JP4979859B2 - 有機発光ダイオードデバイス - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色光を発する有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、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、この多層型ＯＬＥＤデバイスについて記述している。
【０００３】
高効率白色発光ＯＬＥＤデバイスは、ＬＣＤディスプレイ、自動車用ドーム形ライト及びオフィス照明における紙状薄型光源バックライト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、ユーザーが白色を有するものとして知覚する光である。
【０００４】
下記の特許明細書及び刊行物に、白色光を発することのできる有機ＯＬＥＤデバイスであって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ものの製造法が記載されている。
【０００５】
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、赤用ドーパント及び青用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。
【０００６】
Sato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発することができるＯＬＥＤデバイスを開示している。
【０００７】
Kido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発するものを使用している。
【０００８】
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発することができる白色発光デバイスであって、青緑から赤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。
【０００９】
最近では、Deshpandeらが、Applied Physics Letters, Vol.75, p.888(1999)に、正孔遮断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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
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。
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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
まったく意外なことであるが、発光効率及び動作安定性の高い白色発光性ＯＬＥＤデバイスが、ＮＰＢ正孔輸送層に黄色ドーパントをドーピングし且つＡＤＮホスト発光層に青色ドーパントをドーピングすることによって得られることが見出された。
さらに、Ａｌｑ電子輸送層にルブレンをドーピングし且つＡＤＮホスト発光層に青色ドーパントをドーピングすることによって、白色光の発生が可能となることも見出した。
【００１２】
上述の目的は、下記ａ〜ｈを構成要件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）基板、
ｂ）当該基板上に配置されたアノード、
ｃ）当該アノード上に配置された正孔注入層、
ｄ）当該正孔注入層上に配置された正孔輸送層、
ｅ）当該正孔輸送層上に直接配置された、青色発光性化合物をドーピングした発光層、
ｆ）当該青色発光層上に配置された電子輸送層、
ｇ）当該電子輸送層上に配置されたカソード、並びに
ｈ）当該正孔輸送層、当該電子輸送層又は当該電子輸送層及び当該正孔輸送層は、層の全体、又は層の当該青色発光層に接している部分、に対応する領域において選択的にドーピングされており、当該選択的ドーピングはスペクトルの黄色領域において発光する化合物によって施されていること。
【００１３】
上述の目的はまた、下記ａ〜ｆを含んで成る、実質的に白色光を発する有機発光ダイオードデバイスによっても達成される：
ａ）基板、
ｂ）当該基板上に配置されたアノード、
ｃ）スペクトルの黄色領域において発光させるためのルブレン化合物をドーピングした正孔輸送層、
ｄ）当該正孔輸送層上に直接配置された、青色発光性化合物をドーピングした発光層、
ｅ）当該青色発光層上に直接配置された、スペクトルの黄色領域において発光させるためのルブレン化合物をドーピングした電子輸送層、及び
ｆ）当該電子輸送層上に配置されたカソード。
【００１４】
本発明によると以下の利点が得られる。
白色光を発生させるためのＯＬＥＤデバイスが、黄色ドーパントを正孔輸送層、電子輸送層又はこれらの両方に含めることによって、簡素化される。
青色ドーパントも黄色ドーパントも含有濃度がかなり高いため（〜２％ＴＢＰ及び〜２％ルブレン）、ドーパント濃度の制御が容易なＯＬＥＤデバイスが得られる。
