(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層有機発光デバイスであって、
カソードと、
リン光青色発光物質を含む発光層を有する青色発光副要素と、
電荷発生層と、
リン光緑色発光物質を含む発光層を有する緑色発光副要素と、
電荷発生層と、
リン光赤色発光物質を含む発光層を有する赤色発光副要素と、
アノードと、
を順番に有し、
各副要素の前記発光層が、当該色に対応する発光体のアンチノードまでの距離の２０％内にあり、
前記発光物質の結合された発光が前記デバイスから白色発光をもたらす、積層有機発光デバイス。
【請求項２】
各副要素が正孔輸送層と、電子輸送層と、発光層とを含み、前記発光層が正孔輸送層、電子輸送層、または独立層である、請求項１に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項３】
前記デバイスが、ＣＩＥ座標（Ｘ＝０．３７±０．０８、Ｙ＝０．３７±０．０８）を有する光を発光する、請求項１に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項４】
前記デバイスが少なくとも３０％の最大外部量子効率を可能にする、請求項１に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項５】
前記電荷発生層がｐ型層に隣接するｎ型層を有する、請求項１に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項６】
前記ｐ型層がＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＷＯ３、およびＳｎＯ２から選択される物質を有する、請求項５に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項７】
前記ｐ型層がＭｏＯ３を有する、請求項６に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項８】
前記発光層の少なくとも２つが、最大発光の少なくとも９０％を提供するように、アンチノードに十分近い位置にある、請求項１に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項９】
各発光層が、最大発光の少なくとも９０％を提供するように、アンチノードに十分近い位置にある、請求項８に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１０】
積層有機発光デバイスであって、
カソードと、
リン光緑色発光物質を含む発光層を有する緑色発光副要素と、
電荷発生層と、
リン光青色発光物質を含む発光層を有する青色発光副要素と、
電荷発生層と、
リン光赤色発光物質を含む発光層を有する赤色発光副要素と、
アノードと、
を順番に有し、
各副要素の前記発光層が、当該色に対応する発光体のアンチノードまでの距離の２０％内にあり、
前記発光物質の結合された発光が前記デバイスから白色発光をもたらす、積層有機発光デバイス。
【請求項１１】
各副要素が正孔輸送層と、電子輸送層と、発光層とを含み、前記発光層が正孔輸送層、電子輸送層、または独立層である、請求項１０に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１２】
前記デバイスが、ＣＩＥ座標（Ｘ＝０．３７±０．０８、Ｙ＝０．３７±０．０８）を有する光を発光する、請求項１０に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１３】
前記デバイスが少なくとも３０％の最大外部量子効率を可能にする、請求項１０に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１４】
前記電荷発生層がｐ型層に隣接するｎ型層を有する、請求項１０に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１５】
前記ｐ型層がＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＷＯ３、およびＳｎＯ２から選択される物質を有する、請求項１４に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１６】
前記ｐ型層がＭｏＯ３を有する、請求項１５に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１７】
前記発光層の少なくとも２つが、最大発光の少なくとも９０％を提供するように、アンチノードに十分近い位置にある、請求項１０に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１８】
各発光層が、最大発光の少なくとも９０％を提供するように、アンチノードに十分近い位置にある、請求項１７に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項１９】
積層有機発光デバイスであって、
カソードと、
リン光青色発光物質を含む発光層を有する青色発光副要素と、
電荷発生層と、
リン光緑色発光物質を含む発光層を有する緑色発光副要素と、
電荷発生層と、
リン光赤色発光物質を含む発光層を有する赤色発光副要素と、
アノードと、
を有し、
各副要素の前記発光層が、当該色に対応する発光体のアンチノードまでの距離の２０％内にあり、
各副セルの電荷均衡ファクタが０．９〜１であり、
前記発光物質の結合された発光が前記デバイスから白色発光をもたらす、積層有機発光デバイス。
【請求項２０】
各副セルの電荷均衡ファクタが０．９５〜１である、請求項１９に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項２１】
各副要素が正孔輸送層と、電子輸送層と、発光層とを含み、前記発光層が正孔輸送層、電子輸送層、または独立層である、請求項１９に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項２２】
前記デバイスが、ＣＩＥ座標（Ｘ＝０．３７±０．０８、Ｙ＝０．３７±０．０８）を有する光を発光する、請求項１９に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項２３】
前記デバイスが少なくとも３０％の最大外部量子効率を可能にする、請求項１９に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項２４】
前記電荷発生層がｐ型層に隣接するｎ型層を有する、請求項１９に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項２５】
前記ｐ型層がＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＷＯ３、およびＳｎＯ２から選択される物質を有する、請求項２４に記載の積層有機発光デバイス。
【請求項２６】
前記ｐ型層がＭｏＯ３を含む、請求項２５に記載の積層有機発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００８年１０月２８日出願の米国仮特許出願第６１／１０９，０７４号明細書の優先権を主張するものであり、これらの全内容を、本明細書に援用する。
【０００２】
米国政府の権利に関する記述
本発明は、エネルギー省により授与された契約番号ＤＥ−ＦＧ０２−０７ＥＲ８４８０９により政府の支援によってなされた。米国政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、効率的な有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）に関する。より具体的には、白色発光ＯＬＥＤ、即ちＷＯＬＥＤに関する。本発明のデバイスは、通常赤色、緑色、青色を発光する、３つの発光性の副要素を採用して、可視スペクトルを十分にカバーする。この副要素は電荷発生層によって仕切られる。これによって、色調の強いレンダリングインデックスを示す明るく効率的なＷＯＬＥＤの構造が可能になる。
【背景技術】
【０００４】
有機物質を用いるオプトエレクトロニクスデバイスは、多くの理由により、ますます望ましいものとなってきている。そのようなデバイスを作るために用いられる物質の多くは比較的安価であり、そのため有機オプトエレクトロニクスデバイスは、無機デバイスに対してコスト上の優位性についての潜在力を持っている。加えて、有機デバイスは、柔軟性等の有機物質固有の特性により、柔軟な基板上への作製等の特定の用途に適している。有機オプトエレクトロニクスデバイスの例には、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）、有機光トランジスタ、有機光電池、および有機光検出器が含まれる。ＯＬＥＤについては、有機物質は従来の物質に対して性能的優位性を有し得る。例えば、有機発光層が発光する波長は一般に適切なドーパントで容易に調節され得る。
【０００５】
本明細書で用いるように、「有機」という用語は、有機オプトエレクトロニクスデバイスを作製するために用いることができる重合体並びに低分子有機物質を含む。「低分子」とは、重合体ではない任意の有機物質を指し、「低分子」は実際には非常に大きくてもよい。低分子はいくつかの状況では繰り返し単位を含んでもよい。例えば、置換基として長鎖アルキル基を用いることは、分子を「低分子」の群から排除しない。低分子は、例えば重合体主鎖上のペンダント基として、あるいは主鎖の一部として、重合体中に組み込まれてもよい。低分子は、コア残基上に作り上げられた一連の化学的殻から成るデンドリマーのコア残基として働くこともできる。デンドリマーのコア残基は、蛍光性またはリン光性低分子発光体であることができる。デンドリマーは「低分子」であってよく、ＯＬＥＤの分野で現在用いられている全てのデンドリマーは低分子であると考えられる。一般に、低分子は、単一の分子量を持つ明確な化学式を有するが、重合体は分子ごとに変わり得る化学式と分子量とを有する。本明細書で用いるとおり、「有機」はヒドロカルビル配位子およびヘテロ原子で置換されたヒドロカルビル配位子の金属錯体を含む。
【０００６】
ＯＬＥＤは、デバイスに電圧を印加した場合に光を発する薄い有機膜を用いる。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等の用途で用いるためのますます興味ある技術となってきている。いくつかのＯＬＥＤの材料と構成が、米国特許第５，８４４，３６３号明細書、同第６，３０３，２３８号明細書、および同第５，７０７，７４５号明細書に記載されており、これらの明細書はその全体を参照により本願に援用する。
【０００７】
ＯＬＥＤデバイスは一般に（常にではないが）少なくとも電極の１つを通して光を発するように意図され、１つ以上の透明電極が、有機オプトエレクトロニクスデバイスにおいて有用であり得る。例えば、インジウムスズオキシド（ＩＴＯ）等の透明電極材料は、ボトム電極として用いることができる。米国特許第５，７０３，４３６号明細書および同第５，７０７，７４５号明細書（これらはその全体を参照により援用する）に開示されているような透明なトップ電極も用いることができる。ボトム電極を通してのみ光を発することが意図されたデバイスについては、トップ電極は透明である必要はなく、高い電気伝導度を持つ厚く且つ反射性の金属層から成っていてもよい。同様に、トップ電極を通してのみ光を発することが意図されたデバイスについては、ボトム電極は不透明および／または反射性であってよい。電極が透明である必要がない場合は、より厚い層の使用はより良い伝導度をもたらすことができ、反射性電極を用いることは透明電極に向けて光を反射し返すことによって他方の電極を通して放射される光の量を多くすることができる。完全に透明なデバイスも作製でき、この場合は両方の電極が透明である。側方発光ＯＬＥＤも作製することができ、そのようなデバイスでは１つまたは両方の電極が不透明または反射性であり得る。
【０００８】
本明細書で用いるように、「トップ」は基板から最も遠くを意味する一方で、「ボトム」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の場合、ボトム電極とは基板に最も近い電極であり、通常最初に作製される電極である。ボトム電極は、基板に最も近いボトム面と基板から遠いトップ面の２つの表面を有する。第一の層が第二の層「上に配置される」と記述した場合は、第一の層は基板からより遠くに配置される。第一の層が第二の層と「物理的に接触している」と特定されていない限り、第一の層と第二の層との間に別の層があってよい。例えば、カソードとアノードとの間に様々な有機層があったとしても、カソードはアノードの「上に配置される」と記載され得る。
【０００９】
