JP2011522406A - 電子デバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板、第１の電極、少なくとも１つの有機機能層、および、第２の電極を含む電子デバイスに関する。本発明によれば、有機機能層は、第１のマトリクス材料（３０Ｎ）、第２のマトリクス材料（３０Ｂ）および第３のマトリクス材料（３０Ａ）を含み、ここで、第１のマトリクス材料（３０Ｎ）は第２のマトリクス材料（３０Ｂ）および第３のマトリクス材料（３０Ａ）より大きなバンドギャップを有する。
Description
本発明は、電子デバイスおよびこの電子デバイスの製造方法に関する。なお、本願は、独国出願第１０２００８０２５９２０．９号および独国出願第１０２００８０３９３６１．４号の開示内容に関連し、これらの出願の優先権を主張するものである。
電子デバイス、例えば有機発光ダイオードＯＬＥＤは、複数の有機機能層の列から成る。ここで、発光層は発光分子のドープされたマトリクス材料を含む。発光層では電子および正孔の再結合によって励起子が形成され、発光が生じる。高効率の電子デバイスを得るには、発光層内を輸送される電子と正孔との比が重要である。輸送される電子と正孔との比の補償されていないと、電子デバイスの光効率が低下する。
したがって、本発明の課題は、有機層内の電荷担体のバランスひいては電荷担体の輸送を改善し、高効率の電子デバイスを提供することである。また、本発明はこうした電子デバイスの製造方法を提供することも課題としている。これらの課題は、請求項１記載の特徴を有する電子デバイス、および、請求項１２記載の特徴を有する電子デバイスの製造方法により達成される。本発明の電子デバイスおよび電子デバイスの製造方法の実施形態は従属請求項に記載されている。
本発明は、基板、第１の電極、少なくとも１つの有機機能層、および、第２の電極を含む電子デバイスに関しており、ここで、有機機能層は、第１の電極と第２の電極とのあいだに配置されている。例えば、第１の電極は基板上に配置され、有機機能層は第１の電極の上に配置され、第２の電極は有機機能層の上に配置される。有機機能層は、少なくとも、第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料を含み、ここで、第３のマトリクス材料は、第１のマトリクス材料および第２のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの低い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯを有しており、第２のマトリクス材料は、第１のマトリクス材料および第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの高い最高占有分子軌道ＨＯＭＯを有している。このようにして、１つの有機機能層が３つ以上の異なるマトリクス材料を含む電子デバイスが提供される。有利には、３つの異なるマトリクス材料が用いられるが、必要に応じて４つ以上のマトリクス材料を用いてもよい。
分子軌道理論にしたがえば、或る分子にはエネルギレベルの異なる種々の分子軌道が存在しており、それぞれを電子が占有している。こうした分子軌道はエネルギレベルの低いほうから高いほうへ順に占有される。最低非占有分子軌道ＬＵＭＯとは最もエネルギの低いレベルの軌道であり、電子による占有は生じない。最高占有分子軌道ＨＯＭＯとは最もエネルギの高いレベルの軌道であり、電子によって占有される。
こうした電子デバイスは改善された有機層内の電荷担体バランスひいては改善された電荷担体移動度を有し、輸送される電子と正孔との比が最適化される。ここで、第１のマトリクス材料は大きなバンドギャップすなわち大きな最高占有分子軌道ＨＯＭＯと最低非占有分子軌道ＬＵＭＯとの差を有している。つまり、第１のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯは他の２つのマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりも低いエネルギレベルにあり、第１のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯは他の２つのマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりも高いエネルギレベルにある。
また、第１のマトリクス材料は、第２のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯおよび第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの高い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと、第２のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯおよび第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの低い最高占有分子軌道ＨＯＭＯとを有している。
