(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極；
第二の電極；および
前記電極間にエレクトロルミネセント有機材の発光領域を備えるエレクトロルミネセントデバイスであって：
前記第一の電極が正電荷キャリアを前記発光領域内に注入する能力を有する第一の物質と負電荷キャリアを前記発光領域内に注入する能力を有する第二の物質を含み；
前記第二の電極が正電荷キャリアを前記発光領域内に注入する能力を有する第三の物質と負電荷キャリアを前記発光領域内に注入する能力を有する第四の物質を含み；
前記エレクトロルミネセントデバイスを交流で駆動すると、順方向及び逆方向バイアスのいずれの場合にも、光を放出することを特徴とするエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項２】
前記第一の電極が前記エレクトロルミネセント材の領域と対面する表面を持ち、前記第一の物質と前記第二の物質がこの表面に存在することを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項３】
前記第二の電極が前記エレクトロルミネセント材の領域と対面する表面を持ち、前記第三の物質と前記第四の物質がこの表面に存在することを特徴とする請求項１あるいは２に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項４】
前記第一の電極が前記第一と第二の物質の共蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項５】
前記第二の電極が前記第三と第四の物質の共蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項６】
前記第一と第二の電極の少なくとも一方が光透過性であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項７】
前記第一および／あるいは第三の物質が金あるいはプラチナから成ることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項８】
前記第二および／あるいは第四の物質が、アルカリ金属あるいは／およびアルカリ土類金属、もしくは、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸化物あるいはフッ化物から成ることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項９】
前記第一と第三の物質の一方あるいは両方が4.0eVより高い仕事関数を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１０】
前記第二と第四の物質の一方あるいは両方が3.5eVより低い仕事関数を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１１】
前記第一と第三の物質が同一であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１２】
前記第二と第四の物質が同一であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１３】
前記第一と第二の電極に電気的に接続された交流駆動スキームを前記電極に加えるための駆動ユニットを備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１４】
前記電極の少なくとも一つと前記発光領域の間に導電材から成る電荷輸送層を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載のエレクトロルミネセントデバイスを駆動するための前記電極に交流駆動スキームを加えるステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、発光デバイス、例えば、ディスプレイデバイスとして適するデバイスに関する。
【０００２】
ディスプレイデバイスの一つの特定のクラスに、発光のために有機材を用いるデバイスがある。発光有機材がPCT/WO90/13148およびUS 4,539,507において開示されているため、これらの内容についても参照されたい。これらデバイスの基本構造は、発光有機層、例えば、２つの電極の間に挟まれたポリ（p-フェニレンビニレン）（ poly(p-phenylenevinylen、“PPV”)の膜から成る。これら電極の一方（陰極）は負電荷キャリア（電子）を注入し、他方の電極（陽極）は正電荷キャリア（正孔）を注入する。電子と正孔が有機材内で結合することで光子が生成される。PCT/WO90/13148においては、この有機発光材はポリマーから成り、US 4,539,507においては、この有機発光材は、小分子材として知られているクラスの材料、例えば、（8-ヒドロキシキナリン）アルミニウム（8-hydoxyquinaline) aluminum、“Alq3”）から成る。実際のデバイスにおいては、これら電極の一方は、典型的には、光子がデバイスから逃げられるように透明にされる。
