TWI605625B - 長使用期限之磷光性有機發光裝置結構 - Google Patents

長使用期限之磷光性有機發光裝置結構 Download PDF

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Description

長使用期限之磷光性有機發光裝置結構
本發明係關於有機發光裝置(OLED)。更特定言之，本發明係關於具有可增強使用期限之特定結構的OLED。
本申請案主張2006年12月28日申請之美國專利臨時申請案第60/877,696號及2007年2月8日申請之美國專利臨時申請案第60/900,624號之優先權，其全文以引用之方式併入本文中。
所主張之發明係由大學聯盟聯合研究協定之以下當事人之一或多方所完成、代表大學聯盟聯合研究協定之以下當事人之一或多方所完成及/或與大學聯盟聯合研究協定之以下當事人之一或多方有關：密西根大學之董事會董事(Regents of the University of Michigan)、普林斯頓大學(Princeton University)、南加州大學(The University of Southern California)及the Universal Display Corporation。該協定於所主張發明完成之日期之前及之時為有效，且所主張發明係由於在該協定之範圍內所進行之活動而完成。
由於若干原因，日益需要使用有機材料之光電裝置。許多用於製造該等裝置之材料相對便宜，因此有機光電裝置具有優於無機裝置之成本優勢潛能。此外，有機材料之固有特性(諸如其可撓性)可使得其非常適於特定應用，諸如製造可撓性基板。有機光電裝置之實例包 括有機發光裝置(OLED)、有機光電晶體、有機光電電池及有機光偵測器。對於OLED而言，有機材料可能具有優於習知材料之效能優勢。舉例而言，有機發射層在其下發光之波長通常可用適當摻雜劑容易地調諧。
OLED使用當電壓施加於整個裝置上時發光之薄有機薄膜。對於用於諸如平板顯示器、照明及背光之應用而言，OLED成為一種日益關注之技術。一些OLED材料及組態描述於美國專利第5,844,363號、第6,303,238號及第5,707,745號中，其以引用的方式全文併入本文中。
磷光性發射性分子之一種應用為全色顯示。用於該顯示之工業標準需要適合於發射特定色彩(稱為"飽和"色彩)之像素。詳言之，該等標準需要飽和紅色、綠色及藍色像素。色彩可使用此項技術熟知之CIE座標量測。
綠色發射性分子之一實例為參(2-苯基吡啶)銥，表示為Ir(ppy)3，其具有式I之結構：
在本文之此圖及隨後之圖中，描述氮至金屬(此處為Ir)之配位鍵為直線。
如本文所用之術語"有機"包括可用以製造有機光電裝置之聚合材料以及小分子有機材料。"小分子"係指不為聚合物之任何有機材料，且實際上"小分子"可相當大。在某些情況下，小分子可包括重複單元。舉例而言，使用長鏈烷基作為取代基的分子並未自"小分子"類中排除。小分子亦可併入聚合物中，例如作為聚合物主鏈上之側基或作 為主鏈之一部分。小分子亦可充當樹枝狀聚合物之核心部分，該樹枝狀聚合物由一系列建立在核心部分之化學殼組成。樹枝狀聚合物之核心部分可為螢光性或磷光性小分子發射極。樹枝狀聚合物可為"小分子"，且據信通常用於OLED領域中之所有樹枝狀聚合物均為小分子。
如本文所用之"頂部"意謂距離基板最遠，而"底部"意謂最靠近基板。當將第一層描述為"安置於第二層上"時，該第一層係遠離基板安置。除非指定第一層與第二層"接觸"，否則在第一層與第二層之間可能有其他層。舉例而言，即使在中間存在各種有機層，仍可將陰極描述為"安置於陽極上"。
如本文所用之"溶液可加工"意謂能夠以溶液或懸浮液形式於液體介質中溶解、分散或傳輸及/或自液體介質中沈積。
當據信配位體有助於發射性材料之光敏性特性時，將該配位體稱為"光敏性的"。
若第一能階(HOMO或LUMO)在習知能階圖上較低，則認為其"低於"或"小於"第二能階，其意謂第一能階將具有與第二能階相比在較大程度上為負之值。若第一能階(HOMO或LUMO)在習知能階圖上較高，則認為其"高於"第二能階，其意謂第一能階將具有與第二能階相比在較小程度上為負之值。舉例而言，CBP之HOMO為-5.32eV且TPBI之HOMO為-5.70eV，因此CBP之HOMO比TPBI之HOMO "高" 0.38eV。類似地，mCP之LUMO為-0.77eV且CBP之LUMO為-1.23eV，因此mCP之LUMO比CBP之LUMO "高" 0.46eV。使用利用可自美國加州Irvine之Wavefunction Inc.獲得之Spartan 02套裝軟體在B3LYP/6-31G*水平下執行密度泛函計算(density functional calculation)測定上述值。虛位能選擇可用於含有重金屬之物質，諸如Ir(ppy)3。已於文獻中證實密度泛函計算能夠定性預測有機及無機化合物之能量。
可在美國專利第7,279,704號中發現以上所述OLED及定義之更詳細說明，其以引用的方式全文併入本文中。
如本文所用之術語"基本上由一或多種如塗覆於有機發光裝置中之塗層的材料組成"意謂除彼等列舉者外還可能有材料存在，但任何該等其他材料僅以微量(諸如雜質)形式存在且不顯著影響裝置之電子特性或發射性，亦即其不顯著促進電洞或電子之傳輸或截獲，其不引起重組位置之位移且其不顯著促進或參與激子衰變、發射或其他方面。
除非另外指出，否則本文所述之各層之有機化合物的百分比為重量百分數。
包括Samuel作為合著者之以下兩個參考文獻描述與ITO直接接觸之具有摻雜之發射層的可加工磷光性OLED溶液：E.E.Namdas、T.D.Anthopoulos、I.D.W.Samuel，Applied physics letters 86，161104(2005)；T.D.Anthopoulos、M.J.Frampton、E.B.Namdas、P.L.Burn、I.D.W.Samuel，Adv.Mater.2004，16，第6期，3月18日，第557-560頁。
在第一態樣中，提供一種在發射層中具有一介面之有機發光裝置。該裝置具有一陽極、一陰極及一安置於該陽極與該陰極之間的發射層。該發射層包括一第一有機層，該第一有機層包括第一磷光性材料及第一非發射性材料。該第一有機層中之第一磷光性材料之濃度為10-90wt%，且該第一有機層中之第一非發射性材料之濃度為10-90wt%。該發射層亦包括一第二有機層，該第二有機層包括第二磷光性材料及第二非發射性材料。該第二層中之第二磷光性材料之濃度為3-25wt%，且該第二有機層中之第二非發射性材料之濃度為75-97wt%。第二有機層中之第二磷光性材料之濃度低於第一有機層中之第 一磷光性材料之濃度，較佳低至少5wt%，且更佳低至少10wt%。第一非發射性材料與第二非發射性材料可為相同材料或不同材料，且第一磷光性材料與第二磷光性材料可為相同材料或不同材料。因此，存在4種組合：(1)在第一與第二有機層中磷光性材料相同，且在第一與第二有機層中非發射性材料相同；(2)在第一及第二有機層中磷光性材料不同，且在第一與第二有機層中非發射性材料相同；(3)在第一與第二有機層中磷光性材料相同，且在第一及第二有機層中非發射性材料不同；及(4)在第一及第二有機層中磷光性材料不同，且在第一及第二有機層中非發射性材料不同。各組合均有其優勢。第一有機層可基本上由第一磷光性材料及第一非發射性材料組成，且第二有機層可基本上由第一有機層之第一磷光性材料及第一非發射性材料組成。
亦提供減輕裝置損害及延長裝置使用期限之裝置架構以個別地或以組合形式用於第一態樣。
第一有機層、第二有機層或兩者可視情況進一步包括較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
在第二態樣中，提供一種減輕損害之架構。在第一有機層與陽極之間的所有有機層均具有一電洞遷移率及一電子遷移率，以致該電洞遷移率為該電子遷移率之至少兩倍，較佳大至少十倍，且更佳大至少100倍。
在第三態樣中，提供減輕損害之另一架構。在第一有機層與陽極之間的所有有機層均不包括任何含有選自由三芳基胺、萘基、三(N-肼甲醯基)三苯胺、四芳基胺及咔唑組成之群之基團的材料。
在第四態樣中，提供減輕損害之另一架構。在第一有機層與陽極之間不存在有機層。
在第五態樣中，提供減輕損害之另一架構。提供一安置於第一有機層與陽極之間的第三有機層。該第三有機層基本上由第一磷光性 材料組成。第三有機層係直接接觸於第一有機層及陽極，以致其為第一有機層與陽極之間的唯一層。
在第六態樣中，提供減輕損害之另一架構。該裝置包括不超過3種不同有機材料，以使遭受損害之材料數目減至最少。
在第七態樣中，提供減輕損害之另一架構。該裝置包括不超過4種不同有機材料，其中該等有機材料中之一者為僅存在於裝置之發射層與陰極之間的電子傳輸材料。對於材料數目之限制使遭受損害之材料數目減至最少。
在第八態樣中，提供減輕損害之另一架構。第一有機層與陽極之間的所有有機層基本上由有機金屬材料組成。
在第九態樣中，提供減輕損害之另一架構。第一有機層與陽極之間的所有有機層均具有充分大之電洞傳導率，以致在10mA/cm2之電流下該層之厚度增加10nm導致電壓上升0.1V或以下。
在第十態樣中，提供減輕損害之另一架構。第一非發射性材料具有2.7eV或以上之三重態能量。
在第十一態樣中，在存在或不存在各種損害減輕架構之情況下，提供可用於第一態樣之較低能量發射性材料。該較低能量發射性材料可為螢光發射性材料、磷光性材料或兩種之組合，其中存在多種較低能量發射性材料。較低能量發射性材料之濃度可為0.1-12wt%，且較低能量發射性材料可僅存在於第一有機層中，僅存在於第二有機層中或存在於兩層中。包括較低能量發射性材料之有機層可基本上由磷光性材料、非發射性材料及較低能量發射性材料組成。
在第十二態樣中，提供類似於第一態樣之裝置的裝置，但與低於相反，其中第二有機層中之磷光性材料之濃度高於第一有機層之磷光性材料之濃度。第一有機層中之第一磷光性材料之濃度為3-25wt%，且第一有機層中之第一非發射性材料之濃度為75-97wt%。第 二層中之磷光性材料之濃度為10-90wt%，且第二有機層中之非發射性材料之濃度為10-90wt%。如上所述各種其他態樣可結合第十二態樣使用。
在各種態樣中，第一有機層可基本上由第一磷光性材料及第一非發射性材料組成，且第二有機層可基本上由第二磷光性材料及第二非發射性材料組成。
在各種態樣中，第一及第二有機層之總厚度較佳為至少400Å。第一有機層之厚度較佳為至少50Å且第二有機層之厚度較佳為至少50Å。
在各種態樣中，第一磷光性材料較佳具有比第一非發射性材料之最高佔據分子軌域高至少0.3eV之最高佔據分子軌域，且第二磷光性材料較佳具有比第一非發射性材料之第二佔據分子軌域高至少0.3eV之最高佔據分子軌域。
在各種態樣中，可提供一安置於第二有機層與陰極之間的第四有機層。該第四有機層基本上由第二非發射性材料組成，且其係直接接觸於第二有機層。
在各種態樣中，可提供一安置於第二有機層與陰極之間的第四有機層。該第四有機層基本上由具有比第二磷光性材料之三重態能量大至少0.1eV之三重態能量的材料組成，且第四有機層係直接接觸於第二有機層。
在各種態樣中，第一非發射性材料可選自含有選自由聯伸三苯、咔唑、二苯并噻吩及與咔唑偶合之二苯并噻吩組成之群之基團的材料。
在各種態樣中，第一有機層可直接接觸於第二有機層。
100‧‧‧有機發光裝置
110‧‧‧基板
115‧‧‧陽極
120‧‧‧電洞注入層
125‧‧‧電洞傳輸層
130‧‧‧電子阻擋層
135‧‧‧發射層
140‧‧‧電洞阻擋層
145‧‧‧電子傳輸層
150‧‧‧電子注入層
155‧‧‧保護層
160‧‧‧陰極
162‧‧‧第一導電層
164‧‧‧第二導電層
200‧‧‧倒置型OLED
210‧‧‧基板
215‧‧‧陰極
220‧‧‧發射層
225‧‧‧電洞傳輸層
230‧‧‧陽極
310‧‧‧基板
315‧‧‧陽極
320‧‧‧第三有機層
330‧‧‧第一有機層
340‧‧‧第二有機層
350‧‧‧電洞阻擋層
360‧‧‧電子傳輸層
370‧‧‧陰極
410‧‧‧基板
415‧‧‧陽極
