JP2022077011A - 有機発光ダイオードおよび有機発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機発光ダイオードの駆動電圧を低下させ、発光効率および発光寿命を向上させる。【解決手段】２つの電極間に位置する発光物質層が、ホウ素と酸素が縮合環を形成する第１化合物およびホウ素と窒素が縮合環を形成する第２化合物を含む。第１化合物および第２化合物は、同じ発光物質層に含まれてもよく、隣接する発光物質層に含まれてもよい。TIFF2022077011000029.tif45170TIFF2022077011000030.tif46170【選択図】図４
Description
本発明は、有機発光ダイオードに関するものであって、さらに詳細には優れた発光特性を有する有機発光ダイオードおよびそれを含む有機発光装置に関するものである。
平面表示素子の１つである有機発光ダイオードは、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ）に代わる発光素子として注目を集めている。有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ、ＯＬＥＤ）は、２０００Å以内の有機薄膜で形成され、用いられる電極の構成によって単方向、または両方向で画像を具現化することができる。また、有機発光ダイオードは、プラスチックといったフレキシブルな透明基板上に素子を形成することもできるので、フレキシブル、またはフォルダブルな表示装置の具現化が容易である。さらに、有機発光ダイオード表示装置は、低電圧駆動が可能であり、色純度が優れているなど、液晶表示装置に比べて多くのメリットを有する。
有機発光ダイオードは、陽極からの正孔（ｈｏｌｅ）と陰極からの電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）が発光物質層で結合して励起子を形成し、不安定なエネルギー状態（ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅ）から安定した基底状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）へ戻る際に光を放出する。従来の一般的な蛍光物質は、一重項励起子だけが発光に寄与するため、発光効率が低い。三重項励起子も発光に寄与する燐光物質は蛍光物質に比べ、発光効率が高い。しかしながら、燐光物質の代表例である金属錯化合物は、発光寿命が短いため、使用するには限界がある。
本発明の目的は、駆動電圧を低下させながらも発光効率、色純度および発光寿命を向上させることができる有機発光ダイオード、および有機発光ダイオードを含む有機発光装置を提供することである。
本発明の一側面によると、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電極の間に位置し、少なくとも１つの発光物質層を含む発光層とを含み、前記少なくとも１つの発光物質層は、第１化合物および第２化合物を含み、前記第１化合物は、下記化学式（１）または（１’）で表される構造を有する有機化合物を含み、前記第２化合物は、下記化学式（４）または（４’）で表される構造を有する有機化合物を含む有機発光ダイオードが開示される。
［化１］
［化１’ ］
化学式（１）および（１’）中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択される。Ｒ３ないしＲ６は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択されるか、またはＲ３ないしＲ６の隣接する２つが互いに結合してホウ素および酸素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成し、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基のうち、少なくとも２つは互いに結合し、ホウ素および酸素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成する。
［化４］
［化４’ ］
化学式（４）および（４’）中、Ｒ２１ないしＲ２４は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択されるか、またはＲ２１ないしＲ２４の隣接する２つが互いに結合してホウ素および窒素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成し、Ｒ２１ないしＲ２４の隣接する官能基のうち、２つは互いに結合し、ホウ素および窒素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成する。Ｒ２５ないしＲ２８は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択される。
例えば、前記第１化合物の最高被占軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、ＨＯＭＯ）エネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と、前記第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）は、下記式（Ｉ）を満たすことができる。
│ＨＯＭＯＤＦ２－ＨＯＭＯＤＦ１│＜０．３ｅＶ…（Ｉ）
例示的な側面において、前記第２化合物の一重項エネルギー準位と三重項エネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップは、前記第１化合物の一重項エネルギー準位と三重項エネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップより小さくてもよい。
例えば、前記少なくとも１つの発光物質層は、単層構造にすることができる。
選択的に、前記少なくとも１つの発光物質層は、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、そして前記第１電極と前記第１発光物質層の間、または前記第１発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２発光物質層を含み、前記第１発光物質層は前記第１化合物を含み、前記第２発光物質層は前記第２化合物を含むことができる。