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（２０ｍＡ／ｃｍ２において５．３ｃｄ／Ａ）を一貫して提供する。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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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が発生する。最も簡単な構造のＯＬＥＤデバイス１００（図１）では、発光層１４０がアノード１２０とカソード１３０の間に挟まれている。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。
【００１６】
その単純な構造を、図２に示すように３層構造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。個々の有機層の機能は区別されているので、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。
【００１７】
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は二つの層２２０ａ、２２０ｂを含む。有機発光構造体２４０はアノード２２０とカソード２３０の間に形成されている。有機発光構造体２４０は、順に、有機正孔輸送層２４１、有機発光層２４２及び有機電子輸送層２４３を含む。アノード２２０とカソード２３０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２４３に注入し、その電子が層２４３を渡って発光層２４２へ移動する。同時に、正孔がアノード２２０から正孔輸送層２４１に注入される。正孔は層２４１を渡って移動し、そして正孔輸送層２４１と発光層２４２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を介して発せられる。
【００１８】
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前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 9198; 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。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たカソード。銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の有機層も金属薄膜を置き換えた。
【００１９】
従来のアノード２２０ａ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２２０ａを正孔注入層２２０ｂで改変することができる。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０９／１８６，８２９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り、その開示を参照したことにより本明細書の一部とする。
【００２０】
透光性基板２１０はガラス、石英又はプラスチック材料で構築することができる。
有機ＯＬＥＤデバイスの正孔輸送層の形成用として好適な材料は、Van Slykeの米国特許第４，５３９，５０７号に記載されている第三アミンである。別の種類の好適なアミンはテトラアリールアミンである。好適なテトラアリールアミンは、式(III)に示したように、アリーレン基を介して連結された二つのジアリールアミノ基を含む。好適なテトラアリールジアミンは、下式で表されるものを含む。
【００２１】
【化１】
Figure 0004979859
【００２２】
上式中、Ａｒ，Ａｒ１，Ａｒ２及びＡｒ３は、各々独立に、フェニル部分、ビフェニル部分及びナフチル部分の中から選ばれ、
Ｌは二価のナフチレン部分又はｄｎを表し、
ｄはフェニレン部分を表し、
ｎは１〜４の整数を表し、そして
Ｌがｄｎである場合には、Ａｒ，Ａｒ１，Ａｒ２及びＡｒ３の少なくとも一つはナフチル部分である。
【００２３】
上記構造式（Ｉ）、(II)、(III)及び(IV)の各種アルキル、アルキレン、アリール及びアリーレン部分は、それぞれ置換されていてもよい。典型的な置換基には、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基並びにフッ化物、塩化物及び臭化物などのハロゲンが含まれる。各種アルキル部分及びアルキレン部分は、典型的に約１〜６個の炭素原子を含む。シクロアルキル部分は３〜約１０個の炭素原子を含有することができるが、典型的には５、６又は７個の環炭素原子を含み、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチル環構造体を含む。アリール部分及びアリーレン部分が縮合芳香族環部分ではない場合、それらはフェニル部分及びフェニレン部分であることが好ましい。