さらに、有利には、第２のマトリクス材料は、第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの高い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと、第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの高い最高占有分子軌道ＨＯＭＯを有している。これにより、第１のマトリクス材料は、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料に比べて、大きなバンドギャップ、すなわち、最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと最高占有分子軌道ＨＯＭＯとのあいだの大きな差を有し、第２のマトリクス材料は第３のマトリクス材料に比べてずれたバンドギャップを有する。したがって、第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯで電子が輸送され、第２のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯで正孔が輸送される。これは、これらの軌道のエネルギレベルがそれぞれの電荷の輸送に最も適しているからである。
有利には、第１のマトリクス材料は第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料の電荷担体移動度よりも小さい電荷担体移動度を有する。第１のマトリクス材料は、他のマトリクス材料よりも大きなバンドギャップを有する超ワイドバンドギャップ材料（ＵＧＨ材料）である。このため、電荷担体の輸送の部分は含まれない。
また、有利には、第２のマトリクス材料は正孔輸送材料を含み、第３のマトリクス材料は電子輸送材料を含む。
電荷担体の輸送、すなわち正孔および電子の輸送は、材料内での正孔および電子の移動度と材料のエネルギレベルの位置とに依存する。マトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯまたは最高占有分子軌道ＨＯＭＯによって電荷担体の注入率が定まる。
３つのマトリクス材料を組み合わせたマトリクス内に正孔を形成するには、例えば最高占有分子軌道ＨＯＭＯから電子を１つ除去しなければならないが、このことは、最高占有分子軌道ＨＯＭＯがエネルギ的に低い位置にある場合、高い位置にある場合に比べて困難である。したがって、第３のマトリクス材料よりも高い位置に最高占有分子軌道ＨＯＭＯを有する第２のマトリクス材料が正孔輸送材料として適している。同様のことが最低非占有分子軌道ＬＵＭＯに電子を形成する場合にも当てはまり、このときには最低非占有分子軌道ＬＵＭＯがエネルギ的に低い位置にあるほうが良いので、第２のマトリクス材料よりも低い位置に最低非占有分子軌道ＬＵＭＯを有する第３のマトリクス材料が電子輸送材料として適している。
正孔および電子が形成されると、材料中でのこれらの電荷担体の移動度が重要となってくる。この２つの因子が材料中でどのように作用するかによって、マトリクス材料は電子輸送材料あるいは正孔輸送材料として機能することになる。一方の電荷担体の輸送が起こるときには他方の電荷担体の輸送も起きているが、いずれか一方の電荷担体の輸送が優勢となる。本発明の第１の実施形態の第１のマトリクス材料のように、材料内で電荷担体の輸送が起こらない場合、これは、電荷担体が全く形成されていないか、電荷担体の移動が全く生じていないということになる。なお、第１のマトリクス材料のほかにも、有機機能層において電荷担体の輸送に寄与しない別のマトリクス材料が存在しうる。
材料のエネルギレベル（最高占有分子軌道ＨＯＭＯ，最低非占有分子軌道ＬＵＭＯ）を測定すれば、第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料に対する適切な材料を選択することができる。ここで、材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯは循環電量計測によって求められる。バンドギャップ、すなわち、最高占有分子軌道ＨＯＭＯと最低非占有分子軌道ＬＵＭＯとのエネルギ差は分光分析によって求められる。分光分析では検出光の波長が測定され、そこから、生じた励起子およびバンドギャップが計算される。最低非占有分子軌道ＬＵＭＯのエネルギレベルは求められた最高占有分子軌道ＨＯＭＯのエネルギレベルとバンドギャップとから計算される。これに代えて、最高占有分子軌道ＨＯＭＯを光電子分光分析によって求めてもよい。
電子および正孔の移動度は、分子距離、すなわち、各マトリクス材料における電荷担体輸送分子どうしの平均距離に応じて変化する。したがって、複数のマトリクス材料の混合物においては、１つのマトリクス材料の濃度が重要である。第１のマトリクス材料は、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料に比べて大きなバンドギャップおよび小さな電荷担体移動度を有するので、第２のマトリクス材料の濃度および第３のマトリクス材料の濃度を別々に調整するために用いることができる。第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料に対して選択された濃度に応じて、分子間の距離が変化する。微視的な電荷担体輸送度は各マトリクス材料における電荷担体輸送分子の分子距離に依存するので、濃度を調整することにより、少なくとも３つのマトリクス材料を含むマトリクスにおける電子および正孔の移動度を個別に絶対値として調整することができる。