430‧‧‧第一有機層
440‧‧‧第二有機層
450‧‧‧電洞阻擋層
460‧‧‧電子傳輸層
470‧‧‧陰極
510‧‧‧基板
515‧‧‧陽極
520‧‧‧第三有機層
530‧‧‧第一有機層
540‧‧‧第二有機層
550‧‧‧電洞阻擋層
560‧‧‧電子傳輸層
570‧‧‧陰極
610‧‧‧基板
616‧‧‧陽極
620‧‧‧第三有機層
630‧‧‧第一有機層
640‧‧‧第二有機層
650‧‧‧電洞阻擋層
660‧‧‧電子傳輸層
670‧‧‧陰極
710‧‧‧基板
715‧‧‧陽極
720‧‧‧第三有機層
730‧‧‧第一有機層
740‧‧‧第二有機層
750‧‧‧電洞阻擋層
760‧‧‧電子傳輸層
770‧‧‧陰極
圖1展示一有機發光裝置。
圖2展示一不具有一獨立電子傳輸層之倒置型有機發光裝置。
圖3展示一有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層，且第一有機層與陽極之間的有機層具有特定電荷載流子遷移率特徵。
圖4展示一有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層，且在第一有機層與陽極之間無有機層。
圖5展示一僅具有三種有機材料之有機發光裝置。
圖6展示一類似於圖3之有機發光裝置的有機發光裝置，但其包括多種磷光性材料。
圖7展示一有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層，且第一有機層與陰極之間的有機層具有特定電荷載流子遷移率特徵。
圖8展示一通用磷光性OLED結構。
圖9展示一經製造且測試之特定有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層。
圖10展示一經製造且測試之特定有機發光裝置。
圖11展示圖10之裝置之電流密度對電壓的曲線圖。
圖12展示圖10之裝置之外部量子效率(EQE)對電流密度的曲線圖。
圖13展示圖10之裝置之正規化強度(任意單位)對時間的曲線圖。
圖14展示圖10之裝置之正規化電致發光強度對波長的曲線圖。
圖15展示一經製造且測試之特定有機發光裝置。
圖16展示圖15之裝置之電流密度對電壓的曲線圖。
圖17展示圖15之裝置之外部量子效率(EQE)對電流密度的曲線圖。
圖18展示圖15之裝置之正規化強度(任意單位)對時間的曲線圖。
圖19展示圖15之裝置之正規化電致發光強度對波長的曲線圖。
圖20展示各種裝置結構之正規化發光對時間的曲線圖。
圖21展示一使用表2中之參數製造之有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層。
圖22展示一使用表4中之參數製造之有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層。
圖23展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之正規化電致發光強度對波長的曲線圖。
圖24展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之發光效率對照度的曲線圖。
圖25展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖26展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之電流密度對電壓的曲線圖。
圖27展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖28展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖29展示一使用表6中之參數製造之有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層，一些裝置具有一NPD層且一些裝置不具有NPD層。
圖30展示一不具有NPD層之有機發光裝置。
圖31展示一具有一NPD層之有機發光裝置。
圖32展示圖30及圖31之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖33展示圖30及圖31之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖34展示圖30及圖31之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖35展示圖30及圖31之裝置之電致發光強度對波長的曲線圖。
圖36展示在各種初始照度下圖30之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖37展示在各種初始照度下圖31之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖38展示一具有來自NPD與BAlq之發射之有機發光裝置。
圖39展示圖38之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖40展示圖38之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖41展示圖38之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖42展示圖38之裝置之電致發光強度(任意單位)對波長的曲線圖。
圖43展示圖38之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖44展示一僅具有來自Alq之發射之有機發光裝置。
圖45展示圖44之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖46展示圖44之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖47展示圖44之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖48展示圖44之裝置之電致發光強度(任意單位)對波長的曲線圖。
圖49展示圖44之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖50展示一有機發光裝置，其僅具有一在一發射層與陽極之間具有高電洞傳導率之層及一在該發射層中用作非發射性主體之相同材料的電洞阻擋層。
圖51展示圖50之裝置之正規化發光對時間的曲線圖。
圖52展示圖50之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖53展示圖50之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖54展示圖50之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖55展示圖50之裝置之EL強度對波長的曲線圖。
圖56展示一有機發光裝置，其僅具有一在一發射層與陽極之間具有高電洞傳導率之層、一在該發射層中用作非發射性主體之相同材料的電洞阻擋層及一具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層的發射層，其中在第二有機層中磷光性材料之濃度可變化。
圖57展示圖56之裝置之正規化發光對時間的曲線圖。
圖58展示圖56之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖59展示圖56之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖60展示圖56之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖61展示圖56之裝置之EL強度對波長的曲線圖。
圖62展示一有機發光裝置，其僅具有一在一發射層與陽極之間具有高電洞傳導率之層、一在該發射層中用作非發射性主體之相同材料的電洞阻擋層及一具有在第一及第二有機發射層中具有不同磷光性材料之第一及第二有機層的發射層，其中在該第二有機發射層中磷光性材料之濃度可變化。
圖63展示圖62之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖64展示圖62之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖65展示圖62之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖66展示圖62之裝置之EL強度對波長的曲線圖。
一般而言，OLED包含至少一安置於陽極與陰極之間且與陽極及陰極電連接之有機層。當施加電流時，陽極將電洞注入有機層中且陰極將電子注入有機層中。注入之電洞及電子各自向帶相反電荷之電極遷移。當電子及電洞定位於同一分子上時，形成具有激發能態之定位 電子-電洞對"激子"。當激子經由光發射機制鬆弛時發射光。在某些情況下，激子可定位於準分子或激發複合物體上。雖然亦可出現非輻射機制(諸如熱鬆弛)，但一般認為其不合乎需要。
如(例如)美國專利第4,769,292號中所示，初始OLED使用自其單重態發射光("螢光")之發射性分子，該專利以引用的方式全文併入本文中。螢光發射一般在小於10奈秒之時間範圍內發生。
近年來，已證實具有自三重態發光("磷光")之發射性材料之OLED。Baldo等人，"Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices"，Nature，第395卷，151-154，1998，("Baldo-I")；及Baldo等人，"Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence"，Appl.Phys.Lett.，第75卷，第3期，4-6(1999)("Baldo-II")，其以引用的方式全文併入本文中。在美國專利第7,279,704號第5-6行中更詳細地描述磷光，該專利以引用的方式併入本文中。
圖1展示一有機發光裝置100。該等圖並不一定按比例繪製。裝置100可包括一基板110、一陽極115、一電洞注入層120、一電洞傳輸層125、一電子阻擋層130、一發射層135、一電洞阻擋層140、一電子傳輸層145、一電子注入層150、一保護層155及一陰極160。陰極160為一具有一第一導電層162及一第二導電層164之複合陰極。裝置100可藉由按次序沈積所述層來製造。該等各層之特性及功能以及實例材料更詳細地描述於US 7,279,704第6-10行中，該專利以引用的方式併入本文中。
可獲得該等層中之每一者之更多實例。舉例而言，可撓性及透明基板-陽極組合揭示於美國專利第5,844,363號中，其以引用的方式全文併入本文中。p型摻雜之電洞傳輸層之實例為用F4-TCNQ以50：1之莫耳比摻雜之m-MTDATA，如美國專利申請公開案第2003/0230980 號中所揭示，其以引用的方式全文併入本文中。發射性及主體材料之實例揭示於Thompson等人之美國專利第6,303,238號中，其以引用的方式全文併入本文中。n型摻雜之電子傳輸層之實例為用Li以1：1之莫耳比摻雜之BPhen，如美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示，其以引用的方式全文併入本文中。以引用的方式全文併入本文中之美國專利第5,703,436號及第5,707,745號揭示陰極之實例，其包括具有具備一上覆透明、導電、經濺鍍沈積之ITO層的薄金屬(諸如Mg：Ag)層的複合陰極。阻擋層之理論及使用更詳細地描述於美國專利第6,097,147號及美國專利申請公開案第2003/0230980號中，其以引用的方式全文併入本文中。注入層之實例提供於美國專利申請公開案第2004/0174116號中，其以引用的方式全文併入本文中。保護層之說明可見於美國專利申請公開案第2004/0174116號中，其以引用的方式全文併入本文中。
