JP5698135B2 - 白色燐光有機発光装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００８年９月４日に出願された米国仮特許出願第６１／０９４，１４５号明細書の優先権及び３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下での利益を主張し、その開示はその全体を参照することによりここに明示的に組み込まれる。
連邦政府助成による研究又は開発において成された発明に対する権利に関する主張
本発明は連邦政府契約助成第ＤＥ−ＦＧ０２−０６ＥＲ８４５８２及びＤＥ−ＦＧ０２−０５ＥＲ８４２６３による支援の下で成された。政府は本発明に一定の権利を有する。

権利請求されている発明は、産学共同研究契約の当事者であるＲｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、及びＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのうちの１つ又は複数を代表して、及び／又は該当事者の１つ又は複数と関わってなされた。本契約は、権利請求されている発明がなされた日及びそれ以前に効力が発生しており、権利請求されている発明は本契約の範囲内で取り組んだ活動の結果として成された。

本発明は有機発光装置に関する。

有機材料を利用するオプトエレクトロニクス装置は、多くの理由から益々望ましいものとなりつつある。そのような装置を作製するのに使用される多くの材料が比較的安価であり、したがって有機オプトエレクトロニクス装置は無機装置に対してコスト的に有利である可能性を有する。加えて、その可とう性等有機材料に固有の性質によって、可とう性基板上での作製等、特別な用途に対してよく適するものとなる。有機オプトエレクトロニクス装置の例としては、有機発光素子（ＯＬＥＤ）、有機光トランジスタ、有機光電池、及び有機光検知器が挙げられる。ＯＬＥＤに関して、有機材料は従来材料に対して性能上の有利な点を有し得る。

例えば、有機発光層が光を発する波長は一般的に適切なドーパントによって容易に調節され得る。

ＯＬＥＤは装置を横切って電圧が印加されるとき発光する有機薄膜を使用する。ＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイ、照明、及びバックライティング等の用途における使用に関して、益々興味ある技術となっている。幾つかのＯＬＥＤ材料及び構成は、参照によって全体がここに組み込まれる、米国特許第５，８４４，３６３号明細書、米国特許第６，３０３，２３８号明細書、及び米国特許第５，７０７，７４５号明細書に記載される。

燐光発光分子に関する一つの用途は、フルカラーディスプレイである。そのようなディスプレイに関する業界標準により、「飽和」色と呼ばれる、特定の色を発光するように適合したピクセルが要求される。特に、これらの標準により、飽和赤、緑、及び青ピクセルが要求される。色は、当分野において良く知られるＣＩＥ座標を用いて測定されてよい。

緑色発光分子の一例は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３で表されるトリス（２−フェニルピリジン）イリジウムであり、化学式１の構造を有する。

この図において、及びこの後の図において、窒素から金属（ここではＩｒ）への供与結合を直線で示す。

本明細書で使用される用語「有機」は有機オプトエレクトロニクス装置を作製するために使用され得るポリマー材料、並びに低分子有機材料を含む。「低分子」はポリマーではない任意の有機材料を示し、「低分子」は実際には非常に大きくてよい。低分子は、ある状況では繰り返し単位を含んでよい。例えば、置換基として長鎖アルキル基を用いても、その分子は「低分子」として分類される。低分子は、例えばポリマー主鎖のペンダント基として、又は主鎖の一部としてポリマー内部に組み込まれてもよい。低分子は、デンドリマーのコア部分として使われてもよく、前記デンドリマーはコア部分に接して構築された一連の化学的殻からなる。デンドリマーのコア部分は蛍光又は燐光低分子発光体であってよい。デンドリマーは「低分子」であってよく、ＯＬＥＤの分野で現在使用されている全てのデンドリマーは低分子であると考えられる。

本明細書で使用される「上部」は基板から最も離れたことを意味し、一方で「底部」は基板に最も近いことを意味する。第１の層が第２の層の「上に配置される」と記載される場合、第１の層は基板からさらに離れて配置される。第１の層が第２の層に「接触している」と明記されない限り、第１及び第２の層の間に他の層が存在してよい。例えば、たとえ間に様々な有機層が存在したとしても、カソードはアノードの「上に配置される」と記載されてよい。

本明細書で使用される「溶液処理可能」とは、溶液又は懸濁液の形態のどちらかで、液体媒体内で溶解され、分散され、又は移送され、及び／又は液体媒体から沈殿されることが可能であることを意味する。

配位子が発光材料の光活性特性に直接寄与すると考えられるとき、配位子は「光活性」であると見なされてよい。配位子が発光材料の光活性特性に寄与しないと考えられるとき、配位子は「補助的」であると見なされてよいが、補助配位子は光活性配位子の性質を変える場合がある。

ここで、当業者には一般的に理解されるように、第１の「最高被占分子軌道」（ＨＯＭＯ）又は「最低空分子軌道」（ＬＵＭＯ）エネルギー準位は、もしも第１のエネルギー準位が真空エネルギー準位に近い場合、第２のＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位と比較して「大きい」か、又は「高い」。イオン化ポテンシャル（ＩＰ）は真空準位に対して負のエネルギーとして測定されるので、高いＨＯＭＯエネルギー準位は小さな絶対値を有するＩＰに相当する（負の、より小さなＩＰ）。同様に、高いＬＵＭＯエネルギー準位は、小さな絶対値（負の、より小さなＥＡ）を有する電子親和力（ＥＡ）に相当する。真空準位が上部にある従来のエネルギー準位図において、材料のＬＵＭＯエネルギー準位は同じ材料のＨＯＭＯエネルギー準位よりも高い。「高い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位は、「低い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位と比較して、そのような図の上部近くに現れる。

ここで、当業者には一般的に理解されるように、第１の仕事関数は、もしも第１の仕事関数が大きな絶対値を有する場合、第２の仕事関数と比較して「大きい」か、又は「高い」。仕事関数は一般的に真空準位に対して負の値として測定されるので、これは「高い」仕事関数がより負であることを意味する。真空準位が上部にある従来のエネルギー準位図において、「高い」仕事関数は、真空準位から下方にさらになお離れて記述される。このように、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯエネルギー準位の定義は仕事関数とは異なる慣例に従う。

ＯＬＥＤ及び上述の定義に関する詳細は、その全体が参照によりここに組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号明細書に見られる。

米国仮特許出願第６１／０９４，１４５号明細書 米国特許第５，８４４，３６３号明細書 米国特許第６，３０３，２３８号明細書 米国特許第５，７０７，７４５号明細書 米国特許第７，２７９，７０４号明細書 米国特許第４，７６９，２９２号明細書 米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号明細書 米国特許第５，７０３，４３６号明細書 米国特許第６，０９７，１４７号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号明細書 米国特許第５，２４７，１９０号明細書 米国特許第６，０９１，１９５号明細書 米国特許第６，０１３，９８２号明細書 米国特許第６，０８７，１９６号明細書 米国特許第６，３３７，１０２号明細書 米国特許第６，２９４，３９８号明細書 米国特許第６，４６８，８１９号明細書

Ｎａｔｕｒｅ、ｖｏｌ．３９５、１５１−１５４、１９９８ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．３，４−６（１９９９）