ミラーとエイブラハムのモデルによれば、移動度は、式
νｉｊ＝ν０ｅｘｐ［−２γａ（ΔＲｉｊ／ａ）］
によって求められる。このモデルでは、固体は電荷担体の局所的状態としての位置ｉ，ｊから見たものとされる。位置ｉから位置ｊへの電荷担体の輸送は抵抗Ｒｉｊによって表される。温度依存性の抵抗の大きさは２つの位置のあいだの空間的距離と移動に必要な活性エネルギとを反映している。パラメータγは電荷担体の電子波動関数の傾きであり、パラメータａは平均格子距離である。フォノン周波数ν０は、電荷担体を第１の局所的状態から第２の局所的状態へ移動させる試行の回数を表しており、約１０１３ｓ−１の範囲にあって、電子フォノン結合の強さが考慮されている。
νｉｊ＝ν０ｅｘｐ［−２γａ（ΔＲｉｊ／ａ）］
によって求められる。このモデルでは、固体は電荷担体の局所的状態としての位置ｉ，ｊから見たものとされる。位置ｉから位置ｊへの電荷担体の輸送は抵抗Ｒｉｊによって表される。温度依存性の抵抗の大きさは２つの位置のあいだの空間的距離と移動に必要な活性エネルギとを反映している。パラメータγは電荷担体の電子波動関数の傾きであり、パラメータａは平均格子距離である。フォノン周波数ν０は、電荷担体を第１の局所的状態から第２の局所的状態へ移動させる試行の回数を表しており、約１０１３ｓ−１の範囲にあって、電子フォノン結合の強さが考慮されている。
本発明の電子デバイスでは、有機機能層は、発光層、電子輸送層、正孔輸送層、電子阻止層、正孔阻止層、正孔注入層、電子注入層および中間層のグループから選択される。なお中間層とは２つの発光層のあいだに配置される層のことである。有機機能層の種類によって、これらの層は付加的なドープ物質を含んでもよい。有機機能層は１つの発光層であってもよいし、少なくとも１つの発光材料をドープされた層であってもよい。発光材料は小分子またはポリマーを含むことができる。発光層における発光材料の濃度は１０重量％までの値である。また、発光材料は発光層内での濃度が低いために小さな電荷担体移動度しか有さず、電荷担体の輸送には僅かしか寄与しない。
発光層には２つまたは３つの発光材料が存在する。発光材料は、例えば、緑色を発光するＩｒ（ｐｐｙ）３すなわちトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）），赤色を発光するＩｒ（ｐｉｑ）３すなわちトリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）または青色を発光するＦＩｒｐｉｃすなわちビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（ＩＩＩ）などから選択される。
発光材料の濃度および有機機能層のマトリクス材料は有機機能層の内部で所定の勾配を有する。例えば或る層の第１の部分領域の発光材料の濃度が第２の部分領域の発光材料の濃度より大きくてよい。
発光材料のドープを省略することにより、輸送層、中間層および阻止層を形成することができる。
本発明の電子デバイスには、同じ機能または異なる機能を有する複数の有機層が設けられる。例えば、電子デバイスは、複数の有機機能層、すなわち、正孔注入層、正孔輸送層、第１の発光層、中間層、第２の発光層、電子輸送層および電子注入層の組み合わされた層列を有する。各層は、第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料の少なくとも１つを含むマトリクスを有する。種々の有機機能層のマトリクス材料は全ての層において同じであってもそれぞれ異なっていてもよい。
発光層が第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料を有する場合、この発光層が電子デバイスの積層体のどこに位置しているかによって、発光層内部での電子および正孔の移動度を個別に最適化することができる。また、複数の層にまたがる移動の移動度も調整可能である。
３つのマトリクス材料を含む発光層がアノードまたはカソードの近傍に位置している場合であっても、電子および正孔の移動度が調整されるので、発光層内の正孔と電子との比が補償される。どの電荷担***置が高い運動性を有するかによって、マトリクス材料でのそれぞれのマトリクスの濃度が高いところが生じる。発光層では、電子デバイスにおける発光層の位置に関係なく、励起子の個数が多い。
有機機能層が発光材料を備えた発光層である場合、有利には、当該の発光材料は、第１のマトリクス材料および第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの低い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと、第１のマトリクス材料および第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの高い最高占有分子軌道ＨＯＭＯとを有する。したがって、発光材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯと最低非占有分子軌道ＬＵＭＯとのあいだのバンドギャップは３つのマトリクス材料のバンドギャップよりも小さく、このため、当該の発光材料はエネルギ的には全てのマトリクス材料のバンドギャップのあいだに位置する。こうして発光層内で同時二極性の電荷担体輸送が可能となる。
