JP4241612B2 - 有機層を有する燐光発光素子 - Google Patents
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Description
1.基板
2.底部電極、例えば正孔注入(陽極)、通常は透明
3.正孔注入層
4.正孔輸送層
4a.可能な限り遮断層、正孔側
5.発光層(EL)
6a.可能な限り遮断層、電子側
6.電子輸送層
7.電子注入層
8.上部電極、通常は低仕事関数の金属、電子注入(陰極)
9.周囲の影響(大気、水)を排除するためのカプセル化
1.発光領域(5)から荷電担体輸送層への(電子は4へ、正孔は6へ)少数荷電担体の注入を防止しなければならない。ほとんどの場合において、荷電担体輸送層(4、6)は既にこの要件を満たしている。次に、遮断層の第2の特性が重要となる。
2.荷電担体輸送層(4の正孔、6の電子)多数荷電担体と、発光層および各荷電担体輸送層の界面の発光領域(5)で異なる符号を有する荷電担体との間における励起錯体の形成を防止しなければならない。非放射再結合する故にOLEDの効率を低下させるこれらの励起錯体は、励起錯体エネルギーが発光領域の励起子のエネルギーよりも低い場合に形成される。この場合、発光領域において励起錯体を励起子に変換させることはできない。この性質が原因で、輸送層(4、6)から発光領域(5)への多数荷電担体にとっては極めて大きなバリアとなる。前記バリアは、それらの輸送層(4)から発光領域(5)への正孔注入に対するHOMO(最も高い占有分子軌道のエネルギー)差分および6から層5へのLUMO(最も低い占有分子軌道のエネルギー)差分によって決定される。このプロセスを、適切な遮断層(4a、6a)を選択することによって防止するようにしてもよい。遮断層をそれらのHOMO/LUMO位置に関連して適合させて、多数荷電担体が発光領域から出ることを妨害できるようにしなければならない。即ち、印加電圧下では、輸送層(4、6)の多数荷電担体は、遮断層(4a、6a)−中間バリアへの注入をあまり大きく妨げられることはない。同時に、発光領域(5)からの多数荷電担体は、遮断層(電子は4a、正孔は6a)−高いバリアとの界面で効果的に遮断されなければならない。尚、遮断層(4a、6a)から発光領域層(5)への多数荷電担体の注入に対するバリアの高さは励起錯体の形成を妨げるのに十分小さくなければならない、即ち低いバリアでなければならない。
1.エミッタ分子が荷電担体トラップとして作用する場合は直接エミッタ分子にて
2.ホスト分子からのエネルギーの伝達によって
このようにして、一重項励起子状態から放射するエミッタドーパント(例えば、HOMO=−5.4eV、LUMO=−2.7eVのクマリン6等のクマリンのようなキナクリドンまたはレーザ色素)を用いて、例えば、純粋なAlq3をエミッタとするOLEDに対して通常5cd/Aから10cd/Aまで(J. Blochwitz et al. Synth. Met. 127 (2002) 169)OLEDの電流および量子効率を高めることができる。濃度は、通常1mol%である。スピンが0で、およそ25%までのみの二極荷電担体注入の場合に形成される上述の一重項励起子では、エネルギーの伝達はいわゆるサースタープロセス(thirster process)によって行われる。このプロセスの範囲は1%のドーピング濃度にほぼ相当する。
・材料Aは正孔輸送材料(および三重項エミッタドーパントのホスト)であり、材料Bは電子輸送材料(および三重項エミッタドーパントのホスト)である。
・材料Aは二極輸送材料(および三重項エミッタドーパントのホスト)であってもよく、材料Bは電子輸送材料(および三重項エミッタドーパントのホスト)である。
・材料Aは正孔輸送材料(および三重項エミッタドーパントのホスト)であってもよく、材料Bは二極輸送材料(および三重項エミッタドーパントのホスト)である。
・すべての正孔および電子が反対側の接点に到達せずに再結合することができる。
・すべての正孔および電子が発光領域の活性界面の近傍で再結合する。
