JP2016181725A - 長寿命リン光発光有機発光デバイス（ｏｌｅｄ）構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内部界面を持つ発光層を有する有機発光デバイスが実現される。
【解決手段】第２の有機層中の第２のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層中の第１のリン光発光材料の濃度と異なり、界面を形成する。第１および第２の有機層中の材料は、同じでも異なっていてもよい。発光層内のこの界面に加えて、デバイスは、電子またはエキシトンがカソードから出て発光層を通り発光層のアノード側の有機層を損傷することに関連すると思われる障害メカニズムを緩和するように設計された１つまたは複数の特徴を有する。それに加えて、上述のような発光層内に界面を有し、界面の少なくとも一方の側に低エネルギー発光材料を有するデバイスが実現される。
【選択図】図３

Description

本出願は、参照によりその全体が組み込まれる、２００６年１２月２８日に出願した米国仮出願第６０／８７７６９６号および２００７年２月８日に出願した米国仮出願第６０／９００６２４号の優先権を主張するものである。

特許請求される発明は、Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、ならびにＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのうちの１つまたは複数によって、それらの代表として、および／またはそれらに関連して、大学企業共同研究契約に対してなされた。契約は、特許請求される発明がなされた日に、およびその日以前に効力を有していたものであり、特許請求される発明は、その契約の範囲内における活動の結果としてなされた。

本発明は、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）に関する。より具体的には、本発明は、寿命を延ばすことができる特定の構造を有するＯＬＥＤに関する。

さまざまな理由から、有機材料を利用する光電子デバイスに対する要望が高まっている。このようなデバイスを作るために使用される材料の多くは、比較的安価であり、そのため有機光電子デバイスは、無機デバイスに比べてコストに関して有利なものとなる可能性がある。それに加えて、可撓性などの有機材料の固有の特性により、それらのデバイスはフレキシブル基板での加工などの特定の用途に適したものとなる可能性がある。有機光電子デバイスの例としては、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）、有機フォトトランジスタ、有機光電池、および有機光検出器が挙げられる。ＯＬＥＤに関して、有機材料は、従来の材料に勝る性能面の利点を有する可能性がある。例えば、有機発光層が光を放出する波長は、一般に、適切なドーパントを使用することで容易に調整され得る。

ＯＬＥＤは、デバイスに電圧が印加されたときに光を放出する薄い有機膜を使用する。ＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイ、イルミネーション、背面照明などの用途で使用される、関心が高い技術になりつつある。いくつかのＯＬＥＤの材料および構成は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、特許文献１、特許文献２、および特許文献３で説明されている。

リン光発光分子の一用途は、フルカラーディスプレイである。このようなディスプレイの業界標準では、「飽和」色と呼ばれる、特定の色を発光するように適合されたピクセルを必要とする。特に、これらの標準では、飽和色の赤色、緑色、および青色のピクセルを必要とする。色は、当該分野でよく知られている、ＣＩＥ座標を使用して測定できる。

緑色発光分子の一例は、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウムであり、これはＩｒ（ｐｐｙ）_３と表され、以下の構造式Ｉで表される。

本明細書のこの図およびこれ以降の図において、窒素から金属（ここでは、Ｉｒ）への配位結合を直線で表す。

本明細書で使用されているように、「有機」という用語は、ポリマー材料だけでなく有機光電子デバイスを加工するために使用され得る小分子有機材料をも含む。「小分子」は、ポリマーでない任意の有機材料を指し、「小分子」といっても、実際にはかなり大きい場合がある。小分子は、状況によっては繰り返し単位を含むことがある。例えば、長鎖アルキル基を置換基として使用しても、「小分子」クラスから分子が除去されるわけではない。小分子は、ポリマー内に、例えばポリマー骨格上のペンダント基として、または骨格の一部として組み込むこともできる。小分子は、さらに、コア部分上に構成された一連の化学的シェルからなる、デンドリマーのコア部分として働くこともある。デンドリマーのコア部分は、蛍光またはリン光発光小分子エミッタであるとしてよい。デンドリマーは、「小分子」であってよく、ＯＬＥＤの分野で現在使用されているすべてのデンドリマーは小分子であると考えられている。

本明細書で使用されているように、「上部」は、基板から最も離れている位置を意味し、「底部」は基板に最も近い位置を意味する。第１の層が、第２の層の「上に配置されている」と記述されている場合、第１の層は、基板から更に離れる位置に配置されている。第１の層が第２の層「と接触している」ということがない限り、第１の層と第２の層の間に他の層が置かれている場合がある。例えば、カソードは、間にさまざまな有機層があるとしてもアノードの「上に配置されている」と記述することができる。

本明細書で使用されているように、「溶液処理可能」は、溶液または懸濁液のいずれかとして、液状媒質中に溶解、液状媒質中に分散、または液状媒質で輸送され、および／または液状媒質から沈殿させることができることを意味する。

リガンドは、発光材料の光活性特性にリガンドが関わると考えられる場合に「光活性がある」と称される。

第一エネルギー準位（ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯ）は、従来のエネルギー準位図上で低い場合に第二エネルギー準位より「小さい」または「低い」と考えられ、これは、第一エネルギー準位が第二エネルギー準位より負で大きい値を有することを意味する。第一エネルギー準位（ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯ）は、従来のエネルギー準位図上で高い場合に第二エネルギー準位より「高い」と考えられ、これは、第一エネルギー準位が第二エネルギー準位より負で小さい値を有することを意味する。例えば、ＣＢＰのＨＯＭＯは−５．３２ｅＶ、ＴＰＢＩのＨＯＭＯは−５．７０ｅＶであるため、ＣＢＰのＨＯＭＯはＴＰＢＩのＨＯＭＯより０．３８ｅＶだけ「高い」。同様に、ｍＣＰのＬＵＭＯは−０．７７ｅＶ、ＣＢＰのＬＵＭＯは−１．２３ｅＶであるため、ｍＣＰのＬＵＭＯはＣＢＰのＬＵＭＯより０．４６ｅＶだけ「高い」。上記の値は、Ｂ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ＊レベルで、カリフォルニア州アービン所在のＷａｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ社が市販しているＳｐａｒｔａｎ ０２ソフトウェアパッケージを使用して実行される密度汎関数法計算を使用して決定された。Ｉｒ（ｐｐｙ）_３などの重金属を含む化学種に対しては、擬ポテンシャルオプションが使用できる。密度汎関数法計算は、有機化合物および無機化合物のエネルギーを定性的に予測することができると、文献において実証されている。

ＯＬＥＤのさらなる詳細と上述の定義は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている特許文献４に見出すことができる。

本明細書で使用されているように、有機発光デバイス内の層に適用されるような１つまたは複数の材料「から本質的になる」という言い回しは、列挙されているものの他に追加の材料が存在し得ることを意味するが、任意のそのような追加の材料は、ごくわずかの量（不純物など）しか存在せず、デバイスの電子または発光特性に著しい影響を及ぼすことはない、つまり、正孔または電子の輸送または捕捉にあまり深く関わっておらず、その結果、再結合配置のシフトを生じず、エキシトン崩壊、発光、またはその他のことに著しく関わる、または参加することはない。

特に断りのない限り、本明細書で説明されているさまざまな層の中の有機化合物の割合は、重量パーセントである。

Ｓａｍｕｅｌを共著者とする以下の非特許文献１及び非特許文献２では、ドープ発光層がＩＴＯと直接接触する溶液処理可能リン光発光ＯＬＥＤについて説明している。

米国特許第５８４４３６３号明細書 米国特許第６３０３２３８号明細書 米国特許第５７０７７４５号明細書 米国特許第７２７９７０４号明細書 米国特許第４７６９２９２号明細書 米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号明細書 米国特許第５７０３４３６号明細書 米国特許第６０９７１４７号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号明細書 米国特許第５２４７１９０号明細書 米国特許第６０９１１９５号明細書 米国特許第５８３４８９３号明細書 米国特許第６０１３９８２号明細書 米国特許第６０８７１９６号明細書 米国特許第６３３７１０２号明細書 米国特許出願第１０／２３３４７０号明細書 米国特許第６２９４３９８号明細書 米国特許第６４６８８１９号明細書 米国仮出願第６０／７６３１８９号明細書 米国特許第７０２２４２１号明細書 米国特許第７０７８１１３号明細書 米国特許公開第２００６／０２８０９６５号明細書

Ｅ．Ｅ．Ｎａｍｄａｓ、Ｔ．Ｄ．Ａｎｔｈｏｐｏｕｌｏｓ、Ｉ．Ｄ．Ｗ．Ｓａｍｕｅｌ、Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ、２００５年、第８６巻、ｐ．１６１１０４ Ｔ．Ｄ．Ａｎｔｈｏｐｏｕｌｏｓ、Ｍ．Ｊ．Ｆｒａｍｐｔｏｎ、Ｅ．Ｂ．Ｎａｍｄａｓ、Ｐ．Ｌ．Ｂｕｒｎ、Ｉ．Ｄ．Ｗ．Ｓａｍｕｅｌ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００４年３月１８日、第１６巻、第６号、ｐ．５５７―５６０ Ｂａｌｄｏ外、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、１９９８年、Ｎａｔｕｒｅ、第３９５巻、ｐ．１５１―１５４ Ｂａｌｄｏ外、「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、１９９９年、第７５巻、第３号、ｐ．４―６ Ｖａｄｉｍ Ａｄａｍｏｖｉｃｈ、"Ｎｏｖｅｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ"、博士論文、２００３年１１月２５日発行 Ｓｏ外、「Ｂｉｐｏｌａｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｍａｌｌ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｆｏｒ ＯＬＥＤ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、２００７年、第３８巻、ｐ．１４９７

第１の態様では、発光層内に界面を有する有機発光デバイスが提供される。このデバイスは、アノード、カソード、およびアノードとカソードとの間に配置された発光層を有する。発光層は、第１の有機層を備え、この層は第１のリン光発光材料と第１の非発光材料とを含む。第１の有機層中の第１のリン光発光材料の濃度は、１０〜９０重量％であり、第１の有機層中の第１の非発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。発光層は、さらに、第２の有機層を備え、この層は第２のリン光発光材料と第２の非発光材料とを含む。第２の層中の第２のリン光発光材料の濃度は、３〜２５重量％であり、第２の有機層中の第２の非発光材料の濃度は、７５〜９７重量％である。第２の有機層中の第２のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層中の第１のリン光発光材料の濃度より低く、好ましくは少なくとも５重量％低く、より好ましくは少なくとも１０重量％低い。第１の非発光材料および第２の非発光材料は、同じ材料でも異なる材料でもよく、第１のリン光発光材料および第２のリン光発光材料も同じ材料でも異なる材料でもよい。そこで、組合せは、（１）第１および第２の両方の有機層中の同じリン光発光材料と第１および第２の両方の有機層中の同じ非発光材料、（２）第１および第２の有機層中の異なるリン光発光材料と第１および第２の両方の有機層中の同じ非発光材料、（３）第１および第２の両方の有機層中の同じリン光発光材料と第１および第２の有機層中の異なる非発光材料、および（４）第１および第２の有機層中の異なるリン光発光材料と第１および第２の有機層中の異なる非発光材料、の４つである。それぞれの組合せに利点がある。第１の有機層は、第１のリン光発光材料および第１の非発光材料から本質的になってよく、第２の有機層は、第１の有機層の第１のリン光発光材料および第１の非発光材料から本質的になってよい。デバイス内の損傷を緩和し、デバイスの寿命を延ばすデバイスアーキテクチャも、個別にまたは組み合わせて、第１の態様とともに使用できるように実現される。

第１の有機層、第２の有機層、またはその両方は、適宜、さらに、低エネルギー発光材料を含むことができ、低エネルギー発光材料の濃度は、０．１〜１２重量％である。

第２の態様では、損傷を緩和する一アーキテクチャが実現される。第１の有機層とアノードとの間にあるすべての有機層は、正孔移動度が電子移動度の少なくとも２倍の大きさであり、好ましくは少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少なくとも１００倍大きいような正孔移動度および電子移動度を有する。

第３の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。第１の有機層とアノードとの間にあるすべての有機層は、トリアリールアミン、ナフチル、トリ（Ｎ−カルバゾイル）トリフェニルアミン、テトラアリールアミン、およびカルバゾールからなる群から選択される基を含む任意の材料を含まない。

第４の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。第１の有機層とアノードとの間には有機層はない。

第５の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。第３の有機層が提供され、これは第１の有機層とアノードとの間に配置される。第３の有機層は、第１のリン光発光材料から本質的になる。第３の有機層は、第１の有機層およびアノードと直接接触し、そのためこれは、第１の有機層とアノードとの間の唯一の層となる。