装置が提供される。本装置は、アノード、カソード、及びアノードとカソードとの間に配置された二重発光層を含む。二重発光層は、第１有機発光層及び第２有機発光層を含む。第１有機発光層は、第１有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ４００ｎｍから５００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第１燐光材料と、三重項エネルギーが第１燐光材料の三重項エネルギーと比較して少なくとも０．２ｅＶ、かつ１．０ｅＶを超えて大きくはない第１ホスト材料とを含む。第２有機発光層は、第２有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ５００ｎｍから６００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第２燐光材料と、第２有機発光層中において０．１−３ｗｔ％の濃度を有し、かつ６００ｎｍから７００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第３燐光材料と、を含む。第２ホスト材料は、第３燐光発光材料と比較して大きい三重項エネルギーを有する。第２有機発光層はアノードとカソードとの間に配置され、第１有機発光層と隣接する。本装置は、第２有機発光層と隣接して、かつ第２有機発光層とアノードとの間に配置された阻止層も含む。阻止層は、第２ホスト材料の最低空分子軌道と比較して少なくとも０．１ｅＶ大きな最低空分子軌道を有する。本装置は、阻止層とアノードとの間に配置された正孔輸送層も含む。アノード及びカソードのうち少なくとも一つが透過性である。

本装置は透過型アノード及び反射型カソードを有してよい。そのような装置において、第２有機発光層は、第１有機発光層よりもアノードの近くに配置されてよい。

本装置は反射型アノード及び透過型カソードを有してよい。そのような装置において、第２有機発光層は、第１有機発光層よりもカソードの近くに配置されてよい。

インジウム亜鉛酸化物は好ましいアノード材料である。インジウムスズ酸化物等、他の材料が使用されてよい。正孔輸送層は、好ましくは少なくとも５×１０^−４ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１の正孔輸送性を有する。ＮＰＤは正孔輸送層として好ましい材料である。化合物Ｂは第２燐光材料として好ましい材料である。

第１ホスト材料は、第１燐光材料の三重項エネルギーと比較して少なくとも０．２ｅＶ、かつ０．５ｅＶを超えずに大きい三重項エネルギーを有してよい。

本装置は低い電圧降下を有してよい。例えば、装置を横切る電圧降下は３．５ｅＶ−４．１ｅＶであってよい。装置を横切る電圧降下は３．７ｅＶ未満であってよい。これらの電圧降下は輝度１０００ｃｄ／ｍ^２におけるものであってよい。

第１有機発光層が４ｎｍから６ｎｍの厚みを有し、阻止層が１２−１８ｎｍの厚みを有し、正孔輸送層が１２−１８ｎｍの厚みを有することが好ましい。他の好ましい範囲は、第１有機発光層が４ｎｍから１０ｎｍの厚みを有し、阻止層が１２−３７ｎｍの厚みを有し、正孔輸送層が１２−３７ｎｍの厚みを有するものである。

有機発光装置を示す。 独立した電子輸送層を持たないインバーテッド有機発光装置を示す。 アノードを通して発光する二重発光層を備えた装置を示す。 カソードを通して発光する二重発光層を備えた装置を示す。

一般的に、ＯＬＥＤは、アノードとカソードとの間に配置された、及び、アノード及びカソードに電気的に接続された少なくとも一つの有機層を含む。電流が印加されたとき、アノードは有機層内部に正孔を注入し、カソードは電子を注入する。注入された正孔及び電子は各々反対に帯電された電極に向かって移動する。電子及び正孔が同じ分子上に局在するとき、励起されたエネルギー状態を有する局在化された電子−正孔対である「励起子」が形成される。光は励起子が光放射機構を経由して緩和するとき放射される。ある特定の場合には、励起子はエキシマー又はエキシプレックス上に局在化され得る。熱緩和等の非放射機構が起きる場合があるが、一般的には望ましくないと考えられる。

初期のＯＬＥＤは、例えばその全体が参照によって組み込まれる米国特許第４，７６９，２９２号明細書に開示されるように、その一重項状態から発光する（「蛍光」）発光分子を使用していた。蛍光発光は、一般的に１０ナノ秒未満の時間枠で起こる。

さらに最近では、三重項状態から発光する発光材料を有するＯＬＥＤ（「りん光」）が実現されてきた。Ｂａｌｄｏら、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、ｖｏｌ．３９５、１５１−１５４、１９９８；（「Ｂａｌｄｏ−Ｉ」）、及びＢａｌｄｏら、「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．３，４−６（１９９９）（Ｂａｌｄｏ−ＩＩ）は、その全体が参照によって組み込まれる。燐光は、参照によって組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号明細書カラム５−６においてより詳細に記述される。

図１は有機発光装置１００を示す。図は必然的に原寸どおりに描かれていない。装置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、及びカソード１６０を含んでよい。カソード１６０は第１の導電層１６２及び第２の導電層１６４を有する複合カソードである。装置１００は記載された層を順次堆積することによって作製されてよい。これらの様々な層の性質及び機能、並びに材料の例は、参照によって組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号明細書カラム６−１０においてより詳細に記述される。

これらの層の各々に関するさらなる例が得られる。例えば、柔軟かつ透明である基板とアノードとの組み合わせが、その全体が参照によって組み込まれる、米国特許第５，８４４，３６３号明細書に開示される。ｐ−ドープされた正孔輸送層の例は、その全体が参照によって組み込まれる、米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号明細書に開示される、モル比５０：１でＦ_４−ＴＣＮＱがドープされたＭＴＤＡＴＡである。発光及びホスト材料の例は、その全体が参照によって組み込まれる、Ｔｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号明細書に開示される。ｎ−ドープされた電子輸送層の例は、その全体が参照によって組み込まれる、米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号明細書に開示される、モル比１：１でＬｉがドープされたＢＰｈｅｎである。その全体が参照によって組み込まれる米国特許第５，７０３，４３６号明細書及び米国特許第５，７０７，７４５号明細書は、それを覆う透明な、導電性の、スパッタ蒸着されたＩＴＯ層を備えるＭｇ：Ａｇ等の金属薄層を有する複合カソードを含むカソードの例を開示する。阻止層の理論及び使用は、その全体が参照によって組み込まれる、米国特許第６，０９７，１４７号明細書及び米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号明細書により詳細に記述される。注入層の例は、その全体が参照によって組み込まれる、米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号明細書に示される。保護層に関する記述は、その全体が参照によって組み込まれる、米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号明細書に示されるだろう。

図２はインバーテッドＯＬＥＤ２００を示す。この装置は、基板２１０、カソード２１５、発光層２２０、正孔輸送層２２５、及びアノード２３０を含む。装置２００は記載された層を順次堆積することによって作製されてよい。最も一般的なＯＬＥＤ構成がアノード上に配置されたカソードを有し、装置２００はアノード２３０の下方に配置されたカソード２１５を有するので、装置２００は「インバーテッド」ＯＬＥＤと呼ばれてよい。装置１００に関して記載されたものと同じ材料が装置２００の対応する層において使用されてよい。図２は装置１００の構造から如何に幾つかの層が省略され得るか一つの例を提供する。

