ドープ正孔輸送層を介して改善されたＯＬＥＤ安定性
有機発光デバイスが提供される。このデバイスは、アノードおよびカソードを含む。第１の有機層は、アノードとカソードとの間に配置される。第１の有機層は、第１の有機発光材料を含む発光層である。デバイスは、アノードと第１の有機層との間に配置された第２の有機層も含む。第２の有機層は非発光層である。第２の有機層は、５０から９９重量％の濃度を有する有機低分子正孔輸送材料と、０．１から５重量％の濃度を有する有機低分子電子輸送材料とを含む。その他の材料が存在していてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりその開示全体が本明細書に明確に援用される、２００８年１２月１２日に出願した米国仮出願第６１／１２１，９９１号の優先権および当該仮出願の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものである。
【０００２】
主張される本発明は、産学共同研究契約に関係する以下の当事者、即ちＲｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、及びＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの１つまたは複数によって、これらを代表して、および／またはこれらと一緒になって、なされたものである。本契約は、主張される本発明がなされた日およびそれ以前に効力が発生し、主張される本発明は、本契約の範囲内で取り組んだ活動の結果としてなされたものである。
【０００３】
本発明は、有機発光デバイスと、そのようなデバイスに関する改善された構造に関する。
【背景技術】
【０００４】
有機材料を利用する光電子デバイスは、いくつもの理由で益々求められるようになっている。そのようなデバイスを作製するのに使用される材料の多くは、比較的安価であり、したがって有機光電子デバイスは、無機デバイスにも勝るコスト上の利点がある可能性がある。さらに、可撓性などの有機材料本来の性質により、この材料を、フレキシブル基板上での作製など、特定の適用例に十分適したものにすることができる。有機光電子デバイスの例には、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）、有機光トランジスタ、有機光起電力電池、および有機光検出器が含まれる。ＯＬＥＤの場合、有機材料は、従来の材料にも勝る性能上の利点を有することができる。例えば、有機発光層が光を放出する波長は、一般に、適切なドーパントで容易に調整することができる。
【０００５】
ＯＬＥＤは、デバイスの両端に電圧を印加すると光を放出する、薄い有機被膜を利用する。ＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイ、照明、および背面照明などの用途で使用するのに益々興味深い技術になりつつある。いくつかのＯＬＥＤ材料および構成は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，８４４，３６３号、同第６，３０３，２３８号、および同第５，７０７，７４５号に記載されている。
【０００６】
リン光発光分子に関するある適用例は、フルカラーディスプレイである。そのようなディスプレイに関する工業規格は、「飽和」色と呼ばれる特定の色を発光するように適合させた画素を求める。特に、これらの規格は、飽和赤、緑、および青の画素を求める。色は、当技術分野で周知のＣＩＥ座標を使用して測定することができる。
【０００７】
緑発光分子の一例は、式Ｉの構造を有するＩｒ（ｐｐｙ）３で示される、ｔｒｉｓ（２−フェニルピリジン）イリジウムである。
【０００８】
【化１】
【０００９】
この、および本明細書の後半の図において、本発明者らは、窒素から金属（本明細書では、Ｉｒ）までの配位結合を直線で示す。
【００１０】
本明細書で使用される「有機」という用語は、有機光電子デバイスの製作に使用することができるポリマー材料、並びに低分子有機材料を含む。「低分子」は、ポリマーではない任意の有機材料を指し、「低分子」は、実際には非常に大きくてもよい。低分子は、ある状況では繰返し単位を含んでいてもよい。例えば、置換基として長鎖アルキル基を用いても、その分子は「低分子」として分類される。低分子は、例えばポリマー主鎖の側基としてまたは主鎖の一部として、ポリマーに組み込まれていてもよい。低分子は、デンドリマーのコア部分として働いてもよく、このデンドリマーは、コア部分上に構築された一連の化学シェルからなるものである。デンドリマーのコア部分は、蛍光またはリン光低分子発光体であってもよい。デンドリマーは「低分子」であってもよく、ＯＬＥＤの分野で現在使用されるすべてのデンドリマーは、低分子であると考えられる。
【００１１】
本明細書で使用される「上部」は、基板から最も遠く離れていることを意味するのに対し、「底部」は、基板に最も近いことを意味する。第１の層が第２の層の「上方に配置されている」と記述する場合、この第１の層は、基板からさらに遠く離れて配置されている。第１の層が第２の層に「接触している」と示されない限り、第１および第２の層の間にその他の層が存在していてもよい。例えばカソードは、様々な有機層が間にあるとしても、アノードの「上方に配置されている」と記述してもよい。
【００１２】
本明細書で使用される「溶液処理可能」とは、溶液または懸濁液の形で、液体媒体中に溶解し、分散し、または輸送すること、および／または液体媒体から堆積することが可能であることを意味する。
【００１３】
リガンドが、発光物質の光活性特性に直接寄与すると考えられる場合、そのリガンドを「光活性」と呼んでもよい。リガンドが発光材料の光活性特性に寄与しないと考えられる場合、リガンドを「補助的」と呼んでもよいが、補助的リガンドは、光活性リガンドの性質を変える場合がある。
【００１４】
本明細書で使用され、また当業者により一般的に理解され得る、第１の「最高被占分子軌道」（ＨＯＭＯ）または「最低空分子軌道」（ＬＵＭＯ）エネルギー準位は、第１のエネルギー準位が真空エネルギー準位により近い場合、第２のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位「よりも大きく」または当該準位「よりも高い」。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エネルギー準位は、より小さい絶対値を有するＩＰ（負の度合いが少ないＩＰ）に対応する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギー準位は、より小さい絶対値を有する電子親和性（ＥＡ）（負の度合いが少ないＥＡ）に対応する。最上部に真空レベルがある従来のエネルギー準位図で、材料のＬＵＭＯエネルギー準位は同じ材料のＨＯＭＯエネルギー準位よりも高い。「より高い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位は、「より低い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位より、そのような図の最上部により近いように見える。
【００１５】
本明細書で使用されまた当業者により一般に理解される、第１の仕事関数は、この第１の仕事関数がより高い絶対値を有する場合、第２の仕事関数「よりも大きく」または当該仕事関数「よりも高い」。仕事関数は一般に、真空レベルに対する負の数として測定されるので、「より高い」仕事関数は負の度合いがより大きいことを意味する。真空レベルが最上部にある従来のエネルギー準位図において、「より高い」仕事関数は、下向き方向に真空レベルからさらに遠く離れるように示される。したがって、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギー準位の定義は、仕事関数とは異なる規則に従う。
【００１６】
ＯＬＥＤに関するさらなる詳細および上述の定義は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号に見出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５，８４４，３６３号
【特許文献２】米国特許第６，３０３，２３８号
【特許文献３】米国特許第５，７０７，７４５号
【特許文献４】米国特許第７，２７９，７０４号
【特許文献５】米国特許第４，７６９，２９２号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号
【特許文献７】米国特許第５，７０３，４３６号
【特許文献８】米国特許第６，０９７，１４７号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号
【特許文献１０】米国特許第５，２４７，１９０号
【特許文献１１】米国特許第６，０９１，１９５号
【特許文献１２】米国特許第５，８３４，８９３号
【特許文献１３】米国特許第６，０１３，９８２号
【特許文献１４】米国特許第第６，０８７，１９６号
【特許文献１５】米国特許第６，３３７，１０２号
【特許文献１６】米国特許出願第１０／２３３，４７０号
【特許文献１７】米国特許第６，２９４，３９８号
【特許文献１８】米国特許第６，４６８，８１９号
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｂａｌｄｏら、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１〜１５４頁、１９９８年
【非特許文献２】Ｂａｌｄｏら、「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７５巻、Ｎｏ．３、４〜６頁（１９９９）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
有機発光デバイスが提供される。デバイスは、アノードおよびカソードを含む。第１の有機層は、アノードとカソードとの間に配置される。第１の有機層は、第１の有機発光材料を含む発光層である。デバイスは、アノードと第１の有機層との間に配置された第２の有機層も含む。第２の有機層は、非発光層である。第２の有機層は、５０から９９重量％の濃度を有する有機低分子正孔輸送材料と、０．１から５重量％の濃度を有する有機低分子電子輸送材料とを含む。その他の材料が存在していてもよい。
【００２０】
好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、第２の有機層内に０．１から４重量％の濃度を有し、より好ましくは２から４重量％の濃度を有する。さらにより好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、第２の有機層内に０．１から３重量％の濃度を有し、より好ましくは２から３重量％の濃度を有する。好ましくは、第２の有機層は、第１の有機層に直接接触している。
【００２１】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第３の有機層も含み、この第３の有機層は、正孔注入材料を含んでいる。一実施形態では、第３の有機層は、アノードおよび第２の有機層に直接接触している。
【００２２】
一実施形態では、デバイスは、第１の有機層とカソードとの間に配置された第４の有機層も含み、この第４の有機層は、第２の発光材料を含む発光層である。
【００２３】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第５の有機層も含み、この第５の有機層は有機低分子正孔輸送材料を含み、有機低分子電子輸送材料を含まない。
【００２４】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差よりも少なくとも０．２ｅＶ少ない、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差を有する。
【００２５】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＬＵＭＯエネルギー準位よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＬＵＭＯエネルギー準位を有する。
【００２６】
好ましくは、第１の有機発光材料はリン光性である。
【００２７】
一実施形態では、発光材料は、６００から７００ｎｍの可視スペクトルでピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、５００から６００ｎｍの可視スペクトルでピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、４００から５００ｎｍの可視スペクトルでピーク発光波長を有する。
【００２８】
有機低分子電子輸送材料用として好ましい種類の材料は、金属キノレートである。Ａｌｑ３は好ましい金属キノレートである。ＬＧ２０１も、好ましい有機低分子電子輸送材料である。
【００２９】
有機低分子正孔輸送材料用として好ましい種類の材料は、アミン含有材料である。ＮＰＤは、好ましいアミン含有材料である。
【００３０】
好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料の場合よりも高い電子移動度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】有機発光デバイスを示す図である。
【図２】個別の電子輸送層を持たない、逆有機発光デバイスを示す図である。
【図３】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する有機発光デバイスを示す図である。
【図４】電子輸送材料がドープされた非発光層と、その他の特定の層とを有する有機発光デバイスを示す図である。
【図５】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する、特定の有機発光デバイス構造を示す図である。
【図６】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する、特定の有機発光デバイス構造を示す図である。
【図７】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する、特定の有機発光デバイス構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
