JP2021180300A - 有機電界発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】低い駆動電圧、高い発光効率、及び長寿命などを同時に発揮し得る、有機電界発光素子を提供すること。【解決手段】発光層の両側に配置される正孔輸送領域及び電子輸送領域中の一領域に、ＨＯＭＯ／ＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳ）などが所定の範囲に制御された電子−リーク抑制層と正孔−リーク抑制層とを備える有機電界発光素子。【選択図】図１

Description

本発明は、発光層の両側に配置される正孔輸送領域及び電子輸送領域中の一領域に、所定の物性に制御された電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とを備えることで、電子と正孔のリーク（ｌｅａｋａｇｅ）を減少させ、低い駆動電圧、高い発光効率、及び長寿命などの特性が向上した、有機電界発光素子に関するものである。
１９６５年にアントラセン単結晶を用いた青色電気発光に繋がった有機電界発光（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ、「ＥＬ」）素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略する。）に関する研究が行われ、１９８７年にタング（Ｔａｎｇ）により正孔層（ＮＰＢ）と発光層（Ａｌｑ３）とから構成された２層積層構造の有機ＥＬ素子が提案された。その後、有機ＥＬ素子は、商用化のために必要な高効率、長寿命の特性を実現するため、素子内に、正孔の注入及び輸送を担当する有機層、電子の注入及び輸送を担当する有機層、正孔と電子とが結合して電界発光が起こるように誘導する有機層などのように、それぞれ特徴的かつ細分化された機能が付与された多層積層構造の形態が提案された。多層積層構造の導入によって、有機ＥＬ素子の性能が商用化可能な特性に向上し、１９９７年の車載用ラジオプレイヤー製品をはじめとして、携帯用情報表示機器及びテレビ用ディスプレイにまで、その適用範囲が拡大されつつある。
ディスプレイの大型化、高精細化の要求に伴い、有機ＥＬ素子の高効率化、長寿命化の課題が課されている。特に、同じ面積でより多くの画素を形成することで実現される高精細化においては、有機ＥＬ素子の発光面積が減少される結果を招き、寿命が減少してしまい、有機ＥＬ素子が克服すべき最も重要な技術的課題となっている。
有機ＥＬ素子は、両電極に、電流又は電圧を印加すると、陽極からは正孔が有機物層に注入され、陰極からは電子が有機物層に注入される。注入された正孔と電子とが会合して励起子（エキシトン）が形成され、当該励起子が基底状態に戻る際に発光するようになる。なお、有機ＥＬ素子は、形成された励起子の電子スピンの種類によって、一重項励起子が発光に寄与する蛍光ＥＬ素子と、三重項励起子が発光に寄与する燐光ＥＬ素子とに区分され得る。
電子と正孔との再結合によって形成される励起子の電子スピンは、一重項励起子２５％及び三重項励起子７５％の割合で生成される。一重項励起子によって発光される蛍光ＥＬ素子は、生成率によって、理論的に、内部量子効率が２５％を超えることができず、外部量子効率は５％が限界といわれている。三重項励起子によって発光される燐光ＥＬ素子は、Ｉｒ、Ｐｔのような遷移金属重原子（ｈｅａｖｙ ａｔｏｍｓ）が含まれた金属錯体化合物を燐光ドーパントとして使用する場合、蛍光に比べて、最大４倍まで発光効率が向上できる。
上述のように、燐光ＥＬ素子は、理論的な事実に基づいて、発光効率の面で蛍光より高い効率を示すが、緑色と赤色を除いた青色燐光素子においては、紺青色の色純度と、高効率の燐光ドーパント及びこれを満足させ得る、広いエネルギーギャップのホストに関する開発が充分に進んでいない実情であるため、未だ青色燐光素子の商用化に至っておらず、青色蛍光素子が製品に使用されている。
上述のような有機ＥＬ素子の特性を向上させるため、正孔が電子伝達層に拡散されるのを防止し、素子の安定性を高めるための研究結果が報告されている。しかし、満足する結果が得られていない実情である。
本発明は、上述の問題点を解決するために案出されるものであって、ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）、ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）などの所定の物性が特定の範囲に制御された電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とを、当該発光層の両側に隣接して配置することで、高効率、低電圧、及び長寿命の特性を同時に発揮する有機ＥＬ素子を提供することを目的としている。
本発明の他の目的及び利点は、後述の詳細な説明及び請求範囲によって、より明確に説明できるだろう。
上述のような技術的課題を達成するため、本発明は、陽極、正孔輸送領域、発光層、電子輸送領域、及び陰極が順に積層された構造を備え、前記発光層は、ホストを含み、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域とは、それぞれ少なくとも２層を含み、前記正孔輸送領域の少なくとも２層のうち、前記発光層と接する１つの層は、電子−リーク抑制層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｌｅａｋａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ、「Ｅ−ＬＳＬ」）であり、前記電子輸送領域の少なくとも２層のうち、前記発光層と接する１つの層は、正孔−リーク抑制層（Ｈｏｌｅ−Ｌｅａｋａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ、「Ｈ−ＬＳＬ」）であり、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）及び前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）におけるＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ）とＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ）とは、それぞれ下記の（ｉ）及び（ｉｉ）のうちの少なくとも１つ以上の条件を満たす有機電界発光素子を提供する。
（ｉ）ＬＵＭＯの状態密度を基準にして、前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）は、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）と重畳し、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）とは非重畳である
（ｉｉ）ＨＯＭＯの状態密度を基準にして、前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）は、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）と重畳し、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）とは非重畳である
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）及び前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ）は、前記（ｉ）の条件を満たし、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）及び前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ）は、前記（ｉｉ）の条件を満たすことができる。
本発明の一実施例においては、ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）を基準にして、前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）との重畳率は、０％超〜９５％以下であることができる。
本発明の一実施例においては、ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）を基準にして、前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）との重畳率は、０％超〜９５％以下であることができる。
本発明の一実施例においては、ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）の絶対値を基準に、非重畳である前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）中のＬＵＭＯのエネルギー最小値と、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）中のＬＵＭＯのエネルギー最大値との差は、０ｅＶ超〜２ｅＶ以下であることができる。
本発明の一実施例においては、ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）の絶対値を基準に、非重畳である前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）中のＨＯＭＯのエネルギー最大値と、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）中のＨＯＭＯのエネルギー最小値との差は、０ｅＶ超〜２ｅＶ以下であることができる。
本発明の一実施例においては、前記正孔輸送領域は、電子−リーク抑制層、正孔輸送層、及び正孔注入層のうちの少なくとも１つを含むことができる。
本発明の一実施例においては、前記正孔輸送領域は、当該発光層を基準に、電子−リーク抑制層、及び正孔注入層が配置されるか、又は、電子−リーク抑制層、正孔輸送層、及び正孔注入層が配置される構造を有することができる。
本発明の一実施例においては、前記電子輸送領域は、正孔−リーク抑制層、電子輸送層、及び電子注入層のうちの少なくとも１つを含むことができる。
本発明の一実施例においては、前記電子輸送領域は、当該発光層を基準に、正孔−リーク抑制層、及び電子注入層が配置されるか、又は、正孔−リーク抑制層、電子輸送層、及び電子注入層が配置される構造を有することができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＬＵＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＬＵＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＨＯＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＨＯＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができる。
本発明の一実施例においては、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＬＵＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＬＵＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができる。