第６の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。デバイスは、３つ以下の異なる有機材料を含み、損傷を受けやすい材料の数を最小限に抑える。

第７の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。デバイスは、４つ以下の異なる有機材料を含み、有機材料の１つは、発光層とカソードとの間のみのデバイス内に存在する電子輸送材料である。材料の数を制限することで、損傷を受けやすい材料の数を最小限に抑える。

第８の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。第１の有機層とアノードとの間にあるすべての有機層は、有機金属材料から本質的になる。

第９の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。第１の有機層とアノードとの間のすべての有機層は、層において厚さを１０ｎｍ増やすと１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流で電圧の上昇が０．１Ｖ以下となるように十分に大きな正孔伝導度を有する。

第１０の態様では、損傷を緩和する他のアーキテクチャが実現される。第１の非発光材料は、２．７ｅＶ以上の三重項エネルギーを有する。

第１１の態様では、さまざまな損傷緩和アーキテクチャを使用して、または使用せずに、第１の態様で使用され得る低エネルギー発光材料が実現される。低エネルギー発光材料は、蛍光発光材料、リン光発光材料、または複数の低エネルギー発光材料が存在するこれら２つの材料の組合せとしてよい。低エネルギー発光材料の濃度は、０．１〜１２重量％としてよく、また低エネルギー発光材料は、第１の有機層中のみ、第２の有機層中のみ、またはその両方の層中に存在し得る。低エネルギー発光材料を含む有機層は、リン光発光材料、非発光材料、および低エネルギー発光材料から本質的になってよい。

第１２の態様では、第１の態様のデバイスに似たデバイスが実現されるが、ただし、第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は、低いのとは反対に、第１の有機層中のリン光発光材料の濃度より高い。第１の有機層中の第１のリン光発光材料の濃度は、３〜２５重量％であり、第１の有機層中の第１の非発光材料の濃度は、７５〜９７重量％である。第２の層中のリン光発光材料の濃度は、１０〜９０重量％であり、第２の有機層中の非発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。上述のような他のさまざまな態様が、第１２の態様とともに使用することができる。

さまざまな態様において、第１の有機層は、第１のリン光発光材料および第１の非発光材料から本質的になってよく、第２の有機層は、第１の有機層の第２のリン光発光材料および第２の非発光材料から本質的になってよい。

さまざまな態様において、第１および第２の有機層の全厚は、好ましくは少なくとも４００Åである。第１の有機層の厚さは、好ましくは少なくとも５０Åであり、第２の有機層の厚さは、好ましくは少なくとも５０Åである。

さまざまな態様において、第１のリン光発光材料は、好ましくは、第１の非発光材料の最高被占分子軌道より少なくとも０．３ｅＶ高い最高被占分子軌道を有し、第２のリン光発光材料は、好ましくは、第１の非発光材料の第２の被占分子軌道より少なくとも０．３ｅＶ高い最高被占分子軌道を有する。

さまざまな態様において、第４の有機層が第２の有機層とカソードとの間に配置され得る。第４の有機層は、第２の非発光材料から本質的になり、第２の有機層と直接接触する。

さまざまな態様において、第４の有機層が第２の有機層とカソードとの間に配置され得る。第４の有機層は、第２のリン光発光材料の三重項エネルギーより少なくとも０．１ｅＶ大きい三重項エネルギーを有する材料から本質的になり、第４の有機層は、第２の有機層と直接接触する。

さまざまな態様において、第１の非発光材料は、トリフェニレン、カルバゾール、ジベンゾチオフェン、およびカルバゾールと結合したジベンゾチオフェンからなる群から選択された基を含む材料から選択され得る。

さまざまな態様において、第４の有機層は、第２の有機層と直接接触し得る。

有機発光デバイスを示す図である。 別の電子輸送層を有しない反転有機発光デバイスを示す図である。 リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層、および特定の電荷キャリア移動特性を持つ第１の有機層とアノードとの間に有機層を有する有機発光デバイスを示す図である。 リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有し、第１の有機層とアノードとの間に有機層がない有機発光デバイスを示す図である。 ３つの有機材料のみを有する有機発光デバイスを示す図である。 図３のものに似ているが、複数のリン光発光材料を含む有機発光デバイスを示す図である。 リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層、および特定の電荷キャリア移動特性を持つ第１の有機層とカソードとの間に有機層を有する有機発光デバイスを示す図である。 一般的なリン光発光ＯＬＥＤ構造を示す図である。 リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、加工され、テストされた特定の有機発光デバイスを示す図である。 加工され、テストされた特定の有機発光デバイスを示す図である。 図１０のデバイスに対する電流密度と電圧の関係を示すグラフである。 図１０のデバイスに対する外部量子効率（ＥＱＥ）と電流密度の関係を示すグラフである。 図１０のデバイスに対する正規化された強度（任意の単位）と時間の関係を示すグラフである。 図１０のデバイスに対する正規化された電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。 加工され、テストされた特定の有機発光デバイスを示す図である。 図１５のデバイスに対する電流密度と電圧の関係を示すグラフである。 図１５のデバイスに対する外部量子効率（ＥＱＥ）と電流密度の関係を示すグラフである。 図１５のデバイスに対する正規化された強度（任意の単位）と時間の関係を示すグラフである。 図１５のデバイスに対する正規化された電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。 さまざまなデバイス構造に対する正規化された発光度と時間の関係を示すグラフである。 リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、表２のパラメータを使用して加工された有機発光デバイスを示す図である。 リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、表４のパラメータを使用して加工された有機発光デバイスを示す図である。 表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する正規化された電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。 表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する発光効率と輝度の関係を示すグラフである。 表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。 表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する電流密度と電圧の関係を示すグラフである。 表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。 表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。 リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、表６のパラメータを使用して加工された有機発光デバイスを示す図であるが、ＮＰＤの層を有するデバイスと、ＮＰＤの層を有しないデバイスがある。 ＮＰＤの層を有しない有機発光デバイスを示す図である。 ＮＰＤの層を有する有機発光デバイスを示す図である。 図３０および図３１のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。 図３０および図３１のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。 図３０および図３１のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。 図３０および図３１のデバイスに対する電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。 さまざまな初期輝度における図３０のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。 さまざまな初期輝度における図３１のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。 ＮＰＤとＢＡｌｑの両方からの発光がある有機発光デバイスを示す図である。 図３８のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。 図３８のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。 図３８のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。 図３８のデバイスに対する電界発光強度（任意の単位）と波長の関係を示すグラフである。 図３８のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。 Ａｌｑからのみの発光がある有機発光デバイスを示す図である。 図４４のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。 図４４のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。 図４４のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。 図４４のデバイスに対する電界発光強度（任意の単位）と波長の関係を示すグラフである。 図４４のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。 発光層とアノードとの間に高い正孔伝導度を持つ層のみ、および発光層中の非発光ホストとして使用される同じ材料の正孔阻止層を有する有機発光デバイスを示す図である。 図５０のデバイスに対する正規化された発光度と時間の関係を示すグラフである。 図５０のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。 図５０のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。 図５０のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。 図５０のデバイスに対するＥＬ強度と波長の関係を示すグラフである。 発光層とアノードとの間に高い正孔伝導度を持つ層のみ、発光層中の非発光ホストとして使用される同じ材料の正孔阻止層、およびリン光発光材料と非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する発光層を有し、第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は可変である、有機発光デバイスを示す図である。 図５６のデバイスに対する正規化された発光度と時間の関係を示すグラフである。 図５６のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。 図５６のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。 図５６のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。 図５６のデバイスに対するＥＬ強度と波長の関係を示すグラフである。 発光層とアノードとの間に高い正孔伝導度を持つ層のみ、発光層中の非発光ホストとして使用される同じ材料の正孔阻止層、ならびに第１および第２の有機発光層中のリン光発光材料が異なる第１および第２の有機層を有する発光層を有し、第２の有機発光層中のリン光発光材料の濃度は可変である、有機発光デバイスを示す図である。 図６２のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。 図６２のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。 図６２のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。 図６２のデバイスに対するＥＬ強度と波長の関係を示すグラフである。

一般に、ＯＬＥＤは、アノードとカソードとの間に配置され、またアノードとカソードとに電気的に接続される少なくとも１つの有機層を備える。電流が流されると、アノードは（複数の）有機層に正孔を注入し、カソードは（複数の）有機層に電子を注入する。注入された正孔および電子は、それぞれ、逆帯電した電極に向かって移動する。電子および正孔が同じ分子上に局在する場合、励起エネルギー状態を有する局在電子正孔対である「エキシトン」が形成される。光は、光電子放出機構を介してエキシトンが緩和すると放出される。いくつかの場合において、エキシトンは、エキシマーまたはエキシプレックス上に局在し得る。熱緩和などの無放射機構も生じ得るが、一般的には望ましいものでないと考えられる。

初期のＯＬＥＤでは、発光分子の一重項状態から発光（「蛍光」）する発光分子を用いており、例えば、参照によりその全体が組み込まれている、特許文献５に開示されている通りである。蛍光発光は、一般に１０ナノ秒未満の時間枠で起こる。

最近、三重項状態から発光（「リン光」）する発光材料を含むＯＬＥＤが実証されている（参照によりその全体が組み込まれている、非特許文献３及び非特許文献４）。リン光については、参照により組み込まれている特許文献４の５〜６欄により詳しく説明されている。

図１は、有機発光デバイス１００を示している。図は、必ずしも縮尺通り描かれていない。デバイス１００は、基板１１０、アノード１１５、正孔注入層１２０、正孔輸送層１２５、電子阻止層１３０、発光層１３５、正孔阻止層１４０、電子輸送層１４５、電子注入層１５０、保護層１５５、およびカソード１６０を備えることができる。カソード１６０は第１の導電層１６２および第２の導電層１６４を有する化合物カソードである。デバイス１００は、説明されている層を順に堆積することにより加工され得る。これらのさまざまな層、さらには例示的な材料の特性および機能については、参照により組み込まれている特許文献４の６〜１０欄により詳しく説明されている。

これらの層のそれぞれに対するさらに多くの例が利用可能である。例えば、柔軟で透明な基板とアノードの組合せについては、参照によりその全体が組み込まれている特許文献１に開示されている。ｐ型ドープ正孔輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれている特許文献６で開示されているようにモル比５０：１でＦ_４−ＴＣＮＱをドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡである。発光およびホスト材料の例は、参照によりその全体が組み込まれているＴｈｏｍｐｓｏｎらの特許文献２で開示されている。ｎ型ドープ電子輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれている特許文献６で開示されているようにモル比１：１でＬｉをドープされたＢＰｈｅｎである。参照によりその全体が組み込まれている特許文献７および特許文献３では、重なる透明な導電性のスパッタリング堆積されたＩＴＯ層を持つＭｇ：Ａｇなどの金属の薄層を有する化合物カソードを含むカソードの例を開示している。阻止層の理論と使用法は、参照によりその全体が組み込まれている特許文献８および特許文献６により詳しく説明されている。注入層の例は、参照によりその全体が組み込まれている特許文献９に記載されている。保護層の説明については、参照によりその全体が組み込まれている特許文献９に見出すことができる。

図２は、反転ＯＬＥＤ２００を示している。デバイスは、基板２１０、カソード２１５、発光層２２０、正孔輸送層２２５、およびアノード２３０を備える。デバイス２００は、説明されている層を順に堆積することにより加工され得る。最も一般的なＯＬＥＤ構成では、カソードがアノード上に配置され、またデバイス２００は、アノード２３０の下に配置されたカソード２１５を有するので、デバイス２００は「反転」ＯＬＥＤと称することができる。デバイス１００に関して説明されているものと似た材料は、デバイス２００の対応する層内で使用され得る。図２は、いくつかの層をデバイス１００の構造からどのように省き得るかを示す一例の図である。

