(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光領域を含む有機発光素子であって、
前記発光領域が、ホスト化合物と複数の発光ドーパントとを含み、
前記発光領域が、複数のバンドを含み、各バンドは１種のホスト化合物とそれにドープされた１種又は複数の発光ドーパントのみからなり、発光ドーパントの少なくとも１つが分子の三重項励起状態からのリン光により発光し、しかも複数の発光ドーパントの複合発光が、白色発光をもたらすのに十分に可視スペクトルにわたっているか、又は、
前記発光領域が、陽極と陰極との間に位置し、前記ホスト化合物、前記複数の発光ドーパント及び２つ若しくは３つのバンドを含み、各バンドは１種のホスト化合物とそれにドープされた１種又は複数の発光ドーパントのみからなり、しかも発光ドーパントの少なくとも２つが分子の三重項励起状態からのリン光により発光する、有機発光素子（但し、ホスト化合物中にドープされていない発光物質のみからなる発光層を含む有機発光素子は除く）。
【請求項２】
前記発光領域が、２つ若しくは３つのバンドを含み、各バンドは１種又は複数の発光ドーパントでドープされており、しかも発光ドーパントの少なくとも２つが分子の三重項励起状態からのリン光により発光し、複数の発光ドーパントの複合発光が、白色発光をもたらすのに十分に可視スペクトルにわたっている、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
複合発光が少なくとも約８０の演色評価数を有する、請求項１又は２に記載の素子。
【請求項４】
複合発光が少なくとも約７０の演色評価数を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の素子。
【請求項５】
各発光ドーパントがリン光により発光する、請求項１から４のいずれか一項に記載の素子。
【請求項６】
発光ドーパントがリン光性有機金属化合物である、請求項１から５のいずれか一項に記載の素子。
【請求項７】
複数の発光ドーパントが最高三重項エネルギー、中間三重項エネルギー、最低三重項エネルギーの順序で配列している、請求項５又は６に記載の素子。
【請求項８】
複数の発光ドーパントが最高三重項エネルギー、最低三重項エネルギー、中間三重項エネルギーの順序で配列している、請求項５又は６に記載の素子。
【請求項９】
発光領域を含む少なくとも２つのバンドが、励起子阻止層によって隔てられている、請求項１から８のいずれか一項に記載の素子。
【請求項１０】
さらに陽極、陰極、発光領域、少なくとも１つの正孔輸送層、電子輸送層、励起子阻止層及び正孔注入層を含み、前記発光領域が、ホスト化合物及び複数の発光ドーパントを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の素子。
【請求項１１】
一つ以上のバンドのホスト化合物が、隣接するバンドのホスト化合物とは異なる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜発光単層又は多層中の少なくとも１つのドーパントがリン光発光体を含む、複数の発光ドーパントをドープした効率のよい有機発光素子（ＯＬＥＤ）に関する。本発明の１つの目的は、安価な白色光発光有機発光素子を作ることである。本発明の他の目的は、単色ディスプレイの色を調和させることである。
【背景技術】
【０００２】
電流により励起されるとき発光する薄層材料を用いる有機発光素子（ＯＬＥＤ）は、フラットパネル型ディスプレイ技術のますます一般的な方式となると予想される。その理由は、ＯＬＥＤが携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡｓ）、コンピュータディスプレイ、車内情報ディスプレイ、テレビモニター並びに一般照明の光源などの幅広い用途を有するからである。それらの色が明るいこと、視野角が広いこと、フルモーションビデオとの適合性があること、温度範囲が広いこと、薄く、適合性のある形状因子、消費電力が低いこと、製造工程を低費用化することが可能であることなどから、ＯＬＥＤは、成長しつつある年間４００億ドル電子ディスプレイ市場を支配している、陰極線管（ＣＲＴｓ）及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤｓ）の将来の代替技術であると認識されている。それらの発光効率が高いため、電界リン光ＯＬＥＤは、特定用途向けの、白熱電球、及び多分蛍光灯にも取って代わる可能性を有すると認識されている。
【０００３】
ＯＬＥＤからの発光は、一般的に蛍光又はリン光によっている。本願明細書において用いるように、「リン光」という用語は、有機分子の三重項励起状態からの発光を意味し、「蛍光」という用語は、有機分子の一重項励起状態からの発光を意味する。
【０００４】
リン光の活用は、有機エレクトロルミネセンス素子に非常に有望である。たとえば、リン光の利点は、一重項又は三重項励起状態として生ずる、すべての励起子（ＥＬにおいて正孔と電子の再結合により生ずる）がルミネセンスに関与する可能性があることである。これは、有機分子の最低一重項励起状態が一般的に最低三重項励起状態よりもエネルギーがわずかに高いためである。これは、典型的なリン光性有機金属化合物において、最低一重項励起状態が、リン光が生ずる最低三重項励起状態に速やかに減衰することを意味する。これに対して、蛍光素子における小さい割合（約２５％）の励起子は一重項励起状態から得られる蛍光ルミネセンスを生ずることができる。有機分子の最低三重項励起状態において生成する、蛍光素子における残りの励起子は、一般的に、蛍光が生ずる、エネルギー的に不利なより高い一重項励起状態に変わることができない。したがって、このエネルギーは、減衰過程の損失となって、可視光を発光せずに、素子を加熱する。その結果、リン光性物質を非常に効率の高いＯＬＥＤにおける発光物質として用いることができるという発見以来、さらにより効率の高い電界リン光物質を発見することとそのような物質を含むＯＬＥＤの構造に現在、多くの関心が払われている。
【０００５】
白色有機発光素子（ＷＯＬＥＤ）は、フラットパネル型ディスプレイのバックライトの低コスト代替物となるため興味深いものであり、最終的に、室内及びエリア照明に使用される可能性がある。有機物質から白色光を得るいくつかの方法が存在している。［Ｒ．Ｓ．デシュパンデ、Ｖ．ブロビック及びＳ．Ｒ．フォレスト、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７５巻、８８８頁（１９９９年）、Ｆ．ハイド、Ｐ．コゾドイ、Ｓ．Ｐ．デンバールズ及びＡ．Ｊ．ヘーガー、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７０巻、２６６４頁（１９９７年）並びにＪ．キド、Ｈ．シオノヤ及びＫ．ナガイ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第６７巻、２２８１頁（１９９５年）］これらのすべてが数種の発光物質の組合せの使用に依拠している。その理由は、個々の有機分子は一般的に３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの全可視スペクトルをカバーしないためである。Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄ'Ｅｃｌａｉｒａｇｅ（ＣＩＥ）により定義されているように、理想的な白色光源は（０．３３、０．３３）の座標を有する。さらに、白色光源の演色評価数（ＣＲＩ）は、同等の色温度の対照光源により照明したときの同じ物体の色と比較して、光源により照明したときに物体が受ける色の変化の尺度である。ＣＲＩの値は、０〜１００の範囲にあり、１００は色の変化がないことを表す。白色光源は日光を基準とし、蛍光灯は一般的に６０〜９０の評価数を有し、水銀灯はほぼ５０で、高圧ナトリウム灯は２０のＣＲＩを有する。系の損失を含まない、白色光源の一般的な光源効率は、白熱電球で１５ｌｍ／Ｗ、蛍光灯で約８０ｌｍ／Ｗである。
【０００６】
過去１０年間にわたり、白色ＯＬＥＤの電力効率（ηp）及び外部量子効率（ηext）は着実に改善してきている。電界リン光ＯＬＥＤは、単一発光層素子として用いたとき、非常に高いηextを有することが示された。［Ｃ．アダチ、Ｍ．Ａ．バルド、Ｍ．Ｅ．トンプソン、Ｒ．Ｃ．ウオン、Ｍ．Ｅ．トンプソン及びＳ．Ｒ．フォレスト、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７８巻、１６２２頁（２００１年）、Ｃ．アダチ、Ｍ．Ａ．バルド、Ｓ．Ｒ．フォレスト及びＭ．Ｅ．トンプソン、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７７巻、９０４頁（２０００年）、Ｍ．Ａ．バルド、Ｓ．ラマンスキー、Ｐ．Ｅ．バロース、Ｍ．Ｅ．トンプソン及びＳ．Ｒ．フォレスト、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７５巻、４頁（１９９９年）、及びＭ．Ａ．バルド、Ｄ．Ｆ．オブライエン、Ｙ．ユー、Ａ．シャウスティコフ、Ｓ．シブレイ、Ｍ．Ｅ．トンプソン、第３９５巻、１５１頁（１９９８年）］
【０００７】
リン光ドーパントｆａｃトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）3）を用いた高効率の有機発光素子（ＯＬＥＤ）が、数種の伝導性ホスト材料を用いて実証された。Ｍ．Ａ．バルドら、Ｎａｔｕｒｅ、第３９５巻、１５１頁（１９９８年）、Ｄ．Ｆ．オブライエンら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７４巻、４４２頁（１９９９年）、Ｍ．Ａ．バルドら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７５巻、４頁（１９９９年）、Ｔ．ツツイら、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第２部、第３８巻、Ｌｌ５０２頁（１９９９年）、Ｃ．アダチら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７７巻、９０４頁（２０００年）、Ｍ．Ｊ．ヤングら、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第２部、第３９巻、Ｌ８２８頁（２０００年）及びＣ．Ｌ．リーら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７７巻、２２８０頁（２０００年）。緑色光発光Ｉｒ（ｐｐｙ）3の金属リガンド電荷移動状態の三重項レベルは２．５ｅＶ〜３．０ｅＶであるので、４，４'−Ｎ，Ｎ'−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）のような約４００ｎｍにピーク波長を有する濃青色蛍光色素は、三重項エネルギー輸送及び励起子保持（ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ）媒体としての候補であると考えられる。ＣＢＰ中６％〜１０％Ｉｒ（ｐｐｙ）3を用いることにより、効率のよいＩｒ（ｐｐｙ）3リン光が得られる。ドーパントとホストとの間のエネルギー共鳴に加えて、発光性励起子の効率のよい生成を実現するために、ホスト層における電荷キャリアの注入と輸送の制御が必要であると考えられている。ＣＢＰ中にドープしたＩｒ（ｐｐｙ）3を２，９−ジメチル−４，７−ジフェニルフェナントロリン（ＢＣＰ）電子輸送及び励起子阻止層とともに用いて、高い電界リン光効率が達成された。Ｍ．Ａ．バルドら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７５巻、４頁（１９９９年）。その素子において、ドープされたＣＢＰ層が正孔を容易に輸送することが認められた。
【０００８】
電界リン光ＯＬＥＤは、ＯＬＥＤの性能特性の望ましい組合せを達成するために、一般的にいくつかの層により構成されている。たとえば、有機発光素子（ＯＬＥＤ）における高い効率は、ホスト及びゲスト材料間で電荷輸送及び発光機能を差別化することによって得られる。適切なホスト材料は、電荷の良好な輸送体として作用し、また、高度に発光性のゲストに対してエネルギーを効率よく移す。蛍光素子では、光は、ホスト上に生成した一重項励起子から得られ、フォースター（Ｆｏｒｓｔｅｒ）エネルギー移動によりゲストに速やかに移される。一部はこの速やかなエネルギー移動のため、一重項励起子は、ゲスト材料への移動の前にホスト内で有意に拡散しない。したがって、蛍光色素をドープしたＯＬＥＤは、非常に薄い、一般的に約５ｎｍの厚さの発光層（ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を有するものとすることができる。タングら、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第６５巻（１９８９年）、３６１０頁
【０００９】
蛍光素子中の複数の発光材料からエレクトロルミネセンス発光を得るために、いくつかの励起子が、緩和し、発光するまで、ホスト材料に留まるように、一重項エネルギー移動を遅延させるか、あるいは、数種の蛍光色素が関係する多段エネルギー移動過程を用いてもよい。エネルギー移動の遅延は、一般的に効率の悪い過程であり、ホストからの発光に依拠する。多段エネルギー移動も可能であるが、約５ｎｍの厚さの発光領域内のドーピング濃度に対する非常に精密な制御を必要とする可能性がある。デシュパンデら、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７５巻、第７号、８８８〜８９０頁（１９９９年）
【００１０】
複数の発光材料から効率の高いエレクトロルミネセンス発光を得るに際してこれらの困難があるにもかかわらず、白色光発光を含む発光の所望の色の出力が得られるように各発光ドーパントの色と強度を調整することができるので、１つの有機発光素子の発光領域内に複数の発光ドーパントを有することが非常に望ましいことであろう。そのような素子を、高度に効率のよいリン光物質を用いて所望の色の光が得られるように最適化することができるならば、それが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、発光領域内の複数の発光ドーパントを用いた、発光ドーパントの少なくとも１つがリン光物質である、効率のよいリン光有機発光素子を対象とする。発光領域のホスト化合物（以下、ホスト材料とも記す）は、リン光ドーパント間のエネルギー移動を阻止するように、広いエネルギーギャップを有する電荷輸送化合物（以下、電荷輸送材料とも記す）から構成されていてよい。
【００１２】
本発明の１つの目的は、発光領域を含む有機発光素子であって、発光領域が、ホスト材料と複数の発光ドーパントとを含み、複数のバンドから構成されていて、各発光ドーパントが発光領域内の独立したバンドにドープされていて、発光ドーパントの少なくとも１つがリン光により発光する、有機発光素子を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、高い電力及び量子効率を有する高輝度白色素子を製造するために三重項励起子の拡散を利用することができる多重発光層電界リン光（ｍｕｌｔｉ−ｅｍｉｓｓｉｖｅ  ｌａｙｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ）ＯＬＳＤを提供することである。素子の色は、各層又はバンドの厚さ及びドーパントの濃度を変化させることにより、かつ、発光層間に励起子阻止層を導入することにより、調整することができる。
【００１４】
本発明の他の目的は、他の白色光発光素子と比較して高い外部量子効率（ηext）及び輝度を示す白色光発光ＯＬＥＤを製造することである。たとえば、約（０．３３、０．３３）のＣＩＥ色度座標を有する白色光発光有機発光素子を製造することができる。本発明の素子によって得られる発光スペクトルは、実質的に白色に見えるように、たとえば、約０．３０〜約０．４０のＣＩＥ  ｘ座標と約０．３０〜約０．４５のＣＩＥ  ｙ座標を示すようにするために、可視スペクトルを十分にカバーするように調節することができる。好ましくは、ＣＩＥ  ｘ、ｙ座標は、約（０．３３、０．３３）である。さらに、本発明の素子は、少なくとも約７０のＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  ｌ'Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）演色評価数（ＣＲＩ）を有する白色発光を生ずることができることが好ましい。ＣＲＩが約８０よりも高いことがより好ましい。あるいは、非常に高いＣＲＩを得ようとする代わりに、所定のＣＩＥ座標を有する選択した色の発光を得るために方法を用いることができると思われる。
【００１５】
本発明の他の目的は、数積層発光層からの発光を促進するために、約１０ｎｍ程度未満の最大拡散距離を有する蛍光の発生源である一重項励起子と比較して、リン光の発生源である三重項励起子の非常に長い拡散距離を活用することである。三重項励起子の長い拡散距離は、１０ｎｍの厚さの層が数層積み重なった層の幅から１００ｎｍを超える全部を合わせた厚さに至るまでの厚さからのリン光の発光を可能にする。［Ｍ．Ａ．バルド及びＳ．Ｒ．フォレスト、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．、Ｂ６２、１０９５８頁（２０００年）、及びＩ．ソコリク、Ｒ．プリーストリー、Ａ．Ｄ．ワルサー、Ｒ．ドルシンビレ及びＣ．Ｗ．タング、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第６９巻、４１６８頁（１９９６年）］
【００１６】
本発明を例示する目的のために、代表的な実施形態を添付図面に示すが、本発明を、示した詳細な配置及び手段に限定することを意図ものでないことが理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ここで、本発明を本発明の特定の好ましい実施形態について詳細に記述することとする。これらの実施形態は説明のための例として意図したものにすぎず、本発明はそれらに限定されない。
【００１８】
本発明は、高い電力及び量子効率を有する素子を製造するために三重項励起子の拡散を利用することができる多重発光層電界リン光ＯＬＳＤを提供することである。素子の色は、各層又はバンドの厚さ及びドーパントの濃度を変化させることにより、かつ、発光層間に励起子阻止層を導入することにより、調整することができる。
【００１９】
リン光発光は、一般的にしばしば１４０ｎｍ以上の長い拡散距離を有する三重項励起子から得られる。理論的には、ホスト材料中にドープされた数種のリン光発光体が異なるリン光発光体の各々からの異なる色の光を発生することができる。たとえば、ｆａｃトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（「Ｉｒ（ｐｐｙ）3」）は、緑色発光リン光体であり、白色光発光層を製造するために、適切なホスト材料中で、イリジウム（ＩＩＩ）ビス（ベンゾチエニルピリジン）アセチルアセトナート（「Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）」）のような赤色発光化合物と組み合わせることができる。
【００２０】
