JP2020094049A - 遅延蛍光化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置 - Google Patents

遅延蛍光化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 蛍光物質の量子効率を向上する。【解決手段】 有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置は、トリアジンである電子受容体部分と、縮合異種環を有するインドール誘導体である電子供与体部分とを含む遅延蛍光化合物、該遅延蛍光化合物を含む。【選択図】図2

Description

本発明は、発光物質に関するものであって、さらに具体的には、高い発光効率を有する遅延蛍光化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置に関する。
最近、表示装置が大型化するに伴い、スペース占有の少ない平面表示素子に対する要求が増大している。このような平面表示素子のうちの1つであって、有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode;OLED)に関する技術が急速に発展している。
有機発光ダイオードは、電子注入電極(陰極)と正孔注入電極(陽極)との間に形成された発光物質層に、陰極および陽極から、電子および正孔が注入されると、電子と正孔が一対となった後、消滅しながら光を出す素子である。プラスチックのようなフレキシブルな透明基板上にも素子を形成することができる上に、低電圧駆動(10V以下)が可能であり、また、電力消耗が割と少なくて色感がいいというメリットがある。
陽極および陰極からの正孔と電子は発光物質層で結合し、励起子を形成して不安定なエネルギー状態へ励起し、また安定なエネルギー状態へ戻る際に光を放出する。
蛍光物質は発光物質層の発光物質として主に用いられる。しかしながら、蛍光物質は一重項励起子のみが発光に寄与するため、発光効率(量子効率)が低い。
特開2016−094418
本発明は、蛍光物質の低い量子効率の問題を解決することを目的とする。
上記のような課題を解決するため、本発明は、下記の化学式1で表され、化学式1中、RないしRは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、CないしC20のアルキル基、CないしC30のアリール基から選択され、XとYは、それぞれ独立して、NR、CR、O、S、SiR1011から選択されるが、XとYのうち、少なくとも一方はNRであり、R、R、R、R10、R11は、それぞれ独立して、水素、CないしC20のアルキル基、CないしC20のアルコキシ基、CないしC30のアリール基、CないしC30のヘテロアリール基、CないしC20のアミン基から選択される、遅延蛍光化合物を提供する。
前記遅延蛍光化合物は、下記の化合物のうち、いずれか1つであることを特徴とする。
他の観点から、本発明は、第1電極と、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間に位置する第1発光物質層とを備え、前記第1発光物質層は、前述した遅延蛍光化合物を含む有機発光ダイオードを提供する。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記遅延蛍光化合物は、第1ドーパントとして用いられ、前記第1発光物質層は、第1ホストをさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第1ホストの最高被占軌道レベル(HOMOHost)と前記第1ドーパントの最高被占軌道レベル(HOMODopant)との差(│HOMOHost−HOMODopant│)、または前記第1ホストの最低空軌道レベル(LUMOHost)と前記第1ドーパントの最低空軌道レベル(LUMODopant)との差(│LUMOHost−LUMODopant│)は、0.5eV以下であることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第1ホストは、下記の化合物から選択されることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、前記第1発光物質層が第2ドーパントをさらに含み、前記第1ドーパントの一重項エネルギーが第2ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第1ドーパントの三重項エネルギーは第1ホストの三重項エネルギーより小さく、前記第2ドーパントの三重項エネルギーより大きいことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、第2ホストと第1蛍光ドーパントとを含み、前記第1電極と前記第1発光物質層との間に位置する第2発光物質層をさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、前記第1電極と前記第2発光物質層との間に位置する電子遮断層をさらに含み、前記第2ホストは、前記電子遮断層の物質と同じであることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、第3ホストと第2蛍光ドーパントとを含み、前記第1発光物質層と前記第2電極との間に位置する第3発光物質層をさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、前記第2電極と前記第3発光物質層との間に位置する正孔遮断層をさらに含み、前記第3ホストは、前記正孔遮断層の物質と同じであることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第1ドーパントの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントおよび前記第2蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第1ホストの一重項エネルギーと三重項エネルギーのそれぞれは、前記第1ドーパントの一重項エネルギーと三重項エネルギーより大きく、前記第2ホストの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きくて、前記第3ホストの一重項エネルギーは、前記第2蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第1ドーパントの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第1ホストの一重項エネルギーと三重項エネルギーのそれぞれは、前記第1ドーパントの一重項エネルギーと三重項エネルギーより大きく、前記第2ホストの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする。
また、別の観点から、本発明は、基板と、前記基板の上に位置する前述した有機発光ダイオードとを備える有機発光表示装置を提供する。
本発明に係る遅延蛍光化合物は、トリアジンである電子受容体部分(moiety)と、縮合異種環を有するインドール誘導体である電子供与体部分とを含み、遅延蛍光特性により、高い発光効率を有する。すなわち、本発明に係る遅延蛍光化合物では、三重項状態の励起子を発光に利用するため、発光効率が向上する。
したがって、本発明に係る遅延蛍光化合物を含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置の発光効率が向上し、高品質な映像を具現化することができる。
本発明に係る有機発光表示装置の概略的な断面図である。 本発明の第1実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。 本発明の実施例に係る遅延蛍光化合物の発光メカニズムを説明するための図面である。 本発明の第2実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。 本発明の第3実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。
以下、図面を参照し、本発明に係る好適な実施例について説明する。図1は、本発明に係る有機発光表示装置の概略的な断面図である。図1に示すように、有機発光表示装置100は、基板110上に位置する薄膜トランジスタTrと、薄膜トランジスタTrに接続される有機発光ダイオードDとを備える。
基板110は、ガラス基板あってもよく、プラスチック基板であってもよい。例えば、基板110は、ポリイミドからなり得る。
基板110上にはバッファー層120が形成され、バッファー層120上に薄膜トランジスタTrが形成される。バッファー層120は省略してもよい。
バッファー層120の上部に半導体層122が形成される。半導体層122は、酸化物半導体物質からなってもよく、多結晶シリコンからなってもよい。
半導体層122が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層122の下部には遮光パターン(不図示)を形成できる。遮光パターンは、半導体層122へ光が入射することを防止し、半導体層122が光によって劣化することを防止する。これとは異なって、半導体層122は多結晶シリコンから形成できるが、この場合、半導体層122の両端部に不純物をドープすることもある。
半導体層122の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜124が形成される。ゲート絶縁膜124は、酸化シリコン、または窒化シリコンのような無機絶縁物質から形成できる。
ゲート絶縁膜124の上部には、金属のような導電性物質からなるゲート電極130が半導体層122の中央に対応して形成される。
図1において、ゲート絶縁膜124は、基板110の全面に形成されているが、ゲート絶縁膜124は、ゲート電極130と同じ形にパターニングしてもよい。
ゲート電極130の上部には、絶縁物質からなる層間絶縁膜132が形成される。層間絶縁膜132は、酸化シリコンや窒化シリコンのような無機絶縁物質で形成してもよく、ベンゾシクロブテンやフォトアクリルのような有機絶縁物質で形成してもよい。
層間絶縁膜132は、半導体層122の両側を露出する第1および第2コンタクトホール134、136を有する。第1および第2コンタクトホール134、136は、ゲート電極130の両側に、ゲート電極130と離隔して位置する。
ここで、第1および第2コンタクトホール134、136は、ゲート絶縁膜124内にも形成される。これとは異なって、ゲート絶縁膜124がゲート電極130と同じ形にパターニングされる場合、第1および第2コンタクトホール134、136は、層間絶縁膜132内にのみ形成されてもよい。
層間絶縁膜132の上部には、金属のような導電性物質からなるソース電極140とドレイン電極142が形成される。
ソース電極140とドレイン電極142は、ゲート電極130を中心に離隔して位置し、それぞれ第1および第2コンタクトホール134、136を介して、半導体層122の両側に接触する。
半導体層122、ゲート電極130、ソース電極140、およびドレイン電極142は、薄膜トランジスタTrを構成し、薄膜トランジスタTrは、駆動素子として働く。
薄膜トランジスタTrは、半導体層122の上部にゲート電極130、ソース電極140およびドレイン電極142が位置するコプラナ構造を有する。
これとは異なって、薄膜トランジスタTrは、半導体層の下部にゲート電極が位置し、半導体層の上部にソース電極とドレイン電極が位置する逆スタッガード(Inverted staggered)構造を有することができる。この場合、半導体層は、非晶質シリコンからなってもよい。