【００２４】
有用な特定の（縮合芳香族環を含有する）芳香族第三アミン（ＡＴＡ）の例を以下に挙げる。
ＡＴＡ−１：４，４’−ビス[Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル（ＮＰＢ）
ＡＴＡ−２：４，４”−ビス[Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ]−ｐ−ターフェニル
ＡＴＡ−３：４，４’−ビス[Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−４：４，４’−ビス[Ｎ−（３−アセナフテニル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−５：１，５−ビス[Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ]ナフタレン
ＡＴＡ−６：４，４’−ビス[Ｎ−（９−アントリル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−７：４，４”−ビス[Ｎ−（１−アントリル）−Ｎ−フェニルアミノ]−ｐ−ターフェニル
ＡＴＡ−８：４，４’−ビス[Ｎ−（２−フェナントリル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−９：４，４’−ビス[Ｎ−（８−フルオランテニル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−１０：４，４’−ビス[Ｎ−（２−ピレニル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−１１：４，４’−ビス[Ｎ−（２−ナフタセニル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−１２：４，４’−ビス[Ｎ−（２−ペリレニル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−１３：４，４’−ビス[Ｎ−（１−コロネニル）−Ｎ−フェニルアミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−１４：２，６−ビス（ジ−ｐ−トリルアミノ）ナフタレン
ＡＴＡ−１５：２，６−ビス[ジ−（１−ナフチル）アミノ]ナフタレン
ＡＴＡ−１６：２，６−ビス[Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（２−ナフチル）−アミノ]ナフタレン
ＡＴＡ−１７：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
ＡＴＡ−１８：４，４’−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
ＡＴＡ−１９：４，４’−ビス[Ｎ−フェニル−Ｎ−（２−ピレニル）アミノ]ビフェニル
ＡＴＡ−２０：２，６−ビス[Ｎ，Ｎ−ジ（２−ナフチル）アミノ]フルオレン
ＡＴＡ−２１：１，５−ビス[Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ]ナフタレン
【００２５】
【化２】
Figure 0004979859
【００２６】
本発明の有機ＯＬＥＤデバイスの電子輸送層の形成用として好適な材料は、米国特許第４，８８５，２１１号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）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化合物である。このような化合物は、性能レベルが高く、しかも薄膜形態での製造が容易である。電子輸送層は、米国特許第５，６８３，８２３号に記載されているポルフィリン系化合物で製造することもできる。有用なポルフィリン系化合物の非常に好適な例として、金属を含まないフタロシアニン及び含金属フタロシアニンが挙げられる。有用なポルフィリン系化合物の例示として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）が挙げられる。
【００２７】
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ピングしたものからなる。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４，７６９，２９２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５，９３５，７２１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。
本発明の青色発光層について好適なホスト材料として、
ａ）ＡＤＮ
【００２８】