発光領域のホスト材料は、種々のリン光ドーパント間のカスケードエネルギー移動を妨げるための広いエネルギーギャップを有するように選択することができる。カスケードエネルギー移動とは、より高いエネルギーの励起子からより低いエネルギーの励起子への、たとえば、より高いエネルギーの三重項励起子からより低いエネルギーの三重項励起子への段階的過程としての移動を記述するために用いられる用語である。リン光ドーパント間のカスケードエネルギー移動は、複数のリン光ドーパントが共通のホスト材料内の同じバンド又は領域中で混合されているときに起こり得るものであり、カスケードエネルギー移動を妨げるホスト材料を選択することにより、あるいは、リン光ドーパントを発光領域のホスト材料内の独立したバンドにドープすることにより、避け得るか、又は最小限にし得る。さもなければ、カスケードエネルギー移動の過程は、可視発光するような高エネルギー励起子がそれらのエネルギーを、非可視熱のみを放出する他の低エネルギー励起子に移動させ、ＯＬＥＤの効率の低下させる原因となり得る。したがって、カスケードエネルギー移動を妨げる又は避けることは、効率のよいＯＬＥＤを製造するうえで重要である。
【００２１】
三重項励起子の拡散の制御は、所望の色のバランスを得るための手段となるものである。三重項励起子は、一重項励起子よりも数桁長い寿命を有し、したがって、より長い拡散距離を有することになり、発光層を１０ｎｍより厚くすることができる。したがって、所望の発光色を得るためには、異なるリン光体をドープした各層の厚さは、ＨＴＬ／ＥＭＲ界面で最初に生成した励起子の適切な割合のものの再結合の領域として機能するように調節することが可能である。発光領域から発光される光の色は、各リン光ドーパントの濃度を変化させることにより調節することができる。さらに、リン光ドーパントを発光領域内のバンドとして層にして、各リン光ドーパントバンドの厚さを他のリン光ドーパントバンドと独立して変化させることを可能にし、これを、各リン光ドーパントからの発光の強度を制御する方法とすることができる。最後に、リン光ドーパントを、蛍光発光色素と、又は別の蛍光発光層からの蛍光発光と、組み合わせることができる。
【００２２】
ドーパントの濃度、励起子の生成が一般的に起こるＨＴＬ界面に対する種々の色領域の位置、各層の厚さを変化させることにより、かつ、発光層間に励起子阻止層を挿入することにより、ＯＬＥＤ発光のＣＩＥ座標を広い範囲にわたって調節することができる。しかし、励起子を最も容易に捕捉するリン光体を励起子生成領域から最も遠くに置くことが好ましい。一般的に、これは、最低三重項エネルギーを有するリン光体を励起子生成領域から最も遠くに置くことによって達成することができる。しかし、ホスト材料から発光体へのエネルギー移動の効率も重要な考慮すべき事項である。もしホスト材料から特定の発光体へのエネルギー移動の効率が高い場合、その発光体を含むバンドは、励起子生成領域からより遠くに置くことができる。逆に、もしホスト材料から特定の発光体へのエネルギー移動の効率が低い場合、その発光体を含むバンドは、励起子生成領域のより近くに置くことができる。したがって、種々の発光体の三重項エネルギーとホスト材料から種々の発光体へのエネルギー移動の効率の両方を考慮することが重要であると思われる。たとえば、中間の三重項エネルギーを有する発光体がホスト材料からのエネルギー移動の高い効率を有するならば、発光体のバンドを最高三重項エネルギー、中間三重項エネルギー、最低三重項エネルギーの順序で配列させるよりも、発光体のバンドを最高三重項エネルギー、最低三重項エネルギー、中間三重項エネルギーの順序にすることができる。これにより、励起子が発光領域全体にわたって拡散することができ、所望の出力色バランスを得ることが確保される。
【００２３】
２つ又はそれ以上のリン光ドーパントを含む発光領域を白色光を含む色の光を発生させるために調整することができる。低い価格、高い効率及び輝度のそのような白色光ＯＬＥＤは、一般的な液晶ディスプレイのバックライトとして、家庭又は職場での照明の光源として、あるいは薄型のフレキシブル単色ディスプレイ用に適している。広告用の特徴的な色を実現するような単色ＯＬＥＤを開発することができよう。安価であるが、効率の高いフルカラー有機ディスプレイ又は透明有機ディスプレイを実現する方法を提供する、いくつかの積層された個別にアドレス可能な有機発光素子を有するフルカラーディスプレイにおけるＯＬＥＤの１つとして、透明な色選択可能ＯＬＥＤを使用することができよう。
【００２４】
本発明の一実施形態において、少なくとも１種のリン光ドーパントと少なくとも１種の蛍光材料を用いることができる。リン光ドーパントを発光層内の同じ領域内で相互に混合することができる。より好ましくは、発光材料を層状の層又はバンド内にドープする。三重項励起子の拡散距離と寿命が長いため、発光領域内の層状のリン光バンドの各々から放射される光の強度を制御するように、層状の層の厚さを調節することができる。これに対して、従来技術では、エネルギー移動効率を変化させることにより、あるいは蛍光ドーパントの濃度を精密に制御することにより、蛍光素子における色の調節を実現することが一般的であった。これらの方法のいずれもが素子の効率を低減させる傾向がある。さらに、発光領域における複数のリン光発光体の使用は、単一蛍光発光層と比較して、色の選択に大きい柔軟性をもたらす。色のフレキシビリティを実現するために、複数の蛍光有機発光素子を積み重ねることができるが、これは、一般的に、効率の低下をまねき、発光領域に複数のリン光発光体を使用する場合と比べて大きい製造費用を必要とする。
【００２５】
正孔輸送材料、励起子阻止層、電子輸送材料及びリン光ドーパント材料は、これらの材料が、併用したときに、本願明細書に記述の相対値を有する限り、当技術分野で知られている非常に多種多様な材料からそれぞれ選択することができる。たとえば、正孔注入材料、電子輸送材料及びリン光材料の代表的な材料としては、Ｍ．Ａ．バルドら、Ｎａｔｕｒｅ、第３９５巻、１５１頁（１９９８年）、Ｄ．Ｆ．オブライエンら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７４巻、４４２頁（１９９９年）、Ｍ．Ａ．バルドら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７５巻、４頁（１９９９年）、Ｔ．ツツイら、Ｊａｐａｎｅｓｅ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、第２部、第３８巻、Ｌ１５０２頁（１９９９年）、Ｍ．Ｊ．ヤングら、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、第２部、第３９巻、Ｌ８２８頁（２０００年）、Ｃ．Ｌ．リーら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７７巻、２２８０頁（２０００年）、Ｍ．Ａ．バルドら、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ、４２２〜４２８頁（１９９９年）、ウオンら、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、第１１巻、３７０９〜３７１３頁（１９９９年）、デュロビッチら、Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ、第４１巻、第１号、７７０頁（２０００年）に開示されているような種類の材料が挙げられる。本発明の素子用のリン光材料は、一般的に有機金属化合物である。有機金属リン光材料は、それぞれ参照により本明細書にその全部が組み込まれる２００１年６月１８日出願の同時係属出願米国第０８／９８０，９８６号及び２００１年１０月１６日出願の同時係属出願第０９／９７８，４５５号に教示されているものから選択してもよい。
【００２６】
ＥＴＬ材料としては、特に、アリール置換オキサジアゾール、アリール置換トリアゾール、アリール置換フェナントロリン、ベンゾオキサゾール又はベンズチアゾール化合物、たとえば、Ｃ．アダチら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７７巻、９０４頁（２０００年）に開示されているような、１，３−ビス（Ｎ．Ｎ−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（「ＯＸＤ−７」）、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（「ＴＡＺ」）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニルフェナントロリン（「ＢＣＰ」）、ビス（２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラート）亜鉛又はビス（２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンズチアゾラート）亜鉛などであってよい。他の電子輸送材料としては、（４−ビフェニル）（４−ｔ−ブチルフェニル）オキシジアゾール（ＰＤＢ）及びアルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノラート）（Ａｌｑ３）などがある。
【００２７】
正孔を陽極から素子の発光領域に輸送するための正孔輸送層の材料を選択する。ＨＴＬ（正孔輸送層）用の好ましいクラスの材料は、高い正孔移動度（約１０-3ｃｍ2／Ｖ秒）を示す様々な形態のトリアリールアミンである。正孔輸送層として適切な材料の例は、約５×１０-4ｃｍ2／Ｖ秒の正孔移動度を有する４，４'−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）である。他の例としては、約９×１０-4ｃｍ2／Ｖ秒の正孔移動度を有するＮ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−［１，１'−ビフェニル］４，４'−ジアミン（ＴＰＤ）、４，４'−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（β−ＮＰＤ）、４，４'−ビス［Ｎ，Ｎ'−（３−トリル）アミノ］−３，３'−ジメチルビフェニル（Ｍ１４）、４，４'，４”−トリス（３０メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４'−ビス［Ｎ，Ｎ'−（３−トリル）アミノ］−３，３'−ジメチルビフェニル（ＨＭＴＰＤ）、３，３'−ジメチル−Ｎ4，Ｎ4，Ｎ4'，Ｎ4'−テトラ−ｐ−トリルビフェニル−４，４'−ジアミン（Ｒ８５４）及び４，４'−Ｎ，Ｎ'−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）などがある。別の適切な正孔輸送材料は当技術分野において知られており、正孔輸送層に適している可能性のある材料の例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，７０７，７４５号に見いだすことができる。