本発明の一実施例においては、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＨＯＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＨＯＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）との三重項エネルギー（Ｔ１）は、それぞれ１．５ｅＶ以上であることができる。。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）との一重項エネルギー（Ｓ１）は、それぞれ２．０ｅＶ以上であることができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とのＨＯＭＯエネルギーの絶対値の大きさは、それぞれ４．５ｅＶ以上であることができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とのＬＵＭＯエネルギーの絶対値の大きさは、それぞれ１．０ｅＶ以上であることができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とは、それぞれ基底状態（Ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）の結合解離エネルギー（ＢＤＥ）のうち最低のエネルギーレベルが、１．００ｅＶ以上を有することができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とは、それぞれ４００〜４７０ｎｍの青色波長領域において、０．６以上の屈折率（ｎ）を有することができる。
本発明の一実施例においては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）との双極子モーメント（ｄｉｐｏｌｅ ｍｏｍｅｎｔ）は、それぞれ０を超過することができる。
本発明の一実施例においては、前記発光層は、ホストとドーパントとを含み、前記ホストとドーパントとの混合割合は、７０−９９．５：０．５−３０重量比であることができる。
本発明の一実施例においては、前記発光層は、緑色、赤色、及び青色のホストからなる群から選択される１種以上を含むことができる。
本発明の一実施例においては、前記有機電界発光素子は、少なくとも１つの発光層を含む複数の発光層スタックを備えることができる。
本発明の一実施例によれば、ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）、ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）などが所定の範囲に調節された物質を採用し、発光層の両側に隣接して配置することで電子／正孔のリークを抑制し、これにより、低駆動電圧、高効率、及び長寿命の特性を有する有機電界発光素子を提供することが可能となる。
本発明による効果は、上記で例示の内容により制限されることなく、より様々な効果が本明細書中に含まれている。
本発明の一実施例に係る有機電界発光素子の構造を示す断面図である。
本発明の利点及び特性、並びにその達成方法は、添付の図面と共に詳述される実施例から明確になるだろう。なお、本発明は、下記に開示の実施例に限定されず、種々の形態に変更して実施することができ、但し、本実施例は、本発明の完全な開示のために、また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の範疇が完全に理解できるように供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。従って、いくつかの実施例において、周知の工程及びステップ、周知の素子構造、周知の技術については、本発明の誤解釈を回避するため、具体的な説明が省略されている。なお、本明細書中、同じ参照符号は、同じ構成要素を指称する。
特に定義しない限り、本明細書中で用いられる全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。また、一般に用いられる辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り、理想的に又は過度に解釈されない。
本明細書中、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。また、本明細書中、「上に」という時、これは、対象部分の上に又は下に位置する場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合を含む意味であり、必ず重力方向を基準に上方に位置するという意味ではない。また、本明細書中、「第１の」、「第２の」などの用語は、任意の順番又は重要度を示すものではなく、構成要素同士を区分するためのものである。
本明細書中で「状態密度」（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｏｆ Ｓｔａｔｅｓ、「ＤＯＳ」）とは、ＨＯＭＯ、ＬＵＭＯなどの特定のエネルギー準位において占有許容された電子状態の個数と定義され、後述の方法によって、各材料のＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＥ ＤＯＳ）とＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ ＤＯＳ）とをそれぞれ得ることができる。
＜有機電界発光素子＞
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る有機電界発光素子の好適な実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は、種々に変更して実施することができ、本発明の範囲が後述の実施形態に限定されるのではない。
図１は、本発明の一実施例に係る有機電界発光素子１００の構造を概略的に示す断面図である。
図１に示されるように、前記有機電界発光素子１００は、陽極１０、陰極２０、前記陽極１０と陰極２０との間に位置した発光層４０、前記陽極１０と前記発光層４０との間に位置した正孔輸送領域３０、及び前記発光層４０と前記陰極２０との間に位置した電子輸送領域５０を含み、前記正孔輸送領域３０と前記電子輸送領域５０とは、それぞれ少なくとも２層を含むが、前記発光層４０と接する正孔輸送領域３０の一領域に、電子−リーク抑制層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｌｅａｋａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ、「Ｅ−ＬＳＬ」）３３が配置され、前記発光層と接する電子輸送領域５０の一領域に、正孔−リーク抑制層（Ｈｏｌｅ−Ｌｅａｋａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ、「Ｈ−ＬＳＬ」）５３が配置される。
即ち、発光層（例えば、ホスト）に電子／正孔がたまると、隣接した周辺層への電子／正孔の移動や拡散のようなリーク（ｌｅａｋａｇｅ）現象が発生し、素子の効率及び寿命特性に悪影響を与えるようになる。それで、本発明では、発光層の両側に電子／正孔の移動を抑制するブロッキング層として電子−リーク抑制層及び正孔−リーク抑制層を配置し、これらの物性を制御することにより、素子の効率及び寿命の向上を図ることができる。
具体的には、本発明に係る有機ＥＬ素子は、発光層４０を基準に、その両側に、電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とが隣接して配置されるが、前記電子−リーク抑制層３３及び正孔−リーク抑制層５３のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの状態密度（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｏｆ Ｓｔａｔｅｓ、「ＤＯＳ」）と、前記発光層４０に含まれたホスト（Ｈｏｓｔ）材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの状態密度との間の重畳度（例えば、重畳率）を所定の範囲に調節する。これによって、上述のような電子／正孔のリーク現象を極力抑制し、素子の効率及び寿命特性を向上することができ、特に、ＬＵＭＯ状態におけるＤＯＳの方がより重要な要素であり得る。
一具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）及び前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）におけるＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ）とＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ）とは、それぞれ下記の（ｉ）及び（ｉｉ）のうちの少なくとも１つ以上の条件を満たすことができる。
一例としては、（ｉ）ＬＵＭＯの状態密度を基準に、前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）とは、互いに重畳し、前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）とは、非重畳である。
即ち、電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）は、ＬＵＭＯのエネルギー準位に沿って移動される。ＬＵＭＯ−ＤＯＳの観点から、正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とホストとの間のＬＵＭＯの状態密度が互いに重畳する場合、正孔−リーク抑制層５３からホストへの状態密度（ＬＵＭＯ ＤＯＳ）の重なり合いによって速やかな電子伝達効果が奏され、有機電界発光素子の効率増大が図られる。なお、電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３とホストとの間の状態密度（ＬＵＭＯ ＤＯＳ）の重なり合い（重畳）がない場合、発光層に移動した電子が、正孔輸送領域３０、例えば、電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３へ拡散又は移動する現象を抑制し、電子のブロッキング（ｂｌｏｃｋｉｎｇ）効果が奏される。これによって、電子が発光層４０を越えて正孔輸送領域３０に移動する時に発生する、酸化による不可逆的な分解反応及びこれによる有機電界発光素子の寿命低下を防ぎ、長寿命特性を発揮することが可能となる。
他の具体例としては、（ｉｉ）ＨＯＭＯの状態密度を基準に、前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）とは、互いに重畳し、前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）とは、非重畳である。
同様に、正孔（ｈｏｌｅ）は、ＨＯＭＯのエネルギー準位に沿って移動される。ＨＯＭＯ−ＤＯＳの観点から、電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３とホストとの間のＨＯＭＯの状態密度が互いに重畳する場合、電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３からホストへの状態密度（ＨＯＭＯ ＤＯＳ）の重なり合いによって速やかな電子伝達効果が奏され、有機電界発光素子の効率増大が図られる。なお、正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とホストとの間のＨＯＭＯの状態密度の重なり合い（重畳）がない場合、発光層に伝達された正孔が、電子輸送領域５０、例えば、正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３へ拡散又は移動する現象を抑制し、正孔のブロッキング効果が奏される。これによって、電子が発光層４０を越えて正孔輸送領域３０に移動する時に発生する、酸化による不可逆的な分解反応及びこれによる有機電界発光素子の寿命低下を防ぎ、長寿命特性を発揮することが可能となる。
また他の具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３及び正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ）は、前記（ｉ）の条件を満たし、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３及び正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ）は、前記（ｉｉ）の条件を全て満たすことができる。