【化３】
Figure 0004979859
【００２９】
又は
ｂ）第三ブチルＡＤＮ
【００３０】
【化４】
Figure 0004979859
【００３１】
が挙げられる。
以下、本発明の実施用に企図されている青色蛍光性ドーパントを列挙する。
１） ペリレン
【００３２】
【化５】
Figure 0004979859
【００３３】
２）２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン
【００３４】
【化６】
Figure 0004979859
【００３５】
及び
３） 下記のような他の共役ベンゼノイド
【００３６】
【化７】
Figure 0004979859
【００３７】
発光層において黄色ドーパントとして使用するのに好適な材料は、ルブレン系材料である。これらは、多環式ベンゾイド発色団単位を含有する炭化水素化合物である。Hamadaらは、Applied Phys. Lett. Vol. 75, 1682(1999)に、正孔輸送層にルブレンを、またＡｌｑ発光層にＤＣＭ２ドーパントをそれぞれドーピングした赤色発光性ＯＬＥＤデバイスを報告している。
以下に、ルブレン系材料の一部とそのイオン化ポテンシャルを示す。
【００３８】
【化８】
Figure 0004979859
【００３９】
【実施例】
本発明とその利点を下記の実施例によってさらに説明する。用語「パーセント（％）」は、特定したドーパントのホスト材料に対する質量％を表す。
図３〜図１１は、本発明により製造された白色発光性ＯＬＥＤデバイスの構造と、その動作の各種パラメータのグラフを示す。
【００４０】
図３を見ると、有機白色発光デバイス３００は、図２に示したものと同様に、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２３０の間に有機白色発光構造体３４０が形成されている。有機発光構造体３４０は、順に、ルブレン系黄色ドーパントをドーピングした有機正孔輸送層３４１ａを含む。有機発光層３４２は、ＡＤＮホストとＴＢＰドーパントとを含む青色発光層である。有機電子輸送層３４３はＡｌｑでできている。
図４は、図３の有機多層構造体３４０に示したものと同様の有機多層構造体４４０を有する有機白色発光性ＯＬＥＤデバイスを示すが、但し、当該有機正孔輸送層は二つの層、すなわちドーピングされていないＮＰＢでできた層３４１と、ルブレン系黄色ドーパントをドーピングした層３４１ａとからなる。
【００４１】
例１
以下のようにＯＬＥＤデバイスを構築した。
８０nmのＩＴＯを被覆した基板を、逐次、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処理した。これらの基板を酸素プラズマで約１分間処理した後、ＣＨＦ３のプラズマ蒸着法により１nmのフルオロカーボン層で被覆した。同一の手順を採用して本発明によるその他のデバイスのすべてを製造した。
【００４２】
これらの基板を蒸着室に装填して、有機層とカソードの蒸着を行った。
デバイスＡは、１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層（ＨＴＬ）、ＡＤＮホストに１．５％のＴＢＰ青色ドーパントを含めた２０nmの青色発光層（ＥＭＬ）、３７．５nmのＡｌｑ電子輸送層（ＥＴＬ）並びにカソードの一部として０．５nmのＬｉＦ及び２００nmのＡｌを逐次蒸着することによって製造した。
次いで、ＯＬＥＤデバイスを、周囲環境から保護するため、窒素を充填したドライグローブボックス内で気密包装した。これらのＯＬＥＤデバイスを製造するために用いたＩＴＯパターン化基板は、いくつかのテストパターンを含有した。当該デバイスの各々を、電流電圧特性及び電場発光収率についてテストした。
【００４３】
デバイスＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦは、デバイスＡと同一の配列に従い製造したが、但し、１５０nmのＮＰＢ正孔輸送層へドーピングするルブレン濃度をそれぞれ（Ｂ）０．３％、（Ｃ）０．５％、（Ｄ）１％、（Ｅ）２％及び（Ｆ）５％に変更した。デバイスＡは電磁スペクトルの青色領域において発光するが、デバイスＢ〜Ｃの発光色は青白色の方へ変化したことがわかった。デバイスＤとデバイスＥは白色発光を示し、一方デバイスＦの発光は白橙色の方へシフトした。このように、ＮＰＢ正孔輸送層における最適ルブレン濃度において白色光を発生させることができた。
【００４４】
図５に、上記デバイスＡ〜ＦのＥＬスペクトルであって、正孔輸送ＮＰＢ層中のルブレン濃度を０から５％へ上昇させた場合のものを示す。青色発光層はＡＤＮホストに１．５％のＴＢＰをドーピングしたものからなった。ルブレン濃度が約１．５％〜２％である場合に、ＣＩＥ座標（０．３３，０．３８）の白色が、２０ｍＡ／ｃｍ２において４．２ｃｄ／Ａより高い輝度効率で得られた。このように、はるかに高い濃度のルブレン系黄色ドーパント及びＴＢＰ青色ドーパントを使用することができる。デバイスＡ〜Ｆのルブレン濃度を関数にした輝度効率とＣＩＥ座標を表１に示す。デバイスＤは、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２において、４．３ｃｄ／Ａの輝度収率及びＣＩＥ色座標ｘ，ｙ＝０．３３，０．３８を示した。このことは、青色発光層に隣接したＮＰＢ正孔輸送層にルブレンをドーピングすることで白色発光性ＯＬＥＤが得られる点で、本発明の重要な特徴である。
