TW201305317A - 在有機發光裝置中之無機主體 - Google Patents

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Abstract

本發明報告一種新穎電子裝置，其含有包含無機材料且帶隙小於4 eV之主體。由於無機材料之理想物理性質(包括增加之穩定性及電荷遷移率)，故使用其係有利的。

Description

在有機發光裝置中之無機主體
本發明係關於可在有機電子裝置中用作主體之無機材料。
本申請案主張2011年7月14日申請之美國專利申請案第61/507,657號之優先權，其全文以引用方式併入本文中。
多種原因使得使用有機材料之光電裝置變得越來越理想。許多用於製造此等裝置之材料相對便宜，因此有機光電子裝置具有優於無機裝置之成本優勢之潛力。另外，有機材料之固有性質(例如其撓性)使其極適用於特定應用中，例如於撓性基板上製作。有機光電子裝置之實例包括有機發光裝置(OLED)、有機光電電晶體、有機光伏打電池及有機光偵測器。對於OLED，有機材料可具有優於習用材料之性能優勢。舉例而言，有機發射層所發射光之波長通常可容易地用適當摻雜物進行調節。
OLED使用在裝置兩端施加電壓時可發光之薄有機膜。在諸如平板顯示器、照明及背光等應用中使用OLED正變成越來越令人感興趣之技術。一些OLED材料及組態闡述於美國專利第5,844,363號、第6,303,238號及第5,707,745號中，其全文以引用方式併入本文中。
磷光發射分子的一種應用係全色彩顯示器。該顯示器之工業標準要求適於發射特定色彩(稱為「飽和」色彩)之像素。特定而言，此等標準要求飽和之紅色、綠色及藍色像 素。色彩可使用為業內所熟知之CIE坐標來量測。
綠色發射分子之一實例係叁(2-苯基吡啶)銥(表示為Ir(ppy)3)，其具有以下結構：
在此處及本文隨後之圖式中，將自氮至金屬(此處為Ir)之配位鍵繪示成直線。
本文所用術語「有機物」包括可用於製作有機光電子裝置之聚合材料以及小分子有機材料。「小分子」意指任何不為聚合物之有機材料，且「小分子」實際上可相當大。在一些情形下，小分子可包括重複單元。舉例而言，使用長鏈烷基作為取代基不能將分子排除在「小分子」種類外。小分子亦可納入聚合物中，例如作為聚合物主鏈上之側基或作為該主鏈之一部分。小分子亦可用作樹枝狀聚合物之核心部分，樹枝狀聚合物係由一系列構築於核心部分上之化學殼層組成。樹枝狀聚合物之核心部分可為螢光或磷光小分子發射體。樹枝狀聚合物可係「小分子」，且據信當前用於OLED領域之所有樹枝狀聚合物皆係小分子。
本文所用「頂部」意指距基板最遠的地方，而「底部」意指最靠近基板的地方。當第一層闡述為「安置於」第二層之上時，則第一層遠離基板而安置。除非指明第一層與第二層「接觸」，否則在第一層與第二層之間可能存在其 他層。舉例而言，陰極可闡述為「安置於」陽極之上，即使其間存在不同有機層。
本文所用「溶液可處理」意指能夠於液體介質中溶解、分散或傳輸及/或自液體介質沈積，該液體介質呈溶液或懸浮液形式。
當認為配體直接有助於發射材料之光活性性質時，該配體可稱為具有「光活性」。當認為配體並不有助於發射材料之光活性性質但可改變光活性配體之性質時，該配體可稱作「輔助配體」。
如本文所用且如熟習此項技術者通常所理解，若第一「最高佔據分子軌道」(HOMO)或「最低未佔據分子軌道」(LUMO)能級距真空能級更近，則該第一能級「大於」或「高於」第二HOMO或LUMO能級。由於電離電位(IP)量測為相對於真空能級之負能量，故較高HOMO能級對應於具有較小絕對值之IP(不太負之IP)。同樣，較高LUMO能級對應於具有較小絕對值之電子親和力(EA)(不太負之EA)。在真空能級位於頂部之習用能級圖上，材料之LUMO能級高於同一材料之HOMO能級。「較高」之HOMO或LUMO能級看來較「較低」之HOMO或LUMO能級更接近此一圖之頂部。
如本文所用且如熟習此項技術者通常所理解，若第一功函數具有較高絕對值，則該第一功函數「大於」或「高於」第二功函數。由於功函數通常量測為相對於真空能級之負數，故此意味著若功函數「越高」則負值越大。在真 空能級位於頂部之習用能級圖上，「較高」功函數闡釋為沿向下方向遠離真空能級。因此，HOMO及LUMO能級之定義遵循不同於功函數之慣例。
關於OLED及上述定義之更詳細內容可參見美國專利第7,279,704號，其全文以引用方式併入本文中。
提供第一裝置。該第一裝置包含第一有機發光裝置，其進一步包含陽極；陰極；及安置於該陽極與該陰極之間的發射層。在一態樣中，發射層包含第一主體及第一磷光發射摻雜物，該第一主體包含含有至少70 wt%無機材料之物質；其中第一主體之能帶隙小於4 eV。
在一態樣中，該物質包含經封端基團封端之無機材料。
在一態樣中，該等封端基團包含羧酸鹽、胺、硫醇、四氟硼酸鹽、硫化物、硫氰酸鹽或金屬硫屬化物錯合物。
在一態樣中，第一主體包含尺寸介於1 nm至20 nm之間之該物質之微粒。
在一態樣中，第一裝置進一步包含視情況安置於該發射層與該陰極之間之複數個有機層，其中該等有機層不含該第一主體。
在一態樣中，無機材料包含下列中之一或多者：硫化物、氮化物、碳化物或氧化物。
在一態樣中，無機材料包含氧化物。
在一態樣中，無機材料包含硫化物。
在一態樣中，無機材料包含碳化物。
在一態樣中，無機材料包含氮化物。
