより低い傾向を有することができるので、対称構造を有する溶液処理性より良好な溶液処理性を有することができる。デンドリマー置換基は、溶液処理を受けるために小分子の能力を増大するために使用されることができる。
本明細書に開示される分子は、本発明の範囲から逸脱することなく多数の様々な方法で置換されることができる。例えば、置換基は、置換基が添加された後、１つ以上の二配位の配位子が、例えば四配位または六配位の配位子を形成するために共に結合されるように、３つの二配位の配位子を有する化合物に添加されることができる。他のそのような結合が形成されることができる。このタイプの結合は、何が「キレート効果」として当技術で一般に理解されるために、結合の無い類似する化合物に対する安定性を増大することができることが考えられる。
本発明の実施形態により製造されたデバイスは、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、テレビジョン、広告板、室内または室外照明および／またはシグナリングのための光、ヘッドアップディスプレイ、完全に透明なディスプレイ、可撓性ディスプレイ、レーザプリンタ、電話、携帯電話、携帯電子機器（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、カムコーダ、ビューファインダ、マイクロディスプレイ、自動車、大面積壁、劇場またはスタジアムスクリーン、またはサインを含む、広範な消費者製品に組み込まれることができる。様々な制御機構は、受動マトリクスおよび能動マトリクスを含む、本発明により製造されるデバイスを制御するために使用されることができる。多くのデバイスは、１８℃から３０℃、より好ましくは室温（２０−２５℃）でなど、人間に快適な温度範囲で使用することが意図される。
本明細書に記載される材料および構造は、ＯＬＥＤ以外のデバイスにおける適用を有することができる。例えば、有機太陽電池および有機光検出器などの他の光電子デバイスは、材料および構造を用いることができる。より一般的には、有機トランジスタなどの有機デバイスは、材料および構造を用いることができる。
一実施形態において、本発明は、燐光ドーパントの三重項状態へ直接注入を利用するＯＬＥＤを提供する。本発明者らは、驚くべきことに、第１に一重項状態へ進むことなく、三重項状態へ電荷を直接注入するこが可能であることを見出した。三重項状態への直接アクセスは、以前には不可能であると考えられていた。知られている燐光機構は、一重項状態まで電子を励起するために過剰なエネルギーを添加することを必要とした。そのような過剰なエネルギーは、特に青色燐光の場合に、燐光ドーパントを劣化することがある。対照的に、本発明の実施形態は、三重項エネルギー状態を直接アクセスすることによって燐光を達成する。本発明の直接アクセス機構は、一重項状態に達するために過剰なエネルギーを必要とせず、したがって燐光を劣化することはほとんどない。
一実施形態において、本発明は、ａ）アノードと、ｂ）カソードと、ｃ）アノードとカソードとの間に配置された発光層であって、ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、および一重項エネルギーを有する燐光ドーパント、およびｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベルおよび発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストを含む、発光層と、ｄ）発光層に隣接して配置される輸送層とを備えるＯＬＥＤを提供し、輸送層は、第１の材料ＨＯＭＯエネルギーレベルおよび第１の材料ＬＵＭＯエネルギーレベルを有する第１の材料を備え、電子正孔対は、より高い存在する分子励起状態を生成することなく、燐光ドーパントの三重項エネルギーにほぼ等しいエネルギー差エネルギー差を越えて直接再結合する。
燐光ドーパントは、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ、ならびに励起状態エネルギーレベル、基底状態、三重項状態、およびより高い存在する分子励起状態を有する。より高い存在する分子励起状態は、例えば一重項状態であり得る。図３は、燐光ドーパントＨＯＭＯおよびＬＵＭＯを示し、一方、図４は、基底状態（Ｓ０）、三重項状態（Ｔ１）、および一重項状態（Ｓ１）を示す。三重項エネルギー（Ｅｇ１）は、基底状態と三重項状態との間のエネルギー差である。一重項エネルギー（Ｅｇ２）は、基底状態とより高い存在する分子励起状態との間のエネルギー差である。