図面に示していないが、ゲート配線とデータ配線とが互いに交差して画素領域を定義し、ゲート配線とデータ配線に接続されるスイッチング素子がさらに形成される。スイッチング素子は、駆動素子である薄膜トランジスタTrに接続される。
また、パワー配線がゲート配線またはデータ配線と平行に離隔して形成され、1フレームの間に、駆動素子である薄膜トランジスタTrのゲート電極の電圧を一定に維持するためのストレージキャパシタがさらに構成されてもよい。
薄膜トランジスタTrのドレイン電極142を露出するドレインコンタクトホール152を有する保護層150が、薄膜トランジスタTrを覆って形成される。
保護層150上には、ドレインコンタクトホール152を介して薄膜トランジスタTrのドレイン電極142に接続される第1電極160が、画素領域毎に分離して形成される。第1電極160は、アノードであり得る。また、仕事関数値が比較的に大きい導電性物質からなり得る。例えば、第1電極160は、酸化インジウムスズ(ITO)、または酸化インジウム酸化亜鉛(IZO)のような透明導電性物質からなり得る。
一方、本発明の有機発光表示装置100がトップエミッションタイプである場合、第1電極160の下部には反射電極、または反射層をさらに形成できる。例えば、反射電極、または反射層は、アルミニウム・パラジウム・銅(Aluminum−Paladium−Copper:APC)合金からなり得る。
また、保護層150上には、第1電極160の端部を覆うバンク層166が形成される。バンク層166は、画素領域に対応し、第1電極160の中央を露出する。
第1電極160上には、有機発光層162が形成される。有機発光層162は、本発明の遅延蛍光化合物を含む。後述するように、本発明の遅延蛍光化合物は、トリアジンである電子受容体部分と、縮合異種環を有するインドール誘導体である電子供与体部分とを含み、高い発光効率を有する。
有機発光層162は、発光物質からなる発光物質層の単層構造であり得る。また、発光効率を高めるため、有機発光層162は、多層構造であってもよい。
有機発光層162の形成された基板110の上部に、第2電極164が形成される。第2電極164は、表示領域の全面に位置し、仕事関数値が比較的に小さい導電性物質からなり、カソードとして用いることができる。例えば、第2電極164は、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム・マグネシウム合金(AlMg)のうち、いずれか1つからなり得る。
第1電極160、有機発光層162および第2電極164は、有機発光ダイオードDを構成する。
第2電極164上には、外部の水分が有機発光ダイオードDへ浸透することを防ぐため、封止フィルム170(Encapsulation Film)が形成される。封止フィルム170は、第1無機絶縁層172と、有機絶縁層174と、第2無機絶縁層176の積層構造を有することができるが、これに限定されない。また、封止フィルム170は省略することができる。
また、封止フィルム170の上部には、外部光の反射を減らすための偏光板(不図示)を取り付けることができる。例えば、偏光板は円形偏光板であってもよく、省略してもよい。
また、封止フィルム170、または偏光板の上部にカバーウィンドウ(不図示)を取り付けることができる。このとき、基板およびカバーウィンドウがフレキシブルな特性を有するので、フレキシブルな表示装置を構成できる。
図2は、本発明の第1実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。図2に示すように、本発明の第1実施例に係る有機発光ダイオードDは、互いに対向する第1電極160および第2電極164と、これら両電極間に位置する有機発光層162とを備え、有機発光層162は、第1電極160と第2電極164との間に位置する発光物質層240と、第1電極160と発光物質層240との間に位置する正孔輸送層220(Hole Transporting Layer)と、第2電極164と発光物質層240との間に位置する電子輸送層260(Electron Transporting Layer)とを含むことができる。
また、有機発光層162は、第1電極160と正孔輸送層220との間に位置する正孔注入層210(Hole Injection Layer)と、第2電極164と電子輸送層260との間に位置する電子注入層270(Electron Injection Layer)とをさらに含むことができる。
また、有機発光層162は、正孔輸送層220と発光物質層240との間に位置する電子遮断層230(Electron Blocking Layer)と、発光物質層240と電子輸送層260との間に位置する正孔遮断層250(Hole Blocking Layer)とをさらに含むことができる。
このとき、有機発光層162、例えば、発光物質層240は、本発明の遅延蛍光化合物をドーパントとして含む。
本発明の遅延蛍光化合物は、トリアジンである電子受容体部分と、縮合異種環を有するインドール誘導体である電子供与体部分とを含む。本発明の遅延蛍光化合物は、下記の化学式1で表される。
化学式1中、RないしRは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、CないしC20のアルキル基、CないしC30のアリール基から選択され、XとYは、それぞれ独立して、NR、CR、O、S、SiR1011から選択されるが、XとYのうち、少なくとも一方はNRであり、R、R、R、R10、R11は、それぞれ独立して、水素、CないしC20のアルキル基、CないしC20のアルコキシ基、CないしC30のアリール基、CないしC30のヘテロアリール基、CないしC20のアミン基から選択される。
例えば、RとRは、それぞれ独立して、CないしC30のアリール基であり、RないしRのうち、少なくとも1つはシアノ基であり得る。また、Rは、CないしC30のアリール基であり、RないしR11は、それぞれ独立して、CないしC20のアルキル基であり得る。
