JP2009164578A

JP2009164578A - 有機発光素子

Info

Publication number: JP2009164578A
Application number: JP2008276076A
Authority: JP
Inventors: Won-Jun Song; 原準宗; Yeun Joo Sung; 妍周成; Mu Hyun Kim; 茂顯金
Original assignee: Samsung Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2009-07-23
Also published as: KR100922755B1; KR20090072447A; US20090167159A1

Abstract

【課題】有機発光素子を提供する。
【解決手段】第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極との間に位置した発光層と、第１電極と発光層との間に位置した正孔注入層と、発光層と第２電極との間に位置した電子輸送層とを備える有機発光素子であり、正孔注入層は、Ｍｏ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＢからなる群から選択された元素、及びＯ、Ｆ、Ｓ、Ｃｌ、Ｓｅ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された元素からなる第１化合物及び正孔注入物質を含み、電子輸送層は、電子輸送物質と第２化合物とを含み、第２化合物は、リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_３）、バリウム酸化物（ＢａＯ）、又はボロン酸化物（Ｂ_２Ｏ_３）であることを特徴とする有機発光素子である。該有機発光素子は優れた電気的特性を有し、あらゆるカラーの蛍光及びリン光の素子に適した新規の正孔注入材料を使用する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、有機発光素子に係り、新規の電子注入材料及び新規の電子輸送材料を利用し、駆動電圧、発光効率、寿命などの特性が改善された有機発光素子に関る。また本発明は、高品位有機発光素子開発に貢献する技術に係り、有機発光素子の消費電力節減及び寿命改善に関する。

有機発光素子とは、図１から分かるように、二電極間に挿入されている有機膜に電流を印加するとき、有機膜で電子と正孔との結合によって光が発生する装置をいう。従って、有機発光素子は、高画質、速い応答速度及び広視野角の特性を有する軽量薄型の情報表示装置具現を可能にするという長所を有する。これは、有機発光表示素子技術の急激な成長を先導する原動力になり、現在有機発光素子は、モバイルフォンだけではなく、その他高品位の情報表示装置にまでその応用領域が拡張されている。

かような有機発光素子の急成長は、学術的側面だけではなく、産業技術側面でＴＦＴ−ＬＣＤのようなその他情報表示素子との競争が不可避になり、既存の有機発光素子は、量的、質的成長を阻害する最も大きい要因として残っている素子の効率、寿命向上及び消費電力節減という技術的限界を克服しなければならない難局に直面している。

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の問題点を解決し、２つの電荷注入が容易になり、電圧低下による消費電力が減少するだけではなく、駆動電圧、発光効率及び寿命特性を改善させた有機発光素子を提供することである。

前記技術的課題を解決するために、本発明では、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置した発光層と、前記第１電極と前記発光層との間に位置した正孔注入層と、前記発光層と前記第２電極との間に位置した電子輸送層とを備える有機発光素子であって、前記正孔注入層は、Ｍｏ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＢからなる群から選択された元素、及びＯ、Ｆ、Ｓ、Ｃｌ、Ｓｅ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された元素からなる第１化合物及び正孔注入物質を含み、前記電子輸送層は、電子輸送物質と第２化合物とを含み、前記第２化合物は、リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_３）、バリウム酸化物（ＢａＯ）、またはボロン酸化物（Ｂ_２Ｏ_３）であることを特徴とする有機発光素子を提供する。

また望ましくは、前記第１化合物及び正孔注入物質を含む正孔注入層以外に、他の正孔注入層をさらに備えることができる。

また望ましくは、前記第２化合物及び電子輸送物質を含む電子輸送層以外に、他の電子輸送層をさらに備えることもできる。

本発明の有機発光素子は、優れた電気的特性を有し、赤色、緑色、青色、白色のようなあらゆるカラーの蛍光及びリン光の素子に適した新規の正孔注入材料を使用する。また、本発明の有機発光素子は、新規の電子輸送材料を利用し、電子注入層を形成しなくても電子注入能が非常に改善される。その結果、一般的な電子輸送材料を使用した場合と比較し、電流効率、電力効率が向上するだけではなく、発光層に注入される電荷バランスが調節されて駆動電圧及び寿命特性が改善される。このように構成され、２つの電荷注入の障壁を小さくして消費電力を減少させることができ、新規の正孔注入材料及び新規の電子輸送材料の電荷移動度調節を介して電流効率を極大化させることができる。