上述した電子／正孔のリーク防止及びこれによる素子の効率と寿命などのような物性の改善効果は、電子−リーク抑制層３３とホストと、又は、正孔−リーク抑制層５３とホストとの間の状態密度（例えば、ＨＯＭＯ ＤＯＳ、ＬＵＭＯ ＤＯＳ）の重畳率が高くなるほど電子／正孔の移動性の面でより有利になるため、相乗効果（Ｓｙｎｅｒｙ ｅｆｆｅｃｔ）を発揮することが可能となる。このようなホストと、電子−リーク抑制層３３又は正孔−リーク抑制層５３との間の状態密度の重畳率は、特に制限されず、上述の物性改善効果を考慮して適宜調節することができる。
一具体例としては、ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）を基準にして、前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）との重畳率は、０％を超過することができ、具体的に０％超〜９５％以下であり、より具体的には１〜８５％であることができる。
他の具体例としては、ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）を基準にして、前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）との重畳率は、０％を超過することができ、具体的に０％超〜９５％以下であり、より具体的には１〜８５％であることができる。
また、前記ホストと、電子−リーク抑制層３３又は正孔−リーク抑制層５３との状態密度の非重畳率は、特に制限されず、上述の物性改善効果を考慮して適宜調節することができる。
一具体例としては、ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）の絶対値を基準に、非重畳である前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）中のＬＵＭＯのエネルギー最小値と、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）中のＬＵＭＯのエネルギー最大値との差は、０ｅＶ超〜２ｅＶ以下であることができる。
他の具体例としては、ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）の絶対値を基準に、非重畳である前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）中のＨＯＭＯのエネルギー最大値と、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）中のＨＯＭＯのエネルギー最小値との差は、０ｅＶ超〜２ｅＶ以下であることができる。
前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とは、それぞれ１層の単層であるか、又は２層以上の多層構造であることができる。電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とが２層以上の多層構造を有する場合、多層構造中、状態密度（例えば、ＨＯＭＯ ＤＯＳ、ＬＵＭＯ ＤＯＳ）などが調節された１つの電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３及び／又は正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３が発光層４０と直接接するように配置されることが好ましい。
本発明に係る電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３及び正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３は、上述のように状態密度（ＤＯＳ）の重畳を調節することで、電子／正孔のリーク防止及び電子／正孔の移動性増大効果と共に、低駆動電圧と高効率の効果を発揮するため、後述する物性のうちの少なくとも１つをさらに満たすことができる。
一具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３との一重項エネルギー（Ｓ１ＥＣＬ）は、それぞれ２．０ｅＶ以上であることができ、具体的に２．０〜４．５ｅＶ、より具体的には２．０〜４．０ｅＶであることができる。これによって、一重項励起子（エキシトン）の隣接した界面及び／又は他層への拡散、又は界面で発光が起こる現象を阻止し、一重項励起子を効率よく束縛するようになる。従って、励起子の量が増大し、有機電界発光素子の発光効率を改善することが可能となる。これは、結果的に、有機電界発光素子のスペクトルの混色が防止でき、安定性が向上され、有機電界発光素子の効率及び寿命を向上させることができる。
他の具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３との三重項エネルギー（Ｔ１ＥＣＬ）は、それぞれ１．５ｅＶ以上であることができ、具体的に１．５〜４．５ｅＶ、より具体的には１．５〜４．０ｅＶであることができる。これによって、励起子の他層への移動が防止されるため、有機電界発光素子の効率が有意に上昇するという効果が図られる。
他の具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とのＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）の絶対値の大きさは、それぞれ４．５ｅＶ以上であることができ、具体的に４．５〜７．０ｅＶ、より具体的には４．５〜６．５ｅＶであることができる。このようなＨＯＭＯのエネルギー値を有する場合、発光層４０に伝達された正孔が、他の電子輸送領域、例えば、電子輸送層５３へ拡散又は越える現象を阻止することが可能となる。これによって、発光層４０の内部で正孔と電子とが会合する再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）確率が高くなって、有機電界発光素子の発光効率をより向上させることができる。また、正孔が発光層４０を越えて電子輸送層５０へ拡散又は移動する場合に発生する酸化による不可逆的な分解反応及びこれによる有機電界発光素子の寿命低下を解決することで、素子の寿命特性が改善される。
他の具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とのＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）の絶対値の大きさは、それぞれ１．０ｅＶ以上であることができ、具体的に１．０〜３．５ｅＶ、より具体的には１．０〜３．０ｅＶであることができる。また、効率よく高効率を発生させるため、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とのバンドギャップエネルギーの大きさは、２．５ｅＶ以上であることができ、具体的に２．５〜４．５ｅＶであることができる。
他の具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とは、それぞれ基底状態（Ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）の結合解離エネルギー（Ｂｏｎｄ Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ、「ＢＤＥ」）のうち最低のエネルギーレベルが、１．００ｅＶ以上であることができ、具体的に１．０〜６．０ｅＶ、より具体的に１．５〜６．０ｅＶであることができる。なお、結合解離エネルギー（ＢＤＥ）とは、特定の化学結合を切る時に必要なエネルギーであると解釈され得る。一般に、結合解離エネルギー（ＢＤＥ）は、結合が強くなるほど分子の安定性との関連性が高くなるため、寿命に影響を及ぼす要素として作用することもある。
他の具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３のＬＵＭＯのエネルギー準位と、前記発光層４０に含まれたホストのＬＵＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＬＵＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができ、具体的に０〜２．０ｅＶであることができる。
他の具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３のＨＯＭＯのエネルギー準位と、前記発光層４０に含まれたホストのＨＯＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＨＯＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができ、具体的に０〜２．０ｅＶであることができる。
他の具体例としては、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＬＵＭＯのエネルギー準位と、前記発光層４０に含まれたホストのＬＵＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＬＵＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができ、具体的に０〜２．０ｅＶであることができる。
他の具体例としては、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＨＯＭＯのエネルギー準位と、前記発光層４０に含まれたホストのＨＯＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＨＯＭＯ）は、２．０ｅＶ以下であることができ、具体的に０〜２．０ｅＶであることができる。
一例として、本発明に係る正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＬＵＭＯ／ＨＯＭＯのエネルギー準位は、隣接した２つの有機物層、例えば、発光層４０と他の電子輸送領域５０のとの間に存在するように調節することができる。例えば、 正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３のＨＯＭＯのエネルギー準位は、発光層４０のＨＯＭＯのエネルギー準位より深く、隣接した電子輸送領域の他層５１、５２のＨＯＭＯのエネルギー準位と同等もしくは浅くなることが可能である。
他の一例として、本発明に係る電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３のＬＵＭＯ／ＨＯＭＯのエネルギー準位は、隣接した２つの有機物層、例えば、発光層４０と他の正孔輸送領域３０のとの間に存在するように調節することができる。例えば、 電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）５３のＬＵＭＯのエネルギー準位は、発光層４０のＬＵＭＯのエネルギー準位より深く、隣接した正孔輸送領域の他層３１、３２のＨＯＭＯのエネルギー準位と同等もしくは浅くなることが可能である。
上述のように、正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３及び／又は電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３のＨＯＭＯ／ＬＵＭＯのエネルギー準位を満たす場合、発光層４０を中心に隣接して配置された有機物層、例えば、正孔輸送領域３３と電子輸送領域５０とのＨＯＭＯ／ＬＵＭＯのエネルギー準位が階段状に配列され得る。これによって、陽極１０を介して伝達される正孔と、陰極２０を介して伝達される電子とが、有機物層（Ａ）の階段状配列に沿って発光層４０へより円滑に伝達され、励起子の形成増加及び素子の効率増大を図ることが可能である。