かかる遅延蛍光化合物において、電子供与体部分と電子受容体部分が分子内で結合し、最高被占軌道(HOMO)と最低空軌道(LUMO)の重なりが減少することで、電荷移動錯体が形成されて発光効率が向上する。すなわち、本発明の遅延蛍光化合物では、三重項状態の励起子が発光に利用されるため、発光効率が向上する。
特に、本発明においては、電子受容体部分と電子供与体部分がフェニレンリンカーのパラ位に結合し、少なくとも1つのシアノ基がフェニレンリンカーに置換されることで、高効率な緑色の遅延蛍光化合物が提供される。
本発明の実施例に係る遅延蛍光化合物の発光メカニズムを説明するための図面である図3を参照すると、本発明の遅延蛍光化合物では、一重項励起子だけでなく三重項励起子も発光に寄与するため、量子効率が向上する。
すなわち、本発明の遅延蛍光化合物では、三重項励起子が熱によって活性化され、三重項励起子と一重項励起子が中間状態(intermediate state、I)へ移動し、基底状態(ground state、S)へ落ちる際に発光することになる。言い換えると、一重項状態(S)と三重項状態(T)から中間状態(I)へ遷移が起こり(S→I←T)、一重項励起子と三重項励起子が共に発光に寄与するため、発光効率が向上する。
従来、蛍光物質では、HOMOとLUMOが分子全体に広がっているため、一重項状態と三重項状態の相互変換が不可能である(選択則)。
しかしながら、本発明のような遅延蛍光化合物では、分子内のHOMOとLUMOの重なりが少ないため、HOMOとLUMOの間における相互作用が小さい。したがって、電子のスピン状態の変化が他の電子に影響を与えなくなり、選択則に従わない新しい電荷移動バンドが形成される。
また、電子受容体部分と電子供与体部分が分子内で分離されるので、分子内の双極子モーメントが分極した状態で存在する。双極子モーメントが分極した状態では、HOMOとLUMOの間における相互作用が小さくなり、選択則に従わない可能性がある。そのため、本発明の遅延蛍光化合物では、三重項状態(T)と一重項状態(S)から中間状態(I)へ遷移が可能となり、三重項励起子が発光に寄与するようになる。
有機発光ダイオードが駆動すると、熱により、25%の一重項状態(S)の励起子と75%の三重項状態(T)の励起子が、中間状態(I)へと系間遷移を起こし、基底状態(S)へ落ちる際に発光が起こるので、内部量子効率は、理論上100%となる。
例えば、化学式1の遅延蛍光化合物は、下記の化学式2の化合物のうち、いずれか1つであり得る。
<合成例>
1.化合物1−1の合成
(1)化合物A−2
1000mlの二口フラスコに、化合物A−1(30.0g、88.70mmol)、アニリン(9.09g、97.58mmol)、Pd(dba)(0.81g、0.89mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン(0.18g、0.89mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(12.79g、133.06mmol)を入れ、トルエン(500ml)に懸濁させた後、12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で抽出し、有機層を減圧蒸留した後、シリカゲルカラムで化合物A−2(25.0g、歩留まり:80.43%)を得た。
(2)化合物A−3
500mlの二口フラスコに、化合物A‐2(20.0g、57.14mmol)、Pd(OAc)(0.64g、2.86mmol)を入れ、酢酸(200ml)に懸濁させた後、12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で抽出し、有機層を減圧蒸留した後、シリカゲルカラムで化合物A‐3(15.10g、歩留まり:75.85%)を得た。
(3)化合物1−1
250mlの二口フラスコに、化合物A−3(5.0g、14.35mmol)、2−(4−ブロモフェニル)−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(6.69g、17.22mmol)、Pd(dba)(0.39g、0.43mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン(0.09g、0.43mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(4.14g、43.05mmol)を入れ、トルエン(200ml)に懸濁させた後、12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で抽出し、有機層を減圧蒸留した後、シリカゲルカラムで化合物1−1(4.00g、歩留まり:42.50%)を得た。
2.化合物1−2の合成
(1)化合物B−1
500mlの二口フラスコに、2−クロロ−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(2.00g、7.47mmol)、2−フルオロ−5−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)ベンゾニトリル(2.77g、11.21mmol)、KCO(5.16g、37.35mmol)、Pd(PPh(0.26g、0.22mmol)を入れ、トルエンとエタノールと水の混合溶液(体積比=3:1:1、250ml)で溶かした。その後、12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタン(MC)とヘキサン(体積比=3:7)を用いたカラムで化合物B−1(2.10g、歩留まり:79.78%)を得た。
(2)化合物1−2
