(57)【要約】燐光性のドープされた混合層構造を有する、非常に安定で効率的な有機発光素子は、陽極層、該陽極上の正孔注入層、有機低分子正孔輸送物質、有機低分子電子輸送物質、及び、燐光性ドーパントを含有する、該正孔注入層上の混合層、並びに、該混合層上の陰極を含む。電子輸送層が、混合層と陰極層との間に存在していてもよく、また正孔輸送層が、正孔注入層と混合層との間に存在していてもよい。
2004515895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板；
該基板上の陽極（アノード）層；
該陽極層上の正孔注入層；
発光層として機能し、有機低分子正孔輸送物質、有機低分子電子輸送物質及び燐光性ドーパントを含む、該正孔注入層上の混合層；並びに、
該混合層上の陰極（カソード）層：
を含む有機発光素子。
【請求項２】
該混合層と該陰極層との間に電子輸送層を更に含む、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
該陽極層がインジウム錫酸化物を含む、請求項１に記載の素子。
【請求項４】
該正孔注入層が、ＣｕＰｃを含む、請求項１に記載の素子。
【請求項５】
該有機低分子正孔輸送物質がＮＰＤを含み、該有機低分子電子輸送物質がＡｌｑ３を含み、かつ、該燐光性ドーパントがＰｔＯＥＰを含む、請求項１に記載の素子。
【請求項６】
該有機低分子正孔輸送物質がＮＰＤを含み、該該有機低分子電子輸送物質がＡｌｑ３を含み、かつ、該燐光性ドーパントがＢＴＰＩｒを含む、請求項１に記載の素子。
【請求項７】
該電子輸送層がＡｌｑ３を含む、請求項２に記載の素子。
【請求項８】
該陰極がマグネシウム−銀合金を含む、請求項１に記載の素子。
【請求項９】
該陰極がＬｉＦ／Ａｌを含む、請求項１に記載の素子。
【請求項１０】
該基板が透明である、請求項１に記載の素子。
【請求項１１】
該陰極層が透明である、請求項１０に記載の素子。
【請求項１２】
該基板が樹脂を含む、請求項１０に記載の素子。
【請求項１３】
該基板が可撓性樹脂を含む、請求項１０に記載の素子。
【請求項１４】
該基板が実質的に不透明であり、かつ、該陰極層が透明である、請求項１に記載の素子。
【請求項１５】
該基板がガラスを含む、請求項１０に記載の素子。
【請求項１６】
コンピューター、テレビ、大面積壁、劇場又はスタジアムのスクリーン、広告掲示板、標示板、乗り物、プリンター、遠距離通信機器、電話機、及び、光源からなる群から選択され、請求項１に記載の素子を組み込んだ電子素子。
【請求項１７】
基板；
インジウム錫酸化物を含む実質的に透明な陽極層；
ＣｕＰｃを含む、該陽極層上の正孔注入層；
発光層として機能し、有機低分子正孔輸送物質、有機低分子電子輸送物質及び燐光性ドーパントを含む混合層であって、該有機低分子正孔輸送物質がＮＰＤを含み、該有機低分子電子輸送物質がＡｌｑ３を含み、かつ、該燐光性ドーパントがＰｔＯＥＰを含む、該正孔注入層上の混合層；
Ａｌｑ３を含み、該混合層上の電子輸送層；並びに、
マグネシウム−銀合金を含む、該電子輸送層上の陰極層：
を含む、有機発光素子。
【請求項１８】
該基板が透明である、請求項１７に記載の素子。
【請求項１９】
該基板がガラスを含む、請求項１７に記載の素子。
【請求項２０】
該基板が樹脂を含む、請求項１７に記載の素子。
【請求項２１】
該基板が可撓性樹脂を含む、請求項１７に記載の素子。
【請求項２２】
多数の画素（ピクセル）を含む多色ディスプレー装置であって、該画素の少なくとも１つが：
基板；
該基板上の実質的に透明な陽極層；
該陽極層上の正孔注入層；
発光層として機能し、有機低分子正孔輸送物質、有機低分子電子輸送物質及び燐光性ドーパントを含む、該正孔注入層上の混合層；
該混合層上の電子輸送層；並びに、
該電子輸送層上の陰極層
を含むことを特徴とする前記装置。
【請求項２３】
コンピューター、テレビ、大面積壁、劇場又はスタジアムのスクリーン、広告掲示板、標示板、乗り物、プリンター、遠距離通信機器、電話機、及び、光源からなる群から選択され、請求項２２に記載の素子を組み込んだ電子素子。
【請求項２４】
該電子輸送層と該陰極との間に電子注入層を更に含む、請求項２に記載の素子。
【請求項２５】
該正孔注入層と該混合層との間に励起子阻止層を更に含む、請求項２４に記載の素子。
【請求項２６】
該励起子阻止層がＮＰＤである、請求項２５に記載の素子。
【請求項２７】
該電子注入層がＬｉＦである、請求項２４に記載の素子。
【請求項２８】
該有機低分子正孔輸送物質がＮＰＤを含み、該有機低分子電子輸送物質がＡｌｑ３を含み、かつ、該燐光性ドーパントがＢＴＰＩｒを含む、請求項２４に記載の素子。
【請求項２９】
該有機低分子正孔輸送物質がＮＰＤを含み、該有機低分子電子輸送物質がＡｌｑ３を含み、かつ、該燐光性ドーパントがＰｔＯＥＰを含む、請求項２４に記載の素子。
【請求項３０】