圖2展示一倒置型OLED 200。該裝置包括一基板210、一陰極215、一發射層220、一電洞傳輸層225及一陽極230。裝置200可藉由按次序沈積所述層來製造。因為最通用之OLED組態具有一安置於陽極上之陰極，且裝置200具有安置於陽極230下之陰極215，故可將裝置200稱為"倒置型" OLED。可將與關於裝置100所述之彼等材料類似之材料用於裝置200之相應層中。圖2提供一個如何自裝置100之結構省略某些層的實例。
圖1及2中說明之簡單層狀結構以非限制性實例之方式提供，且應瞭解本發明之實施例可結合廣泛多種其他結構加以使用。實際上，所述之特定材料及結構為例示性的，且可使用其他材料及結構。可根據設計、效能及成本因素藉由以不同方式組合所述之各種層或可完全省略各層來獲得功能性OLED。亦可包括未特定描述之其他層。可使用除特定描述之彼等材料外之材料。雖然本文所提供之許多實例將各 層描述為包含單一材料，但應瞭解可使用諸如主體與摻雜劑之混合物或更一般之混合物之材料組合。同樣，該等層可具有各種子層。本文對各種層給定之名稱並不意欲將其嚴格限制。舉例而言，在裝置200中，電洞傳輸層225傳輸電洞且將電洞注入發射層220中，且可將其描述為電洞傳輸層或電洞注入層。在一實施例中，可將OLED描述為具有一安置於陰極與陽極之間的"有機層"。該有機層可包含單一層，或可進一步包含如(例如)關於圖1及圖2所述之不同有機材料的多層。
亦可使用未特定描述之材料及結構，諸如由諸如在Friend等人之美國專利第5,247,190號中所揭示之聚合材料(PLED)組成的OLED，該專利以引用的方式全文併入本文中。作為另一實例，可使用具有單一有機層之OLED。舉例而言，如Forrest等人之美國專利第5,707,745號中所述，可將OLED堆疊，該專利以引用的方式全文併入本文中。OLED結構可與圖1及圖2中說明之簡單層狀結構不同。舉例而言，基板可包括一傾斜反射性表面以改良外部耦合，諸如如Forrest等人之美國專利第6,091,195號中所述之台面結構(mesa structure)及/或如Bulovic等人之美國專利第5,834,893號中所述之坑形結構(pit structure)，該等專利以引用的方式全文併入本文中。
除非另外說明，否則各種實施例之層中之任一者可藉由任何合適方法沈積。對於有機層而言，較佳方法包括熱蒸發、噴墨(諸如美國專利第6,013,982號及第6,087,196號中所述，該等專利以引用的方式全文併入本文中)、有機氣相沈積(OVPD)(諸如Forrest等人之美國專利第6,337,102號中所述，該專利以引用的方式全文併入本文中)及藉由有機噴氣打印(organic vapor jet printing，OVJP)沈積(諸如美國專利申請案第10/233,470號中所述，該案以引用的方式全文併入本文中)。其他合適沈積方法包括旋塗及其他基於溶液之製程。基於溶液之製程較佳在氮氣或惰性氣氛中進行。對於其他層而言，較佳方法包括熱蒸 發。較佳圖案化方法包括經由遮蔽沈積、冷焊(諸如美國專利第6,294,398號及第6,468,819號中所述，該等專利以引用的方式全文併入本文中)及與某些諸如噴墨及OVJD之沈積方法相關之圖案化。亦可使用其他方法。可改質待沈積之材料以使得其與特定沈積方法相容。 舉例而言，可在小分子中使用分枝或未分枝且較佳含有至少3個碳的諸如烷基及芳基之取代基以增強其經受溶液加工之能力。可使用具有20個或更多碳之取代基，且3-20個碳為較佳範圍。因為不對稱材料可具有較低之再結晶趨勢，所以與具有對稱結構之材料相比，具有不對稱結構之材料可能具有較佳溶液可加工性。可使用樹枝狀聚合物取代基以增強小分子經受溶液加工之能力。
可將根據本發明之實施例製造之裝置併入廣泛多種消費型產品中，其包括平板顯示器，電腦監視器，電視，告示牌，用於內部或外部照明及/或信號傳輸之燈，抬頭顯示器，全透明顯示器，可撓性顯示器，雷射打印機，電話，蜂巢式電話，個人數位助理(PDA)，膝上型電腦，數位攝影機，錄像攝像機(camcorder)、檢景器，微顯示器，車輛，大面積牆、劇場或露天大型運動場螢幕或標誌。可使用各種控制機制以控制根據本發明製造之裝置，包括被動矩陣及主動矩陣。許多該等裝置意欲在對人類舒適之溫度範圍中，諸如18℃至30℃，且更佳在室溫(20℃-25℃)下使用。
本文所述之材料及結構可應用於除OLED外之裝置中。舉例而言，諸如有機太陽電池及有機光偵測器之其他光電裝置可使用該等材料及結構。更一般而言，諸如有機電晶體之有機裝置可使用該等材料及結構。
術語鹵基、鹵素、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳烷基、雜環基、芳基、芳族基及雜芳基為此項技術所已知且在US 7,279,704第31-32行中定義，該專利以引用的方式併入本文中。
如本文所用，以下化合物具有以下結構：
圖8展示一通用磷光性OLED結構。在某些態樣中，揭示一磷光性OLED之新穎架構。圖9展示一在一電洞注入層(HIL)與一電洞阻擋層(BL)之間併入一厚發射層(EML)之簡化裝置架構。已證實當在磷光性OLED中NPD HTL經化合物B：化合物A摻雜層替代時，此使得新穎綠色磷光性OLED之使用期限非常長。已證實綠色裝置具有600Å化合物B：化合物A 15% EML，在1000尼特下效率為44cd/A且80%使用期限為65,000h，參見表2，實例1與比較實例2相比較。在此裝置中，600Å化合物B：化合物A層提供電子與電洞傳輸能力。化合物B提供非常穩定之基質。提供化合物A作為電洞傳輸摻雜劑，因為化合物B 具有優先電子傳輸特徵。亦可將經摻雜之化合物B：化合物A層用作紅色與藍色結構之HTL。化合物B：化合物A為證實經摻雜之HTL之概念的實例。亦可將化合物A用作電洞注入層，且化合物B可充當發射層與電子傳輸層(若存在)及隨後陰極之間的層。
本文所揭示之某些特徵能夠顯著改良磷光性OLED之穩定性。此包括利用材料(化合物B)，該材料起初係用作主體且現已證實其為有效BL(阻擋層)及HTL(電洞傳輸層)。
以下參考文獻係以引用的方式全文併入本文中：Vadim Adamovich，Novel materials and techniques of fabrication for Organic light emitting diodes，PhD,Thesis，2003年11月25日發表；Peter Mackenzie、Vadim Adamovich、Yeh Tung、Michael S.Weaver，EML ON ITO OLED DEVICES，臨時申請案第60/763,189號；美國專利第7,022,421號；美國專利第7,078,113號；美國專利公開案第2006/0280965號。
CBP主體、HPT阻擋層(BL)及NPD電洞傳輸層(HTL)材料之低穩定性對實現穩定及長使用期之綠色磷光性OLED存在顯著障礙。在綠色磷光性OLED中，在發射層、BL及HTL中利用諸如化合物B之更穩定材料可使綠色磷光性OLED使用期限提高約10倍。對於綠色裝置用以化合物A摻雜之化合物B之層替代NPD HTL顯著改良裝置使用期限。該概念亦適用於藍色裝置。
化合物B為非常穩定之主體材料。揭示具有在裝置內之各種層中用作主體、阻擋層及電洞傳輸層組份之化合物B的綠色結構及效能。表1展示關於改良綠色磷光性OLED穩定性之裝置資料。圖8展示一展示來自表1之各層結構之通用裝置結構。
如自表1得出，將化合物B穩定材料作為各種層引入裝置中顯著改良裝置使用期限。雖然不意欲受理論限制，但HTL替代會改良該裝 置。據信對於綠色裝置而言此可能尤其重要。NPD在綠色裝置中不如在諸如紅色裝置之其他裝置中穩定。此外，在不意欲受理論限制的情況下，據信NPD可藉由經發射層漏出電子及(或)藉由磷光性激子來降級。如表1所示，用更穩定化合物B：化合物A層替代NPD HTL使裝置使用期限提高4倍。在包括化合物A與化合物B之層中化合物B傳輸電子且化合物A摻雜劑傳輸電洞。替代NPD使綠色裝置之使用期限與紅色裝置之使用期限類似(>100,000h)。可利用其他材料使用經摻雜之HTL之相同概念且可將其用於紅色及藍色磷光性OLED。
可考慮之其他裝置架構包括分級結構，其中HIL為100% p型摻雜劑(例如化合物A)且隨後引入主體材料，例如作為看上去遠離陽極之主體材料的化合物B。亦可在陽極與BL或ETL之間使用不同濃度(0-100%)之摻雜劑及主體之多層。
亦可將化合物B用作紅色及藍-綠色發射極之主體。
亦可將化合物B用作紅色、綠色、藍色或白色裝置或任何其他顏色裝置中之BL。
具有600Å化合物B：化合物A層及化合物B作為阻擋劑之裝置在不同HIL(CuPc、化合物A及無HIL)上生成。
具有化合物B：化合物A摻雜之HTL的特定裝置實例概括於表2中。圖21提供於表2中所述之裝置的結構。
經穩定摻雜之HTL(化合物B：化合物A)替代NPD引起綠色裝置使 用期限顯著提高。實驗結果展示於表1及表2及相關圖中。使具有600Å化合物B：化合物A 15%層之裝置(由於該材料混合物具有電子傳輸與電洞傳輸能力)在各HIL(CuPc、化合物A及無HIL)上生成(分別為表2之實例2、1及3)。將具有300Å NPD HTL及300Å化合物B：化合物A 15% EML之相同裝置結構以比較實例展示。與具有NPD HTL之裝置相比，不具有NPD之裝置穩定得多。在該裝置中，將化合物B主體(基質)及化合物A(電洞傳輸及發射性摻雜劑)用於一層中。
在展示於表2中之特定實驗中量測之裝置的優良效能及最佳效能(長使用期限以及高裝置效率及低工作電壓)為表2之實例5。實例5之結構展示於圖9中。該裝置僅具有三種有機材料。可將該裝置之HIL、EML及BL視為具有接近ITO(電洞注入介面)為100%化合物A及接近Alq ETL(電子注入介面)為100%化合物B之分級濃度的化合物A：化合物B層。
表1及表2之裝置說明若干與優良裝置效能相關之要點。
o利用經摻雜之HTL(穩定基質(不必為電洞傳輸的)及電洞傳輸摻雜劑)(亦可能為ETL)；o對於HTL及發射層利用相同材料(主體及摻雜劑)；o利用相同材料(例如化合物A)作為發射性磷光性綠色摻雜劑及電洞傳輸摻雜劑及電洞注入層；o利用相同材料(例如化合物B)作為EML中之主體、HTL中之基質、僅作為裝置中之阻擋層；o在裝置中僅有3種材料(例如化合物A、化合物B、Alq)；o高穩定性綠色磷光性結構(在1000尼特下超過300,000h之使用期限)。
此外，揭示具有以下有利架構之裝置架構，其可單獨或組合使用： 利用穩定主體，諸如聯伸三苯化合物，例如化合物B
1.聯伸三苯化合物作為PHOLED之主體。
2.聯伸三苯化合物作為PHOLED中之阻擋層或阻抗層。
3.聯伸三苯化合物作為同一OLED中之主體及阻擋層。
4.聯伸三苯化合物作為同一OLED中之主體及HTL組份。
5.聯伸三苯化合物作為同一OLED中之HTL組份及阻擋層。
6.聯伸三苯化合物作為同一裝置(例如3組份裝置)中之HTL組份、主體及阻擋層。
7.架構1-6，具有或不具有電子傳輸層。
8.架構1-7，使用化合物B作為特定聯伸三苯化合物。
9.上述架構1-7，但使用咔唑化合物替代聯伸三苯化合物作為穩定主體。
10.架構9，使用mCBP或化合物R作為特定咔唑化合物。
可使用為聯伸三苯化合物或咔唑化合物之穩定主體材料來製造裝置。該等裝置可包括僅3種或僅2種有機組份，且可包括具有不同濃度之相同材料之層。表3展示該等裝置之實例。表3之裝置的結構展示於圖8中。指示圖8中HTL及ETL略具可撓性，其中據信在許多結構中，尤其在其中HTL與ETL具有相同材料但濃度不同之彼等結構中，該兩層均發射。實際上製造表3之裝置1及2，而未製造裝置3及4，但為說明之目的仍包括裝置3及4。據信化合物S為磷光性分子之實例，其可在發射層中傳輸電子。
該等裝置應用於平板顯示器及照明應用中。經證實之優良裝置在高效磷光性OLED中具有能夠使使用期限更長之優勢。並非必需特殊製造設備，且裝置可藉由此項技術中已知之方法製造。可視共用層是否可用於並列RGB應用之情況來考慮陰罩法。
