JP2004134396A - 有機白色発光ダイオードデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】白色発光性ＯＬＥＤデバイスの輝度効率及び動作安定性を高めること。
【解決手段】a)アノードを含み、b)該アノードの上に配置された正孔輸送層を含み、c)該正孔輸送層の上に直接配置された、青色発光性化合物をドープした青色発光層を含み、d)該青色発光層の上に配置された電子輸送層を含み、e)該電子輸送層の上に配置されたカソードを含み、そしてf)該正孔輸送層もしくは該電子輸送層又は該正孔輸送層と該電子輸送層の両方が、スペクトルの黄色領域の光を放出する下記化合物又はその誘導体で選択的にドープされていることを特徴とする、実質的に白色光を発する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイス：
上式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6は、明細書に定義した通り。
【選択図】なし
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上式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6は、明細書に定義した通り。
【選択図】なし
Description
本発明は、白色光を放出する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスに関する。
ＯＬＥＤデバイスは、基板と、アノードと、有機化合物でできた正孔輸送層と、適当なドーパントを含む有機発光層と、有機電子輸送層と、カソードとを含む。ＯＬＥＤデバイスが魅力的であるのは、その動作電圧が低く、輝度が高く、視角が広く、しかもフルカラーのフラット発光ディスプレイを可能にするからである。Tangらは、米国特許第４，７６９，２９２号及び同第４，８８５，２１１号において、このような多層型ＯＬＥＤデバイスについて記述している。
高効率白色発光ＯＬＥＤデバイスは、紙状薄型光源、ＬＣＤディスプレイのバックライト、自動車用ドーム形ライト及びオフィス照明のようないくつかの用途において低コストの代替物になるものと考えられている。白色発光性ＯＬＥＤデバイスは、明るく、高効率で、そして一般に国際照明委員会（ＣＩＥ）の色度座標が約（０．３３，０．３３）であることが必要である。いずれにせよ、本明細書による白色光は、ユーザーが白色であると知覚するそのような光である。
下記の特許明細書及び刊行物に、正孔輸送層と有機発光層とを一対の電極間に挟んでなる、白色光を発することのできる有機ＯＬＥＤデバイスの製造法が記載されている。
J. Shi（米国特許第５，６８３，８２３号）が従前報告した白色発光性ＯＬＥＤデバイスは、発光層のホスト発光材料に赤色発光材料と青色発光材料とが均一に分散しているものである。このデバイスは、良好な電界発光特性を示すが、赤色ドーパント及び青色ドーパントの濃度がホスト材料の０．１２％及び０．２５％と非常に低く、大規模生産で制御するには困難な濃度である。佐藤らは、特開平７−１４２１６９号公報に、正孔輸送層の隣に青色発光層を固着させ、続いて赤色蛍光層を含む領域を有する緑色発光層を固着させて製造した白色光を放出することができるＯＬＥＤデバイスを開示している。
木戸らは、Science, Vol.267, p.1332(1995)及びAPL Vol.64, p.815(1994)に、白色発光性ＯＬＥＤデバイスを報告している。このデバイスでは、白色光を発生させるため、キャリヤ輸送特性が異なる３種の発光層であってそれぞれ青色、緑色又は赤色の光を放出するものを使用している。Littmanらは、米国特許第５，４０５，７０９号に、正孔−電子再結合に応じて白色光を放出することができる白色発光デバイスであって、青緑色から赤色までの可視光範囲に蛍光を含む別のデバイスを開示している。最近では、Deshpandeらが、Applied Physics Letters, Vol.75, p.888(1999)に、正孔阻止層によって分離された赤色、青色及び緑色発光層を使用する白色ＯＬＥＤデバイスを発表している。
しかしながら、これらのＯＬＥＤデバイスは、ドーパント濃度を非常に低くする必要があり、大規模生産での工程制御が困難である。また、ドーパント濃度の小さな変化によって発光色が変わってしまうという問題もある。白色ＯＬＥＤは、カラーフィルターを使用してフルカラーデバイスを製造するのに用いられる。しかしながら、カラーフィルターは、原光の約３０％しか透過しない。したがって、白色ＯＬＥＤには高い発光効率と安定性が求められる。
本発明の目的は、有効な白色発光性有機デバイスを提供することにある。
本発明の別の目的は、効率及び安定性の高い白色発光性ＯＬＥＤデバイスであって構造がシンプルで、製造環境下で再現し得るものを提供することにある。
本発明の別の目的は、効率及び安定性の高い白色発光性ＯＬＥＤデバイスであって構造がシンプルで、製造環境下で再現し得るものを提供することにある。
まったく意外なことであるが、ＮＰＢ正孔輸送層に黄色スーパールブレン誘導体ドーパント：6,11-ジフェニル-5,12-ビス(4-(6-メチル-ベンゾチアゾル-2-イル)フェニル)ナフタセン(DBzR)又は5,6,11,12-テトラ(2-ナフチル)ナフタセン(NR)をドープし、かつ、ＴＢＡＤＮホスト発光層にジスチリルアミン誘導体青色ドーパントをドープすることによって、輝度効率及び動作安定性の高い白色発光性ＯＬＥＤデバイスが得られることが見出された。
上記目的は、
a)アノードを含み、
b)該アノードの上に配置された正孔輸送層を含み、
c)該正孔輸送層の上に直接配置された、青色発光性化合物をドープした青色発光層を含み、
d)該青色発光層の上に配置された電子輸送層を含み、
e)該電子輸送層の上に配置されたカソードを含み、そして
f)該正孔輸送層もしくは該電子輸送層又は該正孔輸送層と該電子輸送層の両方が、スペクトルの黄色領域の光を放出する下記化合物又はその誘導体で選択的にドープされていることを特徴とする、実質的に白色光を発する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスによって達成される。
a)アノードを含み、
b)該アノードの上に配置された正孔輸送層を含み、
c)該正孔輸送層の上に直接配置された、青色発光性化合物をドープした青色発光層を含み、
d)該青色発光層の上に配置された電子輸送層を含み、
e)該電子輸送層の上に配置されたカソードを含み、そして
f)該正孔輸送層もしくは該電子輸送層又は該正孔輸送層と該電子輸送層の両方が、スペクトルの黄色領域の光を放出する下記化合物又はその誘導体で選択的にドープされていることを特徴とする、実質的に白色光を発する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスによって達成される。
上式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6は、各環上の１又は２以上の置換基であってそれぞれ下記のグループ：
第１グループ：水素、又は炭素原子数１〜２４のアルキル；
第２グループ：炭素原子数５〜２０のアリール又は置換アリール；
第３グループ：ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な４〜２４個の炭素原子；
第４グループ：単結合で結合されていても、縮合ヘテロ芳香族環系を完成してもよい、チアゾリル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系のような炭素原子数５〜２４のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール；
第５グループ：炭素原子数１〜２４のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ；又は
第６グループ：フッ素、塩素、臭素又はシアノ
から独立に選ばれるものを表わすが、但し、
Ｒ5とＲ6が縮合環を形成することはなく、また、置換基Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4の少なくとも一つは、水素以外の基で置換されている。
第１グループ：水素、又は炭素原子数１〜２４のアルキル；
第２グループ：炭素原子数５〜２０のアリール又は置換アリール；
第３グループ：ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な４〜２４個の炭素原子；
第４グループ：単結合で結合されていても、縮合ヘテロ芳香族環系を完成してもよい、チアゾリル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系のような炭素原子数５〜２４のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール；
第５グループ：炭素原子数１〜２４のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ；又は
第６グループ：フッ素、塩素、臭素又はシアノ
から独立に選ばれるものを表わすが、但し、