該陰極層がＡｌを含む、請求項２４に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、エレクトロルミネセンス素子に関するものであり、より詳細には高い安定性及び効率のために、燐光性のドープされた混合層構造を利用する、エレクトロルミネセンス素子に関するものである。
【０００２】
（背景）
電流によって励起させられると、光を放出する薄いフィルム物質を使用する、有機発光素子（ＯＬＥＤｓ）は、フラットパネルディスプレー技術がますます一般的な形体になることが期待されている。これは、ＯＬＥＤｓが、携帯電話、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡｓ）、コンピューターディスプレー、乗り物の情報ディスプレー、テレビモニター、及び、光源等の、非常に様々な可能性のある用途を有するためである。それらの色が明るく、視角が広く、完全作動ビデオと適合性があり、温度範囲が広く、形状因子が薄く相似であり、電力要求が低く、並びに、低コストの製造方法の可能性があるので、ＯＬＥＤｓは、陰極線管（ＣＲＴｓ）及び液晶ディスプレー（ＬＣＤｓ）の代わりに、将来の置き換わる技術として見られており、増大する年４００億＄の電子ディスプレー市場に現在優位を占めている。それらの発光効率が高いので、電気燐光性ＯＬＥＤｓは、或るタイプの用途では、白熱灯、ひょっとすると蛍光灯さえも置き換える可能性があると見られている。
【０００３】
これらの装置に企図されているＯＬＥＤ構造には、現在３つの有力なタイプがある。：「二重ヘテロ構造（ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」（ＤＨ）ＯＬＥＤ、「単一ヘテロ構造（ｓｉｎｇｌｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」（ＳＨ）ＯＬＥＤ、及び、単一層ポリマーＯＬＥＤ。ＤＨ  ＯＬＥＤにおいて、図１Ａに示される通り、基板１０は、電極層１１によってコーティングされており、それは陽極層であるのが典型的である。薄い（典型的には１００〜５００Å）有機正孔輸送層（ＨＴＬ）１２が、陽極１１上に蒸着されている。ＨＴＬ１２の表面上に、薄い（典型的には５０〜５００Å）発光層（ＥＬ）１３が蒸着されている。ＥＬ１３により、ＨＴＬ１２の正孔と、薄い（典型的には１００〜５００Å）電子輸送層（ＥＴＬ）１４から注入される電子のための再結合部位が与えられる。先行技術のＥＴＬ、ＥＬ及びＨＴＬの例は、米国特許第５２９４８７０号明細書に開示されており、その開示は、言及することによって本明細書中に組入れられる。この様なヘテロ構造は、ＨＴＬ／ＥＴＬの界面でヘテロ接合を有するとして特徴付けられ得る。
【０００４】
図１Ａに示される装置は、金属接触子１５、１６及び電極層１７の蒸着によって完成させられており、それは陰極層であるのが典型的である。接触子１５及び１６は、インジウム又はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから製造されるのが典型的である。電極１７は、有機ＥＴＬ１４に直接接触するＭｇ／Ａｇ等の合金１７’と、Ｍｇ／Ａｇ上の金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）等の不透明で、高い仕事関数の金属層１７”とからなる二重層構造を有する陰極であることが多い。ＬｉＦ／Ａｌ陰極もまた使用され得る。適当なバイアス電圧が、一番上の電極１７と接触子１５及び１６との間に掛けられると、発光が例えば基板１０を通して発光層１３から生じる。
【０００５】
図１Ｂに示される通り、ＳＨ  ＯＬＥＤは、ＥＬ及びＨＴＬの両方として働く多機能層１２、又は、ＥＬ及びＥＴＬの両方として働く多機能層１３’を使用する。図１Ｂの素子の１つの要求は、多機能層１２又は１３’が優れた正孔又は電子輸送能力をそれぞれ有していなくてはならないことである。さもなければ、別のＥＬ層が、図１Ａの素子で示される通り、含まれるべきである。
【０００６】
単一及び二重のヘテロ構造は、１又はそれ以上の重合体層を含んでいてもよいが、この様なヘテロ構造は、有機低分子物質と通常呼ばれるものからなる薄いフィルムのみからなるのが典型的である。この様な有機低分子物質は、重合体ではない物質として、単に重合体物質から識別され得る。
【０００７】
低分子物質のみからなる２又はそれ以上の薄いフィルムから構成されるのが典型的であるヘテロ構造と対照的に、エレクトロルミネセンス重合体フィルムは、単一の有機層を有するＯＬＥＤ中に組み込まれるのが典型的であり得る。単一層の重合体ＯＬＥＤは、図１Ｃに示されている。示される通り、この素子は、陽極層３でコーティングされた基板１を含む。回転コーティングされた重合体からなる薄い有機層５は、例えば、陽極層３上に形成され、前述の素子のＨＴＬ、ＥＴＬ及びＥＬ層の機能の全てを与える。金属電極層６は、有機層５の上に形成される。金属は、Ｍｇ又は他の従来から使用されている低い仕事関数の金属であるのが典型的である。
【０００８】