【０００３】
図１は、有機発光デバイス（organic light-emitting device“OLED”）の典型的な断面図を示す。このOLEDは、典型的には、正電荷キャリアを注入するのに適するインジウム−スズ酸化物（indium-tin oxide、ITO）などの材料から成る透明な陽極電極２を塗布されたガラスあるいはプラスチック基板１上に形成される。このような基板は市販されている。このITOを塗布された基板は、エレクトロル ミネセント有機材の薄膜の少なくとも一つの層３と、負電荷キャリアを注入するのに適する物質から成る陰極電極を形成する最終層４の少なくとも一つにて覆われる。陰極電極は典型的には金属あるいは合金から成る。このデバイス内には、例えば、これら電極とエレクトロルミネセント材との間の電荷の輸送を改善するために、他の層を設けることもできる。
【０００４】
図２は、図１のデバイスの層のエネルギーレベルを示す。順バイアス下においては、正孔は陽電電極２から、電子は陰極電極４から、発光層内へと通過することができ、ここでこれらは結合する。逆バイアス下においては、電子が電極２から発光層内に入ることも、あるいは正孔が電極４から発光層２内に入ることも好ましくない。このデバイスは、こうしてダイオードとして振る舞う。
【０００５】
OLEDの性能の重要な尺度として、寿命、電力効率、ターンオン電圧がある。典型的なOLEDの寿命は、しばしば、これを間欠的に駆動することにより、さらには、陽極と陰極電極の間に時間的に逆の電圧を加える（AC駆動する）ことで延長できることが知られている。ただし、負の電圧が加えられたときは光は放出されないため、AC駆動スキームでは、順バイアスの際により強く駆動しない限り、OLEDからの光出力は低減する。ただし、この強い駆動は、デバイスの劣化を加速させる。幾つかの状況においては、これは間欠的な駆動あるいはAC駆動によって達成される寿命の利得を著しく損なうはめとなる。
【０００６】
本発明によると、第一の電極；第二の電極；およびこれら電極間にエレクトロルミネセント有機材の発光領域を備えたエレクトロルミネセントデバイスが提供される。第一の電極は正電荷キャリアを発光領域内に注入する能力を有する第一の物質と負電荷キャリアを発光領域内に注入する能力を有する第二の物質を含み；第二の電極は正電荷キャリアを発光領域内に注入する能力を有する第三の物質と負電荷キャリアを発光領域内に注入する能力を有する第四の物質を含む。
【０００７】
このデバイスは、好ましくは、負電荷キャリアが第一の電極から注入され、正電荷キャリアが第二の電極から注入されたとき、発光領域から光を放出する能力を持つことに加えて、正電荷キャリアが第一の電極から注入され、負電荷キャリアが第二の電極から注入されたときも光を放出する能力を持つ。
【０００８】
第一、第二、第三、および第四の物質は、好ましくは、20,10,あるいは5Vより小さな規模の電圧がこれら電極間に加えられたとき、上述のように電荷キャリアを注入する能力を有する。第一と第三の物質の一方あるいは両方とも、4.0eVあるいは4.5eVより高い仕事関数を持ち、第二と第四の物質の一方あるいは両方とも、3.5eVあるいは3.0eVより低い仕事関数を持つ。
【０００９】
第一の電極は、好ましくは、エレクトロルミネセント材の領域と対面する表面を持ち、第一の物質と第二の物質はこの表面の所に存在する。好ましくは、第一と第二の物質の領域はエレクトロルミネセント材の領域に隣接して配置される。第二の電極は、この好ましくは、エレクトロルミネセント材の領域と対面する表面を持ち、第三の物質と第四の物質はこの表面の所に存在する。好ましくは、第三と第四の物質の領域はエレクトロルミネセント材の領域に隣接して配置される。
【００１０】
第一および／あるいは第三の物質は、例えば、金、プラチナ、あるいはITOから成る。第一と第三の物質は、同一のものとすることも、異なるものとすることもできる。第二および／あるいは第四の物質は、例えば、アルカリ金属あるいは／およびアルカリ土類金属、もしくは、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸化物あるいはフッ化物から成り、好ましくは、例えば3.5eVより低い仕事関数を持つ。第二および／あるいは第四の物質は、低い仕事関数を持つ金属、例えば、Li、Ca、Mg、Cs、Ba、Yb、Sm等のフッ化物あるいは酸化物から成る。第二と第四の物質は同一のものとすることも、異なるものとすることもできる。
【００１１】
これら電極の一方あるいは両方は、好ましくは、光透過性とされ、より好ましくは、透明とされる。
【００１２】
本発明の第二の局面によると、上述のようなエレクトロルミネセントデバイスを駆動するための、これら電極に交流駆動スキームを加えるステップを含む方法が開示される。この交流電流駆動スキームは、反復的に、第一の電極を第二の電極に対して正にバイアスし、その後、第一の電極を第二の電極に対して負にバイアスするステップを含む。このスキームは、周期的なものとすることも、非周期的なものとすることもできる。このスキームは、どちらかの電極が他の電極に対してバイアスされるときある期間を置くことも、置かないこともできる。
【００１３】