Ｒ5とＲ6が縮合環を形成することはなく、また、置換基Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4の少なくとも一つは、水素以外の基で置換されている。
本発明の特徴とその有利な効果は以下の通りである。
正孔輸送層もしくは電子輸送層又は両方に、黄色発光性スーパールブレン又はその誘導体のドーパント：6,11-ジフェニル-5,12-ビス(4-(6-メチル-ベンゾチアゾル-2-イル)フェニル)ナフタセン(DBzR)又は5,6,11,12-テトラ(2-ナフチル)ナフタセン(NR)を含めることにより、白色発光性ＯＬＥＤデバイスが簡素化される。
正孔輸送層もしくは電子輸送層又は両方に、黄色発光性スーパールブレン又はその誘導体のドーパント：6,11-ジフェニル-5,12-ビス(4-(6-メチル-ベンゾチアゾル-2-イル)フェニル)ナフタセン(DBzR)又は5,6,11,12-テトラ(2-ナフチル)ナフタセン(NR)を含めることにより、白色発光性ＯＬＥＤデバイスが簡素化される。
高効率白色ＯＬＥＤを使用することにより、集積薄膜トランジスタ及びオン・チップ型カラーフィルターを具備した基板を用いてフルカラーデバイスを製造することができる。
本発明により製造されたＯＬＥＤデバイスでは、フルカラーＯＬＥＤデバイスの発光層を形成するためにシャドーマスクを使用する必要がない。
本発明により製造されたＯＬＥＤデバイスは、製造再現性が高く、しかも高い発光効率を一貫して提供することができる。
本発明によるデバイスは動作安定性が高い上、所要駆動電圧も低くて済む。
本発明により製造されたＯＬＥＤデバイスでは、フルカラーＯＬＥＤデバイスの発光層を形成するためにシャドーマスクを使用する必要がない。
本発明により製造されたＯＬＥＤデバイスは、製造再現性が高く、しかも高い発光効率を一貫して提供することができる。
本発明によるデバイスは動作安定性が高い上、所要駆動電圧も低くて済む。
有機ＯＬＥＤデバイスの常用の発光層は、ルミネセント物質又は蛍光物質を含み、その領域で電子−正孔対の再結合が起こる結果、エレクトロルミネセンス、すなわち電場発光が発生する。最も簡単な構造として、図１に示したデバイス１００は、基板１１０及び、アノード１２０とカソード１７０の間に挟まれた発光層１４０を含む。発光層１４０は発光効率の高い純粋物質である。周知の材料は、優れた緑色電場発光を生じるトリス（８−キノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ）である。
その単純な構造を、図２に示すように３層構造（デバイス２００）へ改変することができる。ここでは、正孔輸送層と電子輸送層の間に追加の電場発光層を導入し、主として正孔−電子再結合の場、すなわち電場発光の場として機能させている。この点で、個々の有機層の機能が区別されているので、それらを独立に最適化することができる。このため、電場発光層又は再結合層を、高い輝度効率と共に、所望のＯＬＥＤ色が得られるように選定することができる。同様に、電子輸送層と正孔輸送層を、主としてキャリヤ輸送特性について最適化することができる。当業者であれば、電子輸送層とカソードを透明体にすることによって、デバイスの照明をその基板ではなく最上層を介して助長し得ることを理解している。
図２を見ると、有機発光デバイス２００は透光性基板２１０を有し、その上に透光性アノード２２０が配置されている。アノード２２０とカソード２７０の間に有機発光構造体が形成されている。有機発光構造体は、順に、有機正孔輸送層２４０、有機発光層２５０及び有機電子輸送層２６０を含む。層２３０は正孔注入層である。アノード２２０とカソード２７０の間に電位差（図示なし）を印加すると、カソードが電子を電子輸送層２６０に注入し、その電子が層２６０を渡って発光層２５０へ移動する。同時に、正孔がアノード２２０から正孔輸送層２４０に注入される。正孔は層２４０を渡って移動し、そして正孔輸送層２４０と発光層２５０の間に形成される接合部において、又はその付近で、電子と再結合する。移動中の電子がその伝導帯から価電子帯へ落下して正孔を充填すると、エネルギーが光として放出され、その光が透光性アノード２２０と基板２１０を介して放出される。
有機ＯＬＥＤデバイスは、アノードがカソードよりも高い電位にある場合に順方向にバイアスされるダイオードと見ることができる。有機ＯＬＥＤのアノード及びカソードは、Tangらの米国特許第４，８８５，２１１号に開示されている各種形態のいずれかのように、それぞれ従来の都合のよい任意の形態をとることができる。仕事関数の低いカソードと仕事関数の高いアノードを使用した場合には動作電圧を実質的に低下することができる。好適なカソードは、仕事関数が４．０ｅＶ未満の金属と別の一種の金属、好ましくは仕事関数が４．０ｅＶより高いものとを組み合わせて構成されたものである。Tangらの米国特許第４，８８５，２１１号に記載のＭｇ：Ａｇが、好適なカソード構造体を構成する。Van Slykeらの米国特許第５，０５９，０６２号に記載のＡｌ：Ｍｇは、別の好適なカソード構造体である。Hungらの米国特許第５，７７６，６２２号は、有機ＯＬＥＤデバイスの電子注入性を高めるためにＬｉＦ／Ａｌ二層形の使用を開示している。Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｍｇ又はＬｉＦ／Ａｌのいずれでできているカソードも不透明であるため、カソードを介してディスプレイを観察することはできない。最近では、一連の刊行物（Guら、APL 68, 2606[1996]; Burrowsら、J. Appl. Phys. 87, 3080(2000); Parthasarathyら、APL 72, 2138 1998; Parthasarathyら、APL 76, 2128[2000]; Hungら、APL, 3209[1999]）に透明カソードが開示されている。これらのカソードは、半透明金属薄膜（〜１００Å）の上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を組み合わせたものをベースにしている。銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の有機層も金属薄膜に取って代わる。
従来より、アノード２２０は、導電性且つ透明な酸化物で形成される。インジウム錫酸化物は、その透明性、良好な導電性及び高い仕事関数のため、アノード接点として広く用いられている。
好適な実施態様では、アノード２２０を正孔注入層２３０で改変することができる。正孔注入層は、後続の有機層の薄膜形成特性を改良し、かつ、正孔を正孔輸送層に注入し易くするように機能し得る。正孔注入層に使用するのに適した材料として、米国特許第４７２０４３２号に記載されているＣｕＰＣのようなポルフィリン系化合物や、米国特許第６２０８０７５号に記載されているようなプラズマ蒸着フルオロカーボンポリマー、及びある種の芳香族アミン、例えば、m-MTDATA(4,4',4"-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン)が挙げられるが、これらに限定はされない。有機ＥＬデバイスにおいて有用であることが報告されている別の正孔注入性材料が、欧州特許出願公開第０８９１１２１号Ａ１及び同第１０２９９０９号Ａ１に記載されている。このような正孔注入層における材料の一例は、Hungらの米国特許出願第０９／１８６８２９号（出願日１９９８年１１月５日）に開示されているフルオロカーボン類である。
本発明のＯＬＥＤデバイスは、カソード又はアノードのいずれが接触していてもよい支持基板２１０の上に設けられることが典型的である。基板に接している電極を、便宜上、底部電極と称する。底部電極をアノードにすることが慣例的であるが、本発明はそのような構成に限定されるものではない。基板は、意図される発光方向に依存して、透光性又は不透明のいずれかであることができる。基板を介してEL発光を観察する場合には透光性が望まれる。このような場合、透明なガラス又はプラスチックが通常用いられる。EL発光を上部電極を介して観察する用途の場合には、底部支持体の透過性は問題とならないため、透光性、吸光性又は光反射性のいずれであってもよい。この場合の用途向け基板には、ガラス、プラスチック、半導体材料、シリコン、セラミックス、回路基板材料及び磨き金属面が含まれるが、これらに限定はされない。もちろん、このようなデバイス構成には、透光性の上部電極を提供する必要はある。
白色ＯＬＥＤ発光を利用することにより、赤色、緑色及び青色（ＲＧＢ）カラーフィルターを使用したフルカラーデバイスを製造することができる。ＲＧＢフィルターは、（光が基板を透過する場合）基板の上に付着させること、基板内に組み込むこと、又は（光が上部電極を透過する場合）上部電極の上に付着させることができる。ＲＧＢフィルターのアレイを上部電極の上に付着させる場合、当該上部電極を保護するためにバッファ層を使用してもよい。バッファ層は、無機材料、例えば、珪素酸化物及び珪素窒化物、もしくは有機材料、例えば、ポリマー、又は無機材料と有機材料の多層を含むことができる。ＲＧＢフィルターアレイの付与方法は当該技術分野では周知である。ＲＧＢフィルターを付与することができる方法のほんの一例として、リソグラフ法、インクジェット印刷法及びレーザー感熱転写法が挙げられる。