ＯＬＥＤｓからの発光は、蛍光又は燐光によるのが典型的である。本明細書中で使用される通り、用語「燐光」は、有機分子の三重項励起状態からの発光を指す。燐光を上手く利用することにより、有機エレクトロルミネセンス素子に莫大な見込みが保たれる。例えば、燐光の利点は、一重項又は三重項励起状態のいずれかとして形成される、全ての励起子（ＥＬ中の正孔及び電子の再結合によって形成される）が、発光に関係し得るということである。これは、有機分子の最も低い一重項励起状態が、最も低い三重項励起状態よりも僅かに高いエネルギーであるのが典型的であるためである。
【０００９】
これは、典型的な燐光性の有機金属化合物では、最も低い一重項励起状態が、燐光が発生させられる最も低い三重項励起状態まで急速に減衰し得ることを意味する。対照的に、蛍光素子中の励起子の僅かな小さい割合（約２５％）が、一重項状態から得られる蛍光発光を生じさせる可能性がある。有機分子の最も低い三重項励起状態中に生じさせられる、蛍光素子に残っている励起子は、蛍光が生じさせられるエネルギー的に好ましくない高めの一重項励起状態に、変換され得ないのが典型的である。従って、このエネルギーは、素子を加熱する傾向だけがある、無放射衰退プロセスに失うこととなる。
【００１０】
結果として、燐光性物質が非常に効率的なＯＬＥＤｓ中で発光物質として使用され得るという発見以来、更により効率的な電気燐光性物質及びこの様な物質を含有するＯＬＥＤ構造を見出すことに、現在多くの興味を持たれている。
【００１１】
（発明の要約）
本発明は、燐光性のドープされた混合層構造を有する、発光素子を包含する。これらの発光素子は、基板、陽極（アノード）層、該陽極層上の正孔注入層、正孔輸送物質及び電子輸送物質を含有し、燐光性物質でドープされている、該正孔注入層上の混合層、並びに、燐光性のドープされている混合層上の陰極（カソード）層を含む。
【００１２】
本発明の素子に使用される混合層は、発光層として働き、この混合層中の正孔輸送物質及び電子輸送物質は、燐光性ドーパントのホスト物質として作用する。この混合層は、ヘテロ構造の素子のヘテロ接合界面に通常存在する電荷の蓄積を、実質的に低下させるのに役立ち、それによって有機物質の分解を減らし、また素子の安定性及び効率を高める。本発明の混合層を有するこの様なＯＬＥＤｓは、ある程度まで、即ちそれらがヘテロ構造素子の典型的であるより強く荷電されたヘテロ接合界面を有し得ない程度まで、「単一−層」素子として考えられ得る。
【００１３】
殆どの正孔は、発光層中の電子と再結合するが、過剰の正孔は陰極に移動して、中性化させられる可能性がある。これは、時々正孔消滅（ｈｏｌｅ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）と呼ばれ得る。この中性化又は正孔の消滅を防止又は減少させるために、更なる電子輸送層を、混合層と陰極との間に提供してもよい。この電子輸送層は、陰極へ過剰の電子が移動するのを阻止するのに役に立ち、それによって混合層中に正孔を保持して、素子の安定性及び効率を高める。それはまた、励起子阻止層としても役に立ち、発光層中の励起子を閉じ込める。
【００１４】
反対方向、即ち正孔注入層への励起子の損失を減少させるために、正孔輸送層を、混合層と正孔注入層との間に存在させてもよい。
【００１５】
本発明の利点は、高い素子効率を有する、非常に安定な有機発光素子を提供することである。
【００１６】
本明細書中で使用される通り、下記の句及び用語は、下記の意味を有する。：
「Ａｌｑ３」は、トリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムを指す。
「陽極」は、ＯＬＥＤに正孔を注入するための、正に荷電された電極を指す。
「ＢＴＰＩｒ」は、ビス（２−（２’−ベンゾ［４，５−ａ］チエニル）ピリジナート−Ｎ，Ｃ３’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネートを指す。
「陰極」は、ＯＬＥＤに電子を注入する、負に荷電された電極を指す。
「ＣＢＰ」は、４，４’−Ｎ，Ｎ’−カルバゾールビフェニルを指す。
「ＣｕＰｃ」は、フタロシアニン銅を指す。
「ＥＬ」は、「発光層」を指し、正孔と電子が再結合して励起子を生じさせる層であり、それは発光し得るか、又は、適当なバイアス電圧が素子を横切って掛けられると、発光するドーパント分子にそれらのエネルギーを移動させ得る。
「電子輸送物質」は、電荷輸送が主に電子輸送である、電荷を帯びた物質を指す。
「ＥＴＬ」は、「電子輸送層」を指し、それは電荷を帯びたホスト物質の唯一のタイプとして、電子輸送物質を含む層である。
【００１７】
「ヘテロ接合素子」は、ＨＴＬ／ＥＴＬ界面が存在する、典型的な単一へテロ構造又は二重へテロ構造のＯＬＥＤｓを指す。
「ＨＴＬ」は、「正孔注入層」を指し、それは陽極の正孔注入効率を高めるために、正孔注入物質を含む。
「正孔輸送物質」は、電荷輸送が、主に正孔輸送である、電荷を帯びた物質を指す。
「ＨＴＬ」は、「正孔輸送層」を指し、それは電荷を帯びたホスト物質の唯一のタイプとして、正孔輸送物質を含む層である。
「混合層」は、正孔輸送物質及び電子輸送物質を含む層を指す。
