(57)【要約】【課題】  有機発光デバイスにおいて、リン光発光ドーパントのドーピング濃度を低減させること。【解決手段】  本発明の有機発光デバイスは、Ａ重量％の非対称有機金属キレート錯体、その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンが含まれるＢ重量％のポリアミン化合物、およびＣ重量％のリン光発光材料を含む発光層を備え、ＣはＡとＢの和よりも著しく小さいように設定されている。これにより、リン光発光ドーパント濃度を低減した有機発光デバイスを提供することで製造コストを抑制することができる。【選択図】    図１
2007318130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）Ａ重量％の非対称有機金属キレート錯体と、
（ｂ）その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンが含まれるＢ重量％のポリアミン化合物と、
（ｃ）Ｃ重量％のリン光発光材料と、を含み、
Ｃ≦５重量％であり、かつＣ＜Ａ＋Ｂである発光層を備えた有機発光デバイス。
【請求項２】
Ｃが０．１〜５重量％の範囲にあり、かつ、ＡとＢの和が９５〜９９．９重量％の範囲にある請求項１記載の有機発光デバイス。
【請求項３】
前記非対称有機金属キレート錯体には、中心金属イオンと、該中心金属イオンに結合する複数の有機基と、を有する有機金属キレート錯体が含まれ、該複数の有機基には二種以上の有機基が含まれる請求項１記載の有機発光デバイス。
【請求項４】
前記中心金属イオンには、化学元素周期表におけるＩＩＩＡ族の金属のグループから選ばれた金属のイオンが含まれる請求項３記載の有機発光デバイス。
【請求項５】
前記非対称有機金属キレート錯体には、アルミニウム（ＩＩＩ)ビス（２−メチル−８−キノリナト）（aluminum(ＩＩＩ)bis（2-methyl-8-quinolinato），ＳＡｌｑ)、ビス（２−メチル−８−キノリナト）アルミニウム(ＩＩＩ)水酸化物錯体（bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum(ＩＩＩ)hydroxide complex，ＡｌＭｑ２ＯＨ）、アルミニウム(ＩＩＩ)ビス(２−メチル−８−キノリナト)４−フェノラート（aluminum(ＩＩＩ)bis(2−methyl-8-quinolinato)4-phenolate，ＰＡｌｑ）、又はビス(２−メチル−８−キノリナト)４−(フェニル−フェノラト)−アルミニウム（ＩＩＩ）(bis(2-methyl-8-quinolinato)4-(phenyl-phenolato)-aluminum(ＩＩＩ)，ＢＡｌｑ)が含まれる請求項４記載の有機発光デバイス。
【請求項６】
前記ポリアミン化合物がホール輸送性材料である請求項１記載の有機発光デバイス。
【請求項７】
前記ポリアミン化合物が電子輸送性材料である請求項１記載の有機発光デバイス。
【請求項８】
前記リン光発光材料が発する光の波長領域が４５０〜８００ｎｍである請求項１記載の有機発光デバイス。
【請求項９】
（ａ）エネルギー準位がＥ１である三重項励起状態を有する第１の材料と、
（ｂ）エネルギー準位がＥ２である三重項励起状態を有する第２の材料と、
（ｃ）エネルギー準位がＥ３である三重項励起状態を有するリン光発光ドーパントと、を含み、
前記第１の材料と前記第２の材料と前記リン光発光ドーパントとが化学的および構造的に互いに異なっており、Ｅ１≧Ｅ２＞Ｅ３となる発光層を備えた有機発光デバイス。
【請求項１０】
前記第１の材料に、Ａ重量％の有機金属キレート錯体が含まれる請求項９記載の有機発光デバイス。
【請求項１１】
前記有機金属キレート錯体が、中心金属イオンと、該中心金属イオンに結合する複数の有機基と、を有する請求項１０記載の有機発光デバイス。
【請求項１２】
前記中心金属イオンには、化学元素周期表におけるＩＩＩＡ族の金属のグループから選ばれた金属のイオンが含まれる請求項１１記載の有機発光デバイス。
【請求項１３】
前記複数の有機基が同一種の有機基である請求項１１記載の有機発光デバイス。
【請求項１４】
前記複数の有機基に二種以上の有機基が含まれる請求項１１記載の有機発光デバイス。
【請求項１５】
前記第２の材料には、その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンを備えるＢ重量％のポリアミン化合物が含まれる請求項１０記載の有機発光デバイス。
【請求項１６】
前記リン光発光ドーパントにＣ重量％のリン光発光材料が含まれ、かつ、Ｃ＜Ａ＋Ｂである請求項１５記載の有機発光デバイス。
【請求項１７】
Ｃが０．１〜５重量％の範囲にあり、かつ、ＡとＢの和が９５〜９９．９重量％の範囲にある請求項１６記載の有機発光デバイス。
【請求項１８】
有機発光デバイスに適用される発光層であって、
（ａ）エネルギー準位がＥ１である三重項励起状態を有する第１の材料と、
（ｂ）エネルギー準位がＥ２である三重項励起状態を有する第２の材料と、
（ｃ）エネルギー準位がＥ３である三重項励起状態を有するリン光発光ドーパントと、を含み、
前記第１の材料と前記第２の材料と前記リン光発光ドーパントとが化学的および構造的に互いに異なっており、Ｅ１≧Ｅ２＞Ｅ３となる発光層。