一般的に、ＯＬＥＤは、アノードとカソードとの間に配置された、及び、アノード及びカソードに電気的に接続された少なくとも一つの有機層を含む。電流を流すと、アノードは正孔を、カソードは電子を、有機層内に注入する。注入された正孔および電子はそれぞれ、反対に帯電した電極に向かって移動する。電子および正孔が同じ分子上に局在化した場合、励起エネルギー状態を有する局在化電子−正孔対である「励起子」を形成する。光は、励起子が光電子放出メカニズムを介して緩和したときに放出される。ある場合には、励起子は、エキシマーまたはエキシプレックス上に局在化していてもよい。熱緩和などの非放射性メカニズムが生じてもよいが、一般に望ましくないと見なされる。
【００３３】
初期ＯＬＥＤは、例えば、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第４，７６９，２９２号に開示されるように、一重項状態から光（蛍光）を放出する発光分子を使用していた。蛍光発光は、一般に、１０ナノ秒未満の時間枠で生じる。
【００３４】
より最近になって、三重項状態から光（「リン光」）を放出する発光材料を有するＯＬＥＤが、実証された。Ｂａｌｄｏら、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１〜１５４頁、１９９８年；（「Ｂａｌｄｏ−Ｉ」）、およびＢａｌｄｏら、「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７５巻、Ｎｏ．３、４〜６頁（１９９９）（”Ｂａｌｄｏ−ＩＩ”）は、参照によりその全体が援用される。リン光については、参照により組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号の５〜６欄に、より詳細に記述されている。
【００３５】
図１は、有機発光デバイス１００を示す。この図は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。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を含んでいてもよい。カソード１６０は、第１の導電層１６２および第２の導電層１６４を有する複合カソードである。デバイス１００は、記述される層を順に堆積することによって製作してもよい。これら様々な層の性質および機能、並びに例示される材料は、参照により組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号、６〜１０欄に、より詳細に記述されている。
【００３６】
これらの層のそれぞれに関するさらなる例が、利用可能である。例えば、フレキシブルで透明な基板−アノードの組合せが、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第５，８４４，３６３号に開示されている。ｐドープ正孔輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号に開示されるように、５０：１のモル比でＦ４−ＴＣＮＱがドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡである。発光およびホスト材料の例は、参照によりその全体が組み込まれているＴｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号に開示されている。ｎドープ電子輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれている米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号に開示されるように、１：１のモル比でＬｉがドープされたＢＰｈｅｎである。参照によりその全体が組み込まれている米国特許第５，７０３，４３６号および同第５，７０７，７４５号は、重なり合う透明な導電性のスパッタ堆積されたＩＴＯ層を備えた、Ｍｇ：Ａｇなどの金属の薄層を有する複合カソードを含むカソードの例を開示する。遮断層の理論および使用については、参照によりその全体が組み込まれている米国特許第６，０９７，１４７号および米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号に、より詳細に記述されている。注入層の例は、参照によりその全体が組み込まれている米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号に提供される。保護層に関する記述は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号に見出すことができる。
【００３７】
図２は、逆ＯＬＥＤ ２００を示す。このデバイスは、基板２１０、カソード２１５、発光層２２０、正孔輸送層２２５、およびアノード２３０を含む。デバイス２００は、記述される層を順に堆積することによって製作してもよい。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、またデバイス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を「逆」ＯＬＥＤと呼んでもよい。デバイス１００に関して記述されたものと同様の材料を、デバイス２００の対応する層に使用してもよい。図２は、いくつかの層をデバイス１００の構造からどのように省くことができるかの一例を提供する。
【００３８】
図１および２に示される簡単な層構造は、非限定的な例として提供され、本発明の実施形態は、広く様々なその他の構造と関連して使用してもよいことが理解される。記述される特定の材料および構造は、事実上例示的なものであり、その他の材料および構造を使用してもよい。機能性ＯＬＥＤは、種々の方法で記述される様々な層を組み合わせることによって実現してもよく、または層は、設計、性能、およびコスト要因に基づき完全に省略されてもよい。特に記述されていないその他の層を含めてもよい。特に記述されるもの以外の材料を使用してもよい。本明細書で提供される例の多くは、単一材料を含むとして様々な層について述べているが、材料の組合せ、例えばホストおよびドーパントの混合物、より一般的には混合物を、使用してもよいことが理解される。また、層は、様々な副層を有していてもよい。本明細書で様々な層に与えられる名称は、厳密に限定しようとするものではない。例えば、デバイス２００において、正孔輸送層２２５は、正孔を輸送しかつ正孔を発光層２２０内に注入し、したがって正孔輸送層または正孔注入層と称してもよい。一実施形態では、ＯＬＥＤは、カソードとアノードとの間に配置された「有機層」を有すると言ってもよい。この有機層は、単層を含んでいてもよく、または、たとえば図１および２に関して記述されるような種々の有機材料の多層をさらに含んでいてもよい。
【００３９】
参照によりその全体が組み込まれているＦｒｉｅｎｄらの米国特許第５，２４７，１９０号に開示されるような、ポリマー材料からなるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）などの、特に記述されていない構造および材料を使用してもよい。さらなる例として、単一有機層を有するＯＬＥＤを使用してもよい。ＯＬＥＤは、例えば参照によりその全体が組み込まれているＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第５，７０７，７４５号に記載されるように、積層されていてもよい。ＯＬＥＤ構造は、図１および２に示される簡単な層状化構造から外れてもよい。例えば基板は、参照によりその全体が組み込まれているＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９１，１９５号に記載されているメサ構造および／またはＢｕｌｏｖｉｃらの米国特許第５，８３４，８９３号に記載されているピット構造など、アウトカップリングを改善するために角度の付いた反射面を含んでいてもよい。
【００４０】
他に指示しない限り、様々な実施形態の層のいずれかを、任意の適切な方法により堆積してもよい。有機層の場合、好ましい方法は、熱蒸着、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，０１３，９８２号および同第６，０８７，１９６号に記載されているようなインクジェット、参照によりその全体が組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，３３７，１０２号に記載されているような有機気相成長（ＯＶＰＤ）、および参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願第１０／２３３，４７０号に記載されているような有機気相ジェット印刷（ＯＶＪＰ）による堆積を含む。その他の適切な堆積方法は、スピンコーティングおよびその他の溶液ベースのプロセスを含む。溶液ベースのプロセスは、好ましくは、窒素中または不活性雰囲気中で実施される。その他の層の場合、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、マスクを通した堆積、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，２９４，３９８号及び同第６，４６８，８１９号に記載されているような冷間圧接、およびインクジェットやＯＶＪＤなどの堆積方法のいくつかに関連したパターニングを含む。その他の方法を使用してもよい。堆積される材料は、特定の堆積方法に適合させるように修正してもよい。例えば、分岐又は非分岐の、及び好ましくは少なくとも三つの炭素を含む、アルキル基及びアリール基等の置換基が溶液処理され易くするために低分子内で使用されてよい。２０個以上の炭素を有する置換基を使用してもよく、３〜２０個の炭素が好ましい範囲である。非対称材料は再結晶の傾向が低いため、非対称構造を有する材料は対称な構造を有するものより良好な溶液処理性を有し得る。デンドリマー置換基は、低分子が溶液処理を受ける能力を高めるのに使用されてよい。
【００４１】
本発明の実施形態により製作されたデバイスは、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、看板、屋内または屋外照明および／もしくは信号用のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全に透明なディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザプリンタ、電話、携帯電話、携帯情報端末（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、車両、大面積の壁面、劇場もしくはスタジアム用スクリーン、または標識を含めた、広く様々な消費者製品に組み込まれてよい。パッシブマトリックスおよびアクティブマトリックスも含め、さまざまな制御メカニズムを、本発明により製作されたデバイスの制御に使用してもよい。デバイスの多くは、１８℃から３０℃など、より好ましくは室温（２０〜２５℃）の、人に快適な温度範囲での使用が意図される。
【００４２】
本明細書に記述される材料および構造は、ＯＬＥＤ以外のデバイスに利用してもよい。例えば、有機太陽電池および有機光検出器などのその他の光電子デバイスは、この材料および構造を用いてもよい。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、この材料および構造を用いてもよい。
【００４３】
ハロ、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリールキル、複素環基、アリール、芳香族基、およびヘテロアリールという用語は、当技術分野で公知であり、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号の３１〜３２欄で定義されている。
【００４４】
有機発光デバイスが提供される。デバイスは、アノードおよびカソードを含む。第１の有機層は、アノードとカソードとの間に配置される。第１の有機層は、第１の有機発光材料を含む発光層である。デバイスは、アノードと第１の有機層との間に配置された第２の有機層も含む。第２の有機層は、非発光層である。第２の有機層は、５０から９９重量％の濃度を有する有機低分子正孔輸送材料と、０．１から５重量％の濃度を有する有機低分子電子輸送材料を含む。その他の材料が存在していてもよい。
【００４５】
記述される構造を使用することにより、ＯＬＥＤ寿命を、第２の有機層に有機低分子電子輸送材料を含まないデバイスに対して２倍超改善した。第２の有機層は、発光層よりもアノードのほうに近く、したがって正孔を発光層に輸送する。この層に電子輸送材料を十分な量で導入することは、いくらか直観に反しているが、それはこの電子輸送材料が、望ましくないことにデバイスの動作電圧を上昇させることが予測されると考えられかつ実際に多くの状況でそのように上昇されるからであり、これは正孔輸送材料を希釈するからである。しかし、低分子有機デバイスで正しい濃度で使用する場合は、動作電圧のこの望ましくない上昇は、デバイス寿命の望ましい延長によって十分に相殺される。第２の有機層内の有機低分子電子輸送材料に関する０．１〜５重量％の濃度、好ましい範囲は０．１〜４重量％、２〜４重量％、より好ましくは０．１〜３重量％、より好ましくは２〜３重量％の濃度は、延長されたデバイス寿命と増加した動作電圧との間の兼ね合いが、広範な材料に非常に好ましいことが予測される範囲である。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態がなぜ作用するかに関し、いかなる理論にも拘泥するものではないが、多くの一般的なおよびそうでない場合には非常に望ましい正孔輸送材料が、電子および／または励起子からの損傷を受け易いと考えられる。これらの正孔輸送材料は、一般に、正孔輸送が主要な輸送メカニズムであり電子および励起子が比較的稀であるデバイスのアノード側で使用されるが、比較的低い濃度の電子または励起子は、経時的に、デバイス寿命を著しく短縮するのに十分な正孔輸送分子に損傷を与える可能性があることが考えられる。例えば、正孔濃度よりも１０６小さい電子濃度が、そのような損傷をもたらす可能性があると考えられる。
【００４７】