250mlの二口フラスコに、化合物A−3(2.18g、6.24mmol)を入れ、ジメチルホルムアミド(DMF、50ml)に溶かした後、NaH(55%、0.5g、11.35mmol)を入れた。30分間攪拌した後、化合物B−1(2.0g、5.68mmol)を入れて12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で抽出し、有機層を減圧蒸留した後、シリカゲルカラムで化合物1−2(2.9g、歩留まり:73.75%)を得た。
3.化合物1−6の合成
250mlの二口フラスコに、化合物A−3(2.03g、5.83mmol)を入れ、DMF(50ml)に溶かした後、NaH(55%、0.46g、10.60mmol)を入れた。30分間攪拌した後、トリアジン化合物(2.0g、5.30mmol)を入れて12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で抽出し、有機層を減圧蒸留した後、シリカゲルカラムで化合物1−6(2.5g、歩留まり:68.09%)を得た。
4.化合物2−2の合成
250mlの二口フラスコに、化合物C−1(2.28g、6.24mmol)を入れ、DMF(50ml)に溶かした後、NaH(55%、0.50g、11.35mmol)を入れた。30分間攪拌した後、化合物B−1(2.0g、5.68mmol)を入れて12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で抽出し、有機層を減圧蒸留した後、シリカゲルカラムで化合物2−2(2.4g、歩留まり:62.94%)を得た。
5.化合物3−2の合成
250mlの二口フラスコに、化合物D−1(2.34g、6.24mmol)を入れ、DMF(50ml)に溶かした後、NaH(55%、0.50g、11.35mmol)を入れた。30分間攪拌した後、化合物B−1(2.0g、5.68mmol)を入れて12時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で抽出し、有機層を減圧蒸留した後、シリカゲルカラムで化合物3−2(2.8g、歩留まり:72.35%)を得た。
図2を参照すると、発光物質層240は、ホストをさらに含むことができる。発光物質層240において、ホストは約50%ないし99%の重量比を有し、本発明の遅延蛍光化合物であるドーパントは、約1%ないし50%の重量比を有し得る。例えば、ホストは約60%ないし80%の重量比を有し、ドーパントは約20%ないし40%の重量比を有し得る。
ホストの最高被占軌道レベル(HOMOHost)とドーパントの最高被占軌道レベル(HOMODopant)との差(│HOMOHost−HOMODopant│)、またはホストの最低空軌道レベル(LUMOHost)とドーパントの最低空軌道レベル(LUMODopant)との差(│LUMOHost−LUMODopant│)は、0.5eV以下となるようにする。その結果、ホストからドーパントへの電荷移動効率が向上する。
このとき、ドーパントの三重項エネルギーがホストの三重項エネルギーより小さく、ドーパントの一重項エネルギーと三重項エネルギーの差(ΔEST)は0.3eV以下であることを特徴とする。ΔESTが小さい程、発光効率が増加し、本発明の遅延蛍光化合物では、ドーパントの一重項エネルギーと三重項エネルギーの差(ΔEST)が比較的に大きな、約0.3eVとなっても、電界により、一重項状態(S)の励起子と三重項状態(T)の励起子が、中間状態(I)へ遷移できる(ΔEST≦0.3)。
例えば、かかる条件を満たすホストとして、下記の化学式3のうち、いずれか1つを用いることができる。
また、発光物質層240は、本発明の遅延蛍光化合物を第1ドーパントとして含み、ホストおよび第2ドーパントをさらに含むことができる。発光物質層240において、第1ドーパントと第2ドーパントは、併せて約1%ないし50%の重量比を有し得る。例えば、第2ドーパントは、蛍光物質であり得る。
発光物質層240が、ホストと、第1および第2ドーパントとを含むことで、第1ドーパントによって発光効率が向上し、第2ドーパントによって色純度が向上する。すなわち、発光効率の高い第1ドーパントで三重項励起子が一重項励起子に変換した後、半値幅の狭い第2ドーパントへ励起子が伝達され、第2ドーパントで発光が起こることにより、発光効率および色純度が向上する。
このとき、第1ドーパントの一重項エネルギーは、第2ドーパントの一重項エネルギーより大きい。また、本発明の遅延蛍光化合物である第1ドーパントの三重項エネルギーは、ホストの三重項エネルギーより小さく、第2ドーパントの三重項エネルギーより大きい。
前述したように、本発明の遅延蛍光化合物では、一重項状態の励起子と三重項状態の励起子が、外部環境、例えば有機発光ダイオードの駆動時に生成された電場によって活性化され、一重項状態の励起子と三重項状態の励起子が発光に寄与し、その結果、発光効率が向上する。
したがって、本発明の遅延蛍光化合物を含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置の発光効率が向上し、高品質の映像を具現化することができる。
<有機発光ダイオードの製作>
陽極(ITO)上に、正孔注入層(HATCN、化学式4、7nm)、正孔輸送層(NPB、化学式5、55nm)、電子遮断層(m−CBP、化学式6、10nm)、発光物質層(35nm)、正孔遮断層(B3PYMPM、化学式7、10nm)、電子輸送層(TPBi、化学式8、20nm)、電子注入層(LiF)、陰極(Al)を順次積層した。
(1)比較例1
ホストに化学式3の化合物H−1(70重量%)を用いて、ドーパントに化学式9の化合物(30重量%)を用いて発光物質層を形成した。
(2)比較例2
ホストに化学式3の化合物H−1(70重量%)を用いて、ドーパントに化学式10の化合物(30重量%)を用いて発光物質層を形成した。
(3)実験例1
ホストに化学式3の化合物H−1(70重量%)を用いて、ドーパントに化学式2の化合物1−1(30重量%)を用いて発光物質層を形成した。
(4)実験例2