このデバイスが反対バイアスの期間を含むスキームによって駆動される場合は、好ましくは、第一の電極が第二の電極に対して正にバイアスされているときこれら電極間に電圧が加えた場合と、第一の電極が第二の電極に対して負にバイアスされたときこれら電極間に電圧が加えられる場合とでは、電子／正孔の再結合が発光領域内の異なるゾーン内で起こるようにされる。
【００１４】
発光材には、有機材、より好ましくは、ポリマー材が用いられる。発光材には、より具体的には、好ましくは、半導体材および／あるいは共役ポリマー材が用いられる。代替として、発光材として、他のタイプ、例えば、小さな分子量の昇華膜（sublimed small molecule films）あるいは非有機発光材を用いることもできる。これら有機発光材は、一つあるいは複数の個別の有機材、好ましくは、ポリマー、より好ましくは、完全にあるいは部分的に共役結合されたポリマー（fully or partially conjugated polymers）から成る。これら材料の例としては、以下の１つあるいは複数の任意の組合せが含まれる：ポリ（p-フェニレンビニレン）（ poly(p-phenylenevinylen）、略称“PPV”；ポリ（2-メソキシ-5(2'-エチル）ヘキシロキシフェニレンビニレン（poly(2-methoxy-5(2'-ethyl)hexyloxyphenylenevinylene)）、略称“MEH-PPV”；一つあるいは複数のPPV-誘導体（例えば、ジアルコキシあるいはジアルキル誘導体）；ポリフルオレン（polyfluorenes）および／あるいはポリフルオレンセグメントを含む共重合体；PPVおよび関連する共重合体；ポリ（2,7-(9,9-ジ-n-オクチルフルオレン）-（1,4-フェニレン-((4-セコブチルフェニル）イミノ）-1,4-フェニレン))（poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-(1,4-phenylene-((4-secbutylphenyl)imino-1,4-phenylene))）、略称“TFB”；ポリ（2,7-(9,9-ジ-n-オクチルフルオレン）-（1,4-フェニレン-((4-メチルフェニル）イミノ）-1,4-フェニレン-((4-メチルフェニル）イミノ-1,4-フェニレン))（poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-(1,4-phenylene-((4-methylphenyl)imino-1,4-phenylene-((4-methylphenyl)imino-1,4-phenylene))）略称“PFM”；ポリ（2,7-(9,9-ジ-n-オクチルフルオレン）-（1,4-フェニレン-((4-メソキシフェニル）イミノ）-1,4-フェニレン-((4-メソキシフェニル）イミノ-1,4-フェニレン))（poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-(1,4-phenylene-((4-methoxyphenyl)imino-1,4-phenylene-((4-methoxyphenyl)imino-1,4-phenylene))）、略称“PFMO”；ポリ（2,7-(9,9-ジ-n-オクチルフルオレン））、略称“F8”；(2,7,-(9,9-ジ-n-オクチルフルオレン）-3,6-ベンゾチアジアゾール（(2,7,-(9,9-di-n-octylfluorene)-3,6-Benzothiadiazole））、略称“F8BT”。代替の材料として、小さな分子量の材料、例えば、Alq3を用いることもできる。発光領域は２つあるいはそれ以上のこれら材料を含むこともできる。
【００１５】
一つあるいは複数の電荷輸送層が発光領域と電極の一方あるいは両方との間に設けられるか、あるいは発光領域内に一体化される。この電荷輸送層は、好ましくは、一つあるいは複数のポリマー、例えば、ポリスチレンスルホン酸（polystyrene sulphonic acid）をドープされたポリエチレンジオキシシオフェン(polyethylene dioxythiophene）、略称“PEDOT-PSS”；ポリ（2,7-(9,9-ジ-n-オクチルフルオレン）-(1,4-フェニレン-(4-イミノ（ベンゼン酸))-1,4-フェニレン-(4-イミノ（ベンゼン酸))-1,4-フェニレン（poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-(1,4-phenylene-(4-imino(benzoic acid))-1,4-phenylene-(4-imino(benzoic acid))-1,4-phenylene))）、略称“BFT”；ポリアニリン；およびPPVから形成される。
【００１６】
以下に本発明を一例として付属の図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図３のデバイスは、２つの電極構造１１と１２の間に配置された発光材の領域１０を備える。これら電極構造は、これら電極構造の間に電圧を加える能力を有する駆動ユニット１３に接続される。これら電極構造は、電極構造１１が陽極として機能し（従って電極構造１２に対して電気的に正である）ときも、あるいは陰極として機能し（従って電極構造１２）に対して負である）ときも、両方とも、発光材からの効率的な放出が許されるように構成される。