白色光とＲＧＢフィルターを組み合わせて使用するフルカラーディスプレイの製造技法には、フルカラー製造用の精密シャドーマスク技法よりも有利な点がいくつかある。本技法は、精密アラインメントが不要で、コストも低く、その上製造が容易である。基板自体に、個々のピクセル（画素）をアドレスするための薄膜トランジスタが含まれる。Ching及びHseihの米国特許第５５５００６６号及び同第５６８４３６５号明細書に、ＴＦＴ基板のアドレス方法が記載されている。
正孔輸送層は、芳香族第三アミンのような少なくとも１種の正孔輸送性化合物を含む。芳香族第三アミンとは、少なくとも一つが芳香族環の環員である炭素原子にのみ結合している３価窒素原子を１個以上含有する化合物であると解される。一つの形態として、芳香族第三アミンはアリールアミン、例えば、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン又は高分子アリールアミンであることができる。トリアリールアミン単量体の例が、米国特許第３１８０７３０号(Klupfelら)に示されている。１以上のビニル基で置換された、及び／又は少なくとも一つの活性水素含有基を含む、その他の好適なトリアリールアミンが、米国特許第３５６７４５０号及び同第３６５８５２０号(Brantleyら)に記載されている。
より好ましい種類の芳香族第三アミンは、米国特許第４７２０４３２号及び同第５０６１５６９号に記載されているような芳香族第三アミン部分を２個以上含有するものである。正孔輸送層は、芳香族第三アミン化合物の単体又は混合物で形成することができる。以下、有用な芳香族第三アミンを例示する。
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)シクロヘキサン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン
4,4’-ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4-ジメチルアミノ-2-メチルフェニル)-フェニルメタン
N,N,N-トリ(p-トリル)アミン
4-(ジ-p-トリルアミノ)-4’-[4(ジ-p-トリルアミノ)-スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’-テトラ-p-トリル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-1-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-2-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N-フェニルカルバゾール
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ビフェニル(TNB)
4,4”-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(3-アセナフテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’-ビス[N-(9-アントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-アントリル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-フェナントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(8-フルオルアンテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ピレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフタセニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ペリレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-コロネニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
2,6-ビス(ジ-p-トリルアミノ)ナフタレン
2,6-ビス[ジ-(1-ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’-テトラ(2-ナフチル)-4,4”-ジアミノ-p-ターフェニル
4,4’-ビス{N-フェニル-N-[4-(1-ナフチル)-フェニル]アミノ}ビフェニル
4,4’-ビス[N-フェニル-N-(2-ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6-ビス[N,N-ジ(2-ナフチル)アミン]フルオレン
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4',4"-トリス[(3-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-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(TPD)
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン
4,4’-ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4-ジメチルアミノ-2-メチルフェニル)-フェニルメタン
N,N,N-トリ(p-トリル)アミン
4-(ジ-p-トリルアミノ)-4’-[4(ジ-p-トリルアミノ)-スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’-テトラ-p-トリル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-1-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-2-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N-フェニルカルバゾール
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ビフェニル(TNB)
4,4”-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(3-アセナフテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’-ビス[N-(9-アントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-アントリル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-フェナントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(8-フルオルアンテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ピレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフタセニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ペリレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-コロネニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
2,6-ビス(ジ-p-トリルアミノ)ナフタレン
2,6-ビス[ジ-(1-ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’-テトラ(2-ナフチル)-4,4”-ジアミノ-p-ターフェニル
4,4’-ビス{N-フェニル-N-[4-(1-ナフチル)-フェニル]アミノ}ビフェニル
4,4’-ビス[N-フェニル-N-(2-ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6-ビス[N,N-ジ(2-ナフチル)アミン]フルオレン
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4',4"-トリス[(3-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-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(TPD)
別の種類の有用な正孔輸送性材料として、欧州特許第１００９０４１号に記載されているような多環式芳香族化合物が挙げられる。オリゴマー材料をはじめとする、アミン基を３個以上含有する芳香族第三アミンを使用してもよい。さらに、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(PVK)、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン及びPEDOT/PSSとも呼ばれているポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)／ポリ(4-スチレンスルホネート)のようなコポリマー、といった高分子正孔輸送性材料を使用することもできる。