圖3展示一有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層，且第一有機層與陽極之間的有機層具有特定電荷載流子遷移率特徵。作為說明，圖3之裝置包括一基板310、一陽極315、一第三有機層320、一具有一第一有機層330及一第二有機層340之發射層、一電洞阻擋層350、一電子傳輸層360及一陰極370。電洞阻擋層350及電子傳輸層360係可選的。如許多裝置所通用，展示圖3之裝置及本文所示之各種其他裝置具有鄰近於基板之陽極，但該等裝置亦可具有鄰近於基板之陰極。
第一有機層330安置於陽極與陰極之間，且包括磷光性材料及非發射性材料。第一有機層中磷光性材料之濃度為10-90wt%。第一有機層中非發射性材料之濃度為10-90wt%。第二有機層340安置於第一有機層與陰極之間。第二有機層340較佳係直接接觸於第一有機層330，但在第一有機層330與第二有機層340之間亦可能存在一能夠傳輸電子與電洞之薄有機層。第二有機層亦包括磷光性材料及非發射性 材料。第二層中磷光性材料之濃度為3-25wt%。第二有機層中非發射性材料之濃度為75-97wt%。第二有機層中磷光性材料之濃度低於第一有機層中磷光性材料之濃度。由於第一有機層330及第二有機層340中磷光性材料之濃度不同，故在該等層之間存在一"介面"。在一態樣中，第一有機層330及第二有機層340僅包括磷光性材料及非發射性材料。因為使材料數目減至最少簡化製造且避免可能與其他材料有關之失效機制，故此態樣有利。
圖3以及其他圖展示包括"磷光性"材料及"非發射性"材料之有機層。
如本文所用，"磷光性"材料為在室溫下(例如在約18-25℃下)能夠自三重激發態發光之材料。然而，任何給定之磷光性材料在特定層或特定裝置中均可能發光或可能不發光。在本文所揭示之許多架構中，磷光性材料發光。然而，在其他架構中，磷光性材料不發光，而是將激子轉移至可具磷光性或螢光性之其他分子中，該等分子隨後發光。材料之磷光性性質在該等裝置中仍具有作用，因為在室溫下自三重激發態發光之能力與諸如系統間穿越及強烈自旋軌道偶合之其他特性有關，儘管其不能發光，但其可使得三重態有效地形成於分子上且轉移至其他分子。此外，許多磷光性材料亦為良好電洞傳輸體。據信如本申請案所定義之術語"磷光性"之定義通常符合其在此項技術中之用途，但不意欲擴展至該術語可以不同方式使用之其他申請案中。
如本文所用，"非發射性"材料在將該材料描述為"非發射性"之裝置中不發光。然而，在該裝置中非發射性材料不一定為電惰性的，且通常可能與電荷傳輸有關，最通常與電子傳輸有關。在其他情況下，該材料可能為發射性的，例如在溶液中或在其他裝置中。一般而言，若"非發射性"材料能夠在除包括其作為非發射性材料之裝置外之情況下發光，則在特定裝置中固態因素使材料在裝置中不發光。舉例而 言，"非發射性"材料可由具有低於非發射性材料之三重態能量至少0.1eV之三重態能量的磷光性材料摻雜，以致在非發射性材料上形成之任何三重態轉移至磷光性材料而不發光。
不受任何關於本發明之態樣如何運作之理論限制，據信在許多磷光性OLED中，重組發生在裝置之介面上或附近，因為在介面兩側之電子及電洞遷移率可能不同，且因為電子及電洞可能難以穿過介面。若發射層不包括任何內部介面，則重組很可能發生在發射層與非發射層之介面上或附近。因此，激子及兩種類型之電荷載流子以有效濃度位於所述非發射層附近。在非發射層易受來自激子及/或電荷載流子之損害的情況下，對裝置使用期限可有不利影響。此外，非發射層與重組區域之接近可提供激子之非發射性衰變途徑，從而不利地影響裝置效率。
進一步據信，在許多磷光性裝置中，磷光性材料負責在發射層中傳輸電洞，且非發射性主體材料負責傳輸電子。據信第一有機層330與第二有機層340之間的磷光性材料濃度上之變化可導致電子在第一有機層330中之遷移率高於在第二有機層340中之遷移率，及電洞在第二有機層340中之遷移率高於在第一有機層330中之遷移率。因此，電子及電洞之重組可發生在第一有機層330與第二有機層340之間的介面上或附近。第二有機層340中磷光性材料之濃度較佳比第一有機層330中之濃度低至少5wt%，且更佳低至少10wt%。總之，第一有機層330與第二有機層340可形成裝置之發射層。因為重組發生在第一有機層330與第二有機層340之間的介面上或附近，亦即發生在發射層內之介面處，故可避免由附近介面與非發射層重組引起之問題。該等段落中所述之推論適用於本文所述之各種裝置，該等裝置具有一具有一內部介面(亦即一在第一有機層與第二有機層之間的介面)之發射層。
第一有機層330及第二有機層340之磷光性材料可為相同材料或 可為不同磷光性材料。第一有機層330及第二有機層340之非發射性材料可為相同材料或不同材料。因此，存在4種組合：(1)在第一與第二有機層中磷光性材料相同，且在第一與第二有機層中非發射性材料相同；(2)在第一及第二有機層中磷光性材料不同，且在第一與第二有機層中非發射性材料相同；(3)在第一與第二有機層中磷光性材料相同，且在第一及第二有機層中非發射性材料不同；及(4)在第一及第二有機層中磷光性材料不同，且在第一及第二有機層中非發射性材料不同。各組合均有其優勢。
在第一有機層330與第二有機層340中使用相同非發射性材料藉由減少裝置中材料數目來簡化製造。此外，因為各新穎材料可能引入新穎故障機制，故在多層中使用相同材料可減少故障機制。使用相同非發射性材料亦可有助於展開裝置之重組區域，其亦有助於獲得較長裝置使用期限，同時還可在第一有機層330與第二有機層340之間的介面附近藉由調節介面處非發射性材料之濃度而使重組發生。
然而，在第一有機層330及第二有機層340中使用不同非發射性材料亦具有優勢。不同材料可具有不同電荷傳輸特性。在非發射性材料主要負責傳輸特定電荷載流子，最通常為電子的情況下，在第一有機層330及第二有機層340中使用不同非發射性材料可使在裝置中發生之重組易於控制。特定言之，對於第一有機層330及第二有機層340選擇不同非發射性材料，可易於在第一有機層330與第二有機層340之間的介面附近產生電荷載流子梯度，因為除非發射性材料之濃度外對於此目的還可使用非發射性材料方面之差異。
在第一有機層330與第二有機層340中使用相同磷光性材料(但濃度不同)具有如上關於使用相同非發射性材料所述之相同優勢中之多個。較少材料可意謂較少故障機制。不同濃度可使得重組受控制地在第一有機層330與第二有機層340之間的介面附近發生，而使用相同磷 光性材料可使得重組區域相對寬。
在第一有機層330與第二有機層340中使用不同磷光性材料(濃度不同)具有如上關於使用不同非發射性材料所述之相同優勢中之多個。使用不同材料可增加可用以控制重組發生之額外參數。
此外，磷光性材料在裝置中可發光或可不發光。在需要高效飽和發射之情況下，或許對於在需要飽和發射之顯示器裝置中使用而言，可較佳在第一有機層330與第二有機層340中使用相同磷光性材料作為發射性材料。在磷光性材料傳輸電荷但不發射之組態中，描述為"較低能量"材料之其他材料可添加至第一有機層330及第二有機層340中且發光。"較低能量"意謂較低能量發射性材料之發射光譜的峰值比同一層中磷光性材料之發射光譜的峰值高至少20nm。較長波長與較低能量相對應。激子可經由各種機制存在於較低能量發射性材料中且不意欲限制激子到達較低能量發射性材料之方法。舉例而言，激子可形成於磷光性材料上且轉移至較低能量發射性材料中，或激子可直接形成於較低能量發射性材料上。在一組態中，較低能量發射性材料可為自磷光性材料接受激子之螢光材料，其包括在磷光性材料上形成為三重態之激子。
然而，在需要較不飽和發射，或許用於全面照明目的之白色發射之情況下，可能需要在相同裝置中具有多個分子發射。為此目的，不同磷光性材料可用於第一有機層330及第二有機層340中作為彼等層之發射極，以致在裝置中存在多種發射性材料。描述為"較低能量"材料之其他材料亦可添加至第一有機層330及第二有機層340中之一者或兩者中。在需要來自多種材料之發射之情況下，可將不同較低能量發射性材料用於第一有機層330與第二有機層340中，或可將較低能量發射性材料用於第一有機層330及第二有機層340中之一者中，同時磷光性材料自第一有機層330及第二有機層340中之另一者發射。
然而，具有發射層(其具有第一有機層及第二有機層，在第一有機層及第二有機層之間具有介面)之裝置可能仍具有短使用期限。據信在許多磷光性有機發光裝置中之主要故障機制包括電子自陰極穿過發射層至發射層之陽極側的有機層。據信用於OLED之陽極側之許多有機材料易受到該等電子之損害。圖44-50及相關文字展示通用電洞傳輸材料NPD在縮短裝置使用期限中之作用。使用具有第一有機層330及第二有機層340之發射層可有助於使得重組在發射層內之介面處發生。因此，可減少到達非發射層之激子的數目及穿過整個發射層到達另一側之電荷載流子(亦即，到達發射層之陽極側的電子及到達發射層之陰極側的電洞)的數目。然而，有利的是具有藉由本文所述之裝置架構實現之展開的重組區域，以致激子及/或電荷載流子可到達且損害非發射層，不利地影響裝置使用期限。據信一種通用故障機制包括電子穿過發射層到達發射層之陽極側，且損害相鄰非發射層。
一種避免由電子損害在發射層之陽極側之有機材料而引起之損害及裝置使用期限縮短的方法為在發射層之陽極側僅使用電洞遷移率顯著高於電子遷移率之材料。差異應非常顯著以致在該層中大多數電荷載流子具有一種類型。根據圖3，第三有機層320位於發射層(亦即第一有機層330及/或第二有機層340)之陽極側。在由第三有機層320佔據之位置可能存在超過一個有機層。發射層與陽極之間的各有機層可包括單一有機材料或多種有機材料。對於單一材料層而言，此意謂各層材料具有顯著高於該層電子遷移率之電洞遷移率。對於包括多種材料之層而言，此意謂該層之電洞遷移率顯著高於該層之電子遷移率。"層"之電洞遷移率與主要負責在該層中傳輸電洞之該層材料的電洞遷移率強烈相關，尤其在所述材料以顯著數量存在之情況下。電子及電洞遷移率可藉由包括飛行時間、暗電流注入及導納光譜法之各種方法量測。顯著高於意謂電洞遷移率為電子遷移率之至少兩倍，較佳 為電子遷移率的至少十倍，且最佳為電子遷移率的至少100倍。
NPD傳統上用於電洞傳輸層(HTL)且其通常與EML接觸。然而，So等人報導NPD具有類似於其電洞遷移率之電子遷移率(~5×10-4cm2 V-1 s-1)。參見，So等人，'Bipolar Carrier Transport in Organic Small Molecules for OLED'，Proceedings of the Society for Information Display，38，1497(2007)。此表明在習知結構中電子可藉由NPD容易地傳輸。此使得能有兩種潛在不利狀況。首先，電子及電洞可在NPD中再結合。NPD可為穩定電洞傳輸層，但預期展示NPD發射之裝置在操作上不穩定，因為對於此目的而言該發射無效且NPD不包括於裝置中。舉例而言，圖38展示具有NPD及BAlq發射之裝置。當該裝置在20mA/cm2之恆定電流下驅動時，圖43中所示之此裝置之使用期限(LT50)小於300小時。為進行比較，僅具有Alq發射之類似裝置(參見圖44)具有久得多的使用期限。300小時之後且對於40mA/cm2之連續驅動電流，Alq發射裝置之照度降至其初始值之約86%(參見圖49)。其次，NPD對於電子本質上可為不穩定的。存在充足證明以據信NPD僅在電洞裝置中穩定；然而不確定其對電子之穩定性。
在一較佳態樣中，第三有機層320為安置於第一有機層330與陽極315之間的單一有機層，亦即第三有機層320係直接接觸於第一有機層330及陽極315。亦在此較佳態樣中，第三有機層320僅包括第一有機層330之磷光性材料。一般而言，電子存在於裝置之發射層中，且在發射層中裝置之發射性材料暴露於電子中。因此，大部分用於具有相當長使用期限之裝置中的磷光性發射性分子對來自電子之損害有抵抗力。因此，以其他作用使用第一有機層330及第二有機層340之磷光性材料作為第一有機層330與陽極315之間的唯一有機材料，亦即作為電洞傳輸分子，可能導致在裝置中避免與電子對發射層之陽極側之有機層的損害相關之故障機制。