【００４５】
【表１】
Figure 0004979859
【００４６】
青色発光層に隣接したＮＰＢ正孔輸送層のルブレン黄色ドーピング領域を約２nm程度に薄くしても白色光が得られることがわかった。図４に示したデバイス構造に従っていくつかのデバイスを製造した。ルブレンをドーピングしたＨＴＬ層の厚さを見つけるために、ドーピングしないＮＰＢ正孔輸送層３４１とルブレンをドーピングしたＮＰＢ正孔輸送層３４１ａの厚さを、それぞれ１２０〜１５０nmと３０〜０nmの間で変化させた。
下記の例２が示すように、高効率の白色発光性ＯＬＥＤデバイスを得るためには、ＮＰＢ正孔輸送層３４１ａのルブレンをドーピングした領域を青色発光層３４２に密接させるべきであることもわかった。
【００４７】
例２
ルブレンをドーピングしたＮＰＢ正孔輸送層３４１ａと青色発光層３４２の間にドーピングしないＮＰＢを挿入することによってＯＬＥＤデバイスＧ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌを製造した。
表２に、ドーピングしないＮＰＢの厚さを０〜３０nmの間で変化させた場合のこれらのデバイスの色座標及び輝度効率の変動を示す。ドーピングしない領域の厚さが２nmを上回ると輝度効率が急激に低下する。さらにドーピングしないＮＰＢの厚さが１０nmを上回ると青色しか得られず、その発光が青色発光層に限られていることを暗示している。
【００４８】
【表２】
Figure 0004979859
【００４９】
青色発光層に隣接したＡｌｑ電子輸送層に黄色ルブレンをドーピングすることによっても白色発光性ＯＬＥＤを製造できることがわかった。図６に有機白色発光性ＯＬＥＤデバイス６００を示す。層の符号は、図３に対応して同一である。アノード２２０とカソード２３０の間に有機白色発光構造体６４０が形成されている。白色発光構造体６４０は、順に、有機正孔輸送層３４１、ＡＤＮホストとＴＢＰドーパントを含む青色発光層である有機発光層３４２、及びＡｌｑにルブレン黄色ドーパントをドーピングしてできている有機電子輸送層３４３ａを含む。
図７に、有機白色発光性ＯＬＥＤデバイス７００のさらに別の構造体を示す。この構造体は、図６に示したものと同様であるが、有機多層構造体７４０が有する電子輸送層は、二つの層、すなわちルブレン黄色をドーピングしたＡｌｑでできている層３４３ａと、ドーピングしていないＡｌｑの層３４３とからなるものとした。
【００５０】
例３
図７に示した構造に従いデバイスＭ〜Ｒを製造した。蒸着の配列はデバイスＡと同一としたが、最初の２０nmのＡｌｑ電子輸送層２４３ａにドーピングするルブレン濃度をそれぞれ（Ｍ）０．０％、（Ｎ）０．３％、（Ｏ）０．５％、（Ｐ）１％、（Ｑ）２％及び（Ｒ）５％に変更した。ルブレンをドーピングしたＡｌｑ層に続いて１５nmのドーピングしていないＡｌｑ層３４３を付着させ、ルブレンをドーピングしたＡｌｑ層とドーピングしていないＡｌｑ層の全体厚を３７．５nmにした。デバイスＭは電磁スペクトルの青色領域において発光するが、デバイスＮ及びＯの発光は青白色の方へ変化したことがわかった。デバイスＰ，Ｑ及びＲは白色発光を示した。このように、青色発光層及びＡｌｑ電子輸送層においてルブレンドーピング濃度を最適化すると白色光を得ることができた。
【００５１】
図８に、電子輸送層内のルブレン濃度を０〜５％の間で変化させたデバイスＭ〜ＲのＥＬスペクトルを示す。青色発光層はＡＤＮホストにＴＢＰを１．５％ドーピングしたものである。デバイスＰ，Ｑ及びＲについては白色が得られた。その際、青色領域及び黄色領域の両方から発光ピークが明らかに認められた。
表３に、デバイスＭ〜Ｒのルブレン濃度を関数にした輝度効率及びＣＩＥ色座標を示す。デバイスＰ，Ｑ及びＲは、ルブレン濃度約１．５〜２％の場合、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２において、２．９ｃｄ／Ａの輝度収率及びＣＩＥ色座標ｘ，ｙ＝０．３３，０．３４を示した。しかしながら、これらのデバイスの輝度効率は、デバイスＤのようにＮＰＢ正孔輸送層にルブレンをドーピングして製造されたものよりも低かった。
【００５２】
【表３】
Figure 0004979859
【００５３】
また、Ａｌｑ電子輸送層３４３ａのルブレン黄色をドーピングした領域を約２nm程度に薄くしても白色が得られることもわかった。図６及び図７に示したデバイス構造に従っていくつかのデバイスを製造した。ルブレンをドーピングしたＡｌｑ電子輸送層３４３ａとドーピングしていないＡｌｑ電子輸送層３４３の厚さを変化させ、その密接性及びルブレンをドーピングしたＥＴＬ層の厚さを見出した。