在一態樣中，氧化物包含金屬氧化物。
在一態樣中，金屬氧化物包含過渡金屬氧化物。
在一態樣中，硫化物包含金屬硫化物。
在一態樣中，碳化物包含金屬碳化物。
在一態樣中，氮化物包含金屬氮化物。
在一態樣中，無機材料包含二元化合物。
在一態樣中，無機材料包含三元化合物。
在一態樣中，第一主體包含非發射無機奈米晶體。
在一態樣中，第一主體具有介於1 eV至4 eV之間之能帶隙值。
在一態樣中，第一主體具有介於2 eV至3 eV之間之能帶隙值。
在一態樣中，第一主體之能帶隙值大於該第一磷光發射摻雜物之三重態能量。
在一態樣中，發射層中之第一主體之濃度為至少50 wt%。
在一態樣中，發射層中之第一主體之濃度為至少70 wt%。
在一態樣中，發射層中之第一主體之濃度為至少80 wt%。
在一態樣中，第一主體基本上由含有至少70 wt%無機材料之物質組成。
在一態樣中，第一主體基本上由含有至少80 wt%無機材 料之物質組成。
在一態樣中，第一主體基本上由含有至少90 wt%無機材料之物質組成。
在一態樣中，第一主體基本上由含有至少95 wt%無機材料之物質組成。
在一態樣中，第一裝置係消費產品。
在一態樣中，第一裝置係有機發光裝置。
在一態樣中，第一裝置包含發光面板。
在一態樣中，第一磷光發射摻雜物係具有原子序數大於40之金屬之金屬錯合物。
在一態樣中，第一磷光發射摻雜物係銥錯合物。
在一態樣中，第一磷光發射摻雜物係鉑錯合物。
在一態樣中，第一磷光發射摻雜物包含具有至少一個配體或該配體之一部分(若該配體有兩個以上齒)之過渡金屬錯合物，該錯合物選自由下列組成之群： 其中Ra、Rb、Rc及Rd可代表單、二、三或四取代，或無取代。Ra、Rb、Rc及Rd獨立地選自由下列組成之群：氫、氘、鹵化物、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、甲矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、 炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、硫烷基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合；且其中Ra、Rb、Rc及Rd之兩個毗鄰取代基視情況連接以形成稠環或形成多齒配體。
在一態樣中，發射層係使用溶液製程來沈積。
在一態樣中，第一主體與第一磷光發射摻雜物反應以形成共價鍵。
在一態樣中，發射層進一步包含第二主體。
在一態樣中，第二主體係有機化合物。
在一態樣中，有機化合物含有選自由下列組成之群之基團中之至少一者：聯伸三苯、二苯并噻吩、氮雜-二苯并噻吩、二苯并呋喃、氮雜-二苯并呋喃、咔唑及氮雜-咔唑。
在一態樣中，第二主體係無機材料。
在一態樣中，發射層進一步包含第二光發射摻雜物。
在一態樣中，製造第一裝置之方法，其包含：在基板上沈積陽極層，在該陽極層之後沈積至少一個發射層，及在該至少一個發射層之後沈積陰極層；其中該至少一個發射層含有第一主體及第一磷光發射摻雜物，該第一主體包含含有至少70 wt%無機材料之物質，第一主體化合物之能帶隙小於4 eV。
在一態樣中，第一主體與第一磷光發射摻雜物反應以形成共價鍵。
通常，OLED包含至少一個安置於陽極與陰極之間並與其電連接之有機層。在施加電流時，陽極將電洞注入有機層且陰極將電子注入有機層。所注入之電洞及電子各自向帶相反電荷之電極遷移。在電子及電洞侷限於相同分子上時，形成「激子」，即具有激發能態之定域電子-電洞對。當該激子經由光電發射機制他豫時，可發射光。在一些情況下，激子可位於受激準分子或激態錯合物上。亦可存在非輻射機制(例如熱弛豫)，但通常認為其不理想。
OLED起初使用可自其單重態發光(「螢光」)之發射分子，如(例如)美國專利第4,769,292號中所揭示，其全文以引用方式併入。螢光發射通常在小於10奈秒之時間範圍內發生。
最近，已展示具有可自三重態發光(「磷光」)之發射材料的OLED。Baldo等人，「Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices」,Nature，第395卷，151-154,1998(「Baldo-I」)；及Baldo等人，「Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence」,Appl.Phys.Lett.，第75卷，第3期，4-6(1999)(「Baldo-II」)，其全文以引用方式併入。磷光更詳細闡述於美國專利第7,279,704號第5行至第6行中，其以引用方式併入。
圖1顯示有機發光裝置100。該等圖不必按比例繪製。裝置100可包括基板110、陽極115、電洞注入層120、電洞傳輸層125、電子阻擋層130、發射層135、電洞阻擋層140、 電子傳輸層145、電子注入層150、保護層155、陰極160及障壁層170。陰極160係具有第一導電層162及第二導電層164之複合陰極。裝置100可藉由依序沈積所述各層來製作。此等各個層之性質及功能以及實例材料更詳細地闡述於US 7,279,704第6行至第10行中，其以引用方式併入。