【請求項１９】
前記第１の材料に、Ａ重量％が有機金属キレート錯体が含まれる請求項１８記載の発光層。
【請求項２０】
前記有機金属キレート錯体が、中心金属イオンと、該中心金属イオンに結合する複数の有機基と、を有する請求項１９記載の発光層。
【請求項２１】
前記中心金属イオンには、化学元素周期表におけるＩＩＩＡ族の金属のグループから選ばれた金属のイオンが含まれる請求項２０記載の発光層。
【請求項２２】
前記複数の有機基が同一種の有機基である請求項２０記載の発光層。
【請求項２３】
前記複数の有機基に二種以上の有機基が含まれる請求項２０記載の発光層。
【請求項２４】
前記第２の材料には、その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンを備える重量％がＢのポリアミン化合物が含まれる請求項１９記載の発光層。
【請求項２５】
前記リン光発光ドーパントにＣ重量％がリン光発光材料が含まれ、かつ、Ｃ＜Ａ＋Ｂである請求項２４記載の発光層。
【請求項２６】
Ｃが０．１〜５重量％の範囲にあり、かつ、ＡとＢの和が９５〜９９．９重量％の範囲にある請求項２５記載の発光層。
【請求項２７】
発光層を製造する工程を含む有機発光デバイスの製造方法であって、
該発光層が、
（ａ）エネルギー準位がＥ１である三重項励起状態を有する第１の材料と、
（ｂ）エネルギー準位がＥ２である三重項励起状態を有する第２の材料と、
（ｃ）エネルギー準位がＥ３である三重項励起状態を有するリン光発光ドーパントと、を含み、
前記第１の材料と前記第２の材料と前記リン光発光ドーパントとが化学的および構造的に互いに異なっており、Ｅ１≧Ｅ２＞Ｅ３となる、有機発光デバイスの製造方法。
【請求項２８】
前記第１の材料に、Ａ重量％の有機金属キレート錯体が含まれる請求項２７記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項２９】
前記有機金属キレート錯体が、中心金属イオンと該中心金属イオンに結合する複数の有機基とを有する請求項２８記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項３０】
前記中心金属イオンには、化学元素周期表におけるＩＩＩＡ族の金属のグループから選ばれた金属のイオンが含まれる請求項２９記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項３１】
前記複数の有機基が同一種の有機基である請求項２９記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項３２】
前記複数の有機基に二種以上の有機基が含まれる請求項２９記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項３３】
前記第２の材料には、その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンを備える重量％がＢのポリアミン化合物が含まれる請求項２８記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項３４】
前記リン光発光ドーパントにはＣ重量％のリン光発光材料が含まれ、かつ、Ｃ＜Ａ＋Ｂである請求項３３記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項３５】
Ｃが０．１〜５重量％の範囲にあり、かつ、ＡとＢの和が９５〜９９．９重量％の範囲にある請求項３４記載の有機発光デバイスの製造方法。
【請求項３６】
（ａ）少なくとも１つの非対称有機金属キレート錯体、
（ｂ）その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンが含まれる少なくとも１つのポリアミン化合物、および
（ｃ）その発する光の波長領域が４５０〜８００ｎｍである少なくとも１つのリン光発光材料、
を含む発光層を備えた有機発光デバイス。
【請求項３７】
前記非対称有機金属キレート錯体には、中心金属イオンと該中心金属イオンに結合する複数の有機基とを有する有機金属キレート錯体が含まれ、該複数の有機基には二種以上の有機基が含まれる請求項３６記載の有機発光デバイス。
【請求項３８】
前記中心金属イオンには、化学元素周期表におけるＩＩＩＡ族の金属のグループから選ばれた金属のイオンが含まれる請求項３７記載の有機発光デバイス。
【請求項３９】
前記非対称有機金属キレート錯体には、アルミニウム(ＩＩＩ)ビス（２−メチル−８−キノリナト）（aluminum(ＩＩＩ)bis（2-methyl-8-quinolinato），ＳＡｌｑ)、ビス（２−メチル−８−キノリナト）アルミニウム(ＩＩＩ)水酸化物錯体（bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum(ＩＩＩ)hydroxide complex，ＡｌＭｑ２ＯＨ）、アルミニウム(ＩＩＩ)ビス(２−メチル−８−キノリナト)４−フェノラート（aluminum(ＩＩＩ)bis(2-methyl-8-quinolinato)4-phenolate，ＰＡｌｑ）、または、ビス(２−メチル−８−キノリナト)４−(フェニル−フェノラート)−アルミニウム（ＩＩＩ）(bis(2-methyl-8-quinolinato)4-(phenyl-phenolato)-aluminum(ＩＩＩ)，ＢＡｌｑ)が含まれる請求項３８記載の有機発光デバイス。
