JP2008503055A - スタック型有機エレクトロルミネッセンスデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】スタック型有機エレクトロルミネッセンスデバイスを提供する。
【解決手段】発光デバイスは、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子（１００、２００）のスタックを含み、スタック内の有機ＥＬ素子は別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分に重なり、かつそれぞれの有機ＥＬ素子は電気的に分離している（５０）ようになっている。スタック内の有機ＥＬ素子の各々は、異なるレベルの電圧（１１０、２１０）で活性化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンスデバイス（「ＯＥＬＤ」）に関する。具体的には、本発明は、スタックの形態で配置された複数のエレクトロルミネッセンス素子を有するそのようなデバイスに関する。

電気エネルギーを電磁エネルギーに変換するエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）デバイスは、有機又は無機のいずれかとして分類することができ、グラフィックディスプレイ及びイメージング技術においてよく知られている。ＥＬデバイスは、多くの用途において様々な形状で生産されてきた。無機半導体材料を含む無機ＥＬデバイスは、近年多くの用途で受け入れられてきた。しかしながら、それらは一般的に、高い活性化電圧が必要であること及び輝度が低いことに問題がある。他方、より最近開発された有機ＥＬデバイス（「ＯＥＬＤ」）は、製造が簡単であることに加えて、活性化電圧がより低いこと及び輝度がより高いことに利点があり、従って、より広範な用途が期待される。

ＯＥＬＤは一般的に、ガラス又は透明プラスチックなどの基板上に形成された薄膜構造体である。有機ＥＬ材料の発光層及び任意選択的な隣接する有機半導体層は、カソードとアノードとの間に挟まれる。有機半導体層は、正孔（正電荷）注入層又は電子（負電荷）注入層のいずれかとすることができ、また有機材料を含むことができる。発光層用の材料は、異なる波長を有する光を放出（発光）する多くの有機ＥＬ材料から選択することができる。発光有機層自体は、各々が異なる有機ＥＬ材料を含む複数のサブ層から構成することができる。最新技術のＥＬ材料は、可視スペクトル内で狭い波長範囲を有する電磁（「ＥＭ」）放射線を発することができる。本明細書では、特に述べない限り、「ＥＭ放射線」及び「光」という用語は、一般的に紫外（「ＵＶ」）から中赤外（「ｍｉｄ−ＩＲ」）の範囲の波長、つまり約３００ｎｍ〜約１０μｍ（マイクロメートル）の範囲の波長を有する放射線を意味するために互換的に使用する。ＯＥＬＤは、現在では比較的低い活性化電圧を必要とするが、これらのデバイスの連続的活性化は、依然としてその寿命を制限する一因となっている。
米国特許第６，０２３，３７１号公報 米国特許第５，９９８，８０３号公報 米国特許第６，１０７，７３４号公報 米国特許第５，９１７，２８０号公報 米国特許第５，８３７，３９１号公報 米国特許第５，６７７，５７２号公報 欧州特許第１０９８３７６号公報 欧州特許第１３８８８９４号公報

従って、より長い寿命を有するＯＥＬＤを提供する必要性が未だ存在する。さらに、より長い寿命を有するが、照明能力が低下する問題がないＯＥＬＤを含む光源を提供することが非常に望ましい。

総括的には、本発明は、１つの有機ＥＬ素子が別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分に重なるようにスタックの形態で配置された複数の有機ＥＬ素子を含む発光デバイスを提供する。

本発明の１つの態様では、有機ＥＬ素子は、互いに電気的に分離している。そのような有機ＥＬ素子の各々は、一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含む。

本発明の別の態様では、各有機ＥＬ素子には、異なる活性化電圧が供給される。

本発明のさらに別の態様では、発光デバイスを製造する方法は、１つの有機ＥＬ素子が別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分に重なるようなスタックの形態で複数の有機ＥＬ素子を配置する段階を含む。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の以下の詳細な説明及びその中で同一の参照符号が同じ要素を示している添付の図面を精読することにより明らかになるであろう。

総括的には、本発明は、１つの有機ＥＬ素子が別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分に重なるようにスタックの形態で配置された複数の有機ＥＬ素子を含む発光デバイスを提供する。本発光デバイスは、従来技術のＯＥＬＤと実質的に同じ照明能力を提供するが、より低い活性化電圧を必要とする。本明細書で使用する場合、「エレクトロルミネッセンスデバイス」という用語は、電気エネルギーを、単独に又は別のエネルギー形態と共にかのいずれかで電磁エネルギーに変換するデバイスを意味する。例えば、エレクトロルミネッセンスデバイスは、それに限定されないが、発光ダイオード又は発光電気化学セルとすることができる。