図１および２に例示されている単純な層化構造は、限定されない例を使って提示されており、本発明のいくつかの実施形態は、さまざまな他の構造に関連して使用され得ることは理解される。説明されている特定の材料および構造は、本質的に例示的なものであり、他の材料および構造も使用できる。説明されているさまざまな層を異なる方法で組み合わせることにより機能性ＯＬＥＤを実現することができるか、または設計、性能、およびコスト要因に基づいて層を完全に省くこともできる。特に説明してはいない他の層も、含めることができる。特に説明されているもの以外の材料も使用され得る。本明細書で取り上げている例の多くは、さまざまな層を単一の材料を含むものとして説明しているが、ホストとドーパントの混合物など、材料の組合せ、またはより一般的に混合物を使用できることは理解される。また、これらの層は、さまざまな副層を有する場合がある。本明細書でこれらさまざまな層に付けられる名称は、厳密に制限することを意図していない。例えば、デバイス２００において、正孔輸送層２２５は正孔を輸送し、正孔を発光層２２０に注入するので、正孔輸送層または正孔注入層として記述され得る。一実施形態では、ＯＬＥＤは、カソードとアノードとの間に配置された「有機層」を有するものとして説明され得る。この有機層は、単一層を含むか、またはさらに、例えば図１および２に関して、説明されているような異なる有機材料の複数の層を含むことができる。

特には説明されていない構造および材料についても、参照によりその全体が組み込まれているＦｒｉｅｎｄ外の特許文献１０で開示されているようなポリマー材料からなるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）などが使用され得る。他の例を用いて、単一有機層を有するＯＬＥＤが使用され得る。例えば、参照によりその全体が組み込まれている、Ｆｏｒｒｅｓｔ外の特許文献３で説明されているように、ＯＬＥＤを積み重ねることができる。ＯＬＥＤ構造は、図１および２に例示されている単純な層化構造から逸脱してもよい。例えば、基板は、参照によりその全体が組み込まれている、Ｆｏｒｒｅｓｔ外の特許文献１１で説明されているようなメサ構造、および／または参照によりその全体が組み込まれている、Ｂｕｌｏｖｉｃ外の特許文献１２で説明されているようなピット構造などのアウトカップリングを改善するために山形の反射面を備えることができる。

特に断りのない限り、さまざまな実施形態の層は、どれも、任意の好適な方法により堆積され得る。有機層については、好ましい方法は、参照によりその全体が組み込まれている、特許文献１３および特許文献１４で説明されているような熱蒸発、インクジェット、参照によりその全体が組み込まれている、Ｆｏｒｒｅｓｔ外の特許文献１５で説明されているような有機気相堆積（ＯＶＰＤ）、および参照によりその全体が組み込まれている、特許文献１６で説明されているような有機気相ジェットプリンティング（ＯＶＪＰ）による堆積を含む。他の好適な堆積方法は、スピンコーティングおよび他の溶液ベースのプロセスを含む。溶液ベースのプロセスは、好ましくは窒素または不活性雰囲気中で実行される。他の層については、好ましい方法は熱蒸発を含む。好ましいパターン形成法は、参照によりその全体が組み込まれている、特許文献１７および特許文献１８で説明されているようなマスク冷間圧接による堆積法、ならびにインクジェットおよびＯＶＪＤなどの堆積法のいくつかと関連するパターン形成法を含む。他の方法も使用することができる。堆積する材料は、特定の堆積法に適合するように修正され得る。例えば、分岐鎖または非分岐鎖の、好ましくは少なくとも３個の炭素を含む、アルキルおよびアリール基などの置換基を小分子中で使用し、溶液処理をしやすくすることができる。２０個以上の炭素を有する置換基を使用することができ、また３〜２０個の炭素が好ましい範囲である。非対称構造を有する材料は、対称構造を持つものと比べて溶液処理性に優れている場合があるが、それは、非対称材料は再結晶する傾向が低い場合があるからである。デンドリマー置換基は、小分子が溶液処理を受ける能力を高めるために使用され得る。

本発明の実施形態に従って加工されるデバイスは、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニター、テレビ受像機、広告掲示板、屋内または屋外の照明および／または信号表示用のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全透明ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザープリンター、電話機、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビューファインダー、マイクロディスプレイ、乗り物、広い面積の壁、劇場もしくはスタジアムのスクリーン、または看板を含む、さまざまな民生用製品に組み込むことができる。パッシブマトリックスおよびアクティブマトリックスを含む、本発明により加工されるデバイスを制御するためにさまざまな制御機構が使用され得る。これらのデバイスの多くは、１８℃から３０℃、より好ましくは室温（２０〜２５℃）など、人間にとって快適な温度範囲で使用されることが意図されている。

本明細書で説明されている材料および構造には、ＯＬＥＤ以外のデバイスにおける用途もあり得る。例えば、有機太陽電池および有機光検出器などの他の光電子デバイスも、これらの材料および構造を使用することができる。より一般的に、有機トランジスタなどの有機デバイスは、これらの材料および構造を使用することができる。

用語、ハロ、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリールキル、複素環基、アリール、芳香族基、およびヘテロアリールは、当該分野で知られており、参照により本明細書に組み込まれている特許文献４の３１〜３２段で定義されている。

本明細書で使用されているように、以下に述べる化合物は、以下の構造式を有する。

図８は、一般的なリン光発光ＯＬＥＤ構造を示している。いくつかの態様では、リン光発光ＯＬＥＤの新しいアーキテクチャが開示されている。図９は、正孔注入層（ＨＩＬ）と阻止層（ＢＬ）との間に厚い発光層（ＥＭＬ）を組み込んだ簡素化されたデバイスアーキテクチャを示している。ＮＰＤ ＨＴＬがリン光発光ＯＬＥＤ中で化合物Ｂ：化合物Ａドープ層で置き換えられた場合、新しい緑色のリン光発光ＯＬＥＤの寿命が極めて長くなることが実証されている。緑色のデバイスは、４４ｃｄ／Ａの効率および１０００ｎｉｔ（ニト）で６５，０００時間の８０％の寿命を持ち６００Å化合物Ｂ：化合物Ａ １５％ ＥＭＬとなることが実証されているが、表２を参照し、また実施例１と比較例の実施例２とを比較されたい。このデバイスでは、６００Å化合物Ｂ：化合物Ａ層は、電子輸送と正孔輸送の両方の能力を備える。化合物Ｂは、非常に安定したマトリックスを形成する。化合物Ａは、正孔輸送ドーパントとして形成されるが、これは、化合物Ｂが優先的な電子輸送特性を持つからである。また、ドープ化合物Ｂ：化合物Ａ層は、赤色および青色の構造のＨＴＬとして使用できる。化合物Ｂ：化合物Ａは、ドープＨＴＬの概念を実証する一例となっている。化合物Ａは、正孔注入層としても使用され、化合物Ｂは、発光層と電子輸送層（もし存在すれば）およびその後のカソードとの間の層として機能し得る。

本明細書で開示されているいくつかの機能により、リン光発光ＯＬＥＤの安定性を著しく改善することができる。これは、ホストとなるように元々設計されており、現在では有効なＢＬ（阻止層）およびＨＴＬ（正孔輸送層）であると実証済みの材料（化合物Ｂ）の利用を含む。

参考文献である非特許文献５、特許文献１９（Ｐｅｔｅｒ Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ、Ｖａｄｉｍ Ａｄａｍｏｖｉｃｈ、Ｙｅｈ Ｔｕｎｇ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓ．Ｗｅａｖｅｒ、発明の名称「ＥＭＬ ＯＮ ＩＴＯ ＯＬＥＤ ＤＥＶＩＣＥＳ」）、特許文献２０、特許文献２１、および特許文献２２は、参照によりその全体が組み込まれている。

ＣＢＰホスト、ＨＰＴ阻止層（ＢＬ）、およびＮＰＤ正孔輸送層（ＨＴＬ）材料の安定性の低さは、安定した長寿命の緑色リン光発光ＯＬＥＤの実現に対する大きな障害となっている。例えば、発光層、ＢＬ、およびＨＴＬ中の緑色リン光発光ＯＬＥＤの化合物Ｂなどのより安定した材料を利用することで、緑色リン光発光ＯＬＥＤを約１０倍延命することができた。緑色デバイスの場合にＮＰＤ ＨＴＬを化合物Ａでドープした化合物Ｂの層で置き換えると、デバイスの寿命が劇的に改善される。この概念は青色デバイスにも適用可能である。

化合物Ｂは、非常に安定したホスト材料である。デバイス内のさまざまな層においてホスト、阻止層、および正孔輸送層の構成要素として使用される化合物Ｂを使用する緑色の構造および性能が開示されている。表１は、緑色リン光発光ＯＬＥＤの安定性を改善することに関するデバイスデータを示している。図８は、表１からの層の構造を示す一般的なデバイス構造を示している。

表１に従って、化合物Ｂの安定材料をデバイス内にさまざまな層として導入すると、デバイスの寿命が著しく改善される。理論によって制限されることは意図していないが、ＨＴＬの置き換えで、デバイスが改善される。これは、緑色デバイスの場合に特に重要であり得ると考えられる。ＮＰＤは、赤色デバイスなどの他のデバイスほどには緑色デバイスにおいて安定していない。ここでもまた、理論によって制限されることを意図していないが、ＮＰＤは、発光層を通して漏れる電子によって、および（または）リン光発光エキシトンによって低下し得ると考えられる。表１に示されているように、より安定している化合物Ｂ：化合物Ａ層に対しＮＰＤ ＨＴＬを置き換えると、デバイスの寿命は４倍改善した。化合物Ｂは、電子を輸送し、化合物Ａドーパントは、化合物Ａと化合物Ｂの両方を含む層中の正孔を輸送する。ＮＰＤを置き換えると、緑色デバイスの寿命は赤色デバイスの寿命と似たものになる（＞１００，０００ｈ）。他の材料を使用してドープＨＴＬの同じ概念が使用され、赤色および青色のリン光発光ＯＬＥＤに適用され得る。

考えられる他のデバイスアーキテクチャは、ＨＩＬが１００％ｐ型ドーパント、例えば化合物Ａであり、次いでアノードから遠ざかる方向に見てホスト材料、例えば化合物Ｂが導入される、傾斜構造を含む。アノードとＢＬまたはＥＴＬとの間で、ドーパントおよびホストの異なる濃度（０〜１００％）の複数の層も使用され得る。

化合物Ｂは、さらに、赤色および青色−緑色エミッタのホストとしても使用され得る。

化合物Ｂは、さらに、赤色、緑色、青色、または白色デバイスまたは任意の他の色におけるＢＬとしても使用され得る。

６００Å化合物Ｂ：化合物Ａ層と化合物Ｂをブロッカーとして持つデバイスを、異なるＨＩＬ上に成長させた（ＣｕＰｃ、化合物Ａ、および無ＨＩＬ）。

化合物Ｂ：化合物ＡドープＨＴＬの特定のデバイスの実施例は、表２にまとめられている。図２１は、表２に説明されているデバイスの構造を示している。

ＮＰＤを安定したドープＨＴＬ（化合物Ｂ：化合物Ａ）で置き換えると、緑色デバイスの寿命が著しく向上する。実験結果は、表１と２および関連する図に示されている。材料を混合したことで電子輸送と正孔輸送の両方の能力を有する６００Å化合物Ｂ：化合物Ａ １５％層を持つデバイスを、さまざまなＨＩＬ上に成長させた（ＣｕＰｃ、化合物Ａ、および無ＨＩＬ）（表２のそれぞれ実施例２、１、および３）。３００Å ＮＰＤ ＨＴＬおよび３００Å化合物Ｂ：化合物Ａ １５％ ＥＭＬを持つ同じデバイス構造は、比較例として示されている。ＮＰＤのないデバイスは、ＮＰＤ ＨＴＬを持つデバイスに比べてはるかに安定している。このデバイスでは、化合物Ｂホスト（マトリックス）および化合物Ａ（正孔輸送および発光ドーパント）は、１つの層で使用される。

高いデバイス効率と低い動作電圧とが合わさって寿命が延びている、表２に示されている特定の実験で測定されたデバイスの優れた性能、および最良の性能は、表２の実施例５である。実施例５の構造は、図９に示されている。このデバイスは３つの有機材料のみを有する。このデバイスのＨＩＬ、ＥＭＬ、およびＢＬは、ＩＴＯ（正孔注入界面）に隣接する１００％の化合物ＡおよびＡｌｑ ＥＴＬ（電子注入界面）に隣接する１００％の化合物Ｂからの段階的濃度を持つ化合物Ａ：化合物Ｂ層と考えられる。

表１および２のデバイスは、優れたデバイス性能に関連する以下のいくつかのポイントを示している。
○ ドープＨＴＬ（安定したマトリックス（正孔輸送である必要はない）および正孔輸送ドーパント）の利用（潜在的にＥＴＬも）
○ ＨＴＬおよび発光層に対する同じ材料（ホストおよびドーパント）の利用
○ 発光するリン光発光緑色ドーパントおよび正孔輸送ドーパントおよび正孔注入層と同じ材料（化合物Ａの実施例）の利用
○ デバイス中の阻止層として整った、ＥＭＬ中のホスト、ＨＴＬ中のマトリックスと同じ材料（化合物Ｂの実施例）の利用
○ デバイス中の３つの材料のみ（実施例の化合物Ａ、化合物Ｂ、Ａｌｑ）
○ 高安定性緑色リン光発光構造（１０００ｎｉｔ（ニト）で３００，０００時間を超える寿命）