ある特定の破損メカニズムは、隣接するＥＭＬ層からＨＴＬへの電子または励起子の漏れに起因する、正孔輸送材料上での励起子の形成である可能性がある。電子は、正孔輸送分子上の正孔と再結合し、励起子を形成する可能性がある。電子輸送材料が正孔輸送材料よりも低い発光エネルギーを有し、また正孔輸送および電子輸送材料の発光スペクトルが重なり合う、正孔輸送層でのドーパントとしての電子輸送材料の使用によって、正孔輸送材料から電子輸送材料にエネルギーが伝達される。この状況で、正孔輸送材料は、励起子が電子輸送材料上に形成されるにつれて基底状態にまで緩和される可能性がある。電子輸送材料上の励起子の存在は、正孔輸送材料上の励起子の存在ほど、デバイスの安定性に破壊的ではない。電子輸送材料上の励起子は、引き続き、好ましくは非放射的に減衰する可能性があるが、少量の放射性減衰は、デバイスのスペクトルに著しい影響を及ぼさない限り許容することができる。
【００４８】
別の特定の破損メカニズムは、発光層から正孔輸送層内への電子の漏れおよび／または光の吸収に起因した、励起状態正孔輸送材料荷電分子（ラジカル陰イオンまたはポラロン）の形成である可能性がある。この場合、正孔輸送材料の陰イオン状態は、デバイスに対して破壊的である可能性がある。正孔輸送層内に存在する電子輸送材料は、正孔輸送層内を通して電子を輸送し、正孔輸送材料分子上での正孔および電子の再結合を防止することができる。好ましくは、電子輸送材料は、少なくとも０．２ｅＶだけ正孔輸送材料よりも低いＬＵＭＯエネルギーを有し、その結果、正孔輸送層内の電子が電子輸送材料に優先的に移動しかつそこに留まることが確実になる。
【００４９】
例えば、トリアリールアミン正孔輸送材料は、発光層からの電子および励起子の漏れによって、いくつかのデバイスで分解し、それによって動作中にデバイス全体の劣化が生じると考えられる。
【００５０】
励起子を消光することもできる少量の電子輸送材料の導入は、有用であり得る。Ａｌｑ３は、そのような材料の例である。デバイス寿命の改善は、ＥＭＬ界面からＮＰＤ ＨＴＬ内への電子または励起子の漏れに起因して形成されたＮＰＤ励起状態分子の消光によると考えられる。改善された寿命の原因と考えられる別のメカニズムは、Ａｌｑ３などの電子輸送材料による、ＮＰＤなどの正孔輸送層を通した過剰な電子の輸送であり、同じＮＰＤ分子上での正孔および電子の再結合が回避される。この輸送メカニズムを利用するために、発光層からアノードに、またはおそらくは正孔注入層にまで至る単一正孔輸送層があること、および電子輸送材料が正孔輸送材料の端から端にいたるまで存在することが好ましい。しかし、いくつかの実施形態では、電子輸送層を含む正孔輸送層の他に、電子輸送材料を含まない正孔輸送層があってもよい。この場合、多くのデバイスでは、発光層の内部または発光層のすぐ隣に接する分子の分解がデバイス寿命に最も影響を及ぼす可能性があると考えられるので、デバイス寿命のみを依然として改善することができる。
【００５１】
正孔輸送層での少量の電子輸送材料の導入は、好ましい濃度において、デバイスのスペクトルおよび電圧効率特性にほとんど影響を与えずにデバイス寿命を改善することが示された。この考えは、２から１０％のＡｌｑがドープされたＮＰＤ ＨＴＬを有する緑および赤のリン光ＯＬＥＤで試験された。Ａｌｑは、ＮＰＤよりも低い励起状態を有しかつＮＰＤから励起子を容易に受容するので、電子輸送材料として選択した。Ａｌｑは、ＮＰＤ ＨＴＬに対する電子の損傷を避けるために、ＨＴＬを通して過剰な電子（ＥＭＬから漏れた）も輸送できる。しかし、正孔輸送および電子輸送材料の広範な組合せは、同様の結果を示すことになると考えられる。試験の結果は、５重量％以下、好ましくは４重量％、より好ましくは３重量％以下の濃度が、正孔輸送層内の電子輸送材料の濃度が非常に高くなったときに生ずる望ましくない作用を回避するのに好ましいことを示した。
【００５２】
好ましくは、第２の有機層は、第１の有機層に直接接触している。発光層のアノード側のすぐ上にある非発光層、即ち発光層に接触している非発光層は、発光層のアノード側で、電子濃度が最も高いと予測される場所である。これは、低い濃度での電子輸送材料の存在から最も利益を与えることができる層である。
【００５３】
アミン含有材料は、アミン基を含む任意の有機材料である。アミン含有材料は、その良好な正孔輸送特性により、ＯＬＥＤに望ましい正孔輸送材料の部類である。トリアリールアミン、および特にＮＰＤは、好ましいアミン含有材料であり、多くのＯＬＥＤ構造で正孔輸送材料として使用される。しかし、アミン含有材料は、上述のように電子および励起子から損傷を受け易い。ＮＰＤおよびその他のトリアリールアミン正孔輸送材料は、励起状態（陰イオン状態または励起子状態）で、特に化学的に不安定であると考えられ、それが、トリアリールアミン正孔輸送材料を使用したデバイスのより短い寿命の大きな理由である可能性がある。アミン含有材料は、本発明のいくつかの実施形態で使用される好ましい正孔輸送材料である。
【００５４】
金属キノレートは、その良好な電子輸送特性により、ＯＬＥＤに望ましい電子輸送材料の部類である。Ａｌｑ３は、好ましい金属キノレートであり、多くのＯＬＥＤ構造で電子輸送材料として使用される。金属キノレートは、本発明のいくつかの実施形態で使用される好ましい電子輸送材料である。
【００５５】
「非発光性」とは、層が、デバイスの発光に非有意に寄与することを意味する。「非発光」とは、材料が、デバイス内で有意に発光しないがその他の状況においては発光性であり得ることを意味する。非発光性正孔輸送層内の電子輸送ドーパントが「非発光」であるか否かを測定する１つの方法は、対照デバイスに対する、ドープされたデバイスの１９３１ ＣＩＥ座標でのシフトの測定を介する。例えば、正孔輸送層内に特定の電子輸送ドーパントを有するデバイスが、ドーパントを持たない通常なら同一のデバイスの（０．００５， ０．００５）内にある１９３１ ＣＩＥ座標を有する場合、ドーパントは、「非発光」であると見なすことができる。好ましくは、１９３１ ＣＩＥ座標における任意のシフトは、（０．００３， ０．００３）未満である可能性がある。多くの電子輸送材料は、正孔輸送層内にドープされる場合、望ましくないことであるがこの層からの発光をもたらし、および／または範囲が本明細書に開示されるものよりも高い場合、より高い動作電圧をもたらすと考えられる。好ましくは、第２の有機層内の低分子有機電子輸送材料の濃度は、５重量％以下であり、好ましくは４重量％以下、より好ましくは３重量％以下である。
【００５６】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第３の有機層も含み、この第３の有機層は、正孔注入材料を含んでいる。一実施形態では、第３の有機層は、アノードおよび第２の有機層に直接接触している。第３の有機層は正孔注入層として働いてもよく、アノードから正孔を容易に受容しかつデバイスの残りの部分に注入する。
【００５７】
一実施形態では、デバイスは、第１の有機層とカソードとの間に配置された第４の有機層も含み、第４の有機層は、第２の発光材料を含む発光層である。そのような第４の有機層の使用は、好ましくは、ＯＬＥＤでの多数の発光材料の使用を可能にし、広い発光スペクトルおよび／または白色光を有するＯＬＥＤの生成に使用することができる。
【００５８】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第５の有機層も含み、第５の有機層は、有機低分子正孔輸送材料を含み、有機低分子電子輸送材料を含まない。有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料が存在するどの場所にも存在しないので、この実施形態は、正孔輸送層内の低分子電子輸送材料の大半の好ましい作用が、正孔輸送層を通して電子を輸送するのとは対照的に、電子に関する再結合部位として動作する電子輸送材料に起因すると考えられる状況において最も有用である。低分子有機電子輸送材料の存在を、発光層付近の領域に限定することによって、デバイス動作電圧に対する低分子有機電子輸送材料の任意の有害な作用を、さらに最小限に抑えることができる。
【００５９】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差を有する。有機低分子電子輸送材料の、より小さいＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差によって、有機低分子電子輸送材料は有機低分子正孔輸送材料からの励起子を容易に受け取ることが可能になり、一方、反対方向の励起子の移動は、それほど一般的ではない事象になる可能性がある。有機低分子電子輸送材料上の励起子の存在は、有機低分子正孔輸送材料上の励起子の存在よりも、デバイス性能に対してそれほど有害ではないと考えられる。
【００６０】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＬＵＭＯエネルギー準位よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＬＵＭＯエネルギー準位を有する。有機低分子電子輸送材料の、より低いＬＵＭＯエネルギー準位によって、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料から電子を容易に受け取ることが可能になり、または、有機低分子正孔輸送材料に優先して正孔輸送層内に発光層から漏れた任意の電子を受け取ることが可能になる。有機低分子電子輸送材料上の電子の存在は、有機低分子正孔輸送材料上の電子の存在よりも、デバイス性能に対してそれほど有害ではないと考えられる。
【００６１】
好ましくは、第１の有機発光材料はリン光性である。本明細書に開示される構造は、蛍光発光体とは対照的に、リン光発光体を使用するデバイスと併せて特に役立てることができる。一般に、リン光発光体は、蛍光デバイスの励起子寿命よりも著しく長い励起子寿命を有する。その結果、リン光デバイスでは、励起子を分子から分子に移動させかつ正孔輸送層などの隣接する層内に漏出させるという、より多くの機会が存在する可能性がある。このように、正孔輸送層での有機低分子電子輸送材料の使用によって対処される問題の１つは、リン光デバイスにおいて非常に一般的なものになる可能性がある。
【００６２】
一実施形態では、発光材料は、６００から７００ｎｍの可視スペクトル内のピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、５００から６００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、４００から５００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する。正孔輸送層で有機低分子電子輸送材料を使用するための、本明細書に開示される濃度のある好ましい態様は、有機低分子電子輸送層が著しく発光しそうにない状態である。Ａｌｑ３など、多くの好ましい有機低分子電子輸送材料は、いくつかの状況下で発光する可能性がある。Ａｌｑ３は、特に緑色光を発光する。通常なら緑色光を発光することが意図されるデバイスの、意図される発光材料ではない材料からの緑色光の発光は、あまり有害ではない可能性がある。しかし、意図される発光材料が赤または青色光を発光するデバイスでは、輸送層の材料からの緑色光の発光は、非常に望ましくない。
【００６３】
有機低分子電子輸送材料の好ましい種類の材料は、金属キノレートである。Ａｌｑ３は、好ましい金属キノレートである。ＬＧ２０１も、好ましい有機低分子電子輸送材料である。
【００６４】
有機低分子正孔輸送材料の好ましい種類の材料は、アミン含有材料である。ＮＰＤは、好ましいアミン含有材料である。
【００６５】
好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料よりも高い電子移動度を有する。当業者は一般に、材料が良好な電子輸送体であるかまたは良好な正孔輸送体であるかを知っている。二極性でありかつ電子および正孔を輸送することができる２〜３種の材料があるが、最も一般的に使用される材料は、良好な電子輸送体または良好な正孔輸送体である。材料が電子輸送材料であるかまたは正孔輸送材料であるかの１つの尺度は、その材料で作製された層の電子および正孔の移動度である。電子輸送材料の層は、一般に、その正孔移動度よりも少なくとも１桁大きい電子移動度を有する。材料が電子輸送材料であるか否かを測定する別の方法は、電子輸送層にその材料を使用して、いくつかの類似したデバイスを構築することである。デバイスは、電子輸送層の厚さが異なる他は同一である。デバイスの電流電圧特性を測定し比較することにより、電子輸送材料の電子輸送特性を定量することができる。さらに、電子輸送材料の、多くの一般に知られている群を、Ｔａｂｌｅ １（表１）に示す。
【００６６】
図３は、電子輸送材料がドープされた正孔輸送層である、非発光層を有するデバイス３００を示す。デバイス３００は、アノード３２０およびカソード３８０を含む。第１の有機発光材料を含む発光層である、第１の有機層３５０は、アノード３２０とカソード３８０との間に配置されている。非発光層である第２の有機層３４０は、有機低分子電子輸送材料がドープされた有機低分子正孔輸送材料を含む。アノード３２０と第１の有機層３５０との間に位置付けられた第２の有機層３４０は、正孔輸送層である。デバイス３００は、例示される位置でＯＬＥＤで使用される様々な有機層のいずれかであってもよい、その他の層３３０および３７０も任意選択で含む。例えば、層３７０は、正孔および／または励起子遮断層、電子輸送層、および電子注入層の１種または複数を示してもよい。例えば、層３７０は、第２の有機層３４０および正孔注入層の他に、正孔輸送層の１種または複数を示してもよい。そのような層の例を、図１および２に示す。その他のタイプの層が存在していてもよい。
【００６７】
図４は、デバイス４００を示す。デバイス４００はデバイス３００に類似しており、同様に、アノード３２０、カソード３８０、第１の有機層３５０、および第２の有機層３４０を含む。デバイス４００はさらに、デバイス３００の層３３０を示す。具体的には、デバイス４００は、アノード３２０上に順に配置された正孔注入３３１および正孔輸送層３３２を含む。正孔輸送層３３２は、好ましくは、第２の有機層３４０と同じ低分子正孔輸送材料を含むが、第２の有機層３４０とは対照的に、正孔輸送層３３２は電子輸送材料を含まない。
【００６８】