図１は、本発明の発光デバイス１０を概略的に示す。発光デバイス１０は、スタックの形態で配置されかつ電気絶縁材料５０によって分離された有機ＥＬ素子１００及び２００を含み、有機ＥＬ素子１００の少なくとも一部分が、有機ＥＬ素子２００の少なくとも一部分に重なるようになっている。有機ＥＬ素子１００は、第１の電極１２０と第２の電極１４０との間に配置された第１の有機ＥＬ材料１３０を含む。同様に、有機ＥＬ素子２００は、第１の電極２２０と第２の電極２４０との間に配置された第２の有機ＥＬ材料２３０を含む。絶縁材料５０は、ガラス又は実質的に透明なプラスチック材料のような実質的に透明な材料を含む。有機ＥＬ素子１００及び２００には、それぞれ電源１１０及び２１０が設けられる。１つの実施形態では、有機ＥＬ素子１００及び２００に供給される電圧Ｖ_１００及びＶ_２００は、異なる値を有し、この異なる値は、複合発光デバイス１０から所望の輝度が発生するように選択される。従って、電圧Ｖ_１００及びＶ_２００の各々は、１つの有機ＥＬ材料（１３０又は２３０）が別のＥＬ材料で必要となる可能性がある相対的により高い電圧に曝されないように、独立して選択することができる。別の実施形態では、電源１１０及び２１０は、有機素子１００及び２００に対して異なる値の電流を供給する。図１は２つの有機ＥＬ素子１００及び２００を示しているが、本発明の発光デバイス１０には、２つよりも多い有機ＥＬ素子を含ませることができることを理解されたい。１つの実施形態では、第１の電極１２０及び２２０は、アノードであり、第２の電極１４０及び２４０は、カソードである。別の実施形態では、１つの有機ＥＬ素子内の第１及び第２の電極の順序を逆にすることができる。

別の実施形態では、発光デバイス１０は、図３に示すように基板７０上に配置される。基板７０は、ガラス又は実質的に透明なプラスチック材料を含むことができる。

１つの実施形態では、有機ＥＬ材料１３０及び２３０は、同一の材料を含む。別の実施形態では、有機ＥＬ材料１３０及び２３０は、異なる材料を含む。例えば、各ＥＬ材料は、異なる波長域で発光することができる。

さらに別の実施形態では、発光デバイスは、スタックの形態で配置された３つの有機ＥＬ素子を含み、これら３つの有機ＥＬ素子は、個別に青色、緑色及び赤色の波長域で発光する。例えば、各有機ＥＬ素子は、実質的に４００〜４８０ｎｍ、４８０〜５８０ｎｍ及び５８０〜７００ｎｍからなる群から選択された波長域で発光することができる。従って、そのような発光デバイスは、個々のＥＬ素子からの光の混合によって白色光をもたらすことができる。

有機ＥＬ材料の輝度は一般的に、図４に示すように妥当な電圧範囲内では印加電圧と共に単調増加する。従って、本発明の１つの実施形態では、スタックの形態で配置されかつ各々が低電圧で活性化された複数の有機ＥＬ素子は、遥かに高い電圧で活性化された単一の有機ＥＬ素子によってもたらされる輝度と実質的に同一の全体輝度をもたらすことができる。本発明におけるより低い電圧（又は電流密度）での有機ＥＬ素子の作動により、図５に青色発光ポリマーについて示しているように、より長いＥＬ素子の寿命が得られる。例えば、スタックの形態で配置されかつその各々がバイアス電圧Ｖ_１で作動する２つの実質的に同一な有機ＥＬ素子を含む発光デバイス１０は、バイアス電圧Ｖ_２＞Ｖ_１（図４を参照）で作動させなければならない単一の有機ＥＬ素子と同一である２Ｂの全体輝度をもたらすことができる。