本発明の有機発光素子は、優れた電気的特性を有し、赤色、緑色、青色、白色などのあらゆるカラーの蛍光及びリン光の素子に適した新規の正孔注入材料を使用する。また、本発明の有機発光素子は、新規の電子輸送材料を利用し、電子注入層を形成しなくても電子注入能が非常に改善される。その結果、一般的な電子輸送材料を使用した場合と比較し、電流効率、電力効率が向上するだけではなく、発光層に注入される電荷バランスが調節されて駆動電圧及び寿命特性が改善される。これにより、２つの電荷注入の障壁を小さくして消費電力を減少させ、新規の正孔注入材料及び新規の電子輸送材料の電荷移動度調節を介して電流効率を極大化させることができる。それ以外にも、高輝度、長寿命の利点がある。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

高効率性能を有する有機発光素子を具現するためには、発光層での電荷バランスが非常に重要である。このために本発明では、正孔輸送層の形成時、Ｍｏ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＢからなる群から選択された元素、及びＯ、Ｆ、Ｓ、Ｃｌ、Ｓｅ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された元素からなる第１化合物及び正孔輸送物質を利用し、電子輸送層の形成時、第２化合物と電子輸送物質とを利用するが、前記第２化合物は、リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_３）、バリウム酸化物（ＢａＯ）、またはボロン酸化物（Ｂ_２Ｏ_３）である。

前記第１化合物は、新規の正孔注入層形成用の材料であり、本発明による有機発光素子は、前記第１化合物と前記正孔注入物質との混合物を含む正孔注入層を具備する。

望ましくは、前記第１化合物は、モリブデン酸化物、マグネシウムフッ化物、セシウムフッ化物、ホウ素酸化物などである。

前記正孔注入物質は、前述のように、当業界に公知の正孔注入層形成用の有機化合物が使われ、その例として、銅フタロシアニン、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（３−メチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン、ビス（４−カルバゾリルフェニル）シラン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニル−１，４−フェニレンジアミン（ＰＦＢ）などを挙げることができる。

望ましくは、前記第１化合物及び前記正孔注入物質の混合比は、１：１ないし３：１である。第１化合物及び正孔注入物質の混合比が１：１未満であって、相対的に第１化合物の含有量比が低くて正孔注入物質の含有量比が高い場合、駆動電圧低下効果が減少し、駆動による界面抵抗が増加するという問題点があり、３：１を超えて相対的に第１化合物の含有量比がはるかに高くて正孔注入物質の含有量比が小さい場合、駆動電圧が上昇するという問題点がある。

一般的に、正孔注入障壁を小さくするために使われる物質としては、純粋有機ベースの物質が使われ、その場合、電極と有機物質とのエネルギーギャップを最大限減らす目的に設計されている。しかし、本発明での第１化合物を電極界面に使用することになれば、Ｍｏ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＢからなる群から選択された元素の金属特性を利用でき、その場合、接触抵抗を下げ、半導体化合物で使われる電極界面の特性であるオーム接触（Ｏｈｍｉｃｃｏｎｔａｃｔ）を得ることができる。

かような構造による本発明による有機発光素子は、電荷注入障壁を小さくすることができ、また界面の接触抵抗を減らし、駆動時の寿命がさらに長くなる。

望ましくは、本発明による有機発光素子は、前記第１化合物及び正孔注入物質を含む正孔注入層を第１正孔注入層とすれば、第１正孔注入層以外に他の第２正孔注入層をさらに備える。

前記第２正孔注入層は、一般的に使われうる第２正孔注入物質を使用して形成できる。かような第２正孔注入物質の例として、銅フタロシアニン、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（３−メチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン、ビス（４−カルバゾリルフェニル）シラン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニル−１，４−フェニレンジアミン（ＰＦＢ）などを挙げることができ、それら化合物からなる群から選択された一つ以上を用いて第２正孔注入層を形成できる。