【００２８】
上述の小分子に加えて、マトリックスは、ポリマー又はポリマーブレンドを含んでいてよい。一実施形態において、発光材料を遊離分子（すなわちポリマーに結合していないが、ポリマー「溶媒」に溶解している）として加える。マトリックス材料としての好ましいポリマーは、ポリ（９−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）である。別の実施形態において、発光体は、ポリマー、たとえば、ダウ（Ｄｏｗ）社のポリフルオレン材料の反復単位の一部である。蛍光及びリン光発光体の両方をポリマー鎖に付加し、ＯＬＥＤの製造に用いることができる。ポリマーマトリックスを含む素子における層は、一般的にスピンコーティングにより沈着させる。
【００２９】
本発明の素子は、励起子阻止層（ＥＢＬ）、正孔阻止層（ＨＢＬ）又は正孔注入層（ＨＩＬ）のような追加の層を含んでいてよい。本発明の一実施形態は、参照により本明細書にその全部が組み込まれる米国特許第６，０９７，１４７号に開示されているように、総合素子効率を改善するために、励起子の拡散を阻止する励起子阻止層を用いている。そのような励起子阻止層は、電気的に発生した励起子を発光層内に閉じこめる。
【００３０】
本発明の他の実施形態において、正孔注入層が陽極層と正孔輸送層との間に存在することがあり得る。本発明の正孔注入材料は、陽極から正孔注入材料への効率のよい正孔の注入を可能にするように、陽極表面を平坦化又は濡らす材料と特徴づけられる。本発明の正孔注入材料はさらに、本願明細書で記述する相対ＩＰエネルギーによって定義されるように、ＨＩＬ層の片面上の隣接陽極層及びＨＩＬの反対面上のリン光ドープ電子輸送層と好ましくは調和するＨＯＭＯ（最高占有分子軌道）エネルギーレベルを有すると特徴づけられる。
【００３１】
ＨＩＬ材料の好ましい特性は、正孔を陽極からＨＩＬ材料に効率よく注入することができるような特性である。特に、ＨＩＬ材料は、陽極材料のＩＰよりも約０．７ｅＶ以下大きいＩＰを有することが好ましい。より好ましくは、ＨＩＬ材料は、陽極材料のＩＰよりも約０．５ｅＶ以下大きいＩＰを有する。
【００３２】
ＨＩＬ材料は、正孔輸送材料であるが、そのようなＨＩＬ材料が通常の正孔輸送材料の正孔移動度よりも実質的に小さい正孔移動度を有する点で、ＯＬＥＤの正孔輸送層に用いられる通常の正孔輸送材料と区別される。たとえば、ｍ−ＭＴＤＡＴＡは、ＩＴＯからたとえば、α−ＮＰＤ又はＴＰＤからなるＨＴＬへの正孔の注入を促進する点で有効であると確認されている。おそらく、ＨＩＬは、ＨＴＬのＨＯＭＯレベル／ＩＴＯオフセットエネルギーの低下、又はＩＴＯの濡れにより、正孔を効率よく注入する。ＨＩＬ材料ｍ−ＭＴＤＡＴＡは、α−ＮＰＤ及びＴＰＤのそれぞれ約５×１０-4ｃｍ2／Ｖ秒及び９×１０-4ｃｍ2／Ｖ秒の正孔移動度と比較して、約３×１０-5ｃｍ2／Ｖ秒の正孔移動度を有すると考えられている。したがって、ｍ−ＭＴＤＡＴＡは、一般的に用いられているＨＩＬ材料であるα−ＮＰＤ及びＴＰＤよりも１桁小さい正孔移動度を有する。
【００３３】
他のＨＩＬ材料としては、銅フタロシアニンのようなフタロシアニン化合物などがあり、また、陽極からＨＩＬ材料への、そして次にＨＴＬへの正孔の注入の促進に有効であるポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（「ＰＥＤＯＴ」）又はポリ（エテン−ジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）のようなポリマー材料などの他の材料がある。
【００３４】
本発明のＨＩＬの厚さは、陽極層の表面を平坦化又は濡らすのに有効なように十分に厚いことが必要である。たとえば、１０ｎｍ程度と小さいＨＩＬの厚さは、非常に平滑な陽極表面には許容できる。しかし、陽極表面は非常に粗い傾向があるため、場合によっては最大５０ｎｍ程度のＨＩＬの厚さが望ましい。
【００３５】
適切な電極（すなわち、陽極及び陰極）材料としては、電気接点に接続される、金属、金属合金又はＩＴＯなどの導電性酸化物のような伝導性材料などがある。電気接点の溶着は、蒸着又は他の適切な金属溶着法により実施することができる。これらの電気接点は、たとえば、インジウム、マグネシウム、白金、金、銀、又は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、若しくは、Ｍｇ／Ａｇのような組合せであってよい。
【００３６】
上部電極層（すなわち、陰極又は陽極、一般的に陰極）、すなわち、基板から最も遠いＯＬＥＤの側の電極を溶着するとき、有機層の損傷を避けるべきである。たとえば、有機層は、それらのガラス転移温度以上に加熱してはならない。上部電極は、基板に対して実質的に垂直方向から溶着させることが好ましい。
【００３７】
陽極として機能する電極は、高仕事関数金属（４．５ｅＶ以上）もしくはインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、亜鉛・スズ酸化物などの透明な導電性酸化物を含むことが好ましい。
【００３８】
好ましい実施形態において、陰極は、金属層のような仕事関数が低い電子注入材料であることが好ましい。陰極材料は、約４ｅＶより小さい仕事関数を有することが好ましい。陰極層が不透明である場合、金属陰極層は、実質的により厚い金属層から構成されていてよい。陰極が透明であるように設計されている場合、薄い低仕事関数金属をＩＴＯのような透明な導電性酸化物と組み合わせて使用してもよい。そのような透明な陰極は、５０〜４００Å、好ましくは約１００Åの厚さを有していてよい。ＬｉＦ／Ａｌのような透明な陰極を用いてもよい。
【００３９】
上部発光素子の場合、それぞれ参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，７０３，４３６号もしくは同時係属出願米国第０８／９６４，８６３号及び第０９／０５４，７０７号に開示されているような透明陰極を用いることができる。透明陰極は、ＯＬＥＤが少なくとも約５０％の光透過率を有するような光透過特性を有する。好ましくは、透明陰極は、ＯＬＥＤが少なくとも約７０％、より好ましくは、約８５％の光透過率を有することを可能にする光透過特性を有する。
【００４０】
本発明による基板は、不透明又は実質的に透明、硬性又は軟性及び／又はプラスチック、金属又はガラスであってよい。本明細書で挙げる厚さの範囲に限定されないが、基板は、軟性プラスチック又は金属箔として存在する場合には、１０μｍと薄くてよく、あるいは、硬性の透明又は不透明な基板として存在する場合、もしくは、基板がシリコン製である場合には、実質的により厚くてよい。
【００４１】
本発明のＯＬＥＤ構造の１つの代表的な実施形態を図１に示す。素子は、ガラス基板、陽極層（ＩＴＯ）、正孔輸送層（α−ＮＰＤ）、正孔阻止層（ＢＣＰ）、ホスト（ＴＡＺ）並びに発光層内の独立したバンド又は層中の２種のリン光ドーパント（Ｉｒ（ｐｐｙ）3及びＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ））を含む発光層、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（「Ａｌｑ3」）を含む電子輸送層、並びにフッ化リチウム（「ＬｉＦ」）の層及びアルミニウム（「Ａｌ」）の層を含む陰極層を含む。陰極層と陽極層との間に電圧が加えられるとき、発光層から発光が起こる。素子に用いられている材料は、本発明の一実施形態の例であり、各層の機能を果たす適切な材料を含む。
【００４２】
「領域」という用語は、本明細書においていくつかの場合に、複数の層から構成されている、又は同じ領域内の別個にドープされている層（代わりにバンドと称される）から構成されている、領域を指すために用いることができる。たとえば、発光領域は、複数のリン光ドーパントによりドープされた単一ホスト材料から構成され、リン光ドーパントが独立した異なるバンドに含まれ、発光領域内のドープされたバンドはホスト材料の独立した異なる層とみなされ、各独立した異なる層が異なるリン光ドーパントによりドープされている。また、これらのバンドの１つ又は複数におけるホスト材料は、バンドごとに異なっていてよい。あるいは、発光領域は、独立した蛍光層及び１つ又は複数のリン光ドーパントでドープされたホスト層から構成されていてよい。他の実施形態において、発光領域がリン光ドーパントによりドープされたホスト材料を含むが、リン光ドーパントは独立した異なるバンドにドープされていないことがある。むしろ、１つのリン光ドーパントのドープされた領域がもう１つのリン光ドーパントのドープされた領域と重複しているか、又は１つのリン光ドーパントのドープされた領域がその全体としてもう１つのリン光ドーパントのドープされた領域に含まれていてよい。実際、利点の組合せを実現し、全体的な効率を改善するために複数の層を用いることができる。
【００４３】