他の具体例としては、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３の電子親和力（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｆｆｉｎｉｔｙ、「ＥＡ」）は、少なくとも０．５ｅＶ以上であることができ、具体的に０．５〜３．０ｅＶであることができる。上述のような電子親和力を有すると、高い電子注入効率が得られる。
他の具体例としては、前記発光層４０が蛍光性青色発光材料を含む青色発光層である場合、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とは、それぞれ４００〜４７０ｎｍの青色波長の領域において、少なくとも０．６以上の屈折率（ｎ）を有することができ、具体的に０．６〜３．５であることができる。
なお、陽極１０から注入された正孔の数と、陰極２０から注入された電子の数との差によって電子と正孔とのバランスが取れないと、再結合によって、励起子を形成していない電子又は正孔は、発光層４０にたまるようになる。前記発光層４０にたまった電子又は正孔によって、発光層４０において円滑な酸化と還元がなされなくなり、又は、隣接する層に影響を与えて有機電界発光素子の寿命が低減される。これに対して、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３とは、それぞれ常温で少なくとも１×１０−８ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度（μ）を有することで、陽極１０から注入された正孔の数のわりに電子の注入が遅くなるのを防止し、発光層４０への電子注入が円滑に行われるため、発光層４０において励起子の形成効率が高くなって有機電界発光素子の寿命を改善することが可能となる。
以下、上述のような電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３及び／又は正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３を備える本発明の一実施例に係る有機電界発光素子１００の構成を詳述する。
＜陽極＞
本発明に係る有機電界発光素子１００において、陽極１０は、正孔を有機物層（Ａ）に注入する役割を果たす。
前記陽極１０をなす物質としては、特に限定されず、当該分野で周知のものを使用することができる。例えば、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金などの金属；これらの合金；亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの金属酸化物；ＺｎＯ：Ａｌ、ＳｎＯ２：Ｓｂなどの金属と酸化物との組み合わせ；ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］（ＰＥＤＴ）、ポリピロール、ポリアニリンなどの伝導性高分子；及び、カーボンブラックなどが挙げられるが、これらに制限されない。
前記陽極１０の製造方法は、特に限定されず、当該分野で周知の常法により製造することができる。例えば、シリコンウェハ、石英、ガラス板、金属板、又はプラスチックフィルムからなる基板上に陽極物質をコーティングする方法が挙げられる。
＜陰極＞
本発明に係る有機電界発光素子１００において、陰極２０は、電子を有機物層（Ａ）に注入する役割を果たす。
前記陰極２０をなす物質としては、特に限定されず、当該分野で周知のものを使用することができる。例えば、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、リチウム、ガドリウム、アルミニウム、銀、錫、鉛などの金属及びこれらの合金；及び、ＬｉＦ／Ａｌ、ＬｉＯ２／Ａｌなどの多層構造物質が挙げられる。
なお、前記陰極２０の製造方法は、特に限定されず、当該分野で周知の常法により製造することができる。
＜有機物層＞
本発明に係る有機電界発光素子に含まれる有機物層（Ａ）としては、従来、有機ＥＬ素子の有機物層として使用される通常の構成を制限なく採用することができ、例えば、正孔輸送領域３０、発光層４０、電子輸送領域５０からなる群から選択される１種以上を含むことができる。なお、有機電界発光素子の特性を考慮して、上述の有機物層を全て含むことが好ましい。
＜正孔輸送領域＞
本発明の有機物層（Ａ）に含まれる正孔輸送領域３０は、陽極１０から注入された正孔を発光層４０へ移動させる役割を果たす。
このような正孔輸送領域３０は、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と、正孔注入層３１及び正孔輸送層３０のうちの少なくとも１つとを含む２層以上であることができる。
前記正孔輸送領域３０は、当該発光層を基準に、電子−リーク抑制層３３、及び正孔注入層３１が配置されるか、又は、電子−リーク抑制層３３、正孔輸送層３２、及び正孔注入層３１が配置される構造を有することができる。有機電界発光素子の特性を考慮して、電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３、正孔注入層３１、正孔輸送層３２を全て含むことが好ましい。
本発明に係る電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３は、上述の状態密度（例えば、ＨＯＭＯ ＤＯＳ、ＬＵＭＯ ＤＯＳ）の重畳パラメータ及び当該数値を満たせば、電子−リーク抑制層３３を構成する化合物の詳細な構成、例えば、当該化合物に含まれるモイエティの種類（例えば、ＥＤＧ基、ＥＷＧ基）及びその結合位置、リンカーの導入位置など及びその組成などに特に制限されない。
一具体例としては、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３の材料として使用可能な化合物は、下記化１で示すことができる。
Figure 2021180300
 式中、
Ｌ１〜Ｌ３は、互いに同一もしくは異なり、それぞれ独立に、単結合、又はＣ４〜Ｃ６０のアリーレン基及びＣ４〜Ｃ６０のヘテロアリーレン基からなる群から選択され、
Ａｒ１〜Ａｒ３は、互いに同一もしくは異なり、それぞれ独立に、水素、重水素、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルキニル基、Ｃ３〜Ｃ４０のシクロアルキル基、核原子数３〜４０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリール基、核原子数５〜６０のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールオキシ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルシリル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールシリル基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィンオキシド基、及びＣ６〜Ｃ６０のアリールアミン基からなる群から選択され、
前記Ｌ１〜Ｌ３の、アリーレン基、ヘテロアリーレン基； 及び、前記Ａｒ１〜Ａｒ３の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、アルキルオキシ基、シクロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリールアミン基、アルキルシリル基、アルキルボロン基、アリールボロン基、アリールホスフィン基、アリールホスフィンオキシド基、アリールアミン基は、 ぞれぞれ独立に、水素、重水素（Ｄ）、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルキニル基、Ｃ３〜Ｃ４０のシクロアルキル基、核原子数３〜４０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリール基、核原子数５〜６０のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールオキシ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルシリル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールシリル基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィンオキシド基、及びＣ６〜Ｃ６０のアリールアミン基からなる群から選択される１種以上の置換基で置換可能であり、この時、前記置換基が複数である場合、これらは互いに同一もしくは異なることができる。
上述のような本発明の電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３の材料として使用可能な化合物は、下記で例示の化合物により具体化され得る。しかし、本発明に係る電子−リーク抑制層３３を構成する化合物は、下記で例示するものによって限定されない。特に、状態密度（例えば、ＨＯＭＯ ＤＯＳ、ＬＵＭＯ ＤＯＳ）の重畳などの物性を満たせば、化合物に含まれたモイエティの種類（例えば、ＥＤＧ基、ＥＷＧ基）及びその結合位置、リンカーの導入位置は、特に制限されず、その化学構造が種々に変形された化合物も本発明の範疇に含まれる。
本発明に係る電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３は、当該技術分野で周知のように、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、インクジェット印刷法、レーザー印刷法、レーザー熱転写法（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、「ＬＩＴＩ」）などにより形成することができるが、これらに限定されない。
本発明に係る正孔輸送領域３０において、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）３３と共に使用される正孔注入層３１及び／又は正孔輸送層３２の材料としては、正孔注入障壁が低く移動度が高いものであれば特に限定されず、当該分野で使用される正孔注入層／輸送層の材料を制限なく使用することができる。なお、正孔注入層３１と正孔輸送層３２をなす物質は、互いに同一もしくは異なることができる。
前記正孔注入物質は、当該分野で公知の正孔注入物質を制限なく使用することができる。使用可能な正孔注入物質としては、例えば、銅フタロシアニン（ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）などのフタロシアニン化合物；ＤＮＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス−［４−（フェニル−ｍ−トリル−アミノ）−フェニル］−ビフェニル−４，４’−ジアミン）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）、ＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン）、２ＴＮＡＴＡ（４，４’，４”−トリス｛Ｎ，−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ｝−トリフェニルアミン）、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）、ＰＡＮＩ／ＤＢＳＡ（ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸）、ＰＡＮＩ／ＣＳＡ（ポリアニリン／カンファースルホン酸）、ＰＡＮＩ／ＰＳＳ（ポリアニリン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）などが挙げられるが、これらに制限されない。これらは、それぞれ単独で使用、又は２種以上を混合して使用することができる。