ホストに化学式3の化合物H−1(70重量%)を用いて、ドーパントに化学式2の化合物1−2(30重量%)を用いて発光物質層を形成した。
(5)実験例3
ホストに化学式3の化合物H−1(70重量%)を用いて、ドーパントに化学式2の化合物1−6(30重量%)を用いて発光物質層を形成した。
(6)実験例4
ホストに化学式3の化合物H−1(70重量%)を用いて、ドーパントに化学式2の化合物2−2(30重量%)を用いて発光物質層を形成した。
(7)実験例5
ホストに化学式3の化合物H−1(70重量%)を用いて、ドーパントに化学式2の化合物3−2(30重量%)を用いて発光物質層を形成した。
比較例1および比較例2、実験例1ないし実験例5で製作された有機発光ダイオードの特性(電圧(V)、電流効率(cd/A)、電力効率(1m/W)、外部量子効率(EQE)、最大発光波長(ELλmax)、色座標)を測定し、表1に記載した。
表1で分かるように、比較例1および比較例2の有機発光ダイオードに比べ、本発明の遅延蛍光化合物を用いた実験例1ないし実験例4の有機発光ダイオードが、高い発光効率を有する。
特に、フェニレンリンカーにシアノ基が置換されることにより、発光効率が大きく向上したことが確認できた。
図4は、本発明の第2実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。図4に示すように、本発明の第2実施例に係る有機発光ダイオードDは、互いに対向する第1電極160および第2電極164と、これら両電極間に位置する有機発光層162とを備え、有機発光層162は、第1電極160と第2電極164との間に位置し、第1層342および第2層344を含む発光物質層340と、第1電極160と発光物質層340との間に位置する正孔輸送層320と、第2電極164と発光物質層340との間に位置する電子輸送層360とを含むことができる。
また、有機発光層162は、第1電極160と正孔輸送層320との間に位置する正孔注入層310と、第2電極164と電子輸送層360との間に位置する電子注入層370とをさらに含むことができる。
また、有機発光層162は、正孔輸送層320と発光物質層340との間に位置する電子遮断層330と、発光物質層340と電子輸送層360との間に位置する正孔遮断層350とをさらに含むことができる。
発光物質層340において、第1層342と第2層344のうち、いずれか一方は、本発明の遅延蛍光化合物をドーパントとして含み、第1層342と第2層344のうち、いずれか他方は、蛍光化合物をドーパントとして含む。遅延蛍光化合物の一重項エネルギーは、蛍光化合物の一重項エネルギーより大きい。
以下、第1層342が遅延蛍光化合物を含み、第2層344が蛍光化合物を含む場合について説明する。
かかる有機発光ダイオードDでは、遅延蛍光化合物の一重項エネルギーと三重項エネルギーが蛍光化合物へ伝達され、蛍光化合物で発光が起こるので、有機発光ダイオードDの量子効率が増加し、半値幅が狭くなる。
すなわち、遅延蛍光特性を持つ遅延蛍光化合物は、高い量子効率を有するものの、半値幅が広いため、色純度が悪く、蛍光化合物は、半値幅が狭いため、色純度の面でメリットがあるが、三重項励起子が発光に寄与できないため、量子効率が低い。
しかしながら、発光物質層340が、遅延蛍光発光物質である本発明の遅延蛍光化合物を含む第1層342と、蛍光化合物を含む第2層344とを含む場合、発光効率および色純度、両方の面でメリットを有するようになる。
すなわち、遅延蛍光化合物において、逆系間交差により、遅延蛍光化合物の三重項エネルギーが遅延蛍光化合物の一重項エネルギーに変換され、遅延蛍光化合物の一重項エネルギーが蛍光化合物の一重項エネルギーへ伝達される。このとき、遅延蛍光化合物は、三重項エネルギーと一重項エネルギーとの差が0.3eVより小さい。それにより、遅延蛍光化合物の三重項エネルギーが遅延蛍光化合物の一重項エネルギーへ変換される逆系間交差(Reverse Inter System Crossing;RISC)が起こる。
したがって、遅延蛍光化合物は、エネルギーを蛍光化合物へ伝達する役割を持つだけであって、遅延蛍光化合物を含む第1層342は発光に寄与せず、蛍光化合物を含む第2層344で発光が起こる。
すなわち、逆系間交差によって遅延蛍光化合物の三重項エネルギーが遅延蛍光化合物の一重項エネルギーへ変換され、遅延蛍光化合物の一重項エネルギーは蛍光化合物の一重項エネルギーより大きく、遅延蛍光化合物の一重項エネルギーを蛍光化合物の一重項エネルギーへ伝達するので、蛍光化合物は、一重項エネルギーと三重項エネルギーを共に利用して発光する。その結果、有機発光ダイオードDの量子効率(発光効率)は向上する。
言い換えると、本発明に係る有機発光ダイオードDおよびそれを備える有機発光表示装置(図2の100)は、量子効率および半値幅、両方の面でメリットを有する。
また、第1層342と第2層344のそれぞれは、第1ホストおよび第2ホストをさらに含むことができる。第1ホストと第2ホストは、同じであってもよく、異なってもよい。例えば、第1ホストと第2ホストのそれぞれは、化学式3から選択できる。これとは異なって、第1ホストは化学式3から選択し、第2ホストは公知のホストを用いることもできる。
このとき、第1層342と第2層344のそれぞれにおいて、第1ホストおよび第2ホストは、遅延蛍光化合物および蛍光化合物より大きい重量比を有し得る。また、第1層342における遅延蛍光化合物の重量比は、第2層344における蛍光化合物の重量比より大きくてもよい。それにより、遅延蛍光化合物から蛍光化合物へのエネルギーの伝達が十分に行われ得る。
このとき、第1ホストの一重項エネルギーは、遅延蛍光化合物(第1ドーパント)の一重項エネルギーより大きく、第1ホストの三重項エネルギーは、遅延蛍光化合物の三重項エネルギーより大きい。また、第2ホストの一重項エネルギーは、蛍光化合物(第2ドーパント)の一重項エネルギーより大きい。