第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料の分子は、有利には、一方の電荷担***置、すなわち、正孔または電子のいずれか一方のみを輸送するので、励起子を形成しない。これにより、励起エネルギによるデグラデーションが生じないので、材料の寿命が高まる。マトリクス材料の種々の分子のあいだには励起状態（エキシマ）が発生し、その励起エネルギがエネルギ移動によって発光分子へ伝送される。このようにして電子デバイスの効率はさらに高まる。
電子デバイスは複数の発光層を有し、例えば１つのデバイス内で燐光発光材料および蛍光発光材料を組み合わせることができる。この場合、３つのマトリクス材料の組み合わせによっては、発光層のあいだに二極の電荷輸送特性を有する中間層を挿入する必要が生じることがある。
３つのマトリクス材料を用いて電荷担体の移動度を調整することにより、発光層内の再結合領域の位置を所望に応じて制御することができる。再結合領域は１つの層内に設けてもよいし、複数の層にわたって分散されてもよい。電荷の輸送を行わない第１のマトリクスを発光層の内部へ挿入することにより、電荷担体の移動度の絶対値は低下する。ここから、励起子が形成される再結合領域が、発光層の縁から中央へ向かって移動する。これにより、特に、発光をもたらさない励起子消滅（クエンチング）が低減され、隣接する層内でなくもとの発光層内で多数の励起子が形成されるため、デバイスの効率が高まる。
電子デバイスは光形成デバイスであり、例えば、有機発光デバイスである。発光デバイスは有機発光ダイオードＯＬＥＤであってもよい。また、電子デバイスは太陽電池セルまたはトランジスタを含んでもよい。
例えば、トランジスタでは、少なくとも１つの有機機能層が第１の電極と第２の電極とのあいだに配置され、さらに、第３の電極が設けられている。電極はゲート電極、ソース電極およびドレイン電極のなかから選択可能である。トランジスタは電気信号のスイッチングまたは増幅に用いられる。
ソーラーセルは光を電気エネルギへ変換する装置である。この場合、有機機能層は第１の電極と第２の電極とのあいだに配置され、少なくとも１つの電極が透明に形成される。
本発明のデバイスは、有機機能層内に、第１のマトリクス材料として例えばｍＣＰ（ｍビス（Ｎ−カルバゾールイルベンゾール））、正孔輸送材料である第２のマトリクス材料として例えばＴＣＴＡ（９Ｈ−カルバゾール，９，９’，９''−（１，３，５−ベンゾールトリイル）トリス−（９Ｃｌ））、電子輸送材料である第３のマトリクス材料として例えばＴＰＢｉ（１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンジルイミダゾール−２−イル）を有する。発光層のマトリクスが準備される場合、発光材料として、例えば黄色を発光するルブレン（５，６，１１，１２−テトラフェニルナフタセン）を添加することができる。
さらに、本発明は、前述した特性を有する電子デバイスの製造方法にも関する。本発明の電子デバイスの製造方法は、Ａ）基板を設けるステップ、Ｂ）第１の電極および第２の電極を設けるステップ、および、Ｃ）前記第１の電極と前記第２の電極とのあいだに少なくとも１つの有機機能層を配置するステップを有している。例えば、少なくとも１つの有機機能層は第１の電極および第２の電極上に配置される。本発明によれば、ステップＣ）で、少なくとも、第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料が同時に被着される。ステップＣでの被着は例えば蒸着法（コーエヴァポレイション）によって行われる。同時に被着を行うことにより、或るマトリクス材料の濃度を他のマトリクス材料から独立に定めることができ、各マトリクス材料をそれぞれ異なる濃度で被着することができる。
本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。
図１には、基板１０，第１の電極２０，発光層３０および第２の電極４０を含む電子デバイスの側面図が示されている。例えば、第１の電極２０はアノードであり、第２の電極４０はカソードである。基板１０および第１の電極２０あるいは第２の電極４０のいずれが透明に形成されているかによって、当該の電子デバイスはボトムエミッション型またはトップエミッション型のＯＬＥＤとなる。発光層３０は第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料を有しており、発光材料をドープされている。