避免由電子損害發射層之陽極側之有機材料而引起之損害及使用期限縮短的另一方法為避免在發射層之陽極側使用易於受到來自電子之損害的各類材料。據信一般在發射層之陽極側使用之許多材料均易於受到該等損害。NPD為該等材料之一實例。更一般而言，可在發射層之陽極側有利地避免之材料包括具有來自以下清單之基團的分子：三芳基胺、萘基、三(N-肼甲醯基)三苯胺、四芳基胺及咔唑。
避免由電子損害發射層之陽極側之有機材料而引起之損害及使用期限縮短的另一方法為在發射層之陽極側使用具有高電洞傳導率之材料。高電洞傳導率可使電洞以足以使到達發射層之陽極側的電子數目減至最少的速率注入發射層中。在OLED中，層傳導率之有用量測為裝置中因使特定層更厚而導致之電壓上升。特定言之，可製造若干除一種差異外在其他方面相同之裝置，該等裝置具有一用以量測傳導率之特定層，該特定層在不同裝置中具有不同厚度。因為裝置在其他方面相同，故由特定層之厚度增加引起之電壓差異可與歸因於除用以量測傳導率之介面及層外之各種介面及層的電壓差異分離。特定言之，電洞傳導率可藉由在裝置中進行該量測來量測，其中不同厚度之層在該裝置中位於根據裝置中之其他薄層電子不能大量到達且電洞為主要電荷載流子之位置。諸如載流子遷移率之影響傳導率之參數可為電流之函數，儘管據信具有輕度依賴性。為控制此因素，可在特定電流密度下進行量測。10mA/cm2為用於本文所述量測之合適電流密度。已以此方法量測NPD之電洞傳導率，且證實對於在10mA/cm2之電流下，NPD厚度每增加10nm，穿過裝置之電壓增加0.6V。以類似方法量測LG101TM(可自Korea之LG獲得)之電洞傳導率，且證實在10mA/cm2之電流下，LG101厚度每增加10nm，穿過裝置之電壓增加不足0.5V。可藉由廣泛多種裝置結構重複該等量測。在發射層與陽極之間僅具有層厚度每增加10nm穿過裝置之電壓上升0.1V或以下之層 的裝置可能有利地使對於發射層之陽極側之有機層的損害減至最少。LG101層為該層之一實例。
避免由電子損害發射層之陽極側之有機材料而引起之損害及使用期限縮短的另一方法為在發射層之陽極側僅使用有機金屬材料。據信與諸如NPD之一般用於電洞傳輸層之某些材料相比，有機金屬材料(尤其已知在有機發光裝置中用作磷光性發射極之有機金屬材料)一般對來自電子之損害更具抵抗力。當然，在裝置之發射層中用作發射極之有機金屬材料暴露於電子相對富集之環境中。在裝置之電子相對貧乏之陽極側中使用該等材料不會導致顯著電子損害。此外，在有機發光裝置中用作發射極之許多有機金屬材料為良好電洞傳輸體，且據信在許多情況下負責有機發光裝置之發射層中之電洞傳輸。
避免由電子損害發射層之陽極側之有機材料而引起之損害及使用期限縮短的另一方法為對於諸如第一有機層330之第一非發射性材料(亦即第一有機層之非發射性材料)使用高三重態能量材料。據信一種降低裝置使用期限之損害機制可包括到達發射層之陽極側且損害發射層之陽極側之有機材料的三重態。在具有一在發射層內之介面的裝置架構中，據信重組(亦即，激子形成，包括三重態形成)發生在該介面上或附近。依賴於發射層中各種材料之相對三重態能量，三重態可存在於非發射性材料以及磷光性材料上。藉由對於第一有機層之非發射性材料選擇高三重態能量材料，可減少能在非發射性材料上形成及/或由其他材料轉移至非發射性材料中之三重態之數目。此外，將極其有利於存在於此非發射性材料中之任何三重態轉移至具有較低三重態能量之發射層中之其他分子中。因為第一有機層係在發射層內但在陽極側，故磷光性材料之濃度高於第二有機層，提供可使三重態由第一有機層之非發射性材料轉移至其中之更多位點。因此，對於第一非發射性材料使用高三重態能量材料可減少到達發射層之陽極側之激子 數目。關於此點，"高"三重態能量材料為具有2.7eV或以上之三重態能量的材料。
獲得高裝置使用期限之另一方法為對第一有機層之非發射性材料使用含有選自由聯伸三苯、咔唑、喹啉金屬、二苯并噻吩及與咔唑偶合之二苯并噻吩組成之群的基團之材料。當與避免由電子損害發射層之陽極側之有機材料而引起之損害及使用期限縮短之其他方法組合使用時，該等材料最有用。
對於藍色發光磷光性裝置，亦即具有具備峰值波長在440nm與500nm之間的發射光譜之磷光性材料之裝置而言，裝置使用期限為一尤其重要之問題。此係因為在可見光譜中藍色光子為能量最高之光子，以致藍色發光有機分子一般相應具有較高三重態及/或單重態能量。因此，與其他裝置相比，可將藍色發光裝置中之許多材料暴露於較高能量激子及/或電荷載流子中。亦可藉由對於與最高佔據分子軌域、最低未佔據分子軌域、能帶隙等有關之特定特性的約束以確保裝置中之正常電荷傳輸來限制有效用於藍色裝置中之材料的選擇，然而可更放鬆對於發射較低能量光子之裝置的約束。因為藍色裝置之材料的選擇受到限制，故用於發射綠色或紅色之裝置的更合乎需要之材料中之一些可能不為藍色發光裝置之可行選擇。對於綠色發光裝置，亦即具有具備峰值波長在500nm與530nm之間的發射光譜之磷光性材料之裝置而言，裝置使用期限亦重要。對於藍色裝置所述之相同問題中之一些適用於綠色裝置，但適用程度較小。因此，對於用於具有該等波長，尤其藍色之裝置而言，尤其需要本文所述特徵中之多種。然而，該等特徵可用於發射任何色彩之裝置中。
較佳地，第一有機層330及第二有機層340之總厚度為至少400Å，且第一有機層330之厚度為至少50Å且第二有機層340之厚度為至少50Å。在該等厚度下，第一有機層330及第二有機層340之總厚度充 分大以允許寬重組區域。各層之最小厚度亦意謂第一有機層330與第二有機層340之間的介面(在其下或附近可發生許多重組)距離其他可含有其他材料之層至少50Å。因此，可降低由該等其他材料引起之任何裝置使用期限問題。
較佳地，磷光性材料具有比非發射性材料之最高佔據分子軌域高至少0.3eV之最高佔據分子軌域。因此，第一有機層330及第二有機層340中之電洞傳輸可能將主要發生於磷光性材料上。因此，第一層330與第二層340之間的磷光性材料之濃度差異可能導致兩層之電洞傳輸特性之顯著差異，以致重組發生在兩層之間的介面上或附近。
當存在電洞阻擋層350時，對於該層存在若干較佳材料選擇。在不意欲受任何關於本發明之態樣為何運作之理論限制的情況下，電洞阻擋層350之目的為阻止電洞由第二有機層340移動至電洞阻擋層350。電洞阻擋層350安置於第二有機層340與陰極360之間，且係直接接觸於第二有機層340。層350亦可稱為"第四"有機層。
一種阻止電洞移動至電洞阻擋層350之方法為對於電洞阻擋層350使用第一有機層330及第二有機層340之非發射性材料。因為第一有機層330及第二有機層340之磷光性材料不存在於電洞阻擋層350中，且彼材料負責在第一有機層330及第二有機層340中傳輸電洞，故電洞可能不能進入電洞阻擋層350。如上所述，在磷光性材料具有比非發射性材料之最高佔據分子軌域高至少0.3eV之最高佔據分子軌域的情況下尤其如此。由於若干原因，需要在電洞阻擋層350中使用此特定非發射性材料。首先，該材料已存在於第一有機層330及第二有機層340中，因此在電洞阻擋層350中使用此材料不會引入任何與裝置之故障機制有關之其他材料。其次，據信在許多裝置中，發射層之非發射性材料主要負責在發射層中傳輸電子，以致不會存在任何由使用此材料由發射層之陰極側傳輸電子及將其注入發射層中而引起之問 題。此外，製造藉由使不同材料之數目保持最小來簡化。較佳地，電洞阻擋層僅包括第一有機層330及第二有機層340之非發射性材料，可能具有不影響裝置特性之微量雜質。然而，其他材料亦可用於電洞阻擋層350，諸如具有比第二有機層340之磷光性材料的最高佔據分子軌域高至少0.3eV之最高佔據分子軌域的材料。
層350亦可用以阻擋激子離開第二有機層340。較佳地，層350僅包括具有比發射性摻雜劑之三重態能量高至少0.1eV之三重態能量的材料。
避免由電子損害發射層之陽極側之有機材料而引起之損害及使用期限縮短的另一方法為簡單地避免在發射層之陽極側使用任何有機材料。圖4展示一有機發光裝置，其具有一具有第一及第二有機層之發射層，該第一有機層及該第二有機層具有不同濃度之磷光性材料及非發射性材料，且在第一有機層與陽極之間無有機層。作為說明，圖4之裝置包括一基板410、一陽極415、一具有一第一有機層430及一第二有機層440之發射層、一電洞阻擋層450、一電子傳輸層460及一陰極470。電洞阻擋層450及電子傳輸層460為可選的。
第一有機層430安置於陽極與陰極之間，且包括磷光性材料及非發射性材料。第一有機層中磷光性材料之濃度為10-90wt%。第一有機層中非發射性材料之濃度為10-90wt%。第二有機層440安置於第一有機層與陰極之間，且係直接接觸於第一有機層430。第二有機層包括第一有機層之磷光性材料及非發射性材料。第二層中磷光性材料之濃度為3-25wt%。第二有機層中非發射性材料之濃度為75-97wt%。第二有機層中磷光性材料之濃度低於第一有機層中磷光性材料之濃度。在一態樣中，第一有機層430及第二有機層440僅包括磷光性材料及非發射性材料。
圖4之裝置依賴於獲得長使用期限之裝置的特徵之組合。因為由 陽極-發射層介面且尤其由在彼介面上或附近重組引起之問題，簡單地避免在陽極與發射層之間使用任何有機層不可能產生良好裝置。然而，圖4之裝置亦包括具有不同濃度之磷光性發射性摻雜劑之不同層。如圖3之裝置，據信第一有機層430與第二有機層440之間的磷光性材料濃度之變化(在發射層內產生介面)可引起電子在第一有機層430中之遷移率高於在第二有機層440中之遷移率，且電洞在第二有機層440中之遷移率高於在第一有機層430中之遷移率。因此，電子及電洞之重組可發生在第一有機層430與第二有機層440之間的介面上或附近。因此，圖4之裝置避免可能已存在於具有與陽極接觸之發射層的先前裝置中之問題。圖4之裝置亦避免可能已存在於先前裝置中之由電子損害發射層與陽極之間的有機材料而引起的問題，因為圖4之裝置不具有任何會由電子損害之該等有機材料。
圖5展示一僅具有三種有機材料之有機發光裝置。作為說明，圖5之裝置包括一基板510、一陽極515、一第三有機層520、一具有一第一有機層530及一第二有機層540之發射層、一電洞阻擋層550、一電子傳輸層560及一陰極570。
第一有機層530安置於陽極與陰極之間，且包括磷光性材料及非發射性材料。第一有機層中磷光性材料之濃度為10-90wt%。第一有機層中非發射性材料之濃度為10-90wt%。第二有機層540安置於第一有機層與陰極之間，且係直接接觸於第一有機層530。第二有機層包括第一有機層之磷光性材料及非發射性材料。第二層中磷光性材料之濃度為3-25wt%。第二有機層中非發射性材料之濃度為75-97wt%。第二有機層中磷光性材料之濃度低於第一有機層中磷光性材料之濃度。第一有機層530及第二有機層540僅包括磷光性材料及非發射性材料。
第三有機層520僅包括第一有機層530之磷光性材料，且係直接 接觸於第一有機層530。在第三有機層520中，磷光性材料實際上不能發射，而可用以由陽極515傳輸電洞且將電洞注入第一有機層530中。
電洞阻擋層550僅包括第一有機層530之非發射性材料。在不受任何關於本發明之態樣如何運作之理論限制的情況下，據信第一層530及第二層540中之電洞傳輸在磷光性材料上發生，且該傳輸不在非發射性材料上發生。因此，電洞阻擋層550不能自第二有機層540傳輸電洞且其用作電洞阻擋層。
因此，僅存在兩種在第三有機層520、第一有機層530、第二有機層540及電洞阻擋層550之間使用之有機材料。圖5之裝置中之第三有機材料為作為電子傳輸層560中之唯一材料存在之電子傳輸材料。
雖然本文所說明之裝置中之許多具有可存在於或可不存在於如所實踐之本發明態樣中之各種層，但圖5中所說明之特定裝置意欲恰好具有所示之層(無增加且無省略)，且意欲僅包括三種有機材料。因此，可避免與額外層及額外有機材料相關之損害機制。磷光性材料為裝置之發射性材料。