以下に列挙する材料は、例示の目的のためにのみ記載するものである。素子は、一般的に、ガラス、石英、サファイア又はプラスチックのような透明又は不透明な材料であってよい、基板の上に製造される。基板は、たとえば、硬性、軟性で、所望の構成に適合及び／又は成形されていてよい。透明ＯＬＥＤ又は上部発光ＯＬＥＤの場合、米国特許第５，７０３，４３６号又は同時係属米国特許出願Ｓ／Ｎ第０８／９６４，８６３号及び第０９／０５４，７０７号に開示されているような透明陰極を用いることができる。透明陰極は、ＯＬＥＤが少なくとも約５０％の光透過率を有するような光透過特性を有する。好ましくは、透明陰極は、ＯＬＥＤが少なくとも約７０％、より好ましくは、約８５％の光透過率を有することを可能にする光透過特性を有する。
【００４４】
上部発光素子は、光が素子の上部からのみ発生し、基板を通らないものである。そのような上部発光素子の基板及び底部電極は、それぞれ不透明及び／又は反射材料で構成されていてよい。たとえば、電極が反射性の厚い金属層である。基板は、一般的に素子の底部にあると言われている。
【００４５】
上記の層及び材料のいずれかの蒸着技術は、当技術分野でよく知られている。たとえば、ＯＬＥＤ層を蒸着させる代表的な方法は、バルドら、「有機気相蒸着法（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、第１０巻、第１８号（１９９８年）、１５０５〜１５１４頁）に開示されているような熱蒸発又は有機気相蒸着法（ＯＶＰＤ）である。ポリマー層が用いられる場合には、ポリマーをスピンコートする。金属層を蒸着させる１つの代表的方法は、熱又は電子ビーム蒸発によるものである。インジウム・スズ酸化物を蒸着させる代表的な方法は、電子ビーム蒸発又はスパッタリングによるものである。
【００４６】
したがって、本発明の一実施形態において、電界リン光ＯＬＥＤが複数のリン光ドーパントを含む発光領域を含み、各リン光ドーパントがホスト発光領域内のバンド中に存在し、各バンドの厚さ、各バンドの位置及び各バンド内の各リン光ドーパントの濃度が、所望の色及び輝度の光がＯＬＥＤから放射されるように調節されている。本発明の特定の実施形態において、バンドは分離されているか、又は重複していてよい。本発明の一実施形態のように、重複バンドにはカスケードエネルギー移動を妨げるホスト材料を用い、それにより素子の効率を改善する。
【００４７】
１つの特定の実施形態において、励起子が正孔阻止層の１側の励起子生成ゾーンにおいて生成し、正孔阻止層を経て、発光領域に拡散する。あるいは、励起子は、発光層の陽極側又は発光層の陰極側で生成してよい。本発明は、発光領域内の層を積層し、励起子生成ゾーンの位置に対して配列させることにより、素子の輝度、効率、色又はこれらの組合せを最適化する、素子の効果的な設計及び製造を具体化する。
【００４８】
本発明の別の実施形態は、複数のリン光ドーパントを含む発光領域を含み、リン光ドーパントのそれぞれがホスト材料の少なくとも一部において１つ又は複数のリン光ドーパントと混合されていて、カスケードエネルギー移動を減少させるホスト材料が選択されており、所望の色の光が電界リン光ＯＬＥＤから放射されるように、各リン光ドーパントのバンドの厚さ及び濃度が独立して選択されている。
【００４９】
本発明は、あらゆるサイズの安定で、効率のよい、高輝度の単色、多色又はフルカラーパネル型ディスプレイを提供するために用いることができる。そのようなディスプレイ上で造られる画像は、個々のＯＬＥＤのサイズに依存する解像度のフルカラーのテキスト又は図であり得る。したがって、本発明のディスプレイ素子は、公告掲示板及び標識、コンピュータモニター又はコンピュータディスプレイ並びに電話のような通信装置、テレビジョン、大画面壁掛けスクリーン、映画スクリーン及びスタジアムスクリーンを含む極めて多様な応用分野に適している。本明細書に記載する構造は、たとえば、発光素子における複数の画素に、あるいは、単一画素、フラットパネルバックライト素子もしくは室内又はオフィス内の一般光源の一部として、含まれている。さらに、本明細書に記載する構造は、レーザー装置の一部として用いることができる。レーザー装置の一部としては、ＯＬＥＤは、光源としてレーザーに組み込むことができるであろう。本発明は、両者ともレーザー光源の望ましい特性である、高い効率を有し、特に希望する波長の光を伝達するように調節することができる。さらに、光源は、真空蒸着されたＯＬＥＤとして安価に有機レーザーに組み込むことができるであろう。
【００５０】
一般的にＯＬＥＤと比較して、また特に従来の無機ＬＥＤｓと比較して、リン光を用いるＯＬＥＤで可能な例外的に高い光源効率のため、本発明のリン光を用いるＯＬＥＤは、照明器具の光源としても用いることができる。そのような光源は、特定の種類の従来型の白熱電球又は蛍光灯の代わりとすることができよう。そのようなリン光を用いるＯＬＥＤは、たとえば、白色光を含む所望の色の照明をもたらす大型バックプレーン光源に用いることができよう。
【００５１】
それぞれその全部が本明細書に組み込まれる以下の特許又は同時係属特許出願に開示されている素子は、本明細書に開示する有機発光素子の組み込みにより利益を得ると思われる。米国特許第５，７０３，４３６号、第５，７０７，７４５号、第５，７２１，１６０号、第５，７５７，０２６号、第５，７５７，１３９号、第５，８１１，８３３号、第５，８３４，８９３号、第５，８４４，３６３号、第５，８６１，２１９号、第５，８７４，８０３号、第５，９１７，２８０号、第５，９２２，３９６号、第５，９３２，８９５号、第５，９５３，５８７号、第５，９８１，３０６号、第５，９８６，２６８号、第５，９８６，４０１号、第５，９９８，８０３号、第６，００５，２５２号、第６，０１３，５３８号及び第６，０１３，９８２号並びに同時係属米国特許出願第０８／７７９，１４１号、第０８／８２１，３８０号、第０８／９７７，２０５号、第０８／８６５，４９１号及び第０８／９２８，８００号。これらの特許及び同時係属特許出願に開示されている材料、方法及び装置は、本発明のＯＬＥＤを調製するのにも用いることができる。
【００５２】
ＯＬＥＤ層の順序の逆転が存在するかどうか、又は、他の設計の変形形態が用いられるかどうかによって、層の種類、数、厚さ及び順序の実質的な変形形態が存在し得る。当業者は、本明細書に記載し、例示されている本発明の実施形態の様々な変更形態を認識し得る。そのような変更形態は、本発明の精神及び範囲によってカバーされることを意味するものである。すなわち、本発明を特定の実施形態に関連して詳細に説明したが、特許請求の範囲の精神及び範囲内の本発明の他の実施形態が存在することが当業者により認識されよう。
【００５３】
ここで本発明をその特定の代表的実施形態をどのように実施することができるかについて詳細に説明することとするが、材料、装置及び方法の段階は、例示することのみを意図した例であることは当然である。特に、本発明は、本明細書に具体的に列挙した方法、材料、条件、方法のパラメーター、装置等に限定することを意図するものではない。
【実施例】
【００５４】
本発明の代表的な実施形態において、有機層は、素子の陽極として用い、２０Ω／平方のシート抵抗を有するインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）でプレコートした清浄なガラス基板に高真空（１０-6トル）熱蒸発により蒸着させた。膜蒸着の前に、基板を溶媒により脱脂し、ＵＶ−オゾンチャンバー中で清浄にした後、蒸着システムに装入した。ＯＬＥＤ漏洩電流を低下させ、ＯＬＥＤ製造歩留まりを増加させるために用いた、ポリ（エチレン−ジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をＩＴＯ上で４０００ｒｐｍで４０秒間回転させ、１２０℃で１５分間焼成し、約４０ｎｍの厚さを得た。
【００５５】
素子１。本発明の１つの実施例は、上部（陰極側）から順次、アルミニウム陰極層（５００ｎｍ）、薄いＬｉＦ電子注入層（０．５ｎｍ）、Ａｌｑ3電子輸送層（５０ｎｍ）、８重量％の濃度の赤色リン光発光Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）の２０ｎｍの厚さのバンド及び８重量％の濃度の緑色リン光発光Ｉｒ（ｐｐｙ）3の１０ｎｍの厚さのバンドでドープされたＴＡＺの真空蒸着発光領域（３０ｎｍ）を含む効率のよい有機白色光発光素子である。発光領域は、溶媒脱脂し、浄化したＩＴＯの層上に真空蒸着された、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）（６ｎｍ）の正孔阻止層及びα−ＮＰＤ（５０ｎｍ）の層により正孔輸送層から分離されていた。
【００５６】
素子１において、励起子はα−ＮＰＤ層中で生成し、次に、励起子の大部分がＢＣＰ正孔阻止層を横切って、ＴＡＺに移送されると考えられる。有意な割合の励起子が蛍光の発光をα−ＮＰＤホスト材料から直接に生じさせる。ＴＡＺ層中の励起子が続いてＴＡＺからリン光ドーパントに移されて、Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）及びＩｒ（ｐｐｙ）3の両方から電界リン光が発生する。既に述べたように層の厚さを選択することにより、白色光の発光が起こる。
【００５７】
素子１は、Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄ'Ｅｃｌａｉｒａｇｅ（ＣＩＥ）色度座標（Ｘ＝０．３６、Ｙ＝０．４５）を有する実質的に白色光の発光をもたらす。スペクトルは、駆動電流に非常に非感受性であり、素子は、約６００ｍＡ／ｃｍ2で約１０4ｃｄ／ｍ2の最大輝度を有していた。１００ｃｄ／ｍ2の輝度では、量子効率は、それぞれ約２％及び約３ｌｍ／Ｗであった。この素子の高い輝度と高い量子効率は、正孔輸送α−ＮＰＤ層とリン光体をドープしたＴＡＺ層との間に存在していたＢＣＰ正孔阻止層の存在に実質的な部分、帰せられると考えられる。特に、ＢＣＰ層は、実質的にα−ＮＰＤ層中における正孔−電子再結合を起こさせ、ＢＣＰ層を通しての正孔の損失は有意でないと考えられる。次に、ＢＣＰ層は、三重項励起子をＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）及びＩｒ（ｐｐｙ）3分子上にもたらし、次にそれがリン光により可視発光するように、そのようにして生成した三重項励起子の大部分をＴＡＺ層に拡散させる。