次に、有機ＥＬ素子の成分を詳細に説明する。

有機ＥＬ素子１００（又は２００）のアノード１２０（又は２２０）は、例えば約４．４ｅＶよりも大きい、例えば約５ｅＶ〜約７ｅＶのような高い仕事関数を有する材料を含む。この目的のために、一般的にインジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）が使用される。ＩＴＯは、光の透過に対して実質的に透明であり、有機ＥＬ層１３０（又は２３０）から放出された光が極度に減弱されずにＩＴＯアノード層を容易に通り抜けるのを可能にする。「実質的に透明」という用語は、可視波長域の光の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％が、１０度未満又は１０度に等しい入射角で約０．５μｍの厚さを有するフィルムを通して透過するのを可能にすることを意味する。アノード層として使用するのに好適な他の材料は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛インジウムスズ酸化物、酸化アンチモン及びそれらの混合物である。アノード層１２０に使用可能なさらに他の材料は、カーボンナノチューブ或いは金又は銀のような金属である。アノード層１２０は、物理蒸着、化学蒸着又はスパッタリングによって下にある要素上に堆積させることができる。そのような導電性酸化物を含むアノードの厚さは、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、好ましくは約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、より好ましくは約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内とすることができる。例えば約５０ｎｍよりも薄い、好ましくは約２０ｎｍよりも薄い厚さを有する層のような薄くかつ実質的に透明な金属層もまた、好適である。アノード１２０に好適な金属は、約４．４ｅＶよりも大きいような高い仕事関数を有する金属であり、例えば銀、銅、タングステン、ニッケル、コバルト、鉄、セレン、ゲルマニウム、金、白金、アルミニウム或いはそれらの混合物又はそれらの合金である。１つの実施形態では、アノード１２０は、ガラス又はポリマー材料を含む基板のような実質的に透明な基板上に配置するのが望ましい場合がある。

カソード１４０（又は２４０）は、有機ＥＬ層１３０（又は２３０）内に負電荷キャリア（電子）を注入するものであり、例えば約４ｅＶよりも小さいような低い仕事関数を有する材料で作られる。カソードとしての使用に好適な低仕事関数の材料は、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド系列の元素、それらの合金又はそれらの混合物である。カソード層１４０の製造に好適な合金材料は、Ａｇ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ｉｎ−Ｍｇ合金及びＡｌ−Ｃａ合金である。アルミニウム又は銀のような幾つかの他の金属のより厚い層で覆った、Ｃａ（約１〜約１０ｎｍの厚さ）のような金属或いはＬｉＦ、ＫＦ又はＮａＦのような非金属の薄層などの層状非合金構造もまた、実施可能である。カソード１４０は、物理蒸着、化学蒸着又はスパッタリングによって下にある要素上に堆積させることができる。出願人達は、上述のものの中から選択した電子供与材料がカソード材料の仕事関数を低下させ、従って有機ＥＬ材料１３０内への電子注入及び／又は電子輸送に対する障壁を減少させることを、思いがけなく発見した。カソード１４０（又は２４０）は、実質的に透明であるのが好ましい。幾つかの環境では、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛インジウムスズ酸化物、酸化アンチモン及びそれらの混合物からなる群から選択した材料で作られた実質的に透明なカソードを設けることが望ましい場合がある。カーボンナノチューブのような材料もまた、カソード材料として使用することができる。

有機ＥＬ層１３０（又は２３０）は、正孔及び電子の両方に対する輸送媒体としての役割を果たす。この層内において、これらの励起種は、結合してより低いエネルギーレベルに低下し、同時に可視域のＥＭ放射線を放出する。有機ＥＬ材料は、所望の波長域でエレクトロルミネッセンスするように選択される。有機ＥＬ層１３０の厚さは、約１００〜約３００ｎｍの範囲内に保たれるのが好ましい。有機ＥＬ材料は、ポリマー、コポリマー、ポリマーの混合物、又は不飽和結合を有する低分子量有機分子とすることができる。そのような材料は、非局在化π電子系を保有し、この非局在化π電子系が、ポリマー鎖又は有機分子に、高い移動度の状態で正及び負電荷キャリアを担持する能力を与える。好適なＥＬポリマーは、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（約３８０〜５００ｎｍの波長の紫色〜青色光を発光する「ＰＶＫ」）及びその誘導体、並びにポリフルオレン及び例えばポリ（９，９ジヘキシルフルオレン）（４１０〜５５０ｎｍ）、ポリ（ジオクチルフルオレン）（４３６ｎｍのＥＬ発光ピーク波長）又はポリ｛９，９−ビス（３，６（ジオキサへプチル）−フルオレン−２，７−ジイル｝（４００〜５５０ｎｍ）などのポリ（アルキルフルオレン）のようなその誘導体、並びにポリ（パラフェニレン）（「ＰＰＰ」）及びポリ（２−デシルオキシ−１，４−フェニレン）（４００ｎｍ〜５５０ｎｍ）又はポリ（２，５ジへプチル−１，４−フェニレン）のようなその誘導体、並びにポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（「ＰＰＶ」）及びジアルコキシ−置換ＰＰＶ又はシアノ−置換ＰＰＶのようなその誘導体、並びにポリチオフェン及びポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（４，４’−ジアルキル−２、２’−ビオチオフェン）又はポリ（２，５−チエニレンビニレン）のようなその誘導体、並びにポリ（ピリジンビニレン）及びその誘導体、並びにポリキノキサリン及びその誘導体、並びにポリキノリン及びその誘導体である。これらのポリマー及び他のポリマーの１つ又はそれ以上をベースにしたこれらのポリマー及びコポリマーの混合物を使用して、発光色を調整することができる。