・すべての励起子が発光領域から出ることができない。
・すべての励起子は、それらのエネルギーを発光領域全体または発光領域の一部にある三重項エミッタドーパントへ伝達することができる発光領域の範囲で発生する。
本発明の好ましい実施の形態を以下に示す。発光領域(5)内のマルチヘテロ接合の一般的な場合が示されている。
1.基板
2.底部電極、例えば正孔注入(陽極)
3.正孔注入層
4.正孔輸送層(HTL)
4a.可能な限り遮断層、正孔側
発光領域=マルチヘテロ接合(n=3)
5A1d.エミッタドーパントでドーピングされた正孔輸送層(または二極輸送材料)
5B1dまたは5B1u.可能な限りエミッタドーパントでドーピングされた電子輸送層(または二極輸送材料)
5A2d.エミッタドーパントでドーピングされた正孔輸送層(または二極輸送材料)
5B2dまたは5B2u.可能な限りエミッタドーパントでドーピングされた電子輸送層(または二極輸送材料)
5A3d.エミッタドーパントでドーピングされた正孔輸送層(または二極輸送材料)
5B3dまたは5B3u.可能な限りエミッタドーパントでドーピングされた電子輸送層(または二極輸送材料)
6.電子輸送層(ETL)
7.電子注入層
8.上部電極(陰極)
9.カプセル化
界面層ABAB...は、「ねじれタイプIIヘテロ接合」型である。
1.ガラス基板
2.ITO陽極
4.100nmのF4−TCNQでドーピングされたスターバースト(MTDATA)(伝導率が上昇)
4a.TPD(トリフェニルジアミン)5nm、HOMO=−5.4eV、LUMO=−2.4eV、発光領域=マルチヘテロ接合(n=3)
5A1d.10nmの三重項エミッタとしてのIr(ppy)3でドーピングされたTCTA
5B1u.BPhen 5nm
5A2d.TCTA:Ir(ppy)3 15nm
5B2u.BPhen 5nm
5A3d.TCTA:Ir(ppy)3 2nm
5B3u.BPhen 10nm
6.Alq3 40nm
7.LiF(フッ化リチウム) 1nm
8.アルミニウム(陰極)
この場合、界面ABは、界面ABで正孔がより効率的に遮断されるように実現される。これは、材料Aのみがエミッタドーパントでドーピングされるために、材料Aにおいてはより高い荷電担体密度でなければならないので、必要である。しかし、さらに重要なことは、Bにおける三重項励起子がAのものよりも大きなエネルギーを有することである。従って、Bで発生した励起子を、後にAで励起子(またはAのエミッタドーパント)に変換することができる。
・内部三重項エミッタドープ層TCTA(5A2、層5A1および5A3に関しても同じ説明が当てはまる)で発生した励起子は、BPhenの三重項状態がより大きなエネルギーを有しているため、内部三重項エミッタドープ層TCTAから出ることができない。
・層5B1および5B2発生した励起子を、両方向にTCTAとの界面、即ちIr(ppy)3へ拡散することができ、そこでTCTAまたはIr(ppy)3の三重項励起子に変換することができる(これらの三重項励起子のエネルギーはより低い)。三重項励起子は発光を伴って再結合する。
・発光領域を貫通する正孔は、後に5A3と5B3との界面で再結合して、三重項励起子を形成すること、主に5A3のもの(ここではTCTA:Ir(ppy)3)を形成することができる。
・発光領域を貫通する電子は、後に5A1と4Aとの界面で再結合することができ、正孔が前記界面にある(正孔は5A1との界面4aで弱く遮断されている)。そこで、(5A1の)TCTAまたはIr(ppy)3で励起子を形成することができる。
1.基板
2.底部電極、例えばITO陽極
3.正孔注入層、例えばフタロシアニン
4.正孔輸送層、例えばMTDATA:F4−TCNQ
4a.正孔側の遮断層、例えばTPD
発光領域=マルチヘテロ接合(n=1)
5A1d.エミッタドーパント、例えばTCTA:Ir(ppy)3でドーピングされた正孔輸送層
5B1d.エミッタドーパント、例えばBPhen:Ir(ppy)3でドーピングされた電子輸送層および正孔遮断層