図２の左方には、或る実施例における、発光層内のそれぞれの材料のエネルギレベルが示されている。第１のマトリクス材料３０Ｎ，第２のマトリクス材料３０Ｂおよび第３のマトリクス材料３０Ａの最高占有分子軌道ＨＯＭＯおよび最低非占有分子軌道ＬＵＭＯが示されている。第１のマトリクス材料３０Ｎは第２のマトリクス材料３０Ｂの最高占有分子軌道ＨＯＭＯおよび第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの低い最高占有分子軌道ＨＯＭＯと、第２のマトリクス材料３０Ｂの最低非占有分子軌道ＬＵＭＯおよび第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの高い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯとを有している。第２のマトリクス材料３０Ｂは第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの高い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと、第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの高い最高占有分子軌道ＨＯＭＯとを有する。これにより、第１のマトリクス材料３０Ｎは他の２つのマトリクス材料よりも小さい電荷担体移動度を有しており、第２のマトリクス材料３０Ｂは正孔輸送材料を含み、第３のマトリクス材料３０Ａは電子輸送材料を含む。
発光材料３０Ｅは各マトリクス材料に比べて最小のバンドギャップを有しており、発光材料３０Ｅの最高占有分子軌道ＨＯＭＯおよび最低非占有分子軌道ＬＵＭＯは３つのマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯと最低非占有分子軌道ＬＵＭＯとのあいだに存在している。
図２の右方には各エネルギレベルをまとめたものが示されている。Ａは電子輸送が行われるエネルギレベルを表しており、Ｂは正孔輸送が行われるエネルギレベルを表しており、ｄ１は第１のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯから第２のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯまでのエネルギ距離を表しており、ｄ２は第１のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯから第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯまでのエネルギ距離を表しており、ｄ３は発光材料のバンドギャップを表している。発光材料が用いられない場合、各層は電荷担体輸送層、電荷担体注入層または電荷担体阻止層であってもよい。また、複数の発光材料を使用することもできる。発光材料は発光層内で１０重量％以下の濃度を有する。
図３には、電子デバイスの第２の実施例の側面図が示されている。この電子デバイスは電子輸送層３２および正孔輸送層３１に接する発光層３０を有している。ここでは第１の電極２０はアノードである。発光層３０、電子輸送層３２および正孔輸送層３１は３つ以上のマトリクス材料から成るマトリクスを有している。
図４には、有機発光ダイオードＯＬＥＤにおける電荷担体輸送のシミュレーションが示されている。当該の有機発光ダイオードＯＬＥＤには、発光層３０、正孔輸送層３１および電子輸送層３２が存在している。ｘ軸には各層のアノードからの距離Ｄ［ｎｍ］が示されており、ｙ軸には正規化された再結合速度Ｒｎが示されている。発光層３０での電荷担体移動度の絶対値が正孔輸送層３１および電子輸送層３２の移動度の絶対値に比べて低減されることにより、再結合領域は発光層３０の縁から中央へ向かって移動する。つまり、発光層３０の電荷担体移動度が低下するにつれて、これに接する正孔輸送層３１および電子輸送層３２での再結合度も低下し、再結合領域が発光層３０の中央部へ移動する。
シミュレーションでは、発光層の電子の移動度および正孔の移動度が等しいものとされており、つまり、２極性の電荷担体輸送とオーム性の注入とが仮定されている。それぞれの電荷担***置に対して、２つの層の最高占有分子軌道ＨＯＭＯと最低非占有分子軌道ＬＵＭＯとのあいだのエネルギバリアは４００ｍｅＶである。グラフでは、種々の曲線形状に対して、１０−８〜１０−１２ｍ２／Ｖｓの電荷担体移動度が示されている。
図５には、電子デバイスの製造装置が示されている。支承部５１の上に例えば４つの蒸着源５０が配置され、そこから各マトリクス材料および／またはドープ物質が堆積基板６０へ蒸着される。マトリクス材料および／またはドープ物質の濃度を正確に定めるために、蒸着速度が層厚さモニタ５５によって測定され、調整される。層厚さモニタ５５は例えば水晶発振器である。
例えば、図５の製造装置により、第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料を有する発光層が製造される。第１のマトリクス材料は、ｍＣＰすなわち（ｍ−ビス（Ｎ−カルバゾリルベンゾール））を含み、蒸着速度３．８Å／ｓで被着され、第２のマトリクス材料は、正孔輸送材料であるＴＣＴＡすなわち（９Ｈ−カルバゾール，９，９’，９''−（１，３，５−ベンゾルトリイル）トリス−（９Ｃｌ））を含み、蒸着速度８Å／ｓで被着され、第３のマトリクス材料は、電子輸送材料であるＴＰＢｉ（１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンジルイミダゾール−２−イル）を含み、蒸着速度８Å／ｓで被着される。発光材料として、例えば黄色を発光するルブレン（５，６，１１，１２−テトラフェニルナフタセン）を用いて、蒸着速度０．２Å／ｓで被着してもよい。これにより、電荷担体輸送材料に対して体積濃度４０％の層が形成され、発光材料に対して体積濃度１％の層が形成される。