前記の通りに本発明の有機発光素子で、正孔注入層を第１正孔注入層及び第２正孔注入層の二層で形成する場合、前記のような効果がさらに明確に改善される。その場合、第１層の低い障壁による駆動電圧低下に、第二層による電荷伝達速度が増加し、駆動電圧がさらに低下することになる。

さらに望ましくは、前記第１正孔注入層と前記第２正孔注入層との厚さの比が１：９９ないし１：９である。第１正孔注入層と第２正孔注入層との厚さの比が１：９９未満であって、第１正孔注入層の厚さが第２正孔注入層に対して相対的に薄すぎれば、駆動による界面抵抗特性に問題があり、１：９を超えて第１正孔注入層の厚さが第２正孔注入層に対して比較的厚くなれば、駆動電圧が上昇するという問題点がある。

前記第１化合物は、公知の多様な方法を利用して製造可能であり、これは、当業者に容易に認識可能である。

本発明による有機発光素子は、別途の電子注入層を必要とせずにも電子注入がさらに容易になる。

また、前述の電子輸送層以外に、電子移動度が電場８００〜１，０００（Ｖ／ｃｍ）^１／２で１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ以上である電子輸送物質を含む電子輸送層をさらに備えることができる。これについてさらに詳細に説明すれば、本発明の有機発光素子は、リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_３）、バリウム酸化物（ＢａＯ）及びボロン酸化物（Ｂ_２Ｏ_３）のうち、いずれか１つである第２化合物及び電子輸送物質を含む第１電子輸送層と、第２電子輸送物質を含む第２電子輸送層とを具備する。このように、二層構造の電子輸送層を具備する場合には、単層の電子輸送層を使用する場合と比較し、はるかにさらに有機的な電子注入が可能になり、これによって、電圧低下による消費電力が大きく減少する利点がある。

前記第２電子輸送物質は、前述のように、前記電子移動度が１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ以上である電子輸送物質からなり、望ましくは、電場８００〜１，０００（Ｖ／ｃｍ）^１／２で１０^−４ないし１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓの電子移動度を有し、具体的な例として、ＺｎＱ２、Ｂｅｂｑ２などを挙げることができる。

前記第１電子輸送物質は、第２電子輸送物質と同じように、電子移動度が１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ以上である電子輸送物質からなり、第２電子輸送物質と同じ組成または異なる材料によって選択できる。そのうち、第１電子輸送物質と第２電子輸送物質とが電荷移動度差のある材料によって構成される場合が、電荷伝達特性側面でさらに望ましい。

前記第１電子輸送層と第２電子輸送層との厚さ比は、１：１ないし１：２であることが望ましい。

前記電子輸送物質の望ましい例としてＢｅｂｑ２があり、前記第２化合物は、望ましくはＬｉ_２Ｏである。

電子輸送層が二層で構成された場合の有機発光素子において、（図１Ｂ及び図１Ｃ参照）、第１電子輸送層は、電荷移動速度を制御する役割を果たし、第２電子輸送層は、電子注入障壁を小さくする役割を果たす。

前記第１電子輸送層は、第１電子輸送物質と、電子輸送物質材料と双極子である特性を有する第２化合物とからなる。かような第１電子輸送物質を含むＬｉＦ、ＢａＦ、ＣｓＦ、ＮａＦなどが使われ、第２化合物の望ましい例としては、ＬｉＦがある。

前記第１電子輸送層を構成する第１電子輸送物質の望ましい例としては、Ｂｅｂｑ２がある。

本発明の有機発光素子は、電子注入層が不要である。

本発明による有機発光素子の構造は、非常に多様である。

本発明の有機発光素子は、図１Ａないし図１Ｃに図示されているアノード、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、発光層（ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）、カソード構造の有機発光素子だけではなく、多様な構造の有機発光素子の構造が可能であり、必要によって、一層または二層の中間層をさらに形成することも可能である。