本明細書で用いるように、「溶液処理（加工）可能」とは、溶液または懸濁液形態のいずれかで、液体媒体中に溶解、分散、または輸送でき、および／または液体媒体から堆積され得ることを意味する。
【００１０】
本明細書で用いるように、且つ当業者によって一般に理解されているように、第一の「最高被占軌道」（ＨＯＭＯ）または「最低空軌道」（ＬＵＭＯ）エネルギー準位は、第一のエネルギー準位が真空のエネルギー準位により近い場合は、第二のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯのエネルギー準位よりも「大きい」かまたは「高い」。イオン化ポテンシャル（ＩＰ）は、真空準位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、より小さな絶対値をもつＩＰ（より小さな負のＩＰ）に相当する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギー準位は、より小さな絶対値を持つ電子親和力（ＥＡ）（より小さな負のＥＡ）に相当する。従来のエネルギー準位ダイヤグラム上では、上端（トップ）を真空準位として、物質のＬＵＭＯエネルギー準位は、同じ物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも上である。「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も、そのようなダイヤグラムの上端（トップ）近くに現れる。
【００１１】
白色照明源の質は、簡単なパラメータの組で記述可能である。光源の色は、そのＣＩＥ色度座標ｘおよびｙによって与えられる。このＣＩＥ座標は通常２次元座標上に示される。単色は、左下の青から始まり、右下の赤色へと、時計回りの方向のカラースペクトルを通っている馬蹄形の曲線の周囲上に位置する。特定のエネルギーとスペクトル形状の光源のＣＩＥ座標は、その曲線の領域内に位置する。全ての波長の光を合計すると、このダイヤグラムの中心にある、白すなわち中性点が一様に与えられる（ＣＩＥ、Ｘ−Ｙ座標、０．３３，０．３３）。２つ以上の光源からの光を混合すると、その個別の光源のＣＩＥ座標の強度加重平均によって表される色の光が与えられる。したがって、２つ以上の光源からの光を混合することを使用して、白色光を生じさせることができる。２つの成分および３つの成分の白色光源がオブサーバと同一であると思われる一方で（ＣＩＥ、Ｘ−Ｙ座標、０．３２，０．３３）、それらは照明源とは同等ではない可能性がある。照明のためにこれらの白色光源を用いることを考えた場合、光源のＣＩＥ座標に加えてＣＩＥ演色指数（ＣＲＩ）が有用となり得る。ＣＲＩは、いかにその光源が、照明される物体の色を表現するかの目安となる。その標準光源に対する特定光源の完全な合致により１００のＣＲＩが得られる。少なくとも７０のＣＲＩ値が特定用途に対して許容され得るが、好ましい白色光源は約８０以上の大きなＣＲＩを有し得る。
【００１２】
白色有機発光ダイオード（ＷＯＬＥＤ）は、新しい世代のソリッドステート光源としてその潜在能力を示している。しかしながら、一般的な照明アプリケーション用に実用化するには、高輝度（例えば、約１０００ｃｄ／ｍ２）で高効率を取得することが必要である。従来のＷＯＬＥＤは、単一の発光層（ＥＭＬ）または複数の発光層（拡張領域での励起子形成を可能にする）のいずれかで赤色、緑色、青色（Ｒ、Ｇ、およびＢ）のリン光および／または蛍光ドーパントを導入している。後者の構造の場合、これらのアーキテクチャの構成要素の相対的なエネルギーに設定される複数の制約条件により、ホストドーパントとリン光ドーパントの適切な組合せは困難となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／１０９，０７４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８４４，３６３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３０３，２３８号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７０７，７４５号明細書
【特許文献５】米国特許第５，７０３，４３６号明細書
【特許文献６】米国特許第４，７６９，２９２号明細書
【特許文献７】米国特許第６，３１０，３６０号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００２／００３４６５６号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００２／０１８２４４１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００３／００７２９６４号明細書
【特許文献１１】国際公開０２／０７４０１５号パンフレット
【特許文献１２】米国特許第６，６０２，５４０Ｂ２号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，５４８，９５６Ｂ２号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，５７６，１３４Ｂ２号明細書
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００３／０２３０９８９０号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，２４７，１９０号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，０９１，１９５号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，８３４，８９３号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，０１３，９８２号明細書
【特許文献２０】米国特許第６，０８７，１９６号明細書
【特許文献２１】米国特許出願第１０／２３３，４７０号明細書
【特許文献２２】米国特許第６，２９４，３９８号明細書
【特許文献２３】米国特許第６，４６８，８１９号明細書
【特許文献２４】米国特許公開出願第２００４／０２０９１１６号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３９５，１５１〜１５４頁，１９９８
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．１，４〜６頁（１９９９）
【非特許文献３】Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９０，５０４８頁（２００１）
【非特許文献４】「Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（第２版），Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ（１９９８）
【非特許文献５】Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００３，１５，１０４３
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の個々の副要素が垂直に積層され、透明の電荷発生層（ＣＧＬ）によって電気的に接続された積層型ＯＬＥＤを提供する。この赤色、緑色、青色の副要素からの発光の組合せにより、積層デバイスから白色の発光を実現する。
【００１６】
本発明の一実施形態では、積層有機発光デバイスは、カソードと、リン光赤色発光物質を含む発光層を有する赤色発光副要素と、電荷発生層とリン光緑色発光物質を含む発光層を有する緑色発光副要素と、電荷発生層と、リン光青色発光物質を含む発光層を有する青色発光副要素と、アノードとを順番に有し、発光物質の結合された発光がデバイスから白色発光をもたらす。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、積層有機発光デバイスは、カソードと、リン光赤色発光物質を含む発光層を有する赤色発光副要素と、電荷発生層と、リン光青色発光物質を含む発光層を有する青色発光副要素と、電荷発生層と、リン光緑色発光物質を含む発光層を有する緑色発光副要素と、アノードと、を順番に有し、発光物質の結合された発光がデバイスから白色発光をもたらす。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、カソードと、リン光赤色発光物質を含む発光層を有する赤色発光副要素と、電荷発生層と、リン光緑色発光物質を含む発光層を有する緑色発光副要素と、電荷発生層と、リン光青色発光物質を含む発光層を有する青色発光副要素と、アノードと、を順番に有し、発光物質の結合された発光がデバイスから白色発光をもたらし、赤色、緑色、および青色の副要素のそれぞれは実質的に電荷均衡されている。積層内の各副要素内で電荷均衡と高効率を達成するために、要素ごとに様々な電荷均衡メカニズムを使用することができる。これには、（１）ＥＴＬの厚さを調整すること、（２）ＥＭＬの周りに電荷阻止層を挿入すること、（３）ＨＴＬの厚さを調整することが含まれる。したがって、本発明の好適な実施形態では、電荷均衡ファクタγは、積層デバイスの副セルのそれぞれについてほぼ不変である。好ましくは、サブセルごとの電荷均衡ファクタは、約０．９〜１であり、より好ましくは約０．９５〜１である。
【００１９】
好適な実施形態では、各副要素は、正孔輸送層、電子輸送層、および発光層を有し、発光層は正孔輸送層、電子輸送層、または独立層である。
【００２０】
本発明の好適な実施形態では、積層ＯＬＥＤの発光層のそれぞれは、最大発光の少なくとも９０％を提供するように、アンチノードに十分近い位置にある。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、電荷発生層は、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＷＯ３、およびＳｎＯ２から選択した材料から成る。
【００２２】
本発明の目的は、高効率の積層ＷＯＬＥＤを提供することである。したがって、好適な実施形態では、デバイスは少なくとも約３０％の総最大外部量子効率を有する。
【００２３】
本発明の別の目的は、高輝度で高効率の積層ＷＯＬＥＤを提供することである。したがって、好適な実施形態では、デバイスは、約１０００ｃｄ／ｍ２の輝度で少なくとも約２８％の総外部量子効率を有する。
【００２４】
本発明のさらなる目的は、室内照明アプリケーションに適切な白色発光を有する積層ＷＯＬＥＤを提供することである。したがって、好適な実施形態では、デバイスは、ＣＩＥ座標（Ｘ＝０．３７±０．０８、Ｙ＝０．３７±０．０８）を有する光を発光する。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、高ＣＲＩを有する積層ＷＯＬＥＤを提供することである。したがって、好適な実施形態では、デバイスは少なくとも７０のＣＲＩ、より好ましくは少なくとも７５のＣＲＩを有する光を発光する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】電荷発生層ならびに他の層によって分離される個々の副要素を有する積層有機発光デバイスを示す。
【図２】発光層ならびに他の層を有する副要素を示す。
【図３】本発明の白色ＯＬＥＤの概略的なデバイス構造は、電荷発生層によって分離される赤色、緑色、および青色副要素を有する。
【図４】赤色、緑色、青色ＯＬＥＤ副要素からなる実施例１におけるＲ−Ｇ−Ｂ  ＷＯＬＥＤの概略的なエネルギーレベル図である。
【図５】副要素ごとの発光スペクトルを、積層ＯＬＥＤ構造内の該位置の関数として示す。
【図６】電流密度（Ｊ＝１、１０、１００ｍＡ／ｃｍ２）での実施例１におけるデバイスについて測定およびシミュレーションされた電気発光スペクトルを示す。シミュレーションされたスペクトルは、Ｒセル、Ｇセル、Ｂセルから生成されるフォト比を合わすことにより、キャビティ拡張および抽出効率に基づいて表わされる。
【図７】実施例１の積層ＯＬＥＤと、独立した個々の副要素を含む制御デバイスとにおける電流密度対電圧特性のグラフを示す。
【図８】実施例１のＲ−Ｇ−Ｂ  ＳＯＬＥＤの場合と、赤色、緑色、青色の個々の制御デバイスについて電流密度の関数として総外部量子効率を電流密度の関数として示す（参考用）。
【図９】実施例１のＲ−Ｇ−Ｂ  ＳＯＬＥＤの場合と、赤色、緑色、青色の個々の制御デバイス場合とについて電流密度の関数として総外部パワー効率を電流密度の関数として示す（参考用）。矢印は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２での値を示す。
【図１０】副要素の順序Ｂ−Ｇ−Ｒ（実線）とＲ−Ｇ−Ｂ（点線）を有する光学的に最適化された積層デバイスの発光スペクトルを示す。