次の表１にはこれらの材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯおよび最低非占有分子軌道ＬＵＭＯが示されている。ＴＣＴＡ，ＴＰＢｉ，ｍＣＰの最高占有分子軌道ＨＯＭＯの値はＵＶ発光分光分析により求められたものであり、対応する最低非占有分子軌道ＬＵＭＯの値は、ＨＯＭＯ値に対して吸収に必要なエネルギを計算することにより推定されたものである。ルブレンのＨＯＭＯ値およびＬＵＭＯ値は循環電量計測および光電子分光分析によって求められたものである。
第３のマトリクス材料ＴＰＢｉは他のマトリクス材料に比べて低いＬＵＭＯ値を有しており、このため電子輸送材料となっている。第２のマトリクス材料ＴＣＴＡは他のマトリクス材料に比べて高いＨＯＭＯ値を有しており、このため正孔輸送材料となっている。第１のマトリクス材料ｍＣＰは、ＬＵＭＯ値が第３のマトリクス材料のＬＵＭＯ値よりも低くなく、ＨＯＭＯ値が第２のマトリクス材料のＨＯＭＯ値よりも高くないため、電荷担体の輸送には関与しない。
他の正孔輸送材料として、
ＮＰＢ Ｎ，Ｎ’−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン
ＴＣＴＡ ４，４’，４''−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン
ＣＰＢ ４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル
１Ｔ−ＮＡＴＡ ４，４’，４''−（トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ）トリフェニルアミン
Ｓｐｉｒｏ−ＴＡＤ ２，２’，７，７’−テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン
などを利用できる。
ＮＰＢ Ｎ，Ｎ’−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン
ＴＣＴＡ ４，４’，４''−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン
ＣＰＢ ４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル
１Ｔ−ＮＡＴＡ ４，４’，４''−（トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ）トリフェニルアミン
Ｓｐｉｒｏ−ＴＡＤ ２，２’，７，７’−テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン
などを利用できる。
また、他の電子輸送材料として、
ＴＰＢｉ ２，２’，２''−（１，３，５−ベンジントリイル）−トリス（１−フェニル−１−Ｈ−ベンゾイミダゾール）
ＴＡＺ ３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール
Ａｌｑ３ トリス（８−ヒドロキシ−キノリナト）アルミニウム
ＢＣＰ ２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
ＮＴＡＺ ４−（ナフタレン−１−イル）−３，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール
Ｂａｌｑ ビス−（２−メチル−８−キノリノラト）−４−（フェニルフェノラト）アルミニウム
などを利用できる。
ＴＰＢｉ ２，２’，２''−（１，３，５−ベンジントリイル）−トリス（１−フェニル−１−Ｈ−ベンゾイミダゾール）
ＴＡＺ ３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール
Ａｌｑ３ トリス（８−ヒドロキシ−キノリナト）アルミニウム
ＢＣＰ ２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
ＮＴＡＺ ４−（ナフタレン−１−イル）−３，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール
Ｂａｌｑ ビス−（２−メチル−８−キノリノラト）−４−（フェニルフェノラト）アルミニウム
などを利用できる。
他のマトリクス材料に比べて最小の電荷担体移動度を有する第１のマトリクス材料としては、
ＵＧＨ−２ １，４−ビス（トリフェニルシリル）ベンゾール
ＵＧＨ−３ １，３−ビス（トリフェニルシリル）ベンゾール
ｍＣＰ １，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゾール
などを利用できる。
ＵＧＨ−２ １，４−ビス（トリフェニルシリル）ベンゾール
ＵＧＨ−３ １，３−ビス（トリフェニルシリル）ベンゾール