図５は、デバイス５００を示す。デバイス５００は、緑色発光デバイスに関連する実験で使用された、特定の層および材料の選択を例示する。デバイス５００は、ＩＴＯの８００Åの厚さの層であるアノード５１０、ＬＧ−１０１の１００Åの厚さの層である正孔注入層５２０、３００Åの厚さである正孔輸送層５３０、１０重量％の化合物Ａでドープされた化合物Ｂの３００Åの厚さの層である発光層５４０、化合物Ａの１００Åの厚さの層である電子輸送層５５０、ＬＧ−２０１の３００Åの厚さの層である別の電子輸送層５６０、およびＬｉＦ／Ａｌであるカソード５７０を含む。化合物Ａは、デバイス５００の緑色リン光発光材料である。
【００６９】
図６は、デバイス６００を示す。デバイス６００は、赤色発光デバイスに関連する実験で使用された、特定の層および材料の選択を例示する。デバイス６００は、ＩＴＯの８００Åの厚さの層であるアノード６１０、ＬＧ−１０１の１００Åの厚さの層である正孔注入層６２０、４００Åの厚さである正孔輸送層６３０、９重量％の化合物ＣでドープされたＢＡｌｑ Ｂの３００Åの厚さの層である発光層６４０、ＬＧ−２０１の５５０Åの厚さの層である別の電子輸送層６５０、およびＬｉＦ／Ａｌであるカソード６６０を含む。化合物Ｃは、デバイス６００の赤色リン光発光材料である。
【００７０】
図７は、デバイス７００を示す。デバイス７００は、緑色発光デバイスに関連する実験で使用された、特定の層および材料の選択を例示する。デバイス７００は、ＩＴＯの８００Åの厚さの層であるアノード７１０、化合物Ａの１００Åの厚さの層である正孔注入層７２０、３００Åの厚さである正孔輸送層７３０、１０重量％の化合物Ａでドープされた化合物Ｂの３００Åの厚さの層である発光層７４０、化合物Ｂの１００Åの厚さの層である電子輸送層７５０、Ａｌｑ３の４００Åの厚さの層である別の電子輸送層７６０、およびＬｉＦ／Ａｌであるカソード７７０を含む。化合物Ａは、デバイス７００の緑色リン光発光材料である。
【００７１】
その他の材料との組合せ
有機発光デバイスの特定の層に有用であるとして本明細書に記述される材料は、デバイス内に存在する広く様々なその他の材料と組み合わせて使用してもよい。例えば、本明細書に開示される発光ドーパントは、広く様々なホスト、輸送層、遮断層、注入層、電極、および存在し得るその他の層と併せて使用してもよい。以下に記述されまたは言及される材料は、本明細書に開示される化合物と組み合わせて役立てることができる材料の非限定的な例であり、当業者なら、組合せで役立てることができるその他の材料を特定するのに、文献を容易に調べることができる。
【００７２】
本明細書に開示される材料の他におよび／またはそのような材料と組み合わせて、多くの正孔注入材料、正孔輸送材料、ホスト材料、ドーパント材料、励起子／正孔遮断層材料、電子輸送および電子注入材料を、ＯＬＥＤで使用してもよい。本明細書に開示される材料と組み合わせてＯＬＥＤで使用してもよい材料の非限定的な例を、下記のＴａｂｌｅ １（表１）に列挙する。Ｔａｂｌｅ １（表１）は、材料の非限定的な種類、各種の化合物の非限定的な例、および材料を開示する文献を列挙する
【００７３】
【表１Ａ】
【００７４】
【表１Ｂ】
【００７５】
【表１Ｃ】
【００７６】
【表１Ｄ】
【００７７】
【表１Ｅ】
【００７８】
【表１Ｆ】
【００７９】
【表１Ｇ】
【００８０】
【表１Ｈ】
【００８１】
【表１Ｉ】
【００８２】
【表１Ｊ】
【００８３】
【表１Ｋ】
【００８４】
【表１Ｌ】
【００８５】
本明細書で使用される下記の化合物は、下記の構造を有する材料を指す：
【００８６】
【化２】
【００８７】
ＬＧ−２０１は、韓国のＬＧ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入可能な化合物である。「ＮＰＤ」は、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンを指す。「Ａｌｑ３」は、ｔｒｉｓ（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムを指す。ＢＡｌｑは、アルミニウム（ＩＩＩ）ｂｉｓ（２−メチル−８−キノリナト）４−フェニルフェノレートを指す。
【００８８】
実験
トリアリールアミンＨＴＬ（ＮＰＤ）を有する緑色および赤色リン光ＯＬＥＤの寿命は、非ドープ型ＮＰＤ ＨＴＬ参照デバイスに比べ、２％の金属キノレート（Ａｌｑ）をＨＴＬ中にドープすることによって、２×を超えて改善されてきた。すべてのドープパーセンテージは、重量％を単位とする。Ｔａｂｌｅ ２、３、および４（表２、３、および４）で報告したすべての測定は、室温環境で行った。デバイス寿命の改善は、ＥＭＬからＮＰＤ ＨＴＬ内に漏れる電子または励起子に起因する、形成されたＮＰＤ励起状態分子の消光によると考えられる。ドープされたＨＴＬは、デバイスＥＬスペクトルを汚染することなく、緑色および赤色リン光ＯＬＥＤで作用することを示し、ドープされたＨＴＬはＲ、Ｇ、Ｂ ＯＬＥＤの一般的な層構造で使用するのに適していることを示す。
【００８９】
実験データをＴａｂｌｅ ２および３（表２および３）に示す。Ｔａｂｌｅ ２（表２）は、ＨＴＬ以外のすべての材料を示した、図５に示される構造を有する緑色リン光ＯＬＥＤに関するデータを示す。ＨＴＬ材料は、Ｔａｂｌｅ ２（表２）に示されている。緑色リン光ＯＬＥＤを、ＮＰＤ ＨＴＬ（比較例１）、ＮＰＤ：２％Ａｌｑ３（実施例１）、およびＮＰＤ：１０％Ａｌｑ３（実施例２）を使用して製作した。ＮＰＤ ＨＴＬ内への２％Ａｌｑ３ドーパントの添加は、デバイスの色、効率、および電圧を著しく変えることなく、寿命を劇的に改善した（寿命×輝度の平方積［Ｇｎｉｔｓ＊ｈ］に関しては２×を超え、これは、種々の輝度出力条件下で測定されたデバイスに関するデバイス寿命の近似比較指標であり−ほとんどのＯＬＥＤは、輝度寿命が１／輝度ｎ（但し、ｎは通常１．５から２．５の間である。）に比例する、寿命の逆べき法則依存性を有する）。ＨＴＬ内のＡｌｑ３ドーパント濃度を１０％にさらに増加することによって、４０ｍＡ／ｃｍ２でのデバイス寿命はさらになお延長された。しかし、デバイスの電圧、効率、および初期輝度には、著しい悪影響もあった。表は、カンデラ／ａｍｐを単位とした発光効率、％を単位とした外部量子効率、ワット当たりのルーメンを単位とした電力効率、デバイスが、初期電流束４０ｍＡ／ｃｍ２である場合にｎｉｔを単位として測定された初期輝度Ｌ０で、その初期輝度の８０％（ＬＴ８０）またはその初期輝度の９０％（ＬＴ９０）にまで減衰するのに必要な時間数、およびＧｎｉｔｓ２時を単位として測定された寿命×輝度２の積を示す。
【００９０】
【表２】
【００９１】
Ａｌｑ３は、緑色発光体であり、ＨＴＬ内のＡｌｑ３からの一般に望ましくない発光が、緑色リン光ＯＬＥＤでは目に見えなくなる可能性がある。この理由で、ＢＡｌｑ：化合物Ｃ ＥＭＬを有する赤色発光デバイスは、ＮＰＤ ＨＴＬ（比較例２）、ＮＰＤ：２％Ａｌｑ３（実施例３）、およびＮＰＤ：５％Ａｌｑ３（実施例４）上に製作した。Ｔａｂｌｅ ３（表３）は、ＨＴＬ以外のすべての材料を示す、図６に示される構造を有する、これら赤色リン光ＯＬＥＤのデータを示す。ＨＴＬ材料をＴａｂｌｅ ３（表３）に示す。５重量％までの濃度でＮＰＤ ＨＴＬ内にＡｌｑ３ドーパントを導入することにより、デバイスのＣＩＥに著しい変化はなかった。デバイス性能は、著しく変化しない。これらの結果は、Ａｌｑ３がドープされたＮＰＤを、緑色以外の色を発光するデバイスのＨＴＬとして使用できることを示す。
【００９２】
さらに、測定された電圧、効率、および初期輝度結果の変化に対するドーパント濃度の影響は、デバイスの色が原因で、著しく変化することが予測されない。したがって、Ｔａｂｌｅ ２および３（表２および３）を総合すれば、デバイス寿命を延ばすのに、電圧、効率、および初期輝度に対する著しい悪影響なしに５重量％までのドーパント濃度を使用することができ、一方、１０重量％などのより高いドーパント濃度は、著しい悪影響をおよぼす可能性があることが示される。これらの材料が選択された理由、即ちその正孔および電子輸送特性に基づいて、結論は、一般に電子および正孔輸送材料にまで妥当に拡張できると考えられる。
【００９３】
【表３】
【００９４】
【表４】
【００９５】
Ｔａｂｌｅ ４（表４）は、ＨＴＬ以外のすべての材料を示す、図７に示される構造を有する緑色リン光ＯＬＥＤのデータを示す。ＨＴＬ材料をＴａｂｌｅ ４（表４）に示す。緑色リン光ＯＬＥＤは、２および５重量％（実施例５および６）でＬＧ−２０１がドープされたＮＰＤ ＨＴＬを使用して製作したが、これらは非ドープ型ＮＰＤ ＨＴＬを有する比較例３よりも安定であることが示された。デバイスの実施例７および８は、スプリットＨＴＬ：１５０Å非ドープ型ＮＰＤおよびＬＧ−２０１がドープされた１５０ÅＮＰＤを有し、ドープ領域はＥＭＬ層に近いものである。これらのデバイスも、比較例３の参照デバイスよりも安定である。Ｔａｂｌｅ ４（表４）のデータは、Ｔａｂｌｅ ２および３（表２および３）に示される結果を、良好な電子輸送材料となることが知られておりかつ金属キノレートではないと考えられるドーパント材料、ＬＧ２０１にまで拡張する。
【００９６】
本明細書に記述される様々な実施形態は、単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではないと理解される。例えば、本明細書に記述される材料および構造の多くは、本発明の精神から逸脱することなく、その他の材料および構造に置き換えてもよい。したがって特許請求の範囲に記載される本発明は、当業者に明らかにされるように、本明細書に記述される特定の実施例および好ましい実施形態の変形例を含んでもよい。本発明がなぜ作用するかに関する様々な理論は、限定するものではないことが理解される。
【符号の説明】
【００９７】
３２０ アノード
３３１ 正孔注入層
３３２ 非発光層
３４０ 非発光層
３５０ 発光層
３８０ カソード
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりその開示全体が本明細書に明確に援用される、２００８年１２月１２日に出願した米国仮出願第６１／１２１，９９１号の優先権および当該仮出願の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものである。
【０００２】
主張される本発明は、産学共同研究契約に関係する以下の当事者、即ちＲｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、及びＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの１つまたは複数によって、これらを代表して、および／またはこれらと一緒になって、なされたものである。本契約は、主張される本発明がなされた日およびそれ以前に効力が発生し、主張される本発明は、本契約の範囲内で取り組んだ活動の結果としてなされたものである。
【０００３】
本発明は、有機発光デバイスと、そのようなデバイスに関する改善された構造に関する。
【背景技術】
【０００４】
有機材料を利用する光電子デバイスは、いくつもの理由で益々求められるようになっている。そのようなデバイスを作製するのに使用される材料の多くは、比較的安価であり、したがって有機光電子デバイスは、無機デバイスにも勝るコスト上の利点がある可能性がある。さらに、可撓性などの有機材料本来の性質により、この材料を、フレキシブル基板上での作製など、特定の適用例に十分適したものにすることができる。有機光電子デバイスの例には、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）、有機光トランジスタ、有機光起電力電池、および有機光検出器が含まれる。ＯＬＥＤの場合、有機材料は、従来の材料にも勝る性能上の利点を有することができる。例えば、有機発光層が光を放出する波長は、一般に、適切なドーパントで容易に調整することができる。
【０００５】
ＯＬＥＤは、デバイスの両端に電圧を印加すると光を放出する、薄い有機被膜を利用する。ＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイ、照明、および背面照明などの用途で使用するのに益々興味深い技術になりつつある。いくつかのＯＬＥＤ材料および構成は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，８４４，３６３号、同第６，３０３，２３８号、および同第５，７０７，７４５号に記載されている。
【０００６】
リン光発光分子に関するある適用例は、フルカラーディスプレイである。そのようなディスプレイに関する工業規格は、「飽和」色と呼ばれる特定の色を発光するように適合させた画素を求める。特に、これらの規格は、飽和赤、緑、および青の画素を求める。色は、当技術分野で周知のＣＩＥ座標を使用して測定することができる。
【０００７】
緑発光分子の一例は、式Ｉの構造を有するＩｒ（ｐｐｙ）３で示される、ｔｒｉｓ（２−フェニルピリジン）イリジウムである。
【０００８】
【化１】
【０００９】
この、および本明細書の後半の図において、本発明者らは、窒素から金属（本明細書では、Ｉｒ）までの配位結合を直線で示す。
【００１０】
本明細書で使用される「有機」という用語は、有機光電子デバイスの製作に使用することができるポリマー材料、並びに低分子有機材料を含む。「低分子」は、ポリマーではない任意の有機材料を指し、「低分子」は、実際には非常に大きくてもよい。低分子は、ある状況では繰返し単位を含んでいてもよい。例えば、置換基として長鎖アルキル基を用いても、その分子は「低分子」として分類される。低分子は、例えばポリマー主鎖の側基としてまたは主鎖の一部として、ポリマーに組み込まれていてもよい。低分子は、デンドリマーのコア部分として働いてもよく、このデンドリマーは、コア部分上に構築された一連の化学シェルからなるものである。デンドリマーのコア部分は、蛍光またはリン光低分子発光体であってもよい。デンドリマーは「低分子」であってもよく、ＯＬＥＤの分野で現在使用されるすべてのデンドリマーは、低分子であると考えられる。
【００１１】
本明細書で使用される「上部」は、基板から最も遠く離れていることを意味するのに対し、「底部」は、基板に最も近いことを意味する。第１の層が第２の層の「上方に配置されている」と記述する場合、この第１の層は、基板からさらに遠く離れて配置されている。第１の層が第２の層に「接触している」と示されない限り、第１および第２の層の間にその他の層が存在していてもよい。例えばカソードは、様々な有機層が間にあるとしても、アノードの「上方に配置されている」と記述してもよい。