「ＮＰＤ」は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス−アルファ−ナフチルベンジジンを指す。
「ＰｔＯＥＰ」は、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン  白金ＩＩを指す。
【００１８】
（発明の詳細な説明）
本発明は、燐光性のドープされた混合層構造を有する、発光素子を包含する。燐光性のドープされた混合層構造を有するこれらの発光素子は、実質的に透明な陽極、該陽極上の正孔注入層、有機低分子正孔輸送物質及び有機低分子電子輸送物質を含有し、燐光性物質でドープされている、該正孔注入層上の混合層、並びに、燐光性のドープされている混合層上の陰極を含む。本発明の素子で使用される燐光でドープされている混合層構造により、高い素子効率を有する、非常に安定な素子が提供される。
【００１９】
本発明の素子に使用される混合層は、素子の安定性及び効率の両方を高める。混合層はまた、発光層であり、有機低分子正孔輸送物質及び有機低分子電子輸送物質を、燐光性ドーパント用のホスト物質として含有する。ＨＴＬ／ＥＴＬ界面を形成する別々のＨＴＬ及びＥＴＬを使用するヘテロ接合素子とは異なり、本発明の混合層は、ＨＴＬ／ＥＴＬ界面をその中に含有しない。従って、素子性能に悪影響を及ぼす有機物質の分解を導き得る、その様なＨＴＬ／ＥＴＬ界面に存在するのが典型的である電荷の蓄積が、本発明による混合層構造によって実質的に低減させられる。
【００２０】
電荷の蓄積のこの減少は、例えば、２つの方法で成し遂げられ得る。まず初めに、混合層構造により、混合層、及び、混合層と陰極との間にある近接する電子輸送層の間に、有機低分子電子輸送物質の連続した組成が与えられ得る。電子は、正孔との再結合が生じる混合層に移動し得り、その結果混合層／ＥＴＬ界面での電子の蓄積が実質的に減少させられる。第二に、混合層構造により、ヘテロ接合素子中に存在する純粋なＨＴＬに比較して、混合層中の正孔移動性が低下し得る。混合層中のこの低下した正孔移動性により、混合層／ＥＴＬ界面での正孔の濃度が低めになり、その結果混合層／ＥＴＬ界面での正孔の蓄積が、標準のヘテロ接合ＨＴＬ／ＥＴＬ界面と比較して、実質的に低下させられる。
【００２１】
混合層と陰極との間に存在し得る、本発明の燐光性のドープされた混合層構造のＥＴＬはまた、励起子及び／又は正孔阻止層として機能することによって、素子性能をも向上させ得る。ＯＬＥＤの電極に近すぎる電荷キャリアの移動により、ＯＬＥＤの効率が顕著に低下させられ、また有機正孔輸送物質中の正孔移動性は通常、有機電子輸送物質中の電子移動性よりも高めである。それ故に、ＯＬＥＤにおいて、正孔がはるばる陰極まで移動するのを抑制することが重要である。本発明の混合層構造において、混合層と陽極との間に位置するＥＴＬは、陰極へ正孔が移動するのを抑制し、それ故に高い素子効率が導びかれる。
【００２２】
加えて、ＥＴＬはまた、励起子阻止層としても機能し得る。ＯＬＥＤ中の励起子阻止層として使用される物質は、基底状態の励起子中の電子と正孔とのエネルギー差として定義される、励起子エネルギーを有する物質として定義され得り、それはＯＬＥＤの発光層中に生じさせられる励起子のエネルギーよりも大きい。基底状態の励起子中の近くの電子及び正孔の間のクーロン力のために、有機物質の励起子エネルギーは、物質の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）と最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）との間のエネルギー差よりも僅かに小さいのが典型的である。この様な励起子エネルギーは、阻止層によって励起子の拡散を実質的に防止するが、完全なエレクトロルミネセンス素子のターンオン電圧には僅かに最小限の効果しかもたない。
【００２３】
従って、混合層と陰極との間にＥＴＬを含有する、本発明の代表的な実施態様においては、ＥＴＬ中の電子輸送物質もまた、励起子阻止物質として機能し得る。
【００２４】
本発明の更に他の実施態様においては、ＨＴＬが、正孔注入層と燐光性のドープされた混合層との間に存在していてもよい。この実施態様においては、ＨＴＬは、励起子阻止物質としても機能し得る、正孔輸送物質を含む。
【００２５】
本発明は、燐光性のドープされた混合層と陰極との間のＥＴＬ、及び／又は、正孔注入層と燐光性のドープされた混合層との間のＨＴＬを有するとして、本発明の代表的な実施態様で説明されている。この様な実施態様は、本明細書中に開示されており、例えば、これらのＥＴＬ及び／又はＨＴＬ層を有さない素子と比較して、外部量子効率及び／又は輝度に関して、予期せぬほど高い性能特徴を有する。
【００２６】
しかしながら、本発明の完全な概念は、燐光性のドープされた混合層と陰極との間にＥＴＬを、又は、燐光性のドープされた混合層と正孔注入層との間のＨＴＬを有し得ない、燐光性のドープされた混合層を有するＯＬＥＤｓも包含することを理解すべきである。