かかる条件を満たさないと、第1および第2ドーパントで消光したり、ホストからドーパントへエネルギーが伝達しないため、有機発光ダイオードDの量子効率が低下し得る。
例えば、蛍光化合物と共に第2層344を構成する第2ホストは、正孔遮断層350の物質と同一物質であり得る。このとき、第2層344は、発光機能と共に正孔遮断機能を有する。すなわち、第2層344は、正孔遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、正孔遮断層350は省略してもよく、この場合、第2層344が発光物質層および正孔遮断層として働く。
また、第1層342が蛍光化合物を含み、第2層344が遅延蛍光化合物を含む場合、第1層342の第1ホストは、電子遮断層330の物質と同一物質であり得る。このとき、第1層342は、発光機能と共に電子遮断機能を有する。すなわち、第1層342は、電子遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、電子遮断層330は省略してもよく、この場合、第1層342が発光物質層および電子遮断層として働く。
図5は、本発明の第3実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。図5に示すように、本発明の第3実施例に係る有機発光ダイオードDは、互いに対向する第1電極160および第2電極164と、これら両電極間に位置する有機発光層162とを備え、有機発光層162は、第1電極160と第2電極164との間に位置し、第1ないし第3層442、444、446を含む発光物質層440と、第1電極160と発光物質層440との間に位置する正孔輸送層420と、第2電極164と発光物質層440との間に位置する電子輸送層460とを含むことができる。
また、有機発光層162は、第1電極160と正孔輸送層420との間に位置する正孔注入層410と、第2電極164と電子輸送層460との間に位置する電子注入層470とをさらに含むことができる。
また、有機発光層162は、正孔輸送層420と発光物質層440との間に位置する電子遮断層430と、発光物質層440と電子輸送層460との間に位置する正孔遮断層450とをさらに含むことができる。
発光物質層440において、第1層442は、第2層444と第3層446との間に位置する。すなわち、第2層444は、電子遮断層430と第1層442との間に位置し、第3層446は、第1層442と正孔遮断層450との間に位置する。
第1層442は、本発明の遅延蛍光化合物をドーパントとして含み、第2層444と第3層446のそれぞれは、蛍光化合物をドーパントとして含む。第2層444と第3層446の蛍光化合物は、同じであってもよく、異なってもよい。遅延蛍光化合物の一重項エネルギーは、蛍光化合物の一重項エネルギーより大きい。
かかる有機発光ダイオードDでは、第1層442の遅延蛍光化合物の一重項エネルギーと三重項エネルギーが、第2層444と第3層446の蛍光化合物へ伝達され、蛍光化合物で発光が起こるので、有機発光ダイオードDの量子効率が増加し、半値幅が狭くなる。
また、第1ないし第3層442、444、446のそれぞれは、第1ないし第3ホストをさらに含むことができる。第1ないし第3ホストは、同じであってもよく、異なってもよい。例えば、第1ないし第3ホストのそれぞれは、化学式3から選択することができる。これとは異なって、第1ホストは化学式3から選択し、第2および第3ホストのそれぞれは、公知のホストを用いることもできる。
このとき、第1ないし第3層442、444、446のそれぞれにおいて、第1ないし第3ホストは、遅延蛍光化合物および蛍光化合物より大きい重量比を有することができる。また、第1層442における遅延蛍光化合物の重量比は、第2層444および第3層446における蛍光化合物の重量比より大きくてもよい。
このとき、第1ホストの一重項エネルギーは、遅延蛍光化合物(第1ドーパント)の一重項エネルギーより大きく、第1ホストの三重項エネルギーは、遅延蛍光化合物の三重項エネルギーより大きい。また、第2ホストの一重項エネルギーは、第2層444内の蛍光化合物(第2ドーパント)の一重項エネルギーより大きくて、第3ホストの一重項エネルギーは、第3層446内の蛍光化合物(第3ドーパント)の一重項エネルギーより大きい。
例えば、第2層444を構成する第2ホストは、電子遮断層430の物質と同一物質であり得る。このとき、第2層444は、発光機能と共に電子遮断機能を有する。すなわち、第2層444は、電子遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、電子遮断層430は省略してもよく、この場合、第2層444が発光物質層および電子遮断層として働く。
また、第3層446の第3ホストは、正孔遮断層450の物質と同一物質であり得る。このとき、第3層446は、発光機能と共に正孔遮断機能を有する。すなわち、第3層446は、正孔遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、正孔遮断層450は省略してもよく、この場合、第3層446が発光物質層および正孔遮断層として働く。
さらに、第2層444を構成する第2ホストは、電子遮断層430の物質と同一物質であり、第3層446の第3ホストは、正孔遮断層450の物質と同一物質であり得る。このとき、第2層444は、発光機能と共に電子遮断機能を有し、第3層446は、発光機能と共に正孔遮断機能を有する。すなわち。第2層444と第3層446のそれぞれは、電子遮断のためのバッファー層の機能、正孔遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、電子遮断層430と正孔遮断層450は省略してもよく、この場合、第2層444は発光物質層および電子遮断層として働き、第3層446は発光物質層および正孔遮断層として働く。