【００１２】
本明細書で使用される「溶液処理可能」とは、溶液または懸濁液の形で、液体媒体中に溶解し、分散し、または輸送すること、および／または液体媒体から堆積することが可能であることを意味する。
【００１３】
リガンドが、発光物質の光活性特性に直接寄与すると考えられる場合、そのリガンドを「光活性」と呼んでもよい。リガンドが発光材料の光活性特性に寄与しないと考えられる場合、リガンドを「補助的」と呼んでもよいが、補助的リガンドは、光活性リガンドの性質を変える場合がある。
【００１４】
本明細書で使用され、また当業者により一般的に理解され得る、第１の「最高被占分子軌道」（ＨＯＭＯ）または「最低空分子軌道」（ＬＵＭＯ）エネルギー準位は、第１のエネルギー準位が真空エネルギー準位により近い場合、第２のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位「よりも大きく」または当該準位「よりも高い」。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エネルギー準位は、より小さい絶対値を有するＩＰ（負の度合いが少ないＩＰ）に対応する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギー準位は、より小さい絶対値を有する電子親和性（ＥＡ）（負の度合いが少ないＥＡ）に対応する。最上部に真空レベルがある従来のエネルギー準位図で、材料のＬＵＭＯエネルギー準位は同じ材料のＨＯＭＯエネルギー準位よりも高い。「より高い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位は、「より低い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位より、そのような図の最上部により近いように見える。
【００１５】
本明細書で使用されまた当業者により一般に理解される、第１の仕事関数は、この第１の仕事関数がより高い絶対値を有する場合、第２の仕事関数「よりも大きく」または当該仕事関数「よりも高い」。仕事関数は一般に、真空レベルに対する負の数として測定されるので、「より高い」仕事関数は負の度合いがより大きいことを意味する。真空レベルが最上部にある従来のエネルギー準位図において、「より高い」仕事関数は、下向き方向に真空レベルからさらに遠く離れるように示される。したがって、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギー準位の定義は、仕事関数とは異なる規則に従う。
【００１６】
ＯＬＥＤに関するさらなる詳細および上述の定義は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号に見出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５，８４４，３６３号
【特許文献２】米国特許第６，３０３，２３８号
【特許文献３】米国特許第５，７０７，７４５号
【特許文献４】米国特許第７，２７９，７０４号
【特許文献５】米国特許第４，７６９，２９２号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号
【特許文献７】米国特許第５，７０３，４３６号
【特許文献８】米国特許第６，０９７，１４７号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号
【特許文献１０】米国特許第５，２４７，１９０号
【特許文献１１】米国特許第６，０９１，１９５号
【特許文献１２】米国特許第５，８３４，８９３号
【特許文献１３】米国特許第６，０１３，９８２号
【特許文献１４】米国特許第第６，０８７，１９６号
【特許文献１５】米国特許第６，３３７，１０２号
【特許文献１６】米国特許出願第１０／２３３，４７０号
【特許文献１７】米国特許第６，２９４，３９８号
【特許文献１８】米国特許第６，４６８，８１９号
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｂａｌｄｏら、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１〜１５４頁、１９９８年
【非特許文献２】Ｂａｌｄｏら、「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７５巻、Ｎｏ．３、４〜６頁（１９９９）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
有機発光デバイスが提供される。デバイスは、アノードおよびカソードを含む。第１の有機層は、アノードとカソードとの間に配置される。第１の有機層は、第１の有機発光材料を含む発光層である。デバイスは、アノードと第１の有機層との間に配置された第２の有機層も含む。第２の有機層は、非発光層である。第２の有機層は、５０から９９重量％の濃度を有する有機低分子正孔輸送材料と、０．１から５重量％の濃度を有する有機低分子電子輸送材料とを含む。その他の材料が存在していてもよい。
【００２０】
好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、第２の有機層内に０．１から４重量％の濃度を有し、より好ましくは２から４重量％の濃度を有する。さらにより好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、第２の有機層内に０．１から３重量％の濃度を有し、より好ましくは２から３重量％の濃度を有する。好ましくは、第２の有機層は、第１の有機層に直接接触している。
【００２１】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第３の有機層も含み、この第３の有機層は、正孔注入材料を含んでいる。一実施形態では、第３の有機層は、アノードおよび第２の有機層に直接接触している。
【００２２】
一実施形態では、デバイスは、第１の有機層とカソードとの間に配置された第４の有機層も含み、この第４の有機層は、第２の発光材料を含む発光層である。
【００２３】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第５の有機層も含み、この第５の有機層は有機低分子正孔輸送材料を含み、有機低分子電子輸送材料を含まない。
【００２４】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差よりも少なくとも０．２ｅＶ少ない、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差を有する。
【００２５】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＬＵＭＯエネルギー準位よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＬＵＭＯエネルギー準位を有する。
【００２６】
好ましくは、第１の有機発光材料はリン光性である。
【００２７】
一実施形態では、発光材料は、６００から７００ｎｍの可視スペクトルでピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、５００から６００ｎｍの可視スペクトルでピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、４００から５００ｎｍの可視スペクトルでピーク発光波長を有する。
【００２８】
有機低分子電子輸送材料用として好ましい種類の材料は、金属キノレートである。Ａｌｑ３は好ましい金属キノレートである。ＬＧ２０１も、好ましい有機低分子電子輸送材料である。
【００２９】
有機低分子正孔輸送材料用として好ましい種類の材料は、アミン含有材料である。ＮＰＤは、好ましいアミン含有材料である。
【００３０】
好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料の場合よりも高い電子移動度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】有機発光デバイスを示す図である。
【図２】個別の電子輸送層を持たない、逆有機発光デバイスを示す図である。
【図３】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する有機発光デバイスを示す図である。
【図４】電子輸送材料がドープされた非発光層と、その他の特定の層とを有する有機発光デバイスを示す図である。
【図５】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する、特定の有機発光デバイス構造を示す図である。
【図６】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する、特定の有機発光デバイス構造を示す図である。
【図７】電子輸送材料がドープされた非発光層を有する、特定の有機発光デバイス構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
一般的に、ＯＬＥＤは、アノードとカソードとの間に配置された、及び、アノード及びカソードに電気的に接続された少なくとも一つの有機層を含む。電流を流すと、アノードは正孔を、カソードは電子を、有機層内に注入する。注入された正孔および電子はそれぞれ、反対に帯電した電極に向かって移動する。電子および正孔が同じ分子上に局在化した場合、励起エネルギー状態を有する局在化電子−正孔対である「励起子」を形成する。光は、励起子が光電子放出メカニズムを介して緩和したときに放出される。ある場合には、励起子は、エキシマーまたはエキシプレックス上に局在化していてもよい。熱緩和などの非放射性メカニズムが生じてもよいが、一般に望ましくないと見なされる。
【００３３】
初期ＯＬＥＤは、例えば、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第４，７６９，２９２号に開示されるように、一重項状態から光（蛍光）を放出する発光分子を使用していた。蛍光発光は、一般に、１０ナノ秒未満の時間枠で生じる。
【００３４】
より最近になって、三重項状態から光（「リン光」）を放出する発光材料を有するＯＬＥＤが、実証された。Ｂａｌｄｏら、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１〜１５４頁、１９９８年；（「Ｂａｌｄｏ−Ｉ」）、およびＢａｌｄｏら、「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７５巻、Ｎｏ．３、４〜６頁（１９９９）（”Ｂａｌｄｏ−ＩＩ”）は、参照によりその全体が援用される。リン光については、参照により組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号の５〜６欄に、より詳細に記述されている。
【００３５】
図１は、有機発光デバイス１００を示す。この図は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。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を含んでいてもよい。カソード１６０は、第１の導電層１６２および第２の導電層１６４を有する複合カソードである。デバイス１００は、記述される層を順に堆積することによって製作してもよい。これら様々な層の性質および機能、並びに例示される材料は、参照により組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号、６〜１０欄に、より詳細に記述されている。
【００３６】
これらの層のそれぞれに関するさらなる例が、利用可能である。例えば、フレキシブルで透明な基板−アノードの組合せが、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第５，８４４，３６３号に開示されている。ｐドープ正孔輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号に開示されるように、５０：１のモル比でＦ４−ＴＣＮＱがドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡである。発光およびホスト材料の例は、参照によりその全体が組み込まれているＴｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号に開示されている。ｎドープ電子輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれている米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号に開示されるように、１：１のモル比でＬｉがドープされたＢＰｈｅｎである。参照によりその全体が組み込まれている米国特許第５，７０３，４３６号および同第５，７０７，７４５号は、重なり合う透明な導電性のスパッタ堆積されたＩＴＯ層を備えた、Ｍｇ：Ａｇなどの金属の薄層を有する複合カソードを含むカソードの例を開示する。遮断層の理論および使用については、参照によりその全体が組み込まれている米国特許第６，０９７，１４７号および米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号に、より詳細に記述されている。注入層の例は、参照によりその全体が組み込まれている米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号に提供される。保護層に関する記述は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号に見出すことができる。
【００３７】
図２は、逆ＯＬＥＤ ２００を示す。このデバイスは、基板２１０、カソード２１５、発光層２２０、正孔輸送層２２５、およびアノード２３０を含む。デバイス２００は、記述される層を順に堆積することによって製作してもよい。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、またデバイス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を「逆」ＯＬＥＤと呼んでもよい。デバイス１００に関して記述されたものと同様の材料を、デバイス２００の対応する層に使用してもよい。図２は、いくつかの層をデバイス１００の構造からどのように省くことができるかの一例を提供する。