ｍＣＰ １，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゾール
などを利用できる。
ＵＧＨ−２およびＵＧＨ−３のＨＯＭＯ値は−７．２±０．１ｅＶであり、ＬＵＭＯ値は２．８ｅＶである。ＨＯＭＯ値は光電子分光分析によって求められ、ＬＵＭＯ値は吸収スペクトルと蛍光スペクトルの交点でのＨＯＭＯ値およびＬＵＭＯ値の距離から推定される。
発光材料として、
Ｉｒ（ｐｐｙ）３ トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）
Ｉｒ（ｐｐｙ）２ ビス（２−フェニルピリドリン）（アセチルアセトナト）イリジウム（ＩＩ）（アカク）
ＢｃｚＶＢｉ ４，４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル
ＦＩｒＰｉｃ ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（ＩＩＩ）
ルブレン テトラフェニルナフタセン
Ｉｒ（ｐｉｑ）３ トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）
などを利用できる。
Ｉｒ（ｐｐｙ）３ トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）
Ｉｒ（ｐｐｙ）２ ビス（２−フェニルピリドリン）（アセチルアセトナト）イリジウム（ＩＩ）（アカク）
ＢｃｚＶＢｉ ４，４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル
ＦＩｒＰｉｃ ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（ＩＩＩ）
ルブレン テトラフェニルナフタセン
Ｉｒ（ｐｉｑ）３ トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）
などを利用できる。
発光材料は非ポリマーの小分子である。ただし、ポリマー発光材料の使用ももちろん可能である。
ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯの位置に応じて第１のマトリクス、第２のマトリクスまたは第３のマトリクスとして、別の材料、すなわち、
Ｂｐｈｅｎ ４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
ＤＰＡＶＢｉ ４，４’−ビス（２−（４−（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）フェニル）ビニル）ビフェニル
ＣｕＰＣ フタロシアニン銅錯体
Ｓ−ＤＰＶＢｉ ２，２’，７，７’−テトラキス（２，２−ジフェニルビニル）スピロ−９，９’−ビフルオレンクプ
ＴＡＰＣ １，１−ビス（４−ビス（４−メチルフェニル）−アミノフェニル）−シクロヘキサン
ＴＢＡＤＮ ９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔ−ブチルアントラセン
ＴＰＤ Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニルベンジジン
などを利用できる。
Ｂｐｈｅｎ ４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
ＤＰＡＶＢｉ ４，４’−ビス（２−（４−（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）フェニル）ビニル）ビフェニル
ＣｕＰＣ フタロシアニン銅錯体
Ｓ−ＤＰＶＢｉ ２，２’，７，７’−テトラキス（２，２−ジフェニルビニル）スピロ−９，９’−ビフルオレンクプ
ＴＡＰＣ １，１−ビス（４−ビス（４−メチルフェニル）−アミノフェニル）−シクロヘキサン
ＴＢＡＤＮ ９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔ−ブチルアントラセン
ＴＰＤ Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニルベンジジン
などを利用できる。
電子輸送材料および正孔輸送材料の幾つかは第１のマトリクス材料として用いることもできる。第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料の組み合わせにとって重要なのは、３つの材料のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯの相対比および相対位置である。
燐光発光用のマトリクスは、化学的耐性の点から、任意には選択できない。赤色の発光材料であるイリジウム（ＩＩＩ）ビス（２−メチルジベンゾ−［ｆ，ｈ］キノクサリン）−アセチルアセトナト）はＮＢＰマトリクスにおいてのみ有効である。ただし、ＮＰＢは正孔輸送材料である。アノード側に別の発光層が設けられている場合、こちらの発光層には充分に電子が供給されない。電子輸送材料、例えばＢＣＰをドープすることにより、相対的な輸送特性を調整することができる。輸送特性の微調整はＵＧＨ４によって行われる。
図および実施例の特徴は任意に変更可能である。また、本発明は１つの実施例に限定されるものではなく、詳細に説明しなかった実施例も含む。