別の種類の好適なＥＬポリマーは、ポリシランである。ポリシランは、種々のアルキル及び／又はアリール側基で置換された線状ケイ素骨格ポリマーである。これらは、ポリマー骨格鎖に沿って非局在化σ共役電子を有する疑似１次元材料である。ポリシランの実施例には、ポリ（ジ−ｎ−ブチルシラン）、ポリ（ジ−ｎ−ペンチルシラン）、ポリ（ジ−ｎ‐へキシルシラン）、ポリ（メチルフェニルシラン）及びポリ｛ビス（ｐ−ブチルフェニル）シラン｝があり、これらは、Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ他による「Ｎｅａｒ−Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｆｒｏｍ Ｐｏｌｙｓｉｌａｎｅｓ」、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍ、Ｖｏｌ．３３１、６４−７０（１９９８）に開示されている。これらのポリシランは、約３２０ｎｍ〜約４２０ｎｍの範囲の波長を有する光を放出する。

例えば多数の芳香族単位で作られた約５０００よりも小さい分子量を有する有機材料もまた、適用可能である。このような材料の実施例は、３８０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域で発光する１,３,５−トリス｛ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）フェニルアミノ｝ベンゼンである。有機ＥＬ層はまた、フェニルアントラセン、テトラアリールエテン、クマリン、ルブレン、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ぺリレン、コロネン又はそれらの誘導体のような低分子量有機分子から調製することができる。これらの材料は通常、約５２０ｎｍの最大波長を有する光を放出する。さらに他の好適な材料は、４１５〜４５７ｎｍの波長域で発光するアルミニウム−、ガリウム−及びインジウム−アセチルアセトネート、或いは４２０〜４３３ｎｍの波長域で発光するアルミニウム−（ピコリメチルケトン）−ビス｛２，６−ジ（ｔ−ブチル）フェノキシド｝又はスカンジウム−（４−メトキシ−ピコリメチルケトン）−ビス（アセチルアセトネート）のような低分子量有機金属錯体である。白色光用途の場合には、好ましい有機ＥＬ材料は、青色〜緑色の波長で発光する材料である。

可視波長域で発光する他の好適な有機ＥＬ材料は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム及びその誘導体のような８−ヒドロキシキノリンの有機金属錯体である。有機ＥＬ材料の他の非限定的な実施例は、Ｕ．Ｍｉｔｓｃｈｋｅ及びＰ．Ｂａｕｅｒｌｅによる「Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．、Ｖｏｌ．１０、ｐｐ１４７１〜１５０７（２０００）に開示されている。

物理又は化学蒸着法、スピンコーティング法、浸漬コーティング法、スプレー法、インクジェット印刷法、グラビアコーティング法、フレキソ印刷コーティング法、スクリーン印刷法又は注型法によって下にある層（例えば、電極層）上に有機ＥＬ層材料を堆積させた後に、必要に応じて材料を重合又は硬化させる。有機ＥＬ材料は、その粘度を調整するために溶媒中で希釈させることができ、或いはフィルム形成媒体として作用する別のポリマー材料と混合することができる。