【００３８】
図１および２に示される簡単な層構造は、非限定的な例として提供され、本発明の実施形態は、広く様々なその他の構造と関連して使用してもよいことが理解される。記述される特定の材料および構造は、事実上例示的なものであり、その他の材料および構造を使用してもよい。機能性ＯＬＥＤは、種々の方法で記述される様々な層を組み合わせることによって実現してもよく、または層は、設計、性能、およびコスト要因に基づき完全に省略されてもよい。特に記述されていないその他の層を含めてもよい。特に記述されるもの以外の材料を使用してもよい。本明細書で提供される例の多くは、単一材料を含むとして様々な層について述べているが、材料の組合せ、例えばホストおよびドーパントの混合物、より一般的には混合物を、使用してもよいことが理解される。また、層は、様々な副層を有していてもよい。本明細書で様々な層に与えられる名称は、厳密に限定しようとするものではない。例えば、デバイス２００において、正孔輸送層２２５は、正孔を輸送しかつ正孔を発光層２２０内に注入し、したがって正孔輸送層または正孔注入層と称してもよい。一実施形態では、ＯＬＥＤは、カソードとアノードとの間に配置された「有機層」を有すると言ってもよい。この有機層は、単層を含んでいてもよく、または、たとえば図１および２に関して記述されるような種々の有機材料の多層をさらに含んでいてもよい。
【００３９】
参照によりその全体が組み込まれているＦｒｉｅｎｄらの米国特許第５，２４７，１９０号に開示されるような、ポリマー材料からなるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）などの、特に記述されていない構造および材料を使用してもよい。さらなる例として、単一有機層を有するＯＬＥＤを使用してもよい。ＯＬＥＤは、例えば参照によりその全体が組み込まれているＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第５，７０７，７４５号に記載されるように、積層されていてもよい。ＯＬＥＤ構造は、図１および２に示される簡単な層状化構造から外れてもよい。例えば基板は、参照によりその全体が組み込まれているＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９１，１９５号に記載されているメサ構造および／またはＢｕｌｏｖｉｃらの米国特許第５，８３４，８９３号に記載されているピット構造など、アウトカップリングを改善するために角度の付いた反射面を含んでいてもよい。
【００４０】
他に指示しない限り、様々な実施形態の層のいずれかを、任意の適切な方法により堆積してもよい。有機層の場合、好ましい方法は、熱蒸着、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，０１３，９８２号および同第６，０８７，１９６号に記載されているようなインクジェット、参照によりその全体が組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，３３７，１０２号に記載されているような有機気相成長（ＯＶＰＤ）、および参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願第１０／２３３，４７０号に記載されているような有機気相ジェット印刷（ＯＶＪＰ）による堆積を含む。その他の適切な堆積方法は、スピンコーティングおよびその他の溶液ベースのプロセスを含む。溶液ベースのプロセスは、好ましくは、窒素中または不活性雰囲気中で実施される。その他の層の場合、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、マスクを通した堆積、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，２９４，３９８号及び同第６，４６８，８１９号に記載されているような冷間圧接、およびインクジェットやＯＶＪＤなどの堆積方法のいくつかに関連したパターニングを含む。その他の方法を使用してもよい。堆積される材料は、特定の堆積方法に適合させるように修正してもよい。例えば、分岐又は非分岐の、及び好ましくは少なくとも三つの炭素を含む、アルキル基及びアリール基等の置換基が溶液処理され易くするために低分子内で使用されてよい。２０個以上の炭素を有する置換基を使用してもよく、３〜２０個の炭素が好ましい範囲である。非対称材料は再結晶の傾向が低いため、非対称構造を有する材料は対称な構造を有するものより良好な溶液処理性を有し得る。デンドリマー置換基は、低分子が溶液処理を受ける能力を高めるのに使用されてよい。
【００４１】
本発明の実施形態により製作されたデバイスは、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、看板、屋内または屋外照明および／もしくは信号用のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全に透明なディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザプリンタ、電話、携帯電話、携帯情報端末（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、車両、大面積の壁面、劇場もしくはスタジアム用スクリーン、または標識を含めた、広く様々な消費者製品に組み込まれてよい。パッシブマトリックスおよびアクティブマトリックスも含め、さまざまな制御メカニズムを、本発明により製作されたデバイスの制御に使用してもよい。デバイスの多くは、１８℃から３０℃など、より好ましくは室温（２０〜２５℃）の、人に快適な温度範囲での使用が意図される。
【００４２】
本明細書に記述される材料および構造は、ＯＬＥＤ以外のデバイスに利用してもよい。例えば、有機太陽電池および有機光検出器などのその他の光電子デバイスは、この材料および構造を用いてもよい。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、この材料および構造を用いてもよい。
【００４３】
ハロ、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリールキル、複素環基、アリール、芳香族基、およびヘテロアリールという用語は、当技術分野で公知であり、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号の３１〜３２欄で定義されている。
【００４４】
有機発光デバイスが提供される。デバイスは、アノードおよびカソードを含む。第１の有機層は、アノードとカソードとの間に配置される。第１の有機層は、第１の有機発光材料を含む発光層である。デバイスは、アノードと第１の有機層との間に配置された第２の有機層も含む。第２の有機層は、非発光層である。第２の有機層は、５０から９９重量％の濃度を有する有機低分子正孔輸送材料と、０．１から５重量％の濃度を有する有機低分子電子輸送材料を含む。その他の材料が存在していてもよい。
【００４５】
記述される構造を使用することにより、ＯＬＥＤ寿命を、第２の有機層に有機低分子電子輸送材料を含まないデバイスに対して２倍超改善した。第２の有機層は、発光層よりもアノードのほうに近く、したがって正孔を発光層に輸送する。この層に電子輸送材料を十分な量で導入することは、いくらか直観に反しているが、それはこの電子輸送材料が、望ましくないことにデバイスの動作電圧を上昇させることが予測されると考えられかつ実際に多くの状況でそのように上昇されるからであり、これは正孔輸送材料を希釈するからである。しかし、低分子有機デバイスで正しい濃度で使用する場合は、動作電圧のこの望ましくない上昇は、デバイス寿命の望ましい延長によって十分に相殺される。第２の有機層内の有機低分子電子輸送材料に関する０．１〜５重量％の濃度、好ましい範囲は０．１〜４重量％、２〜４重量％、より好ましくは０．１〜３重量％、より好ましくは２〜３重量％の濃度は、延長されたデバイス寿命と増加した動作電圧との間の兼ね合いが、広範な材料に非常に好ましいことが予測される範囲である。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態がなぜ作用するかに関し、いかなる理論にも拘泥するものではないが、多くの一般的なおよびそうでない場合には非常に望ましい正孔輸送材料が、電子および／または励起子からの損傷を受け易いと考えられる。これらの正孔輸送材料は、一般に、正孔輸送が主要な輸送メカニズムであり電子および励起子が比較的稀であるデバイスのアノード側で使用されるが、比較的低い濃度の電子または励起子は、経時的に、デバイス寿命を著しく短縮するのに十分な正孔輸送分子に損傷を与える可能性があることが考えられる。例えば、正孔濃度よりも１０６小さい電子濃度が、そのような損傷をもたらす可能性があると考えられる。
【００４７】
ある特定の破損メカニズムは、隣接するＥＭＬ層からＨＴＬへの電子または励起子の漏れに起因する、正孔輸送材料上での励起子の形成である可能性がある。電子は、正孔輸送分子上の正孔と再結合し、励起子を形成する可能性がある。電子輸送材料が正孔輸送材料よりも低い発光エネルギーを有し、また正孔輸送および電子輸送材料の発光スペクトルが重なり合う、正孔輸送層でのドーパントとしての電子輸送材料の使用によって、正孔輸送材料から電子輸送材料にエネルギーが伝達される。この状況で、正孔輸送材料は、励起子が電子輸送材料上に形成されるにつれて基底状態にまで緩和される可能性がある。電子輸送材料上の励起子の存在は、正孔輸送材料上の励起子の存在ほど、デバイスの安定性に破壊的ではない。電子輸送材料上の励起子は、引き続き、好ましくは非放射的に減衰する可能性があるが、少量の放射性減衰は、デバイスのスペクトルに著しい影響を及ぼさない限り許容することができる。
【００４８】
別の特定の破損メカニズムは、発光層から正孔輸送層内への電子の漏れおよび／または光の吸収に起因した、励起状態正孔輸送材料荷電分子（ラジカル陰イオンまたはポラロン）の形成である可能性がある。この場合、正孔輸送材料の陰イオン状態は、デバイスに対して破壊的である可能性がある。正孔輸送層内に存在する電子輸送材料は、正孔輸送層内を通して電子を輸送し、正孔輸送材料分子上での正孔および電子の再結合を防止することができる。好ましくは、電子輸送材料は、少なくとも０．２ｅＶだけ正孔輸送材料よりも低いＬＵＭＯエネルギーを有し、その結果、正孔輸送層内の電子が電子輸送材料に優先的に移動しかつそこに留まることが確実になる。
【００４９】
例えば、トリアリールアミン正孔輸送材料は、発光層からの電子および励起子の漏れによって、いくつかのデバイスで分解し、それによって動作中にデバイス全体の劣化が生じると考えられる。
【００５０】
励起子を消光することもできる少量の電子輸送材料の導入は、有用であり得る。Ａｌｑ３は、そのような材料の例である。デバイス寿命の改善は、ＥＭＬ界面からＮＰＤ ＨＴＬ内への電子または励起子の漏れに起因して形成されたＮＰＤ励起状態分子の消光によると考えられる。改善された寿命の原因と考えられる別のメカニズムは、Ａｌｑ３などの電子輸送材料による、ＮＰＤなどの正孔輸送層を通した過剰な電子の輸送であり、同じＮＰＤ分子上での正孔および電子の再結合が回避される。この輸送メカニズムを利用するために、発光層からアノードに、またはおそらくは正孔注入層にまで至る単一正孔輸送層があること、および電子輸送材料が正孔輸送材料の端から端にいたるまで存在することが好ましい。しかし、いくつかの実施形態では、電子輸送層を含む正孔輸送層の他に、電子輸送材料を含まない正孔輸送層があってもよい。この場合、多くのデバイスでは、発光層の内部または発光層のすぐ隣に接する分子の分解がデバイス寿命に最も影響を及ぼす可能性があると考えられるので、デバイス寿命のみを依然として改善することができる。
【００５１】
正孔輸送層での少量の電子輸送材料の導入は、好ましい濃度において、デバイスのスペクトルおよび電圧効率特性にほとんど影響を与えずにデバイス寿命を改善することが示された。この考えは、２から１０％のＡｌｑがドープされたＮＰＤ ＨＴＬを有する緑および赤のリン光ＯＬＥＤで試験された。Ａｌｑは、ＮＰＤよりも低い励起状態を有しかつＮＰＤから励起子を容易に受容するので、電子輸送材料として選択した。Ａｌｑは、ＮＰＤ ＨＴＬに対する電子の損傷を避けるために、ＨＴＬを通して過剰な電子（ＥＭＬから漏れた）も輸送できる。しかし、正孔輸送および電子輸送材料の広範な組合せは、同様の結果を示すことになると考えられる。試験の結果は、５重量％以下、好ましくは４重量％、より好ましくは３重量％以下の濃度が、正孔輸送層内の電子輸送材料の濃度が非常に高くなったときに生ずる望ましくない作用を回避するのに好ましいことを示した。
【００５２】
好ましくは、第２の有機層は、第１の有機層に直接接触している。発光層のアノード側のすぐ上にある非発光層、即ち発光層に接触している非発光層は、発光層のアノード側で、電子濃度が最も高いと予測される場所である。これは、低い濃度での電子輸送材料の存在から最も利益を与えることができる層である。
【００５３】
アミン含有材料は、アミン基を含む任意の有機材料である。アミン含有材料は、その良好な正孔輸送特性により、ＯＬＥＤに望ましい正孔輸送材料の部類である。トリアリールアミン、および特にＮＰＤは、好ましいアミン含有材料であり、多くのＯＬＥＤ構造で正孔輸送材料として使用される。しかし、アミン含有材料は、上述のように電子および励起子から損傷を受け易い。ＮＰＤおよびその他のトリアリールアミン正孔輸送材料は、励起状態（陰イオン状態または励起子状態）で、特に化学的に不安定であると考えられ、それが、トリアリールアミン正孔輸送材料を使用したデバイスのより短い寿命の大きな理由である可能性がある。アミン含有材料は、本発明のいくつかの実施形態で使用される好ましい正孔輸送材料である。
【００５４】
金属キノレートは、その良好な電子輸送特性により、ＯＬＥＤに望ましい電子輸送材料の部類である。Ａｌｑ３は、好ましい金属キノレートであり、多くのＯＬＥＤ構造で電子輸送材料として使用される。金属キノレートは、本発明のいくつかの実施形態で使用される好ましい電子輸送材料である。
【００５５】