Claims (15)
- 基板、第１の電極、少なくとも１つの有機機能層、および、第２の電極を含む
電子デバイスにおいて、
前記有機機能層は、前記第１の電極と前記第２の電極とのあいだに配置されており、かつ、少なくとも、第１のマトリクス材料（３０Ｎ）、第２のマトリクス材料（３０Ｂ）および第３のマトリクス材料（３０Ａ）を含み、ここで、
前記第３のマトリクス材料は、前記第１のマトリクス材料および前記第２のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの低い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯを有しており、
前記第２のマトリクス材料は、前記第１のマトリクス材料および前記第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの高い最高占有分子軌道ＨＯＭＯを有している
ことを特徴とする電子デバイス。 - 前記第１のマトリクス材料は、前記第２のマトリクス材料および前記第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの高い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと、前記第２のマトリクス材料および前記第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの低い最高占有分子軌道ＨＯＭＯを有している、請求項１記載の電子デバイス。
- 前記第２のマトリクス材料は、前記第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの高い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと、前記第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの高い最高占有分子軌道ＨＯＭＯを有している、請求項２記載の電子デバイス。
- 前記第１のマトリクス材料は前記第２のマトリクス材料および前記第３のマトリクス材料の電荷担体移動度よりも小さい電荷担体移動度を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 前記第２のマトリクス材料は正孔輸送材料を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 前記第３のマトリクス材料は電子輸送材料を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 前記有機機能層は、発光層、電子輸送層、正孔輸送層、電子阻止層、正孔阻止層、正孔注入層、電子注入層および中間層のグループから選択される、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 前記有機機能層は少なくとも１つの発光材料をドープされた発光層である、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 前記発光層の前記発光材料は１０重量％以下の濃度を有する、請求項８記載の電子デバイス。
- 前記発光材料の前記濃度は前記発光層内で所定の勾配を有する、請求項９記載の電子デバイス。
- 前記発光材料は、前記第１のマトリクス材料および前記第２のマトリクス材料および前記第３のマトリクス材料の最低非占有分子軌道ＬＵＭＯよりもエネルギの低い最低非占有分子軌道ＬＵＭＯと、前記第１のマトリクス材料および前記第２のマトリクス材料および前記第３のマトリクス材料の最高占有分子軌道ＨＯＭＯよりもエネルギの高い最高占有分子軌道ＨＯＭＯとを有する、請求項８から１０までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 当該の電子デバイスが光形成装置として構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 当該の電子デバイスが、有機光形成装置、太陽電池およびトランジスタのグループから選択される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電子デバイス。
- 請求項１から１３までのいずれか１項記載の電子デバイスを製造するための
電子デバイスの製造方法であって、
Ａ）基板を設けるステップ、
Ｂ）第１の電極および第２の電極を設けるステップ、および、
Ｃ）前記第１の電極と前記第２の電極とのあいだに少なくとも１つの有機機能層を配置するステップ
を有しており、
前記ステップＣ）で、少なくとも、第１のマトリクス材料、第２のマトリクス材料および第３のマトリクス材料を同時に被着する
ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記ステップＣ）で、前記第１のマトリクス材料、前記第２のマトリクス材料および前記第３のマトリクス材料を蒸着法により被着する、請求項１４記載の電子デバイスの製造方法。
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