本発明のＯＬＥＤデバイスの電子輸送層を形成するための好適な材料は、米国特許第４８８５２１１号明細書に記載されているオキシン（通称8-キノリノール又は8-ヒドロキシキノリン）それ自体のキレートをはじめとする金属キレート化オキシノイド系化合物である。このような化合物は、高い性能レベルを示すと共に、薄膜への加工が容易である。以下、有用な電子輸送性材料の一例を挙げる。
CO-1：アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-2：マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8-キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO-3：ビス[ベンゾ{f}-8-キノリノラト]亜鉛(II)
CO-4：ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)-μ-オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
CO-5：インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)インジウム〕
CO-6：アルミニウムトリス(5-メチルオキシン)〔別名、トリス(5-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-7：リチウムオキシン〔別名、(8-キノリノラト)リチウム(I)〕
CO-8：ガリウムオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)〕
CO-9：ジルコニウムオキシン〔別名、テトラ(8-キノリノラト)ジルコニウム(IV)〕
CO-1：アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-2：マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8-キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO-3：ビス[ベンゾ{f}-8-キノリノラト]亜鉛(II)
CO-4：ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)-μ-オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
CO-5：インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)インジウム〕
CO-6：アルミニウムトリス(5-メチルオキシン)〔別名、トリス(5-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-7：リチウムオキシン〔別名、(8-キノリノラト)リチウム(I)〕
CO-8：ガリウムオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)〕
CO-9：ジルコニウムオキシン〔別名、テトラ(8-キノリノラト)ジルコニウム(IV)〕
その他の電子輸送性材料として、米国特許第４３５６４２９号に記載されている各種ブタジエン誘導体、及び米国特許第４５３９５０７に記載されている各種複素環式蛍光増白剤が挙げられる。ベンズアゾール及びトリアジンも有用な電子輸送性材料となる。
発光層の好適な実施態様は、ホスト材料に蛍光色素をドープしたものからなる。この方法を採用すると、高効率ＥＬデバイスを構築することができる。同時に、共通のホスト材料において発光波長の異なる複数種の蛍光色素を使用することによって、ＥＬデバイスの色を調節することができる。こうしたドーパント計画が、譲受人共通のTangらの米国特許第４７６９２９２号に、ホスト材料にＡｌｑを使用したＥＬデバイスについてかなり詳細に記載されている。
こうしたドーパント計画は、譲受人共通のShiらの米国特許第５９３５７２１号に、ホスト材料に9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン（ＡＤＮ）誘導体を使用した青色発光性ＯＬＥＤデバイスについてかなり詳細に記載されている。
9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセンの誘導体（式１）は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、400 nmよりも長い波長の光（例、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色）を放出させるのに適している。
上式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6は、各環上の１又は２以上の置換基であってそれぞれ下記のグループから独立に選ばれるものを表わす。
第１グループ：水素、又は炭素原子数１〜２４のアルキル；
第２グループ：炭素原子数５〜２０のアリール又は置換アリール；
第３グループ：ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な４〜２４個の炭素原子；
第４グループ：単結合で結合されていても、縮合ヘテロ芳香族環系を完成してもよい、チアゾリル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系のような炭素原子数５〜２４のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール；
第５グループ：炭素原子数１〜２４のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ；又は
第６グループ：フッ素、塩素、臭素又はシアノ。
第１グループ：水素、又は炭素原子数１〜２４のアルキル；
第２グループ：炭素原子数５〜２０のアリール又は置換アリール；
第３グループ：ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な４〜２４個の炭素原子；
第４グループ：単結合で結合されていても、縮合ヘテロ芳香族環系を完成してもよい、チアゾリル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系のような炭素原子数５〜２４のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール；
第５グループ：炭素原子数１〜２４のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ；又は
第６グループ：フッ素、塩素、臭素又はシアノ。
具体例として、9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(ADN)及び2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(TBADN)が挙げられる。発光層(LEL)中のホストとしては、米国特許第５９２７２４７号明細書に記載されているジフェニルアントラセン及びその誘導体のような他のアントラセン誘導体も有用となり得る。青色発光の場合には、米国特許第５１２１０２９号明細書及び特開平８−３３３５６９号公報に記載されているスチリルアリーレン誘導体もまた有用なホストとなる。例えば、青色発光の場合、9,10-ビス[4-(2,2-ジフェニルエテニル)フェニル]アントラセン及び4,4'-ビス(2,2-ジフェニルエテニル)-1,1'-ビフェニル(DPVBi)が有用なホストとなる。
当該技術分野では多くの青色蛍光ドーパントが知られており、本発明の実施において使用することが企図される。特に有用な種類の青色発光性ドーパントとして、ペリレンとその誘導体、例えば、2,5,8,11-テトラ-t-ブチルペリレン(TBP)、及び米国特許第５１２１０２９号明細書に記載されているジスチリルアミン誘導体、例えば、Ｂ−１（構造式は下記の通り）が挙げられる。
別の有用な種類の青色発光性ドーパントが式２で表され、譲受人共通の米国特許出願第１０／１８３２４２号明細書（出願日：２００２年６月２７日；発明の名称「Organic Element for Electroluminescent Devices」）に記載されている。その開示事項を本明細書の一部とする。
上式中、Ａ及びＡ’は、各々独立に、少なくとも一つの窒素を含有する６員芳香族環系に相当するアジン環系を表し、
各Ｘa及びＸbは、各々独立に選ばれた置換基であって、その２つのが結合してＡ又はＡ’に対する縮合環を形成することができるものを表し、
ｍ及びｎは、各々独立に０〜４であり、
Ｚa及びＺbは、各々独立に選ばれた置換基であり、そして
１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素又は窒素原子である。
各Ｘa及びＸbは、各々独立に選ばれた置換基であって、その２つのが結合してＡ又はＡ’に対する縮合環を形成することができるものを表し、
ｍ及びｎは、各々独立に０〜４であり、