それに加えて、単独で、または組み合わせて使用され得る、以下の好ましいアーキテクチャを有するデバイスアーキテクチャが開示されている。
トリフェニレン化合物、例えば化合物Ｂなどの安定したホストの利用
１．ＰＨＯＬＥＤのホストとしてのトリフェニレン化合物
２．ＰＨＯＬＥＤ中の阻止またはインピーダンス層としてのトリフェニレン化合物
３．同じＯＬＥＤ中のホストおよび阻止層としてのトリフェニレン化合物
４．同じＯＬＥＤ中のホストおよびＨＴＬの成分としてのトリフェニレン化合物
５．同じＯＬＥＤ中のＨＴＬおよび阻止層の成分としてのトリフェニレン化合物
６．同じデバイス、例えば３成分デバイス中のＨＴＬ、ホスト、および阻止層の成分としてのトリフェニレン化合物
７．電子輸送層があるものとないもののアーキテクチャ１〜６
８．化合物Ｂを特定のトリフェニレン化合物として使用する、アーキテクチャ１〜７
９．上記の、ただし、トリフェニレン化合物の代わりにカルバゾール化合物を安定したホストとして使用するアーキテクチャ１〜７
１０．ｍＣＢＰまたは化合物Ｒを特定のカルバゾール化合物として使用する、アーキテクチャ９

デバイスは、トリフェニレン化合物またはカルバゾール化合物である安定したホスト材料を使用して加工され得る。これらのデバイスは、３つのみ、または２つのみの有機成分を含むことができ、同じ材料を異なる濃度で有する層を含むことができる。表３は、このようなデバイスの実施例を示している。表３のデバイスに対する構造は、図８に示されている。ＨＴＬおよびＥＴＬに関する図８の指定は、これらの層の両方が、構造の多くにおいて、特にＨＴＬおよびＥＴＬが同じ材料を有するが濃度が異なるものを放出すると考えられる点でいくぶん柔軟である。表３のデバイス１および２は、実際に加工されたが、デバイス３および４は加工されておらず、例示のために含まれている。化合物Ｓは、発光層内で電子を輸送することができるリン光発光分子の例であると考えられる。

これらのデバイスには、フラットパネルディスプレイおよび照明の用途がある。優秀であることが実証されたこれらのデバイスは、高効率リン光発光ＯＬＥＤにおいて寿命を延ばすことができるという利点を有する。何ら特別な加工機器は必要なく、デバイスは、当該分野で知られている方法により加工できる。シャドウマスキングは、並列するＲＧＢ用途の場合に共通の層が使用できるかどうかに応じて考慮対象となり得る。

図３は、リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層、および特定の電荷キャリア移動特性を持つ第１の有機層とアノードとの間に有機層を有する有機発光デバイスを示す。例示されているように、図３のデバイスは、基板３１０、アノード３１５、第３の有機層３２０、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０を有する発光層、正孔阻止層３５０、電子輸送層３６０、およびカソード３７０を備える。正孔阻止層３５０および電子輸送層３６０は、適宜使用できる。図３のデバイス、および本明細書に示されているさまざまな他のデバイスは、アノードが基板に隣接する形で示されており、多くのデバイスにおいて一般的なことであるが、これらのデバイスは、さらに、基板に隣接するカソードを備えることも可能である。

第１の有機層３３０は、アノードとカソードとの間に配置され、リン光発光材料および非発光材料を含む。第１の有機層中のリン光発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第１の有機層中の非発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第２の有機層３４０は、第１の有機層とカソードとの間に配置される。第２の有機層３４０は、好ましくは、第１の有機層３３０と直接接触するが、電子と正孔の両方を輸送することができる薄い有機層が第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間にあってもよい。第２の有機層は、さらに、リン光発光材料および非発光材料も含む。第２の層中のリン光発光材料の濃度は、３〜２５重量％である。第２の有機層中の非発光材料の濃度は、７５〜９７重量％である。第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層中のリン光発光材料の濃度より低い。第１の有機層３３０と第２の有機層３４０中のリン光発光材料の濃度が異なる結果として、これらの層の間に「界面」ができる。一態様では、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０は、リン光発光材料および非発光材料のみを含む。これは、材料の数を最小限に抑えると加工が簡素化されるため都合がよく、また追加の材料に関わる可能性のある障害メカニズムも回避される。

図３は、他の図とともに、「リン光発光」材料および「非発光」材料を含む有機層を示している。

本明細書で使用されているように、「リン光発光」材料は、室温で、例えば約１８〜２５℃の温度で三重項励起状態から発光することができる材料である。しかし、任意の所定のリン光発光材料は、特定の層中で、または特定のデバイス内で発光する場合もしない場合もある。本明細書で開示されているアーキテクチャの多くにおいて、リン光発光材料は発光する。しかし、他のアーキテクチャでは、リン光発光材料は発光せず、むしろエキシトンを、リン光または蛍光を発光し得る他の分子に移送し、そこで発光させる。材料のリン光発光性は、それでも、これらのデバイスにおいてある役割を果たすが、それは、室温で三重項励起状態から発光する能力が、項間交差および強いスピン軌道結合などの他の特性と相関し、場合によっては発光しないまでも、三重項が分子上に効率よく形成し、他の分子に移動することができるからである。それに加えて、多くのリン光発光材料は、さらによい正孔輸送層である。この用途において定義されている「リン光発光」という用語の定義は、一般に、当該分野での使用に一致するものと確信されるが、この用語が異なる仕方で使用され得る他の用途に拡大適用することは意図されていない。

本明細書で使用されているように、「非発光」材料は、材料が「非発光」と記述されているデバイス内で発光しない。しかし、非発光材料は、必ずしもデバイス内で電気的に不活性であるわけではなく、多くの場合、電荷輸送、最も多くの場合には電子輸送に関わる可能性がある。材料は、他の状況、例えば溶液中、または他のデバイス内にある場合も発光性を有する場合がある。一般に、「非発光」材料が、これが非発光材料として含まれているデバイスと異なる状況において発光することができる場合、特定のデバイスにおいて固体であることを考慮することで、材料がデバイス内で発光しないようにできる。例えば、「非発光」材料は、非発光材料より少なくとも０．１ｅＶだけ低い三重項エネルギーを有するリン光発光材料でドープすることができ、非発光材料上に形成する任意の三重項は、発光するのではなくリン光発光材料に移動する。

本発明の態様がどのように機能するかに関していかなる理論にも制限されることなく、多くのリン光発光ＯＬＥＤにおいて、デバイス内のどこかの界面で、または界面の近くで再結合が生じるが、それは、電子および正孔移動度が界面のいずれかの側で異なることがあり、また電子および正孔が界面を交差することが困難な場合があるからであると考えられている。発光層が、任意の内部界面を含まない場合、再結合は、発光層と非発光層との界面で、または界面の近くで発生する可能性が高い。したがって、エキシトンおよび両方の種類の電荷キャリアは、注目する非発光層の近くに著しく高い濃度で位置する。非発光層が、エキシトンおよび／または電荷キャリアからの損傷を受けやすい場合、デバイスの寿命は悪影響を受ける可能性がある。それに加えて、非発光層と再結合ゾーンとが接近していると、エキシトンに対する非発光崩壊経路が形成され、デバイス効率に悪影響を及ぼす可能性がある。

さらに、多くのリン光発光デバイスにおいて、リン光発光材料は発光層中の正孔の輸送に関与していること、また非発光ホスト材料は、電子の輸送に関与していることが考えられる。第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間のリン光発光材料の濃度の変化により、第１の有機層３３０中の電子の移動度は第２の有機層３４０中の移動度より高くなり、第２の有機層３４０中の正孔の移動度は第１の有機層３３０中の移動度より高くなる可能性があると考えられる。その結果、電子と正孔の再結合は、第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間の界面でまたは界面近くで発生し得る。第２の有機層３４０中のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層３３０中の濃度より好ましくは少なくとも５重量％低く、より好ましくは少なくとも１０重量％低い。それと合わせて、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０は、デバイスの発光層を形成し得る。再結合は第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間の界面で、または界面の近くで、つまり、発光層内の界面で発生するので、非発光層との界面近くで再結合によって引き起こされる問題は回避できる。これらの段落で説明された推論は、内部界面、つまり第１の有機層と第２の有機層との間の界面を持つ発光層を有する本明細書で説明されているさまざまなデバイスに適用される。

第１の有機層３３０および第２の有機層３４０のリン光発光材料は、同じ材料であってよいが、異なるリン光発光材料であってもよい。第１の有機層３３０および第２の有機層３４０の非発光材料は、同じ材料であってよいが、異なる材料であってもよい。そこで、組合せは、（１）第１および第２の両方の有機層中の同じリン光発光材料と第１および第２の両方の有機層中の同じ非発光材料、（２）第１および第２の有機層中の異なるリン光発光材料と第１および第２の両方の有機層中の同じ非発光材料、（３）第１および第２の両方の有機層中の同じリン光発光材料と第１および第２の有機層中の異なる非発光材料、および（４）第１および第２の有機層中の異なるリン光発光材料と第１および第２の有機層中の異なる非発光材料、の４つである。それぞれの組合せに利点がある。

同じ非発光材料を第１の有機層３３０と第２の有機層３４０の両方で使用すると、デバイス内の材料の数を減らすことで加工が簡素化される。それに加えて、それぞれの新しい材料は新しい障害メカニズムを持ち込む可能性があるので、複数の層中で同じ材料を使用することで、障害メカニズムを軽減することができる。また、同じ非発光材料を使用すると、デバイスに対する再結合ゾーンを広げやすくなり、このこともまた、デバイスの寿命を延ばすのに役立ち、その一方で、それでも、第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間の界面の近くで、界面での非発光材料の濃度を調節することにより再結合を生じさせることができる。

しかし、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０中で異なる非発光材料を使用することにも利点がある。異なる材料は、異なる電荷輸送特性を持つことがある。非発光材料が、特定の電荷キャリア（大抵は電子）の輸送にもっぱら関与している場合、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０中の異なる非発光材料を使用すると、デバイス中に再結合が生じる場合を制御しやすくなることがある。特に、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０に対し異なる非発光材料を選択することにより、第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間の界面の近くに電荷キャリアの勾配を形成しやすくなるが、それは、非発光材料の相違が、非発光材料の濃度に加えてこの目的のために使用できるからである。

第１の有機層３３０と第２の有機層３４０の両方で同じだが、ただし濃度が異なるリン光発光材料を使用することには、同じ非発光材料を使用する場合に関して上で説明されているのと同じ利点が多数ある。材料が少ないということは、障害メカニズムが少ないことを意味すると言ってよい。異なる濃度では、制御すべき再結合を第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間の界面近くで実行することが可能であるが、同じリン光発光材料を使用すると再結合ゾーンを比較的広くとることができる。

第１の有機層３３０と第２の有機層３４０の両方で異なる、しかも濃度も異なるリン光発光材料を使用することには、異なる非発光材料を使用する場合に関して上で説明されているのと同じ利点が多数ある。異なる材料を使用することで、再結合が行われる場合を制御するために使用され得る付加的パラメータを加えることができる。

それに加えて、リン光発光材料は、デバイス内で発光する場合も、発光しない場合もある。高効率の飽和発光が望ましい場合、おそらく飽和発光を必要とするディスプレイデバイスで使用するために、第１の有機層３３０と第２の有機層３４０の両方の中の同じリン光発光材料を発光材料として使用することが好ましいことがある。（複数の）リン光発光材料が電荷を輸送するが、発光しない構成では、「低エネルギー」材料と記述されている、追加の材料を第１の有機層３３０および第２の有機層３４０に加えて、発光させることができる。「低エネルギー」とは、低エネルギー発光材料の発光スペクトルのピークが同じ層中のリン光発光材料の発光スペクトルのピークより少なくとも２０ｎｍだけ高いことを意味する。より高い波長は、より低いエネルギーに対応する。エキシトンは、さまざまなメカニズムを通じて低エネルギー発光材料上に存在することがあり、エキシトンが低エネルギー発光材料に到達する仕方は、制限的であることを意図されていない。例えば、エキシトンは、リン光発光材料上に形成し、低エネルギー発光材料に移動するか、またはエキシトンは、低エネルギー発光材料上に直接形成し得る。一構成では、低エネルギー発光材料は、リン光発光材料上に三重項として形成するエキシトンを含む、リン光発光材料からエキシトンを受け取る、蛍光材料であってよい。