図１及び２において説明された単純な層構造は非制限的な例示によって提供され、本発明の実施形態が様々な他の構造と関連して使用されてよいことは理解される。記述される特定の材料及び構造は全くの例示であり、他の材料及び構造が使用されてよい。機能的ＯＬＥＤが、設計、性能、及びコスト因子に基づき、様々な方法で記述された様々な層を組み合わせることによって実現され得る、又は層は完全に省略され得る。明確に記載されていない他の層が含まれてもよい。明確に記載されていない他の材料が使用されてよい。ここに提供される例の多くが単一の材料を含むとして様々な層を記述するが、ホストとドーパントの混合物又はより一般的には混合物等、材料の組み合わせが使用されてよいことは理解される。同様に、層は様々な副層を有してよい。ここで様々な層に与えられる名前は厳密な制限を意図していない。例えば、装置２００において、正孔輸送層２２５は正孔を輸送し、かつ発光層２２０内部に正孔を注入し、正孔輸送層又は正孔注入層として記載されてよい。一つの実施形態において、ＯＬＥＤはカソードとアノードとの間に配置された「有機層」を有するとして記載されてよい。この有機層は単一の層を含んでよく、又は例えば図１及び図２に関して記載されたような様々な有機材料の複数層をさらに含んでよい。

その全体が参照によって組み込まれるＦｒｉｅｎｄらの米国特許第５，２４７，１９０号明細書に開示されるようなポリマー材料からなるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）等、明確に記載されていない構造及び材料が使用されてもよい。さらなる例示の目的で、単一の有機層を有するＯＬＥＤが使用されてよい。例えばその全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第５，７０７，７４５号明細書に記載されるようにＯＬＥＤは積層されてよい。ＯＬＥＤ構造は図１及び２に説明される単純な層構造から逸脱してよい。例えば、その全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９１，１９５号明細書に記載されるようなメサ構造、及び／又はＢｕｌｏｖｉｃらの米国特許第５，８３４，８９３号明細書に記載されるようなピット構造等、基板はアウトカップリングを改良するため角度を有する反射性表面を含んでよい。

特に記載されない限り、様々な実施形態の任意の層は任意の適切な方法によって堆積されてよい。有機層に関して、好ましい方法はその全体が参照によって組み込まれる米国特許第６，０１３，９８２号明細書及び米国特許第６，０８７，１９６号明細書に記載されるような熱蒸発、インクジェット、その全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，３３７，１０２号明細書に記載されるような有機気相蒸着（ＯＶＰＤ）、及びその全体が参照によって組み込まれる米国特許出願第１０／２３３，４７０号明細書に記載され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。他の適切な堆積法はスピンコーティング及び他の溶液ベース工程を含む。溶液ベース工程は、好ましくは窒素又は不活性雰囲気で実行される。他の層に関して、好ましい方法は熱蒸発を含む。好ましいパターニング法はマスクを通した堆積、その全体が参照によって組み込まれる米国特許第６，２９４，３９８号明細書及び米国特許第６，４６８，８１９号明細書に記載されるような冷溶接、及びインクジェット及びＯＶＪＰ等の堆積法の幾つかと関連するパターニングを含む。他の方法が使用されてもよい。堆積される材料はそれが特定の堆積方法に影響を及ぼさないようにするために修飾されてよい。例えば、分岐又は非分岐の、及び好ましくは少なくとも三つの炭素を含む、アルキル基及びアリール基等の置換基が溶液処理され易くするために低分子内で使用されてよい。２０又はそれ以上の炭素を有する置換基が使用されてよく、３〜２０炭素が好ましい範囲である。非対称材料は再結晶の傾向が低いため、非対称構造を有する材料は対称な構造を有するものより良好な溶液処理性を有し得る。デンドリマー置換基は低分子が溶液処理を受け易くするために使用されてよい。

本発明の実施形態により作製された装置は、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、看板、内部又は外部照明及び／又は信号のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全に透明なディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザプリンター、電話、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、カムコーダ、ビューファインダ、マイクロディスプレイ、車両、大面積壁、劇場又はスタジアムスクリーン、又は標識を含む幅広い消費者製品に組み込まれてよい。パッシブマトリックス及びアクティブマトリックスを含む様々な制御機構が本発明により作製された装置を制御するのに使用されてよい。多くの装置が人間に快適である温度範囲、１８℃から３０℃等、及びより好ましくは室温（２０〜２５℃）、における使用を意図される。

ここに記載される材料及び構造は、ＯＬＥＤ以外の装置における用途を有してよい。例えば、有機太陽電池及び有機光検知器等他のオプトエレクトロニクス装置が材料及び構造を使用してよい。より一般的には、有機トランジスタ等の有機装置が材料及び構造を使用してよい。

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、ヘテロ環基、アリール、芳香族基、及びヘテロアリールは当分野で知られており、参照によってここに組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号明細書カラム３１−３２において定義される。

白色有機発光装置（ＷＯＬＥＤ）技術がぶつかる一つの課題は、低い電圧での操作を確立すると共に、同時にほぼ１００％の内部量子効率を得ることである。装置の設計概念は、改善された三つのＷＯＬＥＤ性能特性（低電圧での高出力効率及び高外部効率、色の安定性、及び装置操作安定性）を実現するため、高濃度の燐光材料を用いることを提示する。発光分子は電荷を運ぶと考えられ、したがって装置作動電圧は、黄色及び青色発光物質の濃度の増加によって低下される。予期しないことに、発光物質の濃度が高いにもかかわらず高い外部量子効率が可能である。典型的には装置の効率は発光物質の濃度が高いと減少するが、これは濃度消光効果のためである。しかしながら、ここで開示されるＷＯＬＥＤは、低い電圧と高い外部量子効率を同時に有し、したがってアウトカップリング強化器具がＷＯＬＥＤ基板に取り付けられ、かつインジウム亜鉛酸化物がアノードとして使用されるとき、装置出力の効率は１００ｌｍ／Ｗを超え得る。初期の装置と古い装置との間の色の相違は消費者にとって重要であり、エネルギースター固体状態製品においては小さな変化が要求される。これらのＷＯＬＥＤは、それらの初期輝度の５０％に劣化されるとき＜０．０２のｕ’ｖ’シフトを示し、小さなＣＩＥシフトは発光物質濃度に応じて増加する発光物質捕獲効率に帰される。最終的に、初期輝度１，０００ｃｄ／ｍ^２からのＬＴ５０＞８，０００時間が高効率の同じ装置に関して得られ、安定な装置は典型的には最も効率的な装置ではないので、これは飛躍的進歩である。

装置の構造は、白色光装置において出力効率と寿命との所定の組み合わせを実現する条件で与えられる。そのような装置は、一般的な照明用途に適するだろう。例えば、表１の装置１は、アウトカップリング器具がＯＬＥＤ基板に取り付けられている時、１，０００ｎｉｔｓの有効ランバート輝度において装置効率の測定値が＞１００ｌｍ／Ｗである。さらに、１，０００ｎｉｔｓからのＬＴ５０／８，０００時間が、アウトカップリング器具無しで測定された。これらの特徴の組み合わせが、照明装置において非常に好ましく、従来報告されたどのような性能と比較しても予想に反して大きい。