さらに、発光素子１００内には１つ又はそれ以上の付加層を含ませて、その効率をさらに増大させることができる。例えば、付加層は、有機ＥＬ層１３０内への正電荷（正孔）の注入及び／又は輸送を改善する働きをすることができる。これらの層の各々の厚さは、５００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下に保たれる。これらの追加層に好適な材料は、低〜中間分子量（例えば、約２０００よりも少ない）の有機分子、例えばポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（「ＰＥＤＯＴ」）及びポリアニリンである。これらの層は、素子１００の製造中に、スプレーコーティング、浸漬コーティング、グラビアコーティング、フレキソコーティング、スクリーン印刷或いは物理又は化学蒸着のような従来通りの方法によって施すことができる。図６に示す本発明の１つの実施形態では、正孔注入増強層１２２は、アノード層１２０と有機ＥＬ層１３０との間に形成されて、所定の順方向バイアスでのより高い注入電流及び／又はデバイスが損傷しない範囲でのより高い最大電流をもたらす。従って、正孔注入増強層は、アノードからの正孔の注入を促進する。正孔注入増強層に好適な材料は、３,４,９,１０−ペリレンテトラ−カルボン酸二無水物又はビス（１，２，５−チアジアゾロ）−ｐ−キノビス（１，３−ジチオール）のような、米国特許第５，９９８，８０３号に開示されているアリレンベースの化合物である。

図７の発光デバイス１０はさらに、正孔注入増強層１２２と有機ＥＬ層１３０との間に配置された正孔輸送層１２４を含む。正孔輸送層１２４は、正孔を輸送しかつ電子の輸送を阻止する機能を有し、それにより正孔及び電子が有機ＥＬ層１３０内で最適に結合されるようにする。正孔輸送層に好適な材料は、米国特許第６，０２３，３７１号に開示されているような、トリアリールジアミン、テトラフェニルジアミン、芳香族第３級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、及びポリチオフェンである。

図８に概略的に示す本発明のさらに別の実施形態では、発光素子１００は、カソード１４０の導電層３４と有機ＥＬ層１３０との間に配置することができる付加層１５４を含む。層１５４はさらに、有機ＥＬ層１３０に対する電子の注入及び輸送を増強することができる（以下では「電子注入及び輸送増強層」と呼ぶ）。電子注入及び輸送増強層に好適な材料は、米国特許第６，０２３，３７１に開示されているような、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムのような有機金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、及びニトロ基置換フルオレン誘導体である。

実施例：有機ＥＬ素子の製作
有機ＥＬ素子を製造した。各々は、青色、緑色又は赤色光を発光する有機ＥＬポリマーを含む。有機ＥＬポリマーは、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｄｙｅ Ｓｏｕｒｃｅ，Ｉｎｃ．（カナダ、ケベック州、Ｂａｉｅ ｄ’Ｕｒｆｅに所在）から購入し、それらは、カタログ番号ＡＤＳ３２９ＢＥ（青色発光）、ＡＤＳ１３２ＧＥ（緑色発光）及びＡＤＳ２００ＲＥ（赤色発光）を有していた。ＡＤＳ３２９ＢＥは、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−メチルフェニル−４−アニリン）でエンドキャップされたポリ（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）である。ＡＤＳ１３２ＧＥは、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−アルト−コ−（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｐ−ブチル−オキシフェニル）−１，４−ジアミノベンゼンである。ＡＤＳ２００ＲＥは、多面体オリゴマーシルセスキオキサンでエンドキャップされたポリ｛２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン｝である。

有機ＥＬ素子は、以下のように製造した。

ＩＴＯでプレコートされたガラス基板は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｆｉｌｍｓ（コロラド州ロングモントに所在）から購入し、次に紫外線及びオゾンを用いて清浄化した。約６０ｎｍの厚さを有するポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルフォン酸塩（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の層を、清浄化したＩＴＯ被覆ガラスのＩＴＯ側面上にスピンコーティング法によって堆積させ、大気雰囲気において約１７０℃で１時間ほど焼成した。被覆片は次に、制御雰囲気グローブボックス（水分及び酸素レベルは１ｐｐｍ未満）内に移動させた。約８０ｎｍの厚さを有する選択した有機ＥＬポリマーの層を、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ層上にスピンコーティング法によって堆積させた。約４ｎｍの厚さを有するＮａＦの層を、ポリマー層上に約２ｘ１０^−６ｍｍＨｇの真空において蒸着させた。次に、約１２０ｎｍの厚さを有するアルミニウムの層を、ＮａＦ層上に同様に蒸着させた。次に、多層集合体全体をスライドガラスで封入し、エポキシ樹脂で密封した。図８及び図９には、バイアス電圧及び電流密度の関数としての各有機ＥＬ素子の輝度を示している。個々の有機ＥＬ素子は所望の輝度を得るように異なるバイアス電圧で独立して作動させることができることが理解できる。従って、有機ＥＬ素子をスタックの形態で配置しかつそれらを独立して作動させることによって、幾つかの素子は、より高いバイアス電圧に不必要に曝されることがなくなり、その結果それらのより長い寿命が得られる。