在一不同態樣中，圖5之裝置可以受限制之方法改變以包括第四有機材料，以致該裝置僅包括4種有機材料，且有機材料中之一者為僅存在於裝置中之發射層與陰極之間的電子傳輸材料。此態樣允許三種有機材料存在於裝置之發射層中，以及裝置中所存在之任何電洞傳輸、電洞注入及/或阻擋層中。舉例而言，該裝置可包括在發射層中之兩種不同磷光性材料及單一非發射性材料，在發射層中之單一磷光性材料及兩種不同非發射性材料，或磷光性材料、非發射性材料及較低能量發射性材料。
圖6展示一類似於圖3之有機發光裝置的有機發光裝置，但其包括多種磷光性材料。作為說明，圖6之裝置包括一基板610、一陽極615、一第三有機層620、一具有一第一有機層630及一第二有機層640 之發射層、一電洞阻擋層650、一電子傳輸層660及一陰極670。第三有機層620、電洞阻擋層650及電子傳輸層660為可選的。
第一有機層630安置於陽極與陰極之間，且包括第一磷光性材料及非發射性材料。第一有機層中第一磷光性材料之濃度為3-50wt%。第一有機層中非發射性材料之濃度為10-97wt%。第二有機層640安置於第一有機層630與陰極之間，且係直接接觸於第一有機層630。第二有機層640包括第一有機層之第一磷光性材料及非發射性材料。第二層中第一磷光性材料之濃度為3-25wt%。第二有機層中非發射性材料之濃度為10-90wt%。第二有機層中第一磷光性材料之濃度低於第一有機層中該磷光性材料之濃度。
第一有機層630、第二有機層640或兩者包括以0.1-12wt%之濃度存在之較低能量發射性材料。該較低能量發射性材料可為螢光發射性材料。在該較低能量發射性材料具螢光性之情況下，該裝置可展示磷光性敏感之螢光發射，亦即能量可由第一磷光性材料上之三重態轉移至螢光發射性材料。
第一有機層630與第二有機層640均可包括以0.1-12wt%之濃度存在之較低能量發射性材料。或，僅第一有機層630可包括以0.1-12wt%之濃度存在之較低能量發射性材料，而第二有機層640不包括較低能量發射性材料。或，僅第二有機層640可包括以0.1-12wt%之濃度存在之較低能量發射性材料，而第一有機層630不包括較低能量發射性材料。
在一態樣中，第一有機層630僅包括第一磷光性材料及非發射性材料，且第二有機層640僅包括第一磷光性材料、非發射性材料及較低能量發射性材料。在此特定態樣中，因為在任何給定層中所有材料之百分比的和總計100%，故第一有機層中非發射性材料之濃度為50-97wt%，且第二有機層中非發射性材料之濃度為63-90wt%。
第一磷光性材料與較低能量發射性材料均可在圖6之裝置中發射。舉例而言，若第一磷光性材料為存在於第一有機層630中之唯一發射性材料，則其可自該層發射。若第一磷光性材料與較低能量發射性材料均存在於第二有機層640中，且較低能量發射性材料為磷光性的且與第一磷光性材料相比具有較低三重態能量，則在第二有機層640中來自第二磷光性材料之發射可有利。然而，依賴於第二有機層640中之第一磷光性材料及第二磷光性材料之濃度，在第二有機層640中還可存在一些來自第一磷光性材料之發射。在任何情況下，第一磷光性材料可自第一有機層630發射。因此，圖6之裝置可具有多種具有不同發射光譜之發射性材料，以致可獲得裝置之寬闊整體發射。對於某些應用，諸如全面照明而言，需要該發射光譜。
圖7展示一有機發光裝置，其具有一具有第一及第二有機層之發射層，該第一有機層及該第二有機層具有不同濃度之磷光性材料及非發射性材料，且第一有機層與陰極之間的有機層具有特定電荷載流子遷移率特徵。圖7之裝置應用類似於圖3所述，但如於磷光性材料主要負責在發射層中傳輸電子且不傳輸電洞之裝置所應用之彼等概念之概念。雖然最通用磷光性裝置不包括電子在磷光性材料上傳輸之發射層，但據信化合物S為可在發射層中傳輸電子之磷光性分子之實例。作為說明，圖7之裝置包括一基板710、一陽極715、一第三有機層720、一第一有機層730、一第二有機層740、一電洞阻擋層750、一電子傳輸層760及一陰極770。第三有機層720、電洞阻擋層750及電子傳輸層760為可選的。
第一有機層730安置於陽極與陰極之間，且包括磷光性材料及非發射性材料。第一有機層中磷光性材料之濃度為3-25wt%。第一有機層中非發射性材料之濃度為75-97wt%。第二有機層740安置於第一有機層與陰極之間，且係直接接觸於第一有機層730。第二有機層740包 括第一有機層之磷光性材料及非發射性材料。第二有機層中磷光性材料之濃度為10-90wt%。第二有機層中非發射性材料之濃度為10-90wt%。第二有機層中磷光性材料之濃度高於第一有機層中磷光性材料之濃度。
圖7之裝置以與圖3之裝置類似之原理操作，但不同之處在於意欲有材料之組合，其中磷光性發射性摻雜劑負責傳輸電子而非傳輸電洞。因此，與第一有機層730相比更接近陰極770之第二有機層740具有比第一有機層730高之電子傳輸磷光性材料濃度。因此，相對於第二有機層740而言，第一有機層730中之電子遷移率應降低，以致重組可發生在第一有機層730與第二有機層740之間的介面上或附近。
圖8展示一使用表1及表3中之參數製造之有機發光裝置。
圖9展示一經製造且測試之特定有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層。
圖10展示一經製造且測試之特定有機發光裝置。圖10之裝置僅包括4種有機材料：化合物A、化合物F、mCBP及Alq。特定言之，圖10之裝置按次序包括一ITO陽極、一10nm厚之化合物A的電洞注入層、一60nm厚之經15%化合物F摻雜之mCBP的發射層、一5nm厚之mCBP的電洞阻擋層、一20nm厚之Alq的電子傳輸層、一0.5nm厚之LiF的無機電子注入層及一100nm厚Al陰極。
圖11展示圖10之裝置之電流密度對電壓的曲線圖。
圖12展示圖10之裝置之外部量子效率(EQE)對電流密度的曲線圖。
圖13展示圖10之裝置之正規化強度(任意單位)對時間的曲線圖。
圖14展示圖10之裝置之正規化電致發光強度對波長的曲線圖。
圖15展示一經製造且測試之特定有機發光裝置。圖15之裝置僅包括三種有機材料：化合物F、mCBP及Alq。特定言之，圖15之裝置 按次序包括一ITO陽極、一10nm厚之化合物F的電洞注入層、一60nm厚之經15%化合物F摻雜之mCBP的發射層、一5nm厚之mCBP的電洞阻擋層、一20nm厚之Alq的電子傳輸層、一0.5nm厚之LiF的無機電子注入層及一100nm厚Al陰極。除將化合物F替代化合物A用於電洞注入層外，圖15之裝置類似於圖10之裝置。特別地，化合物F亦為圖15之裝置中之發射性材料。
圖16展示圖15之裝置之電流密度對電壓的曲線圖。
圖17展示圖15之裝置之外部量子效率(EQE)對電流密度的曲線圖。
圖18展示圖15之裝置之正規化強度(任意單位)對時間的曲線圖。
圖19展示圖15之裝置之正規化電致發光強度對波長的曲線圖。
圖20展示各種裝置結構之正規化發光對時間的曲線圖。
圖15之裝置及圖16-19中所繪製之實驗結果展示圖15之裝置具有與圖10之裝置類似的量測結果。此證明化合物F為類似於化合物A之良好電洞傳輸體。若化合物F不具有可與化合物A相當之電洞傳輸特性，則由於化合物F傳輸電洞能力較差，故預計圖15之裝置將展示比圖10之裝置差之效能。
圖21展示一使用表2中之參數製造之有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層。
圖22展示一使用表4中之參數製造之有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層。表5展示表4之裝置的裝置效能。
圖23展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之正規化電致發光強度對波長的曲線圖。
圖24展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之發光效率對照度的曲線圖。
圖25展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖26展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之電流密度對電壓的曲線圖。
圖27展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖28展示使用來自表4之參數根據圖22製造之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖29展示一使用表6中之參數製造之有機發光裝置，其具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層，一些裝置具有NPD層且一些不具有NPD層。表6中之資料展示在電洞注入層與發射層之間引入100Å NPD層降低紅色發光裝置之使用期限。
圖30展示一不具有NPD層之有機發光裝置。
圖31展示一具有NPD層之有機發光裝置。
圖32展示圖30及圖31之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖33展示圖30及圖31之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖34展示圖30及圖31之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖35展示圖30及圖31之裝置之電致發光強度對波長的曲線圖。
圖36展示在各種初始照度下圖30之裝置之正規化照度對時間的 曲線圖。
圖37展示在各種初始照度下圖31之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖38展示一具有自NPD與BAlq之發射的有機發光裝置。
圖39展示圖38之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖40展示圖38之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖41展示圖38之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖42展示圖38之裝置之電致發光強度(任意單位)對波長的曲線圖。
圖43展示圖38之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖44展示一僅具有自Alq之發射之有機發光裝置。
圖45展示圖44之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖46展示圖44之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖47展示圖44之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖48展示圖44之裝置之電致發光強度(任意單位)對波長的曲線圖。
圖49展示圖44之裝置之正規化照度對時間的曲線圖。
圖50展示一有機發光裝置，其僅具有一在發射層與陽極之間具有高電洞傳導率之層及一與用作發射層中之非發射性主體相同之材料的電洞阻擋層。圖50之裝置包括一10nm厚之LG101的電洞注入層、一60nm厚之由15wt%化合物H摻雜之化合物J的第一有機發射層、一25nm厚之化合物J的電洞阻擋層、一20nm厚之Alq的電子傳輸層及一LiF/Al陰極。
圖51展示圖50之裝置之正規化發光對時間的曲線圖。
圖52展示圖50之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖53展示圖50之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖54展示圖50之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖55展示圖50之裝置之EL強度對波長的曲線圖。