【００５８】
したがって、素子のリン光ゾーンと素子の正孔輸送領域との間に存在し、実質的にすべての正孔−電子再結合が起こるが、わずかな割合の発光が蛍光発光として起こるにすぎない、ＢＣＰ層は正孔阻止層として、かつ励起子輸送層として、同時に機能していると考えられる。各層に使用する材料を適切に選択し、次に、層の厚さとリン光ドーパント濃度を調節することにより、実質的にあらゆる所望の色を生ずるように発光を調節することができる。たとえば、最低エネルギー移動効率を有するリン光ドーパントを素子の励起子生成ゾーンとも呼ばれている正孔−電子再結合ゾーンに隣接する、又はその近位のバンドに入れ、最高エネルギー移動効率を有するリン光ドーパントを素子の正孔−電子再結合ゾーンから遠位のバンドに入れることにより、それぞれが異なる色の発光を引き起こす各リン光ドーパントの相対的な発光寄与を、電界リン光ＯＬＥＤから所望の色の発光を引き起こす必要に応じて、各層の厚さと各層におけるドーパントの濃度を調節することにより制御することができる。リン光の発生を担っている三重項励起子は１００ｎｍ以上の拡散距離を有するのに対して、蛍光一重項励起子は１０ｎｍを超えることがまれである拡散距離を有するので、そのような素子は、少なくとも１つのドーパントを用いて製造される場合にのみ、商業的に実際的であると考えられている。したがって、三重項励起子を用いる素子は、商業的に有用な素子に必要な輝度及び効率を達成することができる。
【００５９】
素子２。本発明の他の実施例において、青色、緑色及び赤色リン光発光層を、効率のよい白色光を発生させるために多発光層有機発光素子において組み合わせた。４，４'−Ｎ，Ｎ'−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）に中にドープした青色リン光体イリジウム（ＩＩＩ）ビス（４，６−ジフルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ2）ピコリナート（「ＦＩｒｐｉｃ」）を青色発光バンドとして用い、ＣＢＰに中にドープしたｆａｃトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）3）を緑色発光バンドとして、ＣＢＰに中にドープしたビス（２−（２'−ベンゾ［４，５−ａ］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ3）イリジウム（アセチルアセトナート）（Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）を赤色発光バンドとして用いた。
【００６０】
本発明の他の実施形態は、多発光層として組み合わされた青色、緑色及び赤色リン光発光層を有する白色光発光ＯＬＥＤを製造する方法を含む。素子２では、２０Ω／平方のシート抵抗を有するインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）でプレコートしたガラス基板上にＯＬＥＤを成長させた。有機層の蒸着又は被覆の前に、基板を溶媒で脱脂し、次いで、１５０ｍトルにおいて２０Ｗで８分間酸素プラズマ処理した。ポリ（エチレン−ジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をＩＴＯ上で４０００ｒｐｍで４０秒間回転させ、１２０℃で１０分間焼成した。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、漏洩電流を低下させるために用いた。［Ｄ．Ｊ．ミリロン、Ｉ．Ｇ．ヒル、Ｃ．シェン、Ａ．カーン及びＪ．シュワルツ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第８７巻、５７２頁（２０００年）、Ｔ．Ｍ．ブラウン及びＦ．カシアリ、ＩＥＥ  Ｐｒｏｃ．−Ｐｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ、第１４８巻、７４頁（２００１年）］すべての小分子有機層を１０-6トル以下のベース圧力で連続的に熱的に蒸着した。最初に、４００ｎｍの厚さの４，４'−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）正孔輸送層（ＨＴＬ）を蒸着させた。次に、８重量％のイリジウム（ＩＩＩ）ビス（４，６−ジフルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ2）ピコリナート（ＦＩｒｐｉｃ）をドープした４，４'−Ｎ，Ｎ'−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）の１０ｎｍの厚さの層、続いて、８重量％のビス（２−（２'−ベンゾ［４，５−ａ］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ3）イリジウム（アセチルアセトナート）（Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）層をドープした１０ｎｍの厚さのＣＢＰ層及び次に８重量％のｆａｃトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）3）をドープした１０ｎｍの厚さのＣＢＰ層からなる発光領域（ＥＭＲ）を成長させた。発光色及び素子効率は、層をドープした順序に依存することが見いだされ、白色の発光は本明細書に記載する方法を用いて得られた。１０ｎｍの厚さの２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）電子輸送／正孔阻止層（ＥＴＬ）を最終有機層として蒸着させた。有機層の蒸着後に、蒸発チャンバーを窒素を用いて排出させ、１ｐｐｍ以下の水及び酸素を含む窒素雰囲気のもとで、サンプルを窒素グローブボックスに移し、１ｍｍの直径の開口部を有するシャドーマスクをサンプルに付けた。最後に、５Åの厚さのＬｉＦ層と続いて１００ｎｍのＡｌからなる陰極を蒸着させた。サンプルは、試験したときにのみ、空気に曝露させた。素子の構造を図９に示す。
【００６１】
各色成分の発光をバランスさせることにより、図９の素子は白色光を効率よく発生することができる。発光（ｋr）及び非発光（ｋnr）再結合の速度、拡散定数及びホストとゲストとの間の共鳴エネルギー輸送エネルギー移動速度（ｋtr）は、素子における各層について考慮するべき変数である。ドーパントの濃度を変化させることにより、励起子の生成が起こる界面に対する異なる色領域の位置を変化させることにより、そして、各層の厚さを独立に変化させることにより、本願発明者らは、多発光層ＯＬＥＤの色／ＣＩＥ座標を調節することができた。
【００６２】
素子２では、効率がよく、かつ薄い素子を実現するために、リン光ドーパントの濃度を約（８±２）重量％とほぼ一定に維持した。以前の報告にｋr及びホストとリン光体との間の移動速度（ｋtr）は約６重量％〜９重量％のドープレベルで最大であることが示されている。［Ｃ．アダチ、Ｍ．Ａ．バルド、Ｍ．Ｅ．トンプソン、Ｒ．Ｃ．ウオン、Ｍ．Ｅ．トンプソン及びＳ．Ｒ．フォレスト、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７８巻、１６２２頁（２００１年）、Ｃ．アダチ、Ｍ．Ａ．バルド、Ｓ．Ｒ．フォレスト及びＭ．Ｅ．トンプソン、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７７巻、９０４頁（２０００年）］ドープレベルが低いほど、ｋtrが低く、より高いドープレベルでは、濃度クエンチングがｋrが低下した。
【００６３】
三重項の長い拡散距離と相まって、個々の発光バンドの厚さ並びにそれらの積層順序を変化させることにより、素子２の３つの発光バンドのそれぞれからの発光を制御することが可能である。（０．３１、０．３５）のＣＩＥ座標を有する白色光、（４．０±０．４）％の外部量子効率及び（３６０００±４０００）ｃｄ／ｍ2の最大輝度が得られた。
【００６４】
ＯＬＥＤ素子では、励起子は、過剰な電荷の蓄積が材料のうちの１つにおいて起こる、２つの材料の間の界面において生成する。材料間の移動度の桁の違う差又は界面における電荷移動に対する大きいエネルギーバリアにより、過剰な電荷は通常、材料のうちの１つに存在する。励起子生成ゾーン（ＥＺＦ）の位置は、素子の色及び効率に影響を及ぼすので、素子の設計に重要である。個々の発光層のｋｎrとｋrとの比又はその逆数を用いて、ＥＺＦに対する各発光層の位置を決定することができる。１つの好ましい実施形態において、ｋｎrとｋrとの比がＥＺＦの近くで最高となり、ＥＺＦから遠い位置で最低となるように、発光層を配列させた。このような層の配置が白色光発光ＯＬＥＤの素子効率を改善すると考えられる。
【００６５】