Ｚa及びＺbは、各々独立に選ばれた置換基であり、そして
１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素又は窒素原子である。
上記アジン環は、１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’がすべて炭素であり、ｍ及びｎが２以上であり、かつ、Ｘa及びＸbが２以上の炭素置換基であって結合して芳香族環を形成するものを表すように、キノリニル環又はイソキノリニル環であることが望ましい。Ｚa及びＺbはフッ素原子であることが望ましい。
さらに好適な態様には、当該２つの縮合環系がキノリン又はイソキノリン系であり、当該アリール又はヘテロアリール置換基がフェニル基であり、結合して６−６縮合環を形成する少なくとも２つのＸa基及び２つのＸb基が存在し、当該縮合環系がそれぞれ１−２位、３−４位、１’−２’位又は３’−４’位において縮合しており、当該縮合環の一方又は両方がフェニル基で置換されており、かつ、当該ドーパントが式３、４又は５で表わされる、そのようなデバイスが含まれる。
上式中、各Ｘc、Ｘd、Ｘe、Ｘf、Ｘg及びＸhは、水素又は独立に選ばれた置換基であるが、その一つはアリール又はヘテロアリール基でなければならない。
上記アジン環は、１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’がすべて炭素であり、ｍ及びｎが２以上であり、かつ、Ｘa及びＸbが２以上の炭素置換基であって結合して芳香族環を形成するものを表すように、キノリニル環又はイソキノリニル環であることが望ましい。Ｚa及びＺbはフッ素原子であることが望ましい。
以下、本発明において有用な、脱プロトン化したビス（アジニル）アミン配位子の２つの環窒素により錯体化したホウ素化合物であって、当該２つの環窒素が別々の６，６縮合環系の員であり、該系の少なくとも一方がアリール又はヘテロアリール置換基を含有するものの非限定例を挙げる。
正孔輸送層又は電子輸送層に含まれる黄色発光性ドーパントとして使用するのに好適な材料は式６で表される。
上式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は、各環上の１又は２以上の置換基であってそれぞれ下記のグループ：
第１グループ：水素、又は炭素原子数１〜２４のアルキル；
第２グループ：炭素原子数５〜２０のアリール又は置換アリール；
第３グループ：ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な４〜２４個の炭素原子；
第４グループ：単結合で結合されていても、縮合ヘテロ芳香族環系を完成してもよい、チアゾリル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系のような炭素原子数５〜２４のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール；
第５グループ：炭素原子数１〜２４のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ；又は
第６グループ：フッ素、塩素、臭素又はシアノ
から独立に選ばれるものを表わす。
Ｒ5及びＲ6は、縮合環を形成しないことを除き、Ｒ1〜Ｒ4と同様に定義される。
第１グループ：水素、又は炭素原子数１〜２４のアルキル；
第２グループ：炭素原子数５〜２０のアリール又は置換アリール；
第３グループ：ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な４〜２４個の炭素原子；
第４グループ：単結合で結合されていても、縮合ヘテロ芳香族環系を完成してもよい、チアゾリル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系のような炭素原子数５〜２４のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール；
第５グループ：炭素原子数１〜２４のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ；又は
第６グループ：フッ素、塩素、臭素又はシアノ
から独立に選ばれるものを表わす。
Ｒ5及びＲ6は、縮合環を形成しないことを除き、Ｒ1〜Ｒ4と同様に定義される。
さらに、Ｒ1〜Ｒ4の少なくとも一つは、水素以外の基で置換されていなければならない。これらの置換が、ルブレンの場合よりも低い発光エネルギーへのシフトを生ぜしめることが望ましい。Ｒ1〜Ｒ4上の置換として好適な基は第３及び第４グループである。
本発明を理解しやすくし、かつ、以下の説明を簡略化するため、先に定義した黄色発光性ドーパント化合物のすべてを「スーパールブレン」と称する場合がある。
特に有用なスーパールブレン系ドーパントの例として、6,11-ジフェニル-5,12-ビス(4-(6-メチル-ベンゾチアゾル-2-イル)フェニル)ナフタセン(DBzR)又は5,6,11,12-テトラ(2-ナフチル)ナフタセン(NR)が挙げられる。これらの構造式を以下に示す。
Tangらの米国特許第４７６９２９２号及び同第６０２００７８号明細書に記載されているように、クマリンは緑色発光性ドーパントの有用な種類を代表する。有用な緑色発光性クマリンの例としてＣ５４５Ｔ及びＣ５４５ＴＢが挙げられる。キナクリドンは緑色発光性ドーパントの別の有用な種類を代表する。有用なキナクリドンが、米国特許第５５９３７８８号明細書、特開平９−１３０２６号公報及び、Lelia Cosimbescuによる譲受人共通の米国特許出願第１０／１８４３５６号（出願日２００２年６月２７日；発明の名称「Device Containing Green Organic Light-Emitting Diode」）に記載されている。これらの開示事項を本明細書の一部とする。
特に有用な緑色発光性キナクリドンの例を以下に示す。
特に有用な緑色発光性キナクリドンの例を以下に示す。
別の有用な種類の緑色発光性ドーパントが下記式７で表される。
本発明において有用な化合物は、式７で表されることが好適である。
本発明において有用な化合物は、式７で表されることが好適である。
上式中、Ａ及びＡ’は、各々独立に、少なくとも一つの窒素を含有する６員芳香族環系に相当するアジン環系を表し、
各Ｘa及びＸbは、各々独立に選ばれた置換基であって、その２つのが結合してＡ又はＡ’に対する縮合環を形成することができるものを表し、
ｍ及びｎは、各々独立に０〜４であり、
ＹはＨ又は置換基であり、
Ｚa及びＺbは、各々独立に選ばれた置換基であり、そして
１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素又は窒素原子である。
各Ｘa及びＸbは、各々独立に選ばれた置換基であって、その２つのが結合してＡ又はＡ’に対する縮合環を形成することができるものを表し、
ｍ及びｎは、各々独立に０〜４であり、
ＹはＨ又は置換基であり、
Ｚa及びＺbは、各々独立に選ばれた置換基であり、そして
１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素又は窒素原子である。
当該デバイスにおいては、１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’がすべて炭素原子であることが好適である。当該デバイスは、縮合環を形成するように結合された置換基を含有する環Ａ又はＡ’の少なくとも一方又は両方を含有することが望ましい場合がある。有用な態様の一つとして、ハロゲン化物並びにアルキル、アリール、アルコキシ及びアリールオキシ基からなる群より選ばれたＸa基又はＸb基が少なくとも一つ存在するものが挙げられる。別の態様として、フッ素並びにアルキル、アリール、アルコキシ及びアリールオキシ基からなる群より各々選ばれたＺa基又はＺb基が存在するものが挙げられる。望ましい態様では、ＺaとＺbがＦである。Ｙは水素又は、アルキル、アリールもしくは複素環式基のような置換基であることが好適である。
これらの化合物の発光波長は、中央のビス（アジニル）メテンホウ素基の周囲に適当な置換を施すことにより、色目標、すなわち緑色を達成するように、ある程度調整することができる。有用な式のいくつかの例を挙げる。
本発明とその有利な効果を、後述する具体例によって詳細に説明する。用語「パーセント（％）」は、ホスト材料に対する具体的ドーパントの体積百分率（又は薄膜厚モニターで測定した厚さ比率）を示す。
図３〜図１４に、本発明により製造された白色発光性ＯＬＥＤデバイス構造及びその動作に関する各種パラメータのグラフを示す。本発明とその有利な効果を、後述する具体例によって詳細に説明する。
図３において、白色発光性有機デバイス３００は透光性基板３１０を有し、その上に透光性アノード３２０が配置されている。アノード３２０とカソード３７０との間に白色発光性有機構造体３００が形成されている。有機発光構造体は、順に、正孔注入層３３０及び、スーパールブレン黄色ドーパントがドープされた有機正孔輸送層３４０を含む。有機発光層３５０は、ＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１ドーパントを含む青色発光層である。有機電子輸送層３６０はＡｌｑでできている。