6a.電子側の遮断層、例えばBCP
6.電子輸送層、例えばAlq3
7.電子注入層、例えばLif
8.上部電極(陰極)、例えばアルミニウム
1.基板
2.ITO陽極
4.MTDATA:F4−TCNQ 100nm
発光領域=マルチヘテロ接合(n=2)
5A1d.TCTA Ir(ppy)3 20nm
5B1u.10nm
5A2d.TCTA:Ir(ppy)3 1.5nm
5B2u.BPhen 20nm
6.Alq3 30nm
7.LiF 1nm
8.アルミニウム
(i)MTDATAは既に効率的に電子を遮断し、(ii)マルチヘテロ接合の最後の層(5B2)は同様に既に正孔のための遮断層として機能しているので、この構造においては遮断層を省略した。
標準的な構造
2:ITO
4:MTDATA:F4TCNQ 100nm
5:TCTA:Irppy 20nm
6a:BPhen 20nm
6:Alq3 30nm
7:LiF 1nm
8:Al
2 陽極または陰極
3 (伝導率を高めるために可能な限りドーピングされた)正孔注入層
4 (伝導率を高めるために可能な限りドーピングされた)正孔輸送層
4a 正孔側の遮断層
5 発光層、様々な層を含んでもよい
5A1d、5A2d、5A3d エミッタドーパントでドーピングされたA型のマルチヘテロ接合材料(正孔輸送)
5B1d、5B2d、5B3d エミッタドーパントでドーピングされたB型のマルチヘテロ接合材料(電子輸送および正孔遮断)
5B1u、5B2u、5B3u エミッタドーパントでドーピングされたB型のマルチヘテロ接合材料(電子輸送および正孔遮断)
6a 電子側の遮断層
6 (伝導率を高めるために可能な限りドーピングされた)電子輸送層
7 (伝導率を高めるために可能な限りドーピングされた)電子注入層
8 陰極
9 カプセル化
A ヘテロ接合の第1の部分
B ヘテロ接合の第2の部分
Claims (15)
- 有機層を有し、効率を高めて三重項励起子状態(燐光)を放射し、且つ正孔注入接点(陽極)と、1つ以上の正孔注入および輸送層と、発光領域における複数層の系と、1つ以上の電子輸送および注入層と、電子注入接点(陰極)とを含む層シーケンスを有する発光素子であって、
前記発光領域は、「ねじれタイプII」型の界面で互いにヘテロ接合された材料AおよびBが繰り返し形成されたマルチヘテロ接合の積層体(ABAB...)を含み、一方の材料(A)は正孔輸送または二極輸送特性を有し、他方の材料(B)は電子輸送または二極輸送特性を有し、2つの材料AおよびBの少なくとも一方は、その三重項励起子エネルギーを効率的に光に変換することができる三重項エミッタドーパントと混合されることを特徴とする、発光素子。 - 前記ヘテロ接合は、2回(A1、B1、A2、B2)から10回([AB] 10 )の間で前記発光領域において起こることを特徴とする、請求項1に記載の発光素子。
- 前記発光領域におけるマルチヘテロ構造の両方の材料は、ドーピングによって同一の三重項エミッタドーパントと混合されることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光素子。
- マルチヘテロ構造の材料Aは一方の三重項エミッタドーパントと混合され、材料Bは他の三重項エミッタドーパントと混合されることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光素子。
- 材料A(または材料B)は三重項エミッタドーパントと混合され、材料B(またはA)は前記ドーパントと混合されず、B(またはA)での最も低い三重項状態のエネルギーは、材料A(またはB)の三重項状態のエネルギーと少なくとも同じ大きさであり、このためBの三重項励起子のエネルギーを効率的にAの三重項励起子へ伝達することができることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光素子。