ＣＢＰによる正孔と電子の輸送が同等であるので、図１０に示すエネルギーレベル図からは、励起子生成ゾーンが位置する場所が不明瞭である。正孔がおそらくＣＢＰ：ＢＣＰ界面に蓄積するか、又は電子がＮＰＤ：ＣＢＰ界面に蓄積すると思われる。ＥＺＦの位置を調べるために、２つの界面の１つに置いた８重量％Ｉｒ（ｐｐｙ）3層を有する素子２と記載した本発明の２つの実施形態を作製した。発明者らは、Ｉｒ（ｐｐｙ）3が２実施形態において用いた３種のリン光体のうちで最も効率が高いと考えている。したがって、Ｉｒ（ｐｐｙ）3は、ＥＺＦに置いたとき優勢な主ピークを有するはずである。図１１に、Ｉｒ（ｐｐｙ）3：ＣＢＰ層をＮＰＤの次に置いたとき、λ＝５２０ｎｍにおけるＩｒ（ｐｐｙ）3ピークがλ＝４７０ｎｍにおける主ＦＩｒｐｉｃピークと比べて強いことを示す。λ＝５００ｎｍにおけるピークは、Ｉｒ（ｐｐｙ）3からの発光とλ＝５００ｎｍにおけるＦＩｒｐｉｃサブピークとが複合したものである。Ｉｒ（ｐｐｙ）3：ＣＢＰ層をＢＣＰ層の次に置いたとき、λ＝５２０ｎｍにおけるＩｒ（ｐｐｙ）3ピークはλ＝４７０ｎｍにおける主ＦＩｒｐｉｃピークと比べて低かった。したがって、発明者らは、ＥＺＦがＮＰＤ：ＣＢＰ界面に位置していたと考えている。したがって、本発明の好ましい実施形態では、白色光発光ＯＬＥＤの効率を改善するために、約８％の濃度のＦＩｒｐｉｃ：ＣＢＰ層をこの界面に置いた。各発光層について約１０ｎｍの層厚さを有し、図９に示す順序で積層した本発明のこの好ましい実施形態の結果は、（０．３１、０．３５）のＣＩＥ座標を有していた。図１２に素子の外部量子効率をその電流密度の関数として示す。ランベルト強度プロファイルを仮定し、最大外部量子効率ηpを計算すると、１５．８Ｖで（４．０±０．４）％に等しいηpの値と（３．３±０．３）ｌｍ／Ｗ又は（３６０００±４０００）ｃｄ／ｍ2の光源効率が得られる。外部量子効率は、図１２に示すように、対応する３桁の電流密度にわたって少なくとも３．０％であった。発明者らは、低い値の電流密度における外部効率が比較的に低いことは、電流漏洩が原因であった可能性があると考えているが、Ｊ＞１０ｍＡ／ｃｍ2と高い電流密度では、ロールオフは以前に三重項−三重項消滅に帰せられた。［Ｍ．Ａ．バルド、Ｃ．アダチ及びＳ．Ｒ．フォレスト、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．第Ｂ６２巻、１０９６７頁（２０００年）］ηpの値はさらにより大きいと思われる。但し、試験した特定の実施形態はλ＝５５０ｎｍからλ＝６００ｎｍまでの間で低い発光レベルを有し、ルーメン数はλ＝５５５ｎｍでピーク値を有する明所視反応曲線に基づいている。
【００６６】
本発明のこの実施形態において陰極に加えられた真空が破壊されたことも素子の効率の低下につながったと考えられる。その理由は、真空が破壊されることは、窒素雰囲気への曝露中に非発光性欠陥状態が導入される傾向があると思われるからである。発明者らは、製造工程を通して超高真空条件を用いることでさらに高い素子効率を予想している。製造の方法の好ましい実施形態において、超高真空環境の破壊なしに陰極層が蒸着される。
【００６７】
素子３：ポリ（エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をＩＴＯ上で４０００ｒｐｍで４０秒間回転させ、１２０℃で１５分間焼成し、約４０ｎｍの厚さを得た。蒸着は、３０ｎｍの厚さの４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）正孔輸送層（ＨＴＬ）から開始した。素子３の場合、６重量％の青色発光リン光体であるイリジウム（ＩＩＩ）ビス（４，６−ジフルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ2）ピコリナート（ＦＩｒｐｉｃ）をドープした主として電子伝導性ホスト４，４'−Ｎ，Ｎ'−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）の２０ｎｍの厚さの層、続いて、赤色リン光体であるビス（２−（２'−ベンゾ［４，５−ａ］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ3）イリジウム（アセチルアセトナート）（Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ））を８重量％ドープした２ｎｍの厚さのＣＢＰ層及び黄色リン光体であるビス（２−フェニルベンゾチオゾラト−Ｎ，Ｃ2'）イリジウム（アセチルアセトナート）（Ｂｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ））を８重量％ドープした２ｎｍの厚さのＣＢＰ層からなる発光領域（ＥＭＲ）を成長させた。ＢＣＰが、すべての素子上に蒸着され、正孔／励起子阻止及び電子輸送層（ＥＴＬ）としての役割を果たす最後の有機層であった。有機層の蒸着後に、サンプルを蒸発チャンバーからＮ2を満たし、１ｐｐｍ以下のＨ2Ｏ水及びＯ2を含むグローブボックスに移した。１ｍｍの直径の開口部を有するマスクをサンプルに付けた後、サンプルを第２の真空チャンバー（＜１０-7トル）に移し、マスクを通して陰極を蒸着した。陰極は、５Åの厚さのＬｉＦ層と続いて１００ｎｍのＡｌからなっていた。
【００６８】
素子４：ポリ（エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をＩＴＯ上で４０００ｒｐｍで４０秒間回転させ、１２０℃で１５分間焼成し、約４０ｎｍの厚さを得た。蒸着は、３０ｎｍの厚さの４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）正孔輸送層（ＨＴＬ）から開始した。素子４の場合、ＥＭＲは、６重量％のＦＩｒｐｉｃをドープしたＣＢＰの２０ｎｍの厚さの層、続いて、３ｎｍの厚さの２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）励起子阻止層及び８重量％のＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）をドープした１０ｎｍの厚さのＣＢＰ層からなっていた。ＢＣＰが、すべての素子上に蒸着され、正孔／励起子阻止及び電子輸送層（ＥＴＬ）としての役割を果たす最後の有機層であった。有機層の蒸着後に、サンプルを蒸発チャンバーからＮ2を満たし、１ｐｐｍ以下のＨ2Ｏ水及びＯ2を含むグローブボックスに移した。１ｍｍの直径の開口部を有するマスクをサンプルに付けた後、サンプルを第２の真空チャンバー（＜１０-7トル）に移し、マスクを通して陰極を蒸着した。陰極は、５Åの厚さのＬｉＦ層と続いて１００ｎｍのＡｌからなっていた。
【００６９】
三重項励起子の拡散の制御は、所望の色バランスを得るための手段である。三重項励起子は、一重項励起子よりも数桁長い寿命を有し、したがって、より長い拡散距離を有し、そのため、発光層の厚さを１０ｎｍより厚くすることができる。したがって、所望の発光色を実現するために、異なるリン光体をドープした各層の厚さを、ＨＴＬ／ＥＭＲ界面で最初に生成した励起子のうちの適切な割合のものの再結合ゾーンとして機能するように調節することができる。
【００７０】
そのような構造を設計するために、ＣＢＰ三重項励起子拡散距離ＬDを最初に決定する。これは、図１３に示す構造における３０ｎｍの厚さのＣＢＰ層内のｆａｃトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）3）リン光体ドープ層の厚さ（ｄ）を変化させることによって行う。次いで、種々の素子の効率を、全ＣＢＰ領域にＩｒ（ｐｐｙ）3をドープした素子の効率と比較する。すなわち、位置ｘとｘ＋Δｘとの間の励起子密度とその領域から放射される光の量との間の直線関係を仮定すると、ＣＢＰ励起子密度は以下の式により緑色Ｉｒ（ｐｐｙ）3発光と関連づけられる。
【００７１】
【数１】
0004493915.tif 000002
ここで、η（ｄ）は厚さｄのドープされたＣＢＰ層を有する素子の効率であり、η（３０）はＩｒ（ｐｐｙ）3をドープされたｄ0＝３０ｎｍの素子の効率である。我々は、図１３のデータの式（１）へのカイ２乗適合（実線）を用いて、ＣＢＰ三重項拡散距離として（８．３±１）を得た。
【００７２】
ドーパントの濃度、励起子の生成が起こるＨＴＬ界面に対する種々の色領域の位置、各層の厚さを変化させることにより、そして、発光層間に励起子阻止層を挿入することにより、ＯＬＥＤ発光のＣＩＥ座標を広い範囲にわたって調節することができる。しかし、我々は、より低い励起子エネルギーを有し、したがって、励起子を最も容易に捕捉するリン光体は励起子生成領域から最も遠い位置に置くべきであることを確認している。これにより、確実に励起子が発光領域全体に拡散することができ、所望の出力色バランスがもたらされる。図１４に、層厚さ、リン光体ドープ濃度、及びＦＩｒｐｉｃドープ領域とＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）ドープ領域との間への阻止層の挿入に対する素子３の電界リン光スペクトルの依存性を示す。すべてのスペクトルを４００〜８００ｃｄ／ｍ2の輝度に対応する１０ｍＡ／ｃｍ2で記録した。
【００７３】
図１４に示すλ＝４７２ｎｍ及びλ＝５００ｎｍでのＦＩｒｐｉｃ発光ピークは、Ｂｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）及びＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）ドープ層を２ｎｍに減少させ、また、ＦＩｒｐｉｃ層を２０ｎｍに増加させたとき、λ＝６２０ｎｍでのＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）発光と比べて増加する。その理由は、励起子の総数のうちのより大きい割合の数の励起子がＦＩｒｐｉｃ層に拡散し、このいくぶん効率の低いドーパントからの発光に利用可能になるためである。しかし、ＦＩｒｐｉｃ発光は、ＦＩｒｐｉｃドープ層の厚さが３０ｎｍを超えた場合に、Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）発光と比べて増加しない。これは、ＦＩｒｐｉｃ発光がＦＩｒｐｉｃ層の厚さの増加とともに他のすべてのリン光体発光と比較して増加し続けるはずであるので、Ｉｒ（ｐｐｙ）3を用いて測定したＣＢＰ三重項の拡散プロファイルで認められるように、励起子生成ゾーン（ＥＦＺ）がＨＴＬ／ＥＭＲ界面ではないことを示唆している。ＷＯＬＥＤにおけるＥＦＺの正確な位置は、色バランスについて考察したいくつかの変数によって変化する可能性があるので、確定することは困難である。
【００７４】