ここに記載される装置構造の効率の高さに寄与する因子は、青色発光物質、及びより高波長発光物質のための別個の発光層を有する、二重発光層の使用、特定の燐光物質に関する高い濃度（＞１５％）、正孔輸送層及び正孔阻止層の使用、及び光学的キャビティ効果の考慮を含む。

ホスト材料の厚みが同じとき、表１の化合物Ｆ等の青色ホストを横切る電圧降下は、表１の化合物Ｋ等の高波長発光物質に関するホストを横切る電圧降下よりも大きいため、二重発光層は好ましい。これは、高いエネルギーの青色発光が、エネルギーが低い（高波長）発光に関して存在しないホスト材料の選択を妨げるためである。これは、例えば、表１及び２の装置１と装置６との間の作動電圧差によって示される。したがって、５ｎｍの薄い青色ＥＭＬ及び１０ｎｍの厚い黄色＋赤色ＥＭＬは、全体として発光層を横切る全電圧が出来る限り低く維持されることを確実にし、その一方で高ＣＲＩ及び白色ＣＩＥ座標に適する発光スペクトルの組み合わせを達成するための有効な方法である。

一般的に、本明細書において、「青色」、「黄色」、及び「赤色」発光は、たとえ特定の色がこれらの特定の色の中間、すなわち緑色、オレンジ等、であり得るとしても、各々「高い」、「中程度」、及び「低い」エネルギー放出の代わりに使用される。本明細書において、「青色」は４００ｎｍ−５００ｎｍの可視スペクトル内にピーク波長を有する発光を示し、「黄色」は５００ｎｍ−６００ｎｍの可視スペクトル内にピーク波長を有する発光を示し、「赤色」は６００ｎｍ−７００ｎｍの可視スペクトル内にピーク波長を有する発光を示す。

さらに、青色発光物質から黄色及び赤色発光物質へのエネルギー移動が、二重発光層構造内で起こってよい。この移動は、ドーパント濃度に依存し、ドーパント濃度を調整することによって制御され得る。一般的に、３ｗｔ％以下等の低い濃度と比較して、１５ｗｔ％以上等の比較的高い濃度においては、ドーパント濃度を制御するのは容易である。例えば、表１において、装置１〜５について、ただ一つの発光物質が≦１．０％でドープされ「白色」発光を得るために使用される様々な発光スペクトルを提供する。これは、二つの発光物質が＜１．０％でドープされる装置６とは対照的である。

二重発光層は、発光層の界面において強制的に発光させるためにも使用されてよく、輝度と同時にカラーシフトを及び劣化を低減し得る。再結合は、エネルギーレベル、層の導電性、及びモルフォロジー差の相違に起因して、界面において起こる傾向がある。

上述された構造において、装置作動電圧は、青色及び黄色発光物質濃度に逆相関する。濃度が高いと、低い作動電圧が可能になり、及び発光物質の濃度が低いと作動電圧が高くなる。この装置構造においては、青及び黄色の発光物質が電荷を輸送する。一般的に、燐光発光物質は正孔を輸送するために使用される。

赤色発光物質の濃度は、そのフォトルミネッセンス量子収量（ＰＬＱＹ）が１００％に近いことを確実にするために、低い。ホスト中の発光物質が高濃度であると、発光物質のＰＬＱＹは減少する場合がある。暖かい白色に対する高いＥＱＥは、かなりの（＞６０％発光、５５０ｎｍ超）赤色発光を含み、したがって赤色発光物質が最も高いＰＬＱＹを有するとき、さらに容易に得られる。

正孔輸送層（表１におけるＮＰＤ）及び阻止層（表１の化合物Ａ）の厚みは、発光層からの電荷及びエキシトンの漏れを低減し、一方で装置の作動電圧を最小に保つよう選択される。例えば、化合物ＡはＮＰＤと比較して有効な阻止材料である。ＮＰＤが−２．８Ｖであるのとは対照的に、化合物Ａは−２．８９Ｖの還元エネルギーを有し、化合物ＡがＮＰＤと類似するＬＵＭＯエネルギーを有するであろうことを示す。化合物Ａの０．４３Ｖに対して、ＮＰＤは０．３８Ｖの酸化エネルギーを有し、ＮＰＤが化合物Ａと比較して高いＨＯＭＯエネルギーを有することを示す。これらの材料に関する還元及び酸化ポテンシャル間の相違は、化合物ＡがＮＰＤと比較して大きなバンドギャップを有することを示す。その結果、表１に示されるＮＰＤと化合物Ａとの組み合わせは、ＮＰＤ単独と比較して、より良好な電子阻止材として働き、ＮＰＤ／化合物Ａ界面においてＨＯＭＯレベル差に起因して正孔を少し遅くする場合もあり、装置内の電荷バランスを調整する能力を提供する。

白色装置光学キャビティは全フォトンの出力を増大又は最大化するよう選択されてよい。光学キャビティは特定の層厚み、発光物質濃度、電荷バランス、及び再結合位置を有する。一つの反射電極を有する比較的薄い装置は、波長あたりただ一つのアンチノードを有してよく、アンチノードは低波長において反射電極により近い。この状況において、発光物質が発光する波長が増えると共に、発光物質と反射電極との間の距離が増える時、最も高いアウトカップリング効率が得られる。その結果、反射電極と透過電極とを有する装置において、及び青色発光物質が最も低い波長の発光物質であるとき、反射電極の最も近傍に青色発光物質を配置することが有利である。しかしながら、厚い装置において、波長あたり複数のアンチノードがあってよく、発光される光の波長に関するアンチノードに発光物質を配置することによって良好なアウトカップリング効率が得られ得るように様々な位置における様々な波長に関するアンチノードがあってよく、及び様々な発光物質が任意の順序であってよい。

図３は、有機発光装置３００を示す。装置３００は基板３１０上に配置され、及び透過性アノード３２０及びカソード３９０を含む。二重有機発光層３６０がアノード３２０及びカソード３９０の間に配置される。二重有機発光層３６０は、第１有機発光層３６２、及び第２有機発光層３６１をさらに含む。第２有機発光層３６１は、第１有機発光層３６２に隣接して、及び第１有機発光層３６２よりもアノード３２０の近くに配置される。装置３００は、アノード３２０及び二重有機発光層３６０の間に、この順で配置される、正孔注入層３３０、正孔輸送層３４０、及び阻止層３５０も含む。装置３００は、二重有機発光層３６０及びカソード３９０の間に、この順で配置される、電子輸送層３７０及び電子注入層３８０も含む。

一つの実施形態において、白色光を発する有機発光装置は、図３に示されるように、少なくとも透過性アノード、カソード、二重有機発光層、阻止層、及び正孔注入層を含む。他の層を含むことが好ましいが、任意である。

透過型アノードなど透過型電極の好ましい材料は、透明導電性酸化物を含む。インジウムスズ酸化物は好ましく、かつ通常使用される材料である。インジウム亜鉛酸化物は特に好ましい材料である。