また、選択的に、前記少なくとも１つの発光物質層は、前記第１発光物質層を介在し、前記第２発光物質層の反対側に位置する第３発光物質層をさらに含むことができる。
本発明のさらに他の側面によると、基板と、前述した有機発光ダイオードとを含む有機発光装置、例えば、有機発光照明装置、または有機発光表示装置が開示される。
本発明は、エネルギー準位を調節した第１化合物および第２化合物が、同一の発光物質層、または隣接する発光物質層に含まれる有機発光ダイオードおよび前記有機発光ダイオードを含む有機発光装置を提案する。
第１化合物および第２化合物のエネルギー準位を調節することで、発光効率の優れた第１化合物へ電荷が迅速に注入され、移動することができる。その結果、電荷注入効率および励起子生成効率が改善され、有機発光ダイオードの駆動電圧が低下し、発光効率が大きく向上することができる。また、発光は最終的に半値幅の狭い第２化合物で起こるため、有機発光ダイオードの色純度が向上する。
以下、必要な場合に図面を参照しながら、本発明について説明する。
有機発光装置および有機発光ダイオード
本発明は、エネルギー準位を調節した第１化合物および第２化合物が、同一の発光物質層、または隣接する発光物質層に適用された有機発光ダイオードおよび該有機発光ダイオードを含む有機発光装置に関するものである。本発明に係る有機発光ダイオードは、有機発光表示装置または有機発光照明装置といった有機発光装置に適用することができる。一例として、本発明の有機発光ダイオードを適用した表示装置について説明する。
本発明は、エネルギー準位を調節した第１化合物および第２化合物が、同一の発光物質層、または隣接する発光物質層に適用された有機発光ダイオードおよび該有機発光ダイオードを含む有機発光装置に関するものである。本発明に係る有機発光ダイオードは、有機発光表示装置または有機発光照明装置といった有機発光装置に適用することができる。一例として、本発明の有機発光ダイオードを適用した表示装置について説明する。
図１は、本発明の例示的な実施形態に係る有機発光表示装置の概略的な回路図である。図１に示すように、有機発光表示装置には、互いに交差して画素領域Ｐを定義するゲート配線ＧＬとデータ配線ＤＬおよびパワー配線ＰＬが形成される。画素領域Ｐには、スイッチング薄膜トランジスタＴｓ、駆動薄膜トランジスタＴｄ、ストレージキャパシタＣｓｔおよび有機発光ダイオードＤが形成される。画素領域Ｐは、第１画素領域Ｐ１（図１５を参照）、第２画素領域Ｐ２（図１５を参照）および第３画素領域Ｐ３（図１５を参照）を含むことができる。
スイッチング薄膜トランジスタＴｓは、ゲート配線ＧＬおよびデータ配線ＤＬに接続され、駆動薄膜トランジスタＴｄおよびストレージキャパシタＣｓｔは、スイッチング薄膜トランジスタＴｓとパワー配線ＰＬの間に接続される。有機発光ダイオードＤは、駆動薄膜トランジスタＴｄに接続される。かかる有機発光表示装置では、ゲート配線ＧＬに印加されたゲート信号により、スイッチング薄膜トランジスタＴｓがターンオンすると、データ配線ＤＬに印加されたデータ信号がスイッチング薄膜トランジスタＴｓを通じ、駆動薄膜トランジスタＴｄのゲート電極およびストレージキャパシタＣｓｔの一電極に印加される。
駆動薄膜トランジスタＴｄは、ゲート電極に印加されたデータ信号によりターンオンし、その結果、データ信号に比例する電流が、パワー配線ＰＬから駆動薄膜トランジスタＴｄを通じて有機発光ダイオードＤへ流れるようになり、有機発光ダイオードＤは、駆動薄膜トランジスタＴｄを通じて流れる電流に比例する輝度に発光する。このとき、ストレージキャパシタＣｓｔは、データ信号に比例する電圧に充電され、一フレームの間、駆動薄膜トランジスタＴｄのゲート電極の電圧が一定に保持される。したがって、有機発光表示装置は、希望する映像を表示することができる。
図２は、本発明の例示的な第１実施形態に係る有機発光表示装置を概略的に示す断面図である。図２に示すように、有機発光表示装置１００は、基板１１０と、基板１１０の上部に位置する薄膜トランジスタＴｒと、平坦化層１５０上に位置し、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とを含む。
基板１１０は、ガラス基板であってもよく、薄いフレキシブルな基板であってもよく、高分子プラスチック基板であってもよい。例えば、フレキシブルな基板は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびポリカーボネート（ＰＣ）のうち、いずれか１つで形成することができる。上部に薄膜トランジスタＴｒと有機発光ダイオードＤの位置する基板１１０は、アレイ基板を成す。
基板１１０上にバッファー層１２２が形成され、バッファー層１２２上に薄膜トランジスタＴｒが形成される。バッファー層１２２は省略してもよい。
バッファー層１２２の上部に半導体層１２０が形成される。例えば、半導体層１２０は、酸化物半導体物質から形成することができる。半導体層１２０が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層１２０の下部に遮光パターン（不図示）を形成することができる。遮光パターンは、半導体層１２０へ光が入射することを防止し、半導体層１２０が光によって劣化することを防止する。選択的に、半導体層１２０は多結晶シリコンから形成することもできるが、この場合、半導体層１２０の両端部に不純物をドープすることもある。
半導体層１２０の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜１２４が基板１１０の全面に形成される。ゲート絶縁膜１２４は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、またはシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）のような無機絶縁物質から形成することができる。