また、前記正孔輸送物質としては、当該分野で公知の正孔輸送物質を制限なく使用することができる。使用可能な正孔輸送物質としては、例えば、フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなどのカルバゾール系誘導体、フルオレン系誘導体、ＴＰＤ（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）、ＴＣＴＡ（４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン）などのようなトリフェニルアミン系誘導体、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン）、ＴＡＰＣ（４，４’−シクロヘキシリデンビス［Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）ベンゼンアミン］などが挙げられるが、これらに制限されない。これらは、単独で使用、又は２種以上を混用することができる。
前記正孔輸送領域３０は、当該分野で周知の常法により製造することができる。例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、インクジェット印刷法、レーザー印刷法、レーザー熱転写法（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、ＬＩＴＩ）などが挙げられるが、これらに限定されない。
＜発光層＞
本発明の有機物層（Ａ）に含まれる発光層４０は、正孔と電子が会合して励起子（エキシトン）が形成される層であって、発光層４０をなす物質によって有機電界発光素子が出す光の色が変化され得る。
このような発光層４０は、ホストとドーパントとを含むが、その混合割合は、当該分野で公知の範囲内で適宜調節することができる。例えば、発光層４０は、当該発光層４０の全重量を基準に、７０〜９９．９重量部のホストと、０．１〜３０重量部のドーパントとを含むことができる。より具体的に、前記発光層４０が青色蛍光、緑色蛍光、又は赤色蛍光である場合、８０〜９９．９重量部のホストと、０．１〜２０重量部のドーパントとを含むことができる。また、前記発光層４０が青色蛍光、緑色蛍光、又は赤色燐光である場合、７０〜９９重量部のホストと、１〜３０重量部のドーパントとを含むことができる。
本発明の発光層４０に含まれるホストは、当該分野で公知のものであれば特に限定されず、例えば、アルカリ金属錯化合物；アルカリ土類金属錯化合物；又は、縮合芳香族環誘導体などが挙げられるが、これらに制限されない。
より具体的に、ホスト材料としては、有機電界発光素子の発光効率及び寿命を高め得る、アルミニウム錯化合物、ベリリウム錯化合物、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、トリフェニレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、又はこれらの１種以上の組み合わせを使用することが好ましい。
また、本発明の発光層４０に含まれるドーパントは、当該分野で公知のものであれば特に限定されず、例えば、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、アリールアミン誘導体、イリジウム（Ｉｒ）、又は白金（Ｐｔ）を含む金属錯体化合物などが挙げられるが、これらに制限されない。
前記ドーパントは、赤色ドーパント、緑色ドーパント、及び青色ドーパントに分類され得るが、当該分野で公知の赤色ドーパント、緑色ドーパント、及び青色ドーパントは、特に制限なく使用することができる。
具体的に、赤色ドーパントとしては、例えば、ＰｔＯＥＰ（Ｐｔ（ＩＩ）オクタエチルポルフィン：Ｐｔ（ＩＩ）ｏｃｔａｅｔｈｙｌｐｏｒｐｈｉｎｅ）、Ｉｒ（ｐｉｑ）３（トリス（２−フェニルイソキノリン）イリジウム：ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ）、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）（ビス（２−（２’−ベンゾチエニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’）イリジウム（アセチルアセトネート）：ｂｉｓ（２−（２’−ｂｅｎｚｏｔｈｉｅｎｙｌ）−ｐｙｒｉｄｉｎａｔｏ−Ｎ，Ｃ３’）ｉｒｉｄｉｕｍ（ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ））、又はこれらの２種以上の混合物などが挙がられるが、これらに制限されない。
また、緑色ドーパントとしては、例えば、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム：ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ）、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）（ビス（２−フェニルピリジン）（アセチルアセトナト）イリジウム（ＩＩＩ）：ｂｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）（ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｏ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ））、Ｉｒ（ｍｐｐｙ）３（トリス（２−（４−トリル）フェニルピリジン）イリジウム：ｔｒｉｓ（２−（４−ｔｏｌｙｌ）ｐｈｅｎｙｌｐｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ）、Ｃ５４５Ｔ（１０−（２−ベンゾチアゾリル）−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ベンゾピラノ［６，７，８−ｉｊ］−キノリジン−１１−オン：１０−（２−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｙｌ）−１，１，７，７−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ｂｅｎｎｚｏｐｙｒａｎｏ［６，７，８−ｉｊ］−ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−１１−ｏｎｅ）、又はこれらの２種以上の混合物が挙げられるが、これらに制限されない。
また、青色ドーパントとしては、例えば、Ｆ２Ｉｒｐｉｃ（ビス［３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル］（ピコリナト）イリジウム（ＩＩＩ）：Ｂｉｓ［３，５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ−２−（２−ｐｙｒｉｄｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ］（ｐｉｃｏｌｉｎａｔｏ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ））、（Ｆ２ｐｐｙ）２Ｉｒ（ｔｍｄ）、Ｉｒ（ｄｆｐｐｚ）３、ＤＰＶＢｉ（４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルエテン−１−イル）ビフェニル：４，４’−ｂｉｓ（２，２’−ｄｉｐｈｅｎｙｌｅｔｈｅｎ−１−ｙｌ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ）、ＤＰＡＶＢｉ（４，４’−ビス（４−ジフェニルアミノ）スチリル）ビフェニル：４，４’−Ｂｉｓ［４−（ｄｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｓｔｙｒｙｌ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ）、ＴＢＰｅ（２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン：２，５，８，１１−ｔｅｔｒａ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ ｐｅｒｙｌｅｎｅ）、又はこれらの２種以上の混合物などが挙げられるが、これらに制限されない。
本発明に係る発光層４０は、赤色燐光材料を含む赤色発光層、緑色燐光材料を含む緑色発光層、又は、青色燐光材料もしくは青色蛍光材料を含む赤色発光層であることができる。好ましくは、青色蛍光材料を含む発光層であることができる。
前記発光層４０は、１種の物質からなる単層、互いに異なる複数の物質からなる単層、又は、各層が互いに異なる物質からなる２層以上の複数層から構成され得る。ここで、発光層４０が複数層である場合、有機電界発光素子は、様々な色の光を出すことができる。具体的に、本発明は、異種材料からなる発光層を直列に複数個備え、混合色を呈する有機電界発光素子を提供することができる。また、複数個の発光層を含む場合、素子の駆動電圧は大きくなる反面、有機電界発光素子内の電流値が一定になって発光層数分だけ発光効率が向上した有機電界発光素子を提供することができる。
図示していないが、前記有機電界発光素子１００は、少なくとも１つの発光層を含む複数の発光スタック（図示せず）を備えることもできる。
このような発光スタックに含まれた複数の発光層は、互いに異なる色の光を発光する発光層であるか、又は、同じ色の光を発光する発光層であることができる。即ち、発光層を構成する物質によって発光色が変化され得る。例えば、複数の発光スタックは、青色、緑色、赤色、黄色、白色などを発光する物質を含むことができ、燐光又は蛍光の物質を用いて形成することができる。この時、各発光層が出す色は、互いに補色の関係にあることができる。その他、白色を発光し得る色の組み合わせとして色相を選択することができる。このような各発光層は、選択された色相に対応する燐光ドーパント又は蛍光ドーパントをそれぞれ含むことができる。
図示していないが、前記有機電界発光素子１００は、複数の発光スタックのうち隣接したスタックの間に配置され、これらを連結する電荷発生層（図示せず）をさらに含むことができる。
電荷発生層（ＣＧＬ）とは、複数個の発光スタックを備える有機電界発光素子において、両電極（例えば、陽極、陰極）と直接接触せずに隣接して配置される発光スタック同士を分離する層を意味する。このような電荷発生層は、互いに隣接した２つの発光スタックの間に配置され、一側の発光スタックに対しては電子を生成してカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）としての役割を果たし、他側の発光スタックに対しては正孔を生成してアノード（ａｎｏｄｅ）としての役割を果たす。このような電荷発生層としては、当該分野で公知の電荷発生層（Ｃｈａｒｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙａｒ、「ＣＧＬ」）材料として使用される物質を制限なく使用することができる。また、電荷発生層用途の物質に当該分野で公知のｎ型物質及び／又はｐ型物質を用いて、ドーピングして形成することもできる。
＜電子輸送領域＞
本発明に係る有機電界発光素子１００において、有機物層（Ａ）に含まれる電子輸送領域５０は、陰極２０から注入された電子を発光層４０へ移動させる役割を果たす。
このような電子輸送領域５０は、正孔−リーク抑制層５３と、電子輸送層５２及び電子注入層５１のうちの少なくとも１つとを含む２層以上であることができ、必要に応じて、電子輸送補助層（図示せず）をさらに含むことができる。
前記電子輸送領域５０は、当該発光層を基準に、正孔−リーク抑制層５３、及び電子注入層５１が配置されるか、又は、正孔−リーク抑制層５３、電子輸送層５２、及び電子注入層５１が配置される構造を有することができる。有機電界発光素子の特性を考慮して、正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３、電子注入層５１、及び電子輸送層５２を全て含むことが好ましい。