【００２７】
加えて、本発明の完全な概念は、ＯＬＥＤが逆の連続した層、即ち基板、陰極層、燐光性のドープされた混合層、正孔注入層、及び、陽極層で製造されている、燐光性のドープされた混合層を有するＯＬＥＤｓも包含することを理解すべきである。この様な逆の構造もまた、陰極と混合層との間にＨＴＬ層を、及び／又は、正孔注入層と陽極との間にＨＴＬを有していてもよい。
【００２８】
本発明の実施態様は、図２に示されている。素子２００は、基板２１０、陽極２１１、正孔注入層２１２、燐光性のドープされた混合層２１３、電子輸送層２１４、及び、陰極２１５を有する。燐光性のドープされた混合層２１３は、発光層として機能する。燐光性のドープされた混合層２１３からの発光は、陰極２１５と陽極２１１との間に電圧が掛けられると生じる。素子２００に使用される物質としては、それぞれの層の機能を満たすいかなる適当な物質をも挙げられる。例えば、燐光性のドープされた混合層中の有機低分子正孔輸送物質及び有機低分子電子輸送物質は、素子中の正孔及び電子の注入、並びに、正孔及び電子の輸送を釣り合わせるために、任意のＥＴＬ及び／又はＨＴＬと組み合わせて、選択され得る。以下に列挙される特定の物質は、例示の目的のためだけに提供されるものである。
【００２９】
素子２００は、基板２１０の上に作られる。基板２１０は、ガラス、石英、サファイア又は樹脂等の、透明又は不透明な物質から製造され得る。基板２１０は、例えば、硬質、可撓性、適合したものであり、及び／又は、所望の形状に形作られている。
【００３０】
透明なＯＬＥＤｓ又は頂上発光ＯＬＥＤｓ（ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＯＬＥＤｓ）では、米国特許第５７０３４３６号明細書又は共に係属中の米国特許出願Ｓ／Ｎ０８／９６４８６３号及び０９／０５４７０７号に開示されている様な透明な陰極が使用され得る。透明な陰極は、光透過特性を有しており、その結果ＯＬＥＤは少なくとも約５０％の光透過率を有する。好ましくは、透明な陰極は、ＯＬＥＤが少なくとも約７０％、より好ましくは少なくとも約８５％の光透過率を有するのを可能にする、光透過特性を有する。
【００３１】
頂上発光素子は、光が基板を通ってではなく、素子の頂上からのみ生み出されるような、不透明及び／又は反射性基板を有するものである。基板は、素子の底面にあるので典型的に呼ばれる。
【００３２】
陽極２１１は、基板２１０の上に蒸着される。陽極２１１は、ヘッドアップ用途（ｈｅａｄ−ｕｐ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）における等、底面発光（ｂｏｔｔｏｍ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ）又は透明な素子が望まれる場合、高い仕事関数を有する電気伝導性物質、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる。不透明又は反射性陽極を使用する頂上発光素子では、Ａｕ等の高い仕事関数の金属を使用してもよい。
【００３３】
正孔注入層（ＨＩＬ）２１２は、陽極２１１の上に蒸着される。ＨＩＬ  ２１２は、ＣｕＰｃ等の、陽極の正孔注入効率を高める物質からなる。
【００３４】
光が発光する燐光性のドープされた混合層２１３は、正孔注入層２１２の上に蒸着される。燐光性のドープされた混合層２１３は、燐光性ドーパントのホスト物質として作用する、有機低分子正孔輸送物質及び有機低分子電子輸送物質からなる。有機低分子正孔輸送物質、有機低分子電子輸送物質、及び、燐光性ドーパントは、混合層２１３を通して均一に分布させられる。有機低分子正孔輸送物質は、ＨＴＬ中で使用するための当該技術分野において知られている物質から構成され得り、また有機低分子電子輸送物質は、ＥＴＬ中で使用するための当該技術分野において知られている物質から構成され得る。また、混合層中のドーパントは、当該技術分野においても知られている燐光性物質からなり得る。米国特許第６０９７１４７号明細書には、ＨＴＬ、ＥＴＬ、及び、燐光性物質の幾つかの例が開示されており、その開示は、言及することによって本明細書中に組み入れられる。有機低分子正孔輸送物質、有機低分子電子輸送物質、及び、燐光性物質の適当な例は、それぞれＮＰＤ、Ａｌｑ３、及び、ＰｔＯＥＰである。
【００３５】
混合層２１３は、代表的な実施態様において、混合層を通して実質的に一定であるＨＴＭ：ＥＴＭ：ＰＭの重量％比を有する、電子輸送物質（ＥＴＭ）、正孔輸送物質（ＨＴＭ）及び燐光性物質（ＰＭ）の組成を有するとして、開示されているが、代わりの実施態様においては、ＨＴＭ：ＥＴＭ：ＰＭの重量％比は、一表面から、混合層の反対の表面まで連続して変わってもよい。例えば、荷電を帯びたＨＴＭ：ＥＴＭ重量％比は、混合層の片側で１００：０の重量％から、混合層の反対側では０：１００の重量％まで変わり得る。
【００３６】