提供此等層中之每一層之更多實例。舉例而言，撓性及透明基板-陽極組合揭示於美國專利第5,844,363號中，其全文以引用方式併入。p型摻雜電洞傳送層之實例係經F.sub.4-TCNQ以50：1之莫耳比摻雜之m-MTDATA，如美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示，其全文以引用方式併入。發射材料及主體材料之實例揭示於頒予Thompson等人之美國專利第6,303,238號中，其全文以引用之方式併入。n型摻雜電子傳送層之實例係Li以1：1之莫耳比摻雜之BPhen，如美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示，其全文以引用方式併入。美國專利第5,703,436號及第5,707,745號(其全文以引用方式併入)揭示多種陰極實例，其包括具有薄金屬層(例如Mg：Ag)以及上覆透明導電、濺鍍沈積之ITO層的複合陰極。阻擋層之理論及用途更詳細闡述於美國專利第6,097,147號及美國專利申請公開案第2003/0230980號中，其全文以引用方式併入。注入層之實例提供於美國專利申請公開案第2004/0174116號中，其全文以引用方式併入。保護層之說明可見於美國專利申請公開案第2004/0174116號中，其全文以引用方式併入。
圖2顯示倒置OLED 200。該裝置包括基板210、陰極215、發射層220、電洞傳輸層225及陽極230。裝置200可藉由依序沈積所述各層來製作。由於最常用的OLED組態在陽極上方安置有陰極，且裝置200在陽極230下方安置有陰極215，故裝置200可稱為「倒置」OLED。與彼等針對裝置100所闡述者類似之材料可用於裝置200之相應層中。圖2提供一個如何自裝置100之結構省略一些層之實例。
借助非限制性實例提供圖1及2中所繪示之簡單分層結構，且應理解，本發明之實施例可結合眾多種其他結構使用。所闡述之具體材料及結構實際上具有例示性，且可使用其他材料及結構。基於設計、效能及成本因素，可藉由以不同方式組合所描述之各種層來達成功能OLED，或可完全省略多個層。亦可包括未特定闡述之其他層。可使用除特定闡述材料以外的材料。雖然本文中所提供之許多實例將各種層描述為包含單一材料，但應理解，亦可使用材料組合(例如，主體材料與摻雜物之混合物)或更通常而言混合物。另外，該等層可具有各種子層。本文中提供給各層之名稱並不意欲具有嚴格限制意義。舉例而言，在裝置200中，電洞傳輸層225傳輸電洞並將電洞注入發射層220中，且其可闡述為電洞傳輸層或電洞注入層。在一個實施例中，OLED可闡述為具有安置於陰極與陽極之間之「有機層」。此有機層可包含單一層，或可進一步包含(例如)參照圖1及2所述不同有機材料之多層。
亦可使用未特定闡述之結構及材料，例如由聚合材料構 成之OLED(PLED)，例如在頒予Friend等人之美國專利第5,247,190號中所揭示者，其全文以引用之方式併入。進一步舉例而言，可使用具有單一有機層之OLED。OLED可(例如)如於頒予Forrest等人之美國專利第5,707,745號中所述進行堆疊，其全文以引用方式併入。OLED結構可不同於圖1及2中所示之簡單分層結構。舉例而言，基板可包括成角度之反射表面以改良輸出耦合，例如頒予Forrest等人之美國專利第6,091,195號中所述之臺面結構及/或頒予Bulovic等人之美國專利第5,834,893號中所述之凹坑結構，其全文以引用方式併入。
除非另有說明，否則各實施例之任一層皆可藉由任一適宜方法來沈積。對於有機層而言，較佳方法包括熱蒸發、噴墨(例如在美國專利第6,013,982號及第6,087,196號中所述者，其全文以引用方式併入)、有機氣相沈積(OVPD)(例如頒予Forrest等人之美國專利第6,337,102號中所述者，其全文以引用方式併入)及藉由有機物蒸氣噴射印刷(OVJP)沈積(例如闡述於美國專利申請案第10/233,470號中者，其全文以引用方式併入)。其他適宜沈積方法包括旋塗及其他基於溶液之方法。基於溶液之方法較佳在氮氣或惰性氣氛下實施。對於其他層而言，較佳方法包括熱蒸發。較佳圖案化方法包括藉助遮罩沈積、冷銲(例如闡述於美國專利第6,294,398號及第6,468,819號中者，其全文以引用方式併入)及與一些沈積方法(例如噴墨及OVJD)相關之圖案化方法。亦可使用其他方法。欲沈積之材料可經修 飾以使其能適合具體沈積方法。舉例而言，在小分子中可使用諸如具支鏈或不具支鏈且較佳含有至少3個碳之烷基及芳基等取代基以增強其經受溶液處理之能力。可使用具有20個碳或更多個碳之取代基，且3至20個碳係較佳範圍。具有不對稱結構之材料可較彼等具有對稱結構之材料具有更佳溶液處理能力，此乃因不對稱材料可具有更低重結晶傾向。可使用樹枝狀聚合物取代基來增強小分子經受溶液處理之能力。
根據本發明實施例製作之裝置視情況可進一步包含障壁層。障壁層之一目的係保護電極及有機層不受環境中有害物質(包括水分、蒸氣及/或玻璃等)之破壞性暴露。障壁層可沈積於基板、電極上方、下方或緊鄰其沈積或沈積於裝置之任何其他部件(包括邊緣)上。障壁層可包含單一層或多個層。障壁層可藉由各種已知化學氣相沈積技術來形成且可包括具有單一相之組合物以及具有多個相之組合物。任一適宜材料或材料之組合皆可用於障壁層。障壁層可納入無機化合物或有機化合物或二者。較佳障壁層包含聚合材料與非聚合材料之混合物，如美國專利第7,968,146號、PCT專利申請案第PCT/US2007/023098號及第PCT/US2009/042829號中所述，其全文以引用方式併入本文中。考慮為「混合物」時，上述包含聚合材料及非聚合材料之障壁層應在相同反應條件下及/或同時沈積。聚合材料與非聚合材料之重量比可在95：5至5：95範圍內。聚合材料及非聚合材料可自同一前體材料產生。在一實例中，聚 合材料與非聚合材料之混合物基本上由聚合矽及無機矽組成。