しかし、飽和度の低い発光が望ましい場合、おそらく一般照明目的では白色発光が望ましい場合、同じデバイス内で複数の分子を発光させるのが望ましいことがある。この目的のために、異なるリン光発光材料が、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０内でそれらの層内のエミッタとして使用することができ、したがって、デバイス内には複数の発光材料がある。「低エネルギー」材料と記述される１つまたは複数の追加材料も、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０の一方または両方に加えることもできる。複数の材料からの発光が望ましい場合、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０の両方で異なる低エネルギー発光材料が使用され得るか、またはリン光発光材料が第１の有機層３３０および第２の有機層３４０のうちの一方から発光し、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０のうちの他方で低エネルギー発光材料が使用され得る。

しかし、間に界面を有する第１および第２の有機層を持つ発光層を有するデバイスは、それでも寿命が短くなる可能性がある。多くのリン光有機発光デバイスにおける主要な障害メカニズムは、電子がカソードから出て発光層を通り発光層のアノード側の有機層に到達することを伴うと考えられている。ＯＬＥＤのアノード側で使用される多くの有機材料は、そのような電子から受ける損傷に対し脆弱であると考えられる。図４４〜５０および関連するテキストは、デバイスの寿命の短縮に関わるふつうの正孔輸送材料ＮＰＤの役割を示している。第１の有機層３３０および第２の有機層３４０を有する発光層を使用すると、発光層内の界面で再結合を行わせることができて都合がよい。その結果、非発光層に到達するエキシトンの数および発光層全体を横切り反対側に到達する電荷キャリアの数（つまり、電子は発光層のアノード側に到達し、正孔は発光層のカソード側に到達する）が低減され得る。しかし、再結合ゾーンを広げると都合がよいが、これは本明細書で説明されているデバイスアーキテクチャによって有効になり、エキシトンおよび／または電荷キャリアは非発光層に到達し、損傷する可能性があり、デバイスの寿命に悪影響を及ぼし得る。一般的な障害メカニズムの１つは、電子が発光層を横切り発光層のアノード側に到達し、隣接する非発光層を損傷することを伴うと考えられている。

電子が発光層のアノード側上の有機材料を損傷することにより引き起こされるデバイスの損傷および寿命の短縮を回避する一手段は、発光層のアノード側で電子移動度より著しく高い正孔移動度を有する材料のみを使用することである。電荷キャリアの大半がその層内の１つの種類であるように違いは十分に有意なものであるべきである。図３を参照すると、第３の有機層３２０は、発光層、つまり、第１および／または第２の有機層３３０および３４０のアノード側にある。第３の有機層３２０によって占有される位置には複数の有機層があり得る。発光層とアノードとの間のそれぞれの有機層は、単一の有機材料、または複数の有機材料を含むことができる。単一の材料層では、これは、それぞれの層の材料がその層の電子移動度より著しく高い正孔移動度を有することを意味する。複数の材料を含む層では、これは、層の正孔移動度が層の電子移動度より著しく高いことを意味する。「層」の正孔移動度は、注目する材料の存在量が著しく多い場合に特に、層内の正孔の輸送にもっぱら関与するその層内の材料の正孔移動度と強い相関を有する。電子移動度および正孔移動度は、伝搬時間、暗電流注入、およびアドミッタンス分光法を含む、さまざまな方法によって測定され得る。著しく高いという言い方により、正孔移動度は、電子移動度の少なくとも２倍であり、好ましくは電子移動度の少なくとも１０倍であり、最も好ましくは電子移動度の少なくとも１００倍であることを意味する。

ＮＰＤは、従来、正孔輸送層（ＨＴＬ）として使用されてきており、多くの場合ＥＭＬと接触する。しかし、Ｓｏらは、ＮＰＤは正孔移動度と同様の電子移動度を有すると報告している（約５×１０^−４ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１）。非特許文献６を参照のこと。これは、電子が従来の構造内のＮＰＤによって容易に輸送され得るということを示唆している。これにより、２つの潜在的に不都合な状況が可能なことになる。最初に、電子および正孔が、ＮＰＤ内で再結合し得る。ＮＰＤは、安定した正孔輸送層であり得るが、ＮＰＤ発光を示すデバイスは、動作安定であると予想されないが、それは、発光が不十分であり、ＮＰＤがこの目的のためにデバイスに含まれていなかったからである。例えば、ＮＰＤおよびＢＡｌｑ発光を行うデバイスが、図３８に示されている。図４３に示されている、このデバイスの寿命（ＬＴ５０）は、デバイスが２０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流で駆動される場合に３００時間未満である。比較すると、Ａｌｑ発光のみを有する類似のデバイス（図４４を参照）だと、かなり長い寿命を持つ。Ａｌｑ発光デバイスの輝度は、３００時間経過した後、連続駆動電流４０ｍＡ／ｃｍ^２に対し初期値の約８６％（図４９を参照のこと）まで低下する。第２に、ＮＰＤは、電子に対し本質的に不安定な場合がある。また、ＮＰＤが正孔のみのデバイスで安定していると考えられる十分な証拠があるが、電子に対する安定性は、確定されていない。

好ましい一態様では、第３の有機層３２０は、第１の有機層３３０とアノード３１５との間に配置された単一の有機層である、つまり、第３の有機層３２０は、第１の有機層３３０とアノード３１５と直接接触している。さらに、この好ましい態様では、第３の有機層３２０は、第１の有機層３３０のリン光発光材料のみを含む。一般に、電子は、デバイスの発光層内に存在し、デバイスの発光材料は、発光層内の電子に曝される。その結果、十分に長い寿命を有するデバイス内で使用される大半のリン光発光分子は、電子からの損傷に耐える。そのため、追加の役割で第１および第２の有機層３３０および３４０のリン光発光材料を、第１の有機層３３０とアノード３１５との間の有機材料のみとして、つまり正孔輸送分子として使用すると、デバイスで、発光層のアノード側の有機層に対する電子損傷に関連する障害メカニズムを回避することができる。

電子が発光層のアノード側上の有機材料を損傷することにより引き起こされる損傷および寿命短縮を回避する他の手段は、電子からの損傷を受けやすい発光層のアノード側の材料のクラスを使用するのを回避することである。発光層のアノード側で一般に使用される多くの材料は、そのような損傷を受けやすいと考えられる。ＮＰＤは、そのような材料の一例である。より一般的に、発光層のアノード側で有利に回避され得る材料は、トリアリールアミン、ナフチル、トリ（Ｎ−カルバゾイル）トリフェニルアミン、テトラアリールアミン、およびカルバゾールからの群を有する分子を含む。

電子が発光層のアノード側上の有機材料を損傷することにより引き起こされる損傷および寿命短縮を回避する他の手段は、高い正孔伝導度を有する発光層のアノード側で材料を使用することである。高い正孔伝導度では、発光層のアノード側に到達する電子の個数を最小限に抑える十分な速度で発光層に正孔を注入することが可能になる。ＯＬＥＤでは、層の伝導性の有用な尺度は、特定の層を厚くすることによりデバイス内で生じる電圧上昇である。特に、いくつかの他の何らかの形で同一のデバイスは、１つの相違を除いて、加工することができ、デバイスは異なるデバイスでは異なる厚さを有する伝導性が測定されている特定の層を有する。デバイスは、他の何らかの形で同一であるため、特定の層の厚さが増えることで生じる電圧の差は、伝導性が測定されているものと異なるさまざまな界面および層による電圧の差から分離できる。正孔伝導性は、特に、異なる厚さの層が、デバイス内の他の層に基づき電子が大量に到達することがなく、正孔が支配的な電荷キャリアであるデバイス内の場所に配置される場合にデバイス内でそのような測定を実行することにより測定され得る。伝導性に影響を及ぼすキャリア移動度などのパラメータは、電流の関数としてよいが、依存性は穏やかであると考えられる。この要因について制御するために、特定の電流密度で測定を実行するとよい。１０ｍＡ／ｃｍ^２は、本明細書で説明されている測定に使用された好適な電流密度である。ＮＰＤの正孔伝導度は、この方法で測定されており、１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流でデバイスにかかる電圧は、ＮＰＤの厚さが１０ｎｍ増える毎に０．６Ｖずつ上昇することが実証された。ＬＧ１０１（商標）（韓国所在のＬＧ電子から市販されている）の正孔伝導度は、同様の方法で測定され、１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流でデバイスにかかる電圧は、ＬＧ１０１の厚さが１０ｎｍ増える毎に０．５Ｖ未満だけ上昇することが実証された。これらの測定は、さまざまなデバイス構造において反復可能である。発光層とアノードとの間にデバイスにかかる電圧が層の厚さが１０ｎｍ増える毎に０．１Ｖ以下だけ上昇する層のみを有するデバイスは、好ましくは、発光層のアノード側の有機層に対する損傷を最小限度に抑えることができる。ＬＧ１０１の層は、このような層の一例である。

電子が発光層のアノード側上の有機材料を損傷することにより引き起こされる損傷および寿命短縮を回避する他の手段は、発光層のアノード側で有機金属材料のみを使用することである。有機金属材料、特に有機発光デバイス中のリン光発光エミッタとして使用することについて知られている材料は、ＮＰＤなど、正孔輸送層で一般に使用されるいくつかの材料に比べて電子からの損傷に一般的に耐性があると考えられている。実際、エミッタとして使用される有機金属材料は、デバイスの（複数の）発光層に電子が比較的豊富に存在する環境に曝される。デバイスの比較的電子が少ないアノード側でこのような材料を使用しても、著しい電子損傷を生じないであろう。それに加えて、有機発光デバイス内でエミッタとして使用される多くの有機金属材料は、よい正孔輸送層であり、多くの場合において、有機発光デバイスの発光層内の正孔輸送に関与すると考えられている。

電子が発光層のアノード側上の有機材料を損傷することにより引き起こされる損傷および寿命短縮を回避する他の手段は、第１の有機層３３０など、第１の非発光材料（つまり、第１の有機層の非発光材料）に対する高い三重項エネルギー材料を使用することである。デバイスの寿命を短くする１つの損傷メカニズムは、三重項が発光層のアノード側に到達すること、および発光層のアノード側上の有機材料を損傷することを伴うことがあると考えられている。発光層内で界面を有するデバイスアーキテクチャでは、再結合（つまり、三重項形成を含むエキシトン形成）がこの界面で、またはこの界面近くで生じると考えられている。発光層中のさまざまな材料の相対的三重項エネルギーに応じて、三重項は、非発光材料だけでなくリン光発光材料上にも存在し得る。第１の有機層の非発光材料について高い三重項エネルギー材料を選択することにより、非発光材料上に形成し、および／または他の材料から非発光材料に移動することができる三重項の数を減らすことができる。それに加えて、この非発光材料上に存在する任意の三重項が低い三重項エネルギーを有する発光層中の他の分子に移動することがエネルギー的に好ましい。第１の有機層は発光層内にあるが、アノード側にあるため、リン光発光材料の濃度は、第２の有機層内の濃度に比べて高く、三重項の第１の有機層の非発光材料からの移動先となり得る部位が増える。そのため、第１の非発光材料に高い三重項エネルギー材料を使用すると、発光層のアノード側に到達するエキシトンの数を減らすことができる。このような状況において、「高い」三重項エネルギー材料は、２．７ｅＶ以上の三重項エネルギーを有する材料である。

デバイスの寿命を延ばす他の方法では、第１の有機層の非発光材料に、トリフェニレン、カルバゾール、金属キノレート、ジベンゾチオフェン、およびカルバゾールと結合したジベンゾチオフェンからなる群から選択される基を含む材料を使用する。これらの材料は、電子が発光層のアノード側の有機材料を損傷することにより引き起こされる損傷および寿命短縮を回避する他の方法と組み合わせて使用したときに最も有用である。