【００１８】
図３のデバイスは、インジウム−スズ酸化膜（indium-tin oxide、ITO）のコンタクト層１５を塗布されたガラス基板１４上に形成される。このITOを塗布されたガラス基板は市販されている。このガラスシートとしては、例えば、厚さ1mmの、ソーダ石灰ガラスあるいはホウケイ酸ガラスのシートが用いられる。ガラスの代わりに、他の材料、例えば、パースペック（Perspex）を用いることもできる。ITO皮膜の厚は、好ましくは、150nmの近傍とされ、ITOのシート抵抗は、好ましくは、10から30Ω/  の間、より好ましくは、15Ω/  の近傍とされる。
【００１９】
ITO層１５の上にはAuとLiFから成る電荷注入層１６が堆積される。この層は、例えば、AuとLiFの共蒸着によって形成される。層１５の厚さは、好ましくは、2から20nmの間、より好ましくは、5nmの近傍とされる。Au:LiFの比は、好ましくは、1:1とされる。Au:LiF層の微細構造は、所望の双方向デバイス性能が達成できるように選択される（このためには、高い仕事関数を持つ成分（物質）と低い仕事関数を持つ成分の両方が発光材との界面においてバルク特性を示すことを要求される）。加えて、デバイスの期待される視野距離において、十分に一様な放出が得られることも考慮される。これら電極は、近距離用デバイスの場合、長距離用デバイスの場合と比較して、より細かな微細構造を持つことを要求される。
【００２０】
次に、発光材を堆積することで領域１０が形成される。発光材としては、発光ポリマー、小さな分子量の材料、すなわちオリゴマー（oligomer）料等を用いることも、これら材料を２つあるいはそれ以上の組合せて用いることも、オプションとして他の材料を用いることもできる。この層は、ポリ（p-フェニレンビニレン）ポリマーの置換体（substituted poly(p-phenylenevinylen) polymers）から形成することもできる。これは、層２上に、有機溶剤からのスピン塗布にて堆積される。この発光材には、発光領域内での電荷の輸送を促進する成分（物質）を混合することもできる。この発光材の層の厚さは、好ましくは、90nmの近傍とされる。
【００２１】
電極１２は、AuとLiFから成る第二の電荷注入層１７を備えるが、この層も、これら成分（物質）の共蒸着によって堆積することができる。層１７の厚さは、好ましくは、20nmの近傍とされる。
【００２２】
この電荷注入層１７の上には、Alから成る第二のコンタクト層１８が設けられるが、この層は、例えば、蒸着によって堆積される。層１８の厚さは、好ましくは、500nmの近傍とされる。
【００２３】
層１８を堆積した後、層１５と１８にコンタクトが設けられ、その後デバイスは環境からの保護のためにエポキシガラス内に封入される。
【００２４】
電極構造１１は層１５と１６から成り、電極構造１２は層１７と１８から成る。
【００２５】
電荷注入層１６と１７は、おのおの、相対的に高い仕事関数を持つ物質（Au）と相対的に低い仕事関数を持つ物質（LiF）を含む。これら層の微細構造は、これら物質がこれら層の全体に渡って、とりわけ、各々の層の発光領域に隣接する表面に存在するような構造とされる。この結果として、これら電荷注入層は、これらが使用の際にデバイスの陽極として機能するか陰極として機能するかに関係なく、電荷を効率的に注入する。導電コンタクト層１５と１８は、駆動ユニット１３へのコネクタへのインタフェースとして機能し、電荷が電荷注入層上に一様に分布するのを助ける。これら電荷注入層１６、１７は、これら層全体の導電率を向上させるために、追加の高いあるいは低い仕事関数の成分を含めることもできる。
【００２６】
図３の実施例においては、基板１４、コンタクト層１５、および注入層１６は、光透過性、好ましくは、透明とされ、光が基板を通過してデバイスから出られるようにされる（矢印１９参照）。代替として、他方の電極構造１２を光透過性とすることも、あるいは光をデバイスの側面から放出させることもできる。
【００２７】
図４は図３のデバイスを駆動するために用いることができるスキームの一例を示す。より具体的には、図４は、層１５と１７の間に加えられた様々な電圧の様子を時間の関数として示す。
【００２８】
スキームＡは、層１５を層１７より高い（正の）電位に維持した状態で、一定の電圧が加えられたときの様子を示す。このケースにおいては、電極構造１１は陽極として働き、電極構造１２は陰極として働く。電極１１は層１６の高い仕事関数を持つAu成分を介して正孔を発光材内に注入し、電極１２は層１７の低い仕事関数を持つLiF成分を介して電子を発光材内に注入する。
【００２９】
スキームＢは、層が層１７より低い電位（負）に維持された状態にて、一定の電圧が加えられたときの様子を示す。このケースにおいては、電極構造１１は陰極として働き、電極構造１２は陽極として働く。電極１１は、層１６の低い仕事関数を持つLiF成分を介して電子を発光材内に注入し、電極１２は層１７の高い仕事関数を持つAu成分を介して正孔を発光材内に注入する。
【００３０】