【図１１】抽出されたパワーを示し、微小共振器効果および抽出効率を、積層ＯＬＥＤにおける位置と波形の関数として検討する。
【図１２】（ａ）３副要素トリス（フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）ＳＯＬＥＤのエネルギーレベルの図と、（ｂ）提案された熱的に支援されるトンネリングモデルにおけるＣＧＬのエネルギーレベルを示す。ここで、φｔはＭｏＯ３価電子バンド最大に関するトラップレベルであり、φＢはトンネリングバリアである。正孔（○）と電子（●）は電界のもとで解離される。これにより、Ｊｈ，ＣＧＬおよびＪｅ，ＣＧＬの電流密度がそれぞれ生じる。
【図１３】（ａ）電子オンリーデバイスおよび（ｂ）正孔オンリーデバイスの提案されるエネルギーレベル図を示す。
【図１４】（ａ）厚さ５０Å（□）、１００Å（○）、２００Å（△）のＭｏＯ３を有する電子オンリーデバイスの室温Ｊ−Ｖ特性と、（ｂ）１５９Ｋ（□）および２９６Ｋ（○）のもとで、ＭｏＯ３（Ａｌ５００Å／Ｌｉ：ＢＣＰ１００Å／ＮＰＤ４００Å／ＭｏＯ３５０Å／Ａｌ５００Å）を持たない正孔オンリーデバイスのＪ−Ｖ特性を示す。
【図１５】（ａ）Ｃ−Ｖ特性と、（ｂ）２００Ｈｚの周波数で厚さ５０Å（□）、１００Å（○）、２００Å（△）のＭｏＯ３を有する電子オンリーデバイスの算出された空乏幅と、（ｃ）Ｌｉドーピングなし（□）で、モル比１：１０のＬｉ：ＢＣＰ（○）とモル比１：１のＬｉ：ＢＣＰ（△）を有する、厚さ１００ÅのＭｏＯ３を持つ電子オンリーデバイスの算出された空乏幅とを示す。
【図１６】１５９Ｋ〜２９６Ｋの範囲を変化する温度のもとで、厚さが（ａ）５０Å、（ｂ）１００Å、（ｃ）２００ÅのＭｏＯ３を有する電子オンリーデバイスについての電流密度（Ｊ）対逆電界（Ｅ）を示す。実線は式（１）と式（２）に従った適合度であり、表Ｉにリストしたトンネリングおよびトラップエネルギーバリアの両方をもたらす。
【図１７】印加電界Ｅ＝２．０×１０７Ｖ／ｃｍでの電子オンリーデバイスについての電流密度（Ｊ）対１０００／Ｔ（Ｔは温度）を示す。２００Åの厚さのＭｏＯ３を有するデバイスの場合は例外（この場合はＥ＝２．６×１０７Ｖ／ｃｍが使用される）。実線の適合は、表Ｉにリストしたトラップエネルギーレベルφｔを示す。
【図１８】１８０Ｋ〜２９６Ｋの範囲を変化する温度のもとで、厚さが（ａ）５０Å、（ｂ）１００Å、（ｃ）２００ÅのＭｏＯ３を有する正孔オンリーデバイスについての電流密度（Ｊ）対逆電界（Ｅ）を示す。実線は式（１）と式（２）に従った適合度であり、表Ｉにリストしたトンネリングおよびトラップエネルギーバリアの両方をもたらす。
【図１９】印加電界Ｅ＝１．６×１０７Ｖ／ｃｍでの正孔オンリーデバイスについての電流密度（Ｊ）対１０００／Ｔ（Ｔは温度）を示す。実線の適合は、表Ｉにリストしたトラップエネルギーレベルφｔを示す。
【図２０】（ａ）３つの副要素を持つＳＯＬＥＤの電荷均衡を確立する電流の概略図（電流密度の方向は矢印によって示され、寄生漏洩電流は点線で示される）と、（ｂ）外部量子効率と（ｃ）セルＬ（□）、セルＭ（▽）、セルＲ（○）、および制御デバイス（△）のパワー効率とを示す。
【図２１】（ａ）外部量子効率と、（ｂ）様々なＢＣＰ厚さを有するセルＲのパワー効率とを示す。
【図２２】（ａ）外部量子効率と、（ｂ）セルＲ内に様々なＢＣＰ厚さを有するＧ−Ｇ−Ｇ  ＳＯＬＥＤのパワー効率とを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、個別の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の副要素が垂直に積層され、電荷発生層（ＣＧＬ）によって電気的に接続される積層型ＯＬＥＤを提供する。
【００２８】
一般に、ＯＬＥＤは、アノードとカソードとの間に配置され、且つこれらに電気的に接続された少なくとも１つの有機層を含む。電流が流されると、有機層に、アノードは正孔を注入し、カソードは電子を注入する。注入された正孔と電子はそれぞれ、反対に帯電した電極に向かって移動する。電子と正孔が同じ分子に局在するとき、「励起子」（これは、励起エネルギー状態を有する局在化した電子−正孔対である）が形成される。励起子が光放出機構によって緩和するときに光が放射される。いくつかの場合には、励起子はエキシマーまたはエキシプレックスに局在化され得る。無放射機構、例えば熱緩和も起こり得るが、一般には望ましくないと考えられている。
【００２９】
初期のＯＬＥＤでは、例えば米国特許第４，７６９，２９２号明細書（その全体を参照により援用する）に開示されているように、一重項状態から発光（「蛍光」）する発光分子を用いた。蛍光発光は一般に、１０ナノ秒未満の時間フレームで起こる。
【００３０】
より最近、三重項状態から発光（「リン光」）する発光物質を有するＯＬＥＤが実証された。Ｂａｌｄｏら，「Ｈｉｇｈｌｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」，Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３９５，１５１〜１５４頁，  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．１，４〜６頁（１９９９）（「Ｂａｌｄｏ−ＩＩ」）（これらはその全体を参照により援用する）。リン光は「禁制」遷移と呼ばれることがあり、何故ならこの遷移がスピン状態の変化を必要とし、量子力学はこのような遷移は好ましくないことを示しているからである。結果として、リン光は一般に、少なくとも１０ナノ秒を超える時間フレームで起こり、典型的には１００ナノ秒を超える。リン光の自然な放射寿命が長すぎると、三重項が無放射機構により減衰して全く光が放出されないということがあり得る。有機リン光は、しばしば、非共有電子対を有するヘテロ原子を含む分子においてもまた、非常に低温で観察される。２，２’−ビピリジンはこのような分子である。無放射的減衰機構は、通常、温度に左右されるので、液体窒素の温度でリン光を示す有機物質は、通常、室温ではリン光を示さない。しかし、Ｂａｌｄｏにより実証されたように、室温で実際にリン光を発するリン光化合物を選択することによって、この問題を解決できる。代表的な発光層には、米国特許第６，３０３，２３８号明細書、米国特許第６，３１０，３６０号明細書；米国特許出願公開第２００２／００３４６５６号明細書；同第２００２／０１８２４４１号明細書；同第２００３／００７２９６４号明細書；および国際公開０２／０７４０１５号パンフレットに開示されているようなドープされているかまたはドープされていないリン光有機金属物質が含まれる。
【００３１】
一般に、ＯＬＥＤ内の励起子は、約３：１の比で、すなわち、約７５％の三重項と２５％の一重項として生成されると考えられている。Ａｄａｃｈｉら、「Ｎｅａｒｌｙ  １００％  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｉｎ  Ａｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９０，５０４８頁（２００１）（これはその全体を参照により援用する）を参照されたい。多くの場合、一重項励起子は「項間交差」を通じて三重項励起状態に容易にエネルギーを移動できるが、三重項励起子はそれらのエネルギーを一重項励起状態に容易には移動できない。結果として、リン光ＯＬＥＤで１００％の内部量子効率が理論的には可能である。蛍光デバイスにおいては、三重項励起子のエネルギーは、通常、デバイスを昇温させる無放射減衰過程に費やされるので、結果的に内部量子効率はずっと小さくなる。三重項励起状態から発光するリン光物質を用いるＯＬＥＤが、例えば、米国特許第６，３０３，２３８号明細書（これはその全体を参照により援用する）に開示されている。
【００３２】
リン光発光に先立って、三重項励起状態から中間の非三重項状態への遷移が起こり、そこから発光減衰が起こり得る。例えば、ランタニド元素に配位した有機分子は、しばしば、ランタニド金属に局在化した励起状態からリン光を発する。しかし、このような物質は三重項励起状態から直接リン光を発するのでなく、代わりに、ランタニド金属イオンに集中した原子励起状態から発光する。ユーロピウムジケトネート錯体はこれらのタイプの化学種の１つの群を例示する。
【００３３】
三重項からのリン光は、有機分子を大きな原子番号の原子のごく近くに、好ましくは結合を通じて留めることによって、蛍光を超えて強めることができる。この現象は、重原子効果と呼ばれ、スピン−軌道カップリングとして知られている機構によって生じる。このようなリン光遷移は、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）等の有機金属分子の励起金属配位子電荷移動（ｅｘｃｉｔｅｄ  ｍｅｔａｌ−ｔｏ−ｌｉｇａｎｄ  ｃｈａｒｇｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）（ＭＬＣＴ）状態から観察され得る。
【００３４】
本明細書で用いるとおり、「三重項エネルギー」という用語は、所定の物質のリン光スペクトル中に認められる最も高いエネルギー的特徴部分に対応するエネルギーを言う。最も高いエネルギー的特徴部分は、必ずしも、リン光スペクトル中の最大強度を有するピークではなく、例えば、そのようなピークの高エネルギー側の明瞭な肩の極大値であり得る。
【００３５】
本明細書で使用されるような用語「有機金属」は、当業者によって一般に理解されるとおりであり、例えば、Ｇａｒｙ  Ｌ  ＭｉｅｓｓｌｅｒおよびＤｏｎａｌｄ  Ａ．Ｔａｒｒによる「Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（第２版），Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ（１９９８）に示されているようなものである。それ故に、用語「有機金属」は、炭素−金属結合を通じて金属に結合された有機基を有する化合物を言う。このクラスは、それ自体は、ヘテロ原子からの供与結合のみを有する物質である配位化合物、例えば、アミン、ハロゲン化物、擬ハロゲン化物（ＣＮ、その他）の金属錯体等を含まない。実際には、有機金属化合物は一般に、有機種への１つまたは複数の炭素−金属結合に加えて、ヘテロ原子からの１つまたは複数の供与結合を含む。有機種への炭素−金属結合は、金属原子と、フェニル、アルキル、アルケニル等の有機基の炭素原子との間の直接結合を言うが、ＣＮまたはＣＯの炭素等の「無機炭素」への金属の結合は言わない。
【００３６】
図１は、積層型有機発光デバイス１００を示す。その図は必ずしも縮尺どおりには描かれていない。デバイス１００は、基板１１０、アノード１２０、正孔注入層１３０、ＯＬＥＤ副要素１４０、電荷生成層１５０、電子注入層１６０、保護層１７０、およびカソード１８０を含んでもよい。カソード１８０は、第１の導電層１８２および第２の導電層１８４とを有する複合カソードであってよい。デバイス１００は、述べた層を順々に堆積させることによって作製し得る。
【００３７】
図２は、副要素１４０を示す。各ＯＬＥＤ副要素１４０は、正孔注入層２２０、正孔輸送層２２５、電子阻止層２３０、発光層２３５、正孔阻止層２４０、電子輸送層２４５、電子注入層２５０、保護層２５５を含んでもよい。各個別の副要素は他の副要素とは異なる層構造を有してもよく、および／または様々な物質で構成することが可能である。
【００３８】
基板１１０は、所望の構造特性を備えた任意の適切な基板であってよい。基板１１０は柔軟であっても堅くてもよい。基板１１０は、透明、半透明、または不透明であり得る。プラスチックおよびガラスは好ましい堅い基板物質の例である。プラスチックおよび金属箔は好ましい柔軟基板物質の例である。基板１１０は、回路の作製を容易にするために半導体物質であってもよい。例えば、基板１１０は、続いて基板上に堆積されるＯＬＥＤを制御できる回路がその上に作製されているシリコンウェハであってもよい。他の基板を使用してもよい。基板１１０の物質および厚さは、所望の構造特性および光学特性が得られるように選択され得る。
【００３９】