【請求項４０】
前記ポリアミン化合物が、ホール輸送性材料である請求項３６記載の有機発光デバイス。
【請求項４１】
前記ポリアミン化合物が、電子輸送性材料である請求項３６記載の有機発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光ダイオードに関し、特に、リン光ドーパントをより低濃度含む有機発光ダイオードデバイスの発光層に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスは、低駆動電圧の動作が可能であること、および高発光効率で赤、緑、青色の光を発光できることから、そのディスプレイ産業、とりわけフラットパネルディスプレイの分野における発展が注目されるようになっている。これらの特性は、陰極と陽極との間に挟まれるよう設置された小さな分子からなる有機材料層のマルチレイヤースタックを含むＯＬＥＤの基本構造より得られるものである。
【０００３】
一般に、ＯＬＥＤはホール輸送層（以下「ＨＴＬ」という。）、電子輸送層（以下「ＥＴＬ」という。）、およびＨＴＬとＥＴＬの間に配置されるエレクトロルミネセント層（electroluminescent，以下「ＥＬ」という。）を含む。陰極と陽極との間に電位差がかかると、例えば、陽極のホールと陰極の電子であるキャリアがＨＴＬおよびＥＴＬを通って互いに出会う方向に向かい移動し、それらの一部がＥＬで再結合して発光が生じることとなる。エレクトロルミネセンスの強度はＥＬ媒体によって決まる。一般的に、ＥＬ媒体には移動するホールと電子とをその中で再結合させ発光を生じさせるようなキャリアホスト材料が含まれる。
【０００４】
通常、キャリアホスト材料中にはＯＬＥＤの効率を改善する目的でドーパント材料がドープされる。ドーパント材料には、キャリアホスト材料から高レベルなエネルギーの移動を許すようなドーパント材料が選ばれる。例として、特許文献１および特許文献２に開示されたＯＬＥＤのＥＬは、例えば２,３,７,８,１２,１３,１７,１８−オクタエチル−２１Ｈ,２３Ｈ−白金ポルフィン(ＩＩＩ) （２,３,７,８, １２,１３,１７,１８−Octaethyl−２１Ｈ,２３Ｈ−porphine・platinum(ＩＩＩ)，ＰｔＯＥＰ）などのリン光発光化合物をドープした電荷キャリアホスト材料（charge carrier host material）を含んでいる。該ＯＬＥＤに最適なパフォーマンスを実現させるためには、ドープされるリン光発光化合物ＰｔＯＥＰのＥＬ中における濃度が８重量％（ｗｔ％）以上でなければならないが、かかるドープされるリン光発光化合物は非常に高価なものである。さらに、このＯＬＥＤでは、ＥＬにおけるホールが陰極へ移動するのを防ぐべく、ＥＴとＥＴＬとの間に励起子ブロック層（exciton blocking layer）を形成する必要もある。
【０００５】
また、特許文献３に開示されたＯＬＥＤのＥＬは、リン光発光材料としてトリスフェニルピリジンイリジウム（Ｉｒ(ｐｐｙ)３)がドープされる電子輸送ホスト材料を含んでいる。このＯＬＥＤは励起子ブロック層を必要としないが、ＥＬにドープされるリン光発光化合物（Ｉｒ(ｐｐｙ) ３)の濃度は６〜８重量％なければならない。
【０００６】
特許文献４は、上述したＯＬＥＤのような１つの発光材料を用いる形態に代えて、そのＥＬが２つの発光材料と１つのリン光発光ドーパントを含む改善されたＯＬＥＤを開示する。これら２つの発光材料のうち、１つは電子輸送材料であり、もう１つはホール輸送材料である。その実施形態において、ＥＬは、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（N,N’-bis(naphthalene-1-yl)-N,N’-bis(phenyl)-benzidine，ＮＰＢ）、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum，Ａｌｑ３)、およびＰｔＯＥＰの三種の材料の組み合わせからなり、ＮＰＢはホール輸送材料、Ａｌｑ３は電子輸送材料、ＰｔＯＥＰはリン光発光ドーパント材料とされている。この構成によると、２つの発光材料ＮＰＢおよびＡｌｑ３を使用したことによって、ＥＬのキャリア輸送特性が改善されてリン光発光ドーパントの安定性が高まるために、ＥＬの発光効率は向上する。しかしながら、理論上、Ａｌｑ３の有する三重項励起状態のエネルギーは、リン光発光ドーパントＰｔＯＥＰの三重項励起状態のエネルギーよりも小さいので、これに開示されたＯＬＥＤはデュアルホストＯＬＥＤではない。一般に、デュアルホストＯＬＥＤに含まれる各発光材料の三重項励起状態のエネルギーは、リン光発光ドーパントの三重項励起状態のエネルギーよりも大きくなければならない。また、このＯＬＥＤにおいても、ドープされるリン光発光ドーパントのＥＬ中の濃度は６重量％より大きくする必要がある。
【０００７】