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１２０の中央に対応して形成される。図２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が基板１１０の全面に形成される。層間絶縁膜１３２は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）やシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）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１２０の両側上面を露出する第１および第２半導体層コンタクトホール１３４、１３６を有する。第１および第２半導体層コンタクトホール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半導体層コンタクトホール１３４、１３６は、ゲート絶縁膜１２４内にも形成することができる。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半導体層コンタクトホール１３４、１３６は、層間絶縁膜１３２内にのみ形成される。
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１４４とドレイン電極１４６が形成される。ソース電極１４４とドレイン電極１４６は、ゲート電極１３０を介在して離隔して位置し、それぞれ第１および第２半導体層コンタクトホール１３４、１３６を介して、半導体層１２０の両側に接触する。
半導体層１２０、ゲート電極１３０、ソース電極１４４、およびドレイン電極１４６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。図２に示した薄膜トランジスタＴｒは、半導体層１２０の上部にゲート電極１３０、ソース電極１４４およびドレイン電極１４６が位置するコプラナ構造を有する。あるいは、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ることができる。
図２に示していないが、ゲート配線ＧＬ（図１を参照）とデータ配線ＤＬ（図１を参照）が互いに交差して画素領域Ｐ（図１を参照）を定義し、ゲート配線ＧＬとデータ配線ＤＬに接続されるスイッチング素子Ｔｓ（図１を参照）がさらに形成される。スイッチング素子Ｔｓ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ＰＬ（図１を参照）がデータ配線ＤＬ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Ｃｓｔ（図１を参照）をさらに構成することができる。
一方、有機発光表示装置１００は、有機発光ダイオードＤから出射された光の一部を透過させるカラーフィルター層（不図示）を含むことができる。例えば、カラーフィルター層（不図示）は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を透過させることができる。この場合、光を透過させる赤色、緑色および青色のカラーフィルターパターンをそれぞれの画素領域に形成することができる。カラーフィルター層（不図示）を採択することで、有機発光表示装置１００は、フルカラーを具現化することができる。
例示的側面において、有機発光表示装置１００がボトムエミッションタイプである場合、有機発光ダイオードＤに対応する層間絶縁膜１３２の上部に、光を透過させるカラーフィルター層（不図示）が位置することができる。また、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、カラーフィルター層（不図示）は、有機発光ダイオードＤの上部、すなわち、第２電極２３０の上部に位置することもできる。
ソース電極１４４とドレイン電極１４６の上部には、平坦化層１５０を基板１１０の全面に形成する。平坦化層１５０は、その上面が平坦であり、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極１４６を露出するドレインコンタクトホール１５２を有する。ここで、ドレインコンタクトホール１５２は、第２半導体層コンタクトホール１３６の直上に形成されたものとして示しているが、第２半導体層コンタクトホール１３６と離隔して形成されてもよい。
有機発光ダイオードＤは、平坦化層１５０上に位置し、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極１４６に接続される第１電極２１０と、第１電極２１０上に順次積層される発光層２２０および第２電極２３０を含む。
第１電極２１０は、画素領域毎に分離して形成される。第１電極２１０は、陽極（アノード）であり得る。また、第１電極２１０は、仕事関数が比較的に大きい導電性物質、例えば、透明導電性物質（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、ＴＣＯ）からなり得る。具体的に、第１電極２１０は、インジウム・スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ、ＩＺＯ）、インジウム・スズ・亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＺＯ）、スズ酸化物（ＳｎＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム・銅酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｃｏｐｐｅｒ Ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）、およびアルミニウム：酸化亜鉛（Ａｌ：ＺｎＯ、ＡＺＯ）からなり得る。
例示的側面において、本発明の有機発光表示装置１００がボトムエミッションタイプである場合、第１電極２１０は、透明導電性酸化物からなる単層構造を有することができる。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は、第１電極２１０の下部に反射電極、または反射層をさらに形成することができる。