更には、濃度に於ける変化割合はもまた、一定である必要はない。例えば、混合層の陽極側では、混合層中の電荷を帯びた物質は、最初の数ナノメーターでは徐々にのみ変わって、ＨＴＭ１００重量％に近くてもよく、混合層の中ほどでは非常により急速に増加し、次いで素子の陰極側ではよりゆっくりに再度変わり得り、そこでは混合層中の電荷を帯びた物質は、ＥＴＭを１００重量％まで含有していてもよい。電荷を帯びた物質の全体の比率は、ＨＴＭ：ＥＴＭ約９５：５から、ＨＴＭ：ＥＴＭ約５：９５まで変わり得る。同様に、混合層中でドープされるＰＭもまた、全体の混合層の組成の、約０．１重量％から、５０重量％まで変わり得り、これも混合層を通して一定である必要はない。
【００３７】
本発明で使用され得る代表的な物質としては、Ｍ． Ａ． Ｂａｌｄｏ等著、「有機エレクトロルミネセンス素子からの非常に効率的な燐光性発光（Ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ）」、３９５、Ｎａｔｕｒｅ  １５１〜１５４（１９９８年）、；Ｄ． Ｆ． Ｏ’Ｂｒｉｅｎ等著、「電気燐光性素子における高いエネルギー輸送（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ）」、７４：３  Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、４４２〜４４４（１９９９年）；Ｍ． Ａ． Ｂａｌｄｏ等著、「電気燐光に基づく非常に高効率の緑色有機発光素子（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）」、７５：３  Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、４〜６（１９９９年）；Ｍ． Ａ． Ｂａｌｄｏ等著、「半導体有機薄膜における励起子の一重−三重比（Ｅｘｃｉｔｏｎｉｃ ｓｉｎｇｌｅｔ−ｔｒｉｐｌｅｔ ｒａｔｉｏ ｉｎ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）」、６０：２０  １４  Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ、４２２〜４２８（１９９９年）；Ｃ． Ａｄａｃｈｉ等著、「電子−輸送物質にトリス（２−フェニルピリジンがドープされた高効率の有機燐光性素子（Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｉｒｉｄｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｉｎｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ））、７７：６  Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、９０４〜９０６（２０００年）；Ｒａｙｍｏｎｄ Ｃ． Ｋｗｏｎｇ等著、「燐光性ホスト及び染料に基づく有機発光素子（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｈｏｓｔｓ ａｎｄ Ｄｙｅｓ）」、２０００：１１  Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 、１１３４〜１１３８；Ｒａｙｍｏｎｄ Ｃ． Ｋｗｏｎｇ等著、「燐光性白金（ＩＩ）ポルフィリンに基づく、効率的な飽和度に達した赤色有機発光素子（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ， Ｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｒｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｐｌａｔｉｎｕｍ（ＩＩ） Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎｓ）」、１９９９：１１  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３７０９〜３７１３；Ｐｅｔｅｒ Ｉ． Ｄｊｙｕｒｏｖｉｃｈ等著、「重合体混合物及び有機ＬＥＤｓに於ける効率的な燐光性エミッターとしてのイリジウム（ＩＩＩ）環状金属化錯体（Ｉｒ（ＩＩＩ） ｃｙｃｌｍｅｔａｌｌａｔｅｄ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ａｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｅｍｉｔｔｅｒｓ ｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｂｌｅｎｄ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤｓ）」、２０００：４１（１）、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ、７７０に開示さ���るもの等が挙げられる。