また、高効率白色発光性ＯＬＥＤデバイスを得るためには、Ａｌｑ電子輸送層のルブレンをドーピングした領域３４３ａを青色発光層３４２に密接させるべきであることもわかった。このことは下記の例４によって例証される。
【００５４】
例４
青色発光層３４２とルブレンをドーピングしたＡｌｑ層３４１ａとの間にドーピングしていないＡｌｑを厚さを変えて挿入することによってＯＬＥＤデバイスＳ〜Ｘを製造した。表４に、ドーピングしていないＡｌｑの厚さが０〜１０nmであるこれらのデバイスの輝度効率と色座標の変化を示す。ドーピングしていない領域の厚さが５nmを上回ると急激に輝度効率が低下する。さらにドーピングしていないＡｌｑの厚さが１０nmを上回ると、青色発光層からの青色光しか得られなくなる。
【００５５】
【表４】
Figure 0004979859
【００５６】
本発明の別の重要な特徴は、ルブレンをＮＰＢ正孔輸送層３４１ａとＡｌｑ電子輸送層３４３ａとの両方にドーピングすることによってＯＬＥＤから白色光が得られることである。これらのデバイスは、ルブレンを正孔輸送層又は電子輸送層のいずれか一方にドーピングして得られるものより顕著に高い輝度収率と動作安定性を示す。
【００５７】
図９に、ルブレンを正孔輸送層３４１ａと電子輸送層３４３ａとの両方にドーピングした有機白色発光性ＯＬＥＤデバイス９００を示す。その他の層の符号は図３に対応するものと同一である。アノード２２０とカソード２３０の間に有機白色発光構造体９４０が形成されている。白色発光構造体９４０は、順に、ルブレンをドーピングした有機正孔輸送層３４１ａ、ＡＤＮホストとＴＢＰドーパントを含む青色発光層である有機発光層３４２、及びＡｌｑにルブレン黄色ドーパントをドーピングしてできている有機電子輸送層３４３ａを含む。
【００５８】
図１０に、有機白色発光性ＯＬＥＤデバイスの別の構造体１０００を示す。この構造体は図９に示したものと同様であるが、有機多層構造体１０４０が有する有機正孔輸送層は、二つの層、すなわちドーピングしていないＮＰＢでできている層３４１と、ルブレンをドーピングしたＮＰＢである層３４１ａとからなる。同様に、有機電子輸送層は、ルブレンをドーピングしたＡｌｑの単一層からなることも、ルブレンをドーピングしたＡｌｑ層３４３ａとドーピングしていないＡｌｑ層３４３のような二層からなることもできる。
【００５９】
例５
図４、図７及び図１０に示したデバイス構造に従ってデバイスＡＡ〜ＡＦを製造した。図１１に、青色発光層に隣接したＡｌｑ電子輸送層とＮＰＢ正孔輸送層との双方にルブレンをドーピングしたデバイスＡＦの一つのＥＬスペクトルを示す。
表５に、デバイスＡＡ〜ＡＦのルブレン濃度を関数にした輝度効率とＣＩＥ色座標を示す。デバイスＡＥ及びＡＦは、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２において、５．３ｃｄ／Ａの輝度収率及びＣＩＥ色座標ｘ，ｙ＝０．３５，０．３８を示した。この輝度効率は、ＮＰＢ正孔輸送層又はＡｌｑ電子輸送層のいずれか一方にルブレンをドーピングして得られた白色ＯＬＥＤデバイスよりも高い値である。
【００６０】
【表５】
Figure 0004979859
【００６１】
周囲環境中での封入ＯＬＥＤデバイスの動作安定性については、ＯＬＥＤデバイスを一定の電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２において動作させたときの駆動電圧及び輝度の経時変化を測定することによって評価した。本発明による様々な構造に従い製造された白色ＯＬＥＤデバイスは、どれも高い動作安定性を示した。図１２〜図１４に、これらのデバイスの輝度の動作安定性を示す。
【００６２】
図１２に、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２における動作時間を関数にしたデバイスＡ、Ｃ及びＥの相対輝度を示す。デバイスＡは青色発光デバイスである。一方、デバイスＣ及びＥは、例１に記載したようにＮＰＢ正孔輸送層にルブレンをドーピングした白色発光デバイスである。デバイスＣ及びＥは、デバイスＡよりも優れた動作安定性を示している。
【００６３】
図１３に、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２におけるデバイスＭ、Ｎ及びＱの動作安定性を示す。デバイスＭは青色発光デバイスである。一方、デバイスＮ及びＱは、例３に記載したようにＡｌｑ電子輸送層にルブレンをドーピングした白色発光デバイスである。デバイスＮ及びＱは、デバイスＭよりも顕著に高い動作安定性を示している。
【００６４】