根據本發明實施例所製作之裝置可納入各種消費產品中，包括平板顯示器、電腦監控器、醫療監控器、電視、廣告牌、內部或外部照明燈及/或信號燈、抬頭顯示器、全透明顯示器、撓性顯示器、雷射印刷機、電話、行動電話、個人數位助理(PDA)、膝上型電腦、數位照相機、攝錄影機、取景器、微顯示器、車輛、大面積牆壁、影院或露天大型運動場顯示屏或招牌。可使用各種控制機制來控制根據本發明所製作之裝置，其包括被動矩陣及主動矩陣。許多裝置意欲用於使人感覺舒適之溫度範圍內，例如18攝氏度至30攝氏度，且更佳在室溫(20至25攝氏度)下。
本文所述之材料及結構可應用於除OLED以外之裝置中。舉例而言，其他光電子裝置(例如有機太陽能電池及有機光偵測器)可採用該等材料及結構。更通常，有機裝置(例如有機電晶體)可採用該等材料及結構。
術語鹵基、鹵素、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳烷基、雜環基團、芳基、芳族基團及雜芳基已為業內已知，且在US 7,279,704第31行至第32行中加以界定，其以引用方式併入本文中。
提供第一裝置。該第一裝置包含第一有機發光裝置，其進一步包含陽極、陰極及安置於該陽極與該陰極之間之發射層。在一個實施例中，發射層包含第一主體及第一磷光發射摻雜物，該第一主體包含含有至少70 wt%無機材料之 物質；其中該第一主體之能帶隙小於4 eV。
本文所用術語「無機材料」係指彼等習用無機化合物。無機材料可為不同種類金屬，例如主族金屬、過渡金屬、鑭系元素或合金。無機材料可含有第13族至第17族元素，例如氧化物、硫化物、碳化物；最常見者係二元或三元化合物；亦可使用彼等具有三種以上元素者；其可具有金屬元素，例如金屬氧化物、金屬硫化物、金屬碳化物；或其不具有金屬元素，例如碳化矽、氧化矽。許多此等無機材料可以無機奈米晶體形式存在，例如二元化合物：ZnO、In2O3、Ni2O、MnO、MoS2、TiO2、CdS、CdSe、GaAs、InP、ZnSe、ZnTe、GeS2、InAs、CdTe、ZnS：及三元化合物：CdSexS1-x、ZnSexTe1-x、AlxZn1-xO、SnxIn1-xO3、AlGaAs、CuInS2、CuInSe2、NaYF4、BaTiO3。
無機奈米晶體可由直徑為1 nm至20 nm之經封端基團封端之無機材料微粒組成。封端基團可為有機配體或無機配體之層，使用此等表面鈍化配體以使奈米晶體在溶劑中及在基質中穩定。此等奈米晶體結構會顯示量子侷限效應，可利用該等量子侷限效應形成電子及光學性質可由奈米晶體之尺寸及類型調節之複雜異質結構。無機奈米晶體可具有CdSe核心及ZnS殼。本文所用無機材料不包括金屬配位錯合物，例如金屬乙醯丙酮化物。
現代OLED中之磷光發射層中所用之典型主體材料係純有機化合物或金屬配位化合物。在一些情形下，有機主體經惰性無機化合物摻雜。此等惰性化合物具有大於4 eV之 能帶隙。在一些螢光裝置中，同時用其他物質與無機化合物摻雜每一層(例如HTL、EML及ETL)。無機化合物亦用作電洞或電子受體且摻入注入層或其界面中。本發明使用無機化合物作為磷光裝置之發射層中之主體組份。與有機化合物或金屬配位化合物相比，無機化合物可具有更高之化學穩定性、更高之三重態能量、更佳之物理性質(例如透明度)、低毒性、高電荷遷移率且廉價，且使得能夠建構具有低操作電壓之裝置。預計用作主要主體組份之無機化合物通常應為半導體，即，能帶隙值(W.H.Strehlow,E.L.Cook,J.Phys.Chem.Ref.Data，第2卷，第1冊，1973，第163頁至第199頁)小於4 eV。
在一個實施例中，該物質包含經封端基團封端之無機材料。此等封端基團與奈米晶體之表面原子相互作用，從而使奈米晶體在極性及非極性溶劑中穩定，而不會在後續溶液製程中聚集或沈澱。
在一個實施例中，封端基團包含羧酸鹽、胺、硫醇、四氟硼酸鹽、硫化物、硫氰酸鹽或金屬硫屬化物錯合物。
在一個實施例中，第一主體包含尺寸介於1 nm至20 nm之間之該物質之微粒。
在一個實施例中，第一裝置進一步包含視情況安置於發射層與陰極之間之複數個有機層，其中該等有機層不含第一主體。
在一個實施例中，無機材料包含下列中之一或多者：硫化物、氮化物、碳化物或氧化物。
在一個實施例中，無機材料包含氧化物。
在一個實施例中，無機材料包含硫化物。
在一個實施例中，無機材料包含碳化物。
在一個實施例中，無機材料包含氮化物。
在一個實施例中，氧化物包含金屬氧化物。
在一個實施例中，金屬氧化物包含過渡金屬氧化物。
在一個實施例中，硫化物包含金屬硫化物。
在一個實施例中，碳化物包含金屬碳化物。
在一個實施例中，氮化物包含金屬氮化物。
在一個實施例中，無機材料包含二元化合物。
在一個實施例中，無機材料包含三元化合物。
在一個實施例中，第一主體包含非發射無機奈米晶體。
在一個實施例中，第一主體具有介於1 eV至4 eV之間之能帶隙值。
在一個實施例中，第一主體具有介於2 eV至3 eV之間之能帶隙值。