好ましくは、第１有機発光層３６２は、４００ｎｍ−５００ｎｍの間の波長で可視スペクトル内にピーク発光波長を有し、かつ第１有機発光層内で１５−３５ｗｔ％の濃度を有する第１燐光材料、及び第１燐光材料の三重項エネルギーと比較して少なくとも０．２ｅＶ、かつ１．０ｅＶを超えない程度に大きい三重項エネルギーを有する第１ホスト材料を含む。第１ホストの三重項エネルギーが低いことによって、第１燐光材料から第１ホスト材料への望ましくない三重項の移動が起こり得る。ホストの三重項エネルギーが高いと、望ましくない低い導電性を有する層をもたらし得る。第１燐光発光材料の濃度は、多くの装置と比較して比較的高い。しかしながら、この特別な装置の構造において、第１燐光発光材料の濃度が高ければ、装置内での電荷移動機構に影響することによって、装置の性能に好ましく寄与する。ドーパント濃度が高いことによって、層内の正孔輸送が可能になり、再結合領域を広げ得る。燐光ドーパント濃度が高いことによって、ドーパント分子の性能が発光効率の障害にならないことをも確実にする。３５％を超える濃度において、濃度消光が問題になり得る。１５％未満の濃度において、この特別の構造では、望ましくないことに層３６２において正孔輸送が抑制され得る。

特に、この装置の青色発光（４００から５００ｎｍの間のピーク波長）燐光材料はそれ自身の層内に存在し、装置内の他の燐光材料から分離される。青色発光物質の低いピーク波長は高い三重項エネルギーに相当する。高い三重項エネルギー発光材料が用いられるとき、低い三重項エネルギー材料と同程度には起こらない、様々な議論がある。例えば、上述のように、ホストの選択は、発光材料よりも高い三重項エネルギーを有する材料に制限される。そのような材料は、装置を横切る電圧降下に寄与する。さらに、青色発光燐光材料及び適切なホストの組み合わせは、材料の選択に制限が少ないとき実行され得るものに対して高い抵抗を有する。例えば、赤色及び緑色の発光材料のみを含む層は、低い抵抗を容易に得ることができるように、低い三重項エネルギーを有するホスト材料を用いてよい。抵抗の問題に起因して、４ｎｍ−６ｎｍと厚みが少ない第１有機発光層を使用することが好ましい。同じ理由から、４ｎｍ−１０ｎｍの厚みも好ましい。厚みが薄い場合、所定の青色光を発光するのに十分な程厚くはない場合がある。厚みが大きいことは、装置の全電気抵抗に不必要に寄与する場合がある。

好ましくは、第２有機発光層３６１は、５００ｎｍから６００ｎｍの間の波長で可視スペクトル内にピーク発光波長を有する、第２有機発光層中で１５−３５ｗｔ％の濃度を有する第２燐光材料、及び６００ｎｍから７００ｎｍの間の波長で可視スペクトル内にピーク発光波長を有する、第２有機発光層内で０．１−３ｗｔ％の濃度を有する第３燐光材料を含む。第２有機発光層は、第３燐光発光材料と比較して高い三重項エネルギーを有する第２ホスト材料も含む。

第２ホスト材料が第３燐光材料と比較して高い三重項エネルギーを有するのに対して、第２ホスト材料が第２燐光材料と比較して高い三重項エネルギーを有するかどうかは任意である。燐光材料が装置の発光スペクトルに有意に寄与するためには、それが存在する層のホスト材料と比較して低い三重項エネルギーを有するべきである。その結果、上述のj構造において、第３燐光材料は発光すべきであるが、第２燐光材料が発光することは必須ではない。第２燐光材料は他の方法で装置の性能に寄与する。上述の濃度において、第２燐光材料は第２有機発光層内で優れた正孔輸送材料として働いてよく、第３燐光材料の発光の感度も高め得る。もしも第２燐光材料からの有意の発光が望まれる場合には、第２ホスト材料は第２燐光材料と比較して高い三重項エネルギーを有するべきである。

第２燐光材料は、第２有機発光層内で好ましくは１５−３５ｗｔ％の濃度を有する。この濃度は、第２燐光材料が高い正孔伝導率で第２有機発光層を横切って第１有機発光層に正孔を輸送することを可能にする。低い濃度では、そのような輸送は起こらない場合があり、又は起こる場合があるが、正孔伝導率は低い。高い濃度において、電荷バランスが影響を受ける場合があり、また装置効率が低減される。すなわち、濃度が高いことによって、層の正孔輸送能が、正孔が発光層を漏れ出る点まで増加させ得る。化合物Ｂが、第２燐光材料として用いられて良い材料の好ましい例である。他に使用されてよい材料として、下記表３に列記される、必要とされるピーク発光波長を有する材料が挙げられる
本発明が作用するかについては、どのような理論にも拘束されることなく、１００ｌｍ／ｗａｔｔを超える装置を含む、非常に優れた出力効率の理由の一つが、双方の層が高い正孔伝導性を有する、二重有機発光層３６０の使用にあると考えられる。第１有機発光層３６２内の高い正孔伝導性は、第１燐光材料に対して濃度１５−３５ｗｔ％を用いることによって実行される。正孔伝導性が高いことによって、第１有機発光層３６２と第２有機発光層３６１との間の界面から正孔が容易に移動され、再結合領域を拡大し、特に界面近傍での、高濃度の再結合領域に関する問題を低減する。第２有機発光層３６１内の高い正孔伝導率は、第２燐光材料に対して１５−３５ｗｔ％の濃度を用いることによって実現される。二重発光層３６０のアノード側にある第２有機発光層３６１内の正孔伝導は、正孔がアノードから第１有機発光層３６２と第２有機発光層３６１との間の界面近傍の再結合領域に達することを可能にする。燐光有機発光装置の発光層内で使用されるホスト・ドーパント結合における正孔輸送は、一般的にドーパント分子上で起こる。上述の濃度において、優れた正孔伝導性が幅広い燐光ドーパント及びそのようなドーパントに対するホストに関する結果であることが期待される。以下の表３は、そのようなホスト及びドーパントの多くの例を提供する。また、そのような高濃度のドーパントを使用することなく、１５ｗｔ％未満のドーパント濃度において高い正孔伝導率を有するホストとドーパントとの特別な組み合わせを選択することによって、高い正孔伝導性、及びそれに対応する優れた結果を実現することも可能だろう。

第３燐光材料は、第２有機発光層内で０．１−３ｗｔ％の濃度を有する。第３燐光材料は、そもそも赤色光を発光するために存在し、装置の所定のＣＩＥ及びＣＲＩに寄与する。低濃度においては、赤色光を十分に放出しない場合がある。第３燐光材料の発光が第２燐光材料の存在によって増感されるので、赤色光の発光が非常に多く、及び／又は３ｗｔ％を超える濃度において濃度消光する場合がある。化合物Ｃは、第３燐光材料として使用され得る材料の好ましい例である。使用され得る他の材料として、必要とされるピーク発光波長を有する、以下の表３に列記される材料が挙げられる。