したがって、当該技術分野においては、リン光発光ドーパント濃度を低減できないという上述したＯＬＥＤの欠点を克服し、製造コストを抑えることのできるようなＯＬＥＤが早急に求められている。
【特許文献１】米国特許第６０９７１４７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３０３２３８号明細書
【特許文献３】米国特許第６６４５６４５号明細書
【特許文献４】米国特許第６８０３７２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、リン光発光ドーパントのドーピング濃度を低減させることのできる有機発光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、重量％（ｗｔ％）がＡの非対称有機金属キレート錯体（asymmetrically organometallic chelating complex）と、その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンが含まれる重量％がＢのポリアミン化合物と、重量％がＣのリン光発光材料と含み、Ｃ≦５重量％(ｗｔ％)、かつＣ＜Ａ＋Ｂである発光層を少なくとも１層備えた有機発光デバイスを提供する。
【００１０】
本発明は、さらに、エネルギー準位がＥ１である三重項励起状態を有する第１の材料と、エネルギー準位がＥ２である三重項励起状態を有する第２の材料と、エネルギー準位がＥ３である三重項励起状態を有するリン光発光ドーパントと、を含み、第１の材料と第２の材料とリン光発光ドーパントとが化学的および構造的に互いに異なっており、Ｅ１≧Ｅ２＞Ｅ３となる発光層を備えた有機発光デバイスを提供する。
【００１１】
また、本発明は、有機発光デバイスに適用される発光層であって、エネルギー準位がＥ１である三重項励起状態を有する第１の材料と、エネルギー準位がＥ２である三重項励起状態を有する第２の材料と、エネルギー準位がＥ３である三重項励起状態を有するリン光発光ドーパントと、を含み、第１の材料と第２の材料とリン光発光ドーパントとが化学的および構造的に互いに異なっており、Ｅ１≧Ｅ２＞Ｅ３となる発光層をも提供する。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、発光層を製造する工程を含む有機発光デバイスの製造方法も提供し、該発光層は、エネルギー準位がＥ１である三重項励起状態を有する第１の材料と、エネルギー準位がＥ２である三重項励起状態を有する第２の材料と、エネルギー準位がＥ３である三重項励起状態を有するリン光発光ドーパントとを含み、第１の材料と第２の材料とリン光発光ドーパントとは化学的および構造的に互いに異なっており、Ｅ１≧Ｅ２＞Ｅ３となる。
【００１３】
さらにまた、本発明は、少なくとも１つの非対称有機金属キレート錯体と、その化学式に２個またはそれ以上の三級アミンが含まれる少なくとも１つのポリアミン化合物と、少なくとも１つのリン光発光材料を含む発光層とを少なくとも１層備え、該リン光発光材料から発せられる光の波長領域が実質的に４５０〜８００ｎｍである有機発光デバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発光層を形成する非対称有機金属キレート錯体およびポリアミン化合物の持つ特有のエネルギーと化学構造のために、有機発光素子の発光層中にドープするリン光発光材料の濃度を減らすことができ、ＯＬＥＤディスプレイパネルの製造コストを大幅に低減することができる。また、本発明の有機発光デバイスは従来技術に比べて優れたパフォーマンスを備え、特にデバイス寿命、動作電圧、発光効率および安定性などといったパフォーマンス面において優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の上記目的および特徴がより明らかにかつ容易に理解されるよう、以下に好ましい実施形態を挙げて詳細に説明する。
【００１６】
本発明は、リン光発光ドーパントのドーピング濃度が比較的低い発光層を少なくとも１層含む有機発光デバイスに関するものである。本発明の実施形態においては、発光層が、少なくとも三種の異なる材料からなり、該材料は、それぞれ非対称有機金属キレート錯体と、リン光発光材料と、及び、例えばポリ三級アミン（polytertiaryamine）化合物であるポリアミン化合物である。ここで、非対称有機金属キレート錯体およびポリ三級アミン化合物の重量％を、それぞれＡおよびＢとする。それらは発光層中の大部分を占める。また、発光層中にドープされるリン光発光材料の重量％をＣとすると、ＣはＡとＢの和よりも著しく小さい。実施形態において、非対称有機金属キレート錯体の重量％Ａはポリ三級アミン化合物の重量％Ｂよりも大きく、ＡとＢの和が、実質的に９５〜９９．９重量％の範囲にあり、Ｃは実質的に０．１〜５重量％の範囲にある。
【００１７】
