(57)【要約】【課題】白色有機発光素子を提供する。【解決手段】アノード電極と、アノード電極上に形成される第１燐光発光層と、第１燐光発光層上に形成される青色蛍光発光層と、青色蛍光発光層上に形成される第２燐光発光層と、を備え、青色蛍光発光層のホストの三重項エネルギーが第１燐光発光層及び第２燐光発光層のドーパントの三重項エネルギーより高い白色有機発光素子である。これにより、発光効率が向上された白色有機発光素子が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホスト物質とドーパントとを含む第１燐光発光層と、
前記第１燐光発光層上に形成されて、ホスト物質とドーパントとを含む青色蛍光発光層と、
前記青色蛍光発光層上に形成される第２燐光発光層と、
を備え、
前記青色蛍光発光層のホストの三重項エネルギーが前記第１燐光発光層及び前記第２燐光発光層のドーパントの三重項エネルギーより高いことを特徴とする白色有機発光素子。
【請求項２】
前記第１燐光発光層のホスト物質は、正孔輸送特性を有することを特徴とする請求項１に記載の白色有機発光素子。
【請求項３】
前記第２燐光発光層のホスト物質は、電子輸送特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の白色有機発光素子。
【請求項４】
前記青色蛍光発光層と第１燐光発光層との間に、前記青色蛍光発光層のドーパントよりも高いバンドギャップエネルギーを有し、前記青色蛍光発光層のホストよりも低いか、または同じ三重項準位を有し、前記第１燐光発光層のドーパントよりも高いか、または同じ三重項準位を有する第１機能性層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の白色有機発光素子。
【請求項５】
前記第１機能性層は、ＨＯＭＯのエネルギー準位が５．２〜６．２ｅＶであり、ＬＵＭＯのエネルギー準位が２．０〜３．０ｅＶであることを特徴とする請求項４に記載の白色有機発光素子。
【請求項６】
前記青色蛍光発光層と第２燐光発光層との間に、前記青色蛍光発光層のドーパントよりも高いバンドギャップエネルギーを有し、前記青色蛍光発光層のホストよりも低いか、または同じ三重項準位を有し、前記第２燐光発光層のドーパントよりも高いか、または同じ三重項準位を有する第２機能性層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の白色有機発光素子。
【請求項７】
前記第２機能性層は、ＨＯＭＯのエネルギー準位が５．５〜７．０ｅＶであり、ＬＵＭＯのエネルギー準位が２．５〜３．５ｅＶであることを特徴とする請求項６に記載の白色有機発光素子。
【請求項８】
前記第２機能性層のＨＯＭＯのエネルギー準位は、前記青色蛍光発光層、前記第１燐光発光層及び前記第２燐光発光層より高いか、または同じであることを特徴とする請求項６または７に記載の白色有機発光素子。
【請求項９】
前記青色蛍光発光層と第１燐光発光層との間に、前記青色蛍光発光層のドーパントよりも高いバンドギャップエネルギーを有し、前記青色蛍光発光層のホストよりも低いか、または同じ三重項準位を有し、前記第１燐光発光層のドーパントよりも高いか、または同じ三重項準位を有する第１機能性層と、
前記青色蛍光発光層と第２燐光発光層との間に、前記青色蛍光発光層のドーパントよりも高いバンドギャップエネルギーを有し、前記青色蛍光発光層のホストよりも低いか、または同じ三重項準位を有し、前記第２燐光発光層のドーパントよりも高いか、または同じ三重項準位を有する第２機能性層と、を備え、
前記第１及び第２機能性層は、前記青色蛍光発光層のドーパントの発光スペクトルを吸収しないバンドギャップを有することを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記第１機能性層は、ＨＯＭＯのエネルギー準位が５．２〜６．２ｅＶであり、ＬＵＭＯのエネルギー準位が２．０〜３．０ｅＶであることを特徴とする請求項９に記載の白色有機発光素子。
【請求項１１】
前記第２機能性層は、ＨＯＭＯのエネルギー準位が５．５〜７．０ｅＶであり、ＬＵＭＯのエネルギー準位が２．５〜３．５ｅＶであることを特徴とする請求項９または１０に記載の白色有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色有機発光素子に係り、特に蛍光発光層から燐光発光層への三重項の拡散を許容しつつエネルギー転移を抑制することによって、発光効率を向上させる白色有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＯＬＥＤ）は、アノード電極から供給されるホール（正孔）とカソード電極から供給される電子とがアノード電極とカソード電極との間に形成された有機発光層内で結合し、光を放出する発光素子である。かかるＯＬＥＤは、優秀な色再現性、速い応答速度、自発光性、薄い厚さ、高い明暗比、広い視野角及び低消費電力などといった優れた特性により、ＴＶ、ＰＣモニタ、移動通信端末機、ＭＰ３プレーヤ及び自動車ナビゲーションだけでなく、室内外照明や看板などにも利用可能な発光素子である。