輸送層は、第１の材料を含む。輸送層は、正孔輸送層すなわち発光層のアノード側上の輸送層、または電子輸送層すなわち発光層のカソード側上の輸送層であり得る。一実施形態において、本発明のＯＬＥＤは、発光層の両側のそのような輸送層を使用する。第１の材料は、輸送層ホストであることができ、またはそれは、輸送層ドーパントであることができる。第１の材料は、輸送層における材料だけであることができ、すなわち第１の材料は、ニート層として堆積されることができる。
本明細書で使用されるとき、用語「隣接する」は、ある材料から他の材料に直接ジャンプするために電荷に十分に近いことを意味する。隣接する材料は、互いに直接物理的に接触されることは必ずしも必要ではない。
第１の材料は、当業者に知られている様々な輸送材料から選択されることができる。例えば、ＴＣＴＡなどの知られている材料は、第１の材料として使用されることができる。他の有用な材料は、Ｌｏｙら「Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｓｔａｂｌｅ Ｈｏｌｅ−Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ａ Ｆｌｕｏｒｅｎｅ Ｃｏｒｅ」Ａｄｖ．Ｆｕｎｃ．Ｍａｔｅｒ．，１２，ＮＯ．４，２４５−２４９，２００２、およびＤ’Ａｎｄｒａｄｅら「Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」Ｏｒｇ． Ｅｌｅｃ．， ２００５に開示される材料を含む。
三重項状態へ直接アクセスするために、有機発光デバイスは、燐光ドーパントの三重項エネルギーに少なくともほぼ等しいエネルギー差を含む。エネルギーレベル分離は、発光層ホストＬＵＭＯと燐光ドーパントＨＯＭＯとの間、発光層ホストＨＯＭＯと燐光ドーパントＬＵＭＯとの間、電子輸送材料ＬＵＭＯと燐光ドーパントＨＯＭＯとの間、正孔輸送材料ＨＯＭＯと燐光ドーパントＬＵＭＯとの間、または電子輸送材料ＬＵＭＯと正孔輸送材料ＨＯＭＯとの間であり得る。三重項エネルギーに少なくともほぼ等しいエネルギー差を有することによって、再結合は、三重項エネルギーにほぼ等しいエネルギー差エネルギー差を越えて生じることができる。エネルギー差は、それが、三重項エネルギーとは異なる約０．１ｅＶ以下であるとき、三重項エネルギーにほぼ等しい。正孔および電子は、隣接する分子から再結合することができる。
好ましい実施形態において、燐光ドーパントＨＯＭＯと発光層ホストＬＵＭＯとの間のエネルギー差は、燐光ドーパントの三重項エネルギーに少なくともほぼ等しい。他の好ましい実施形態において、電子輸送材料ＬＵＭＯと正孔輸送材料ＨＯＭＯとの間のエネルギー差は、燐光ドーパントの三重項エネルギーに少なくともほぼ等しい。
燐光ドーパントのより高い存在する分子励起状態を避けるために、三重項エネルギーに少なくともほぼ等しいエネルギー差は、また好ましくは、燐光ドーパントの一重項エネルギーより少なくとも約０．２ｅＶ未満である。この実施形態で有用な燐光材料は、燐光ドーパントを含み、より高い存在する分子励起状態および三重項状態は、少なくとも約０．２ｅＶだけ分離される。例えばカルベン分子は、本発明の所定の実施形態で有用である望ましい一重項三重項分離を例示する。
他の実施形態において、三重項状態への直接アクセスは、共振注入によって製造される。本発明の目的のために、共振注入は、１つのエネルギーレベルから他のエネルギーレベルへの共振注入またはほぼ共振注入の両方を包含し、電荷が、熱移行によってエネルギー差を横断することができるように、エネルギーレベルが、位置付けられる。移行の実際の機構ではなくエネルギーレベルの位置は、本発明の実施形態において共振注入を特徴付ける。
熱移行を可能にするために、エネルギーレベルは、互いの上または下に配置されることができる。正孔がより高いエネルギーレベルに移動する場合、または電子がより低いエネルギーレベルに移動する場合、熱移行は、エネルギー差が大きいことがあっても生じる。例えば、図５において、輸送層は正孔輸送層であり、第１の材料ＨＯＭＯが、燐光ドーパントＨＯＭＯの下に配置される。「上方」への正孔の移行は、電荷がより低いエネルギー状態に移動するためエネルギー的に好ましい。正孔がより低いエネルギーレベルに移動する場合、または電子がより高いエネルギーレベルに移動する場合、熱移行はまだ生じるが、エネルギー差は小さくなければならない。したがって例えば、エネルギーレベルは、電荷が熱移送されることを可能にするのに十分に近い限り、第１の材料ＨＯＭＯは、また燐光ドーパントＨＯＭＯの上であり得る。一般に、電荷がより高いエネルギー状態に移動しなければならないとき、電荷キャリア内のエネルギー分布は、有意な数の電荷キャリアが、障壁を乗り越えるために十分なエネルギーを有するようなものであり得る。例えば約０．１ｅＶ未満の障壁は、容易に乗り越えられることができる。