図４に、図３に示したデバイスと類似しているが、当該有機正孔輸送層が２つの二次層、層４４１及び層４４２を含む点で異なる白色発光性有機デバイス４００を示す。層４４２はドープされていないＮＰＢでできており、また層４４１は、青色発光層４５０に隣接し、スーパールブレン黄色ドーパントでドープされている。構造体４００の他の層は、基板４１０、アノード４２０、正孔注入層４３０、電子輸送層４６０及びカソード４７０である。
図５に、白色発光性有機デバイス５００を示す。当該電子輸送層は２つの二次層５６１及び５６２を含む。電子輸送性二次層５６１にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。電子輸送性二次層５６２には発光性ドーパントはドープされていない。青色発光層５５０はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１青色ドーパントを含む。構造体５００の他の層は、基板５１０、アノード５２０、正孔注入層５３０及びカソード５７０である。
図６に、構造体３００と構造体５００とを組み合わせたものである白色発光性有機デバイス６００を示す。正孔輸送層６４０にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。電子輸送層は、２つの電子輸送性二次層６６１及び６６２を含む。二次層６６１にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。青色発光層６５０はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１青色ドーパントを含む。このデバイスは、極めて高い安定性及び高い輝度効率を示す。構造体６００の他の層は、基板６１０、アノード６２０、正孔注入層６３０、電子輸送層６６２及びカソード６７０である。
図７に、図６に示したものと類似しているが、当該有機正孔輸送層が２つの二次層７４１及び７４２からなる点で異なる白色発光性有機デバイス７００を示す。層７４２はドープされていないＮＰＢでできており、そして青色発光層７５０に隣接する層７４１にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。電子輸送層は２つの二次層７６１及び７６２を含む。電子輸送性二次層７６１は青色発光層７５０に隣接し、かつ、スーパールブレンがドープされている。電子輸送性二次層７６２には発光性ドーパントはドープされていない。構造体７００の他の層は、基板７１０、アノード７２０、正孔注入層７３０及びカソード７７０である。
図８に、図３に示したものと類似しているが、当該電子輸送層が２つの二次層８６１及び８６２を含む点で異なる白色発光性有機デバイス８００を示す。電子輸送性二次層８６１は緑色発光性ドーパント、例えばＣ５４５Ｔ、ＣＦＤＭＱＡ及びＤＰＱＡを含み、また層８６１は青色発光層８５０に隣接する。電子輸送性二次層８６２には発光性ドーパントはドープされていない。青色発光層８５０はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１青色ドーパントからなる。正孔輸送層８４０にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。構造体８００の他の層は、基板８１０、アノード８２０、正孔注入層８３０及びカソード８７０である。
図９に、図８に示したものと類似しているが、当該有機正孔輸送層が２つの二次層９４１及び９４２を含む点で異なる白色発光性有機デバイス９００を示す。正孔輸送性二次層９４２はドープされていないＮＰＢでできており、そして青色発光層９５０に隣接する層９４１にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。電子輸送層は２つの二次層９６１及び９６２を含む。電子輸送性二次層９６１は、青色発光層９５０に隣接し、そして緑色ドーパント、例えばＣ５４５Ｔ、ＣＦＤＭＱＡ及びＤＰＱＡドーパントがドープされたＡｌｑを含む。電子輸送性二次層９６２には発光性ドーパントはドープされていない。青色発光層９５０はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１青色ドーパントからなる。構造体９００の他の層は、基板９１０、アノード９２０、正孔注入層９３０及びカソード９７０である。
図１０に、白色発光性有機デバイス１０００を示す。この場合、電子輸送層は三つの二次層１０６１、１０６２及び１０６３を含む。電子輸送性二次層１０６１にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされており、そしてこの層は青色発光層１０５０に隣接している。電子輸送性二次層１０６２は緑色発光性ドーパント、例えばＣ５４５Ｔ、ＣＦＤＭＱＡ及びＤＰＱＡを含む。電子輸送性二次層１０６３には発光性ドーパントはドープされていない。青色発光層１０５０はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１青色ドーパントを含むことができる。構造体１０００の他の層は、基板１０１０、アノード１０２０、正孔注入層１０３０、正孔輸送層１０４０及びカソード１０７０である。
図１１に、白色発光性有機デバイス１１００を示す。この場合、電子輸送層は三つの二次層１１６１、１１６２及び１１６３を含む。電子輸送性二次層１１６１にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされており、そしてこの層は青色発光層１１５０に隣接している。電子輸送性二次層１１６２は緑色発光性ドーパント、例えばＣ５４５Ｔ、ＣＦＤＭＱＡ及びＤＰＱＡを含む。電子輸送性二次層１１６３には発光性ドーパントはドープされていない。青色発光層１１５０はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１青色ドーパントを含むことができる。正孔輸送層１１４０にもスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。このデバイスは極めて高い安定性、高い輝度効率を示し、かつ、ＲＧＢカラーフィルター透過後のすべての色について良好な分光放射輝度を示す。構造体１１００の他の層は、基板１１１０、アノード１１２０、正孔注入層１１３０及びカソード１１７０である。
図１２に、白色発光性有機デバイス１２００を示す。この場合、電子輸送層は三つの二次層１２６１、１２６２及び１２６３を含む。電子輸送性二次層１２６１にはスーパールブレン黄色ドーパントがドープされており、そしてこの層は青色発光層１２５０に隣接している。電子輸送性二次層１２６２は緑色発光性ドーパント、例えばＣ５４５Ｔ、ＣＦＤＭＱＡ及びＤＰＱＡを含む。電子輸送性二次層１２６３には発光性ドーパントはドープされていない。青色発光層１２５０はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１青色ドーパントを含むことができる。正孔輸送層は２つの二次層１２４１及び１２４２を含む。正孔輸送性二次層１２４２はドープされていないＮＰＢである。正孔輸送性二次層１２４１は、青色発光層１２５０に隣接しており、そしてスーパールブレン黄色ドーパントがドープされている。構造体１２００の他の層は、基板１２１０、アノード１２２０、正孔注入層１２３０及びカソード１２７０である。
本発明とその有利な効果を以下の具体例によりさらに説明する。
デバイス例１〜６（表１）
ＯＬＥＤデバイスを以下のように構築した。
８０nmのＩＴＯを被覆した基板を、順に、市販の洗剤で超音波処理し、脱イオン水でリンスし、そしてトルエン蒸気中で脱脂した。これらの基板を酸素プラズマで約１分間処理した後、ＣＨＦ3をプラズマ蒸着して１nmのフルオロカーボン層を被覆した。これと同一の手順を、本発明による他の全てのデバイスの製造について採用した。
デバイス例１〜６（表１）
ＯＬＥＤデバイスを以下のように構築した。
８０nmのＩＴＯを被覆した基板を、順に、市販の洗剤で超音波処理し、脱イオン水でリンスし、そしてトルエン蒸気中で脱脂した。これらの基板を酸素プラズマで約１分間処理した後、ＣＨＦ3をプラズマ蒸着して１nmのフルオロカーボン層を被覆した。これと同一の手順を、本発明による他の全てのデバイスの製造について採用した。
これらの基板を、有機層及びカソードを蒸着するための蒸着チャンバに装填した。
例１のデバイスは、１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層（ＨＴＬ）、ＴＢＡＤＮホストに２％のＴＢＰ青色ドーパントをドープしてなる２０nmの青色発光層（ＬＥＬ）、３７．５nmのＡｌｑ電子輸送層（ＥＴＬ）及びカソードの一部として０．５nmのＬｉＦ及び２００nmのＡｌを順次蒸着して製造した。この工程序列によりＯＬＥＤデバイスの蒸着を完了した。
例１のデバイスは、１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層（ＨＴＬ）、ＴＢＡＤＮホストに２％のＴＢＰ青色ドーパントをドープしてなる２０nmの青色発光層（ＬＥＬ）、３７．５nmのＡｌｑ電子輸送層（ＥＴＬ）及びカソードの一部として０．５nmのＬｉＦ及び２００nmのＡｌを順次蒸着して製造した。この工程序列によりＯＬＥＤデバイスの蒸着を完了した。