【０００３】
白色ＯＬＥＤは、白色光を放出するＯＬＥＤであって、薄型光源、液晶表示装置のバックライトまたはカラーフィルタに採用されて、フルカラー表示が可能な装置などに応用される。
【０００４】
白色ＯＬＥＤの発光効率を向上させるためには、究極的に１００％に近い内部量子効率を達成できる構造が必要である。このために、最近、色々な方法が摸索されているが、代表的なものとして燐光発光材料を発光層として使用する研究が進められている。蛍光材料において、全体のエキシトンのうち２５％に達する一重項エネルギーが発光性遷移を起こす一方、残りの７５％の三重項エネルギーは非発光性遷移により熱として損失する。しかし、燐光物質では、三重項のエキシトンも発光性遷移を起こすので、燐光物質を適切な利用により高い効率を達成できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、蛍光発光層から燐光発光層への三重項エネルギーの拡散を許容しつつ、エネルギー転移を抑制させる構造を有する高い効率の白色ＯＬＥＤを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的を達成するために、本発明の一実施形態による白色ＯＬＥＤは、ホスト物質とドーパントとを含む第１燐光発光層と、第１燐光発光層上に形成されて、ホスト物質とドーパントとを含む青色蛍光発光層と、青色蛍光発光層上に形成される第２燐光発光層と、を備える。
【０００７】
本発明による白色ＯＬＥＤにおいて、青色蛍光発光層のホストの三重項エネルギーが第１燐光発光層及び第２燐光発光層のドーパントの三重項エネルギーより高い。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、第１燐光発光層のホスト物質は、正孔輸送特性を有し、第２燐光発光層のホスト物質は、電子輸送特性を有する。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、青色蛍光発光層と第１燐光発光層との間に、青色蛍光発光層のドーパントよりも高いバンドギャップエネルギーを有し、青色蛍光発光層のホストよりも低いか、または同じ三重項準位を有し、第１燐光発光層のドーパントよりも高いか、または同じ三重項準位を有する第１機能性層がさらに設けられる。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、青色蛍光発光層と第２燐光発光層との間に、青色蛍光発光層のドーパントよりも高いバンドギャップエネルギーを有し、青色蛍光発光層のホストよりも低いか、または同じ三重項準位を有し、第２燐光発光層のドーパントよりも高いか、または同じ三重項準位を有する第２機能性層がさらに設けられる。
【００１１】
第２機能性層のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ：最高占有分子軌道）のエネルギー準位は、青色蛍光発光層、第１燐光発光層及び第２燐光発光層よりも高いか、または同じである。
【００１２】
本発明のさらに他の実施形態によれば、第１及び第２機能性層は、青色蛍光発光層のドーパントの発光スペクトルを吸収しない範囲で広いバンドギャップを有する。
【００１３】
本発明のさらに他の実施形態によれば、第１機能性層のＨＯＭＯエネルギー準位は、５．２〜６．２ｅＶであり、ＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ：最低非占有分子軌道）のエネルギー準位は、２．０〜３．０ｅＶであってもよい。また、第２機能性層のＨＯＭＯのエネルギー準位は、５．５〜７．０ｅＶであり、ＬＵＭＯのエネルギー準位は、２．５〜３．５ｅＶであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、発光効率が向上された白色有機発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態によるＯＬＥＤの概略的な断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態によるＯＬＥＤは、アノード電極１１０上に第１燐光発光層１５１、青色蛍光発光層１５３、第２燐光発光層１５５及びカソード電極１９０が順次に積層された構造を有している。アノード電極１１０は、ガラスやプラスチックのような絶縁性基板（図示せず）上に形成される。