電荷が、エネルギー的に好ましい方向に比較的大きなエネルギー差を横切って熱移行されることができても、エネルギーレベル間の距離は、受容体分子への損傷を低減するために好ましくは制限される。過剰なエネルギーを有する電荷が、分子に移行されるとき、過剰なエネルギーは、分子を損傷することがある。損傷は、電荷が、移行時にあまり多くの過剰なエネルギーを担持しないので、エネルギーレベル一致によって低減される。したがって、好ましい実施形態において、第１の材料のエネルギーレベルは、発光層への損傷を低減するために発光層におけるエネルギーレベルに十分に一致される。換言すれば、一致されたエネルギーレベル間のエネルギー差は、損傷閾値未満である。エネルギー差は、好ましくは約０．２ｅＶ未満であり、より好ましくは０．２ｅＶ以下である。
一実施形態において、本発明は、ａ）アノードと、ｂ）カソードと、ｃ）アノードとカソードとの間に配置された発光層であって、ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、および一重項エネルギーを有する燐光ドーパント、およびｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベルおよび発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストを含む、発光層と、ｄ）発光層に隣接して配置される輸送層とを備えるＯＬＥＤを提供し、輸送層は、第１の材料ＨＯＭＯエネルギーレベルおよび第１の材料ＬＵＭＯエネルギーレベルを有する第１の材料を含み、電荷は、少なくとも１つの第１の材料エネルギーレベルから発光層における少なくとも１つのエネルギーレベルに熱移行されることができる。
図３は、ΔＥ１−４として共振注入の可能なサイトを特定するエネルギーレベル図を示す。ΔＥ１−４は、正孔が、ＨＴＬ ＨＯＭＯから下方に発光層へ移動する傾向があり、かつ電子が、ＥＴＬ ＬＵＭＯから上方に発光層へ移動する傾向があるように描かれるが、本発明は、電荷がいずれの方向にも移動するＯＬＥＤを包含する。すなわち、ΔＥ１−４は、また、正孔が、ＨＴＬ ＨＯＭＯから上方に発光層へ移動する傾向があり、かつ電子が、ＥＴＬ ＬＵＭＯから下方に発光層へ移動する傾向があるＯＬＥＤを包含する。図３−図８は、必ずしも同じ縮尺で描かれず、かつ本発明の理解を助長するためにだけエネルギーレベル位置を示す。
一実施形態において、図３に示されるように、燐光ドーパントのエネルギーレベルは、発光層ホストエネルギーレベルに入れ子にされる。この構成は、非放出再結合を低減する。非放出再結合は、発光ドーパントの濃度が、高すぎて三重項三重項消滅を結果として生じるときに、ＯＬＥＤで生じる。
一実施形態において、移送層は、正孔移送層であり、正孔は、正孔移送層から発光層に共振注入される。一実施形態において、共振注入は、ΔＥ１で生じる。エネルギーレベルは、正孔が、第１の材料ＨＯＭＯから発光層ホストＨＯＭＯへ熱移送されることができるように位置する。一実施形態において、共振注入は、ΔＥ２で生じる。正孔は、第１の材料ＨＯＭＯから燐光ドーパントＨＯＭＯへ熱移送されることができる。この実施形態は、図５に示される。
一実施形態において、第１の材料ＨＯＭＯは、発光層ホストＨＯＭＯまたは燐光ドーパントＨＯＭＯと一致される。好ましくは、第１の材料ＨＯＭＯは、発光層ホストＨＯＭＯまたは燐光ドーパントＨＯＭＯより約０ｅＶから約０．２ｅＶ低い。そのような構成は、エネルギー的に好ましい方向にわずかなエネルギーステップを横切って、輸送層から発光層へ正孔が輸送されることを許容する。
さらに他の実施形態において、輸送層は、第２の材料ＨＯＭＯエネルギーレベルを有する第２の材料をさらに含み、第２の材料ＨＯＭＯは、第１の材料ＨＯＭＯより約０ｅＶから約０．２ｅＶ低い。そのような構成は、２つのエネルギーステップを与える。輸送層は、さらに詳細に以下に記載されるように、そのような一連のエネルギーステップをさらに含むことができる。