デバイスの寿命は、青色を発光するリン光発光デバイス、つまり、ピークが４４０ｎｍから５００ｎｍまでの範囲の波長である発光スペクトルを持つリン光発光材料を有するデバイスにとって特に重要な問題である。これは、青色光子が可視スペクトル内で最高のエネルギーを持つ光子であるためであり、したがって、青色発光有機分子は一般にそれに応じて高い三重項および／または一重項エネルギーを有する。その結果、青色発光デバイス内の多くの材料は、他のデバイスに比べてより高いエネルギーのエキシトンおよび／または電荷キャリアに曝される可能性がある。また、青色デバイスで使用するのに利用可能な材料の選択は、デバイス内の適切な電荷輸送を確実にするために最高被占分子軌道、最低空分子軌道、禁制帯幅などに関係する特定の特性に対する制約によって制限され得るが、低エネルギー光子を放出するデバイスに対する制約は、さらに緩和され得る。青色デバイスに対する材料の選択は、限定されているため、緑色または赤色を放射するデバイスに使用されるより望ましい材料のうちのいくつかは、青色発光デバイスに有効な選択肢とならない場合がある。デバイスの寿命は、さらに、緑色発光デバイス、つまり、ピークが５００ｎｍから５３０ｎｍまでの範囲の波長である発光スペクトルを持つリン光発光材料を有するデバイスにとっても重要である。青色デバイスについて説明されている同じ問題のいくつかが、緑色デバイスにも当てはまるが、その程度は低い。したがって、本明細書で説明されている特徴の多くは、これらの波長、特に青色の波長を有するデバイスで使用するのに特に望ましい。しかし、これらの特徴は、任意の色を放射するデバイスで使用され得る。

好ましくは、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０の全厚は、少なくとも４００Åであり、第１の有機層３３０の厚さは少なくとも５０Åであり、第２の有機層３４０の厚さは少なくとも５０Åである。これらの厚さにおいて、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０の全厚は、広い再結合ゾーンに対応できる十分な大きさである。さらに、層のそれぞれに対する最小の厚さは、そこでまたは近くで再結合の多くが生じ得る第１の有機層３３０と第２の有機層３４０との間の界面が、他の材料を含み得る他の層から少なくとも５０Åだけ離れていることを意味する。その結果、そのような他の材料によって引き起こされる任意のデバイスの寿命問題は軽減され得る。

好ましくは、リン光発光材料は、非発光材料の最高被占分子軌道より少なくとも０．３ｅＶ高い最高被占分子軌道を有する。結果として、第１の有機層３３０と第２の有機層３４０中の正孔輸送がもっぱらリン光発光材料上で生じる可能性が高い。結果として、第１の層３３０と第２の層３４０との間のリン光発光材料の濃度の差が、２つの層の正孔輸送特性の著しい差につながり、２つの層の間の界面で、または界面の近くで再結合が発生する可能性が高い。

正孔阻止層３５０が存在する場合、その層に対しいくつかの好ましい材料選択肢がある。本発明の態様が機能する理由に関するいかなる理論にも限定されることを意図せずに、正孔阻止層３５０の目的は、正孔が第２の有機層３４０から正孔阻止層３５０に移動するのを妨げることである。正孔阻止層３５０は、第２の有機層３４０とカソード３６０との間に配置され、第２の有機層３４０と直接接触する。層３５０は、さらに、「第４の」有機層と呼ぶこともできる。

正孔が正孔阻止層３５０内に移動するのを妨げる一方法は、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０の非発光材料を正孔阻止層３５０に使用することである。第１および第２の有機層３３０および３４０のリン光発光材料は、正孔阻止層３５０内に存在せず、その材料は第１および第２の有機層３３０および３４０内の正孔輸送に関与するので、正孔は正孔阻止層３５０に入ることができない場合がある。これは、上述のようにリン光発光材料が非発光材料の最高被占分子軌道より少なくとも０．３ｅＶ高い最高被占分子軌道を有する場合に特に当てはまる。正孔阻止層３５０中のこの特定の非発光材料の使用は、いくつかの理由から望ましいことである。まず第１に、この材料は第１の有機層３３０および第２の有機層３４０中にすでに存在しているので、正孔阻止層３５０中でこの材料を使用しても、任意の追加の材料に関係する障害メカニズムがデバイスに加わることはないであろう。第２に、多くのデバイスにおいて、発光層の非発光材料は、発光層中の電子輸送にもっぱら関与しており、発光層のカソード側から電子を輸送し、それらの電子を発光層中に注入するためにこの材料を使用しても何も問題は生じないはずだと考えられている。それに加えて、加工は、異なる材料の数を最小限に維持することにより簡素化される。好ましくは、正孔阻止層は、第１の有機層３３０および第２の有機層３４０の非発光材料のみを含み、場合によってはデバイス特性に影響を及ぼさない程度のわずかの不純物があり得る。しかし、第２の有機層３４０のリン光発光材料のと比べて少なくとも０．３ｅＶ高い最高被占分子軌道を有する材料などの他の材料も、正孔阻止層３５０に使用することができる。

層３５０は、さらに、エキシトンが第２の有機層３４０を出るのを阻止する働きもし得る。好ましくは、層３５０は、発光ドーパントの三重項エネルギーより少なくとも０．１ｅＶ高い三重項エネルギーを有する材料のみを含む。

電子が発光層のアノード側上の有機材料を損傷することにより引き起こされる損傷および寿命短縮を回避する他の手段は、発光層のアノード側で任意の有機金属材料を使用することを単純に回避することである。図４は、リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有し、第１の有機層とアノードとの間に有機層がない発光層を含む有機発光デバイスを示している。例示されているように、図４のデバイスは、基板４１０、アノード４１５、第１の有機層４３０および第２の有機層４４０を有する発光層、正孔阻止層４５０、電子輸送層４６０、およびカソード４７０を備える。正孔阻止層４５０および電子輸送層４６０は、適宜使用できる。

第１の有機層４３０は、アノードとカソードとの間に配置され、リン光発光材料および非発光材料を含む。第１の有機層中のリン光発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第１の有機層中の非発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第２の有機層４４０は、第１の有機層とカソードとの間に配置され、第１の有機層４３０と直接接触する。第２の有機層は、リン光発光材料および第１の有機層の非発光材料を含む。第２の層中のリン光発光材料の濃度は、３〜２５重量％である。第２の有機層中の非発光材料の濃度は、７５〜９７重量％である。第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層中のリン光発光材料の濃度より低い。一態様では、第１の有機層４３０および第２の有機層４４０は、リン光発光材料および非発光材料のみを含む。

図４のデバイスは、長寿命のデバイスを実現するために複数の特徴の組合せに依存する。アノードと発光層との間で任意の有機層を使用するのを単純に回避するだけでは、アノード発光層間界面および特にその界面でのまたは界面近くでの再結合によって引き起こされる問題があるため、よいデバイスを得ることができそうもない。しかし、図４のデバイスは、さらに、濃度の異なるリン光発光ドーパントを有する異なる層を含む。図３のデバイスの場合のように、第１の有機層４３０と第２の有機層４４０との間のリン光発光材料の濃度の変化により、結果として発光層内に界面が生じ、第１の有機層４３０中の電子の移動度は第２の有機層４４０中の移動度より高くなり、第２の有機層４４０中の正孔の移動度は第１の有機層４３０中の移動度より高くなる可能性があると考えられる。その結果、電子と正孔の再結合は、第１の有機層４３０と第２の有機層４４０との間の界面でまたは界面近くで発生し得る。そのため、図４のデバイスでは、アノードと接触している発光層を使用する従来のデバイスにおいて存在していた可能性のある問題が回避される。図４のデバイスは、さらに、図４のデバイスが電子によって損傷を受けるような有機材料を持たないため、発光層とアノードとの間の有機材料に対する電子損傷によって引き起こされる従来のデバイスに存在していた可能性のある問題を回避する。

図５は、３つの有機材料のみを有する有機発光デバイスを示す。例示されているように、図５のデバイスは、基板５１０、アノード５１５、第３の有機層５２０、第１の有機層５３０および第２の有機層５４０を有する発光層、正孔阻止層５５０、電子輸送層５６０、およびカソード５７０を備える。

第１の有機層５３０は、アノードとカソードとの間に配置され、リン光発光材料および非発光材料を含む。第１の有機層中のリン光発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第１の有機層中の非発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第２の有機層５４０は、第１の有機層とカソードとの間に配置され、第１の有機層５３０と直接接触する。第２の有機層は、リン光発光材料および第１の有機層の非発光材料を含む。第２の層中のリン光発光材料の濃度は、３〜２５重量％である。第２の有機層中の非発光材料の濃度は、７５〜９７重量％である。第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層中のリン光発光材料の濃度より低い。第１の有機層５３０および第２の有機層５４０は、リン光発光材料および非発光材料のみを含む。

第３の有機層５２０は、第１の有機層５３０のリン光発光材料のみを含み、第１の有機層５３０と直接接触する。第３の有機層５２０では、リン光発光材料は、実際に発光しない場合があるが、むしろ、正孔をアノード５１５から輸送し、正孔を第１の有機層５３０内に注入する働きをし得る。

正孔阻止層５５０は、第１の有機層５３０の非発光材料のみを含む。本発明の態様がどのように機能するかに関していかなる理論の制限を受けることなく、第１の層５３０および第２の層５４０における正孔輸送は、リン光発光材料上で生じ、またそのような輸送は、非発光材料上では生じないと考えられている。その結果、正孔阻止層５５０は、正孔を第２の有機層５４０から輸送することができず、正孔阻止層として作用する。

そのため、第３の有機層５２０、第１の有機層５３０、第２の有機層５４０、第３の有機層５５０の間で使用される有機材料は２つのみである。図５のデバイス内の第３の有機材料は、電子輸送層５６０中の唯一の材料として存在する電子輸送材料である。

本明細書で例示されているデバイスの多くは、実施されるように本発明の態様に存在する場合もあれば存在しない場合もあるさまざまな層を有するが、図５に例示されている特定のデバイスは、示されている層を、追加することも省略することもなく、まったくそのまま有することを意図されており、また３つの有機材料のみを含むことを意図されている。その結果、付加的な層および付加的な有機材料に関連する損傷メカニズムは、回避され得る。リン光発光材料は、デバイスの発光材料である。

異なる態様では、図５のデバイスは、第４の有機材料を含むように限定された方法で修正されてよく、これによりデバイスは、４つの有機材料のみを含み、それらの有機材料のうちの１つは、発光層とカソードとの間のみのデバイスに存在する電子輸送材料である。この態様では、３つの有機材料がデバイスの発光層内に存在することができ、それに加えて任意の正孔輸送、正孔注入、および／または阻止層がデバイス内に存在する。例えば、デバイスは、発光層内に２つの異なるリン光発光材料と単一の非発光材料とを含むか、発光層内に単一のリン光発光材料と２つの異なる非発光材料とを含むか、またはリン光発光材料、非発光材料、および低エネルギー発光材料を含むことができる。

図６は、図３のものに似ているが、複数のリン光発光材料を含む有機発光デバイスを示す。例示されているように、図６のデバイスは、基板６１０、アノード６１５、第３の有機層６２０、第１の有機層６３０および第２の有機層６４０を有する発光層、正孔阻止層６５０、電子輸送層６６０、およびカソード６７０を備える。第３の有機層６２０、正孔阻止層６５０、および電子輸送層６６０は、適宜使用できる。

第１の有機層６３０は、アノードとカソードとの間に配置され、第１のリン光発光材料および非発光材料を含む。第１の有機層中の第１のリン光発光材料の濃度は、３〜５０重量％である。第１の有機層中の非発光材料の濃度は、１０〜９７重量％である。第２の有機層６４０は、第１の有機層６３０とカソードとの間に配置され、第１の有機層６３０と直接接触する。第２の有機層６４０は、第１のリン光発光材料および第１の有機層の非発光材料を含む。第２の層中の第１のリン光発光材料の濃度は、３〜２５重量％である。第２の有機層中の非発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第２の有機層中の第１のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層中のリン光発光材料の濃度より低い。

第１の有機層６３０、第２の有機層６４０、またはその両方は、濃度０．１〜１２重量％で存在する低エネルギー発光材料を含む。低エネルギー発光材料は、蛍光発光材料であってもよい。低エネルギー発光材料が蛍光発光する場合、デバイスはリン光増感蛍光発光を示し得る、つまり、エネルギーは、第１のリン光発光材料上の三重項から蛍光発光材料に移動され得る。

第１の有機層６３０と第２の有機層６４０は両方とも、濃度０．１〜１２重量％で存在する低エネルギー発光材料を含み得る。または、第１の有機層６３０のみが、濃度０．１〜１２重量％で存在する低エネルギー発光材料を含む場合があり、第２の有機層６４０は、低エネルギー発光材料を含まない。または、第２の有機層６４０のみが、濃度０．１〜１２重量％で存在する低エネルギー発光材料を含む場合があり、第１の有機層６３０は、低エネルギー発光材料を含まない。