複数の有機ＥＬ素子をスタックすることはまた、１つの有機ＥＬ素子の輝度不均一性をスタック内の別の有機ＥＬ素子によって緩和することができるので、より均一な輝度を形成する利点をもたらす。この状況は、例えば一対の電極が有機ＥＬ材料のシートの２つの対向する端面と接触した状態で配置された時に起こる。大部分の透明な導体／電極のシートは有限抵抗を有するので、ＥＬ素子の輝度は、アノードからカソードまで連続的に低下する。この輝度の低下を緩和するために、同一構成の第２の有機ＥＬ素子を、該第２の素子における電流の方向が第１の素子における電流の方向と対向するように、第１の有機ＥＬ素子上に配置する。この配置により、デバイス全体からのより均一な輝度が形成される。

１つの実施形態では、有機ＥＬ素子の少なくとも２つのスタックが、互いに隣接して配置される。単一スタック内の有機ＥＬ素子は、電気的に分離しているが、各スタックから１つずつである隣接するスタックの有機ＥＬ素子は、図１１に示すように互いに電気的に直列に接続される。そのような直列の各々は、そのような直列に対して所望の電圧だけがその上に加えられるように、独立して制御される。図１１は、その各々が２つの素子を有する２つの有機ＥＬ素子スタックを示しているが、本発明は、その各々が少なくとも２つよりも多いあらゆる数の素子を有するあらゆる数のスタックにも同様に適用可能である。

１つの実施形態では、単一スタックの有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料は、異なる材料を含む。さらに、それらは、異なる光色を発光することができる。別の実施形態では、電気的に直列に接続された有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料は、同一の材料を含むと同時に、単一スタックの有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料は、異なる材料を含む。

本発明の別の態様では、発光デバイスを製造する方法は、スタックの１つの有機ＥＬ素子が該スタックの別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分と重なりかつそれぞれの有機ＥＬ素子が電気的に分離しているようなスタックの形態で、その各々が一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含む複数の有機ＥＬ素子を配置する段階を含む。

さらに別の態様では、発光デバイスを製造する方法は、（ａ）基板を準備する段階と、（ｂ）基板上に第１の有機ＥＬ素子を配置する段階と、（ｃ）第１の有機ＥＬ素子上に非導電性材料を配置する段階と、（ｄ）非導電性材料上に第２の有機ＥＬ素子を配置する段階とを含み、各有機ＥＬ素子は、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた有機ＥＬ材料を含み、また非導電性材料は、第１及び第２の有機ＥＬ素子を電気的に分離するようにする。

さらに別の態様では、有機ＥＬ素子を配置する段階は、（１）下にある層上に第１の導電性材料を配置する段階と、（２）第１の導電性材料上に有機ＥＬ材料を配置する段階と、（３）有機ＥＬ材料上に第２の導電性材料を配置する段階とを含む。

さらに別の態様では、導電性材料を配置する段階は、物理蒸着法、化学蒸着法及びスパッタリング法からなる群から選択された方法によって達成される。有機ＥＬ材料を配置する段階は、物理蒸着法、化学蒸着法、スピンコーティング法、浸漬コーティング法、スプレー法、インクジェット印刷法及び注型法からなる群から選択された方法によって達成される。配置する段階の後に、必要に応じて有機ＥＬ材料を重合する段階又は有機ＥＬ材料を硬化させる段階が続く。

さらに別の態様では、光を発生させる方法は、スタックの１つの有機ＥＬ素子が該スタックの別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分と重なり、それぞれの有機ＥＬ素子が電気的に分離しており、かつ各有機ＥＬ素子が一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含むようになった該スタックの複数の有機ＥＬ素子の各有機ＥＬ素子に対して、独立した電圧を供給する段階を含む。