色バランス（特に、青色発光の増強）は、素子４におけるＦＩｒｐｉｃ及びＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）ドープ層間に薄いＢＣＰ正孔／励起子阻止層を挿入することにより改善することができる。この層は、ＦＩｒｐｉｃドープ層から陰極への正孔の流れを阻止し、それにより、より多くの励起子がＦＩｒｐｉｃ層中で生成させ、ＦＩｒｐｉｃドープ層における生成後に励起子が陰極に向かって拡散することを妨げる。これらの２つの作用がＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）と比べてＦＩｒｐｉｃ発光を増加させる。
【００７５】
λ＝５６３ｎｍでの主Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）発光ピークは、主Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）ピークと重複しているλ＝６００ｎｍでの副ピークと容易に識別できる（図１４）。Ｂｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）のドープ濃度が８重量％から１重量％に低下したとき、また、層の厚さが１０ｎｍから２ｎｍに減少したとき、λ＝５６３ｎｍでのピークは低下する。１重量％Ｂｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）では、ホストのフェスター（Ｆｏｓｔｅｒ）移動半径（約３０Å）内にゲスト分子が少ないため、ホスト分子とゲスト分子との間の三重項励起子の移動が妨げられ、Ｂｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）発光の割合が比例して低くなる。式（１）により記述される励起子濃度プロファイルにおいて、ドーパントはより厚いドープ領域においてより多くのＣＢＰ励起子を捕捉するので、η（２）＜η（１０）である。したがって、２ｎｍの厚さのＢｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）ドープ層からの発光は、ＣＢＰ励起子の捕捉がより少ないので、１０ｎｍの厚さの層よりも低いはずである。
【００７６】
素子３及び４のエレクトロルミネセントスペクトルを図１５で比較する。素子４ではλ＝５２０ｎｍとλ＝６００ｎｍとの間の発光はほとんど存在しないのに対して、素子３はこの領域におけるＢｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）からの有意に大きい発光を有している。素子３ではスペクトルの黄色領域が増加しているため、素子４と比べて、ＣＲＩが５０から８３に増加し、ＣＩＥが（０．３５、０．３６）から（０．３７、０．４０）に変化している。すべての素子のｘ及びｙ  ＣＩＥ座標は、６０〜２００００ｃｄ／ｍ2の範囲の輝度に対応する１ｍＡ／ｃｍ2〜５００ｍＡ／ｃｍ2の範囲において変動が１０％未満である。
【００７７】
ディスプレイからの白色のヒトの知覚はスペクトルの黄色領域における発光の欠如の影響を受けないので、素子４はパネル型ディスプレイに有用である。理論的には、ＣＢＰにドープされたＦＩｒｐｉｃとＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）により得ることができる最良の白色は（０．３３、０．３２）であり、これは素子４の（０．３５、０．３６）と近い。ＣＲＩが８３である素子３は、パネル型ディスプレイに用いることができるが、このように高いＣＲＩ値では、物体は昼光条件のもとにあるように見えるので、照明の光源としても用いることができる。素子４のＣＲＩは、理論的には８８の最大値まで改善することができるが、そのような最適化された素子のＣＩＥは（０．４７、０．４０）である。ドープ層の追加によっても、ヒトの眼が最高の明所視効率を有する黄色発光を増強することにより、また、ＦＩｒｐｉｃよりも高いηextを有するＢｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）の使用により、素子４の効率が素子３と比べて改善される。
【００７８】
我々は、ランベルト強度プロファイルを仮定し、図１５の挿入図に示す電流密度−電圧特性を用いて、ηext、ηp（図１６に示す）及び輝度を計算した。表２に素子３及び４の結果を示す。ここで、ηext3は３桁の電流密度にわたって３．０％であり、ηextは最大値に増加した後、高い電流密度で低下することが認められる。最初の低いηextはおそらく電流漏洩に起因すると思われるが、高電流密度（Ｊ＞１０ｍＡ／ｃｍ2）では低下は以前に三重項−三重項消滅に帰せられた。素子３は１４Ｖで３１０００ｃｄ／ｍ2の最大輝度を達成し、素子４は１３．４Ｖで３００００ｃｄ／ｍ2を発光する。
【００７９】
陰極領域を定めるために必要な真空の破壊は、大気への曝露に起因する非発光性欠陥状態が導入されるため、すべてのリン光体ＷＯＬＥＤの効率を制限している。ＣＢＰとＦＩｒｐｉｃとの間の励起子の移動は、この材料系の吸熱過程特性により、欠陥に対して特に敏感である。したがって、素子全体を高真空下で成長させるならば、さらに高い効率のＷＯＬＥＤを期待することができる。
【００８０】
当業者は、本明細書に記載し、例示した本発明の実施形態の様々な変更形態を認識し得るが、本発明は、これらの変更形態を含み、本明細書に含まれる実施例に限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明によるＯＬＥＤ構造の一実施形態の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における電流密度の関数としての外部量子効率及び光源効率を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態における波長の関数としてのエレクトロルミネセンススペクトルを示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態の電圧の関数としての電流密度を示すグラフである。
【図５】本発明によるＯＬＥＤ構造の他の実施形態の概略図である。
【図６】本発明によるＯＬＥＤ構造の他の実施形態のエネルギーレベルの概略図である。
【図７】図６に示す構造に従って製造した３つの素子の（ａ）エレクトロルミネセンススペクトル対波長並びに（ｂ）量子効率及び光源効率対電流密度を示すグラフである。
【図８】図９に示す素子構造の実施形態による（ａ）ＩＴＯ層の上のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の存在下及び非存在下での量子効率及び光源効率対電流密度並びに（ｂ）ＩＴＯ層の上のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の存在下及び非存在下での電流密度を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態における素子構造を示す図である。
【図１０】すべてのリン３発光領域、すなわちＣＢＰ中にドープされたＦＩｒｐｉｃ、Ｉｒ（ｐｐｙ）3及びＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）を用いた白色ＯＬＥＤを含む本発明の一実施形態におけるエネルギーレベル図である。励起子生成ゾーンはＮＤＰ／ＣＢＰ界面にあり、励起子が励起子阻止ＢＣＰ層に向かって拡散することが示されている。
【図１１】ＦＩｒｐｉｃ及びＩｒ（ｐｐｙ）3ドープ領域の位置を交換した類似の素子構造を有する、図９に示す本発明の実施形態及び本発明の他の実施形態におけるエレクトロルミネセンススペクトルを示すグラフである。５２０ｎｍにおける主Ｉｒ（ｐｐｙ）3ピークは、ＮＰＤ／ＣＢＰ界面に存在する励起子生成ゾーン側の位置にＩｒ（ｐｐｙ）3を有する素子で有意に高い。５００ｎｍにおけるピークはＩｒ（ｐｐｙ）3によるものであり、副ピークはＦＩｒｐｉｃによるものである。Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）ピークは、６２０ｎｍ及び６７５ｎｍにある。
【図１２】ＣＩＥ座標（０．３１、０．３５）及び図９に示す素子構造を有する本発明の一実施形態における電力及び外部量子効率を示すグラフである。最大外部量子効率ηp及び光源効率はそれぞれ（４．０±０．４）％、（３．３±０．３）ｌｍ／Ｗ及び（３６０００±４０００）ｃｄ／ｍ2である。
【図１３】Ｉｒ（ｐｐｙ）3をドープした３００ÅのＣＢＰを含む素子と比較した、Ｉｒ（ｐｐｙ）3をドープした３００ÅのＣＢＰを含む素子の相対効率を示すグラフである。実線は、式（２）への各点のカイ２乗適合である。この適合から、ＣＢＰ三重項拡散距離（８３±１０）Åが得られた。挿入図は、ＣＢＰ中の三重項励起子濃度を探査するために用いた素子構造。
【図１４】素子３における層厚さ、ドーパント濃度並びにＦＩｒｐｉｃ及びＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）ドープ層間への励起子／正孔阻止層の挿入によるエレクトロルミネセンススペクトルの１０ｍＡ／ｃｍ2における変化を示すグラフである。
【図１５】１０ｍＡ／ｃｍ2における素子３及び４のエレクトロルミネセンススペクトルを示すグラフである。挿入図は、素子３及び４の電流密度対電圧特性。
【図１６】素子３及び４の電力及び外部量子効率対電流密度を示すグラフである。
【図１７】Ｉｒ（ｐｐｙ）3、ＦＩｒｐｉｃ、Ｂｔ2Ｉｒ（ａｃａｃ）及びＢｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）の化学構造図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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