図２は、本発明の他の具現例による有機発光素子の層のＨＯＭＯ（ＨｉｇｈｅｓｔＯｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）レベル及びＬＵＭＯ（ＬｏｗｅｓｔＵｎｏｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）レベルの差を概略的に図示したエネルギーバンドダイヤグラムである。

以下、本発明による有機発光素子の製造方法について、図１Ａないし図１Ｃに図示されている有機発光素子を参照しつつ説明する。

まず基板上部に、大きな仕事関数を有する第１電極用物質を蒸着法またはスパッタリング法によって形成し、第１電極を形成する。前記第１電極はアノードでありうる。ここで基板としては、一般的な有機発光素子で使われる基板を使用するが、機械的強度、熱的安定性、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性にすぐれる有機基板または透明プラスチック基板が望ましい。そして、第１電極用物質としては、透明であって伝導性にすぐれる酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを使用する。

次に、前記第１電極上部に、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ（ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ）法のような多様な方法を利用し、正孔注入層（ＨＩＬ）を形成できる。例えば、前記正孔注入層物質である第１化合物及び正孔注入物質を共蒸着することが可能である。

真空蒸着法によって正孔注入層を形成する場合、その蒸着条件は、正孔注入層の材料として使用する化合物、目的とする正孔注入層の構造及び熱的特性などによって異なるが、一般的に、蒸着温度５０ないし５００℃、真空度１０^−８ないし１０^−３ｔｏｒｒ、蒸着速度０．０１ないし１００Å／ｓｅｃ、膜厚は、一般的に１０Åないし５μｍの範囲で適切に選択することが望ましい。

正孔輸送層も、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法を利用して形成でき、真空蒸着法及びスピンコーティング法によって正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件及びコーティング条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲中から選択される。

前記正孔輸送層物質は、正孔輸送層に使われている公知の物質から任意のものを選択して使用できる。例えば、Ｎ−フェニルカルバゾリル、ポリビニルカルバゾールのようなカルバゾール誘導体；Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）のような芳香族縮合環を有する一般的なアミン誘導体などが使われる。

次に、前記正孔輸送層上部に発光層が導入され、発光層材料は、特別に制限されるものではない。ここで、発光層の形成方法としては、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような方法を使用できる。

前記正孔注入層上部に、発光層を形成する。発光層をなす物質は、特別に制限されるものではない。さらに具体的に、オキサジアゾールダイマー染料（ｏｘａｄｉａｚｏｌｅｄｉｍｍｅｒｄｙｅｓ（Ｂｉｓ−ＤＡＰＯＸＰ））、スピロ化合物（ｓｐｉｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）（Ｓｐｉｒｏ−ＤＰＶＢｉ、Ｓｐｉｒｏ−６Ｐ）、トリアリールアミン化合物、ビス（スチリル）アミン（ＤＰＶＢｉ、ＤＳＡ）、４，４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（ＴＰＢｅ）、９Ｈ−カルバゾール−３，３’−（１，４−フェニレン−ジ−２，１−エテン−ジイル）ビス［９−エチル−（９Ｃ）］（ＢＣｚＶＢ）、４，４−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］スチルベン（ＤＰＡＶＢ）、４，４’−ビス［４−（ジフェニルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＢＤＡＶＢｉ）、ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウムＩＩＩ（ＦＩｒＰｉｃ）など（以上、青色）と、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−（ジエチルアミノ）クマリン（Ｃｏｕｍａｒｉｎ６）、２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７，−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−１０−（２−ベンゾチアゾリル）キノリジノ−［９，９ａ，１ｇｈ］クマリン（Ｃ５４５Ｔ）、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−キナクリドン（ＤＭＱＡ）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）など（以上、緑色）と、テトラフェニルナフタセン（ルブレン（Ｒｕｂｒｅｎｅ））、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）、ビス（２−ベンゾ［ｂ］チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトネート）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｂｔｐ）_２（ａｃａｃ））、トリス（ジベンゾイルメタン）フェナントロリンユウロピウム（ＩＩＩ）（Ｅｕ（ｄｂｍ）_３（ｐｈｅｎ））、トリス［４，４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−（２，２’）−ビピリジン］ルテニウム（ＩＩＩ）錯体（Ｒｕ（ｄｔｂ−ｂｐｙ）_３＊２（ＰＦ_６））、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、Ｅｕ（三フッ化テノイルアセトン）３（Ｅｕ（ＴＴＡ）３、ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン）（ＤＣＪＴＢ）など（以上、赤色）とを使用できる。また、高分子発光物質としては、フェニレン系、フェニレンビニレン系、チオフェン系、フルオレン系及びスピロフルオレン系の高分子のような高分子と窒素とを含む芳香族化合物などを含むことができるが、これらに限定されるものではない。