本発明に係る正孔−リーク抑制層５３は、上述の状態密度（例えば、ＨＯＭＯ ＤＯＳ、ＬＵＭＯ ＤＯＳ）の重畳パラメータ及び当該数値を満たせば、正孔−リーク抑制層５３を構成する化合物の詳細な構成、例えば、当該化合物に含まれたモイエティの種類（例えば、ＥＤＧ基、ＥＷＧ基）及びその結合位置、リンカーの導入位置など及びその組成などに特に制限されない。
一具体例としては、前記正孔−リーク抑制層５３の材料として含まれる化合物は、当該分野で公知の、電子吸収性の大きな電子求引性基（ＥＷＧ）特性を有するモイエティが少なくとも１つ以上結合された化合物であることができ、例えば、電子吸収性の大きな電子求引性基（ＥＷＧ）特性を有するモイエティと、電子供与性の大きな電子供与性基（ＥＤＧ）特性を有するモイエティとを同時に含む双極性（バイポーラ）化合物であることができる。
より具体的に、前記正孔−リーク抑制層５３を構成する化合物（材料）としては、下記化２で示される６員のモイエティ、下記化３で示される５員のモイエティ、及び前記６員のモイエティと５員のモイエティとが縮合した多環のモイエティのうち少なくとも１つの電子求引性基（ＥＷＧ）のモイエティを含むことができる。
Figure 2021180300
Figure 2021180300
 式中、
Ｘ１〜Ｘ６及びＹ１〜Ｙ５は、互いに同一もしくは異なり、それぞれ独立に、Ｎ又はＣ（Ｒ）であり、但し、前記Ｘ１〜Ｘ６及びＹ１〜Ｙ５のうちの少なくとも１つはＮであり、
前記Ｃ（Ｒ）が複数個である場合、複数のＲは、互いに同一もしくは異なり、それぞれ独立に、水素、重水素、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルキニル基、Ｃ３〜Ｃ４０のシクロアルキル基、核原子数３〜４０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリール基、核原子数５〜６０のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールオキシ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルシリル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールシリル基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィンオキシド基、及びＣ６〜Ｃ６０のアリールアミン基からなる群から選択されるか、又は、これらは、隣接した基と結合して縮合環を形成することができ、
前記Ｒの、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、アルキルオキシ基、シクロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリールアミン基、アルキルシリル基、アルキルボロン基、アリールボロン基、アリールホスフィン基、アリールホスフィンオキシド基、及びアリールアミン基は、それぞれ独立に、水素、重水素（Ｄ）、ハロゲン、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０のアルキニル基、Ｃ３〜Ｃ４０のシクロアルキル基、核原子数３〜４０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリール基、核原子数５〜６０のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールオキシ基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルシリル基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールシリル基、Ｃ１〜Ｃ４０のアルキルボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールボロン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィン基、Ｃ６〜Ｃ６０のアリールホスフィンオキシド基、及びＣ６〜Ｃ６０のアリールアミン基からなる群から選択される１種以上の置換基で置換可能であり、この時、前記置換基が複数である場合、これらは、互いに同一もしくは異なることができる。
前記正孔−リーク抑制層５３を構成する化合物（材料）としては、少なくとも１つの窒素（Ｎ）を含有する含窒素ヘテロ芳香族環、即ち、電子求引性基（ＥＷＧ）を１つ以上含むことで、優れた電子特性を示すようになる。これによって、前記化２で示される６員のモイエティ、前記化３で示される５員のモイエティ、又は、これらが縮合した多環のモイエティを有する化合物を正孔−リーク抑制層５３の材料として適用する場合は、陰極２０から電子を良く収容でき、発光層４０への電子伝達が円滑に行われるため、素子１００の駆動電圧を下げ、高効率及び長寿命を得ることが可能となる。
なお、前記正孔−リーク抑制層５３の材料は、高い三重項エネルギーを有するだけでなく、母核に導入される種々の置換体の種類及び導入位置の調節を行うことで、化合物の分子量が有意に増大し、向上したガラス転移温度と高い熱的安定性を有することが可能となる。また、有機物層の結晶化の抑制にも効果的であるため、これを含む有機電界発光素子１００は、耐久性及び寿命特性が大きく向上し得る。
本発明の一実施例によれば、前記正孔−リーク抑制層５３を構成する化合物が含む電子求引性基（ＥＷＧ）のモイエティは、次の構造式群から選択されるいずれか１つに具体化され得るが、これらに制限されない。
Figure 2021180300
 式中、
＊は、正孔−リーク抑制層を構成する化合物との結合手である。
前記構造式において具体的に示されていないが、当該分野で公知の置換基（例えば、Ｒの定義部と同じ）が少なくとも１つ以上置換可能である。なお、前記構造式において正孔−リーク抑制層５３を構成する化合物との結合手（＊）が１つだけ示されているが、２つが含まれる場合も、本発明の範疇に属する。
本発明に係る一実施例では、正孔−リーク抑制層５３を構成する化合物は、前記電子求引性基（ＥＷＧ）とは相違し、前記電子求引性基（ＥＷＧ）に比べて電子供与性の高い、当該分野で公知の電子供与性基（ＥＤＧ）のモイエティを少なくとも１つ含むことができる。
上述のような本発明の正孔−リーク抑制層５３の材料として使用可能な化合物は、後述の例示化合物に具体化され得る。しかし、本発明に係る正孔−リーク抑制層５３を構成する化合物は、下記に例示の化合物に限定されるのではない。特に、状態密度（ＤＳ）重畳率などの物性を満たせば、化合物に含まれるモイエティの種類（例えば、ＥＤＧ基、ＥＷＧ基）及びその結合位置、リンカーの導入位置は、特に制限されず、その化学構造が様々に変形された化合物も、本発明の範疇に属する。
本発明に係る正孔−リーク抑制層５３は、当該分野で周知のように、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、インクジェット印刷法、レーザー印刷法、レーザー熱転写法（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、「ＬＩＴＩ」）などにより形成することができるが、これらに限定されない。
本発明に係る電子輸送領域５０において、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）５３と共に使用される電子輸送層５２及び／又は電子注入層５１の材料としては、電子注入が容易でかつ電子移動度が高いものであれば特に限定されず、当該分野で周知の電子注入層／電子輸送層の物質を制限なく使用可能である。なお、電子輸送層５２及び電子注入層５３をなす物質は、互いに同一もしくは異なることができる。
使用可能な電子注入物質としては、例えば、アントラセン誘導体、ヘテロ芳香族化合物、アルカリ金属錯化合物などが挙げられるが、これらに制限されない。具体的に、ＬｉＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ；Ｙｂなどのようなランタン族金属；又は、ＲｂＣｌ、ＲｂＩなどのようなハロゲン化金属などが挙げられるが、これらは、単独で使用、又は２種以上を混合して使用することができる。
また、電子輸送層５２としては、当該分野で公知の電子輸送特性を有するものを制限なく使用することができる。例えば、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体（例えば、ＢＣＰ）、含窒素ヘテロ環誘導体などを含むことができる。
本発明に係る電子輸送領域５０、具体的に電子注入層５２と電子輸送層５２とは、それぞれ陰極からの電子注入が容易に行われるように、ｎ型ドーパントと共蒸着されたものを使用することもできる。なお、ｎ型ドーパントとしては、当該分野で公知のアルカリ金属錯化合物を制限なく使用することができ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土金属、又は希土類金属などが挙げられる。
前記電子輸送領域５０は、当該分野で周知の常法に従って製造することができる。例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、インクジェット印刷法、レーザー印刷法、レーザー熱転写法（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、「ＬＩＴＩ」）などが挙げられるが、これらに限定されない。
＜発光補助層＞
選択的に、本発明の有機発光素子１００は、前記正孔輸送領域３０と発光層４０との間に配置された発光補助層（図示せず）をさらに含むことができる。
発光補助層は、正孔輸送領域３０から移動される正孔を発光層４０へ輸送する役割を果たすと共に、有機物層（Ａ）の厚さを調節する役割を果たす。このような発光補助層は、高いＬＵＭＯ値を有するため、電子が正孔輸送層３２へ移動するのを防止し、高い三重項エネルギーを有するため、発光層４０の励起子が正孔輸送層３２へ拡散するのを防止する。
このような発光補助層は、正孔輸送物質を含むことができ、正孔輸送領域と同じ物質で製造することができる。また、赤色、緑色、及び青色有機発光素子の発光補助層は、互いに同じ材料で製造することができる。
発光補助層材料としては、特に制限されないが、例えば、カルバゾール誘導体、又はアリールアミン誘導体などが挙げられる。使用可能な発光補助層としては、例えば、ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン）、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン）、ｓ−ＴＡＤ、ＭＴＤＡＴＡ（４，４，’４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン）などが挙げられるが、これらに制限されない。なお、これらは、単独で使用、又は２種以上を混合して使用することができる。また、前記発光補助層は、上記のものの他に、ｐ型ドーパントを含むことができる。前記ｐ型ドーパントとしては、当該分野で公知のｐ型ドーパントを使用することができる。
＜キャッピング層＞
選択的に、本発明の有機電界発光素子１００は、上述の陰極２０上に配置されるキャッピング層（図示せず）をさらに含むことができる。前記キャッピング層は、有機発光素子を保護すると共に、有機物層から発生する光が効率的に外部に放出されるように助ける働きをする。
前記キャッピング層としては、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）、ＺｎＳｅ、２，５−ビス（６’−（２’，２”−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシロール、４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、１，１’−ビス（ジ−４−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）からなる群から選択される少なくとも１つを含むことができる。このようなキャッピング層の形成材料は、有機発光素子の他層の材料に比べて低価格である。
このようなキャッピング層は、単層であることもできるが、互いに異なる屈折率を有する２つ以上の層を含み、前記２つ以上の層を通過しながら屈折率が次第に変化されるようにすることができる。