在一個實施例中，第一主體之能帶隙值大於第一磷光發射摻雜物之三重態能量。
在一個實施例中，發射層中之第一主體之濃度為至少50 wt%。
在一個實施例中，發射層中之第一主體之濃度為至少70 wt%。
在一個實施例中，發射層中之第一主體之濃度為至少80 wt%。
在一個實施例中，第一主體基本上由含有至少70 wt%無機材料之物質組成。
在一個實施例中，第一主體基本上由含有至少80 wt%無機材料之物質組成。
在一個實施例中，第一主體基本上由含有至少90 wt%無機材料之物質組成。
在一個實施例中，第一主體基本上由含有至少95 wt%無機材料之物質組成。
在一個實施例中，第一裝置係消費產品。
在一個實施例中，第一裝置係有機發光裝置。
在一個實施例中，第一裝置包含發光面板。
在一個實施例中，第一磷光發射摻雜物係具有原子序數大於40之金屬之金屬錯合物。
在一個實施例中，第一磷光發射摻雜物係銥錯合物。
在一個實施例中，第一磷光發射摻雜物係鉑錯合物。
在一個實施例中，第一磷光發射摻雜物包含具有至少一個配體或該配體之一部分(若該配體有兩個以上齒)之過渡金屬錯合物，該錯合物選自由下列組成之群： 其中Ra、Rb、Rc及Rd可代表單、二、三或四取代，或無取代。Ra、Rb、Rc及Rd獨立地選自由下列組成之群：氫、氘、鹵化物、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、甲矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、硫烷基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合；且其中Ra、Rb、Rc及Rd之兩個毗鄰取代基視情況連接以形成稠環或形成多齒配體。
在一個實施例中，發射層係使用溶液製程來沈積。
在一個實施例中，第一主體與第一磷光發射摻雜物反應以形成共價鍵。
在一個實施例中，發射層進一步包含第二主體。
在一個實施例中，第二主體係有機化合物。
在一個實施例中，有機化合物含有選自由下列組成之群之基團中之至少一者：聯伸三苯、二苯并噻吩、氮雜-二苯并噻吩、二苯并呋喃、氮雜-二苯并呋喃、咔唑及氮雜-咔唑。
在一個實施例中，第二主體係無機材料。
在一個實施例中，發射層進一步包含第二發射摻雜物。
在一個實施例中，製造第一裝置之方法，其包含：在基板上沈積陽極層，在該陽極層之後沈積至少一個發射層，及在該至少一個發射層之後沈積陰極層；其中該至少一個發射層含有第一主體及第一磷光發射摻雜物，該第一主體包含含有至少70 wt%無機材料之物質，第一主體化合物之 能帶隙小於4 eV。
在一個實施例中，第一主體與第一磷光發射摻雜物反應以形成共價鍵。
現將闡述本發明之特定代表性實施例，包括可如何製造該等實施例。應瞭解，特定方法、材料、條件、製程參數、裝置及諸如此類並非限制本發明之範疇。
實例性有機發光裝置係使用下文所示化合物之旋塗及真空熱蒸發來製作。該裝置係在預先經氧化銦錫(ITO)(作為陽極)塗佈之玻璃基板上製作。陰極係後接鋁層之LiF層。製作後立即在氮氣下(<1 ppm H2O及O2)用經環氧樹脂密封之玻璃蓋封裝所有裝置，在封裝內部納入水分吸收劑。
在第一裝置之一個實施例中，將電洞注入材料HIL-1與導電摻雜物-1溶解於環己酮溶劑中。溶液中導電摻雜物-1之量相對於HIL-1為10 wt%。在環己酮中HIL-1及導電摻雜物-1之總合併濃度為0.5 wt%。為形成電洞注入層(HIL)，經60秒將溶液以4000 rpm旋塗於圖案化氧化銦錫(ITO)電極上。在250℃下將所得膜烘烤30分鐘，從而使得膜不溶。亦藉由旋塗於HIL之頂部上形成電洞傳輸層(HTL)且然後形成發射層(EML)。
藉由將電洞傳輸材料(HTL-1與HTL-2之混合物)於甲苯中之0.5 wt%溶液以4000 rpm旋塗60秒來製造HTL。HTL-2之量相對於HTL-1為30 wt%，或HTL-1：HTL-2比率為70：30比率。在210℃下將HTL膜烘烤30分鐘。烘烤後，HTL變為不溶膜。
使用含有主體-1及RD-1之甲苯溶液以0.75 wt%之摻雜濃度形成EML。主體-1係分散於甲苯中之經油酸封端之CdSexS1-x/ZnS核心/殼奈米晶體(直徑為4 nm至5 nm且帶隙為2.76 eV)(25 mg/mL)(購自Cytodiagnostics)且未經任何進一步處理即使用。經60秒將溶液以1000 rpm旋塗於不溶HTL之頂部上，且然後在85℃下烘烤60分鐘以去除溶劑殘餘物。以習用方式依次真空沈積15 nm含有HB-1之電洞阻擋層、40 nm含有LG201(購自LG Chemical公司)之電子傳輸層、含有LiF之電子注入層及鋁電極(陰極)。
用於製造該等裝置之材料之結構如下：
藉由在恆定DC電流下之操作來測試裝置之性能。圖3顯示該裝置之正規化發射光譜之曲線圖。可看到，該裝置能夠在620 nm處得到來自RD-1之純發射，其中1931 CIE座標為(0.656,0.330)。在17.5 V驅動電壓下，該裝置達成10 mA/cm2之電流密度及1.74 cd/A之電流效率。據信奈米晶體材料具有低電導率且因此不適於用作OLED裝置中之主體材料。令人驚奇的是，已發現小心地選擇奈米晶體材料可使得其可用作磷光OLED裝置中之主體。
與其他材料組合