「非発光性」とは、層が、デバイスの発光に非有意に寄与することを意味する。「非発光」とは、材料が、デバイス内で有意に発光しないがその他の状況においては発光性であり得ることを意味する。非発光性正孔輸送層内の電子輸送ドーパントが「非発光」であるか否かを測定する１つの方法は、対照デバイスに対する、ドープされたデバイスの１９３１ ＣＩＥ座標でのシフトの測定を介する。例えば、正孔輸送層内に特定の電子輸送ドーパントを有するデバイスが、ドーパントを持たない通常なら同一のデバイスの（０．００５， ０．００５）内にある１９３１ ＣＩＥ座標を有する場合、ドーパントは、「非発光」であると見なすことができる。好ましくは、１９３１ ＣＩＥ座標における任意のシフトは、（０．００３， ０．００３）未満である可能性がある。多くの電子輸送材料は、正孔輸送層内にドープされる場合、望ましくないことであるがこの層からの発光をもたらし、および／または範囲が本明細書に開示されるものよりも高い場合、より高い動作電圧をもたらすと考えられる。好ましくは、第２の有機層内の低分子有機電子輸送材料の濃度は、５重量％以下であり、好ましくは４重量％以下、より好ましくは３重量％以下である。
【００５６】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第３の有機層も含み、この第３の有機層は、正孔注入材料を含んでいる。一実施形態では、第３の有機層は、アノードおよび第２の有機層に直接接触している。第３の有機層は正孔注入層として働いてもよく、アノードから正孔を容易に受容しかつデバイスの残りの部分に注入する。
【００５７】
一実施形態では、デバイスは、第１の有機層とカソードとの間に配置された第４の有機層も含み、第４の有機層は、第２の発光材料を含む発光層である。そのような第４の有機層の使用は、好ましくは、ＯＬＥＤでの多数の発光材料の使用を可能にし、広い発光スペクトルおよび／または白色光を有するＯＬＥＤの生成に使用することができる。
【００５８】
一実施形態では、デバイスは、第２の有機層とアノードとの間に配置された第５の有機層も含み、第５の有機層は、有機低分子正孔輸送材料を含み、有機低分子電子輸送材料を含まない。有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料が存在するどの場所にも存在しないので、この実施形態は、正孔輸送層内の低分子電子輸送材料の大半の好ましい作用が、正孔輸送層を通して電子を輸送するのとは対照的に、電子に関する再結合部位として動作する電子輸送材料に起因すると考えられる状況において最も有用である。低分子有機電子輸送材料の存在を、発光層付近の領域に限定することによって、デバイス動作電圧に対する低分子有機電子輸送材料の任意の有害な作用を、さらに最小限に抑えることができる。
【００５９】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差を有する。有機低分子電子輸送材料の、より小さいＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差によって、有機低分子電子輸送材料は有機低分子正孔輸送材料からの励起子を容易に受け取ることが可能になり、一方、反対方向の励起子の移動は、それほど一般的ではない事象になる可能性がある。有機低分子電子輸送材料上の励起子の存在は、有機低分子正孔輸送材料上の励起子の存在よりも、デバイス性能に対してそれほど有害ではないと考えられる。
【００６０】
一実施形態では、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料のＬＵＭＯエネルギー準位よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＬＵＭＯエネルギー準位を有する。有機低分子電子輸送材料の、より低いＬＵＭＯエネルギー準位によって、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料から電子を容易に受け取ることが可能になり、または、有機低分子正孔輸送材料に優先して正孔輸送層内に発光層から漏れた任意の電子を受け取ることが可能になる。有機低分子電子輸送材料上の電子の存在は、有機低分子正孔輸送材料上の電子の存在よりも、デバイス性能に対してそれほど有害ではないと考えられる。
【００６１】
好ましくは、第１の有機発光材料はリン光性である。本明細書に開示される構造は、蛍光発光体とは対照的に、リン光発光体を使用するデバイスと併せて特に役立てることができる。一般に、リン光発光体は、蛍光デバイスの励起子寿命よりも著しく長い励起子寿命を有する。その結果、リン光デバイスでは、励起子を分子から分子に移動させかつ正孔輸送層などの隣接する層内に漏出させるという、より多くの機会が存在する可能性がある。このように、正孔輸送層での有機低分子電子輸送材料の使用によって対処される問題の１つは、リン光デバイスにおいて非常に一般的なものになる可能性がある。
【００６２】
一実施形態では、発光材料は、６００から７００ｎｍの可視スペクトル内のピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、５００から６００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する。別の実施形態では、発光材料は、４００から５００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する。正孔輸送層で有機低分子電子輸送材料を使用するための、本明細書に開示される濃度のある好ましい態様は、有機低分子電子輸送層が著しく発光しそうにない状態である。Ａｌｑ３など、多くの好ましい有機低分子電子輸送材料は、いくつかの状況下で発光する可能性がある。Ａｌｑ３は、特に緑色光を発光する。通常なら緑色光を発光することが意図されるデバイスの、意図される発光材料ではない材料からの緑色光の発光は、あまり有害ではない可能性がある。しかし、意図される発光材料が赤または青色光を発光するデバイスでは、輸送層の材料からの緑色光の発光は、非常に望ましくない。
【００６３】
有機低分子電子輸送材料の好ましい種類の材料は、金属キノレートである。Ａｌｑ３は、好ましい金属キノレートである。ＬＧ２０１も、好ましい有機低分子電子輸送材料である。
【００６４】
有機低分子正孔輸送材料の好ましい種類の材料は、アミン含有材料である。ＮＰＤは、好ましいアミン含有材料である。
【００６５】
好ましくは、有機低分子電子輸送材料は、有機低分子正孔輸送材料よりも高い電子移動度を有する。当業者は一般に、材料が良好な電子輸送体であるかまたは良好な正孔輸送体であるかを知っている。二極性でありかつ電子および正孔を輸送することができる２〜３種の材料があるが、最も一般的に使用される材料は、良好な電子輸送体または良好な正孔輸送体である。材料が電子輸送材料であるかまたは正孔輸送材料であるかの１つの尺度は、その材料で作製された層の電子および正孔の移動度である。電子輸送材料の層は、一般に、その正孔移動度よりも少なくとも１桁大きい電子移動度を有する。材料が電子輸送材料であるか否かを測定する別の方法は、電子輸送層にその材料を使用して、いくつかの類似したデバイスを構築することである。デバイスは、電子輸送層の厚さが異なる他は同一である。デバイスの電流電圧特性を測定し比較することにより、電子輸送材料の電子輸送特性を定量することができる。さらに、電子輸送材料の、多くの一般に知られている群を、Ｔａｂｌｅ １（表１）に示す。
【００６６】
図３は、電子輸送材料がドープされた正孔輸送層である、非発光層を有するデバイス３００を示す。デバイス３００は、アノード３２０およびカソード３８０を含む。第１の有機発光材料を含む発光層である、第１の有機層３５０は、アノード３２０とカソード３８０との間に配置されている。非発光層である第２の有機層３４０は、有機低分子電子輸送材料がドープされた有機低分子正孔輸送材料を含む。アノード３２０と第１の有機層３５０との間に位置付けられた第２の有機層３４０は、正孔輸送層である。デバイス３００は、例示される位置でＯＬＥＤで使用される様々な有機層のいずれかであってもよい、その他の層３３０および３７０も任意選択で含む。例えば、層３７０は、正孔および／または励起子遮断層、電子輸送層、および電子注入層の１種または複数を示してもよい。例えば、層３７０は、第２の有機層３４０および正孔注入層の他に、正孔輸送層の１種または複数を示してもよい。そのような層の例を、図１および２に示す。その他のタイプの層が存在していてもよい。
【００６７】
図４は、デバイス４００を示す。デバイス４００はデバイス３００に類似しており、同様に、アノード３２０、カソード３８０、第１の有機層３５０、および第２の有機層３４０を含む。デバイス４００はさらに、デバイス３００の層３３０を示す。具体的には、デバイス４００は、アノード３２０上に順に配置された正孔注入３３１および正孔輸送層３３２を含む。正孔輸送層３３２は、好ましくは、第２の有機層３４０と同じ低分子正孔輸送材料を含むが、第２の有機層３４０とは対照的に、正孔輸送層３３２は電子輸送材料を含まない。
【００６８】
図５は、デバイス５００を示す。デバイス５００は、緑色発光デバイスに関連する実験で使用された、特定の層および材料の選択を例示する。デバイス５００は、ＩＴＯの８００Åの厚さの層であるアノード５１０、ＬＧ−１０１の１００Åの厚さの層である正孔注入層５２０、３００Åの厚さである正孔輸送層５３０、１０重量％の化合物Ａでドープされた化合物Ｂの３００Åの厚さの層である発光層５４０、化合物Ａの１００Åの厚さの層である電子輸送層５５０、ＬＧ−２０１の３００Åの厚さの層である別の電子輸送層５６０、およびＬｉＦ／Ａｌであるカソード５７０を含む。化合物Ａは、デバイス５００の緑色リン光発光材料である。
【００６９】
図６は、デバイス６００を示す。デバイス６００は、赤色発光デバイスに関連する実験で使用された、特定の層および材料の選択を例示する。デバイス６００は、ＩＴＯの８００Åの厚さの層であるアノード６１０、ＬＧ−１０１の１００Åの厚さの層である正孔注入層６２０、４００Åの厚さである正孔輸送層６３０、９重量％の化合物ＣでドープされたＢＡｌｑ Ｂの３００Åの厚さの層である発光層６４０、ＬＧ−２０１の５５０Åの厚さの層である別の電子輸送層６５０、およびＬｉＦ／Ａｌであるカソード６６０を含む。化合物Ｃは、デバイス６００の赤色リン光発光材料である。
【００７０】
図７は、デバイス７００を示す。デバイス７００は、緑色発光デバイスに関連する実験で使用された、特定の層および材料の選択を例示する。デバイス７００は、ＩＴＯの８００Åの厚さの層であるアノード７１０、化合物Ａの１００Åの厚さの層である正孔注入層７２０、３００Åの厚さである正孔輸送層７３０、１０重量％の化合物Ａでドープされた化合物Ｂの３００Åの厚さの層である発光層７４０、化合物Ｂの１００Åの厚さの層である電子輸送層７５０、Ａｌｑ３の４００Åの厚さの層である別の電子輸送層７６０、およびＬｉＦ／Ａｌであるカソード７７０を含む。化合物Ａは、デバイス７００の緑色リン光発光材料である。
【００７１】
その他の材料との組合せ
有機発光デバイスの特定の層に有用であるとして本明細書に記述される材料は、デバイス内に存在する広く様々なその他の材料と組み合わせて使用してもよい。例えば、本明細書に開示される発光ドーパントは、広く様々なホスト、輸送層、遮断層、注入層、電極、および存在し得るその他の層と併せて使用してもよい。以下に記述されまたは言及される材料は、本明細書に開示される化合物と組み合わせて役立てることができる材料の非限定的な例であり、当業者なら、組合せで役立てることができるその他の材料を特定するのに、文献を容易に調べることができる。
【００７２】
本明細書に開示される材料の他におよび／またはそのような材料と組み合わせて、多くの正孔注入材料、正孔輸送材料、ホスト材料、ドーパント材料、励起子／正孔遮断層材料、電子輸送および電子注入材料を、ＯＬＥＤで使用してもよい。本明細書に開示される材料と組み合わせてＯＬＥＤで使用してもよい材料の非限定的な例を、下記のＴａｂｌｅ １（表１）に列挙する。Ｔａｂｌｅ １（表１）は、材料の非限定的な種類、各種の化合物の非限定的な例、および材料を開示する文献を列挙する
【００７３】
【表１Ａ】
【００７４】
【表１Ｂ】
【００７５】
【表１Ｃ】
【００７６】
【表１Ｄ】
【００７７】
【表１Ｅ】
【００７８】
【表１Ｆ】
【００７９】
【表１Ｇ】
【００８０】
【表１Ｈ】
【００８１】
【表１Ｉ】
【００８２】
【表１Ｊ】
【００８３】
【表１Ｋ】
【００８４】
【表１Ｌ】
【００８５】
本明細書で使用される下記の化合物は、下記の構造を有する材料を指す：
【００８６】
【化２】
【００８７】
ＬＧ−２０１は、韓国のＬＧ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入可能な化合物である。「ＮＰＤ」は、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンを指す。「Ａｌｑ３」は、ｔｒｉｓ（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムを指す。ＢＡｌｑは、アルミニウム（ＩＩＩ）ｂｉｓ（２−メチル−８−キノリナト）４−フェニルフェノレートを指す。
【００８８】
実験
トリアリールアミンＨＴＬ（ＮＰＤ）を有する緑色および赤色リン光ＯＬＥＤの寿命は、非ドープ型ＮＰＤ ＨＴＬ参照デバイスに比べ、２％の金属キノレート（Ａｌｑ）をＨＴＬ中にドープすることによって、２×を超えて改善されてきた。すべてのドープパーセンテージは、重量％を単位とする。Ｔａｂｌｅ ２、３、および４（表２、３、および４）で報告したすべての測定は、室温環境で行った。デバイス寿命の改善は、ＥＭＬからＮＰＤ ＨＴＬ内に漏れる電子または励起子に起因する、形成されたＮＰＤ励起状態分子の消光によると考えられる。ドープされたＨＴＬは、デバイスＥＬスペクトルを汚染することなく、緑色および赤色リン光ＯＬＥＤで作用することを示し、ドープされたＨＴＬはＲ、Ｇ、Ｂ ＯＬＥＤの一般的な層構造で使用するのに適していることを示す。
【００８９】
