JP2018527729A - 白色光を発光する有機発光デバイス - Google Patents

Abstract

使用中に白色光を発光する有機発光デバイスであって、デバイスが、反射アノード（３）と、このアノード上に位置する赤色光を発光する第１の発光層（９）と、この第１の発光層上に位置する青色光および緑色光を発光する第２の発光層（１１）と、この第２の発光層上に位置するカソード構造とを備え、このカソード構造が、第１の半反射層（１５）と第２の半反射層（２１）とを備え、この第１の半反射半透明層とこの第２の半反射半透明層との間に光透過材料の層（１９）を有し、反射アノード（３）と第１の半反射半透明層（１７）との間の距離が、デバイスからの青色発光および赤色発光を向上させるマイクロキャビティを形成するように選択され、反射アノード（３）と第２の半反射半透明層（２１）との間の距離が、デバイスからの緑色発光を向上させるように選択される、デバイス。【選択図】図1

Description

本発明は、使用中に白色光を発光する有機発光デバイスに関する。本発明は、排他的ではないが、特に、赤色、緑色および青色発光材料を有するトップエミッション型デバイスに関する。

特許文献１は、ＯＬＥＤ構造のためのスペーサを有する２つの分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）スタックを使用するＤＢＲの使用を記載している。

米国特許出願公開第２０１１／００６９７３２号明細書

本発明は、使用中に白色光を発光する有機発光デバイスを提供し、このデバイスが、反射アノードと、このアノード上に位置する赤色光を発光する第１の発光層と、この第１の発光層上に位置する青色光および緑色光を発光する第２の発光層と、この第２の発光層上に位置するカソード構造とを備え、このカソード構造が、第１の半反射半透明層と第２の半反射半透明層とを備え、この第１の半反射半透明層と第２の半反射半透明層との間に光透過材料の層を有し、この反射アノードと第１の半反射半透明層との間の距離が、デバイスからの青色発光および赤色発光を向上させるマイクロキャビティを形成するように選択され、反射アノードと第２の半反射半透明層との間の距離が、デバイスからの緑色発光を向上させるように選択される。

デバイスは、アウトカップリングフィルムの不存在下であっても、ボトム発光型の標準ＩＴＯデバイスに関して全体的な効率を向上させるために、トップエミッション型デバイスに使用することができる二重層の薄い反射カソード（すなわちダブルミラーカソード）を使用して製作された新規なカソード構造を含む。これは、３つの異なる着色発光体すべてに対して感受性の、同じ場所に位置する一対のマイクロキャビティを作成することによって行われる。さらに、マイクロキャビティを利用することにより、法線角度スペクトル発光を狭めるので、標準の非マイクロキャビティデバイスの場合よりも、デバイスのエスケープコーン内により多くの光がある。新規な構造では、第２のｕ−キャビティが第２のカソードミラーにより形成され、（誘電体／金属ハイブリッド反射器内の）緑色成分を強調する。

本発明に従うトップエミッション型デバイスの概略図である。 図１のデバイスからの実験的エレクトロルミネセンス発光スペクトルを示す。 同じデバイスおよびコントロールデバイスの実験反射率スペクトルを示す。 コンピュータでモデル化されたデバイスの概略図である。 図４のコンピュータでモデル化されたデバイスからのエレクトロルミネッセンス発光スペクトルを示す。 同じコンピュータでモデル化されたデバイスの反射率スペクトルを示す。

本発明によるデバイスは、図１に断面図で概略的に示され、以下に説明するように製作された。

ガラス基板（１）上に、厚さ１５０ｎｍのＡｌＮｉＬｉの反射フィルム（３）を蒸着し、続いて真空を破ることなく厚さ７ｎｍのインジウムスズオキシドの層（５）を蒸着させた。この層の上に、厚さ１２０ｎｍの有機正孔注入層（７）を、溶液からのスピンコーティングによって堆積させた。この層の上に、厚さ５０ｎｍの正孔輸送材料層（９）（中間層としても知られている）をスピンコーティングによって堆積させた。この層は赤色発光材料を含んでいた。この層の上に、厚さ６５ｎｍの発光層（１１）をスピンコーティングにより堆積させた。この発光層は青色および緑色の発光材料を含んでいた。この発光層の上に、厚さ１００ｎｍの電子輸送材料を含むさらなる層（１３）を、再び溶液からのスピンコーティングによって堆積させた。この電子輸送層（ＥＴＬ）上に、厚さ１７ｎｍの銀層（１５）を熱蒸着によって堆積させた。この銀層の上に、厚さ２０ｎｍのバッファ層（１７）、続いて厚さ１００ｎｍの二酸化ケイ素層（１９）、最後にさらに厚さ１７ｎｍの銀層（２１）を堆積させた。層１５および１７は、可視光（すなわち、波長範囲４００ｎｍ〜７００ｎｍの光）に対して半反射性および半透明性である。バッファ層１７および二酸化ケイ素層１９は共に可視光に対して光透過性である。

赤色＋青色共振マイクロキャビティは、ＡｌＮｉＬａと第１の銀化ミラー「Ａｇ１」（層１７）との間に形成される。厚さは、約４５０ｎｍおよび約６２０ｎｍにピーク発光を有するように選択される。第２のミラー「Ａｇ２」（層２１）は、緑色発光を向上させる共振マイクロキャビティを形成するように選択される。反射層と半反射層との間の実際の最適距離は、介在層に使用される発光材料の光路長（すなわち厚さおよび屈折率）および正確な発光波長に依存する。