アノード１２０は、有機層に正孔を輸送するために十分な導電性である任意の適切なアノードであってよい。アノード１２０の材料は、好ましくは、約４ｅＶより大き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には、導電性金属酸化物、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）およびインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡｌＺｎＯ）、並びに金属が含まれる。アノード１２０（および基板１１０）は、ボトム発光デバイスを作るために十分に透明であり得る。好ましい透明基板と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のＩＴＯ（アノード）である。柔軟且つ透明な基板−アノードの組合せは、米国特許第５，８４４，３６３号明細書および米国特許第６，６０２，５４０Ｂ２号明細書（これらはその全体を参照により援用する）に開示されている。アノード１２０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１２０は、デバイスのトップからの発光量を増加させるために、いくつかのトップ発光デバイスでは好ましいものであり得る。アノード１２０の材料および厚さは、所望の導電特性および光学特性が得られるように選択され得る。アノード１２０が透明である場合、特定の材料に対して、所望の導電性をもたせるのに十分なだけ厚いが、それでも所望の透明度をもたせるのに十分なだけ薄い厚さの範囲があり得る。他のアノード材料および構造を用いてもよい。
【００４０】
一般に、注入層は、一つの層、例えば電極または電荷発生層から、隣接する有機層への電荷担体の注入を向上させ得る物質から構成される。注入層は電荷輸送機能も果たし得る。デバイス１００において、正孔注入層１３０は、アノード１２０から隣接する有機層への正孔の注入を向上させる如何なる層であってもよい。ＣｕＰｃは、ＩＴＯアノード１２０および他のアノードからの正孔注入層として使用され得る物質の例である。デバイス１００において、電子注入層１６０は、隣接する有機層への電子の注入を向上させる如何なる層であってもよい。ＬｉＦ／Ａｌは、隣接する層から電子輸送層への電子注入層として用い得る物質の例である。他の物質または物質の組合せを注入層に用いてもよい。特定のデバイス構成に応じて、注入層はデバイス１００において示されているものとは異なる位置に配置されてもよい。注入層のより多くの例は、Ｌｕらの米国特許出願第０９／９３１，９４８号明細書（これはその全体を参照により援用する）に記載されている。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、溶液によって堆積された物質を含んでいるか、あるいは、それは蒸着された低分子物質（例えば、ＣｕＰｃまたはＭＴＤＡＴＡ）でもあり得る。
【００４１】
正孔注入層（ＨＩＬ）は、アノードまたは電荷生成層から正孔注入物質への効率的な正孔の注入をもたらすように、アノード表面を平坦化し、または濡らし得る。正孔注入層はまた、ＨＩＬの一方の側に隣接するアノード層とＨＩＬの反対側の正孔輸送層とに都合よく適合するＨＯＭＯ（最高被占軌道）エネルギー準位（本明細書に記載されている相対的イオン化ポテンシャル（ＩＰ）エネルギーにより定義される）を有する電荷担体成分を有することもできる。「電荷担体成分」は、実際に正孔を輸送するＨＯＭＯエネルギー準位を担う物質である。この成分はＨＩＬのベース物質であるか、あるいは、それはドーパントであってもよい。ドープされたＨＩＬを用いることにより、ドーパントをその電気的特性で選択でき、ホストをモルホロジー的特性（例えば、濡れ性、柔軟性、靱性など）によって選択できる。ＨＩＬ物質の好ましい特性は、正孔がアノードからＨＩＬ物質に効率的に注入されることができるということである。特に、ＨＩＬの電荷担体成分は、好ましくは、アノード材料のＩＰより約０．７ｅＶを超えて大きくはないＩＰを有する。より好ましくは、電荷担体成分は、アノード材料より約０．５ｅＶを超えて大きくはないＩＰを有する。同様の考慮は、正孔が注入される如何なる層にも適用される。ＨＩＬ物質は、ＨＩＬ物質が従来の正孔輸送物質の正孔伝導度よりも実質的に小さい正孔伝導度を有し得るという点で、ＯＬＥＤの正孔輸送層に通常使用される従来の正孔輸送物質からさらに区別される。本発明のＨＩＬの厚さは、アノード層または電荷生成層の表面を平坦化しまたは濡らすことを助けるために十分に厚くてよい。例えば、１０ｎｍほどの薄いＨＩＬの厚さでも、非常に滑らかなアノード表面に対しては許容可能であり得る。しかし、アノード表面は非常に粗い傾向があるので、いくつかの場合には５０ｎｍ以下のＨＩＬの厚さが望ましい。
【００４２】
積層ＯＬＥＤ  １００は、３つの個々の副要素１４０を備えている。各副要素は、好ましくは異なる原色を発光する。したがって、積層デバイスは好ましくは赤色発光副要素と、緑色発光副要素と、青色発光副要素を含む。個々の副要素の発光を結合することにより、デバイスから白色発光をもたらすのが理想的である。
【００４３】
副要素は、発光層である少なくとも１つの有機層を含む。即ち、積層デバイスに電圧が印加された場合に当層は光を放射することができる。発光層はリン光発光物質（ホスト物質内のドーパントとして好ましい）を含む。より好適なデバイス構造では、各副要素は少なくとも２つの層を有し、このうち１つは電子輸送層であり、もう１つは正孔輸送層である。この実施形態では、電子輸送層または正孔輸送層のいずれかが発光層となり得る。特定の好適な実施形態では、電子輸送層が発光層である。他の好適なデバイス構造では、副要素は少なくとも３つの層を備える（電子輸送層、発光層、および正孔輸送層）。このような独立した発光層を有する実施形態では、発光層は主に伝導電子または正孔となり得る。副要素には追加の層を追加してもよい。図２は、副要素１４０を示す。各ＯＬＥＤ副要素１４０は、正孔注入層２２０、正孔輸送層２２５、電子阻止層２３０、発光層２３５、正孔阻止層２４０、電子輸送層２４５、電子注入層２５０、保護層２５５を含んでもよい。積層ＯＬＥＤ  １００内の各ＯＬＥＤ副要素１４０は、同じ層構造を持つことも、他の副層とは異なる層構造を持つこともできる。
【００４４】
電荷発生層１５０は、隣接した層に電荷担体を注入するが、直接の外部接続を持たない層である。電荷発生層１５０は、積層ＯＬＥＤの副要素１４０を分離する。電荷発生層１５０のそれぞれは、同じ物質から構成することも、異なる組成物を有することも可能である。電荷発生層を有する積層ＯＬＥＤに電圧が印加されると、電荷発生層は、電荷発生層のカソード側の有機リン光副要素に正孔を注入し、アノード側の有機リン光副要素に電子を注入することができる。当業者によって理解されるように、層またはデバイスの「アノード側」は、層またはデバイスに正孔が入ると予想される、層またはデバイスの側部を示す。同様に、「カソード側」は、層またはデバイスに電子が入ると予想される、層またはデバイスの側部を示す。
【００４５】
各電荷発生層は、ドープされたｎ型（ドープされたＬｉ、Ｃｓ、Ｍｇ、などで）層とｐ型（金属酸化物、Ｆ４−ＴＣＮＱなど）層を接触させることにより形成することができる。好適な実施形態では、ドープされたｎ型層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属でドープされた有機層から選択することができるが（ＬｉでドープされたＢＣＰまたはＭｇでドープされたＡＩｑ３）、ＬｉでドープされたＢＣＰが好ましい。他の好適な実施形態では、電荷発生層は、安定した金属酸化物から選択される無機物質を含む（ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＷＯ３、およびＳｎＯ２など）。本発明の特定の好適な実施形態では、電荷発生層はＭｏＯ３またはＶ２Ｏ５の層を採用するが、ＭｏＯ３が最も好ましい。
【００４６】
保護層を使用することにより、後続の製造時に基礎層を保護することができる。例えば、金属または金属酸化物のトップ電極を製造するのに使用するプロセスでは有機層が損傷する場合があり、保護層を使用することによりそのような損傷を抑制または回避することができる。デバイス１００では、保護層１７０は、カソード１８０の製造時に基礎有機層に対する損傷を抑制することができる。保護層は、輸送する担体のタイプについて（デバイス１００の場合は電子）高い担体移動度を有することが好ましい。結果、デバイス１００の動作電圧が大幅に上昇することはない。保護層で使用され得る物質の例として、ＣｕＰｃ、ＢＣＰ、および種々の金属フタロシアニンが挙げられる。他の物質または物質の組合せを使用することができる。保護層１７０の厚さは、有機保護層１６０が堆積された後で発生する製造プロセスに起因する基礎層に対する損傷がわずかで済むような、または損傷が発生しないような厚さであることが好ましく、また、デバイス１００の動作電圧が大幅に上昇するような厚さでないことが好ましい。保護層１７０をドープすることにより、その導電性を高めることができる。例えば、ＣｕＰｃまたはＢＣＰ保護層は、Ｌｉでドープすることができる。保護層の詳細については、Ｌｕらの米国特許出願第０９／９３１，９４８号明細書（これはその全体を参照により援用する）に記載されている。
【００４７】
カソード１８０は、カソード１８０が電子を伝導し、且つデバイス１００の有機層に電子を注入できるような、当技術分野で公知の如何なる適切な物質または物質の組合せであってもよい。カソード１８０は透明または不透明であってよく、また反射性であってよい。金属および金属酸化物は適切なカソード材料の例である。カソード１８０は単層であっても、複合構造を有していてもよい。図１は、薄い金属層１８２と、より厚い導電性金属酸化物層１８４とを有する複合カソード１８０を示している。複合カソードにおいて、より厚い層１６４のための好ましい材料には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、および当技術分野において公知のその他の物質が含まれる。米国特許第５，７０３，４３６号明細書、米国特許第５，７０７，７４５号明細書、米国特許第６，５４８，９５６Ｂ２号明細書、および米国特許第６，５７６，１３４Ｂ２号明細書（これらは全体を参照により援用する）は、スパッタリングによって堆積させた透明で導電性のＩＴＯ層が上に重なったＭｇ：Ａｇなどの薄い金属層を有する複合カソードを含めたカソードの例を開示している。その下にある有機層と接触しているカソード１８０の部分は、それが単層カソード１８０、複合カソードの薄い金属層１８２、または何らかのその他の部分であるかどうかにかかわらず、約４ｅＶより小さい仕事関数を有する材料（「低仕事関数材料」）から作られていることが好ましい。その他のカソード材料および構造を用いてもよい。
【００４８】
正孔輸送層２２５には、正孔を輸送できる物質が含まれる。正孔輸送層２２５は真性（ドープされていない）であってもドープされていてもよい。ドーピングは導電性を高めるために使用され得る。α−ＮＰＤおよびＴＰＤは真性正孔輸送層の例である。ｐ型ドープ正孔輸送層の例は、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許出願公開第２００３−０２３０９８９０号明細書（これはその全体を参照により援用する）に開示されている、５０：１のモル比でＦ４−ＴＣＮＱでドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡである。好適な正孔輸送化合物は、α−ＮＰＤ、ＴＰＤ、ＭＴＤＡＴＡ、ＨＭＴＰＤなどの芳香族第三アミンを含むがこれに限定されるものではない。他の正孔輸送層を用いてもよい。
【００４９】
発光層２３５は、アノード１２０とカソード１８０との間に電流を流したときに発光し得る有機物質を含む。好ましくは、発光層２３５は、リン光発光物質を含む。リン発光物質が好ましいのは、当該物質に関連する発光効率がより高いためである。発光層２３５は更に、電子、正孔、および／または励起子を捕捉し、それにより励起子が発光機構によってその発光物質から緩和することができる発光物質でドープされた、電子および／または正孔を輸送可能なホスト物質も含んでいてもよい。発光層２３５は、輸送特性および発光特性を併せ持つ単一物質を含んでいてもよい。発光物質がドーパントであるか主成分であるかにかかわらず、発光層２３５は、発光物質の発光を調整するドーパント等の他の物質を含み得る。発光層２３５は、組み合わされて所望の光スペクトルを発光できる複数の発光物質を含んでいてもよい。リン光発光物質の例には、Ｉｒ（ｐｐｙ）３が含まれる。ホスト物質の例には、Ａｌｑ３、ＣＢＰおよびｍＣＰが含まれる。発光物質およびホスト物質の例は、Ｔｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号明細書（これはその全体を参照により援用する）に開示されている。発光物質は多くのやり方で発光層２３５に含めることができる。例えば、発光性の低分子がポリマーに組み込まれてもよい。これは、いくつかのやり方によって、例えば、低分子を、別個の独立した分子種としてポリマーにドープすることによって、あるいは、低分子をポリマー骨格に組み込み、コポリマーを形成することによって、あるいは、低分子をペンダント基としてポリマーに結合させることによって、実施できる。他の発光層物質および構造を用いてもよい。例えば、低分子の発光物質は、デンドリマーのコアとして存在してもよい。
【００５０】