前記発光層の厚さは、１０ｎｍないし５００ｎｍ、望ましくは５０ｎｍないし１２０ｎｍであることが望ましい。このうちでも、特に青色発光層の厚さは７０ｎｍでありうる。もし発光層の厚さが１０ｎｍ未満である場合には、漏れ電流が増加して効率が低下して寿命が短縮し、５００ｎｍを超える場合には、駆動電圧上昇幅が高まって望ましくない。

場合によっては、前記発光層は、発光層ホスト（ｈｏｓｔ）に前記発光ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）をさらに付加して製造したりもする。蛍光発光型ホストの材料としては、トリス（８−ヒドロキシ−キノリナート）アルミニウム（Ａｌｑ３）、９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＡＮＤ）、３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジメチルフェニル（ＤＰＶＢｉ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジメチルフェニル（ｐ−ＤＭＤＰＶＢｉ）、ｔｅｒｔ（９，９−ジアリールフルオレン）ｓ（ＴＤＡＦ）、２−（９，９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレン（ＢＳＤＦ）、２，７−ビス（９，９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレン（ＴＳＤＦ）、ビス（９，９−ジアリールフルオレン）ｓ（ＢＤＡＦ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル（ｐ−ＴＤＰＶＢｉ）などが使われ、リン光型ホストの材料としては、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、１，３，５−トリス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｔＣＰ）、４，４’，４’’−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’−ビス（９−カルバゾリル）−２，２’−ジメチル−ビフェニル（ＣＢＤＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジメチル−フルオレン（ＤＭＦＬ−ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−４ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジ−トリル−フルオレン（ＤＰＦＬ−ＣＢＰ）、９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−２ＣＢＰ）などが使われうる。

このとき、ドーパントの含有量は、発光層の形成材料によって可変的であるが、一般的に、発光層の形成材料（ホストとドーパントとの総重量）１００重量部を基準として、３ないし１０重量部であることが望ましい。もしドーパントの含有量が前記範囲を外れれば、ＥＬ素子の発光特性が低下して望ましくない。本発明で、例えば、４，４’−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）が使われ、蛍光ホストとしては、９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＡＤＮ）または３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）が使われうる。
ＤＰＡＶＢｉ
ＡＤＮ
ＴＢＡＤＮ

次に、電子輸送物質と前述の第２化合物とを真空蒸着法によって積層し、電子輸送層を形成する。

前記第２化合物の含有量は、電子輸送物質１００重量部を基準として、３０ないし７０重量部であることが望ましい。もし第２化合物の含有量が３０重量部未満であるならば、駆動電圧低下効果が少なく、７０重量部を超えれば、電荷安定性が落ちることになる。

前記電子輸送物質としては、電子移動度が電場８００〜１，０００（Ｖ／ｃｍ）^１／２で１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ以上、特に１０^−５ないし１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓｅｃの値を有する電子輸送物質を利用することが望ましい。

もし電子輸送層の電子移動度が１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ未満である場合、発光層への電子注入が多すぎて、電荷バランスの側面で望ましくない。

前記電子輸送層の形成物質としては、下記化学式で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナートベリリウム（Ｂｅｂｑ２）を使用する。

最後に、電子注入層上部に、第２電極であるカソード形成用金属を真空蒸着法やスパッタリング法などの方法によってカソードを形成する。ここで、カソード形成用金属としては、小さな仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物及びそれらの混合物を使用できる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などを挙げることができる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、ＩＺＯを使用した透過型カソードを使用することもできる。