実験データをＴａｂｌｅ ２および３（表２および３）に示す。Ｔａｂｌｅ ２（表２）は、ＨＴＬ以外のすべての材料を示した、図５に示される構造を有する緑色リン光ＯＬＥＤに関するデータを示す。ＨＴＬ材料は、Ｔａｂｌｅ ２（表２）に示されている。緑色リン光ＯＬＥＤを、ＮＰＤ ＨＴＬ（比較例１）、ＮＰＤ：２％Ａｌｑ３（実施例１）、およびＮＰＤ：１０％Ａｌｑ３（実施例２）を使用して製作した。ＮＰＤ ＨＴＬ内への２％Ａｌｑ３ドーパントの添加は、デバイスの色、効率、および電圧を著しく変えることなく、寿命を劇的に改善した（寿命×輝度の平方積［Ｇｎｉｔｓ＊ｈ］に関しては２×を超え、これは、種々の輝度出力条件下で測定されたデバイスに関するデバイス寿命の近似比較指標であり−ほとんどのＯＬＥＤは、輝度寿命が１／輝度ｎ（但し、ｎは通常１．５から２．５の間である。）に比例する、寿命の逆べき法則依存性を有する）。ＨＴＬ内のＡｌｑ３ドーパント濃度を１０％にさらに増加することによって、４０ｍＡ／ｃｍ２でのデバイス寿命はさらになお延長された。しかし、デバイスの電圧、効率、および初期輝度には、著しい悪影響もあった。表は、カンデラ／ａｍｐを単位とした発光効率、％を単位とした外部量子効率、ワット当たりのルーメンを単位とした電力効率、デバイスが、初期電流束４０ｍＡ／ｃｍ２である場合にｎｉｔを単位として測定された初期輝度Ｌ０で、その初期輝度の８０％（ＬＴ８０）またはその初期輝度の９０％（ＬＴ９０）にまで減衰するのに必要な時間数、およびＧｎｉｔｓ２時を単位として測定された寿命×輝度２の積を示す。
【００９０】
【表２】
【００９１】
Ａｌｑ３は、緑色発光体であり、ＨＴＬ内のＡｌｑ３からの一般に望ましくない発光が、緑色リン光ＯＬＥＤでは目に見えなくなる可能性がある。この理由で、ＢＡｌｑ：化合物Ｃ ＥＭＬを有する赤色発光デバイスは、ＮＰＤ ＨＴＬ（比較例２）、ＮＰＤ：２％Ａｌｑ３（実施例３）、およびＮＰＤ：５％Ａｌｑ３（実施例４）上に製作した。Ｔａｂｌｅ ３（表３）は、ＨＴＬ以外のすべての材料を示す、図６に示される構造を有する、これら赤色リン光ＯＬＥＤのデータを示す。ＨＴＬ材料をＴａｂｌｅ ３（表３）に示す。５重量％までの濃度でＮＰＤ ＨＴＬ内にＡｌｑ３ドーパントを導入することにより、デバイスのＣＩＥに著しい変化はなかった。デバイス性能は、著しく変化しない。これらの結果は、Ａｌｑ３がドープされたＮＰＤを、緑色以外の色を発光するデバイスのＨＴＬとして使用できることを示す。
【００９２】
さらに、測定された電圧、効率、および初期輝度結果の変化に対するドーパント濃度の影響は、デバイスの色が原因で、著しく変化することが予測されない。したがって、Ｔａｂｌｅ ２および３（表２および３）を総合すれば、デバイス寿命を延ばすのに、電圧、効率、および初期輝度に対する著しい悪影響なしに５重量％までのドーパント濃度を使用することができ、一方、１０重量％などのより高いドーパント濃度は、著しい悪影響をおよぼす可能性があることが示される。これらの材料が選択された理由、即ちその正孔および電子輸送特性に基づいて、結論は、一般に電子および正孔輸送材料にまで妥当に拡張できると考えられる。
【００９３】
【表３】
【００９４】
【表４】
【００９５】
Ｔａｂｌｅ ４（表４）は、ＨＴＬ以外のすべての材料を示す、図７に示される構造を有する緑色リン光ＯＬＥＤのデータを示す。ＨＴＬ材料をＴａｂｌｅ ４（表４）に示す。緑色リン光ＯＬＥＤは、２および５重量％（実施例５および６）でＬＧ−２０１がドープされたＮＰＤ ＨＴＬを使用して製作したが、これらは非ドープ型ＮＰＤ ＨＴＬを有する比較例３よりも安定であることが示された。デバイスの実施例７および８は、スプリットＨＴＬ：１５０Å非ドープ型ＮＰＤおよびＬＧ−２０１がドープされた１５０ÅＮＰＤを有し、ドープ領域はＥＭＬ層に近いものである。これらのデバイスも、比較例３の参照デバイスよりも安定である。Ｔａｂｌｅ ４（表４）のデータは、Ｔａｂｌｅ ２および３（表２および３）に示される結果を、良好な電子輸送材料となることが知られておりかつ金属キノレートではないと考えられるドーパント材料、ＬＧ２０１にまで拡張する。
【００９６】
本明細書に記述される様々な実施形態は、単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではないと理解される。例えば、本明細書に記述される材料および構造の多くは、本発明の精神から逸脱することなく、その他の材料および構造に置き換えてもよい。したがって特許請求の範囲に記載される本発明は、当業者に明らかにされるように、本明細書に記述される特定の実施例および好ましい実施形態の変形例を含んでもよい。本発明がなぜ作用するかに関する様々な理論は、限定するものではないことが理解される。
【符号の説明】
【００９７】
３２０ アノード
３３１ 正孔注入層
３３２ 非発光層
３４０ 非発光層
３５０ 発光層
３８０ カソード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置され、第１の有機発光材料を含む発光層である、第１の有機層と、
前記アノードと前記第１の有機層との間に配置された非発光層である第２の有機層と
を含み、
前記第２の有機層は、
５０から９９重量％の濃度を有する有機低分子正孔輸送材料と、
０．１から５重量％の濃度を有する有機低分子電子輸送材料と
を含む、有機発光デバイス。
【請求項２】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記第２の有機層内で０．１から４重量％の濃度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記第２の有機層内で０．１から３重量％の濃度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記第２の有機層内で２から３重量％の濃度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の有機層が、前記第１の有機層に直接接触している、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の有機層と前記アノードとの間に配置された、正孔注入材料を含む第３の有機層をさらに含み、
前記第３の有機層は前記アノードに直接接触しており、
前記第３の有機層は前記第２の有機層に直接接触している、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の有機層と前記カソードとの間に配置された、第２の発光材料を含む発光層である第４の有機層をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の有機層と前記アノードとの間に配置された、有機低分子正孔輸送材料を含みかつ有機低分子電子輸送材料を含まない第５の有機層をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記有機低分子正孔輸送材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記有機低分子正孔輸送材料のＬＵＭＯエネルギー準位よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＬＵＭＯエネルギー準位を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の有機発光材料がリン光性である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記発光材料が、６００から７００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記発光材料が、５００から６００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記発光材料が、４００から５００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記有機低分子電子輸送材料が金属キノレートである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記有機低分子電子輸送材料がＡｌｑ３である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記有機低分子電子輸送材料がＬＧ２０１である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記有機低分子正孔輸送材料がアミン含有材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記有機低分子正孔輸送材料がＮＰＤである、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記有機低分子正孔輸送材料よりも高い電子移動度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１】
アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置され、第１の有機発光材料を含む発光層である、第１の有機層と、
前記アノードと前記第１の有機層との間に配置された非発光層である第２の有機層と
を含み、
前記第２の有機層は、
５０から９９重量％の濃度を有する有機低分子正孔輸送材料と、
０．１から５重量％の濃度を有する有機低分子電子輸送材料と
を含む、有機発光デバイス。
【請求項２】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記第２の有機層内で０．１から４重量％の濃度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記第２の有機層内で０．１から３重量％の濃度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記第２の有機層内で２から３重量％の濃度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の有機層が、前記第１の有機層に直接接触している、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の有機層と前記アノードとの間に配置された、正孔注入材料を含む第３の有機層をさらに含み、
前記第３の有機層は前記アノードに直接接触しており、
前記第３の有機層は前記第２の有機層に直接接触している、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の有機層と前記カソードとの間に配置された、第２の発光材料を含む発光層である第４の有機層をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の有機層と前記アノードとの間に配置された、有機低分子正孔輸送材料を含みかつ有機低分子電子輸送材料を含まない第５の有機層をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記有機低分子正孔輸送材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの差を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記有機低分子正孔輸送材料のＬＵＭＯエネルギー準位よりも少なくとも０．２ｅＶ少ないＬＵＭＯエネルギー準位を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の有機発光材料がリン光性である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記発光材料が、６００から７００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記発光材料が、５００から６００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記発光材料が、４００から５００ｎｍの可視スペクトル内でピーク発光波長を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記有機低分子電子輸送材料が金属キノレートである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記有機低分子電子輸送材料がＡｌｑ３である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記有機低分子電子輸送材料がＬＧ２０１である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記有機低分子正孔輸送材料がアミン含有材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記有機低分子正孔輸送材料がＮＰＤである、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記有機低分子電子輸送材料が、前記有機低分子正孔輸送材料よりも高い電子移動度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５１１８３３（Ｐ２０１２−５１１８３３Ａ）
【公表日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４０７２５（Ｐ２０１１−５４０７２５）
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５９１９８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６８３３０
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（５０３０５５８９７）ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション (61)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５９１９８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６８３３０
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（５０３０５５８９７）ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション (61)
【Ｆターム（参考）】
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