カソードは好ましくは反射性であり、第２発光層は好ましくはカソードと比較して透過性アノードの近くに配置される。この配置は、幾つかの好ましい効果を可能にする。まず第１に、材料に関する所定の発光波長に対応する、光学的「ノード」に発光材料を位置させることが好ましい。一次近似として、一つの反射層が存在するとき、反射層から発光波長の１／４の光学経路距離にノードが存在する。したがって、青色発光材料を、より高波長の発光材料と比較して反射層の近くに配置することが好ましい。透過性アノードは、同じ反射性を有してよく、これは波長に応じて変わり得る。結果的に、青色発光層を、より高波長の発光層と比較してカソードの近くに配置するのが一般的に好ましいことには変わりはないが、一次近似は層をどこに配置するかを正確に決定する上で完全に正確なものではないだろう。光学キャビティの最適化を達成するために、装置内のどこに層を配置するかを正確に決定するために使用され得るモデリングが知られている。そのようなモデリングは、ＤｏｄａｂａｌａｐｕｒらのＰｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８０（１２）、１５ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９６に記載される。そのようなモデリングに使用され得るプログラムは、Ｆｌｕｍｉｍ ＡＧ．Ｄｏｒｆｓｔｒａｓｓｅ ７、８８３５ Ｆｕｅｓｅｂｅｒｇ、スイスから入手される。ＩＺＯは、一つには通常透過性電極材料として使用されるＩＴＯと比較して高い屈折率を有するという理由で、透過性アノードとしての使用に好ましい。発光材料の位置の調節は、装置を横切る電圧降下における任意の増加を最小化するために、かつ、再結合が起こる位置に影響し得る電荷バランス検討における厚み追加の影響を最小化するために、正孔輸送及び電子輸送層等、伝導率が高い層の厚みを調節することによって実行されるべきである。

阻止層は第２有機発光層の近傍に、及び第２有機発光層とアノードとの間に配置される。阻止層は、第２ホスト材料の最低空分子軌道と比較して少なくとも０．１ｅＶ高い最低空分子軌道を有する。この差の結果として、電子が第２有機発光層から阻止層へと通過する可能性は高くない。

正孔輸送層は阻止層とアノードとの間に配置される。好ましくは、高い正孔伝導性を有する材料が正孔輸送層として使用される。ＮＰＤは好ましい材料であるが、他の材料が使用されてよい。ＮＰＤは、５×１０ ^−４ ｃｍ ^２ Ｖ ^−１ ｓ ^−１ の正孔移動度を有する（Ｓｏらの「Ｂｉｏｐｌａｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｍａｌｌ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｆｏｒ ＯＬＥＤ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ．３８，１４９７（２００７）を参照されたい）。ＮＰＤに匹敵する、又はＮＰＤよりも高い正孔移動度を有する材料が使用されてよい。適切な材料が、下記表３に列記される。

図３に記載される構造において、阻止層３５０が１２−１８ｎｍの厚みを持ち、正孔輸送層３４０が１２−１８ｎｍの厚みを持つことが好ましい。他の好ましい厚みは、阻止層３５０が１２−３７ｎｍの厚みを持ち、正孔輸送層３４０が１２−３７ｎｍの厚みを持つことである。これらの厚みは、各層が意図される機能を果たすことを可能にする程度に十分大きいが、装置を横切る電圧降下に不必要に影響する程には厚くない。さらに、図３に説明される層のみを含む構造に関して、注入層が一般的に非常に薄いので、正孔輸送層３４０と阻止層３５０との全厚みは、アノード３２０と二重発光層３６０との間の距離の殆どに関与する。記載された厚みの範囲は光学キャビティ効果を上手く利用するのに有効である。

層が「透過性」と記載される場合、これは、装置が使用されているとき、光が観察者に向かって層を通過することを意味する。この機能を果たすのに十分であれば、どのような透過率でも十分である。層の透過率は一般的に波長に依存し、可視光スペクトルの全域での５０％平均透過率は、透過型電極に関する使用可能な透過率の下限にある。一般的に、より高い透過率の層が使用でき、本発明に記載される「透過型」層に好ましいであろう。

上述の構造を用い、かつ材料を選択することによって、装置を横切る、並外れて低い電圧降下を有する白色発光装置が実現され得る。装置を横切る電圧降下は、好ましくは３．１ｅＶ−４．１ｅＶである。より好ましくは、装置を横切る電圧降下は３．７ｅＶ未満である。これらの電圧降下は、１０００ｃｄ／ｍ^２の輝度におけるものであってよい。装置を横切る電圧降下を最小化することが好ましい。電圧降下は、幾つかの因子に起因する。第１に、装置の青色発光材料は約２．７ｅＶの三重項エネルギーを持ち、これは、装置内の最も高い三重項エネルギー発光材料として、装置を横切る電圧降下に関する最小値を設定する。その後、装置内の各層及び各界面は、層の抵抗に起因して、又は界面におけるＨＯＭＯ／ＬＵＭＯ差に起因して、さらなる電圧降下の一因となる可能性がある。上述のような構造を使用することによって、及び材料を選択することによって、電圧降下は最小化され得る。

図３の構造において、再結合は好ましくは二重有機発光層３６０内部で起こる。再結合は界面において、又は界面近くで起こることが多いので、再結合が第１有機発光層３６２と第２有機発光層３６１との界面で、又は界面近くで起こることが好ましい。この場合、電子は主に、カソードと、第１有機発光層３６２と第２有機発光層３６１との界面と、の間の伝導に影響し、正孔は主にアノードと前記界面との間の伝導に影響する。これは、第２有機発光層３６２が第２燐光材料（装置内で発光すらしない）で著しくドープされることの一つの理由であり、燐光材料は一般的に良好な正孔輸送材料であり、第２燐光材料は第２有機発光層３６１が良好な正孔伝導性を有する要因であり得る。

様々な材料選択をして、図３の構造の背景にある原則は透過型カソードを有する装置に適用されてよい。図４はそのような装置を示す。

図３の装置３００と同様に、図４の装置４００は基板４１０の上に配置され、アノード４２０及びカソード４９０を含む。装置３００と４００との間の一つの相違は、装置４００が透過型カソード４９０を備えることを要求される点である。二重有機発光層４６０は、アノード４２０とカソード４９０との間に配置される。二重有機発光層４６０は第１有機発光層４６１、及び第２有機発光層４６２をさらに含む。第１有機発光層４６１は、第２有機発光層４６２の近傍に配置される。装置３００と装置４００との間の相違の一つは、装置４００において、第１有機発光層４６１が第２有機発光層４６２と比較してアノード４２０の近くに配置されることである。装置４００は、アノード４２０と二重有機発光層４６０との間にこの順に配置される、正孔注入層４３０、正孔輸送層４４０、及び阻止層４５０も含む。装置４００は、二重有機発光層４６０とカソード４９０との間にこの順に配置される、電子輸送層４７０、及び電子注入層４８０も含む。

装置３００の第１及び第２有機発光層３６２及び３６１と、装置４００の第１及び第２発光層４６１及び４６２と、の間の相違は、単なる語義にあるのではなく、これらの層の材料の性質及び特性が定義される方法による。簡単に言えば、装置３００は、他の発光層と比較してカソードの近くに配置される青色発光層（第１有機発光層３６２）を有し、それに対して装置４００はアノードの近くに配置される青色発光層（第１有機発光層４６１）を有する。