次いで、ＯＬＥＤデバイスを、周囲環境から保護するため、窒素を充填した乾燥グローブボックス内で気密包装した。これらのＯＬＥＤデバイスを調製するために用いたＩＴＯパターン付き基板は、数種のテストパターンを含んだ。各デバイスの電流電圧特性及び電場発光収率を試験した。
例２〜６のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、１％〜５％の範囲内で濃度の異なるルブレンをドープした。例１のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例２〜６のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表１に、正孔輸送層にルブレン黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＴＢＰドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス１〜６について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例２〜６のデバイスで得られた最大輝度効率は約３．９cd/Aであった。
表１：ＨＴＬにルブレンをドープし、青色ＬＥＬにＴＢＡＤＮ＋ＴＢＰを使用した白色デバイスの特性
デバイス例７〜１２（表２）
例７〜１２のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるスーパールブレンＮＲ化合物をドープした。例７のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例８〜１２のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表２に、正孔輸送層にスーパールブレンＮＲ系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＴＢＰドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス７〜１２について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例７〜１２のデバイスで得られた最大輝度効率は約４．６cd/Aであった。表２は、一般にスーパールブレンＮＲを使用したデバイスの方が高い輝度収率を有することを示している。
例７〜１２のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるスーパールブレンＮＲ化合物をドープした。例７のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例８〜１２のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表２に、正孔輸送層にスーパールブレンＮＲ系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＴＢＰドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス７〜１２について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例７〜１２のデバイスで得られた最大輝度効率は約４．６cd/Aであった。表２は、一般にスーパールブレンＮＲを使用したデバイスの方が高い輝度収率を有することを示している。
表２：ＨＴＬにＮＲをドープし、青色ＬＥＬにＴＢＡＤＮ＋ＴＢＰを使用した白色デバイスの特性
デバイス例１３〜１８（表３）
例１３〜１８のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるスーパールブレンＤＢｚＲ化合物をドープした。例１３のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例１４〜１８のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表３に、正孔輸送層にスーパールブレンＤＢｚＲ系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＴＢＰドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス１３〜１８について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例１３〜１８のデバイスで得られた最大輝度効率は約５．９cd/Aであった。表３は、スーパールブレンＤＢｚＲを使用したデバイスの方が顕著に高い輝度収率を有することを示している。
例１３〜１８のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるスーパールブレンＤＢｚＲ化合物をドープした。例１３のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例１４〜１８のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表３に、正孔輸送層にスーパールブレンＤＢｚＲ系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＴＢＰドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス１３〜１８について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例１３〜１８のデバイスで得られた最大輝度効率は約５．９cd/Aであった。表３は、スーパールブレンＤＢｚＲを使用したデバイスの方が顕著に高い輝度収率を有することを示している。
表３：ＨＴＬにＤＢｚＲをドープし、青色ＬＥＬにＴＢＡＤＮ＋ＴＢＰを使用した白色デバイスの特性
デバイス例１９〜２４（表４）
例１９〜２４のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるルブレンをドープした。例１９のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例２０〜２４のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表４に、正孔輸送層にルブレン系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＢ−１系青色ドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス１９〜２４について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例１９〜２４のデバイスで得られた最大輝度効率は約６．６cd/Aであった。
例１９〜２４のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるルブレンをドープした。例１９のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例２０〜２４のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表４に、正孔輸送層にルブレン系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＢ−１系青色ドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス１９〜２４について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例１９〜２４のデバイスで得られた最大輝度効率は約６．６cd/Aであった。
表４：ＨＴＬにルブレンをドープし、青色ＬＥＬにＴＢＡＤＮ＋Ｂ−１を使用した白色デバイスの特性
デバイス例２５〜３０（表５）
例２５〜３０のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるスーパールブレンＤＢｚＲ化合物をドープした。例２５のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例２６〜３０のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表５に、正孔輸送層にスーパールブレンＤＢｚＲ系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＢ−１系青色ドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス２５〜３０について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例２５〜３０のデバイスで得られた最大輝度効率は約８．５cd/Aであった。表４におけるデバイスと比較して、スーパールブレンＤＢｚＲを使用したデバイスの方が顕著に高い輝度収率を有することがわかる。