【００３８】
ＥＴＬ２１４は、燐光性のドープされた混合層２１３上に蒸着される。上記に議論された通り、ＥＴＬに使用される物質は、当該技術分野において公知であり、ＥＴＬ２１４は、Ａｌｑ３等の物質から構成され、それによって発光層に電子が供給され、その結果正孔との再結合が生じる。ＥＴＬは陰極に正孔が移動するのを抑制するので、ＥＴＬにより高い素子効率も導かれ、その結果電子との再結合のために、燐光性のドープされた混合層内にそれらを保持する。
【００３９】
陰極２１５は、ＥＴＬ２１４の上に蒸着される。陰極２１５は、例えば、ＭｇＡｇ、ＩＴＯ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｇ又はＡｕ等から構成され得る。
【００４０】
上記に列挙される各層及び物質のための蒸着技術は、当該技術分野においてよく知られている。例えば、ＯＬＥＤ層（即ち、ＨＩＬ、混合層及びＥＴＬ層）を蒸着する代表的な方法は、熱蒸発（又は重合体ＬＥＤが使用される場合には回転コーティング）によるものであり、金属層を蒸着する代表的な方法は、熱又は電子−ビーム蒸発によるものであり、またインジウム錫酸化物を蒸着する代表的な方法は、電子−ビーム蒸発又はスパッタリングによるものである。
【００４１】
本発明は、安定で、効率的で、高輝度で、単色性、多色性、又は、フルカラーの、如何なる大きさのフラットパネルディスプレーを提供するために使用され得る。この様なディスプレーで生じさせられる画像は、個々のＯＬＥＤｓの大きさに依存するいずれかの解像度の、フルカラーのテキスト又はイラストレーションであり得る。それ故に、本発明のディスプレー素子は、広告掲示板及び標示板、コンピューターのモニター、並びに、電話機、テレビ、大面積壁スクリーン、劇場スクリーン及びスタジアムスクリーン等の遠距離通信機器等の、非常に様々な用途に適している。本明細書中に記載される構造は、例えば、発光素子中の多数の画素中に、又は、単一−画素の素子の一部として含まれる。その上、本明細書中に記載される構造は、レーザー機器の一部として使用されてもよい。
【００４２】
一般的にＯＬＥＤｓと比較して、特には従来の無機ＬＥＤｓに関して、燐光をベースとするＯＬＥＤｓで可能である例外的に高い発光効率のために、本発明の燐光をベースとするＯＬＥＤｓはまた、照明用途の光源としても使用され得る。この様な光源は、或るタイプの照明用途では、従来の白熱灯又は蛍光灯に置き換わり得る。この様な燐光をベースとするＯＬＥＤｓは、例えば、所望の色の照明を生み出す大きい平面の光源中で使用され得る。
【００４３】
本発明は更に、以下の限定されるものではない実施例を参照して記載される。本発明の概念内に入る物質及び構造の特定の組み合わせを除いて、これらの実施例のＯＬＥＤｓの製造及び性能の評価に使用される一般的な方法及び物質は、当該技術分野において公知である。
【００４４】
実施例１
図３に示される通りの燐光性のエレクトロルミネセンス素子３００は、従来の蒸着技術を使用して形成された。素子３００は、ガラス基板３１０上に蒸着された下記の層を有していた。：インジウム錫酸化物からなる陽極３１１、ＣｕＰｃからなるＨＩＬ３１２、ＰｔＯＥＰでドープされた、ＮＰＤ及びＡｌｑ３からなる燐光性のドープされた混合層３１３、Ａｌｑ３からなるＥＴＬ３１４、並びに、マグネシウム−銀合金からなる陰極３１５。重量％を基準として、燐光性のドープされた混合層３１３は、ＮＰＤ４６％、Ａｌｑ３４６％及びＰｔＯＥＰ８％から構成される。
【００４５】
ＥＴＬ３１４は、燐光性のドープされた混合層３１３に電子を供給するためだけではなく、素子の効率に悪影響を与えるであろう、燐光性のドープされた混合層３１３から陰極３１５に正孔が移動するのを防止するために、素子３００中に含まれていた。ＥＴＬ３１４の正孔阻止機能は、図４中のＡ及びＣと付けられている曲線の比較によって表される。図４の曲線Ａは、素子３００中に描かれる通りの本発明による燐光性のドープされた混合層構造を有するＯＬＥＤの時間の関数として輝度をプロットするものであり、それに対して図４の曲線Ｃは、ＥＴＬの代わりにＨＴＬ：ＥＴＬ層を有するが、他の点では素子３００と同一の、ＯＬＥＤの時間の関数として輝度をプロットするものである。曲線Ｃで表される素子によって生み出される輝度は、２５００時間の過程に渡って、僅か約１７〜１５ｃｄ／ｍ２の範囲であった。対照的に、同じ電流密度である１０ｍＡ／ｃｍ２で、輝度は非常に大きく、素子３００によって生み出される場合、同じ時間に渡って約６８〜６３ｃｄ／ｍ２の範囲であった（曲線Ａ）。この違いは、陰極３１５へ正孔が移動するのが防止したＥＴＬ３１４によるものと考えられ、それによって電子との再結合のために、燐光性のドープされた混合層３１３内に実質的に正孔を保持した。
【００４６】