デバイスは、こうして、順バイアス（スキームＡ）の下でも、逆バイアス（スキームＢ）下でも効率的に動作する。このデバイスは、さらに、交流（AC）駆動スキームの下でも動作でき、これらの例がスキームＣ〜Ｇに示される。AC駆動スキームは、直流（DC）駆動スキームに対して幾つかの長所を有する。OLEDが故障する一つの理由は、デバイスの成分（物質）が、電場が一定の方向に加えられている状況下では、電極の一方に向って移入することである。ACスキームでは、逆の電場が掛けられたとき移入が反対方向に誘導されるため、この問題は解消される。加えて、幾つかの状況においては、ハードウエアの観点からもOLEDをACによって駆動する方が便利である。
【００３１】
スキームＣは、スキームの正と負のセクションが同一の期間および電圧を持つ単純な方形波交流電流駆動スキームを示す。
【００３２】
スキームＤは、スキームの正と負のセクションが同一の期間および電圧を持つ単純な正弦波交流駆動スキームを示す。
【００３３】
スキームは、必ずしも、対称性であることは要求されない。スキームＥは、スキームの正と負のセクションが異なるレベルを持つ方形波スキームを示す。このスキームは、デバイスが、一方のバイアス下において他方のバイアス下におけるよりも、より効率的に放出する場合、このスキームを介してデバイスの輝度を一定に維持できるために有効である。スキームＦは、スキームの正と負のセクションが異なる期間を持つ方形波スキームを示す。このスキームは、一方のバイアス下において他方のバイアス下におけるより移入が大きな場合に有効である。
【００３４】
図４のスキームＧは、零電圧の期間を含む。
【００３５】
駆動スキームは周期性である必要はなく、ランダムであっても構わない。
【００３６】
上述のデバイスがAC駆動スキームにて駆動される場合、追加の機構によって寿命のさらなる改善を達成することができる。従来のデバイスでは、発光材の劣化は、材料の電子と正孔の再結合が起こる領域内で最も大きいことが知られている。再結合は、ある与えられた輝度に対して材料のある決まったゾーン内で起こる。図３のデバイスを逆バイアスにて動作した場合、再結合は、異なるゾーン内で発生することとなる。このため、図３のデバイスでは、劣化は発光領域全体により一様に分配される。図５は、一般化された周期的方形波駆動スキームを示す。Vｐ、VＮ、tｐおよびtＮを変化させることで、このスキームでは、所望の輝度を、再結合／劣化ゾーンが異なる位置で起こるようなやり方にて、得ることができる。
【００３７】
各電荷注入層の一方の物質は、好ましくは、発光材のLUMOレベルに近い仕事関数を持ち、各電荷注入層の他方の物質は、好ましくは、発光材のHOMOレベルに近い仕事関数を持つように選択される。典型的な有機発光材に対しては、好ましくは、各電荷注入層の一方の物質は、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4あるいは4.5eVより高い、すなわち4.5eVより高い仕事関数を持ち、および／あるいは各電荷注入層の他方の物質は、3.5、3.4、3.3、3.2あるいは3.0eVより低い、すなわち3.0eVより低い仕事関数を持つように選択される。これら電荷注入層は、同一の組成とすることも、異なる組成とすることもできる。
【００３８】
電極と放出層の一方あるいは両方の間には一つあるいは複数の電荷輸送層が設けられる。これら電荷輸送層は、導電有機材、例えば、ポリスチレンスルホン酸（polystyrene sulphonic acid）をドープされたポリエチレンジオキシシオフェン(polyethylene dioxythiophene）（“PEDOT-PSS”）から形成される。
【００３９】
このデバイスは、複数の独立に制御可能なディスプレイ要素すなわち画素を持つ大きなディスプレイユニットの一部として用いることもできる。これら画素は同一の形状を持つことも、異なる形状を持つこともできる。これら画素は、能動と受動の両方のマトリックスアドレシング方式を含む任意の適当なアドレシングスキームにてアドレスすることができる。
【００４０】
本発明は上で明示的にあるいは暗黙的に開示された任意の特徴あるいは特徴の組合せ、もしくはこれらの任意の一般化を用いて発明の上述のクレームの範囲に制限されることなく実施できるものであり、当業者においては上述の説明から様々な修正が可能であると考えられるが、これらも本発明の範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  有機発光デバイス（“OLED”）の典型的な断面構造を示す。
【図２】  図１のデバイスの層のエネルギーレベルを示す。
【図３】  発光デバイスの断面図を示す。
【図４】  駆動スキームを示す。
【図５】  駆動スキームを示す。
【符号の説明】
１０  発光材の領域
１１  第一の電極
１２  第二の電極
１３  駆動ユニット
１４  ガラス基板
１５  コンタクト層
１６  第一の電荷注入層
１７  第二の電荷注入層
【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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