非対称有機金属キレート錯体は、中心金属イオンと、該中心金属イオンに結合する複数の有機基と、を備える有機金属キレート錯体とすることができる。複数の有機基には二種以上の有機基が含まれる。中心金属イオンは、化学元素周期表における金属、より好ましくは、限定はされないが、例えばＡｌ、Ｇａ、ＩｎなどのＩＩＩＡ族の金属のグループから選ばれた金属のイオンである。非対称有機金属キレート錯体は、ホール輸送材料または電子輸送材料となり得る。図１は、いくつかの非対称有機金属キレート錯体の化学分子式を示すもので、例えばアルミニウム(ＩＩＩ)ビス（２-メチル-８-キノリナト）（aluminum(ＩＩＩ)bis（2-methyl-8-quinolinato），ＳＡｌｑ)、ビス（２-メチル-８-キノリナト）アルミニウム(ＩＩＩ)水酸化物錯体（bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum(ＩＩＩ)hydroxide
complex，ＡｌＭｑ２ＯＨ）、アルミニウム(ＩＩＩ)ビス(２-メチル-８-キノリナト)４-フェノラート（aluminum(ＩＩＩ)bis(2-methyl-8-quinolinato)4-phenolate，ＰＡｌｑ）、および、ビス(２-メチル-８-キノリナト)４-(フェニル-フェノラト)-アルミニウム（ＩＩＩ）(bis(2-methyl-8-quinolinato)4-(phenyl-phenolato)-aluminum(ＩＩＩ)，ＢＡｌｑ)を示しているが、これらに限定はされない。ＳＡｌｑを例に説明すると、図１に示されるように、その中心金属イオンはアルミニウム(Ａｌ)であり、さらに３個の有機基１１０、１２０及び１３０がＡｌイオンに結合している。有機基１１０と有機基１２０とは化学的および構造的に同種であり、一方、有機基１３０は有機基１１０と有機基１２０とは実質的に異なっている。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、非対称有機金属キレート錯体は発光層のホスト材料となり、移動してきた電子とホールをその中で再結合させるホストとして機能する。ホスト材料は発光層中に高濃度で含まれて、ホスト分子上でキャリアを再結合させ、その励起エネルギーをリン光発光ドーパントへ移すという働きをし、これによって、両電極に電圧が印加されたときに、リン光発光ドーパントに光を放出させるようにする。また、ホスト材料が発光層の形成後もその化学特性がほとんど変化しないように、結晶化しにくく、かつ安定した化合物でなければならない。
【００１９】
ポリ三級アミン化合物は、化学式中に２個またはそれ以上の三級アミンを含むポリアミン化合物とすることができる。図２ａ及び図２ｂはいくつかのポリ三級アミン化合物の化学分子式を示すものであり、このうちホール輸送材料となるのは、限定はされないが、例えば、図２ａにおける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（N,N’-bis(naphthalene-1-yl)-
N,N’-bis(phenyl)-benzidine，ＮＰＢ)、Ｎ,Ｎ,Ｎ’,Ｎ’-テトラキス（ナフト-２-イル）ベンジジン（N,N,N,N’-Tetrakis(naphth-2-yl)benzidine，ＴＮＢまたはＮＴ２とも称される）などであり、電子輸送材料となるのは、限定はされないが例えば図２ｂにおける４,７-ジフェニル-１,１０-フェナントロリン （4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline，ＢＰｈｅｎ）、２,９-ジメチル-４,７-ジフェニル-１,１０-フェナントロリン（2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthoroline，ＢＣＰ）、及び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) （2,2’,2”-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)，ＴＢＰＩ）である。
【００２０】
ポリ三級アミン化合物は、ホスト材料（非対称有機金属キレート錯体）の補助材料として、ホスト材料中のキャリア（電子とホール）の移動度を高めると共に、キャリアの発光層への注入及び移動を促進して、キャリア再結合の確率と発光効率を高める働きをする。また、ポリ三級アミン化合物は、発光層中にてホール及び電子を再結合させ励起子を形成させるよう作用する付加的なホスト材料にもなり得る。よって本発明のＯＬＥＤデバイスはデュアルホスト型のＯＬＥＤデバイスである。
【００２１】
本発明によるＯＬＥＤは、主にリン光を発光するものであり、リン光の発光は、ホスト材料の三重項励起状態からリン光発光ドーパントの三重項励起状態へのエネルギー移動時に生じる。電子とホールが同一の分子に位置するとき、励起子（exciton）が形成される。この短寿命な再結合は、発光メカニズムによる緩和の発生を伴って、電子がその伝導電位（conduction potential）から価電子帯（valence band）に落ちるものと考えうる。リン光の長所は、特定のエレクトロルミネセント材料において、発光層中で電子とホールが再結合することにより形成されるすべての励起子がエネルギー移動と発光に寄与し得るという点である。主に、ホスト材料からリン光発光ドーパント材料への三重項のエネルギー移動は、励起子が近接する分子へ拡散することによって生じ、それには長い時間が要される。このように、リン光発光の過程は瞬時の過程ではなく、所定の長い時間を必要とするものである。従来のＯＬＥＤデバイスでは、より優れたパフォーマンスを得るために、リン光発光ドーパント材料の発光層中における濃度が５重量％より多くなければならなかった。これに対し、本発明の実施形態によれば、発光層を形成する非対称有機金属キレート錯体およびポリ三級アミン化合物の持つ特有のエネルギーと化学構造のために、発光層中にドープするリン光発光材料の濃度を、実質上５重量％以下に減らすことができる。よってＯＬＥＤディスプレイパネルの製造コストを大幅に低減することができ、かつ、後述するように、本発明のＯＬＥＤデバイスに従来のＯＬＥＤデバイスよりも優れたパフォーマンスが備わる。