他の実施形態において、輸送層は、電子移送層であり、電子は、電子移送層から発光層に共振注入される。一実施形態において、共振注入は、ΔＥ４で生じる。電子が、第１の材料ＬＵＭＯから発光層ホストＬＵＭＯへ熱移送されることができる。例えば図８を参照されたい。他の実施形態において、共振注入は、ΔＥ３で生じる。電子は、第１の材料ＬＵＭＯから燐光ドーパントＬＵＭＯへ熱移送されることができる。この実施形態は、図６に示される。
好ましい実施形態において、第１の材料ＬＵＭＯは、発光層ホストＬＵＭＯまたは燐光ドーパントＬＵＭＯと一致される。好ましくは、第１の材料ＬＵＭＯは、発光層ホストＬＵＭＯまたは燐光ドーパントＬＵＭＯより約０ｅＶから約０．２ｅＶ高い。そのような構成は、エネルギー的に好ましい方向にわずかなエネルギーステップを横切って、輸送層から発光層へ電子が輸送されることを許容する。
他の実施形態において、輸送層は、第２の材料ＬＵＭＯエネルギーレベルを有する第２の材料をさらに含み、第２の材料ＬＵＭＯは、第１の材料ＬＵＭＯより約０ｅＶから約０．２ｅＶ高い。そのような構成は、２つのエネルギーステップを与える。輸送層は、さらに詳細に以下に記載されるように、そのような一連のエネルギーステップをさらに含むことができる。
他の実施形態において、電子および正孔の両方は、上述されたように発光層に共振注入される。
一実施形態において、本発明は、青光を発光するデバイスを提供する。好ましい実施形態において、燐光化合物は、約５００ｎｍ未満であり、好ましくは約４５０ｎｍ未満である発光スペクトルにおけるピークを有する。青発光を達成することは、それが、赤または緑に比べてより高いエネルギー放出を必要とするので特に挑戦的である。本発明の特定の実施形態において、青発光は、電子を直接三重項状態へ移行することによってより容易に達成される。この方法で、電子が発光層ホストＬＵＭＯに入るのに必要とされる追加のエネルギーを与えることは必要ではない。電子は、発光層ホストＬＵＭＯに入る必要はないので、広範なホスト材料が、本発明のこの実施形態を実施するために使用されることができる。
本発明は、輸送層における一連のそのようなエネルギーステップを有するＯＬＥＤも提供する。この実施形態において、本発明は、ａ）アノードと、ｂ）カソードと、ｃ）アノードとカソードとの間に配置された発光層であって、発光層は、ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、および一重項エネルギーを有する燐光ドーパント、およびｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベルおよび発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストを含み、ｄ）発光層に隣接して配置される輸送層とを備える有機光電子デバイスを提供し、輸送層は、それぞれＨＯＭＯエネルギーレベルおよびＬＵＭＯエネルギーレベルを有する複数の材料を備え、各複数の材料の少なくとも１つのエネルギーレベルは、発光層における少なくとも１つのエネルギーレベルに導く一連のエネルギーステップを共に形成し、一連のエネルギーステップにおける各ステップは、約０．２ｅＶ以下である。好ましくは、デバイスは、詳細に上述されたような三重項エネルギーにほぼ等しいエネルギー差も含む。
一実施形態において、輸送層は、正孔輸送層であり、複数の材料のＨＯＭＯエネルギーレベルは、発光層ホストＨＯＭＯまたは燐光ドーパントＨＯＭＯに導く一連のエネルギーステップを形成し、一連のエネルギーステップにおける各ステップは、約０．２ｅＶ以下である。
一実施形態において、輸送層は、電子輸送層であり、複数の材料のＬＵＭＯエネルギーレベルは、発光層ホストＬＵＭＯまたは燐光ドーパントＬＵＭＯに導く一連のエネルギーステップを形成し、一連のエネルギーステップにおける各ステップは、約０．２ｅＶ以下である。
一実施形態において、輸送層は、発光層に隣接して配置される副層を備え、副層は、複数の材料の１つ以上の層の混合物でドープされた輸送層ホストを備える。例えば、図７Ａおよび図８Ａを参照されたい。一実施形態において、輸送層ホストは、好ましくはほぼ等しい比率で材料の全ての混合物でドープされる。一実施形態において、輸送層は、複数の隣接する副層を備え、各副層は、複数の材料の単一の材料でドープされた輸送層ホストを備える。各副層の輸送層は、同一または異なることができる。
一実施形態において、輸送層全体は、複数の材料の１つ以上の材料でドープされる。代わりに、輸送層は、ａ）隣接して配置されたドープされていない副層と、ｂ）隣接して配置され、複数の材料の１つ以上の材料を含むドープされた副層と、ｃ）発光層とを備える。