本文所述用於有機發光裝置中特定層之材料可與存於該裝置中之多種其他材料組合使用。舉例而言，本文所揭示之發射摻雜物可與眾多種主體材料、傳輸層、阻擋層、注入層、電極及可存在之其他層組合使用。下文所述或所提及之材料係可與本文所揭示化合物組合使用之材料之非限制性實例，且熟習此項技術者可容易地查閱文獻來識別可組合使用之其他材料。
HIL/HTL：
對用於本發明之電洞注入/傳輸材料沒有特別限制，且 可使用任一化合物，只要該化合物通常用作電洞注入/傳輸材料即可。該材料之實例包括但不限於：酞菁或卟啉衍生物；芳族胺衍生物；吲哚并咔唑衍生物；含有氟代烴之聚合物；具有導電性摻雜物之聚合物；導電聚合物，例如PEDOT/PSS；衍生自諸如膦酸及矽烷衍生物等化合物之自組裝單體；金屬氧化物衍生物，例如MoOx；p型半導電有機化合物，例如1,4,5,8,9,12-六氮雜聯伸三苯六甲腈；金屬錯合物及可交聯化合物。
用於HIL或HTL之芳族胺衍生物之實例包括但不限於下列一般結構：
Ar1至Ar9中之每一者皆選自：由芳族烴環狀化合物組成之群，例如苯、聯苯、三聯苯、聯伸三苯、萘、蒽、萉、菲、茀、芘、、苝、薁；由芳族雜環化合物組成之群，例如二苯并噻吩、二苯并呋喃、二苯并硒吩、呋喃、噻吩、苯并呋喃、苯并噻吩、苯并硒吩、咔唑、吲哚并咔 唑、吡啶基吲哚、吡咯并二吡啶、吡唑、咪唑、三唑、噁唑、噻唑、噁二唑、噁三唑、二噁唑、噻二唑、吡啶、噠嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、噁嗪、噁噻嗪、噁二嗪、吲哚、苯并咪唑、吲唑、吲噁嗪(indoxazine)、苯并噁唑、苯并異噁唑、苯并噻唑、喹啉、異喹啉、啉、喹唑啉、喹喏啉、萘啶、呔嗪、蝶啶、呫噸、吖啶、吩嗪、吩噻嗪、吩噁嗪、苯并呋喃并吡啶、呋喃并二吡啶、苯并噻吩并吡啶、噻吩并二吡啶、苯并硒吩并吡啶及硒吩并二吡啶；及由2至10個環狀結構單元組成之群，該等環狀結構單元係相同類型或不同類型的基團，其選自芳族烴環狀基團及芳族雜環基團且彼此直接鍵結或經由下列中之至少一者鍵結：氧原子、氮原子、硫原子、矽原子、磷原子、硼原子、鏈結構單元及脂肪族環狀基團。其中每一Ar進一步經選自由下列組成之群之取代基取代：氫、氘、鹵化物、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、甲矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、硫烷基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合。
在一態樣中，Ar1至Ar9獨立地選自由下列組成之群：
k係1至20之整數；X1至X8係C(包括CH)或N；Ar1具有與上文所定義相同之群。
用於HIL或HTL之金屬錯合物之實例包括但不限於以下通式： M係原子量大於40之金屬；(Y1-Y2)係二齒配體，Y1及Y2獨立地選自C、N、O、P及S；L係輔助配體；m係自1至可附接至該金屬之配體之最大個數的整數值；且m+n係可附接至該金屬之配體之最大個數。
在一態樣中，(Y1-Y2)係2-苯基吡啶衍生物。
在另一態樣中，(Y1-Y2)係碳烯配體。
在另一態樣中，M選自Ir、Pt、Os及Zn。
在又一態樣中，金屬錯合物相對於Fc+/Fc對在溶液中具有最小氧化電位(小於約0.6 V)。
主體：
本發明有機EL裝置之發光層較佳含有至少一種金屬錯合物作為發光材料，且可含有使用金屬錯合物作為摻雜物材料之主體材料。對主體材料之實例沒有特別限制，且可使用任何金屬錯合物或有機化合物，只要主體之三重態能量大於摻雜物之三重態能量即可。儘管下表對較佳用於發射不同色彩之裝置之主體材料進行分類，但可將任一主體材料與任一摻雜物結合使用，只要滿足三重態標準即可。
可用作主體之金屬錯合物之實例較佳具有以下通式： M係金屬；(Y3-Y4)係二齒配體，Y3及Y4獨立地選自C、N、O、P及S；L係輔助配體；m係自1至可附接至該金屬之配體之最大個數的整數；且m+n係可附接至該金屬之配體之最大個數。
在一態樣中，金屬錯合物係： (O-N)係二齒配體，其具有配位至原子O及N之金屬。
在另一態樣中，M選自Ir及Pt。
在又一態樣中，(Y3-Y4)係碳烯配體。
可用作主體之有機化合物之實例選自：由芳族烴環狀化合物組成之群，例如苯、聯苯、三聯苯、聯伸三苯、萘、蒽、萉、菲、茀、芘、、苝、薁；由芳族雜環化合物組成之群，例如二苯并噻吩、二苯并呋喃、二苯并硒吩、呋喃、噻吩、苯并呋喃、苯并噻吩、苯并硒吩、咔唑、吲哚并咔唑、吡啶基吲哚、吡咯并二吡啶、吡唑、咪唑、三唑、噁唑、噻唑、噁二唑、噁三唑、二噁唑、噻二唑、吡啶、噠嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、噁嗪、噁噻嗪、噁二嗪、吲哚、苯并咪唑、吲唑、吲噁嗪、苯并噁唑、苯并異噁唑、苯并噻唑、喹啉、異喹啉、啉、喹唑啉、喹喏啉、 萘啶、呔嗪、蝶啶、呫噸、吖啶、吩嗪、吩噻嗪、吩噁嗪、苯并呋喃并吡啶、呋喃并二吡啶、苯并噻吩并吡啶、噻吩并二吡啶、苯并硒吩并吡啶及硒吩并二吡啶；及由2至10個環狀結構單元組成之群，該等環狀結構單元係相同類型或不同類型的基團，其選自芳族烴環狀基團及芳族雜環基團且彼此直接鍵結或經由下列中之至少一者鍵結：氧原子、氮原子、硫原子、矽原子、磷原子、硼原子、鏈結構單元及脂肪族環狀基團。其中每一基團進一步經選自由下列組成之群之取代基取代：氫、氘、鹵化物、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、甲矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、硫烷基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合。