燐光性のドープされた混合層３１３は、本発明による燐光性のドープされた混合層構造を有するＯＬＥＤの高い安定性及び効率に寄与すると考えられる。燐光性のドープされた混合層３１３は、それがその中のＨＴＬ／ＥＴＬヘテロ接合の界面がない連続した有機組成物であるので、ヘテロ接合素子のヘテロ接合界面に通常存在する電荷の蓄積を実質的に減少させるのを助け、その結果有機物質の分解が減少し、また素子の安定性及び効率が高まる。図４に示される通り、曲線Ｂは、本発明の燐光性のドープされた混合層を含有しない、典型的なヘテロ接合素子での、時間の関数として輝度をプロットするものである。本発明の混合層素子３００を表すこれらの曲線を比較すると、混合層素子３００によって生み出される初期の輝度は、混合層ではない素子の輝度の約３倍大きい（同じ電流である１８ｍＡ／ｃｍ２に標準化した後で）。更には、約１０５，０００ニト−時間の寿命輝度を生み出した混合層ではない素子と比較して、３０００時間の操作の後、顕著な効率及び安定性のために、混合層素子３００によって生み出されたニト−時間で表される寿命輝度（輝度×操作時間）は、２１０，０００ニト−時間（１０ｍＡ／ｃｍ２の一定電流）であった。その結果、混合層素子の寿命輝度が、混合層ではない素子の約２倍高いだけではなく、これらのより高めの結果は、有利にも約半分の電流密度で生み出された。
【００４７】
燐光性エレクトロルミネセンス素子も、本発明の概念に入る特定の層の組み合わせを除いて、当該技術分野において公知の蒸着技術を使用して、形成された。特に、素子は、ガラス基板上に蒸着された下記の層を有していた。：インジウム錫酸化物を含む陽極、ＣｕＰｃを含むＨＩＬ、ＮＰＤを含むＨＴＬ、ＢＴＰＩｒでドープされた、ＮＰＤ及びＡｌｑ３を含む燐光性のドープされた混合層、Ａｌｑ３を含むＥＴＬ、並びに、ＬｉＦ層及びアルミニウム層を含む陰極。
【００４８】
ＨＴＬは、正孔を輸送するだけではなく、発光層中に励起子を閉じ込める様に選択される。このＮＰＤ層の励起子の閉じ込め機能は、図５のＡ及びＢと付けられている曲線の比較によって表される。図５の曲線Ａは、実施例２記載される通りの燐光性のドープされた混合層構造を有するＯＬＥＤの時間の関数として輝度をプロットするものであり、それに対して図５の曲線Ｂは、更なるＮＰＤ層がないＯＬＥＤの時間の関数として輝度をプロットするものである。更なるＮＰＤ層は、励起子の消滅が生じ得るＣｕＰｃ層に、ＢＴＰＩｒ励起子が到達するのを遅らせる、励起子阻止層として機能する。ＬｉＦは、Ａｌ層と組み合わせて存在する場合、電子注入物質として機能する。曲線Ａで表される素子によって生み出される輝度は、１００時間の過程に渡って、２．５ｍＡ／ｃｍ２で、約５４〜５２ｃｄ／ｍ２の範囲であったのに対して、曲線Ｂで表される素子によって生み出される輝度は、約１０００時間の過程に渡って、４．４ｍＡ／ｃｍ２で、約４１〜３８ｃｄ／ｍ２の範囲であった。初期効率は、それぞれ２ｃｄ／Ａ及び０．９ｃｄ／Ａであった。これは、上記に記載される通りの更なるＮＰＤ層の効果であると考えられる。Ｂの安定性は、１００時間の範囲の操作内で僅かによくなり得るが、Ａの安定性は、依然として十分であった。
【００４９】
本発明は、特には燐光性発光のための、非常に安定で効率的なエレクトロルミネセンス素子を提供するものである。当業者は、本明細書中に記載され、説明された本発明の実施態様に対して様々な変更を認識し得る。かかる変更は、添付の特許請求の範囲の思想及び概念によってカバーされることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
先行技術による典型的な有機二重ヘテロ構造の発光素子の断面図である。
【図１Ｂ】
先行技術による典型的な有機単一ヘテロ構造の発光素子の断面図である。
【図１Ｃ】
先行技術による典型的な単一層の重合体ＯＬＥＤ構造の断面図である。
【図２】
図２は、本発明の実施態様の断面図である。
【図３】
図３は、本発明の例示的な実施態様の断面図である。
【図４】
図４は、（１）混合層構造を有さないＯＬＥＤ、及び、（２）混合層と陰極との間にＥＴＬを有するＯＬＥＤに対する、本発明の実施態様による混合層構造を有するＯＬＥＤの時間の関数として輝度を比較するものである。
【図５】
図５は、混合層と陽極との間にＨＴＬを、また混合層と陰極との間にＥＴＬを有する、本発明の代わりの実施態様による混合層構造を有するＯＬＥＤの時間の関数として輝度を比較するものである。
【図１Ａ】
2004515895.tif 000003
【図１Ｂ】
2004515895.tif 000004
【図１Ｃ】
2004515895.tif 000005
【図３】
2004515895.tif 000006
【図４】
2004515895.tif 000007
【図５】
2004515895.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004515895.tif 000009
2004515895.tif 000010
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515895.tif 000037
【国際調査報告】
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