【００２２】
本発明のリン光発光ドーパント材料としては、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（アセチルアセトネート）bis(2-(2’-benzo[4,5-a]thienyl)pyridinato-N,C3’)iridium(acetylacetonate)、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ））、トリス（ビフェノイルメタン）モノ（フェナントロリン）ユウロピウム（ＩＩＩ）（tris(biphenoylmethane)mono(phenanthroline)europium(ＩＩＩ)，Ｅｕ−ＢＤＢＢＭ）、トリス（ベンゾイルアセトナト）−モノ（フェナントロリン）ユウロピウム（ＩＩＩ）（tris(benzoylacetonato)-mono(phenanthroline)europium(III)，Ｅｕ−ＢＡ）、または、[２−メチル−６−［２,３,６,７−テトラヒドロ−１Ｈ,５Ｈ―（ベンゾ[ij]キノリジン−９−イル）エテニル]−４Ｈ−ピラン−４−イリデン]プロパン−ジニトリル（[2-methyl-6-[2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-(benzo[ij]quinolizin-9-yl)
ethenyl]-4H-pyran-4-ylidene]propane-dinitrile，ＤＣＭ２）を挙げることができるが、これらのみに限定はされない。
【００２３】
本発明のリン光発光材料には、ホスト分子から励起エネルギーを受けた後に励起されて失活し、光を発するようなものであれば、任意のリン光発光材料を採用することが可能である。発光層中にドープされるリン光発光材料の発する光の波長領域は、実質的に４５０〜８００ｎｍであるのが好ましいが、これに限定されることはない。
【００２４】
図３を参照し、以下説明する。図３は本発明の実施形態による有機発光デバイスの発光層のエネルギー構造である。発光層３００は、エネルギー準位がＥ１の三重項励起状態を有する第１の材料３１０と、エネルギー準位がＥ２の三重項励起状態を有する第２の材料３２０と、エネルギー準位がＥ３の三重項励起状態を有するリン光発光ドーパント３３０とを含む。第１の材料３１０と第２の材料３２０とリン光発光ドーパント３３０とは化学的および構造的に互いに異なっており、Ｅ１≧Ｅ２＞Ｅ３となる。
【００２５】
通常、ＯＬＥＤから発せられる光は、蛍光またはリン光である。図４を参照し、以下説明すると、発光層中で電子とホールが再結合し形成された励起子４４０が有機分子の一重項励起状態１Ｓ１から緩和して基底状態１Ｓ０になったとき、蛍光４２０が生じ、一方、励起子４４０が有機分子の三重項励起状態３Ｔ０から緩和して基底状態１Ｓ０になったとき、リン光４３０が生じる。図４における４１０はドーパントのエネルギー移動を示している。リン光の有効な利用は、有機エレクトロルミネセントデバイスの発展の可能性を大いに高める。リン光の長所の１つに、例えば、一重項または三重項励起状態のどちらを形成するかにかかわらず、すべての励起子が発光を生じさせることができるという点が挙げられるが、これは、有機分子の最低一重項励起状態が通常は最低三重項励起状態のエネルギーよりもやや高いためである。このことは、標準的なリン光発光化合物では、最低一重項励起状態は急速に最低三重項励起状態まで減衰し、リン光が生じるということを表す。これに対し、蛍光発光のＯＬＥＤでは、一重項励起状態から蛍光を発することのできる励起子の比率は少なく（約２５％）、該ＯＬＥＤデバイス中に残った励起子は有機分子の最低三重項励起状態にとどまり、普通はエネルギーのより高い一重項励起状態に変わって蛍光を生じることはない。したがって、通常、このエネルギーは無放射減衰（radiationless decay）の過程で失われ、ＯＬＥＤデバイスに熱を与える。
【００２６】
本発明の実施形態において、第１の材料は、中心金属イオン、及び中心金属イオンに結合する複数の有機基を備える有機金属キレート錯体とすることができる。中心金属イオンとしては、化学元素周期表の金属のグループ、より好ましくは、限定はされないがＩＩＩＡ族の金属から選ばれた金属のイオンを挙げることができる。複数の有機基は、同一種の有機基であっても、または二種もしくはそれ以上の有機基であってもよい。前者は対称な有機金属キレート錯体に相当し、後者は非対称な有機金属キレート錯体に相当する（図１に示すとおり）。なおこれらに限定はされることはない。
【００２７】