【００１６】
アノード電極１１０は、高い導電性及び仕事関数を有する透明な物質で形成される。例えば、アノード電極１１０は、背面発光型（ボトムエミッション型）ＯＬＥＤでは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などで形成される。一方、前面発光型ＯＬＥＤでは、アノード電極１１０は、金属からなる反射電極であってもよい。
【００１７】
アノード電極１１０上には、第１燐光発光層１５１、青色蛍光発光層１５３、第２燐光発光層１５５が順次に形成される。青色蛍光発光層１５３のホスト材料は、第１燐光発光層１５１及び第２燐光発光層１５５のドーパントの三重項エネルギーに比べて高い三重項エネルギーを有する。かかる青色蛍光発光層１５３は、高い三重項エネルギーのホスト材料と、ドーパントとして青色蛍光発光物質とを含有する。ここで、青色蛍光発光層１５３のホスト材料としては、一般的にＯＬＥＤに使われるものを制限なしに使用でき、例えば、９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン（ＡＤＮ）、第三級ブチルＡＤＮ（ＴＢＡＤＮ）、カルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、４，４´，４"−トリス−（カルバゾール−９−イル）−トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）またはトリス−８−キノリノールアルミニウム錯体（Ａｌｑ３）などが使われる。また、青色蛍光ドーパントとしては、特別に制限されず、４，４´−ビス［２−｛４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル｝ビニル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、ＤＰＡＶＢｉ誘導体、ジスチリルアリーレン（ＤＳＡ）、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルベンゼン（ＤＳＢ）、ジスチリルベンゼン誘導体、スピロ−ＤＰＶＢｉ、ビフェニルテトラカルボン酸（ＢＰＴＡ）、ＢＰＴＡ誘導体またはスピロ−６Ｐなどが使われる。
【００１８】
第１燐光発光層１５１及び第２燐光発光層１５５のホスト材料は、青色蛍光発光層１５３のホスト材料と同じ物質であってもよい。第１燐光発光層１５１及び第２燐光発光層１５５のドーパントは、燐光物質であって、青色蛍光発光層１５３のホストより低い三重項エネルギーを有する。一方、青色蛍光発光層１５３のエキシトン量を極大化するために、第１及び第２燐光発光層１５１，１５５のホスト材料は、正孔輸送特性及び電子輸送特性をそれぞれ有する。第１及び第２燐光発光層１５１，１５５のドーパントとして使われる燐光物質は、特別に制限されない。例えば、緑色ドーパントとしては、３−（２´−ベンゾチアゾール）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６またはＣ６として知られている）、または１０−（２−ベンゾチアゾール）−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ベンゾピラノ［６，７，８−ｉｊ］キノリジン−１１−オン（クマリン５４５ＴまたはＣ５４５Ｔとして知られている）、またはＩｒ（ＰＰｙ）３（ＰＰｙ＝２−フェニルピリジン）などが、赤色ドーパントとしては、４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＪＴＢ）、６％の２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−プラチナム（ＰｔＯＥＰ）を有するＡｌｑ、ＵＤＣ社製のＲＤ６１，ＲＤ１５、または、Ｍｅｒｃｋ社製のＴＥＲ０２１などが使われる。
【００１９】
青色蛍光発光層１５３のホストで生成された三重項のエキシトンは両方向に拡散して、第１燐光発光層１５１及び第２燐光発光層１５５の燐光ドーパントにおいて放射遷移を起こす。したがって、第１及び第２燐光発光層１５１，１５５それぞれが前述したような赤色及び緑色ドーパントを含有すれば、高い発光効率の白色ＯＬＥＤが得られる。
【００２０】