他の実施形態において、輸送層は、１つ以上のニート層を備える。好ましい実施形態において、輸送層は、それぞれ一連のエネルギーステップを形成するために複数の材料の１つの材料を含む、複数のニート層を備える。図７Ａおよび図７Ｂを参照されたい。
さらに他の実施形態において、本発明は、本発明のＯＬＥＤを作る方法を提供する。
一実施形態において、本発明は、ａ）基板上にアノードを堆積する段階と、ｂ）アノード上に発光層を堆積する段階であって、発光層は、ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、および一重項エネルギーを有する燐光ドーパントと、ｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベルおよび発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストとを備える、段階と、ｃ）発光層上に電子輸送層を堆積する段階であって、電子輸送層は、電子輸送材料ＬＵＭＯエネルギーレベルを有する電子輸送材料を含む、段階と、ｄ）電子輸送層上にカソードを堆積する段階とを含み、ｉ）電子輸送材料ＬＵＭＯまたは発光層ホストＬＵＭＯと、ｉｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯとの間のエネルギー差は、燐光ドーパントの三重項エネルギーに少なくともほぼ等しく、かつ燐光ドーパントの一重項エネルギーより少なくとも約０．２ｅＶ未満である。
電子輸送層は、複数の材料をさらに含むことができ、複数の材料のＬＵＭＯエネルギーレベルは、発光層ホストＬＵＭＯまたは燐光ドーパントＬＵＭＯに導く一連のエネルギーステップを形成し、一連のエネルギーステップにおける各ステップは、約０．２ｅＶ以下である。
他の実施形態において、本発明は、ａ）基板上にアノードを堆積する段階と、ｂ）アノード上に正孔輸送層を堆積する段階であって、正孔輸送層は、正孔輸送ＨＯＭＯエネルギーレベルを有する正孔輸送材料を含む段階と、ｃ）正孔輸送層上に発光層を堆積する段階であって、発光層は、ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、および一重項エネルギーを有する燐光ドーパントと、ｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベルおよび発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストとを備える、段階と、ｄ）発光層上にカソードを堆積する段階とを含み、ｉ）正孔輸送ＨＯＭＯまたは発光層ホストＨＯＭＯと、ｉｉ）燐光ドーパントＬＵＭＯとの間のエネルギー差は、燐光ドーパントの三重項エネルギーに少なくともほぼ等しく、かつ燐光ドーパントの一重項エネルギーより少なくとも約０．２ｅＶ未満である。
正孔輸送層は、複数の材料をさらに含むことができ、複数の材料のＨＯＭＯエネルギーレベルは、発光層ホストＨＯＭＯまたは燐光ドーパントＨＯＭＯに導く一連のエネルギーステップを形成し、一連のエネルギーステップにおける各ステップは、約０．２ｅＶ以下である。
図９および図１０は、三重項励起状態への直接注入が、一重項状態を通ることなく発生することができるエネルギーレベル図の例を示す。様々な層における様々な材料の相対エネルギーレベルは、形成するためにドーパントに一重項励起状態に関するエネルギー的に好ましい方法が存在しないように選択される。
図９は、三重項状態への直接注入が、一重項状態を通ることなく発生することができ、電子は、三重項形成前にドーパントＬＵＭＯにあることができるエネルギーレベル図を示す。ドーパントＨＯＭＯが、ＨＴＬ ＨＯＭＯより低いなら、ΔＥ２は、少なくとも０．２ｅＶであり、かつホストＨＯＭＯが、ＨＴＬ ＨＯＭＯより高いか、または０．１ｅＶ以下であるがＨＴＬ ＨＯＭＯ未満であるなら、正孔が、ホストＨＯＭＯに注入され、かつ正孔が、ドーパントＨＯＭＯへ移動することはほとんどないことが考えられる。さらに、ホストＬＵＭＯが、ＥＴＬ ＬＵＭＯより高く、かつΔＥ４が、少なくとも０．２ｅＶであるなら、電子がホストＬＵＭＯへ移動することがエネルギー的に好ましくなく、代わりにドーパントＬＵＭＯにトラップされ、かつ／またはドーパントＬＵＭＯに輸送されることが考えられる。結果として、ＥＴＬにおける電荷キャリアは、ドーパントＬＵＭＯおよびホストＨＯＭＯに主に存在する。