圖56展示一有機發光裝置，其僅具有一在發射層與陽極之間具有高電洞傳導率之層、一與用作發射層中之非發射性主體相同之材料的電洞阻擋層及一具有具備不同濃度之磷光性材料及非發射性材料之第一及第二有機層之發射層，其中在第二有機層中之磷光性材料的濃度可變。圖56之裝置包括一10nm厚之LG101的電洞注入層、一30nm厚之經30wt%化合物H摻雜之化合物J的第一有機發射層、一30nm厚之經X wt%化合物H摻雜之化合物J的第二有機發射層、一25nm厚之化合物J的電洞阻擋層、一20nm厚之Alq的電子傳輸層及一LiF/Al陰極。在所製造之裝置中X由10wt%至18wt%變化，如圖57之圖例中所示X=10、14及18wt%之裝置。圖56之裝置與圖50之裝置非常類似，不同之處在於在圖56之裝置中存在摻雜劑H之濃度梯級，而在圖50之裝置中不存在。
圖57展示圖56之裝置之正規化發光對時間的曲線圖。
圖58展示圖56之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖59展示圖56之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖60展示圖56之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖61展示圖56之裝置之EL強度對波長的曲線圖。
圖56之裝置可與圖50之裝置相比較。依據裝置架構，除在發射層中圖56之裝置具有化合物H之濃度梯級，而圖50之裝置不具有外，該等裝置類似。該等兩個裝置之量測結果展示圖56之裝置具有一藉由摻雜劑濃度之梯級實現之較低操作電壓。與圖50之裝置相比，圖56之裝置亦具有較佳藍色CIE座標。據信較佳CIE座標係歸因於由接近於圖56之裝置之陰極的重組產生之光學效應，歸因於經30%化合物H摻雜之層中增加之電洞傳導率。圖56之裝置亦展示高於圖50之裝置之外 部量子效率。據信圖56之裝置之較高效率係歸因於由摻雜劑濃度梯級引起之更加展開之重組及在重組位置之較佳電子及電洞平衡。此外，重組通常發生在介面上，且圖56之裝置具有由濃度梯級引起之包括可發光之層之三個介面，而圖50之裝置僅具有兩個該介面。
圖62展示一有機發光裝置，其僅具有：一在發射層與陽極之間具有高電洞傳導率之層、一與用作發射層中之非發射性主體相同之材料的電洞阻擋層及一具有在第一及第二有機發射層中具有不同濃度之磷光性材料之第一及第二有機層之發射層，其中在第二有機發射層中磷光性材料的濃度可變。圖62之裝置包括一10nm厚之LG101的電洞注入層、一30nm厚之經30wt%化合物A摻雜之化合物J的第一有機發射層、一30nm厚之經X wt%化合物H摻雜之化合物J的第二有機發射層、一25nm厚之化合物J的電洞阻擋層、一20nm厚之Alq的電子傳輸層及一LiF/Al陰極。在所製造之裝置中X由10wt%至18wt%變化，如圖57之圖例中所示X=10、14及18wt%之裝置。圖62之裝置與圖56之裝置非常類似，不同之處在於圖62之裝置在第一及第二有機發射層中使用不同發射性磷光性材料，而圖56之裝置在兩層中使用相同磷光性材料。與圖62之裝置相比，圖56之裝置中磷光性材料之濃度相同。
圖63展示圖62之裝置之外部量子效率對照度的曲線圖。
圖64展示圖62之裝置之功率效能對照度的曲線圖。
圖65展示圖62之裝置之照度對電壓的曲線圖。
圖66展示圖62之裝置之EL強度對波長的曲線圖。
圖62之裝置可與圖56之裝置相比較。依據裝置架構，除在發射層中圖62裝置具有經磷光性發射極化合物A摻雜之發射層及經磷光性發射極化合物H摻雜之另一發射層，而圖56之裝置僅具有磷光性發射極化合物H之外，該等裝置類似。即使在各層中實際摻雜劑不同，兩裝置亦具有摻雜劑濃度梯級及類似濃度。由比較該等兩裝置架構可瞭 解若干要點。首先，圖62之裝置展示來自化合物A與化合物H之發射組合之寬闊發射光譜。因此，可推斷圖56之裝置自經30%化合物H摻雜之層與經較小濃度化合物H摻雜之層發射。比較圖58與圖63，可見與圖56之裝置相比，圖62之裝置具有較佳電荷平衡，如由在與圖56之裝置之2個數量級上相比在圖62裝置之3個數量級上相對平坦之外部量子效率所證明。
使用諸如NPD之材料製造大量具有兩個經不同摻雜之發射層之裝置，其中該等裝置不包括電洞傳輸層。表7展示該等裝置之結構。表8展示所量測之該等裝置之實驗結果。一般而言，該等裝置具有一ITO陽極、一LG101之電洞注入層及一具有在中間具有一介面之一第一有機層及一第二有機層的發射層。該等裝置中之一些具有一電洞阻擋層。所有該等裝置均具有一可自與LG101相同之來源獲得之LG201的電子傳輸層及一LiF/Al陰極。裝置1、2及4在第一及第二有機層中包括相同非發射性材料，但不同磷光性材料。裝置5-8具有具備不同非發射性材料及不同磷光性材料之第一及第二有機層。裝置9、11及12具有具備不同非發射性材料及不同磷光性材料之第一及第二有機層，其中第一有機層另外包括發射性材料。裝置13-22具有具備相同非發射性材料及不同磷光性材料之第一及第二有機層，其中第一有機層另外包括較低能量發射性材料。所有裝置1、2、4、5-8、9、11、12及13-22包括具有在中間具有一介面之第一及第二有機層的發射層。在大多數該等裝置中，第一(接近於陽極)有機層中磷光性材料之濃度較高。然而，在裝置8及9中，第二有機層中磷光性材料之濃度較高。裝置3之發射層不包括各自具有非發射性材料及磷光性材料，中間具有一介面的第一及第二有機層。裝置10之發射層亦不包括，因為在裝置10中化合物B為非發射性的，且裝置10不包括各自具有非發射性材料及磷光性材料之第一及第二有機層。
表9展示一些具有一具有在一第一有機層與一第二有機層之間之介面的發射層之裝置的裝置結構及所量測之實驗結果，其中主體與摻雜劑(亦即非發射性材料)在兩層中為相同材料，且磷光性材料在兩層中為相同材料，但濃度不同。表9中之所有裝置具有一100Å化合物A之電洞注入層、一100Å視特定裝置而定之不同材料之電洞阻擋層 ("BL")、一400Å電子傳輸層及一LiF/Al陰極。發射層包括在中間具有一介面之一第一有機層及一第二有機層，其中第一有機層為300Å之濃度為70wt%之非發射性材料(表9中之"主體")及濃度為30wt%之磷光性材料(表9之"摻雜劑")，且第二有機層為300Å之濃度為90wt%之相同非發射性材料(表9中之"主體")及濃度為10wt%之相同磷光性材料(表9之"摻雜劑")。在表9中鑑別各裝置之特定主體及摻雜劑。因此，表9之裝置之通用裝置結構為：ITO(1200Å)/化合物A(100Å)/主體(70wt%)：摻雜劑(30wt%)(300Å)/主體(90wt%)：摻雜劑(10wt%)(300Å)/BL(100Å)/Alq3(400Å)/LiF/Al。
應瞭解本文所述之各種實施例僅為舉例說明，且不意欲限制本發明之範疇。舉例而言，在不偏離本發明之精神之情況下，本文所述之材料及結構中之多數可由其他材料及結構取代。因此，此熟習此項技術者將顯而易見，所主張之本發明可包括來自本文所述之特定實例及較佳實施例之變化。應瞭解不意欲限制關於本發明為何運作之各種理論。
310‧‧‧基板
315‧‧‧陽極
320‧‧‧第三有機層
330‧‧‧第一有機層
340‧‧‧第二有機層
350‧‧‧電洞阻擋層
360‧‧‧電子傳輸層
370‧‧‧陰極

Claims (51)

  1. 一種有機發光裝置，其包含：一陽極；一陰極；一安置於該陽極與該陰極之間的發射層，該發射層進一步包含：一包含一第一磷光性材料及一第一非發射性材料之第一有機層，其中該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度為10-90wt%；且該第一有機層中之該第一非發射性材料之濃度為10-90wt%；一包含一第二磷光性材料及一第二非發射性材料之第二有機層，其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度為3-25wt%；且該第二有機層中之該第二非發射性材料之濃度為75-97wt%；及一安置於該第一有機層與該陽極之間的第三有機層，其中該第三有機層基本上由該第一磷光性材料組成；其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度低於該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度；且其中該第一非發射性材料與該第二非發射性材料可為相同材料或不同材料，且該第一磷光性材料與該第二磷光性材料可為相同材料或不同材料；且 其中該第一有機層與該陽極之間的所有有機層均不包括任何含有選自由三芳基胺、萘基、三(N-肼甲醯基)三苯胺、四芳基胺及咔唑組成之群的基團之材料。
  2. 如請求項1之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  3. 如請求項1之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  4. 如請求項1之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  5. 如請求項1之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  6. 如請求項1之裝置，其中：該第一有機層、該第二有機層或兩者進一步包含一較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
  7. 如請求項1之裝置，其中該第一有機層基本上由該第一磷光性材料及該第一非發射性材料組成，且該第二有機層基本上由該第二磷光性材料及該第二非發射性材料組成。
  8. 一種有機發光裝置，其包含：一陽極；一陰極；一安置於該陽極與該陰極之間的發射層，該發射層進一步包含： 一包含一第一磷光性材料及一第一非發射性材料之第一有機層，其中該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度為10-90wt%；且該第一有機層中之該第一非發射性材料之濃度為10-90wt%；一包含一第二磷光性材料及一第二非發射性材料之第二有機層，其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度為3-25wt%；且該第二有機層中之該第二非發射性材料之濃度為75-97wt%；及一安置於該第一有機層與該陽極之間的第三有機層，其中該第三有機層基本上由該第一磷光性材料組成；且該第三有機層係直接接觸於該第一有機層及該陽極；其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度低於該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度；且其中該第一非發射性材料與該第二非發射性材料可為相同材料或不同材料，且該第一磷光性材料與該第二磷光性材料可為相同材料或不同材料。
  9. 如請求項8之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  10. 如請求項8之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  11. 如請求項8之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  12. 如請求項8之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  13. 如請求項8之裝置，其中：該第一有機層、該第二有機層或兩者進一步包含一較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
  14. 如請求項8之裝置，其中該第一有機層基本上由該第一磷光性材料及該第一非發射性材料組成，且該第二有機層基本上由該第一有機層之該第一磷光性材料及該第一非發射性材料組成。
  15. 如請求項8之裝置，其中該裝置包括不超過3種不同有機材料。