例２５〜３０のデバイスを、図３に示したＯＬＥＤ３００の構造に従い調製した。厚さ１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層に、０％〜５％の範囲内で濃度の異なるスーパールブレンＤＢｚＲ化合物をドープした。例２５のデバイスは電磁スペクトルの青色領域において放出するが、例２６〜３０のデバイスの放出は白色又は青味もしくは黄味を帯びた白色であることが判明した。表５に、正孔輸送層にスーパールブレンＤＢｚＲ系黄色ドーパントを、そしてＴＢＡＤＮ青色発光層にＢ−１系青色ドーパントをそれぞれ使用して調製したデバイス２５〜３０について、輝度、色座標及び駆動電圧を示した。例２５〜３０のデバイスで得られた最大輝度効率は約８．５cd/Aであった。表４におけるデバイスと比較して、スーパールブレンＤＢｚＲを使用したデバイスの方が顕著に高い輝度収率を有することがわかる。
この、ＴＢＡＤＮホストにＢ−１ドーパントをドープしてなる青色発光層に隣接したＮＰＢ正孔輸送層にスーパールブレンＤＢｚＲをドープすることにより、極めて効率の高い白色発光性ＯＬＥＤが得られることが、本発明の重要な特徴である。黄色ドーパントと青色ドーパントの各種組合せの中でも、例２８のデバイスの効率が最高であった。
表５：ＨＴＬにＤＢｚＲをドープし、青色ＬＥＬにＴＢＡＤＮ＋Ｂ−１を使用した白色デバイスの特性
デバイス例３１〜３３（表６）
本発明の別の重要な特徴は、図６に示したように、ＮＰＢ正孔輸送層６４０及びＡｌｑ電子輸送層６６１の両方にスーパールブレンをドープしたＯＬＥＤから白色光を得ることができることである。図６のＯＬＥＤデバイスの青色発光層はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１ドーパントからなる。これらのデバイスは輝度収率が高く、しかも正孔輸送層又は電子輸送層のどちらかにスーパールブレンをドーピングして得られたデバイスよりも動作安定性が高くなる。
本発明の別の重要な特徴は、図６に示したように、ＮＰＢ正孔輸送層６４０及びＡｌｑ電子輸送層６６１の両方にスーパールブレンをドープしたＯＬＥＤから白色光を得ることができることである。図６のＯＬＥＤデバイスの青色発光層はＴＢＡＤＮホスト及びＢ−１ドーパントからなる。これらのデバイスは輝度収率が高く、しかも正孔輸送層又は電子輸送層のどちらかにスーパールブレンをドーピングして得られたデバイスよりも動作安定性が高くなる。
表６：ＨＴＬとＡｌｑ系ＥＴＬとにＤＢｚＲをドープし、青色ＬＥＬにＴＢＡＤＮホスト＋Ｂ−１ドーパントを使用した白色デバイスの特性
ＯＬＥＤデバイスを一定電流密度２０mA/cm2で動作させた時の駆動電圧及び輝度の経時変化を測定することにより、封入済ＯＬＥＤデバイスの周囲環境下での動作安定性を調べた。本発明の各種構造体に従い調製された白色ＯＬＥＤデバイスは高い動作安定性を示した。図１３に、例３１〜３３のデバイスについて、動作輝度安定性を示す。
図１４に、青色ドーパントと黄色ドーパントの組合せの異なる数種のデバイスについて、電流密度を関数とした相対輝度を示す。
Ｉ）ルブレンとＴＢＰの組合せ；
II）ＤＢｚＲとＴＢＰの組合せ；
III)ルブレンとＢ−１の組合せ；及び
IV）ＤＢｚＲとＢ−１の組合せ
Ｉ）ルブレンとＴＢＰの組合せ；
II）ＤＢｚＲとＴＢＰの組合せ；
III)ルブレンとＢ−１の組合せ；及び
IV）ＤＢｚＲとＢ−１の組合せ
ＤＢｚＲがルブレンよりも優れたデバイス性能を提供していることが明白である。また、ＤＢｚＲスーパールブレン黄色発光ドーパントをＮＰＢ系ＨＴＬ層にドープし、かつ、Ｂ−１青色発光ドーパントをＴＢＡＤＮホストにドープした組合せが、最良の効率を提供する。その組合せは、最高の安定性及び白色発光をも提供する。
１００…ＯＬＥＤデバイス
１１０…基板
１２０…アノード
１４０…発光層
１７０…カソード
２００…ＯＬＥＤデバイス
２１０…基板
２２０…透光性アノード
２３０…正孔注入層
２４０…正孔輸送層
２５０…発光層
２６０…電子輸送層
２７０…カソード
３００…ＯＬＥＤデバイス
３１０…基板
３２０…アノード
３３０…正孔注入層
３４０…正孔輸送層
３５０…発光層
３６０…電子輸送層
３７０…カソード
４００…ＯＬＥＤデバイス
４１０…基板
４２０…アノード
４３０…正孔注入層
４４１…正孔輸送性二次層
４４２…正孔輸送性二次層
４５０…発光層
４６０…電子輸送層
４７０…カソード
５００…ＯＬＥＤデバイス
５１０…基板
５２０…アノード
５３０…正孔注入層
５４０…正孔輸送層
５５０…青色発光層
５６１…電子輸送性二次層
５６２…電子輸送性二次層
５７０…カソード
６００…ＯＬＥＤデバイス
６１０…基板
６２０…アノード
６３０…正孔注入層
６４０…正孔輸送層
６５０…青色発光層
６６１…電子輸送性二次層
６６２…電子輸送性二次層
６７０…カソード
７００…ＯＬＥＤデバイス
７１０…基板
７２０…アノード
７３０…正孔注入層
７４１…正孔輸送性二次層
７４２…正孔輸送性二次層
７５０…青色発光層
７６１…電子輸送性二次層
７６２…電子輸送性二次層
７７０…カソード
８００…ＯＬＥＤデバイス
８１０…基板
８２０…アノード
８３０…正孔注入層
８４０…正孔輸送層
８５０…発光層
８６１…電子輸送性二次層
８６２…電子輸送性二次層
８７０…カソード
９００…ＯＬＥＤデバイス
９１０…基板
９２０…アノード
９３０…正孔注入層
９４１…正孔輸送性二次層
９４２…正孔輸送性二次層
９５０…青色発光層
９６１…電子輸送性二次層
９６２…電子輸送性二次層
９７０…カソード
１０００…ＯＬＥＤデバイス
１０１０…基板
１０２０…アノード
１０３０…正孔注入層
１０４０…正孔輸送層
１０５０…青色発光層
１０６１…電子輸送性二次層
１０６２…電子輸送性二次層
１０６３…電子輸送性二次層
１０７０…カソード
１１００…ＯＬＥＤデバイス
１１１０…基板
１１２０…アノード
１１３０…正孔注入層
１１４０…正孔輸送層
１１５０…青色発光層
１１６１…電子輸送性二次層
１１６２…電子輸送性二次層
１１６３…電子輸送性二次層
１１７０…カソード
１２００…ＯＬＥＤデバイス
１２１０…基板
１２２０…アノード
１２３０…正孔注入層
１２４１…正孔輸送性二次層
１２４２…正孔輸送性二次層
１２５０…発光層
１２６１…電子輸送性二次層１
１２６２…電子輸送性二次層２
１２６３…電子輸送性二次層３
１２７０…カソード
１１０…基板
１２０…アノード
１４０…発光層
１７０…カソード
２００…ＯＬＥＤデバイス
２１０…基板
２２０…透光性アノード
２３０…正孔注入層
２４０…正孔輸送層
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５３０…正孔注入層
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１２６２…電子輸送性二次層２
１２６３…電子輸送性二次層３
１２７０…カソード
Claims (7)
- a)アノードを含み、
b)該アノードの上に配置された正孔輸送層を含み、
c)該正孔輸送層の上に直接配置された、青色発光性化合物をドープした青色発光層を含み、
d)該青色発光層の上に配置された電子輸送層を含み、
e)該電子輸送層の上に配置されたカソードを含み、そして
f)該正孔輸送層もしくは該電子輸送層又は該正孔輸送層と該電子輸送層の両方が、スペクトルの黄色領域の光を放出する下記化合物又はその誘導体で選択的にドープされていることを特徴とする、実質的に白色光を発する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイス：
第１グループ：水素、又は炭素原子数１〜２４のアルキル；
第２グループ：炭素原子数５〜２０のアリール又は置換アリール；
第３グループ：ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な４〜２４個の炭素原子；
第４グループ：単結合で結合されていても、縮合ヘテロ芳香族環系を完成してもよい、炭素原子数５〜２４のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール；
第５グループ：炭素原子数１〜２４のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ；又は
第６グループ：フッ素、塩素、臭素又はシアノ
から独立に選ばれるものを表わすが、但し、
Ｒ5とＲ6が縮合環を形成することはなく、また、置換基Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4の少なくとも一つは、水素以外の基で置換されている。 - 該電子輸送層に緑色発光性ドーパント又は緑色発光性ドーパントと黄色発光性ドーパントとの組合せがドープされている、請求項１に記載のＯＬＥＤデバイス。
- 該緑色発光性ドーパントの濃度が当該ホスト材料の０．１〜５体積％の範囲内にある、請求項２に記載のＯＬＥＤデバイス。
- 該カソード層の上に配置されたバッファ層をさらに含む、請求項１に記載のＯＬＥＤデバイス。
- 該バッファ層の厚さが１nm〜１０００nmの範囲内にある、請求項４に記載のＯＬＥＤデバイス。
- 該基板又は該カソードの上に配置されたカラーフィルターアレイをさらに含む、請求項１に記載のＯＬＥＤデバイス。
- 該バッファ層の上に配置されたカラーフィルターアレイをさらに含む、請求項３に記載のＯＬＥＤデバイス。
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