最終的に、図９の構成における、ＥＭＬにおける電子と正孔との間のエネルギー差である、ホストＨＯＭＯとドーパントＬＵＭＯとの差であるΔＥ５は、０．１ｅＶ以下であるがドーパントの三重項エネルギー未満であり、かつΔＥ５は、ドーパントの一重項エネルギーより少なくとも０．２ｅＶ少ないなら、発光層における電子と正孔との間のエネルギー差は、電子と正孔との間のエネルギー差が、一重項を形成するために必要なエネルギーより非常に低すぎるため、ドーパントでの三重項が、形成されることができるが、形成するためにドーパント上の一重項に関してエネルギー的に好ましくないようなものである。これらの状況は、ドーパントＨＯＭＯおよびＬＵＭＯが、ホストＨＯＭＯおよびＬＵＭＯに「入れ子」されない場合だけ（必ずしも必要でない）一般に生じることに留意されたい。図９の例において、ドーパントＨＯＭＯが、ホストＨＯＭＯより低いので入れ子が存在しない。
図１０は、三重項状態への直接注入が、一重項状態を通ることなく発生することができ、正孔は、三重項形成前にドーパントＨＯＭＯにあることができるエネルギーレベル図を示す。ホストＨＯＭＯが、ＨＴＬ ＨＯＭＯより低いなら、ΔＥ１は、少なくとも０．２ｅＶであり、かつドーパントＨＯＭＯが、ＨＴＬ ＨＯＭＯより高いか、または０．１ｅＶ以下であるがＨＴＬ ＨＯＭＯ未満であるなら、正孔が、ドーパントＨＯＭＯに注入され、かつ正孔が、ホストＨＯＭＯへ移動することはほとんどないことが考えられる。さらに、ドーパントＬＵＭＯが、ＥＴＬ ＬＵＭＯより高く、かつΔＥ３が、少なくとも０．２ｅＶであるなら、電子がドーパントＬＵＭＯへ移動することがエネルギー的に好ましくなく、代わりにホストＬＵＭＯにトラップされ、かつ／またはホストＬＵＭＯに輸送されることが考えられる。結果として、ＥＴＬにおける電荷キャリアは、ホストＬＵＭＯおよびドーパントＨＯＭＯに主に存在する。最終的に、図１０の構成における、ＥＭＬにおける電子と正孔との間のエネルギー差である、ホストＬＵＭＯとドーパントＨＯＭＯとの差であるΔＥ６は、０．１ｅＶ以下であるがドーパントの三重項エネルギー未満であり、かつΔＥ６は、ドーパントの一重項エネルギーより少なくとも０．２ｅＶ少ないなら、発光層における電子と正孔との間のエネルギー差は、電子と正孔との間のエネルギー差が、一重項を形成するために必要なエネルギーより非常に低すぎるため、ドーパントでの三重項が、形成されることができるが、形成するためにドーパント上の一重項に関してエネルギー的に好ましくないようなものである。これらの状況は、ドーパントＨＯＭＯおよびＬＵＭＯが、ホストＨＯＭＯおよびＬＵＭＯに「入れ子」されない場合だけ（必ずしも必要でない）一般に生じることに留意されたい。図１０の例において、ドーパントＬＵＭＯが、ホストＬＵＭＯより高いので入れ子が存在しない。
より一般的には、一重項がドーパントに形成されることがある構成を避けるために、電荷キャリアが、ドーパントＨＯＭＯおよびドーパントＬＵＭＯの両方に存在することができる構成を避けることが好ましい。これは、一重項が、ドーパントのＬＵＭＯの電子およびＨＯＭＯの正孔から形成することができるように、ドーパントの一重項エネルギーが、ドーパントのＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間の差に関連するからである。ドーパントＨＯＭＯおよびＬＵＭＯが、ホストＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ内に入れ子にされる、入れ子にされたエネルギーレベル構成は、望ましくない。なぜなら、そのような構成において、ホストまたはドーパントのいずれかのＬＵＭＯに電子、およびホストまたはドーパントのいずれかのＨＯＭＯに正孔を有する任意の電子正孔対が、ドーパントに一重項を形成するのに十分なエネルギーレベル差を有することがあるからである。
図９および図１０は、三重項形成がＥＭＬ全体で可能であるため、有意な三重項形成無しに、ドーパントの三重項励起状態への直接注入を達成するための最も好ましい方法を示す。他のエネルギーレベル構成は、使用可能であり得る。例えば、三重項励起状態への注入は、ホストまたはドーパントのいずれかに、ＥＴＬのＬＵＭＯの電子およびＥＭＩ内の正孔から生じることができる。そのような構成は、一重項励起状態を避けながら三重項形成を達成するように作用することができるが、そのような三重項形成は、ＥＭＬ／ＥＴＬ界面でだけ生じるのであまり好ましくないことがある。同様に、三重項励起状態への注入は、ＨＴＬのＨＯＭＯ上の正孔、およびＥＭＩ内のホストまたはドーパントのいずれかのＬＵＭＯの電子からのＨＴＬ／ＥＭＬ界面で生じることがある。