本発明の他の一実施例による有機発光素子の製造方法について述べれば、次の通りである。

図１Ｂのように、二層構造の電子輸送層を具備する有機発光素子は、発光層上部に第１電子輸送物質を真空蒸着法によって積層して第１電子輸送層を形成し、前記第１電子輸送層上部に、第２電子輸送物質と前述の第２化合物とを真空蒸着法によって積層する。第２電子輸送層を形成することを経ることを除いては、前述の有機発光素子の製造方法と同一に実施する。

以下、前記本発明による実施例について具体的に例示するが、本発明が下記実施例のみに限定されるものではない。

＜実施例１：有機発光素子の製造例＞
アノードは、コーニング（ｃｏｒｎｉｎｇ）１５Ω／ｃｍ^２（１，２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍｘ５０ｍｍｘ０．７ｍｍサイズに切り、イソプロピルアルコールと純水との中でそれぞれ５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）オゾン洗浄して使用した。

前記基板上部に、まず第１正孔注入層として、酸化モリブデン及びＮＰＢを共蒸着し、１００Å厚に形成した。次に、前記第１正孔注入層上部に、Ｆ１６−ＴＣＮＱを利用して第２正孔注入層を形成した。

前記第２正孔注入層上部にＮＰＢを真空蒸着し、正孔輸送層を６０ｎｍ厚に形成した。前記のように正孔輸送層を形成した後、この正孔輸送層上部に、ホストであるＡｌｑ３を１００重量部、ドーパントとしてＣ５４５Ｔを５重量部使用し、これを真空蒸着して発光層を形成した。

その後、前記発光層上部に、ＬｉＦ５０重量部とＢｅＢｑ２５０重量部とを真空共蒸着し、３５ｎｍ厚の電子輸送層（ＥＴＬ）を形成した。

前記電子輸送層上部に、Ａｌ３，０００Å（カソード）を順次に真空蒸着し、Ａｌ電極を形成することによって、有機発光素子を完成した。

＜実施例２：有機発光素子の製造例＞
リチウムキノレート５０重量部とＢｅｂｑ２５０重量部とを真空共蒸着し、電子輸送層を形成したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施し、有機発光素子を完成した。

＜実施例３：有機発光素子の製造例＞
アノードは、コーニング（ｃｏｒｎｉｎｇ）１５Ω／ｃｍ^２（１，２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍｘ５０ｍｍｘ０．７ｍｍサイズに切り、イソプロピルアルコールと純水との中でそれぞれ５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶオゾン洗浄して使用した。

前記基板上部に、ＣｕＰｃを利用して正孔注入層を１０ｎｍ厚に形成した。

前記正孔注入層上部にＮＰＢを真空蒸着し、正孔輸送層を６０ｎｍ厚に形成した。前記のように正孔輸送層を形成した後、この正孔輸送層上部に、ホストであるＡｌｑ３を１００重量部、ドーパントとしてＣ５４５Ｔを５重量部使用してこれを真空蒸着し、２５０Å厚に発光層を形成した。

その後、前記発光層上部にＢｅｂｑ２を真空蒸着し、１０ｎｍ厚の第１電子輸送層（ＥＴＬ１）を形成した。

前記ＥＴＬ１上部に、ＬｉＦ３０重量部とＢｅｂｑ２７０重量部とを真空共蒸着し、２５ｎｍ厚の第２電子輸送層（ＥＴＬ２）を形成した。

前記ＥＴＬ２上部に、Ａｌ３，０００Å（カソード）を順次に真空蒸着し、Ａｌ電極を形成することによって、有機発光素子を完成した。

＜実施例４：有機発光素子の製造例＞
リチウムキノレート５０重量部とＢｅｂｑ２５０重量部とを真空共蒸着し、ＥＴＬ２を形成したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施し、有機発光素子を完成した。

＜比較例１：有機発光素子の製造例＞
電子輸送層の形成時、Ｂｅｂｑ２を利用したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施し、有機発光素子を完成した。