前記キャッピング層は、当該分野で周知の常法に従って製造することができ、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、又はＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法などのような種々の方法を用いることができる。
上述のような構成を含む本発明の有機発光素子は、当該分野で周知の常法により製造することができる。例えば、基板上に陽極物質を真空蒸着した後、前記陽極上に、正孔輸送領域物質、発光層物質、電子輸送領域物質、及び陰極物質の材料を順に真空蒸着することで、有機発光素子を製造することができる。
なお、図１においては、発光層４０を基準に、その両側に正孔輸送領域３０と電子輸送領域５０とがそれぞれ配置されるが、前記正孔輸送領域３０に、電子−リーク抑制層３３、正孔輸送層３２、及び正孔注入層３１が配置され、前記電子輸送領域５０に、正孔−リーク抑制層５３、電子輸送層５２、及び電子注入層５１が配置される構造が例示的に示されている。しかし、本発明は、上述の構成に限定されず、種々に変更することができる。例えば、電子−リーク抑制層３３と１つの層３１（又は３２）とから構成された正孔輸送領域３０、発光層４０、及び前記３つの層５３、５２、５１から構成された電子輸送領域５０を含む構造、又は、前記３つの層３３、３２、３１から構成された正孔輸送領域３０、発光層４０、及び正孔−リーク抑制層５３と１つの層５１（又は５２）とから構成された電子輸送領域５０を含む構造、又は、電子−リーク抑制層３３と１つの層３１（又は３２）とから構成された正孔輸送領域３０、発光層４０、及び正孔−リーク抑制層５３と１つの層５１（又は５２）とから構成された電子輸送領域５０を含む構造も、やはり本発明の範疇に属する。
本発明に係る有機電界発光素子１００は、陽極１０、有機物層（Ａ）、及び陰極２０が順に積層された構造を有するが、陽極１０と有機物層（Ａ）との間、又は陰極２０と有機物層（Ａ）との間に、絶縁層又は接着層をさらに含むこともできる。このような本発明の有機電界発光素子は、電圧、電流、又はこれら両方を印加する場合、最大発光効率を維持しながら、初期明るさの半減時間（Ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ）が増加されるため、優れた寿命特性を有することが可能である。
以下、本発明の実施例を挙げて詳述するが、後述の実施例は、本発明の例示に過ぎず、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
［準備例］
本発明に係る化合物を下記の通り準備し、これらの物性を当該分野で周知の常法によりそれぞれ測定し、下記表１に示す。
本発明において使用される各材料のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯ、一重項（Ｓ１）及び三重項（Ｔ１）のエネルギーなどについては、シュレーディンガーソフトウェア（Ｓｃｈｒoｄｉｎｇｅｒ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅｌｅａｓｅ ２０２０−１）を用いた。具体的に、各物性の基本的な計算方法は、密度汎関数理論（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ、「ＤＦＴ」）中、Ｂ３ＬＹＰ（Ｂａｃｋｅ、３−ｐａｒａｍｅｔｅｒ、Ｌｅｅ−Ｙａｎｇ−Ｐａｒｒ）汎関数計算方法を使用し、基底関数系（ｂａｓｉｓ ｓｅｔ）としては、ＴＺＶ（ｔｒｉｐｌｅ ｚｅｔａ）を用いて分子構造の最適化を行った。
最適化した基底状態（Ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ、）Ｓ０において、各化合物のＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギーを計算し、また、基底状態Ｓ０／一重項Ｓ１と基底状態Ｓ０／三重項Ｔ１のそれぞれ最適化したエネルギーの差によって一重項Ｓ１及び三重項Ｔ１のエネルギーをそれぞれ算出した。
また、状態密度（ＤＯＳ）は、分子動力学（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ）と量子力学（Ｑｕａｎｔｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）を用いた。まず、分子動力学により数百ないし数千個の分子のシミュレーションを実施した後、量子力学により全分子のＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギーを放出し、これに基づいてＤＯＳを求めた。電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）の材料は、混用されるホスト材料と比較して、ＤＯＳ重畳率を百分率化した。
また、結合解離エネルギー（Ｂｏｎｄ Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ、「ＢＤＥ」）、屈折率、及び双極子モーメント（Ｄｉｐｏｌｅ Ｍｏｍｅｎｔ）については、上記と同じくＢ３ＬＹＰ／ＴＺＶ方法を用いており、特に、結合解離エネルギーは、分子の特定の化学結合を切る時に必要なエネルギーを計算し、その中でＢＤＥが最低値のものを選定している。
Figure 2021180300
前記表１中、使用された化合物の構造は、下記の通りである。
Figure 2021180300
Figure 2021180300
［実施例１〜５］青色有機電界発光素子の製作
各化合物を、常法により高純度の昇華精製を行った後、次の過程に従って青色有機電界発光素子を製作した。
まず、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が１５００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を、蒸留水超音波で洗浄した。蒸留水洗浄終了後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールなどの溶剤で超音波洗浄を行い、乾燥させた後、ＵＶオゾン洗浄機（Ｐｏｗｅｒｓｏｎｉｃ４０５、ＨＷＡＳＨＩＮ ＴＥＣＨ社製）へ移送させた後、ＵＶを用いて前記基板を５分間洗浄し、真空蒸着機に基板を移送した。
上記のように準備したＩＴＯ透明電極の上に、ＤＳ−２０５（（株）斗山電子製）（８０ｎｍ）／ＴＣＴＡ（１５ｎｍ）／Ｅ−ＬＳＬ−１〜Ｅ−ＬＳＬ−５（５ｎｍ）／ＮＮＡ＋５％ＤＳ−４０５（（株）斗山電子製）（３０ｎｍ）／Ｈ−ＬＳＬ−１〜Ｈ−ＬＳＬ−５（５ｎｍ）／ＴＮＰＴ（２５ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）の順に積層して有機電界発光素子を製造した。
Figure 2021180300
［比較例１］青色有機電界発光素子の製造
電子−リーク抑制層材料としては、化合物Ａ、正孔−リーク抑制層材料としては、化合物Ｂを使用した以外は、前記実施例１と同様にして比較例１の青色有機電界発光素子を製作した。
参考までに、実施例１〜５で使用されたＴＣＴＡ、ＮＮＡ、ＴＮＰＴ、化合物Ａ、化合物Ｂの構造は、それぞれ下記の通りである。
Figure 2021180300
［評価例１］
実施例１〜５及び比較例１で製造された有機電界発光素子について、それぞれ電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２での駆動電圧、電流効率を測定し、その結果を下記表３に示す。
Figure 2021180300
前記表３に示すように、正孔輸送領域と電子輸送領域に、所定の物性に制御された電子−リーク抑制層と正孔−リーク抑制層を備える実施例１〜５の有機電界発光素子は、比較例１の青色有機電界発光素子に比べて、電流効率、駆動電圧の面で優れた性能を示すことが確認された。
［実施例６〜１０］緑色有機ＥＬ素子の製作
各化合物を、常法により高純度の昇華精製を行った後、次の過程に従って緑色有機ＥＬ素子を製作した。
まず、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が１５００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を、蒸留水超音波で洗浄した。蒸留水洗浄終了後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールなどの溶剤で超音波洗浄を行い、乾燥させた後、ＵＶオゾン洗浄機（Ｐｏｗｅｒｓｏｎｉｃ４０５、ＨＷＡＳＨＩＮ ＴＥＣＨ社製）へ移送させた後、ＵＶを用いて前記基板を５分間洗浄し、真空蒸着機に基板を移送した。
上記のように準備したＩＴＯ透明電極の上に、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（６０ｎｍ）／ＴＣＴＡ（８０ｎｍ）／Ｅ−ＬＳＬ−６〜Ｅ−ＬＳＬ−１０（１０ｎｍ）／ＤＰＤＤＣ＋１０％Ｉｒ（ｐｐｙ）３（３００ｎｍ）／Ｈ−ＬＳＬ−６〜Ｈ−ＬＳＬ−１０（１０ｎｍ）／ＴＮＰＴ（３０ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）の順に積層して有機ＥＬ素子を製作した。
ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＤＰＤＤＣ及びＩｒ（ｐｐｙ）３の構造は、下記の通りである。
Figure 2021180300
［比較例２］緑色有機ＥＬ素子の製作
電子−リーク抑制層材料としては、化合物Ａ、正孔−リーク抑制層材料としては、化合物Ｂを使用した以外は、前記実施例６と同様にして比較例２の緑色有機電界発光素子を製作した。
［評価例２］
実施例６〜１０及び比較例２で製作した緑色有機ＥＬ素子について、それぞれ電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２での駆動電圧、電流効率及び発光ピークを測定し、その結果を下記表４に示す。
Figure 2021180300
前記表４に示すように、正孔輸送領域と電子輸送領域に、所定の物性に制御された電子−リーク抑制層と正孔−リーク抑制層を備える実施例６〜１０の有機電界発光素子は、比較例２の緑色有機電界発光素子に比べて、電流効率、駆動電圧の面で優れた性能を示すことが確認された。
［実施例１１〜１５］赤色有機ＥＬ素子の製作
合成例で合成した化合物を、常法により高純度の昇華精製を行った後、次の過程に従って赤色有機電界発光素子を製作した。
まず、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が１５００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を、蒸留水超音波で洗浄した。蒸留水洗浄終了後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールなどの溶剤で超音波洗浄を行い、乾燥させた後、ＵＶオゾン洗浄機（Ｐｏｗｅｒｓｏｎｉｃ４０５、ＨＷＡＳＨＩＮ ＴＥＣＨ社製）へ移送させた後、ＵＶを用いて前記基板を５分間洗浄し、真空蒸着機に基板を移送した。
上記のように準備したＩＴＯ透明電極の上に、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（６０ｎｍ）／ＴＣＴＡ（８０ｎｍ）／Ｅ−ＬＳＬ−１１〜Ｅ−ＬＳＬＳ−１５（１０ｎｍ）／ＢＢＣＱ−１０％（ｐｉｑ）２Ｉｒ（ａｃａｃ）（３００ｎｍ）／Ｈ−ＬＳＬ−１１〜Ｈ−ＬＳＬ−１５（１０ｎｍ）／ＴＮＰＴ（３０ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）の順に積層して有機電界発光素子を製作した。
［比較例３］
電子−リーク抑制層材料としては、化合物Ａ、正孔−リーク抑制層材料としては、化合物Ｂを使用した以外は、前記実施例１１と同様にして比較例３の赤色有機電界発光素子を製作した。
前記実施例１１〜１５及び比較例３で使用されたＢＢＣＱ及び（ｐｉｑ）２Ｉｒ（ａｃａｃ）の構造は、下記の通りである。