第２の材料は、図２ａおよび図２ｂに示したような、化学式に２個またはそれ以上の三級アミンを含むポリアミン化合物とすることができるが、これらに限定はされない。
【００２８】
実施形態において、第１の材料は、その重量％が発光層中の大部分を占め、電子とホールを発光層中で再結合させるためのホスト材料となる。第２の材料は、その重量％が第１の材料の重量％よりも小さく、ホスト材料の電子とホールの移動度を高めると共に、発光層への電子とホールの注入および移動を促進する機能を果たし、これによって電子とホールの再結合の確率を高め、ひいては発光効率を向上させる。また、第２の材料は、電子とホールを発光層中で再結合させる付加的なホスト材料ともなり得る。
【００２９】
第１および第２の材料はそれぞれにホールまたは電子輸送材料として用いることができるが、第１および第２の材料のうちの一方を電子輸送材料、もう一方をホール輸送材料とする、あるいはその反対とするのが好ましい。
【００３０】
リン光発光ドーパント材料は発光層中にドープされ、その重量％は第１および第２の材料の重量％よりも著しく小さい。
【００３１】
さらに、本発明は、上述した発光層を製造する工程を含む有機発光デバイスの製造方法をも提供する。
【００３２】
以下に、本発明の実施形態に基づくＯＬＥＤデバイスの特徴を説明するが、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３３】
本発明の実施形態において、ＯＬＥＤデバイスは通常基板を含む。基板の材料としては、例えばガラス、石英もしくはその他の透明材料、例えばウェハ、セラミクスもしくはその他の光不透過材料、例えばポリマー（プラスチック、ゴム、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミドもしくはその他の種類の材料）などの可撓性材料、またはその他の種類の材料を挙げることができる。基板上には陽極が形成され、それは通常透明な導体、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）または類似の材料からなるが、これらに限定はされることはなく、反射材料、例えば金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、モリブデン、ネオジウム、チタニウム、タンタルもしくはその他の材料、またはこれらの組み合わせからなっていてもよい。陽極上にホール注入層が形成され、ホール注入層上にはホール輸送層が堆積される。ＯＬＥＤデバイスはさらに、ホール輸送層上に形成される本発明の発光層、本発明の発光層上に堆積される電子輸送層、および電子輸送層上に形成される陰極をも含む。陰極は、通常、仕事関数（work function）の低い金属、金属合金またはその組み合わせからなるが、これらのみに限られず、陽極に挙げた材料を用いてもよい。ＯＬＥＤの動作中に陰極と陽極との間に電界が印加されると、正電荷（ホール）と負電荷（電子）が、それぞれ陽極と陰極から注入されて本発明の発光層中で再結合し、発光が生じることとなる。
【００３４】
図５ａ〜図９を参照し、以下説明する。これらの図のうち、本発明のＯＬＥＤデバイスは本発明の実施形態による発光層を備えており、該発光層は約９０重量％の非対称有機金属キレート錯体ＢＡｌｑ、約１０重量％のポリ三級アミン化合物ＴＮＢ、および約２重量％のリン光発光ドーパントＢｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）を含んでいる（ただし、ＢＡｌｑ、ＴＮＢ、Ｂｔｐ２Ｉｒの総和は略１００重量％となるようにされている）。比較に用いたＯＬＥＤデバイスの発光層は従来の発光層であり、約９０重量％のＢＡｌｑおよび約１２重量％のＢｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）を含んでいる（同様に、ＢＡｌｑとＢｔｐ２Ｉｒの総和は略１００重量％となるようにされている）。
【００３５】
図５ａは、印加電圧に対する本発明のＯＬＥＤデバイス５１０と従来のＯＬＥＤデバイス５１５の輝度を比較する図であり、図５ｂは、印加電圧に対する本発明のＯＬＥＤデバイス５２０と従来のＯＬＥＤデバイス５２５の電流密度を比較する図である。図５ａおよび図５ｂから、特定の輝度と電流密度値を得るために要される印加電圧については、本発明のＯＬＥＤデバイスの方が従来のＯＬＥＤデバイスよりも低くてすむという結論が得られる。
【００３６】
図６ａは、輝度に対する本発明のＯＬＥＤデバイス６１０と従来のＯＬＥＤデバイス６１５の発光効率とを比較する図であり、図６ｂは、輝度に対する本発明のＯＬＥＤデバイス６２０と従来のＯＬＥＤデバイス６２５の電力効率とを比較する図である。図６ａおよび図６ｂより、本発明のＯＬＥＤデバイスの発光効率は、従来のＯＬＥＤデバイスに比べて実質的に１５０％増加しているのがわかる。
【００３７】
図７ａは、輝度に対する、本発明のＯＬＥＤデバイス７１０と従来のＯＬＥＤデバイス７１５の色度座標ＣＩＥｘを比較する図であり、図７ｂは、輝度に対する本発明のＯＬＥＤデバイス７２０と従来のＯＬＥＤデバイス７２５の色度座標ＣＩＥｙを比較する図である。図７ａおよび図７ｂからわかるように、本発明のＯＬＥＤデバイスの発光色の色度座標ＣＩＥｘおよびＣＩＥｙは、従来のＯＬＥＤデバイスよりもやや高くなっている。