多くの有用な発光物質は、金属中心に結合した１つまたは複数の配位子を含む。配位子は、それが有機金属発光物質の光活性特性に直接寄与する場合、「光活性」とよぶことができる。「光活性」配位子は、金属と共同で、光子が放出されるときに、電子がそこから移動するエネルギー準位およびそこへ移動するエネルギー準位を提供し得る。他の配位子は「補助」ということができる。補助配位子は、例えば光活性配位子のエネルギー準位をシフトさせることによって分子の光活性特性を改変し得るが、補助配位子は発光に直接関与するエネルギー準位を直接提供はしない。１つの分子において光活性である配位子は別の分子においては補助であり得る。光活性および補助のこれらの定義は本発明を限定しない理論を意図している。
【００５１】
電子輸送層２４５は電子を輸送できる物質を含み得る。電子輸送層２４５は、真性（ドープされていない）であっても、またはドープされていてもよい。ドーピングは導電性を高めるために使用され得る。Ａｌｑ３は真性電子輸送層の例である。ｎ型ドープ電子輸送層の例は、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許出願公開第２００３−０２３０９８９０号明細書（これはその全体を参照により援用する）に開示されている、１：１のモル比でＬｉによりドープされたＢＰｈｅｎである。他の電子輸送層を用いてもよい。
【００５２】
電子輸送層の電荷担体（キャリア）成分は、電子輸送層のＬＵＭＯ（最低空軌道）エネルギー準位へ、電子がカソードから効率的に注入され得るように選択できる。「電荷担体成分」は、実際に電子を輸送するＬＵＭＯエネルギー準位を担う物質である。この成分はベース物質であっても、あるいはそれはドーパントであってもよい。有機物質のＬＵＭＯエネルギー準位は一般にその物質の電子親和力により特徴付けることができ、カソードの相対的電子注入効率は一般にカソード材料の仕事関数によって特徴付けることができる。これは、電子輸送層およびそれに隣接するカソードの好ましい特性は、ＥＴＬ（電子輸送層）の電荷担体成分の電子親和力とカソード材料の仕事関数とによって特定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ためには、カソード材料の仕事関数は、電子輸送層の電荷担体成分の電子親和力より、好ましくは約０．７５ｅＶを超えては大きくなく、より好ましくは約０．５ｅＶを超えては大きくない。同様の考慮は、電子が注入される如何なる層にも適用される。
【００５３】
阻止層（ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）は、発光層から出て行く電荷担体（電子もしくは正孔）および／または励起子の数を減らすために使用できる。電子阻止層２３０は、電子が発光層２３５を離れて正孔輸送層２２５のほうへ向かうことを妨害するために、発光層２３５と正孔輸送層２２５との間に配置できる。同様に、正孔阻止層２４０は、正孔が発光層２３５を離れて電子輸送層２４５のほうへ向かうことを妨害するために、発光層２３５と電子輸送層２４５との間に配置できる。阻止層はまた、励起子が発光層から拡散して出て行くのを妨害するためにも使用できる。阻止層の理論と使用は、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９７，１４７号明細書および米国特許出願公開第２００３−０２３０９８９０号明細書（これらは全体を参照により援用する）に、より詳細に記載されている。
【００５４】
本明細書で用いており、かつ、当業者により理解されているように、「阻止層」という用語は、この層が、デバイスを通っての電荷担体および／または励起子の輸送を著しく抑制するバリアを提供することを意味するが、この層が電荷担体および／または励起子を必ずしも完全に妨害することは示唆してはいない。デバイス中にこのような阻止層が存在することにより、阻止層を欠いた類似のデバイスと比べて、実質的により高い効率をもたらし得る。また、阻止層は、ＯＬＥＤの所望の領域に発光を限定するためにも使用できる。
【００５５】
代替え実施形態では、図１のＯＬＥＤは「反転」ＯＬＥＤの形式となり得る。この場合、基板はアノードではなくカソードに隣接する。このような反転デバイスは、基板上に順番に、説明した層を堆積することにより製造することができる。
【００５６】
図１および２に例示されている簡単な層状構造は非限定的な例として与えられており、本発明の実施形態は多様な他の構造と関連して使用できることが理解される。記載されている具体的な物質および構造は事実上例示であり、その他の物質および構造も使用できる。設計、性能、およびコスト要因に基づいて、実用的なＯＬＥＤは様々なやり方で上記の記載された様々な層を組み合わせることによって実現でき、あるいは、いくつかの層は完全に省かれ得る。したがって、特定の層では、２つ以上の層の機能を１つの層に結合することができる。具体的に記載されていない他の層を含むこともできる。具体的に記載したもの以外の物質を用いてもよい。本明細書に記載されている例の多くは単一の物質を含むものとして様々な層を記載しているが、物質の組合せ（例えばホストおよびドーパントの混合物、またはより一般的には混合物）を用いてもよいことが理解される。また、層は様々な副層（ｓｕｂｌａｙｅｒ）を有してよい。本明細書において様々な層に与えられている名称は、厳格に限定することを意図するものではない。例えば、正孔輸送層は正孔を輸送し且つ発光層に正孔を注入するので、正孔輸送層として、あるいは正孔注入層として記載され得る。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」を有するものとして説明できる。この有機層は単一の層を含むか、または、例えば図１および２に関連して記載された様々な有機物質の複数の層をさらに含むことができる。
【００５７】
具体的に記載されていない構造および物質、例えばＦｒｉｅｎｄらの米国特許第５，２４７，１９０号明細書（これはその全体を参照により援用する）に開示されているようなポリマー物質で構成されるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）、も使用することができる。さらなる例として、単一の有機層を有するＯＬＥＤを使用できる。ＯＬＥＤは、例えば、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第５，７０７，７４５号明細書（これはその全体を参照により援用する）に記載されているように積重ねてもよい。ＯＬＥＤの構造は、図１および２に示されている簡単な層状構造から逸脱していてもよい。例えば、基板は、光取出し（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を向上させるために、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９１，１９５号明細書（これはその全体を参照により援用する）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号明細書（これはその全体を参照により援用する）に記載されているピット構造などの、角度の付いた反射表面を含み得る。
【００５８】
特に断らないかぎり、様々な実施形態の層のいずれも、何らかの適切な方法によって堆積され得る。有機層については、好ましい方法には、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、インクジェット（例えば、米国特許第６，０１３，９８２号明細書および米国特許第６，０８７，１９６号明細書（これらはその全体を参照により援用する）に記載されている）、有機気相成長（ｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＯＶＰＤ）（例えば、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，３３７，１０２号明細書（その全体を参照により援用する）に記載されている）、ならびに有機気相ジェットプリンティング（ｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｐｏｒ  ｊｅｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）（ＯＶＪＰ）による堆積（例えば、米国特許出願第１０／２３３，４７０号明細書（これはその全体を参照により援用する）に記載されている）が含まれる。他の適切な堆積方法には、スピンコーティングおよびその他の溶液に基づく方法が含まれる。溶液に基づく方法は、好ましくは、窒素または不活性雰囲気中で実施される。その他の層については、好ましい方法には熱蒸着が含まれる。好ましいパターニング方法には、マスクを通しての堆積、圧接（ｃｏｌｄ  ｗｅｌｄｉｎｇ）（例えば、米国特許第６，２９４，３９８号明細書および米国特許第６，４６８，８１９号明細書（これらはその全体を参照により援用する）に記載されている）、ならびにインクジェットおよびＯＶＪＰなどの堆積方法のいくつかに関連するパターニングが含まれる。その他の方法も用いることができる。堆積される物質は、それらを特定の堆積方法に適合させるために改変されてもよい。例えば、分岐したまたは分岐のない（好ましくは少なくとも３つの炭素を含む）アルキルおよびアリール基などの置換基が、溶液加工性を高めるために、低分子に用いることができる。２０以上の炭素原子を有する置換基を用いてもよく、３〜２０の炭素が好ましい範囲である。非対称構造を有する物質は対称構造を有するものよりも良好な溶液加工性を有し得るが、これは、非対称物質は、より小さな再結晶化傾向を有し得るからである。デンドリマー置換基は、低分子が溶液加工を受ける能力を高めるために用いることができる。
【００５９】
本明細書に開示した分子は、本発明の範囲から外れることなく多くの様々なやり方で置換できる。例えば、３つの二座配位子を有する化合物に置換基を追加して、その置換基を付加した後で１つ以上の二座配位子を一緒に連結して、例えば、四座または六座配位子を形成することができる。その他のそのような連結を形成することができる。この種の連結は、当分野で「キレート効果」として一般的に理解されているものによって、連結のない類似の化合物と比較して安定性を高めることができると考えられる。
【００６０】
本発明の実施形態により製造されたデバイスは多様な消費者製品に組み込むことができ、これらの製品には、フラットパネルディスプレイ、コンピュータのモニタ、テレビ、広告板、室内もしくは屋外の照明灯および／または信号灯、ヘッドアップディスプレイ、完全に透明な（ｆｕｌｌｙ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザープリンタ、電話機、携帯電話、携帯情報端末（ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｄｉｇｉｔａｌ  ａｓｓｉｓｔａｎｔ）（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、ビューファインダー、マイクロディスプレイ、乗り物、大面積壁面（ｌａｒｇｅ  ａｒｅａ  ｗａｌｌ）、映画館またはスタジアムのスクリーン、あるいは標識が含まれる。パッシブマトリクスおよびアクティブマトリクスを含め、様々な制御機構を用いて、本発明にしたがって製造されたデバイスを制御できる。デバイスの多くは、１８℃から３０℃、より好ましくは室温（２０〜２５℃）などの、人にとって快適な温度範囲において使用することが意図されている。
【００６１】
好適な実施形態では、各副要素は正孔輸送層と、電子輸送層と、発光層とを含み、発光層は、正孔輸送層、電子輸送層、または独立層である。
【００６２】
赤色発光副要素は、リン光赤色発光物質を含む発光層を有する。リン光赤色発光物質は当技術分野で公知であり、イリジウム（ＩＩＩ）ビス（２−フェニルキノリル−Ｎ，Ｃ２’）アセチルアセトナート（ＰＱＩｒ）を含む。
【００６３】
緑色発光副要素は、リン光緑色発光物質を含む発光層を有する。リン光緑色発光物質は当技術分野で公知であり、トリス（フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）を含む。
【００６４】
青色発光副要素は、リン光青色発光物質を含む発光層を有する。リン光青色発光物質は当技術分野で公知であり、ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルプリジナト）テトラキス（ｌ−ピラゾリル）ホウ酸塩（ＦＩｒ６）を含む。リン光青色発光ドーパントが使用される場合、高エネルギーギャップホストまたは「ワイドギャップ」ホスト物質からホストを選択するのが好ましい。ワイドギャップホストは約３．０ｅＶより大きなエネルギーギャップを有し、好ましくは、エネルギーギャップは約３．２ｅＶ以上であり、約３．５ｅＶ以上のエネルギーギャップが特に優先され得る。ワイドギャップのホスト物質は、米国特許公開出願第２００４／０２０９１１６号明細書（その全体を参照により本明細書に援用する）に開示されている物質から選択可能である。発光層内の発光物質に加えて、電荷担体ドーパントが採用され得る。