一態様では、第１の有機層６３０は、第１のリン光発光材料および非発光材料のみを含み、第２の有機層６４０は、第１のリン光発光材料、非発光材料、および低エネルギー発光材料のみを含む。この特定の態様では、任意の所定の層中の材料のすべてから集めた割合の合計は１００％になるので、第１の有機層中の非発光材料の濃度は５０〜９７重量％であり、第２の有機層中の非発光材料の濃度は６３〜９０重量％である。

第１のリン光発光材料と低エネルギー発光材料は両方とも、図６のデバイス内で発光し得る。例えば、第１のリン光発光材料が第１の有機層６３０内に存在する唯一の発光材料である場合、これはその層から発光し得る。第１のリン光発光材料と低エネルギー発光材料の両方が、第２の有機層６４０中に存在し、低エネルギー発光材料が、第１のリン光発光材料より低い三重項エネルギーでリン光発光する場合、第２のリン光発光材料からの発光は、第２の有機層６４０中で好ましい場合がある。しかし、第２の有機層６４０中の第１のリン光発光材料および第２のリン光発光材料の濃度に応じて、それでもまだ、第２の有機層６４０中の第１のリン光発光材料からの発光があり得る。いずれにせよ、第１のリン光発光材料は、第１の有機層６３０から発光することが可能である。その結果、図６のデバイスは、異なる発光スペクトルを持つ複数の発光材料を有することができ、デバイスの全体的な発光を広いものにできる。このような発光スペクトルは、一般照明などのいくつかの用途に望ましいものである。

図７は、リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する発光層、および特定の電荷キャリア移動特性を持つ第１の有機層とカソードとの間に有機層を持つ有機発光デバイスを示している。図７のデバイスは、図３について説明されているものと似た概念を適用するが、リン光発光材料が正孔輸送ではなく発光層中の電子輸送にもっぱら関与しているデバイスに適用される通りである。最も一般的なリン光発光デバイスは、リン光発光材料上で電子が輸送される発光層を含まないが、化合物Ｓは、発光層中で電子を輸送し得るリン光発光分子の一例であると考えられている。例示されているように、図７のデバイスは、基板７１０、アノード７１５、第３の有機層７２０、第１の有機層７３０、第２の有機層７４０、正孔阻止層７５０、電子輸送層７６０、およびカソード７７０を備える。第３の有機層７２０、正孔阻止層７５０、および電子輸送層７６０は、適宜使用できる。

第１の有機層７３０は、アノードとカソードとの間に配置され、リン光発光材料および非発光材料を含む。第１の有機層中のリン光発光材料の濃度は、３〜２５重量％である。第１の有機層中の非発光材料の濃度は、７５〜９７重量％である。第２の有機層７４０は、第１の有機層とカソードとの間に配置され、第１の有機層７３０と直接接触する。第２の有機層７４０は、リン光発光材料および第１の有機層の非発光材料を含む。第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第２の有機層中の非発光材料の濃度は、１０〜９０重量％である。第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は、第１の有機層中のリン光発光材料の濃度より高い。

図７のデバイスは、図３のものと似た原理に基づいて動作するが、リン光発光ドーパントが正孔輸送ではなく電子輸送に関与している材料の組合せを対象としているという点で異なる。そのため、第１の有機層７３０に比べてカソード７７０に近い第２の有機層７４０は、第１の有機層７３０に比べて電子輸送リン光発光材料の濃度が高い。したがって、電子移動度は、第２の有機層７４０に相対的に第１の有機層７３０において低下することになり、第１の有機層７３０と第２の有機層７４０との間の界面で、または界面の近くで再結合が実行され得る。

図８は、表１および３のパラメータを使用して加工された有機発光デバイスを示している。

図９は、リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、加工され、テストされた特定の有機発光デバイスを示している。

図１０は、加工され、テストされた特定の有機発光デバイスを示している。図１０のデバイスは、化合物Ａ、化合物Ｆ、ｍＣＢＰ、およびＡｌｑの４つの有機材料のみを含む。特に、図１０のデバイスは、順に、ＩＴＯアノード、化合物Ａの厚さ１０ｎｍの正孔注入層、１５％の化合物ＦをドープされたｍＣＢＰの厚さ６０ｎｍの発光層、ｍＣＢＰの厚さ５ｎｍの正孔阻止層、Ａｌｑの厚さ２０ｎｍの電子輸送層、ＬｉＦの厚さ０．５ｎｍの無機電子注入層、および厚さ１００ｎｍのＡｌカソードを含む。

図１１は、図１０のデバイスに対する電流密度と電圧の関係を示すグラフである。

図１２は、図１０のデバイスに対する外部量子効率（ＥＱＥ）と電流密度の関係を示すグラフである。

図１３は、図１０のデバイスに対する正規化された強度（任意の単位）と時間の関係を示すグラフである。

図１４は、図１０のデバイスに対する正規化された電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。

図１５は、加工され、テストされた特定の有機発光デバイスを示している。図１５のデバイスは、化合物Ｆ、ｍＣＢＰ、およびＡｌｑの３つの有機材料のみを含む。特に、図１５のデバイスは、順に、ＩＴＯアノード、化合物Ｆの厚さ１０ｎｍの正孔注入層、１５％の化合物ＦをドープされたｍＣＢＰの厚さ６０ｎｍの発光層、ｍＣＢＰの厚さ５ｎｍの正孔阻止層、Ａｌｑの厚さ２０ｎｍの電子輸送層、ＬｉＦの厚さ０．５ｎｍの無機電子注入層、および厚さ１００ｎｍのＡｌカソードを含む。図１５のデバイスは、化合物Ｆが化合物Ａの代わりに正孔注入層に使用されるという点を除き、図１０のデバイスと似ている。明らかに、化合物Ｆは、さらに、図１５のデバイス内の発光材料でもある。

図１６は、図１５のデバイスに対する電流密度と電圧の関係を示すグラフである。

図１７は、図１５のデバイスに対する外部量子効率（ＥＱＥ）と電流密度の関係を示すグラフである。

図１８は、図１５のデバイスに対する正規化された強度（任意の単位）と時間の関係を示すグラフである。

図１９は、図１５のデバイスに対する正規化された電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。

図２０は、さまざまなデバイス構造に対する正規化された発光度と時間の関係を示すグラフである。

図１５のデバイス、および図１６〜１９にプロットされている実験結果は、図１５のデバイスが図１０のと似た測定結果を有することを示している。これは、化合物Ｆが化合物Ａと似たよい正孔輸送層である証拠である。化合物Ｆが、化合物Ａのものに匹敵する正孔輸送特性を持たなかった場合、図１５のデバイスは、化合物Ｆが正孔を輸送することがあまりできない結果として図１０のと比べて劣った性能を示すことが予想される。

図２１は、リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、表２のパラメータを使用して加工された有機発光デバイスを示している。

図２２は、リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、表４のパラメータを使用して加工された有機発光デバイスを示している。表５は、表４のデバイスのデバイス性能を示している。

図２３は、表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する正規化された電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。

図２４は、表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する発光効率と輝度の関係を示すグラフである。

図２５は、表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。

図２６は、表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する電流密度と電圧の関係を示すグラフである。

図２７は、表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。

図２８は、表４のパラメータを使用して図２２に従って加工されたデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。

図２９は、リン光発光材料および非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する、表６のパラメータを使用して加工された有機発光デバイスを示す図であるが、ＮＰＤの層を有するデバイスと、ＮＰＤの層を有しないデバイスがある。表６のデータは、正孔注入層と発光層との間にＮＰＤの１００Åの層を導入すると、赤色発光デバイスの寿命が短くなることを示している。

図３０は、ＮＰＤの層を有しない有機発光デバイスを示している。

図３１は、ＮＰＤの層を有する有機発光デバイスを示している。

図３２は、図３０および図３１のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。

図３３は、図３０および図３１のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。

図３４は、図３０および図３１のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。

図３５は、図３０および図３１のデバイスに対する電界発光強度と波長の関係を示すグラフである。

図３６は、さまざまな初期輝度における図３０のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。

図３７は、さまざまな初期輝度における図３１のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。

図３８は、ＮＰＤとＢＡｌｑの両方からの発光がある有機発光デバイスを示す図である。

図３９は、図３８のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。

図４０は、図３８のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。

図４１は、図３８のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。

図４２は、図３８のデバイスに対する電界発光強度（任意の単位）と波長の関係を示すグラフである。

図４３は、図３８のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。

図４４は、Ａｌｑからのみの発光がある有機発光デバイスを示す図である。

図４５は、図４４のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。

図４６は、図４４のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。

図４７は、図４４のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。

図４８は、図４４のデバイスに対する電界発光強度（任意の単位）と波長の関係を示すグラフである。

図４９は、図４４のデバイスに対する正規化された輝度と時間の関係を示すグラフである。

図５０は、発光層とアノードとの間に高い正孔伝導度を持つ層のみ、および発光層中の非発光ホストとして使用される同じ材料の正孔阻止層を有する有機発光デバイスを示す図である。図５０のデバイスは、ＬＧ１０１の厚さ１０ｎｍの正孔注入層、１５重量％の化合物Ｈをドープされた化合物Ｊの厚さ６０ｎｍの第１の有機発光層、化合物Ｊの厚さ２５ｎｍの正孔阻止層、Ａｌｑの厚さ２０ｎｍの電子輸送層、およびＬｉＦ／Ａｌカソードを備える。

図５１は、図５０のデバイスに対する正規化された発光度と時間の関係を示すグラフである。

図５２は、図５０のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。

図５３は、図５０のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。

図５４は、図５０のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。

図５５は、図５０のデバイスに対するＥＬ強度と波長の関係を示すグラフである。

図５６は、発光層とアノードとの間に高い正孔伝導度を持つ層のみ、発光層中の非発光ホストとして使用される同じ材料の正孔阻止層、およびリン光発光材料と非発光材料の濃度が異なる第１および第２の有機層を有する発光層を有し、第２の有機層中のリン光発光材料の濃度は可変である、有機発光デバイスを示す図である。図５６のデバイスは、ＬＧ１０１の厚さ１０ｎｍの正孔注入層、３０重量％の化合物Ｈをドープされた化合物Ｊの厚さ３０ｎｍの第１の有機発光層、Ｘ重量％の化合物Ｈをドープされた化合物Ｊの厚さ３０ｎｍの第２の有機発光層、化合物Ｊの厚さ２５ｎｍの正孔阻止層、Ａｌｑの厚さ２０ｎｍの電子輸送層、およびＬｉＦ／Ａｌカソードを備える。Ｘは、加工されたデバイス内で１０重量％から１８重量％まで変化し、図５７の凡例に示されているようにＸ＝１０、１４、および１８重量％でのデバイスを使用している。図５６のデバイスは、図５０のデバイスと非常によく似ているが、ただし図５６のデバイスにはドーパントＨの濃度に段があるが、図５０のデバイスではそうではないという点が異なる。

図５７は、図５６のデバイスに対する正規化された発光度と時間の関係を示すグラフである。

図５８は、図５６のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。

図５９は、図５６のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。

図６０は、図５６のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。

図６１は、図５６のデバイスに対するＥＬ強度と波長の関係を示すグラフである。

図５６のデバイスは、図５０のデバイスと比較できる。デバイスアーキテクチャに関して、これらのデバイスは、発光層中では、図５６のデバイスが化合物Ｈの濃度に段があるが、図５０のデバイスにはないという点を除き類似している。これら２つのデバイスに対する測定された結果から、図５６のデバイスは、ドーパント濃度の段によって使用可能になる、低い動作電圧を有することがわかる。図５６のデバイスは、さらに、図５０のデバイスと比べてよい青色ＣＩＥ座標を有する。このよいＣＩＥ座標は、図５６のデバイス内のカソードに近い再結合から結果として生じる光学的効果によるものであり、また３０％の化合物Ｈをドープされた層中の正孔伝導度が大きいことによるものであると考えられている。図５６のデバイスは、さらに、図５０のデバイスに比べて高い外部量子効率を示す。図５６のデバイスの効率が高いのは、ドーパント濃度に段があることにより再結合が広がることと、再結合位置での電子と正孔のバランスに優れているためであると考えられる。それに加えて、再結合は、多くの場合、界面で発生し、図５６のデバイスは、濃度に段があることにより発光し得る層を伴う３つの界面を有するが、図５０のデバイスはそのような界面を２つしか有していない。