以上、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想および領域から逸脱しない範囲において、本発明を種々に修正および変更できることを理解できるであろう。
100…有機発光表示装置、160…第1電極、162…有機発光層、210、310、410…正孔注入層、220、320、420…正孔輸送層、230、330、430…電子遮断層、240、340、440…発光物質層、250、350、450…正孔遮断層、260、360、460…電子輸送層、270、370、470…電子注入層、164…第2電極、D…有機発光ダイオード

Claims (18)

  1. 下記の化学式1で表され、化学式1中、RないしRのそれぞれは、独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、CないしC20のアルキル基、CないしC30のアリール基から選択され、XとYのそれぞれは、独立して、NR、CR、O、S、SiR1011から選択されるが、XとYのうち、少なくとも一方はNRであり、R、R、R、R10、R11のそれぞれは、独立して、水素、CないしC20のアルキル基、CないしC20のアルコキシ基、CないしC30のアリール基、CないしC30のヘテロアリール基、CないしC20のアミン基から選択される、遅延蛍光化合物。
  2. 前記遅延蛍光化合物は、下記の化合物のうち、いずれか1つであることを特徴とする、請求項1に記載の遅延蛍光化合物。
  3. 第1電極と、
    前記第1電極と対向する第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極の間に位置する第1発光物質層とを備え、
    前記第1発光物質層は、請求項1に記載の遅延蛍光化合物を含む有機発光ダイオード。
  4. 前記遅延蛍光化合物は、第1ドーパントとして用いられ、
    前記第1発光物質層は、第1ホストをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の有機発光ダイオード。
  5. 前記第1ホストの最高被占軌道レベル(HOMOHost)と前記第1ドーパントの最高被占軌道レベル(HOMODopant)との差(│HOMOHost−HOMODopant│)、または前記第1ホストの最低空軌道レベル(LUMOHost)と前記第1ドーパントの最低空軌道レベル(LUMODopant)との差(│LUMOHost−LUMODopant│)は、0.5eV以下であることを特徴とする、請求項4に記載の有機発光ダイオード。
  6. 前記第1ホストは、下記の化合物から選択されることを特徴とする、請求項4に記載の有機発光ダイオード。
  7. 前記第1発光物質層は、第2ドーパントをさらに含み、
    前記第1ドーパントの一重項エネルギーは、第2ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする、請求項4に記載の有機発光ダイオード。
  8. 前記第1ドーパントの三重項エネルギーは、前記第1ホストの三重項エネルギーより小さく、前記第2ドーパントの三重項エネルギーより大きいことを特徴とする、請求項7に記載の有機発光ダイオード。
  9. 第2ホストと第1蛍光ドーパントとを含み、前記第1電極と前記第1発光物質層との間に位置する第2発光物質層をさらに含むことを特徴とする、請求項4に記載の有機発光ダイオード。
  10. 前記第1電極と前記第2発光物質層との間に位置する電子遮断層をさらに含み、前記第2ホストは、前記電子遮断層の物質と同じであることを特徴とする、請求項9に記載の有機発光ダイオード。
  11. 第3ホストと第2蛍光ドーパントとを含み、前記第1発光物質層と前記第2電極との間に位置する第3発光物質層をさらに含むことを特徴とする、請求項9に記載の有機発光ダイオード。
  12. 前記第2電極と前記第3発光物質層との間に位置する正孔遮断層をさらに含み、前記第3ホストは、前記正孔遮断層の物質と同じであることを特徴とする、請求項11に記載の有機発光ダイオード。
  13. 前記第1ドーパントの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントおよび前記第2蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする、請求項11に記載の有機発光ダイオード。
  14. 前記第1ホストの一重項エネルギーと三重項エネルギーのそれぞれは、前記第1ドーパントの一重項エネルギーと三重項エネルギーより大きく、
    前記第2ホストの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きく、
    前記第3ホストの一重項エネルギーは、前記第2蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする、請求項11に記載の有機発光ダイオード。
  15. 前記第1ドーパントの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする、請求項9に記載の有機発光ダイオード。
  16. 前記第1ホストの一重項エネルギーと三重項エネルギーのそれぞれは、前記第1ドーパントの一重項エネルギーと三重項エネルギーより大きく、前記第2ホストの一重項エネルギーは、前記第1蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きいことを特徴とする、請求項9に記載の有機発光ダイオード。
  17. 前記遅延蛍光化合物は、下記の化合物のうち、いずれか1つであることを特徴とする、請求項3に記載の有機発光ダイオード。
  18. 基板と、
    前記基板の上に位置する請求項3ないし請求項17のうち、いずれか1項に記載の有機発光ダイオードとを備える有機発光表示装置。
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