【００６５】
本発明の積層型デバイスにより、効率が高くバランスの良い白色の発光を達成する際には、積層型デバイス内の赤色、青色、および緑色の順番が重要な検討課題となる。各ＯＬＥＤ副要素からのバランスのとれた発光強度を得るには、光学干渉を制御し、積層構造内で微小共振器効果を最適化して、所望の白色パフォーマンスを達成することが重要となり得る。積層ＯＬＥＤ内の赤色、緑色、および青色の副ユニットの抽出効率は、固有モード展開と高度な境界条件との組合せに基づくＣａｖｉｔｙ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ（ＣＡＭＦＲ）ソフトウェアによって取得可能である。赤色、緑色、および青色副ユニットの順序と、有機層の厚さを変更すると、シミュレーションでは、大気へ抽出されるパワーが、波長とソース位置（即ち、トップ、ミドル、およびボトムがあり、ボトム副要素はＩＴＯ／基板に最も近く、トップ副要素はカソードに最も近い）との関数となることを示す。結果として、異なる順序で配置された赤色、緑色、および青色副要素は異なる抽出効率を有し、したがって、積層型デバイスの色温度と演色性（ＣＲＩ）が異なり、他のパラメータは同じに維持される。
【００６６】
本発明のある好適な実施形態では、赤色発光副要素は、積層ＷＯＬＥＤにおけるトップ副要素である。一実施形態では、赤色発光副要素はトップ副要素であり、緑色発光副要素はミドル副要素であり、青色発光副要素はボトム副要素である（図３Ａを参照）。別の実施形態では、赤色発光副要素はトップ副要素であり、青色発光副要素はミドル副要素であり、緑色発光副要素はボトム副要素である（図３Ｂを参照）。
【００６７】
最適化された特定のＲＧＢ順序の場合、金属電極に対する各発光体の場所を調整することによりさらに最適化することができる。発光体がその光学アンチノードの１つにより近い場合（発光体とカソード間の往復位相変化＝（２ｎ＋１）π、ここでｎ＝１，２など）、対応する発光は増大され得る。逆もまた同様である。発光体の場所を調整する一方法は、担体移動度が高い層を副要素に追加する、または副要素の１つまたは複数の層の層厚を調整するというものである。発光層は、当該発光体の場合、アンチノードとの距離の約２０％以内であることが好ましい。したがって、好適な実施形態では、発光層の少なくとも２つ、より好ましくは発光層のすべては、最大発光の少なくとも９０％、より好ましくは最大発光の少なくとも９５％を提供するように、アンチノードと十分な近さにある。
【００６８】
さらなる検討事項は、電極または電荷発生層から隣接する副要素への電荷担体の注入効率となり得る。良好な電気的注入と良好な演色との間にはトレードオフが存在し得る。したがって、例えば、デバイスからの白色発光のＣＲＩおよびＣＩＥパラメータを最大限に高めるには、発光副要素における順番が重要となり得る。本発明の特定の実施形態では、バランスのとれた白色発光を取得するとき、赤色および青色の副要素に対して弱い発光の緑色要素は受け入れられ、好適でさえもある。この実施形態では、２つの隣り合う電荷発生層からの注入効率は、隣接する電極からの注入よりも効率が低くなり得るので、緑色副要素はミドル副要素であることが好ましい。
【００６９】
化合物ＣＧＬからの電荷注入は、２つのステッププロセスに基づいてモデル化され得る。これには、（１．２±０．２）ｅＶの注入バリアを超えるトンネル援助熱電子放出と、ＭｏＯ３価電子バンド端上の（０．０６±０．０１）ｅＶでの酸素空孔によるトラップレベルが含まれる。
【００７０】
理論によって制限されることなく、電子注入は、図１２ｂに示すように、金属酸化物（例えば、ＭｏＯ３）の価電子バンドの最大よりも上のエネルギーφｔに位置するトラップへ熱イオンによりに励起された電子を介して発生すると考えられている。これに続き、隣接するドープされた有機層の薄い空乏領域を介したフィールド援助トンネリングが行われる。印加電圧Ｖにおいて、図１２のＣＧＬ界面領域における電子（Ｊｅ，ＣＧＬ）と正孔（Ｊｈ，ＣＧＬ）の電流密度は以下の式で表わされる。
Ｊｅ，ＣＧＬ＝Ｊｈ，ＣＧＬ＝ｑｖｅＮｔｆＰ（Ｖ）      （１）
ここで、ｆ  ＝  １／（１＋ｅｘｐ［ｑφｔ／ｋＴ］）フェルミディラック関数である。ｑは素電荷である。ｋはボルツマン定数である。Ｔは温度である。φｔは金属酸化物（ＭｏＯ３）価電子バンド最大よりも上のトラップレベルである。ｖｅは自由電子の速度である。Ｎｔはトラップ濃度である。Ｐ（Ｖ）は、高さφＢの界面バリアを超えるトンネリング確率である。
【数１】
0006359582.tif 000002
ここで、三角エネルギーバリアの
【数２】
0006359582.tif 000003
ここで、Ｅ（Ｖ）は電圧Ｖでの電界である。ｍｓは有機半導体における電子有効質量である。Ｖ，ｍｓ＊はブランク定数を２πで割り算したものである。
【００７１】
電流密度Ｊでの励起子生成レートは次式で表わされる。
【数３】
0006359582.tif 000004
ここで、Ｇ（ｘ，Ｊ）は、ＥＭＬにおける位置ｘと位置ｘ＋ｄｘとの間の励起子のボリューム生成レートであり、ＥＭＬ／ＥＴＬ界面ではｘ＝０となる。ＥＭＬの全幅にわたって積分が行われる。電荷均衡ファクタγは、ＥＭＬに注入された電子に対する正孔の比であり、次式で求められる。
【数４】
0006359582.tif 000005
【００７２】
ここで、Ｊｈ，Ａ、Ｊｈ，Ｃ、Ｊｅ，Ａ、Ｊｅ，Ｃは、ＥＭＬのアノード（Ａ）側およびカソード（Ｃ）側における正孔（ｈ）および電子（ｅ）電流密度である。高効率の電子燐光性ＯＬＥＤの場合、電荷均衡ファクタはほぼ不変であり、同じ数の電子と正孔が再結合ゾーンに同時に存在することを示す。
【００７３】
本発明の好適な様態では、積層ＯＬＥＤの効率は、各副要素間で効率と電荷注入のバランスを取ることにより改善される。積層デバイスを有する各副セルは、バランスよく帯電するのが好ましい。本発明の特定の実施形態では、３つの副要素を有する積層ＯＬＥＤのトップ要素は、従来のカソードとＣＧＬ（例えば、ＭｏＯ３／Ｌｉ：ＢＣＰ）アノードを有する。ミドルＯＬＥＤはカソードとアノード両方にＣＧＬを有する。ボトム要素は、ＣＧＬカソードとＩＴＯアノードから成る。スタック内の各副要素で一様に高い効率を達成するには、要素ごとに異なる電荷バランシングメカニズムを使用できる。例えば、（１）ＥＴＬの厚さの調整、（２）ＥＭＬの周辺への電荷阻止層の挿入、（３）ＨＴＬの厚さの調整。
【００７４】
したがって、本発明の好適な実施形態では、電荷均衡ファクタγは、積層デバイス内の副セルのそれぞれに対してほぼ不変である。好ましくは、副セルのそれぞれの電荷均衡ファクタは約０．９〜１であり、より好ましくは０．９５〜１である。
【００７５】
本発明の最適な積層ＷＯＬＥＤは高い効率を示す。好適な実施形態では、本発明の積層デバイスの総最大外部量子効率は少なくとも約３０％である。より好ましくは、本発明の積層デバイスの総最大外部量子効率は少なくとも約３５％である。特定の好適な実施形態では、本発明の積層ＷＯＬＥＤは、高輝度で高い効率を有することになる。本発明の特に好適な積層ＷＯＬＥＤの総外部量子効率は、１０００ｃｄ／ｍ２の輝度において、少なくとも約２８％であり、より好ましくは少なくとも約３２％である。
【００７６】
赤色、緑色、および青色の副要素からの結合された発光は、積層ＯＬＥＤからの白色発光をもたらす。好適な実施形態では、デバイスは、ＣＩＥ座標がＸ＝０．３７±０．０８およびＹ＝０．３７±０．０８の光を放射することができる。より好ましくは、デバイスは、ＣＩＥ座標がＸ＝０．３３±０．０２およびＹ＝０．３３±０．０２の光を放射することができる。さらに、本発明のデバイスは、ＣＲＩが少なくとも約７０である白色発光を生成できることが好ましい。より好ましくは、ＣＲＩは約７５より高く、さらに好ましくはＣＲＩは約８０より高い。
【００７７】
本明細書で説明する種々の実施形態は、例示のみを目的とするものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではないことを理解されたい。例えば、本明細書中に記載した物質および構造の多くは、本発明の思想から離れることなく、その他の物質および構造で置き換えることができる。どうして本発明が機能するかについての様々な理論は、限定されることを意図していないことが理解される。例えば、電荷移動に関する理論は限定することを意図していない。
【００７８】
物質の定義と略語
ＣＢＰ    ４，４’−Ｎ，Ｎ−ジカルバゾール−ビフェニル
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）
Ｆ４−ＴＣＮＱ    テトラフルオロ−テトラシアノ−キノジメタン
ｐ−ＭＴＤＡＴＡ    ｐ−ドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡ（Ｆ４−ＴＣＮＱでドープ）
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    インジウムスズオキシド
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−ヒドロキシキノリナート）４−フェニルフェノレート
ｍＣＰ    １，３−Ｎ，Ｎ−ジカルバゾール−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−ピラン
ＤＭＯＡ    Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ    ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）の水性分散物
ｈｆａｃ    ヘキサフルオロアセチルアセトナト
１，５−ＣＯＤ    １、５シクロオクタジエン
ＶＴＥＳ    ビニルトリエチルシラン
ＢＴＭＳＡ    ビス（トリメチルシリル）アセチレン
Ｒｕ（ａｃａｃ）３    トリス（アセチルアセトナト）ルテニウム（ＩＩＩ）
Ｃ６０    Ｃａｒｂｏｎ  ６０  （「バックミンスターフラーレン」）
ＦＩｒ６    ビス−（４’，６’−ジフルオロフェニルプリジナト）テトラキス（ｌ−ピラゾリル）ホウ酸塩ＰＱＩｒ    イリジウム（ＩＩＩ）ビス（２−フェニルキノリル−Ｎ，Ｃ２’）アセチルアセトナート
ＵＧＨ２    ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン
ＨＴＬ    正孔輸送層
ＥＴＬ    電子輸送層
ＥＭＬ    発光層
ＣＧＬ    電荷発生層
【実施例】
【００７９】
次に本発明の特定の代表的な実施形態について説明する。これには、係る実施形態をどのように製造できるかの説明も含まれる。特定の方法、物質、条件、プロセスパラメータ、装置などは、必ずしも発明の範囲を制限するものではない。
【００８０】
実施例１
２０Ω／ｓｑインジウムスズ酸化物でプレコートされたガラス基板を清浄液で脱脂し、溶剤で浄化し、その後、ＵＶ／オゾンで１０分間処置して、１０−７Ｔｏｒｒの高真空に移行させた。真空を破壊することなく熱蒸発によってＢ、Ｇ、およびＲのＯＬＥＤサブ要素を順番に堆積した。１０ｎｍＢＰｈｅｎ層はＬｉにて１：１のモル比でドープし、後続の１０ｎｍＭｏＯ３は各副要素の中間に間隔を置いて位置する。リチウム（ここでは、ｎ型のドーパント）は、不純物を追加して電子をＬＵＭＯ状態に移行させるためのものである。ＯＬＥＤ副要素ごとに、ＨＴＬとしての４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（ＮＰＤ）の４０ｎｍフィルムを堆積し、その後、２５ｎｍのＥＭＬ、５０ｎｍ厚のＢＰｈｅｎのＥＴＬを続ける。ここでは、デバイス駆動電圧を下げるために、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１、１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）ではなくＢＰｈｅｎを使用する。また、電荷漏れがエネルギーバリアによって効果的に保護されない場合に高バイアスで良好な電荷バランスを維持するには、通常より厚い（５０ｎｍ）ＢＰｈｅｎ層が堆積されることに留意されたい。
【００８１】
青色、緑色、および赤色の発光は、ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルプリジナト）テトラキス（ｌ−ピラゾリル）ホウ酸塩（ＦＩｒ６）、トリス（フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、およびＩｒ（ＩＩＩ）−ビス（２−フェニルキノリル−Ｎ，Ｃ２）−アセチルアセトナート（ＰＱＩｒ）のリン光ドーパントからそれぞれ得られる。ドーパントのそれぞれに対するホスト材料を最適化するために、ドーパント／ホストの組合せが、青色発光用のＦＩｒ６：／ｐ−ビス−（トリフェニルシリル）ベンゼン（ＵＧＨ２）、緑色発光用のＩｒ（ｐｐｙ）３：４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）、赤色発光用のＰＱＩｒ：４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）として選択される。ドーピング濃度は、セルごとに８ｗｔ％〜１０ｗｔ％の間で制御される。最後に、ＬｉＦ（０．８ｎｍ）およびＡｌ（１２０ｎｍ）から成るカソードをシャドウマスクで堆積して、直径１．０ｍｍのデバイス領域を定義した。