【００３８】
図８ａは、動作時間に対する、本発明のＯＬＥＤデバイス８１０と従来のＯＬＥＤデバイス８１５の温度約２５℃下における輝度を比較する図であり、図８ｂは動作時間に対しての、本発明のＯＬＥＤデバイス８２０と、従来のＯＬＥＤデバイス８２５の常温下における電圧を比較する図である。本発明では試験条件として常温を実質的に２５℃とした。図８ａおよび図８ｂから明らかなように、本発明のＯＬＥＤデバイスは従来のＯＬＥＤデバイスに比してより長時間動作し、かつ必要な電圧はより低い。
【００３９】
図９は、動作時間に対しての、本発明のＯＬＥＤデバイス９２０及び従来のＯＬＥＤデバイス９２５の高温下における輝度を比較する図である。本発明では試験条件として高温を実質的に７０℃とした。これによっても明らかとなるように、従来のＯＬＥＤデバイスに比べて本発明のＯＬＥＤデバイスは著しく優れており、デバイスの寿命、動作電圧、発光効率および安定性の面においてとりわけ優れる。また、本発明のＯＬＥＤデバイスでは、発光層にドープされるリン光発光ドーパントの量が比較的少なくてすむため、ＯＬＥＤデバイスの材料コスト低減を図ることもできるという点に留意されたい。
【００４０】
本発明を好ましい実施形態によって以上のように開示したが、これは本発明を限定しようとするものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲を逸脱しない限りにおいて変更および修飾を施すことができる。よって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲で定義されたものが基準とされる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ＳＡｌｑ、ＡｌＭｑ２ＯＨ、ＰＡｌｑおよびＢＡｌｑの化学分子式。
【図２ａ】ホール輸送能力を持つポリ三級アミン化合物の化学分子式。
【図２ｂ】電子輸送能力を持つポリ三級アミン化合物の化学分子式。
【図３】本発明の実施形態による有機発光デバイスの発光材料とリン光発光ドーパントのエネルギー分布の説明図。
【図４】本発明の実施形態による有機発光デバイスの発光材料とリン光発光ドーパントのエネルギー分布および対応するエネルギー遷移の説明図。
【図５ａ】本発明の実施形態による有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの印加電圧に対する輝度の比較図。
【図５ｂ】本発明の実施形態による有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの印加電圧に対する電流密度の比較図。
【図６ａ】図５ａおよび図５ｂで用いた本発明の有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの輝度に対する発光効率の比較図。
【図６ｂ】図５ａおよび図５ｂで用いた本発明の有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの輝度に対する電力効率の比較図。
【図７ａ】図５ａおよび図５ｂで用いた本発明の有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの輝度に対するＣＩＥｘの比較図。
【図７ｂ】図５ａおよび図５ｂで用いた本発明の有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの輝度に対するＣＩＥｙの比較図。
【図８ａ】図５ａおよび図５ｂで用いた本発明の有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの動作時間に対する室温下での輝度の比較図。
【図８ｂ】図５ａおよび図５ｂで用いた本発明の有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの動作時間に対する常温下での電圧の比較図。
【図９】図５ａおよび図５ｂで用いた本発明の有機発光デバイスと従来の有機発光デバイスの動作時間に対する高温下での輝度の比較図。
【符号の説明】
【００４２】
１１０、１２０、１３０  有機基
３００  発光層
３１０  第１の材料
３２０  第２の材料
３３０  リン光発光ドーパント
４１０  ドーパント
４２０  蛍光
４３０  リン光
４４０  電子及びホール     
５１０、５２０、６１０、６２０、７１０、７２０、８１０、８２０、９２０
本発明の有機発光デバイス
５１５、５２５、６１５、６２５、７１５、７２５、８１５、８２５、９２５
従来の有機発光デバイス
【図１】
2007318130.tif 000003
【図２ａ】
2007318130.tif 000004
【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
2007318130.tif 000009
【図６ａ】
2007318130.tif 000010
【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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