図１４に、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２におけるデバイスＡＡ、ＡＣ、ＡＤ、ＡＥ及びＡＦの動作安定性を示す。これらのデバイスは例５に記載されている。デバイスＡＡは青色発光デバイスである。デバイスＡＣ及びＡＤは、それぞれＡｌｑ電子輸送層及びＮＰＢ正孔輸送層にルブレンをドーピングして得られた白色発光デバイスである。デバイスＡＥ及びＡＦも白色発光デバイスであるが、ＮＰＢ正孔輸送層とＡｌｑ電子輸送層の両方に黄色ルブレンをドーピングしたものである。意外なことに、デバイスＡＥ及びＡＦが示した輝度及び駆動電圧の変化が最も小さかった。すなわち、これらのデバイスは５種のＯＬＥＤデバイスの中で最も高い動作安定性を有している。青色発光層に隣接しているＡｌｑ電子輸送層とＮＰＢ正孔輸送層との双方にルブレンをドーピングした場合、白色ＯＬＥＤデバイスの動作安定性及び効率が顕著に向上する相乗効果が得られた。
【００６５】
【発明の効果】
このように、ルブレンを正孔輸送層もしくは電子輸送層のいずれか一方に、又はこれら双方に、ドーピングすることによって製造された本発明の白色ＯＬＥＤデバイスは、退色に対する動作安定性が顕著に改良されている。本発明によるＯＬＥＤデバイスは、輝度収率が一層高く、しかも駆動電圧が一段と低い。本発明によるＯＬＥＤデバイスは、動作時の電流密度を高くしても、色座標及び輝度効率の悪化が最小限で済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の有機発光デバイスを示す略断面図である。
【図２】従来技術の別の有機発光デバイスを示す略断面図である。
【図３】正孔輸送層にルブレン系黄色ドーパントをドーピングした白色発光性ＯＬＥＤデバイスを示す略断面図である。
【図４】正孔輸送層にルブレン系黄色ドーパントをドーピングした別の構造の白色発光性ＯＬＥＤデバイスを示す略断面図である。
【図５】正孔輸送層へのルブレンドーピング量を関数とするＥＬ分光分布を示すグラフである。
【図６】電子輸送層にルブレン系黄色ドーパントをドーピングした白色発光性ＯＬＥＤデバイスを示す略断面図である。
【図７】電子輸送層にルブレン系黄色ドーパントをドーピングした別の構造の白色発光性ＯＬＥＤデバイスを示す略断面図である。
【図８】Ａｌｑ電子輸送層へのルブレンドーピング量を関数とするＥＬ分光分布を示すグラフである。
【図９】正孔輸送層と電子輸送層の両方にルブレンをドーピングした白色発光性ＯＬＥＤデバイスを示す略断面図である。
【図１０】正孔輸送層と電子輸送層の両方にルブレンをドーピングした別の構造の白色発光性ＯＬＥＤデバイスを示す略断面図である。
【図１１】正孔輸送層と電子輸送層の両方にルブレンをドーピングした場合のＥＬスペクトルを示すグラフである。
【図１２】ＨＴＬ層へのルブレンドーピング量が０％（Ａ）、０．５％（Ｃ）、２．０％（Ｅ）である３種類のデバイスについて動作時間を関数とする相対輝度の変化を示すグラフである。
【図１３】ＥＴＬ層へのルブレンドーピング量が０％（Ｍ）、０．３％（Ｎ）、２．０％（Ｑ）である３種類のデバイスについて動作時間を関数とする相対輝度の変化を示すグラフである。
【図１４】青色デバイス（ＡＡ）、ＥＴＬ層へのルブレンドーピング量が０．５％であるデバイス（ＡＣ）、ＨＴＬ層へのルブレンドーピング量が１．５％である白色ＯＬＥＤ（ＡＤ）、ＨＴＬ層及びＥＴＬ層の両方にルブレンをドーピングしたＯＬＥＤデバイス（ＡＥ）及び（ＡＦ）の５種類のデバイスについて動作時間を関数とする相対輝度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１００…有機発光デバイス
１２０…アノード
１３０…カソード
１４０…発光層
２００…有機発光デバイス
２１０…透光性基板
２２０…透光性アノード
２３０…カソード
２４０…有機発光構造体
２４１…有機正孔輸送層
２４２…有機発光層
２４３…有機電子輸送層
３００…有機発光デバイス
３４０…有機発光構造体
３４１…ドーピングされていない有機正孔輸送層
３４１ａ…黄色ドーパントを含む有機正孔輸送層
３４２…有機発光層
３４３…有機電子輸送層
３４３ａ…黄色ドーパントを含む有機電子輸送層
４００…有機発光デバイス
４４０…有機多層構造体
６００…有機発光デバイス
６４０…有機発光構造体
７００…有機発光デバイス
７４０…有機多層構造体
９００…有機発光デバイス
９４０…有機発光構造体
１０００…有機発光デバイス
１０４０…有機多層構造体

Claims (1)

  1. 下記ａ〜ｈを構成要件とする白色光を発する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイス：
    ａ）基板、
    ｂ）当該基板上に配置されたアノード、
    ｃ）当該アノード上に配置された正孔注入層、
    ｄ）当該正孔注入層上に配置された正孔輸送層、
    ｅ）当該正孔輸送層上に直接配置された、青色発光性化合物をドーピングした発光層、
    ｆ）当該青色発光層上に直接配置された電子輸送層、
    ｇ）当該電子輸送層上に配置されたカソード、並びに
    ｈ）当該電子輸送層及び当該正孔輸送層は、層の全体、又は層の当該青色発光層に接している部分に対応する領域においてドーピングされており、当該ドーピングはスペクトルの黄色領域において発光する化合物によって施されていること。
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