本発明の方法において、複数の材料は、例えば単一のドープされた層で同時に共に堆積されることができる。材料は、均一に堆積されることができるが、必ずしも必要ではない。他の実施形態において、材料は、エネルギーレベルが高くなる順番で順次堆積される。それら材料は、一連のドープされた層として、または一連のニート層として順次堆積されることができる。
本明細書に記載される様々な実施形態は、例示だけの目的であり、本発明の範囲を限定することを目的とはしないことは理解される。例えば、本明細書に記載される多くの材料および構造は、本発明の精神から逸脱することなく、他の材料および構造と置き換えられることができる。また、一実施形態に関連して記載される特徴は、特定の実施形態に制限される必要はない。本発明の実施形態は、本明細書に記載される任意の適合可能な特徴を使用することができる。なぜ本発明が作用するかについての様々な理論が、制限されることを意図されないことが理解される。例えば、電荷移動に関連する理論は、制限されることを意図されない。
材料規定
本明細書で使用されるとき、略語は、以下のように材料を参照する。
ＣＢＰ：４，４’−Ｎ，Ｎ−ジカルバゾールバイフェニル
ｍ−ＭＴＤＡＴＡ：４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン
Ａｌｑ３：８−トリス−ヒドロキシキノリンアルミニウム
Ｂｐｈｅｎ：４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
ｎ−ＢＰｈｅｎ：ｎドープされたＢＰｈｅｎ（リチウムでドープされた）
Ｆ４−ＴＣＮＱ：テトラフルオロテトラシアノキノンジメチレン
ｐ−ＭＴＤＡＴＡ：ｐドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡ（Ｆ４−ＴＣＮＱでドープされた）
Ｉｒ（ｐｐｙ）３：トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム
Ｉｒ（ｐｐｚ）３：トリス（１−フェニルピラゾロト，Ｎ，Ｃ（２’）イリジウム（ＩＩＩ））
ＢＣＰ：２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
ＴＡＺ：３−フェニル−４−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール
ＣｕＰｃ−：銅フタロシアニン
ＩＴＯ：酸化インジウム錫
ＮＰＤ：Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）ベンジジン
ＴＰＤ：Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−トリル）ベンジジン
ＢＡｌｑ：アルミニウム（ＩＩＩ）ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリネート）４−フェニルフェノレート
ｍＣＰ：１，３−Ｎ，Ｎ’−ジカルボゾール−ベンゼン
ＤＣＭ：４−（ジシアノエチレン）−６−（４−ジメチルアミノスチリル−２−メチル）−４Ｈ−パイラン
ＤＭＱＡ：Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ：ポリスチレンサルフォネート（ＰＳＳ）を有するポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）の水性分散剤
ＴＣＴＡ：４，４’，４”−トリス（カルバゾール−９−ｙｌ）トリフェニルアミン
本発明は、特定の例および好ましい実施形態に関して記載されたが、本発明は、これら例および実施形態に制限されないことは理解される。特許請求された本発明は、したがって、当業者に明らかなように、本明細書に記載される特定の例および好ましい実施形態からの変形を含む。
１００ 有機発光デバイス
１１０、２１０ 基板
１１５、２３０ アノード
１２０ 正孔注入層
１２５、２２５ 正孔輸送層
１３０ 電子遮断層
１３５、２２０ 発光層
１４０ 正孔遮断層
１４５ 電子輸送層
１５０ 電子注入層
１５５ 保護層
１６０、２１５ カソード
１６２ 第１の導電層
１６４ 第２の導電層
２００ 反転ＯＬＥＤ

Claims (10)

  1. 有機発光デバイスであって、
    ａ）アノードと、
    ｂ）カソードと、
    ｃ）前記アノードと前記カソードとの間に配置された発光層であって、
    ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、及び一重項エネルギーを有する燐光ドーパント、及び、
    ｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベル及び発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストを含む発光層と、
    ｄ）前記発光層に隣接して配置された輸送層とを備え、
    前記輸送層が、第一の材料ＨＯＭＯエネルギーレベル及び第一の材料ＬＵＭＯエネルギーレベルを有する第一の材料を備え、前記発光層に導入された電子と正孔とが、ドーパントに一重項を形成するのに要するエネルギーより小さいエネルギー差であって、ドーパントに三重項を形成するのに十分ではあるが、ドーパントに一重項を形成するのにはエネルギー的に不利であるエネルギー差を有する、有機発光デバイス。
  2. 前記発光層ホストＬＵＭＯと前記燐光ドーパントＨＯＭＯとの間のエネルギー差が、前記燐光ドーパントの前記三重項エネルギーから０．１ｅＶを引いた値以上である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
  3. 前記発光層ホストＨＯＭＯと前記燐光ドーパントＬＵＭＯとの間のエネルギー差が、前記燐光ドーパントの前記三重項エネルギーから０．１ｅＶを引いた値以上である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
  4. 前記輸送層が電子輸送層であり、前記第一の材料ＬＵＭＯと前記燐光ドーパントＨＯＭＯとの間のエネルギー差が、前記燐光ドーパントの前記三重項エネルギーから０．１ｅＶを引いた値以上である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
  5. 前記輸送層が正孔輸送層であり、前記第一の材料ＨＯＭＯと前記燐光ドーパントＬＵＭＯとの間のエネルギー差が、前記燐光ドーパントの前記三重項エネルギーから０．１ｅＶを引いた値以上である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
  6. 電子輸送材料を含む電子輸送層と、正孔輸送材料を含む正孔輸送層との二つの輸送層を備え、前記電子輸送材料ＬＵＭＯと前記正孔輸送材料ＨＯＭＯとの間のエネルギー差が、前記燐光ドーパントの前記三重項エネルギーから０．１ｅＶを引いた値以上である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
  7. 前記エネルギー差が、前記燐光ドーパントの前記一重項エネルギーより少なくとも０．２ｅＶ小さい、請求項６に記載の有機発光デバイス。
  8. 前記燐光ドーパントが、５００ｎｍ未満である発光スペクトルにピークを有する、請求項１に記載の有機発光デバイス。
  9. 前記輸送層が複数の材料を含み、各材料がＨＯＭＯエネルギーレベル及びＬＵＭＯエネルギーレベルを有し、前記複数の材料の各々の少なくとも一のエネルギーレベルが併せて、前記発光層の少なくとも一のエネルギーレベルにつながる一群のエネルギーステップを形成し、該一群のエネルギーステップの各ステップが０．２ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
  10. 有機発光デバイスであって、
    ａ）アノードと、
    ｂ）カソードと、
    ｃ）前記アノードと前記カソードとの間に配置された発光層であって、
    ｉ）燐光ドーパントＨＯＭＯエネルギーレベル、燐光ドーパントＬＵＭＯエネルギーレベル、三重項エネルギー、及び一重項エネルギーを有する燐光ドーパント、及び、
    ｉｉ）発光層ホストＨＯＭＯエネルギーレベル及び発光層ホストＬＵＭＯエネルギーレベルを有する発光層ホストとを含む発光層と、
    ｄ）前記発光層に隣接して配置された輸送層とを備え、
    前記輸送層が複数の材料を含み、各材料がＨＯＭＯエネルギーレベル及びＬＵＭＯエネルギーレベルを有し、前記複数の材料の各々の少なくとも一のエネルギーレベルが併せて、前記発光層の少なくとも一のエネルギーレベルにつながる一群のエネルギーステップを形成し、該一群のエネルギーステップの各ステップが０．２ｅＶ以下である、有機光電子デバイス。
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