本発明の本方法のさらに別の態様では、有機ＥＬ素子に印加される電圧は、別の有機ＥＬ素子に印加される電圧とは異なる。

本明細書では様々な実施形態を説明しているが、当業者はそれらの実施形態において様々な要素の組合せ、変更、均等物及び改良を行うことができ、それらも依然として特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲内にあることが、本明細書から解るであろう。

本発明の発光デバイスの第１の実施形態を概略的に示す図。 １つの発光素子の一部分が別の発光素子の一部分に重なるようになった本発明の発光デバイスの別の実施形態を概略的に示す図。 基板上に配置された本発明の発光デバイスを概略的に示す図。 典型的な有機ＥＬ素子についての輝度対バイアス電圧を示す図。 異なる電流密度で作動させた２つのデバイスの寿命を示す図。 正孔注入増強層を含む有機ＥＬ素子を概略的に示す図。 正孔注入増強層及び正孔輸送層を含む有機ＥＬ素子を概略的に示す図。 電子注入及び輸送増強層を含む有機ＥＬ素子を概略的に示す図。 ３つの異なる色を発光する３つの有機ＥＬ素子について輝度をバイアス電圧の関数として示す図。 ３つの異なる色を発光する３つの有機ＥＬ素子について輝度を電流密度の関数として示す図。 １つのスタックの１つの素子が異なるスタックの別の素子に電気的に直列に接続されるようになった有機ＥＬ素子のスタックを概略的に示す図。

符号の説明

１０ 発光デバイス
５０ 絶縁材料
７０ 基板
１００、２００ 有機ＥＬ素子
１１０、２１０ 電源
１２０、２２０ 第１の電極
１２２ 正孔注入増強層
１２４ 正孔輸送層
１３０ 第１の有機ＥＬ材料
１４０、２４０ 第２の電極
１５４ 電子注入及び輸送増強層
２３０ 第２の有機ＥＬ材料

Claims (26)