  16. 如請求項8之裝置，其中該裝置包括不超過4種不同有機材料，且該等有機材料中之一者為一僅存在於該裝置之該發射層與該陰極之間的電子傳輸材料。
  17. 一種有機發光裝置，其包含：一陽極；一陰極；一安置於該陽極與該陰極之間的發射層，該發射層進一步包含：一包含一第一磷光性材料及一第一非發射性材料之第一有機層，其中該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度為10-90wt%；且該第一有機層中之該第一非發射性材料之濃度為10-90 wt%；一包含一第二磷光性材料及一第二非發射性材料之第二有機層，其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度為3-25wt%；且該第二有機層中之該第二非發射性材料之濃度為75-97wt%；及一安置於該第一有機層與該陽極之間的第三有機層，其中該第三有機層基本上由該第一磷光性材料組成；其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度低於該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度；且其中該第一非發射性材料與該第二非發射性材料可為相同材料或不同材料，且該第一磷光性材料與該第二磷光性材料可為相同材料或不同材料；且其中該第一有機層與該陽極之間的所有有機層基本上由有機金屬材料組成。
  18. 如請求項17之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  19. 如請求項17之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  20. 如請求項17之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  21. 如請求項17之裝置，其中： 該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  22. 如請求項17之裝置，其中：該第一有機層、該第二有機層或兩者進一步包含一較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
  23. 一種有機發光裝置，其包含：一陽極；一陰極；一安置於該陽極與該陰極之間的發射層，該發射層進一步包含：一包含一第一磷光性材料及一第一非發射性材料之第一有機層，其中該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度為10-90wt%；且該第一有機層中之該第一非發射性材料之濃度為10-90wt%；一包含一第二磷光性材料及一第二非發射性材料之第二有機層，其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度為3-25wt%；且該第二有機層中之該第二非發射性材料之濃度為75-97wt%；及一安置於該第一有機層與該陽極之間的第三有機層，其中該第三有機層基本上由該第一磷光性材料組成；其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度低於該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度；且 其中該第一非發射性材料與該第二非發射性材料可為相同材料或不同材料，且該第一磷光性材料與該第二磷光性材料可為相同材料或不同材料；且其中該第一有機層與該陽極之間的所有有機層均具有充分大之電洞傳導率，以致在10mA/cm2之電流下該層之厚度增加10nm導致電壓上升0.1V或以下。
  24. 如請求項23之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  25. 如請求項23之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  26. 如請求項23之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  27. 如請求項23之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  28. 如請求項23之裝置，其中：該第一有機層、該第二有機層或兩者進一步包含一較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
  29. 一種有機發光裝置，其包含：一陽極；一陰極；一安置於該陽極與該陰極之間的發射層，該發射層進一步包含： 一包含一第一磷光性材料及一第一非發射性材料之第一有機層，其中該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度為10-90wt%；且該第一有機層中之該第一非發射性材料之濃度為10-90wt%；一包含一第二磷光性材料及一第二非發射性材料之第二有機層，其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度為3-25wt%；且該第二有機層中之該第二非發射性材料之濃度為75-97wt%；及一安置於該第一有機層與該陽極之間的第三有機層，其中該第三有機層基本上由該第一磷光性材料組成；其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度低於該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度；且其中該第一非發射性材料與該第二非發射性材料可為相同材料或不同材料，且該第一磷光性材料與該第二磷光性材料可為相同材料或不同材料；且其中該第一非發射性材料具有一2.7eV或以上之三重態能量。
  30. 如請求項29之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  31. 如請求項29之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  32. 如請求項29之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  33. 如請求項29之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  34. 如請求項29之裝置，其中：該第一有機層、該第二有機層或兩者進一步包含一較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
  35. 一種有機發光裝置，其包含：一陽極；一陰極；一安置於該陽極與該陰極之間的發射層，該發射層進一步包含：一包含一第一磷光性材料及一第一非發射性材料之第一有機層，其中該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度為10-90wt%；且該第一有機層中之該第一非發射性材料之濃度為10-90wt%；一包含一第二磷光性材料及一第二非發射性材料之第二有機層，其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度為3-25wt%；且該第二有機層中之該第二非發射性材料之濃度為75-97wt%；及 一安置於該第一有機層與該陽極之間的第三有機層，其中該第三有機層基本上由該第一磷光性材料組成；其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度低於該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度；且其中該第一非發射性材料與該第二非發射性材料可為相同材料或不同材料，且該第一磷光性材料與該第二磷光性材料可為相同材料或不同材料；且其中該第一有機層、該第二有機層或兩者進一步包含一較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
  36. 如請求項35之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  37. 如請求項35之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  38. 如請求項35之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  39. 如請求項35之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  40. 如請求項35之裝置，其中該較低能量發射性材料為一螢光發射性材料。
  41. 如請求項35之裝置，其中該較低能量發射性材料為一磷光性材料。
  42. 如請求項35之裝置，其中該第一有機層與該第二有機層均進一步包含該較低能量發射性材料，且在該第一有機層中及在該第二有機層中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
  43. 如請求項35之裝置，其中該第一有機層進一步包含該較低能量發射性材料，該第一有機層中之該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%，且該較低能量發射性材料不存在於該第二有機層中。
  44. 如請求項35之裝置，其中該第二有機層進一步包含該較低能量發射性材料，該第二有機層中之該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%，且該較低能量發射性材料不存在於該第一有機層中。
  45. 如請求項35之裝置，其中該第一有機層及該第二有機層基本上由該第一磷光性材料、該非發射性材料及該較低能量發射性材料組成。
  46. 一種有機發光裝置，其包含：一陽極；一陰極；一安置於該陽極與該陰極之間的第一有機層，該第一有機層包含一第一磷光性材料及一第一非發射性材料，其中該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度為3-25wt%；且該第一有機層中之該第一非發射性材料之濃度為75-97wt%；一安置於該第一有機層與該陰極之間的第二有機層，該第二有機層包含一第二磷光性材料及一第二非發射性材 料；其中該第二有機層係直接接觸於該第一有機層；該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度為10-90wt%，該第二有機層中之該第二非發射性材料之濃度為10-90wt%；及一安置於該第一有機層與該陽極之間的第三有機層，其中該第三有機層係直接接觸於該第一有機層及該陽極；其中該第二有機層中之該第二磷光性材料之濃度高於該第一有機層中之該第一磷光性材料之濃度。
  47. 如請求項46之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  48. 如請求項46之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為相同材料。
  49. 如請求項46之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為不同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  50. 如請求項46之裝置，其中：該第一磷光性材料與該第二磷光性材料為相同材料，且該第一非發射性材料與該第二非發射性材料為不同材料。
  51. 如請求項46之裝置，其中：該第一有機層、該第二有機層或兩者進一步包含一較低能量發射性材料，其中該較低能量發射性材料之濃度為0.1-12wt%。
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