Figure 2021180300
［評価例３］
実施例１１〜１５及び比較例３で製作した緑色有機電界発光素子について、それぞれ電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２での駆動電圧及び電流効率を測定し、その結果を下記表５に示す。
Figure 2021180300
前記表５に示すように、正孔輸送領域と電子輸送領域に、所定の物性に制御された電子−リーク抑制層と正孔−リーク抑制層を備える実施例１１〜１５の有機電界発光素子は、比較例３の赤色有機電界発光素子に比べて、電流効率、駆動電圧の面で優れた性能を示すことが確認された。
１００：有機電界発光素子、Ａ：有機層、１０：陽極、２０：陰極、３０：正孔輸送領域、３１：正孔注入層、３２：正孔輸送層、３３：電子−リーク抑制層、４０：発光層、５０：電子輸送領域、５１：電子注入層、５２：電子輸送層、５３：正孔−リーク抑制層。

Claims (24)

  1. 陽極；正孔輸送領域；発光層；電子輸送領域、及び陰極が順に積層された構造を備え、
    前記発光層は、ホストを含み、
    前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域とは、それぞれ少なくとも２層を含み、
    前記正孔輸送領域の少なくとも２層のうち、前記発光層と接する１つの層は、電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）であり、
    前記電子輸送領域の少なくとも２層のうち、前記発光層と接する１つの層は、正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）であり、
    前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）及び前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）におけるＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ）とＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ）とは、それぞれ下記の（ｉ）及び（ｉｉ）のうちの少なくとも１つ以上の条件を満たす、有機電界発光素子。
    （ｉ）ＬＵＭＯの状態密度を基準にして、前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）は、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）と重畳し、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）とは非重畳である
    （ｉｉ）ＨＯＭＯの状態密度を基準にして、前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）は、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）と重畳し、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）とは非重畳である
  2. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）及び前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ）は、前記（ｉ）の条件を満たし、
    前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）及び前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ）は、前記（ｉｉ）の条件を満たす、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  3. ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）を基準にして、前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）との重畳率は、０％超〜９５％以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  4. ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）を基準にして、前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）と、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）との重畳率は、０％超〜９５％以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  5. ＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳ）の絶対値を基準に、非重畳である前記ホストのＬＵＭＯの状態密度（ＬＵＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）中のＬＵＭＯのエネルギー最小値と、前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯの状態密度（ＤＯＳＬＵＭＯ Ｅ−ＬＳＬ）中のＬＵＭＯのエネルギー最大値との差は、０ｅＶ超〜２ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  6. ＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳ）の絶対値を基準に、非重畳である前記ホストのＨＯＭＯの状態密度（ＨＯＭＯ−ＤＯＳＨＯＳＴ）中のＨＯＭＯのエネルギー最大値と、前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯの状態密度（ＤＯＳＨＯＭＯ Ｈ−ＬＳＬ）中のＨＯＭＯのエネルギー最小値との差は、０ｅＶ超〜２ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  7. 前記正孔輸送領域は、電子−リーク抑制層、正孔輸送層、及び正孔注入層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  8. 前記正孔輸送領域は、当該発光層を基準に、
    電子−リーク抑制層、及び正孔注入層が配置されるか、又は、
    電子−リーク抑制層、正孔輸送層、及び正孔注入層が配置される構造を有する、請求項７に記載の有機電界発光素子。
  9. 前記電子輸送領域は、正孔−リーク抑制層、電子輸送層、及び電子注入層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  10. 前記電子輸送領域は、当該発光層を基準に、
    正孔−リーク抑制層、及び電子注入層が配置されるか、又は、
    正孔−リーク抑制層、電子輸送層、及び電子注入層が配置される構造を有する、請求項９に記載の有機電界発光素子。
  11. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＬＵＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＬＵＭＯ）は、２．０ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  12. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＨＯＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＨＯＭＯ）は、２．０ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  13. 前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＬＵＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＬＵＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＬＵＭＯ）は、２．０ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  14. 前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）のＨＯＭＯのエネルギー準位と、前記ホストのＨＯＭＯのエネルギー準位との絶対値の差（ΔＨＯＭＯ）は、２．０ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  15. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）との三重項エネルギー（Ｔ１）は、それぞれ１．５ｅＶ以上である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  16. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）との一重項エネルギー（Ｓ１）は、それぞれ２．０ｅＶ以上である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  17. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とのＨＯＭＯエネルギーの絶対値の大きさは、それぞれ４．５ｅＶ以上である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  18. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とのＬＵＭＯエネルギーの絶対値の大きさは、それぞれ１．０ｅＶ以上である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  19. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とは、それぞれ基底状態（Ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）の結合解離エネルギー（ＢＤＥ）のうち最低のエネルギーレベルが、１．００ｅＶ以上を有する、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  20. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）とは、それぞれ４００〜４７０ｎｍの青色波長領域において０．６以上の屈折率（ｎ）を有する、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  21. 前記電子−リーク抑制層（Ｅ−ＬＳＬ）と前記正孔−リーク抑制層（Ｈ−ＬＳＬ）との双極子モーメント（ｄｉｐｏｌｅ ｍｏｍｅｎｔ）は、それぞれ０を超過する、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  22. 前記発光層は、ホストとドーパントとを含み、前記ホストとドーパントとの混合割合は、７０−９９．５：０．５−３０重量比である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  23. 前記発光層は、緑色、赤色、及び青色のホストからなる群から選択される１種以上を含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
  24. 前記有機電界発光素子は、少なくとも１つの発光層を含む複数の発光層スタックを備える、請求項１に記載の有機電界発光素子。
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