在一態樣中，主體化合物分子中含有下列基團中之至少一者：
R1至R7獨立地選自由下列組成之群：氫、氘、鹵化物、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、甲矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、硫烷基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合，當其係芳基或雜芳基時，其具有與如上文所提及Ar之定義類似之定義。
k係0至20之整數。
X1至X8選自C(包括CH)或N。
Z1及Z2選自NR1、O或S。
HBL：
電洞阻擋層(HBL)可用於減少離開發射層之電洞及/或激子之數量。與缺少阻擋層之類似裝置相比，在裝置中存在該阻擋層可產生實質上更高之效率。此外，阻擋層可用於將發射限制在OLED之期望區域內。
在一態樣中，用於HBL之化合物同樣含有上文所述用作主體之分子或官能基團。
在另一態樣中，用於HBL之化合物分子中含有下列基團中之至少一者： k係0至20之整數；L係輔助配體，m係1至3之整數。
ETL：
電子傳輸層(ETL)可包括能傳輸電子之材料。電子傳輸 層可係純的(未經摻雜的)、或經摻雜的。摻雜可用於增強導電性。對ETL材料之實例沒有特別限制，且可使用任何金屬錯合物或有機化合物，只要其通常用於傳輸電子即可。
在一態樣中，用於ETL之化合物分子中含有下列基團中之至少一者：
R1選自由下列組成之群：氫、氘、鹵化物、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、甲矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、硫烷基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合，當其係芳基或雜芳基時，其具有與上文所提及Ar之定義類似之定義。
Ar1至Ar3具有與上文提及Ar之定義類似之定義。
k係0至20之整數。
X1至X8選自C(包括CH)或N。
在另一態樣中，用於ETL之金屬錯合物含有但不限於以下通式： (O-N)或(N-N)係二齒配體，其具有配位至原子O、N或N,N之金屬；L係輔助配體；m係自1至可附接至該金屬之配體之最大個數的整數值。
在用於OLED裝置各層之任何上述化合物中，氫原子可部分或全部氘化。因此，任一特定例示之取代基(例如但不限於甲基、苯基、吡啶基等)涵蓋其未氘化、部分地氘化及完全氘化變化形式。同樣，各類取代基(例如但不限於烷基、芳基、環烷基、雜芳基等)亦包括其未氘化、部分地氘化及完全氘化變化形式。
除本文所揭示材料以外及/或與該等材料組合，在OLED中亦可使用許多電洞注入材料、電洞傳輸材料、主體材料、摻雜物材料、激子/電洞阻擋層材料、電子傳輸材料及電子注入材料。可與本文所揭示材料組合用於OLED中之材料之非限制性實例列示於下文表1中。表1列示非限制性材料種類、用於各類材料之化合物之非限制性實例及揭示該等材料之參考文獻。
應理解，本文所述之各實施例僅用於舉例說明，且並非意欲限制本發明之範疇。舉例而言，在不背離本發明精神之情況下，本文所闡述之多種材料及結構可由其他材料及 結構替代。因此，如熟習此項技術者將顯而易見，所主張之本發明可包括本文中所述具體實例及較佳實施例之變化形式。應理解，關於本發明為何可行之各種理論並非意欲具有限制性。
100‧‧‧有機發光裝置
110‧‧‧基板
115‧‧‧陽極
120‧‧‧電洞注入層
125‧‧‧電洞傳輸層
130‧‧‧電子阻擋層
135‧‧‧發射層
140‧‧‧電洞阻擋層
145‧‧‧電子傳輸層
150‧‧‧電子注入層
155‧‧‧保護層
160‧‧‧陰極
162‧‧‧第一導電層
164‧‧‧第二導電層
170‧‧‧障壁層
200‧‧‧倒置有機發光裝置
210‧‧‧基板
215‧‧‧陰極
220‧‧‧發射層
225‧‧‧電洞傳輸層
230‧‧‧陽極
圖1顯示有機發光裝置。
圖2顯示不具有單獨電子傳輸層之倒置有機發光裝置。
圖3顯示使用無機材料作為主體之實例性裝置之發射光譜。

Claims (44)

  1. 一種包含第一有機發光裝置之第一裝置，其進一步包含：陽極；陰極；及安置於該陽極與該陰極之間之發射層，包含含有至少70 wt%無機材料之物質之第一主體；及第一磷光發射摻雜物；其中該第一主體之能帶隙小於4 eV。
  2. 如請求項1之第一裝置，其中該物質包含經封端基團封端之該無機材料。
  3. 如請求項2之第一裝置，其中該等封端基團包含羧酸鹽、胺、硫醇、四氟硼酸鹽、硫化物、硫氰酸鹽或金屬硫屬化物錯合物。
  4. 如請求項2之第一裝置，其中該第一主體包含尺寸介於1 nm至20 nm之間之該物質之微粒。
  5. 如請求項1之第一裝置，其進一步包含視情況安置於該發射層與該陰極之間之複數個有機層，其中該等有機層不含該第一主體。