第２燐光発光層１５５上には、カソード電極１９０が形成される。カソード電極１９０は、真空蒸着法またはスパッタリング法により形成されてもよい。かかるカソード電極１９０は、低い仕事関数を有する金属や合金、電気導電性化合物やそれらの混合物で形成される。例えば、カソード電極１９０は、Ｌｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ａｌ−Ｌｉ，Ｃａ，Ｍｇ−ＩｎまたはＭｇ−Ａｇなどで形成される。一方、前面発光型（トップエミッション型）ＯＬＥＤでは、カソード電極１９０は、ＩＴＯまたはＩＺＯのような高い導電性及び高い仕事関数を有する透明な導電性物質で形成される。
【００２１】
アノード電極１１０と第１燐光発光層１５１との間には、正孔輸送層（図示せず）または電子遮断層（図示せず）がさらに形成される。また、カソード電極１９０と第２燐光発光層１５５との間にも、電子輸送層（図示せず）または正孔遮断層（図示せず）がさらに形成される。
【００２２】
図２は、本発明の他の実施形態によるＯＬＥＤの概略的な断面図である。以下では、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００２３】
図２に示すように、本発明の他の実施形態によるＯＬＥＤは、アノード電極２１０上に第１燐光発光層２５１、第１機能性層２５２、青色蛍光発光層２５３、第２機能性層２５４、第２燐光発光層２５５、カソード電極２９０が順次に積層された構造を有している。ここで、アノード電極２１０、第１燐光発光層２５１、青色蛍光発光層２５３、第２燐光発光層２５５、カソード電極２９０は、前述した実施形態と同一であるので、これについての具体的な説明は省略する。
【００２４】
本実施形態によれば、第１燐光発光層２５１と青色蛍光発光層２５３との間に、前記発光層間の三重項のエキシトンの拡散は妨害せず、かつフェルスターエネルギー伝達（以下、エネルギー伝達）を抑制できる第１機能性層２５２が形成される。
【００２５】
ここで、第１機能性層２５２は、青色蛍光発光層２５３のドーパントより高いバンドギャップエネルギーを有し、青色蛍光発光層２５３のホストより低いか、または同じ三重項エネルギーを有し、このエネルギーは、第１燐光発光層２５１のドーパントに比べては高いか、または同じである。第１機能性層２５２としては、一般的にＯＬＥＤに使われる正孔輸送物質を制限なしに使用でき、例えば、アミノ置換基を有するオキサジアゾール化合物、アミノ置換基を有するトリフェニルメタン化合物、ｔｅｒｔ−化合物（ｔｅｒｔｉａｒｙ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ハイダゾン化合物（ｈｙｄａｚｏｎ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ピラゾリン化合物、エナミン化合物、スチリル化合物、スチルベン化合物及びカルバゾール化合物のような物質で形成される。一方、第１機能性層２５２は、ＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）のエネルギー準位が５．２〜６．２ｅＶであり、ＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）のエネルギー準位が２．０〜３．０ｅＶであることが望ましい。
【００２６】
そして、青色蛍光発光層２５３と第２燐光発光層２５５との間にも、第１機能性層と同様に、発光層間の三重項エキシトンの拡散は妨害せず、かつエネルギー伝達を抑制できる第２機能性層２５４が形成される。ここで、第２機能性層２５４は、青色蛍光発光層２５３のドーパントより高いバンドギャップエネルギーを有し、青色蛍光発光層２５３のホストに比べて低いか、または同じ三重項エネルギーを有し、このエネルギーは、第２燐光発光層２５５のドーパントに比べて高いか、または同じ準位を有する。
【００２７】
第２機能性層２５４としては、一般的に電子輸送物質を制限なしに使用でき、例えば、アントラセン化合物、フェナントラセン化合物、ピレン化合物、ぺリレン化合物、クリセン化合物、トリフェニレン化合物、フルオランテン化合物、ペリフランテン化合物、アゾール化合物、ジアゾール化合物及びビニレン化合物のような物質で形成される。一方、第２機能性層２５４は、ＨＯＭＯのエネルギー準位が５．５〜７．０ｅＶであり、ＬＵＭＯのエネルギー準位が２．５〜３．５ｅＶであることが望ましい。
【００２８】
第１機能性層２５２及び第２機能性層２５４は、三重項エキシトンの拡散は妨害せず、かつ発光層間のエネルギー伝達を抑制できると共に、電子と正孔とを青色蛍光発光層２５３内に制限して電荷バランスを最大化できる。