上記の構造は最適化されておらず、概念の証明として使用された。図２および図３の実験データから、発光は、３つのキャビティモードで作動していることが明らかであり、緑色のためにＳｉＯ２層（１９）の厚さを調整することによって、色点およびＣＲＩ／ＣＣＴを調整する余地がある。

フィルム光学特性およびフィルム厚さの慎重な選択によって達成され得ることを説明するために、構造をコンピュータを用いてモデル化した。モデル化されたデバイス構造を図４に概略的に図示する。

デバイスの反射率光学特性を計算して最適化するために、パッシブ光学挙動をモデル化するために転送行列アプローチを使用した。これは、デバイス内のすべての層の層厚さ、屈折率および吸光特性の仕様を必要とし、標準的な市販の光学ソフトウェアで行った。スタック内の未知の層の屈折率特性を決定するために、Ｗｏｏｌｌａｍエリプソメーターを使用した。法線入射におけるデバイススタックの非偏光反射率は、キャビティモードの実験的および理論的な理解のための単純な測定基準として使用することができる。マイクロキャビティが特定の波長で軸上発光のために調整される場合、デバイスの反射率特性に最小値が現れる。ミラーの１つが全反射性であると仮定すると（例えばカソード）、この反射率最小値の線幅は、半透明ミラーの反射率および有効長光学キャビティの長さ（すなわち、半透明反射器間の光学距離）に依存する。効果的に、キャビティはファブリペロー干渉計のように作用すると考えることができる（Ｓ．Ｈｏｆｆｍａｎ ｅｔ ａｌ．，２０１１，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ １９（Ｎｏ．Ｓ６）に説明されるように）。ここで、Ｆはミラーの相対反射率に依存するフィネスであり、透過率は位相、デルタに依存する。

Ｔ（λ）＝１／［１＋Ｆ ｓｉｎ＾（デルタ／２） （１）
デルタ＝４＊ｐｉ（ｎ＿ｅｆｆ＊ｄ／ラムダ） （２）
式（１）によれば、有効屈折率１．６（有機層に典型的）に関して、厚さｄが約３５０ｎｍの場合に、キャビティは、青色および赤色波長両方で共振することを容易に示すことができる。従ってここで、キャビティ内に発光体を配置すれば、マイクロキャビティを調整して、選択された波長での軸上発光を強調することができる。第１の薄銀ミラーは半透明であるので、第２ミラーまたは第１ミラーの後ろの反射器を含むことがさらに可能であり、ここではこのミラーの前の誘電体スペーサの厚さを調整して、第２の半透明ミラーと全反射ミラーとの間の有効光学厚さが緑色成分を強調するようにする。

実際には、これは、デバイス層の分散特性の完全な挙動を説明するように模擬でき、正確にモデル化することができる。続いて、発光挙動をモデル化するためには、スタック内に双極子の発光特性を含める必要がある。白色発光に必要な３つの発光体の蛍光およびりん光発光を考慮して、市販の光学パッケージ（Ｓｅｔｆｏｓ）を用いて軸上挙動をモデル化した。発光体位置および発光プロファイル（青色および緑色成分についてはＩＬから離れて減衰する１５ｎｍ指数関数ＲＺ、赤色についてはＩＬ付近のＲＺ）に関するいくつかの基本的前提（表１参照）の下で、ｃｄ／Ａ効率が、マイクロキャビティの性質によりフォワード発光を強調すべきである合理的なｃｄ／Ａ効率を示すデバイススタックについて決定された。

図５は、図４のコンピュータでモデル化されたデバイスからのエレクトロルミネッセンス発光スペクトルを示す。図６は、同じコンピュータでモデル化されたデバイスの反射率スペクトルを示す。

好ましくは、有機発光デバイスは、反射アノードが基板によって支持され、使用中にカソード構造を介してデバイスから光が発光されるように適合される。

好ましくは、反射アノードと第１の半反射半透明層との間の距離は、３３０〜３７０ｎｍの範囲に、非常に好ましくは３４５〜３５５ｎｍの範囲内になるように選択される。

発光層の屈折率は、好ましくは１．５５〜１．６７の範囲である。

Claims (6)

1. 使用中に白色光を発光する有機発光デバイスであって、前記デバイスが、反射アノードと、前記アノード上に位置する赤色光を発光する第１の発光層と、前記第１の発光層上に位置する青色光および緑色光を発光する第２の発光層と、前記第２の発光層上に位置するカソード構造とを備え、前記カソード構造が、第１の半反射半透明層と第２の半反射半透明層とを備え、前記第１の半反射半透明層と前記第２の半反射半透明層との間に光透過材料の層を有し、前記反射アノードと前記第１の半反射半透明層との間の距離が、前記デバイスからの青色発光および赤色発光を向上させるマイクロキャビティを形成するように選択され、前記反射アノードと前記第２の半反射半透明層との間の距離が、前記デバイスからの緑色発光を向上させるように選択される、デバイス。
2. 前記反射アノードが基板によって支持され、前記光が、使用中に前記カソード構造を通って前記デバイスから発光される、請求項１に記載の有機発光デバイス。
3. 前記反射アノードと前記第１の半反射半透明層との間の距離が３３０〜３７０ｎｍの範囲にある、請求項１または２に記載の有機発光デバイス。
4. 前記反射アノードと前記第１の半反射半透明層との間の距離が３４５〜３５５ｎｍである、請求項３に記載の有機発光デバイス。
5. 前記第１の発光層の屈折率が１．５５〜１．６７の範囲にある、請求項３に記載の有機発光デバイス。
6. 前記第２の発光層の屈折率が１．５５〜１．６７の範囲である、請求項５に記載の有機発光デバイス。

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