  6. 如請求項1之第一裝置，其中該無機材料包含下列中之一或多者：硫化物、氮化物、碳化物或氧化物。
  7. 如請求項1之第一裝置，其中該無機材料包含氧化物。
  8. 如請求項1之第一裝置，其中該無機材料包含硫化物。
  9. 如請求項1之第一裝置，其中該無機材料包含碳化物。
  10. 如請求項1之第一裝置，其中該無機材料包含氮化物。
  11. 如請求項7之第一裝置，其中該氧化物包含金屬氧化物。
  12. 如請求項11之第一裝置，其中該金屬氧化物包含過渡金屬氧化物。
  13. 如請求項8之第一裝置，其中該硫化物包含金屬硫化物。
  14. 如請求項9之第一裝置，其中該碳化物包含金屬碳化物。
  15. 如請求項9之第一裝置，其中該氮化物包含金屬氮化物。
  16. 如請求項1之第一裝置，其中該無機材料包含二元化合物。
  17. 如請求項1之第一裝置，其中該無機材料包含三元化合物。
  18. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體包含非發射無機奈米晶體。
  19. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體具有介於1 eV至4 eV之間之能帶隙值。
  20. 如請求項19之第一裝置，其中該第一主體具有介於2 eV至3 eV之間之能帶隙值。
  21. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體之能帶隙值大於該第一磷光發射摻雜物之三重態能量。
  22. 如請求項1之第一裝置，其中該發射層中之該第一主體 之濃度為至少50 wt%。
  23. 如請求項22之第一裝置，其中該發射層中之該第一主體之濃度為至少70 wt%。
  24. 如請求項23之第一裝置，其中該發射層中之該第一主體之濃度為至少80 wt%。
  25. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體基本上由含有至少70 wt%無機材料之物質組成。
  26. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體基本上由含有至少80 wt%無機材料之物質組成。
  27. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體基本上由含有至少90 wt%無機材料之物質組成。
  28. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體基本上由含有至少95 wt%無機材料之物質組成。
  29. 如請求項1之第一裝置，其中該第一裝置係消費產品。
  30. 如請求項1之第一裝置，其中該第一裝置係有機發光裝置。
  31. 如請求項1之第一裝置，其中該第一裝置包含發光面板。
  32. 如請求項1之第一裝置，其中該第一磷光發射摻雜物係具有原子序大於40之金屬之金屬錯合物。
  33. 如請求項32之第一裝置，其中該第一磷光發射摻雜物係銥錯合物。
  34. 如請求項32之第一裝置，其中該第一磷光發射摻雜物係鉑錯合物。
  35. 如請求項1之第一裝置，其中該第一磷光發射摻雜物包含具有至少一個配體或該配體之一部分(若該配體有兩個以上齒)之過渡金屬錯合物，該錯合物選自由下列組成之群： 其中Ra、Rb、Rc及Rd可代表單、二、三或四取代或無取代；其中Ra、Rb、Rc及Rd獨立地選自由下列組成之群：氫、氘、鹵化物、烷基、環烷基、雜烷基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、胺基、甲矽烷基、烯基、環烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、醯基、羰基、羧酸、酯、腈、異腈、硫烷基、亞磺醯基、磺醯基、膦基及其組合；且其中Ra、Rb、Rc及Rd中之兩個毗鄰取代基視情況連接以形成稠環或形成多齒配體。
  36. 如請求項1之第一裝置，其中該發射層係使用溶液製程來沈積。
  37. 如請求項1之第一裝置，其中該第一主體與該第一磷光 發射摻雜物反應以形成共價鍵。
  38. 如請求項1之第一裝置，其中該發射層進一步包含第二主體。
  39. 如請求項38之第一裝置，其中該第二主體係有機化合物。
  40. 如請求項39之第一裝置，其中該有機化合物含有選自由下列組成之群之基團中之至少一者：聯伸三苯、二苯并噻吩、氮雜-二苯并噻吩、二苯并呋喃、氮雜-二苯并呋喃、咔唑及氮雜-咔唑。
  41. 如請求項38之第一裝置，其中該第二主體係無機材料。
  42. 如請求項1之第一裝置，其中該發射層進一步包含第二發射摻雜物。
  43. 一種製造第一裝置之方法，其包含：在基板上沈積陽極層；在該陽極層之後沈積至少一個發射層；及在該至少一個發射層之後沈積陰極層；其中該至少一個發射層含有第一主體及第一磷光發射摻雜物，該第一主體包含含有至少70 wt%無機材料之物質；其中該第一主體化合物之能帶隙小於4 eV。
  44. 如請求項43之方法，其中該第一主體與該第一磷光發射摻雜物反應以形成共價鍵。
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