好ましくは、第１有機発光層４６１は、第１有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ４００ｎｍから５００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第１燐光材料、及び少なくとも０．２ｅＶ、かつ第１燐光材料の三重項エネルギーと比較して１．０ｅＶを超えずに高い三重項エネルギーを有する第１ホスト材料を含む。第１ホストに関する低い三重項エネルギーは、第１燐光材料から第１ホスト材料への望ましくない三重項の移動をもたらし得る。ホストに関する高い三重項エネルギーは、望ましくない程度に低い伝導性を有する層をもたらし得る。第１燐光発光材料の濃度は、多くの装置と比較して相対的に高い。層３６１に関して議論されたものと同様の電荷移動機構が層４６１にも適用可能である。

特に、装置４００の青色発光（４００から５００ｎｍの間のピーク波長）燐光材料はその独自の層、第１有機発光層４６１内にあり、装置内の他の燐光材料から分離される。考察は装置３００に関して記載されたものと同様である（青色発光層における材料選択の制限に起因して、トレードオフがなされる必要があり、４ｎｍ−６ｎｍと薄い厚みを有する第１有機発光層３６１又は４６１を使用することが好ましい）。同様の理由から、厚みとして４ｎｍ−１０ｎｍも好ましい。

好ましくは、第２有機発光層４６２は、第２有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ５００ｎｍから６００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第２燐光材料と、第２有機発光層中において０．１−３ｗｔ％の濃度を有し、かつ６００ｎｍから７００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第３燐光材料と、を含む。第２有機発光層４６２は、第３燐光発光材料と比較して高い三重項エネルギーを有する第２ホスト材料も含む。

第２有機発光層３６１における材料が放出する相対的な三重項エネルギー、及び材料の高感度の発光に関する議論は、第２有機発光層４６２にも適用する。

第２燐光材料は、第２有機発光層内で好ましくは１５−３５ｗｔ％の濃度を有する。発光物質の電子に対する潜在的な不安定性に起因して、ホストが電子を輸送することが好ましい。その結果、ホストの電子伝導性は再結合が起こる場所を決定する因子であり得る。良好な電子伝導性を有するホストがカソードの近くに配置されることが好ましい。そのような装置の例は、化合物Ｈ等の青色発光材料がｍＣＢＰ内にドープされ、化合物Ｃ等の赤色発光材料がＢＡｌｑ内にドープされたものである。ＢＡｌｑはｍＣＢＰと比較して良好な電子輸送物質であり、装置９に示されるように、赤色発光層をカソードの近くに配置することが好ましい。

第３燐光材料は第２有機発光層４６２内で０．１−３ｗｔ％の濃度を有する。第３燐光材料は、主に赤色光を発光するために存在し、装置に関して望ましいＣＩＥ及びＣＲＩに寄与する。低い濃度においては、赤色光は十分に放出されないだろう。第３燐光材料の発光が第２燐光材料の存在によって高感度になるので、赤色光の十分な放出及び／又は３ｗｔ％を超える濃度における濃度消光があるだろう。化合物Ｃは、第３燐光材料として使用され得る材料の好ましい例である。使用されてよい他の材料は、要求されるピーク発光波長を有する、下記表３に列記される材料を含む。

好ましくは、アノード４２０は反射性である。低波長発光物質を反射性電極の近くに配置することが好ましいこと、材料から要求される発光波長に関するノードに発光材料を配置することなど、光学キャビティに関する同様の考察が装置３００及び４００に適用される。

装置３００及び４００の双方において、装置は基板上にまずアノードを成長させるとして説明されるが、基板上にまずカソードを成長させてもよい。

化合物は本発明において使用するために以下のように名前が付けられる。

化合物Ｍは、ＴＣＴＡ（４，４’，４”−トリス−（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン）である。ＴＰＢＩは、１，３，５−トリス−（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）−ベンゼンである。

化合物Ｋは、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＮＳＣＣ），東京，日本からＮＳ６０として入手可能な化合物である。化合物Ｌは、韓国のＬＧ化学からＬＧ２０１として入手可能である。
実験
装置は標準的な作製技術を用いて作製された。装置は表１に示す構造を有する。パーセンテージは、ｗｔ％を示す。装置の性能が測定され、測定された性能が表２に示される。表２における装置特性は、電流及び電圧（Ｖ）及び基板に対して直角な輝度を同時に測定することによって決定され、したがって外部量子効率（ＥＱＥ）及び出力効率（ＰＥ）はこれらの測定値及びランバートエミッションの仮定から計算された。装置の全出力効率は、ＷＯＬＥＤ基板に、屈折率整合流体を用いて、アウトカップリング強化具が取り付けられるとき、装置を２０”積分球内に配置することによって決定された。有効なランバート輝度は、２０”積分球内で測定された全光学フラックスを３．１４で割り、かつ活性な装置領域で割ることによって決定された。ＣＩＥは１９３１年に国際照明委員会（ＣＩＥ）によって開発された標準色空間の座標を示す。ＣＲＩは、標準演色評価数（ＣＲＩ）Ｒａを示す。ＬＴ５０は寿命の測定値であり、装置が一定の電流で作動されるとき、光の出力が５０％減少する時間である。

装置１は、アウトカップリング器具がＯＬＥＤ基板に取り付けられたとき、測定された装置効率、有効ランバート輝度１，０００ｎｉｔにおいて＞１００ｌｍ／Ｗ、を有する。さらに、１，０００ｎｉｔｓからＬＴ５０＞８，０００時間である。これら二つの特徴の組み合わせは、照明製品に関して大変望ましく、しかも以前に報告されていたどのような性能と比較しても予測できない程に大きい。

装置１及び装置２は、アノード材料を除いて同じである。装置１は可視範囲にわたって屈折率が＞１．９であるＩＺＯを使用する。それに対して、装置２は４８０ｎｍよりも短い波長において１．９よりも大きく、可視光範囲の他の波長において低い屈折率を有するＩＴＯを用いる。ＩＺＯの高い屈折率は、装置１が装置２と比較して高い出力効率を有する一つの理由であり得る。装置１の効率は、阻止層として化合物Ａを用いることによって、及び青色及び黄色の発光物質Ｂ及びＥを高い濃度（＞１５％）で用いることによって、同様に強化される。装置１の出力効率は、さらに効率よく明所視応答曲線と重なる発光スペクトルを有する、黄色発光物質（化合物Ｂ）を用いることによっても最適化された。装置１及び２の電圧の低さは、対応する低い電圧降下を有する薄い（５ｎｍ）青色発光層を用いることによって強まった。装置１は、２０”積分球においてアウトカップリング強化器具を用いて測定するとき、有効輝度１，０００ｎｉｔにおいて１０２ｌｍ／Ｗに達する。

装置３は装置２と非常に類似している。装置３は、装置２における赤色発光物質（化合物Ｃ）と比較して赤い発光物質（化合物Ｄ）を用いる。化合物Ｄは、装置２に対して装置のＣＲＩを増加させるために装置３内に組み込まれた。

装置４は装置３と比較して化合物Ｄの濃度が高く、化合物Ｄの濃度が高いことによってＣＲＩが６６から８８へと大きく引き上げることを可能にする。

装置５は、Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔａｒ定格固体状態エネルギー光源として規定されるＣＩＥにおける高いＣＲＩを得るために、装置４と比較して化合物Ｄ及びＥの濃度が高い。