- 材料A(または材料B)は三重項エミッタドーパントと混合され、材料B(またはA)は、一重項状態から効率的に発光することができるエミッタドーパントと混合され、B(またはA)での最も低い三重項状態のエネルギーは、材料A(またはB)の三重項状態のエネルギーと少なくとも同じ大きさであり、このためBの三重項励起子のエネルギーを効率的にAの三重項励起子へ伝達することができることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光素子。
- 材料AおよびB並びにエミッタドーパントは、AおよびBの一重項および三重項励起子からエミッタドーパントへの効率的なエネルギーの伝達を行うことができるように選択されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の発光素子。
- 前記発光領域内の個別の層(A1、B1、A2、B2、...)の厚さは、OLEDの最大の効率および最も低い動作電圧を達成するように選択されることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載の発光素子。
- 前記層シーケンスは、最も内側の正孔輸送層と第1の発光層(A1)との間に遮断層を含み、そこにA1から正孔輸送層への電子注入に対するバリアが存在することを特徴とする、請求項1乃至8のいずれかに記載の発光素子。
- 前記層シーケンスは、最も内側の電子輸送層と最後の発光層(Bn)との間に遮断層をさらに含み、そこに前記発光層から電子輸送層への正孔注入に対するバリアが存在することを特徴とする、請求項1乃至9のいずれかに記載の発光素子。
- AとBとの間の界面は、AからB(またはBからA)へ向かう界面にある正孔(または電子)を遮断することができ、且つBからA(またはAからB)へ向かう界面にある電子(または正孔)をほんの少し妨害することができ(荷電担体注入に対するに対するバリア<0.2eV)、材料B(またはA)は材料A(またはB)よりも大きなバンドギャップを有することを特徴とする、請求項1乃至10のいずれかに記載の発光素子。
- 有機層を有し、効率を高めて三重項励起子状態(燐光)を放射し、且つ 正孔注入接点(陽極)と、1つ以上の正孔注入および輸送層と、発光領域における複数層の系と、1つ以上の電子輸送および注入層と、電子注入接点(陰極)とを含む層シーケンスを有する発光素子であって、前記発光領域は、「ねじれタイプ II 」型の界面で互いにヘテロ接合された材料A乃至Dで形成されたマルチヘテロ接合の積層体(ABCD)を含み、一方の材料(A)は正孔輸送または二極輸送特性を有し、他方の材料(B)は電子輸送または二極輸送特性を有し、材料Cは材料Aと同様の特性(正孔輸送または二極輸送)を有し、材料Dは材料Bと同様の特性(電子輸送または二極輸送)を有し、材料A,Bおよび材料C,Dの少なくとも一方は、その三重項励起子エネルギーを効率的に光に変換することができる三重項エミッタドーパントと混合されることを特徴とする、発光素子。
- 有機層を有し、効率を高めて三重項励起子状態(燐光)を放射し、且つ正孔注入接点(陽極)と、1つ以上の正孔注入および輸送層と、発光領域における複数層の系と、1つ以上の電子輸送および注入層と、電子注入接点(陰極)とを含む層シーケンスを有する発光素子であって、前記発光領域は、材料AおよびBでそれぞれ形成され、「ねじれタイプ II 」型の界面で互いにヘテロ接合された2つの層(AB)を有し、一方の材料(A)は正孔輸送または二極輸送特性を有し、他方の材料(B)は電子輸送または二極輸送特性を有し、材料AおよびBは、その三重項励起子エネルギーを効率的に光に変換することができる三重項エミッタドーパントと混合されることを特徴とする、発光素子。
- 前記有機層の層厚は、1.5nmから100nmの範囲内にあることを特徴とする、請求項1乃至13のいずれかに記載の発光素子。
- 前記層は、真空蒸着された微分子を含むことを特徴とする、請求項1乃至14のいずれかに記載の発光素子。
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