1. １つの有機ＥＬ素子が別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分に重なるようにスタックの形態で配置された複数の有機ＥＬ素子を含み、
   前記有機ＥＬ素子が、電気的に分離している、
   発光デバイス。
2. 各有機ＥＬ素子が、異なる電圧で活性化される、請求項１記載の発光デバイス。
3. 各有機ＥＬ素子が、異なる電流で活性化される、請求項１記載の発光デバイス。
4. 各有機ＥＬ素子が、一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含む、請求項１記載の発光デバイス。
5. 前記１つの有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料が、前記別の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料と同一である、請求項１記載の発光デバイス。
6. 前記１つの有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料が、前記別の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料と異なる、請求項１記載の発光デバイス。
7. 前記電極の１つが、インジウムスズ酸化物、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛インジウムスズ酸化物、酸化アンチモン、カーボンナノチューブ、銀、金及びそれらの混合物からなる群から選択された材料を含む、請求項４記載の発光デバイス。
8. 前記電極の１つが、カソードであり、かつＫ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド系列の元素、それらの合金、それらの混合物、Ａｇ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ｉｎ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｃａ合金、ＬｉＦ、ＫＦ及びＮａＦからなる群から選択された材料を含む、請求項４記載の発光デバイス。
9. 前記電極の１つが、カソードであり、かつインジウムスズ酸化物、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛インジウムスズ酸化物、酸化アンチモン、カーボンナノチューブ及びそれらの混合物からなる群から選択された材料を含む、請求項４記載の発光デバイス。
10. 前記カソードが、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さを有する層である、請求項９記載の発光デバイス。
11. 前記有機ＥＬ材料が、ポリ（ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリフルオレン、ポリ（アルキルフルオレン）、ポリ（パラフェニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリチオフェン、ポリ（ピリジンビニレン）、ポリキノキサリン、ポリ（キノリン）及びそれらの誘導体からなる群から選択された材料を含む、請求項４記載の発光デバイス。
12. 前記有機ＥＬ材料が、ポリシランを含む、請求項４記載の発光デバイス。
13. 前記ポリシランが、ポリ（ジ−ｎ−ブチルシラン）、ポリ（ジ−ｎ−ペンチルシラン）、ポリ（ジ−ｎ−へキシルシラン）、ポリ（メチルフェニルシラン）及びポリ｛ビス（ｐ−ブチルフェニル）シラン｝からなる群から選択される、請求項１２記載の発光デバイス。
14. 前記有機ＥＬ材料が、８−ヒドロキシキノリン、アルミニウム−アセチルアセトネート、ガリウム−アセチルアセトネート及びインジウム−アセチルアセトネートのそれぞれの有機金属錯体、アルミニウム−（ピコリメチルケトン）−ビス｛２，６−ジ（ｔ−ブチル）フェノキシド｝、スカンジウム−（４−メトキシ−ピコリメチルケトン）−ビス（アセチルアセトネート）並びにそれらの混合物からなる群から選択された材料を含む、請求項４記載の発光デバイス。
15. 前記スタック内の各有機ＥＬ素子が、異なる電圧レベルで活性化される、請求項４記載の発光デバイス。
16. スタックの１つの有機ＥＬ素子が同一のスタックの別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分に重るようになった複数の有機ＥＬ素子スタックを含み、
    前記同一のスタックのそれぞれの有機ＥＬ素子が、電気的に分離しており、
    １つのスタックの１つの有機ＥＬ素子が、隣接するスタック内の別の有機ＥＬ素子に電気的に直列に接続され、
    各有機ＥＬ素子が、一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含む、
    発光デバイス。
17. 前記同一のスタックのそれぞれの有機ＥＬ素子が、異なる光色を発光する、請求項１６記載の発光デバイス。
18. 前記電気的に直列に接続されたそれぞれの有機ＥＬ素子が、同一の有機ＥＬ材料を含む、請求項１６記載の発光デバイス。
19. 各直列の有機ＥＬ素子が、異なる電圧レベルで活性化される、請求項１６記載の発光デバイス。
20. 発光デバイスを製造する方法であって、
    スタックの１つの有機ＥＬ素子が該スタックの別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分と重なりかつ前記それぞれの有機ＥＬ素子が電気的に分離しているようなスタックの形態で、その各々が一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含む複数の有機ＥＬ素子を配置する段階を含む、
    方法。
21. 発光デバイスを製造する方法であって、
    （ａ）基板を準備する段階と、
    （ｂ）前記基板上に第１の有機ＥＬ素子を配置する段階と、
    （ｃ）前記第１の有機ＥＬ素子上に非導電性材料を配置する段階と、
    （ｄ）前記非導電性材料上に第２の有機ＥＬ素子を配置する段階と、を含み、
    各有機ＥＬ素子が、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた有機ＥＬ材料を含み、また前記非導電性材料が、前記第１及び第２の有機ＥＬ素子を電気的に分離するようにする、
    方法。
22. 前記有機ＥＬ素子を配置する段階が、
    （１）下にある層上に第１の導電性材料を配置する段階と、
    （２）前記第１の導電性材料上に有機ＥＬ材料を配置する段階と、
    （３）前記有機ＥＬ材料上に第２の導電性材料を配置する段階と、
    を含む、請求項２１記載の方法。
23. 前記導電性材料を配置する段階が、物理蒸着法、化学蒸着法及びスパッタリング法からなる群から選択された方法によって達成され、
    前記有機ＥＬ材料を配置する段階が、物理蒸着法、化学蒸着法、スピンコーティング法、浸漬コーティング法、スプレー法、インクジェット印刷法、グラビアコーティング法、フレキソコーティング法、スクリーン印刷法及び注型法からなる群から選択された方法によって達成される、
    請求項２２記載の方法。
24. 前記有機ＥＬ材料を配置する段階の後に、該有機ＥＬ材料の重合及び該有機ＥＬ材料の硬化からなる群から選択されたプロセスが続く、請求項２１記載の方法。
25. 光を発生させる方法であって、
    スタックの１つの有機ＥＬ素子が該スタックの別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分と重なり、前記それぞれの有機ＥＬ素子が電気的に分離しており、かつ各有機ＥＬ素子が一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含むようになった該スタックの複数の有機ＥＬ素子の各有機ＥＬ素子に対して、独立した電圧を供給する段階を含む、
    方法。
26. 光を発生させる方法であって、
    スタックの１つの有機ＥＬ素子が該スタックの別の有機ＥＬ素子の少なくとも一部分と重なり、前記それぞれの有機ＥＬ素子が電気的に分離しており、かつ各有機ＥＬ素子が一対の電極間に配置された有機ＥＬ材料を含むようになった該スタックの複数の有機ＥＬ素子の各有機ＥＬ素子に対して、独立した電流を供給する段階を含む、
    方法。

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