【００８２】
固定された電流密度での輝度は、およそ独立したＯＬＥＤセルごとのその合計として増大する。図４は、Ｒ、Ｇ、およびＢ  ＯＬＥＤセルから成るＲ−Ｇ−Ｂ  ＳＯＬＥＤのエネルギーレベルの回路図を示す。数値は、真空（ｅＶ）に対する各ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギーを示す。Ｆｉｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３、およびＰＱＩｒのＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギーは、それぞれ、（６．１ｅＶ、３．１ｅＶ）、（５．１ｅＶ、２．６ｅＶ）、および（５．０ｅＶ、２．７ｅＶ）となる。矢印は、電荷およびＭｏＯ３電荷発生層からの担体注入を示す。
【００８３】
各ＯＬＥＤ要素からのバランスのとれた発光の場合、所望の白色パフォーマンスを達成するには、積層デバイスでの弱微小共振器効果を制御することが重要となり得る。したがって、構造を最適化するには、伝達マトリックスシミュレーションに基づいて積層構造内のＲ、Ｇ、およびＢセルの抽出効率を算出する。シミュレーションで採用された有機体（ＩＴＯおよびＭｏＯ３）の複素屈折率は、それぞれ、１．７、１．９〜０．０３６ｉ、および１．９〜０．３ｉである。３つのセルの順番と有機層の厚さを変更すると、シミュレーションでは、大気へ抽出されるパワーが、波長とソース位置（即ち、トップ、ミドル、およびボトムがあり、ボトム層はＩＴＯ基板に隣接）との関数となることを示す。結果として、異なる順序で配置されたＲ、Ｇ、およびＢ副要素は異なる抽出効率を有し、したがって、積層型デバイスの色温度と演色性（ＣＲＩ）が異なり、他のパラメータは同じに維持される。対応する光学アンチノードに近い３つのＥＭＬを動かすと、Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  Ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ（ＣＩＥ）座標が（０．３９，０．４２）で、電流密度Ｊ＝１０ｍＡ／ｃｍ２での演色性がＣＲＩ＝７９の場合、Ｂ−Ｇ−Ｒ（ＲはＩＴＯアノードに隣接する）の順番は最適なカラーバランスをもたらし、輝度＞１０００ｃｄ／ｍ２という結果が推測される。
【００８４】
図５は、副要素ごとに発光スペクトルを積層構造におけるその位置の関数として示し、キャビティの拡張と抽出効率が考慮されている。図１１は、微小共振器効果を考慮して抽出されたパワーと抽出効率とを、使用されるＳＯＬＥＤの特定の厚さにおける位置と波長の関数として示す。最適化されたドーピング濃度の場合、上記に説明した構成は、６つの順序配置（ＲＢＧ、ＲＧＢなど）のうちの１つであり、これにより、計算されたＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  Ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ（ＣＩＥ）座標（０．３９，０．４２）と、電流密度Ｊ＝１０ｍＡ／ｃｍ２でのＣＲＩ値７９が与えられる。そして、各セルがＩＱＥアプローチユニティを持ち、ＣＧＬが正孔および電子の生成の点で効率的であるという想定のもとで、輝度＞１０００ｃｄ／ｍ２という結果が推測される。
【００８５】
図６は、様々な電流密度（Ｊ＝１、１０、１００ｍＡ／ｃｍ２）でのデバイスに関する実験によるおよびシミュレーションによる電気発光スペクトルを示している。ＣＩＥ座標とＣＲＩ値は、それぞれ、Ｊ＝１ｍＡ／ｃｍ２において（０．４６，０．３６）および６１、Ｊ＝１００ｍＡ／ｃｍ２において（０．３６，０．３７）および７８である。シミュレートされたスペクトルは、各セルから生成された光子の比を表１に示す番号と合わすことにより、キャビティ拡張と抽出効率とに基づいて表わされる。図７では、積層構造と制御デバイスの電流密度対電圧特性を比較している。点線は、制御装置のＪ−Ｖ曲線に基づく積層デバイスの理想的なＪ−Ｖ曲線であり、ＭｏＯ３層での電圧降下は考慮されていない。ＳＯＬＥＤにおける駆動電圧は、３つすべての制御装置の駆動電圧の合計（実線）と比較するとそれを超過する部分が存在する。ＣＧＬでのエネルギーバリアに起因するこの結果は、電力効率における（１０．３±０．７）％の付随する低減を説明している。
【００８６】
ＲＧＢ  ＳＯＬＥＤおよびモノクロＯＬＥＤ制御デバイスについて、積分球で測定された外部量子およびパワーの効率を図８と図９に示す。青色、緑色、および赤色は、それぞれ（１３．９±１．０）％、（１７．５±１．０）％、および（２０．１±１．０）％での提示ＥＱＥピークを制御する。ＲＧＢ  ＳＯＬＥＤのパワー効率および合計ＥＱＥは、電流密度Ｊ＝８２μＡ／ｃｍ２のηｅｘｔ＝（３６±２）％で、Ｊ＝１７μＡ／ｃｍ２のηｐ＝（２１±１）ｌｍ／Ｗでそれぞれ最大値を有する。これらの値は、Ｊ＝２ｍＡ／ｃｍ２に対応する１０００ｃｄ／ｍ２で（３２±２）％および（１３±１）ｌｍ／Ｗにロールオフする。ＲＧＢ  ＳＯＬＥＤの最大外部効率は、広域の電流密度にわたって３つの個々の要素のＥＱＥの合計にほぼ相当し、透明ＣＧＬでの損失が最小であることを示している。ＳＯＬＥＤ  ＥＱＥの一致は実線で示され、Ｂ、Ｇ、およびＲ要素で発光強度比０．７：０．５：１がもたらされる。積層におけるオン位置での励起子形成のこの依存関係は、ＣＧＬおよびＩＴＯアノードの注入効率に起因する。
【００８７】
表１は、内部量子効率と、３つの積層要素から生成されるわずかな光子とを示す。電流密度が上昇すると、赤色要素の励起子形成に対して青色要素と緑色要素での励起子形成の増大が観測される。これは、電流依存性電子と、ＣＧＬからの正孔注入効率とを示す。
【００８８】
【表１】
0006359582.tif 000006
【００８９】
Ｒ−Ｇ−Ｂ  ＳＯＬＥＤのパワー効率の成分の中でも、Ｖλ／Ｖとして定義された電気効率は、パワー効率の改良に重要である。Ｖλは発光光子エネルギー（ｅＶ）であり、Ｖは、特定の電流密度での動作電流であることに、留意されたい。ＳＯＬＥＤの電気効率は、０．１４（Ｊ＝ｌｍＡ／ｃｍ２）〜０．０９（Ｊ＝１００ｍＡ／ｃｍ２）に降下し、それぞれ、同じ電流密度での、Ｂ、Ｇ、およびＲ制御デバイスの０．２５、０．３８、および０．２８に匹敵する。それを増大するには、電荷輸送、および特にＣＧＬからの電荷注入を改良する。
【００９０】
要約すると、すべてのリン光発光体を使用して、およびＭｏＯ３／Ｌｉ：ＢＰｈｅｎなどの透明ＣＧＬを使用して製造されるＲ−Ｇ−Ｂ  ＳＯＬＥＤにはデバイスパフォーマンスに改良が見られる。白色発光とＳＯＬＥＤ効率は、効率的な電荷注入を達成する色発光要素の順序と、高ＣＲＩでの最大アウトカップリング効率との間のトレードオフを利用することにより最適化されている。デバイスは、最大合計外部量子（ηｅｘｔ＝（３６±２）％）とパワー効率（ηｐ＝（２１±１）ｌｍ／Ｗ）に到達する。これらの結果は、電子燐光性ＲＧＢ  ＳＯＬＥＤが、室内照明用の高輝度および効率を達成するための候補であるアーキテクチャを表していることを証明している。
【００９１】
実施例２
ＣＧＬアーキテクチャをさらに理解および最適化するために、透明な金属酸化物をベースにしたＣＧＬでの電荷生成が系統的に研究されている。電流密度−電圧（Ｊ−Ｖ）特性と、キャパシタンス−電圧（Ｃ−Ｖ）特性が、様々な厚さのＭｏＯ３層を含む電子オンリーデバイスおよび正孔オンリーデバイスについて広範な温度にわたって解析されている。ＬｉＢＣＰ／ＭｏＯ３  ＣＧＬの最適化されたパフォーマンスは、ＭｏＯ３の厚さと、ＢＣＤでのＬｉドーピング比を変化させることで立証される。ＭｏＯ３価電子バンド最大よりも上の（０．０６±０．０１）ｅＶでのトラップレベルから隣接する有機層への熱的に支援されたトンネリングは、電子オンリーデバイスおよび正孔オンリーデバイスの両方でのＪ−Ｖ特性の温度依存性を説明するために提案される。
【００９２】
電子オンリーデバイスと正孔オンリーデバイスの両方を洗剤および溶剤で清浄されたガラス基板上に用意し、１０分間、ＵＶ／オゾン処理にさらした後、直ちに基準圧１０−７Ｔｏｒｒの真空チャンバに移した。図１３ａに示す電子オンリーデバイスの場合、正孔注入を最小限に抑える５０ｎｍ厚のＡｌカソードを、１ｍｍ幅の縞模様のシャドウマスクを介してガラス基板に堆積した。このあと、４０ｎｍ厚のＢＣＰ層と、１０ｎｍ厚のＬｉでドープされたＢＣＰ層を１：１のモル比で堆積した。この表面には、異なる厚さ（５、１０、２０ｎｍ）のＭｏＯ３層を堆積し、その後に、第２の５０ｎｍ厚のＡｌカソードを、アノードの縞模様に垂直に配置された１ｍｍ幅の縞模様シャドウマスクを介して堆積した。同様に正孔オンリーデバイスの場合（図１３ｂ）、ガラス基板上に５０ｎｍ厚のＡｌ電極を堆積し、それに続けて、１０ｎｍ厚のＬｉでドープされたＢＣＰを１：１のモル比で堆積すると共に、様々な厚さ（０、５、１０、２０ｎｍ）のＭｏＯ３を堆積した。次に、４０ｎｍ厚の４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（ＮＰＤ）層を正孔輸送層（ＨＴＬ）として堆積し、その後に、５０ｎｍ厚のＭｏＯ３、電子阻止層（ＦＢＬ）を堆積し、５０ｎｍ厚のＡｌカソードでキャップした。
【００９３】
エネルギーレベル図で使用されるイオン化ポテンシャルと仕事関数は、文献から取得したものである。ＭｏＯ３に対しては、５．７ｅＶの仕事関数を使用する。
【００９４】
特性評価については、サンプルを低温槽に設置し、そこで温度を１５９Ｋから２６９Ｋまで変化させ、パラメータアナライザ（ＨＰ４１４５Ｂ）を使用してＪ−Ｖ特性を測定した。Ｃ−Ｖ測定では、インピーダンス／ゲインフェーズアナライザ（ＨＰ４１９４Ａ）を採用し、このアナライザから自由担体濃度と界面バリアの位置を推測した。Ｃ−Ｖ測定値は２００Ｈｚの周波数で取得した。これは、誘電緩和を考慮するのに十分な低さの周波数である。デバイスの光学特性評価では、前に説明した標準的な方法を使用する較正された検出器の基準を採用している（Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，Ｄ．Ｄ．Ｃ．Ｂｒａｄｌｅｙ  ａｎｄ  Ｍ．Ｅ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００３，１５，１０４３）。
【００９５】
５０Å、１００Å、２００ÅのＭｏＯ３厚さを有する電子オンリーデバイスの室温でのＪ−Ｖ特性を図１４ａに示す。電子注入の場合、ＢＣＰ側のＡｌ電極はＭｏＯ３側のＡｌ電極に対して正にバイアスされる。Ｊ−Ｖ特性における整流の不足は、ＣＧＬおよびカソードからのほぼ一様な効率の電子注入を示している。順方向バイアス（Ｖ＞０）のもとで、ＭｏＯ３厚への依存度が観測され、１００Åは電子オンリーデバイスにおいて最適化された厚さである。図１４ｂは、ＭｏＯ３が導入されていない正孔オンリーデバイスを示し、所与の順方向バイアスでの電流密度は２９６Ｋ〜１５９Ｋの温度範囲で減少されており、±５Ｖで〜１０４の整流比が室温で観測される。
【００９６】
電子オンリーデバイスのＣ−Ｖ特性を図１５ａに示す。キャパシタンスから算出した空乏層を図１５ｂに示す。図１５ｃでは、厚さ１００ÅのＭｏＯ３層を有するＣＧＬについて、界面空乏幅での様々な自由担体濃度の結果が立証される。ＢＣＰ内のＬｉの濃度は、それぞれ２４Åおよび８５Åの空乏幅に対応して、１：１〜１：１０のモル比に変化する。Ｌｉドーピングを持たないデバイスは、厚さ１０Åの完全に空乏化した領域を示す。
【００９７】
１５９Ｋ〜２９６Ｋの範囲の様々な温度における１／Ｅ（Ｖ）の関数としての電流密度は、図１３ａに示す電子オンリー（図１６）デバイスに対してグラフ化されている。ここで、電界は、２．７Ｖの内蔵電位を引き算した後の、電荷発生層の厚さに対する印加電圧の比として認識される。接点／有機層の界面での小さな電圧降下、および高度にＬｉでドープされた層にわたる小さな電圧降下は無視される。図１７では、電流密度Ｊ対１０００／Ｔが電界Ｅ＝２．０×１０７Ｖ／ｃｍに対してグラフ化され、このグラフから、トラップ活性化エネルギーφｔを取得することができる。正孔オンリーデバイスに関する対応するグラフを、それぞれ図１８および図１９に示す。
【００９８】