装置６は、全三つの発光物質が、同じ全ＥＭＬ厚みを有する装置２を超える単一のＥＭＬを横切る電圧降下を示す。装置６は装置２と比較して０．５Ｖ高い電圧で作動し、表１及び２の全ての他の例と比較して少なくとも０．４Ｖ上で作動する。

装置７は、特に高い効果を有する低電圧の装置を得るのに使用される装置構造を示す。

装置８及び９は本明細書に記載される好ましい装置構造を持たず、結果として電圧が高く、出力効率が低い。装置８及び９は、各々別個の層に同じ発光物質を有するが、層の順が入れ替わった二重発光層を有する。装置８において、ｍＣＢＰにドープされた青色発光材料（化合物Ｈ）は、赤色発光材料と比較して反射性カソードの近くに配置される。装置９において、ＢＡｌｑにドープされた赤色発光材料（化合物Ｃ）は、青色発光材料と比較して反射性カソードの近くに配置される。装置８及び９は、ＢＡｌｑがｍＣＢＰと比較して良好な電子輸送物質であるため、赤色発光材料が青色発光材料と比較して良好な電子伝導性を有する材料の例を提供し、図４の装置で、赤色発光材料がカソードの近くに配置されることが好ましい。
他の材料との組み合わせ
有機発光装置における特定の層に関して有効であると本明細書に記載される材料は、特別の定めのない限り、装置内に存在する他の材料と様々に組み合わせて使用されてよい。例えば、本明細書に記載される発光ドーパントは様々なホスト、輸送層、阻止層、注入層、電極、及び存在し得る他の層と組み合わせて使用されてよい。以下に記載される、又は示される材料は、本明細書に記載される化合物と組み合わせて有効であり得る材料の非制限的な例であり、当業者であれば、組み合わせて有効であり得る他の材料を特定するため容易に文献を閲覧できる。

本明細書に記載される材料に加えて、及び／又は組み合わせて、多くの正孔注入層、正孔輸送材料、ホスト材料、ドーパント材料、エキシトン／正孔阻止層材料、電子輸送及び電子注入材料が、ＯＬＥＤに使用されてよい。本明細書に開示される材料と組み合わせてＯＬＥＤ内で使用されてよい材料の非制限的な例は、下記表３に列記される。表３は材料の非制限的分類、各々の分類に関する化合物の非制限的な例、及び材料を開示する参考文献を記述する。

本明細書に記載される様々な実施形態が例示のみを目的としており、本発明の範囲を制限することを意図しないことは理解されるだろう。例えば、本明細書に記載される材料及び構造の多くが、本発明の精神から逸脱することなく他の材料及び構造で置換されてよい。したがって、請求項に記載される本願発明は、当業者には明白であるように、本明細書に記載される特定の例及び好ましい実施形態からの変動を含んでよい。本発明が如何に働くかを説明する様々な理論は制限を意図しないことは理解される。

１００ 有機発光装置
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

Claims (14)

1. アノードと、
   カソードと、
   第１有機発光層と、
   ここで、前記第１有機発光層は、
   第１有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ４００ｎｍから５００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第１燐光材料と、
   第１燐光材料の三重項エネルギーと比較して少なくとも０．２ｅＶ、かつ１．０ｅＶを超えない程度に大きい三重項エネルギーを有する第１ホスト材料と、
   をさらに含み、
   前記第１有機発光層はアノードとカソードとの間に配置され、
   第２有機発光層と、
   ここで、前記第２有機発光層は、
   第２有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ５００ｎｍから６００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第２燐光材料と、
   第２有機発光層中において０．１−３ｗｔ％の濃度を有し、かつ６００ｎｍから７００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第３燐光材料と、
   第３燐光発光材料と比較して高い三重項エネルギーを有する第２ホスト材料と、
   をさらに含み、
   第２有機発光層はアノードとカソードとの間に配置され、第１有機発光層に隣接し、
   第２有機発光層とアノードとの間に、第２有機発光層に隣接して配置され、第２ホスト材料の最低空分子軌道と比較して少なくとも０．１ｅＶ大きな最低空分子軌道を有する阻止層と、
   阻止層とアノードとの間に配置された正孔輸送層と、を含み、
   アノード及びカソードの少なくとも一つが透過性である、装置。
2. 前記アノードが透過性であり、前記カソードが反射性である、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２有機発光層が前記第１有機発光層と比較してアノードの近くに配置される、請求項２に記載の装置。
4. 前記アノードが反射性であり、前記カソードが透過性である、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１ホスト材料が、前記第１燐光材料と比較して、少なくとも０．２ｅＶ高く、かつ０．５ｅＶを超えずに高い三重項エネルギーを有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記正孔輸送層が本質的にＮＰＤからなる、請求項１に記載の装置。
7. 前記正孔輸送層が少なくとも５×１０^−４ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１の正孔移動度を有する、請求項１に記載の装置。
8. 前記アノードが本質的にインジウム亜鉛酸化物からなる、請求項１に記載の装置。
9. 輝度１０００ｃｄ／ｍ^２における装置を横切る電圧降下が３．５ｅＶ−４．１ｅＶである、請求項１に記載の装置。
10. 輝度１０００ｃｄ／ｍ^２における装置を横切る電圧降下が３．７ｅＶ未満である、請求項１に記載の装置。
11. 前記第２燐光材料は下記の化合物Ｂである、請求項１に記載の装置。
    
12. 前記第１有機発光層は４ｎｍ−１０ｎｍの厚みを有する、請求項１に記載の装置。
13. 前記阻止層が１２−３７ｎｍの厚みを有し、前記正孔輸送層が１２−３７ｎｍの厚みを有する、請求項１に記載の装置。
14. アノードと、
    カソードと、
    第１有機発光層と、
    ここで、前記第１有機発光層は、
    第１有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ４００ｎｍから５００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第１燐光材料と、
    第１燐光材料の三重項エネルギーと比較して少なくとも０．２ｅＶ、かつ１．０ｅＶを超えない程度に大きい三重項エネルギーを有する第１ホスト材料と、をさらに含み、
    前記第１有機発光層はアノードとカソードとの間に配置され、
    第２有機発光層と、
    ここで、前記第２有機発光層は、
    第２有機発光層中において１５−３５ｗｔ％の濃度を有し、かつ５００ｎｍから６００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第２燐光材料と、
    第２有機発光層中において０．１−３ｗｔ％の濃度を有し、かつ６００ｎｍから７００ｎｍの間の波長において可視スペクトル中にピーク発光波長を有する第３燐光材料と、
    第３燐光発光材料と比較して高い三重項エネルギーを有する第２ホスト材料と、
    をさらに含み、
    第２有機発光層はアノードとカソードとの間に配置され、第１有機発光層に隣接し、
    第２有機発光層とアノードとの間に、第２有機発光層に隣接して配置され、第２ホスト材料の最低空分子軌道と比較して少なくとも０．１ｅＶ大きな最低空分子軌道を有する阻止層と、
    阻止層とアノードとの間に配置された正孔輸送層と、を含み、
    アノード及びカソードの少なくとも一つが透過性である装置を含む、消費者製品。