前記実施例１及び比較例１によって製造された有機発光素子の電流密度による電力効率を調べ、その結果を図３及び図４に示した。

本発明の有機発光素子は、例えば、表示装置関連の技術分野に効果的に適用可能である。

本発明の具現例による有機発光素子の構造を簡略に示した断面図である。本発明の具現例による有機発光素子の構造を簡略に示した断面図である。本発明の具現例による有機発光素子の構造を簡略に示した断面図である。本発明の他の具現例による有機発光素子の層のＨＯＭＯレベル及びＬＵＭＯレベルの差を概略的に図示したエネルギーバンドダイヤグラムである。本発明の一具現例及び従来の有機発光素子の輝度による効率特性（Ｉｍ／Ｗ）を測定したグラフである。本発明の一具現例及び従来の有機発光素子の輝度による発光効率（ｃｄ／Ａ）を測定したグラフである。

Claims

第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置した発光層と、前記第１電極と前記発光層との間に位置した正孔注入層と、前記発光層と前記第２電極との間に位置した電子輸送層とを備える有機発光素子であって、前記正孔注入層は、Ｍｏ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＢからなる群から選択された元素、及びＯ、Ｆ、Ｓ、Ｃｌ、Ｓｅ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された元素からなる第１化合物及び正孔注入物質を含み、前記電子輸送層は、電子輸送物質と第２化合物とを含み、前記第２化合物は、リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_３）、バリウム酸化物（ＢａＯ）、またはボロン酸化物（Ｂ_２Ｏ_３）であることを特徴とする有機発光素子。
前記正孔注入物質は、銅フタロシアニン、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（３−メチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン、ビス（４−カルバゾリルフェニル）シラン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）またはポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニル−１，４−フェニレンジアミン（ＰＦＢ）からなる群から選択された一つであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記第１化合物及び前記正孔注入物質の混合比が１：１ないし３：１であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記第１化合物として表示される化合物は、モリブデン酸化物、マグネシウムフッ化物、セシウムフッ化物、ホウ素酸化物からなる群から選択された一つであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記第１化合物及び正孔注入物質を含む正孔注入層を第１正孔注入層として備え、また第１正孔注入層以外に他の第２正孔注入層をさらに備え、前記第２正孔注入層は、第２正孔注入物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記第２正孔注入物質は、銅フタロシアニン、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（３−メチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン、ビス（４−カルバゾリルフェニル）シラン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）またはポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニル−１，４−フェニレンジアミン（ＰＦＢ）からなる群から選択された一つ以上を含むことを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
前記第１化合物及び前記正孔注入物質を含む第１正孔注入層と前記第２正孔注入層との厚さの比が１：９９ないし１：９であることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
前記第２化合物の含有量が電子輸送物質１００重量部を基準として、３０ないし７０重量部であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記電子輸送物質が電子移動度が電場８００〜１，０００（Ｖ／ｃｍ）^１／２で１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記電子輸送物質が下記化学式で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナートベリリウム（Ｂｅｂｑ２）からなることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子：
前記第２化合物及び電子輸送物質を含む電子輸送層を第１電子輸送層として含み、また前記第１電子輸送層以外に他の第２電子輸送層をさらに備え、前記第２電子輸送層は、第２電子輸送物質を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記第２電子輸送物質が電子移動度が電場８００〜１，０００（Ｖ／ｃｍ）^１／２で１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の有機発光素子。
前記第２電子輸送物質が電場８００〜１，０００（Ｖ／ｃｍ）^１／２で１０^−４ないし１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓの電子移動度を有することを特徴とする請求項１１に記載の有機発光素子。
前記第１電子輸送層と前記第２電子輸送層との厚さ比は、１：１ないし１：２であることを特徴とする請求項１１に記載の有機発光素子。
前記素子が正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層及び電子注入層からなる群から選択された１以上の層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記素子が第１電極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／第２電極、第１電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／第１電子輸送層／第２電子輸送層／電子注入層／第２電極、または第１電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層１／電子輸送層２／電子注入層／第２電極の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。