【００２９】
下記の表は、本発明による白色ＯＬＥＤの性能をテストするために製造された従来の白色ＯＬＥＤ（蛍光発光層−蛍光発光層−燐光発光層、ＦＦＰ）及び本発明によるＯＬＥＤ（燐光発光層−蛍光発光層−燐光発光層、ＰＦＰ）の積層構造及び各積層の物質を表す。
【表１】
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【００３０】
前記の構造において、従来技術のサンプル（ＦＦＰ）は、蛍光発光−蛍光発光−燐光発光の積層構造を有し、本発明によるサンプル（ＰＦＰ）は、燐光発光−蛍光発光−燐光発光の積層構造を有する。従来技術のサンプル（ＦＦＰ）において、燐光発光型の赤色層と蛍光発光型の青色層との間に機能性層が介在され、青色層と緑色層とは、共に蛍光発光型であって、相互接触される。一方、本発明によるサンプル（ＰＦＰ）は、蛍光発光型の青色層の両側に燐光発光型の赤色層と緑色層とが設けられ、青色層と赤色層との間及び青色層と緑色層との間に機能性層が介在されている。
【００３１】
表２は、かかる二つのサンプルに対する発光特性を実験した結果であって、４，０００ｎｉｔ（１カンデラ毎平方メートル（ｃｄ／ｍ２）＝１ｎｉｔ）での特性を表す。
【表２】
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【００３２】
前記の表を見れば、従来のサンプル（ＦＦＰ）のＣＩＥ色度上の座標が（０．３３，０．３３）であり、本発明によるサンプル（ＰＦＰ）は、（０．３２，０．３５）であって、両者が白色のスペクトルを有するということが分かり、ここで、本発明によるサンプル（ＰＦＰ）は、色変化が小さく、かつ高い効率を有するということが分かる。特に、効率面では、従来のサンプル（ＦＦＰ）が１６（ｃｄ／Ａ）であるのに対し、本発明のサンプル（ＰＦＰ）は、２０（ｃｄ／Ａ）と大きく向上した。また、外部量子効率で、従来のサンプルは９％であるのに対し、本発明によるサンプルは１１％と大きく向上したということが分かる。そして、電力効率面では、従来技術のサンプル（ＦＦＰ）は５．０５（ｌｍ／ｗ）であるのに対し、本発明によるサンプル（ＰＦＰ）は６．１（ｌｍ／ｗ）と大きく向上したということを確認した。
【００３３】
図３は、従来技術によるサンプル（ＦＦＰ）及び本発明によるサンプル（ＰＦＰ）の発光スペクトルを示す。図３に示したように、本発明によるサンプルは、緑色領域でピークが観測され、従来のサンプルに比べて高い緑色発光強度を有するということが分かる。かかるスペクトルの結果から、本発明によるサンプル（ＰＦＰ）では、青色ホストの三重項エキシトンが緑色ドーパントに拡散することを確認し、これによって効率が向上することを確認できる。
【００３４】
図４は、本発明によるサンプル（ＰＦＰ）の発光輝度別の発光スペクトルを示す。図４に示したように、輝度変化によってスペクトルの変化が非常に小さく起こるということが分かる。かかる特性は、ディスプレイに応用する時に必要な特性であって、かかる結果により、エキシトンプロファイルは、電界が変化しても安定して維持されるということが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ＯＬＥＤ関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態によるＯＬＥＤの概略的な断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態によるＯＬＥＤの概略的な断面図である。
【図３】従来技術によるサンプル（ＦＦＰ）及び本発明によるサンプル（ＰＦＰ）の発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】本発明によるサンプル（ＰＦＰ）の発光輝度別の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１１０    アノード電極
１５１    第１燐光発光層
１５３    青色蛍光発光層
１５５    第２燐光発光層
１９０    カソード電極
【図１】
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【図２】
2009094076.tif 000006
【図３】
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【図４】
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