図６２は、発光層とアノードとの間に高い正孔伝導度を持つ層のみ、発光層中の非発光ホストとして使用される同じ材料の正孔阻止層、ならびに第１および第２の有機発光層中のリン光発光材料が異なる第１および第２の有機層を有する発光層を有し、第２の有機発光層中のリン光発光材料の濃度は可変である、有機発光デバイスを示す図である。図６２のデバイスは、ＬＧ１０１の厚さ１０ｎｍの正孔注入層、３０重量％の化合物Ａをドープされた化合物Ｊの厚さ３０ｎｍの第１の有機発光層、Ｘ重量％の化合物Ｈをドープされた化合物Ｊの厚さ３０ｎｍの第２の有機発光層、化合物Ｊの厚さ２５ｎｍの正孔阻止層、Ａｌｑの厚さ２０ｎｍの電子輸送層、およびＬｉＦ／Ａｌカソードを備える。Ｘは、加工されたデバイス内で１０重量％から１８重量％まで変化し、図５７の凡例に示されているようにＸ＝１０、１４、および１８重量％でのデバイスを使用している。図６２のデバイスは、図５６のデバイスに非常によく似ているが、ただし、図６２のデバイスでは第１および第２の有機発光層において異なるリン光発光材料を使用しているが、図５６のデバイスでは、両方の層において同じリン光発光材料を使用している点が異なる。リン光発光材料の濃度は、図６２のデバイスと比べて図５６のデバイスでは同じである。

図６３は、図６２のデバイスに対する外部量子効率と輝度の関係を示すグラフである。

図６４は、図６２のデバイスに対する電力効率と輝度の関係を示すグラフである。

図６５は、図６２のデバイスに対する輝度と電圧の関係を示すグラフである。

図６６は、図６２のデバイスに対するＥＬ強度と波長の関係を示すグラフである。

図６２のデバイスは、図５６のデバイスと比較できる。デバイスアーキテクチャに関して、これらのデバイスは、発光層中では、図６２のデバイスがリン光発光エミッタ化合物Ａをドープされた発光層およびリン光発光エミッタ化合物Ｈをドープされた他の発光層を有するが、図５６のデバイスはリン光発光エミッタ化合物Ｈのみを有するという点を除き類似している。デバイスは両方とも、ドーパント濃度に段があり、実際のドーパントが異なる層であっても類似の濃度である。これら２つのデバイスアーキテクチャを比較することからいくつかのポイントが理解できる。第１に、図６２のデバイスは、化合物Ａと化合物Ｈの両方からの発光の組合せである広域発光スペクトルを示す。その結果、図５６のデバイスは、３０％の化合物Ｈをドープされた層とより低い濃度の化合物Ｈをドープされた層の両方から発光すると推論され得る。図５８を図６３と比較すると、図６２のデバイスは、図５６のデバイスに比べて荷電平衡に優れることがわかるが、これは、図５６のデバイスでの２桁と比べて図６２のデバイスで３桁を超える比較的平坦な外部量子効率により明らかである。

２つの異なるドープ発光層を有するいくつかのデバイスが加工されたが、それらのデバイスはＮＰＤなどの材料を使用する正孔輸送層を含まない。表７は、これらのデバイスに対する構造を示している。表８は、これらのデバイスに対する測定された実験結果を示している。一般に、デバイスはＩＴＯアノード、ＬＧ１０１の正孔注入層、ならびに間に界面がある第１の有機層および第２の有機層を有する発光層を有していた。これらのデバイスのうちの一部には、正孔阻止層があった。これらのデバイスはすべて、ＬＧ１０１と同じ供給元から入手できるＬＧ２０１の電子輸送層およびＬｉＦ／Ａｌカソードを有していた。デバイス１、２、および４は、第１および第２の有機層中に同じ非発光材料を含み、異なるリン光発光材料を含む。デバイス５〜８は、異なる非発光材料および異なるリン光発光材料を持つ第１および第２の有機層を有する。デバイス９、１１、および１２は、異なる非発光材料および異なるリン光発光材料を持つ第１および第２の有機層を有し、第１の有機層は、それに加えて、発光材料を含む。デバイス１３〜２２は、同じ非発光材料および異なるリン光発光材料を持つ第１および第２の有機層を有し、第１の有機層は、それに加えて、低エネルギー発光材料を含む。デバイス１、２、４、５〜８、９、１１、１２、および１３〜２２はすべて、間に界面がある第１および第２の有機層を有する発光層を備える。これらのデバイスのほとんどにおいて、リン光発光材料の濃度は、第１の（アノードにより近い）有機層中でより高い。しかし、デバイス８および９では、リン光発光材料の濃度は、第２の有機層において高い。デバイス３の発光層は、間に界面を持つ、それぞれ非発光材料とリン光発光材料とを有する、第１および第２の有機層を含まない。デバイス１０の発光層は、化合物Ｂがデバイス１０内で非発光であるため、１０は、それぞれ非発光材料およびリン光発光材料を有する、第１および第２の有機層を含まない。

表９は、第１の有機層と第２の有機層との間に界面がある発光層を有するいくつかのデバイスに対するデバイスを構造および測定された実験結果を示しているが、ただし、ホストおよびドーパント、つまり、非発光材料は両方の層において同じ材料であり、リン光発光材料は両方の層において同じ材料であるが、濃度は異なる。表９のデバイスはすべて、化合物Ａの１００Åの正孔注入層、特定のデバイスに依存する異なる材料の１００Åの正孔阻止層（「ＢＬ」）、４００Åの電子輸送層、およびＬｉＦ／Ａｌカソードを有していた。発光層は、間に界面がある第１の有機層および第２の有機層を備え、第１の有機層は、７０重量％の濃度の非発光材料（表９の「ホスト」）および３０重量％の濃度のリン光発光材料（表９の「ドーパント」）からなり３００Åであり、第２の有機層は、同じ、ただし濃度は９０重量％である（表９の「ホスト」）非発光材料および同じ、ただし濃度が１０重量％である（表９の「ドーパント」）リン光発光材料からなり３００Åであった。それぞれのデバイスの特定のホストおよびドーパントが表９に識別されている。したがって、表９のデバイスに対する一般的なデバイス構造は、ＩＴＯ（１２００Å）／化合物Ａ（１００Å）／ホスト（７０重量％）：ドーパント（３０重量％）（３００Å）／ホスト（９０重量％）：ドーパント（１０重量％）（３００Å）／ＢＬ（１００Å）／Ａｌｑ^３（４００Å）／ＬｉＦ／Ａｌであった。

本明細書で説明されているさまざまな実施形態は、ほんの一例であり、本発明の範囲を制限することを意図されていないことは理解される。例えば、本明細書で説明されている材料および構造の多くは、本発明の精神から逸脱することなく他の材料および構造で置き換えられる。したがって、特許請求した本発明は、当業者には明らかであろう通り、本明細書で記載した特定の実施例および好ましい実施形態からの変形を含み得る。本発明が機能する理由に関するさまざまな理論は、限定することを意図されていないことは理解される。

１００ 有機発光デバイス
１１０ 基板
１１５ アノード
１２０ 正孔注入層
１２５ 正孔輸送層
１３０ 電子阻止層
１３５ 発光層
１４０ 正孔阻止層
１４５ 電子輸送層
１５０ 電子注入層
１５５ 保護層
１６０ カソード
１６２ 第１の導電層
１６４ 第２の導電層
２００ 反転ＯＬＥＤ
２１０ 基板
２１５ カソード
２２０ 発光層
２２５ 正孔輸送層
２３０ アノード
３１０ 基板
３１５ アノード
３２０ 第３の有機層
３３０ 第１の有機層
３４０ 第２の有機層
３５０ 正孔阻止層
３６０ 電子輸送層
３７０ カソード
４１０ 基板
４１５ アノード
４３０ 第１の有機層
４４０ 第２の有機層
４５０ 正孔阻止層
４６０ 電子輸送層
４７０ カソード
５１０ 基板
５１５ アノード
５２０ 第３の有機層
５３０ 第１の有機層
５４０ 第２の有機層
５５０ 正孔阻止層
５６０ 電子輸送層
５７０ カソード
６１０ 基板
６１５ アノード
６２０ 第３の有機層
６３０ 第１の有機層
６４０ 第２の有機層
６５０ 正孔阻止層
６６０ 電子輸送層
６７０ カソード
７１０ 基板
７１５ アノード
７２０ 第３の有機層
７３０ 第１の有機層
７４０ 第２の有機層
７５０ 正孔阻止層
７６０ 電子輸送層
７７０ カソード

Claims (13)

1. アノードと、
   カソードと、
   前記アノードと前記カソードとの間に位置する発光層と、を備える有機発光デバイスであって、
   前記発光層が、
   第１のリン光発光材料及び第１の非発光材料を含む第１の有機層であって、
   前記第１の有機層中の前記第１のリン光発光材料の濃度が１０〜９０重量％であり、
   前記第１の有機層中の前記第１の非発光材料の濃度が１０〜９０重量％である、第１の有機層と、
   第２のリン光発光材料及び第２の非発光材料を含む第２の有機層であって、
   前記第２の有機層中の前記第２のリン光発光材料の濃度が３〜２５重量％であり、
   前記第２の有機層中の前記第２の非発光材料の濃度が７５〜９７重量％である、第２の有機層と、
   前記第１の有機層と前記アノードとの間に位置する第３の有機層と、を含み、
   前記第１の有機層が前記第２の有機層よりも前記アノードに近く、
   前記第２の有機層中の前記第２のリン光発光材料の濃度が、前記第１の有機層中の前記第１のリン光発光材料の濃度より低く、
   前記第１の非発光材料及び前記第２の非発光材料が同じ材料であり、前記第１のリン光発光材料及び前記第２のリン光発光材料が同じ材料であり、
   前記第３の有機層が前記第１のリン光発光材料から本質的になり、前記第３の有機層が前記第１の有機層及び前記アノードと直接接触する、有機発光デバイス。
2. 前記第１の有機層、前記第２の有機層、又はその両方が、低エネルギー発光材料をさらに含み、前記低エネルギー発光材料の濃度が０．１〜１２重量％である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
3. 前記第２の有機層中の前記第２のリン光発光材料の濃度が、前記第１の有機層中の前記第１のリン光発光材料の濃度より少なくとも５重量％低い、請求項１に記載の有機発光デバイス。
4. 前記第２の有機層中の前記第２のリン光発光材料の濃度が、前記第１の有機層中の前記第１のリン光発光材料の濃度より少なくとも１０重量％低い、請求項１に記載の有機発光デバイス。
5. 前記第１の有機層が前記第１のリン光発光材料及び前記第１の非発光材料から本質的になり、前記第２の有機層が前記第１の有機層の前記第２のリン光発光材料及び前記第２の非発光材料から本質的になる、請求項１に記載の有機発光デバイス。
6. 前記第１の有機層及び前記第２の有機層の全厚が少なくとも４００Åであり、前記第１の有機層の厚さが少なくとも５０Åであり、前記第２の有機層の厚さが少なくとも５０Åである、請求項１に記載の有機発光デバイス。
7. 前記第１のリン光発光材料が前記第１の非発光材料の最高被占分子軌道より少なくとも０．３ｅＶ高い最高被占分子軌道を有し、前記第２のリン光発光材料が前記第１の非発光材料の第２の被占分子軌道より少なくとも０．３ｅＶ高い最高被占分子軌道を有する、請求項１に記載の有機発光デバイス。
8. 前記第２の有機層と前記カソードとの間に位置する第４の有機層を更に含み、前記第４の有機層が前記第２の非発光材料から本質的になり、前記第４の有機層が前記第２の有機層と直接接触する、請求項１に記載の有機発光デバイス。
9. 前記第２の有機層と前記カソードとの間に位置する第４の有機層を更に含み、前記第４の有機層が、前記第２のリン光発光材料の三重項エネルギーより少なくとも０．１ｅＶ高い三重項エネルギーを有する材料から本質的になり、前記第４の有機層が前記第２の有機層と直接接触する、請求項１に記載の有機発光デバイス。
10. 前記第１の非発光材料が、トリフェニレン、カルバゾール、ジベンゾチオフェン、及びカルバゾールと結合したジベンゾチオフェンからなる群から選択された基を含む材料から選択される、請求項１に記載の有機発光デバイス。
11. ３つ以下の異なる有機材料を含む、請求項１に記載の有機発光デバイス。
12. ４つ以下の異なる有機材料を含み、前記有機材料の１つが、前記発光層と前記カソードとの間のみにおいて前記有機発光デバイス内に存在する電子輸送材料である、請求項１に記載の有機発光デバイス。
13. 前記第１の有機層が前記第２の有機層と直接接触する、請求項１に記載の有機発光デバイス。

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