ＭｏＯ３層の存在は、図１４ａと図１４ｂの比較により示されるように、効率的な電荷発生にとって重要である。逆バイアスのもとでは、ＢＣＰでの高Ｌｉ濃度により、ＮＰＤとＡｌカソード（相まって、正孔注入を強化する）との間の厚さ５０ÅのＭｏＯ３により、Ａｌ接点は、ほぼオームの法則に従う。しかし、順方向バイアスでは、電子注入と正孔注入は両方とも電極で低下され、電流密度は、ＣＧＬからの担体生成の結果となる。逆バイアスおよび順方向バイアスにおいて電子と正孔について効率的注入と輸送が促進される場合、図１４ａに示すように、様々なＭｏＯ３厚さを持つ電子オンリーデバイスについては、対称的なＪ−Ｖ特性が観測される。様々な厚さのＭｏＯ３を有するＣＧＬの中で、１００Åの厚さのＣＧＬを有するデバイスは、高い発生効率を示しており、順方向バイアスでの＞２Ｖにおいて、電流は５０Åおよび２００Åの厚さのＭｏＯ３層の場合に比べて３倍〜４倍の大きさである。５０ÅではＭｏＯ３は薄すぎて完全で均一なカバレッジを発生することができない。したがって、この界面での注入が低下する。一方、１００Å未満の厚さでは、トンネリング注入が大幅に衰える。
【００９９】
正孔オンリーデバイスのＪ−Ｖ特性は、類似した、ＭｏＯ３厚さへの依存度を示す。図１４ｂに示すのは、Ａｌ（５００Å）／Ｌｉ：ＢＣＰ（１００Å）／ＮＰＤ（４００Å）／ＭｏＯ３（５０Å）／Ａｌ（５００Å）といった構造を持ち、ＭｏＯ３なしの正孔オンリーデバイスのＪ−Ｖ特性を示している。ここで、Ａｌカソードに隣接する厚さ５０ÅのＭｏＯ３は、ＥＢＬとしての役割を果たす。順方向バイアスではＭｏＯ３が存在しないため担体生成の効率が悪く、結果として、室温、±５Ｖでは〜１０４の整流比が生じる。フィルム堆積時に導入されたＭｏＯ３内の欠陥状態での電子キャプチャおよび遅延再発光のせいで、図１４ｂ（−５Ｖ〜５Ｖまでスイープされた電圧の場合、−１．２Ｖでゼロ電流が発生）に示す１５９Ｋでのヒステリシス動作が発生する可能性がある。
【０１００】
電荷担体生成効率の厚さ依存性を理解できるよう、図１５ａに電子オンリーデバイスのＣ−Ｖ測定値が示されている。ドープされたＢＣＰ層内の空乏幅は、ＭｏＯ３の厚さが５０Å、１００Å、２００ÅであるＣＧＬについてはそれぞれ、３０Å、２４Å、２６Åである（図１５ｂ）。担体濃度を特定するのに使用される相対的な静的誘電率は、有機層の場合、３．０である。１：１  Ｌｉ：ＢＣＰの場合、ＢＣＰ内の電子濃度は、空乏幅２４Åから推測される場合に、Ｎｄ＝１０１９〜１０２０ｃｍ‐３になるように計算される。これはＬｉ：ＢＣＰドーピング濃度の１：１のモル比に従っており、Ｌｉ原子あたり１つの電子を示唆している。Ｎｄの推定値は、前に電導率測定からレポートされた値（〜１０１８ｃｍ−３）よりかなり大きく、ドープされたフィルムの担体密度とＬｉドーピング濃度との差を説明するためにＢＣＰ−Ｌｉ複合体を形成することが提案された。ドープされたＢＣＰ層は、効率的な電子注入を可能にする非常に薄い空乏層を保証する。トンネリング確率がトンネル距離の指数関数となるので、１００Åの厚さのＭｏＯ３サンプルは、使用されている他の厚さに比べて最も高いトンネリング注入効率をもたらす。
【０１０１】
エネルギーバリアφＢを抽出するために、様々なＭｏＯ３の厚さを有する電子オンリーデバイスのＪ対Ｅ−１特性を図１６にグラフ化している。ここでＥは、印加電圧から内蔵電位２．７Ｖを引き算することにより算出される。Ｌｉ：ＢＣＰおよびＭｏＯ３はそれぞれ高度にドープされたｎ型およびｐ型半導体物質であるので、Ｌｉ：ＢＣＰ／ＭｏＯ３ジャンクションでの内蔵電位は、ＢＣＰ  ＬＵＭＯ（３．ＯｅＶ）とＭｏＯ３価電子バンド最大（５．７ｅＶ）との差によって決定される。ｌｏｇ（Ｊ）対Ｅ‐１の直線関係は、温度範囲２９６Ｋ〜１５９Ｋの温度範囲でデバイスについて観測される。これらのデータをＥｑ．（１）に適合させることにより得られるエネルギーバリアφＢを表ＩＩに示す。
【０１０２】
トラップ活性化エネルギーφｔを抽出するために、この同じデータについて電流密度Ｊ対１０００／Ｔが図１７にグラフ化されている。適合のスロープ（実線）は、ＭｏＯ３の厚さとは無関係にφｔ＝（０．０６±０．０１）ｅＶをもたらす。インターセプトは値ｑｖｅＮｔ−１０６Ａ／ｃｍ２をもたらす。ｖｅ−１０７ｃｍ／ｓの電子熱運動速度を取ることにより、表ＩＩにリストしたようにトラップ濃度Ｎｔ〜１０１８／ｃｍ３を取得する。
【０１０３】
正孔オンリーに対する類似したグラフを図１８と図１９に示す。ＣＧＬ内の電界は、ドープされていないＮＰＤにわたって電圧降下があるため、電子オンリーデバイスの場合に比べて推定が複雑である。したがって、以下のデバイス：ＩＴＯ（１５００Å）／ＮＰＤ（４００Å）／ＭｏＯ３（１００Å）／Ａｌ（５００Å）を製造してＥを求めた。これらのデータから、φＢとφｔを取得して、表ＩＩに結果も示した。電子オンリーデバイスと正孔オンリーデバイスの両方について取得されたエネルギーとトラップ密度の一致は、このモデルを有意に支える。
【０１０４】
【表２】
0006359582.tif 000007
【０１０５】
実施例３
３つ以上の副要素を持つ緑色発光ＳＯＬＥＤのパフォーマンスに関して電荷生成効率の結果を求めるために、カソード（セルＬ）またはアノード（セルＲ）のいずれか、またはその両方としてＣＧＬを使用するＯＬＥＤ（図２０を参照）と、ＩＴＯアノード／Ａｌカソードの組合せを持つ制御デバイスを製造した。表ＩＩＩに詳細な構造を提供する。セルＲおよびセルＭについては、厚さ２０ÅのＡｌをＩＴＯに直接堆積して、金属／有機界面でのバンドアライメントを保証し、ＣＧＬからＩＴＯへの電子の移動を防止する重要なエネルギーバリアを小さくすることに留意されたい。
【０１０６】
【表３】
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【０１０７】
各デバイスのＥＱＥおよびＰＥを図２０ｂと図２０ｃに示す。制御デバイスは、電流密度Ｊ＝０．１３ｍＡ／ｃｍ２でのピークフォワード表示ＥＱＥ＝（８．９±０．２）％を示している。これは、前に報告されたＩｒ（ｐｐｙ）３ベースの電子燐光性ＯＬＥＤに類似している。ピークフォワード表示ＥＱＥ＝（１０．５±０．２）％はセルＬの場合Ｊ＝０．３７ｍＡ／ｃｍ２にて観測され、ＥＱＥ＝（１０．６±０．２）％はセルＭの場合にＪ＝３９μＡ／ｃｍ２にて観測される。対照的に、セルＲは、Ｊ＝０．９２ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、大幅に減少したピークＥＱＥ＝（５．３±０．２）％を示す。セルＬ、セルＭ、およびセルＲに対するＰＥは、制御デバイスのＰＥ＝（２３±ｌ）ｌｍ／Ｗと比較して、それぞれ（２６±１）、（２９±１）、（１５±ｌ）ｌｍ／Ｗの最大値を有する。
【０１０８】
高効率と高輝度を達成するために、ＣＧＬは、式（３）と式（４）で提案されるようにＳＯＬＥＤ内で接続電極として使用される場合、好ましくは各発光要素内の電荷バランスを提供する。図２０ａに示すデバイスの場合、電流密度の関数として観測されるＮＰＤ発光は存在しないので、デバイスは正孔リッチであると推測する。セルＬ内のＣＧＬによって達成されるＥＭＬへの改良された電子輸送は、拡張されたＥＱＥをもたらす。対照的に、セルＲ内の正孔漏洩は、電荷不均衡とＥＱＥを生じさせる。それは、セルＬ、セルＭ、および制御ＯＬＥＤの場合よりかなり少ない。ＣＧＬによって導入された光学界面効果と３つすべてのセル内の薄いＡｌ層は、転送マトリックスシミュレーションに基づいて算出されるが、これにより、パワー効率においてわずかな効果（３％）しかもたらされず、セルＲのＥＱＥの減少の原因となり得ないことに留意されたい。
【０１０９】
制御デバイスの効率を積層内の各副要素のそれらと比較すると、セルＬ、セルＭ、セルＲについて以下の電荷均衡関数を取得する（例えば図２０ａ）。
【数５】
0006359582.tif 000009
【０１１０】
両電極の電荷的中性のもとでは、次の式が存在する。
【数６】
0006359582.tif 000010
【０１１１】
式（５ａ〜５ｄ）は、γＣｅｌｌ−Ｌ＝１、ＹＣｅｌｌ−Ｍ＝０．９６、γＣｅｌｌ−Ｒ＝０．４９を与え、これは先の２つのセル電荷均衡がほぼ一致していることを示唆する。しかし、セルＲでは、Ｊｈ，Ｒ＝０．１９ｍＡ／ｃｍ２の大きな正孔電流不均衡が存在し、その存在は当該副要素の大幅に減少したＥＱＥをもたらす。
【０１１２】
セルＲを最適化するために、正孔電流を、様々な厚さのＢＣＰ（３００Å〜６００Å）を使用して制御した。図２１に示すように、３００Å、４００Å、５００Å、６００ÅのＢＣＰ厚さについて、それぞれ（３．７±０．２）％、（５．１±０．２）％、（８．３±０．２）％、および（８．６±０．２）％のピークＥＱＥが観測される。対応するパワー効率の最大値は、（１１±ｌ）ｌｍ／Ｗ、（１５±１）ｌｍ／Ｗ、（２４±１）ｌｍ／Ｗ、（２２±１）ｌｍ／Ｗである。ＢＣＰ厚さが５００Åおよび６００Åであるデバイスについて、ＥＱＥおよびＰＥの増大が観測される。したがって、輸送層の厚さ（即ち、その抵抗）を変更するだけでセル効率を大幅に改善することができる。これにより、セルＲ内の電荷不均衡は効率損失の主なメカニズムであるという結果がサポートされる。電荷均衡を達成する種々の手段のうち、ＥＭＬへのオームの法則に従う正孔および電子注入が最適となり得る。したがって、増大する層抵抗とは対照的に電荷阻止層を採用することにより（ここで行われる）、積層内の要素ごとにＰＥとＥＱＥの最高の組合せが提供される。
【０１１３】
セルＲ内の様々なＢＣＰ厚さ（４００Å〜６００Å）を有するＧ−Ｇ−Ｇ  ＳＯＬＥＤのＥＱＥとＰＥをそれぞれ図２２ａおよび図２２ｂに示す。ＢＣＰ厚さとして３００Å、４００Å、５００Å、および６００Åを有するデバイスは、電流密度Ｊ＝１．４×１０−４Ａ／ｃｍ２において、（２０．５±１．０）％、（２１．６±１．０）％、（２４．３±１．０）％、（２３．１±１．０）％でそれぞれピークに達するフォワード表示ＥＱＥを示す。最適化されたＧ−Ｇ−Ｇ  ＳＯＬＥＤ（セルＲ内に５００Å厚のＢＣＰを有する）は、電流密度Ｊ＝１．７×１０−５Ａ／ｃｍ２にてピークフォワード表示ＰＥ＝（１９±１）ｌｍ／Ｗを示す。これにより、Ｊ＝１．２×１０−３Ａ／ｃｍ２に対応して１０００ｃｄ／ｍ２で（１２±１）ｌｍ／Ｗにロールオフされる。Ｇ−Ｇ−Ｇ  ＳＯＬＥＤのＥＱＥは、広範な電流密度にわたる３つの独立したＯＬＥＤのＥＱＥのほぼ合計であり、これは、透明なＣＧＬでの損失が最小であることを示している。
【０１１４】
本発明は特定の実施例および好適な実施形態について説明されているが、本発明はこれらの実施例および実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。したがって、請求される本発明は当業者には明らかなように特定の実施例および好適な実施形態からの変形例を含む。
【符号の説明】
【０１１５】
１００  積層型有機発光デバイス
１１０  基板
１２０  アノード
１３０  正孔注入層
１４０  ＯＬＥＤ副要素
１５０  電荷生成層
１６０  電子注入層
１７０  保護層
１８０  カソード
１８２  第１の導電層
１８４  第２の導電層
２２０  正孔注入層
２２５  正孔輸送層
２３０  電子阻止層
２３５  発光層
２４０  正孔阻止層
２４５  電子輸送層
２５０  電子注入層
２５５  保護層
【図１】
0006359582.tif 000011
【図２】
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【図３】
0006359582.tif 000013
【図４】
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【図５】
0006359582.tif 000015
【図６】
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【図７】
0006359582.tif 000017
【図８】
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【図９】
0006359582.tif 000019
【図１０】
0006359582.tif 000020
【図１１】
0006359582.tif 000021
【図１２（ａ）】
0006359582.tif 000022
【図１２（ｂ）】
0006359582.tif 000023
【図１３（ａ）】
0006359582.tif 000024
【図１３（ｂ）】
0006359582.tif 000025
【図１４】
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【図１５】
0006359582.tif 000027
【図１６】
0006359582.tif 000028
【図１７】
0006359582.tif 000029
【図１８】
0006359582.tif 000030
【図１９】
0006359582.tif 000031
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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