例えば、前記反射電極、または前記反射層は、銀（Ａｇ）、またはアルミニウム・パラジウム・銅（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｐａｌｌａｄｉｕｍ Ｃｏｐｐｅｒ、ＡＰＣ）合金からなることができる。トップエミッションタイプである有機発光ダイオードＤにおいて、第１電極２１０は、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、またはＩＴＯ／ＡＰＣ／ＩＴＯの三層構造を有することができる。また、平坦化層１５０上には、第１電極２１０の端部を覆うバンク層１６０が形成される。バンク層１６０は、画素領域に対応し、第１電極２１０の中央を露出する。
第１電極２１０上には、発光層２２０が形成される。１つの例示的側面において、発光層２２０は、発光物質層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌａｙｅｒ、ＥＭＬ）の単層構造を有することができる。選択的に、発光層２２０は、発光物質層と第１電極２１０との間に順次積層される正孔注入層（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ、ＨＩＬ）、正孔輸送層（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ、ＨＩＬ）、および／または電子遮断層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ、ＥＢＬ）、発光物質層と第２電極２３０との間に順次積層される正孔遮断層（Ｈｏｌｅ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ、ＨＢＬ）、電子輸送層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ、ＥＴＬ）、および／または電子注入層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ、ＥＩＬ）を含むことができる（図３、図８、図１１および図１４を参照）。また、発光層２２０を構成する発光部は１つであってもよく、２つ以上の発光部がタンデム構造を形成してもよい。
発光層２２０が形成された基板１１０の上部に、第２電極２３０が形成される。第２電極２３０は、表示領域の全面に位置し、仕事関数が比較的に小さい導電性物質からなり、陰極（カソード）として用いることができる。例えば、第２電極２３０は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、銀（Ａｇ）、またはこれらの合金や組み合わせのように反射特性のよい素材からなり得る。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２電極２３０はその厚さが薄く、光透過（半透過）特性を有する。
第２電極２３０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、これに限定されるものではない。
有機発光表示装置１００は、外部光の反射を減らすための偏光板（不図示）をさらに含むことができる。例えば、偏光板（不図示）は円形状であり得る。有機発光表示装置１００がボトムエミッションタイプである場合、偏光板は基板１１０の下部に位置することができる。一方、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、偏光板は封止フィルム１７０の上部に位置することができる。また、トップエミッションタイプの有機発光表示装置１００では、封止フィルム１７０、または偏光板（不図示）上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１１０とカバーウィンドウ（不図示）がフレキシブルな素材からなる場合は、フレキシブル表示装置を構成することができる。
本発明の第１実施形態に係る有機発光装置に適用できる有機発光ダイオードについて具体的に説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。図３に示すように、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオードＤ１は、互いに対向する第１電極２１０および第２電極２３０と、第１電極２１０と第２電極２３０の間に位置する発光層２２０とを含む。有機発光表示装置１００（図２を参照）は赤色の画素領域、緑色の画素領域、青色の画素領域を含み、有機発光ダイオードＤ１は青色の画素領域に位置することができる。
例示的側面において、発光層２２０は、第１電極２１０と第２電極２３０の間に位置する発光物質層２４０（ＥＭＬ）を含む。また、発光層２２０は、第１電極２１０と発光物質層２４０の間に位置する正孔輸送層２６０（ＨＴＬ）と、発光物質層２４０と第２電極２３０の間に位置する電子輸送層２７０（ＥＴＬ）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。さらに、発光層２２０は、第１電極２１０と正孔輸送層２６０の間に位置する正孔注入層２５０（ＨＩＬ）と、電子輸送層２７０と第２電極２３０の間に位置する電子注入層２８０（ＥＩＬ）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。また、選択的に、有機発光ダイオードＤ１は、発光物質層２４０と正孔輸送層２６０の間に位置する電子遮断層２６５（ＥＢＬ）、および／または発光物質層２４０と電子輸送層２７０の間に位置する正孔遮断層２７５（ＨＢＬ）を含むことができる。
第１電極２１０は、発光物質層２４０に正孔を供給する陽極であり得る。第１電極２１０は、仕事関数が比較的に大きい導電性物質、例えば透明導電性酸化物（ＴＣＯ）から形成することが好ましい。例えば、第１電極２１０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯ、およびＡＺＯからなり得る。
第２電極２３０は、発光物質層２４０に電子を供給する陰極であり得る。第２電極２３０は、仕事関数が比較的に小さい導電性物質、例えばＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｇ、またはこれらの合金や組み合わせのように、反射特性のよい素材からなり得る。
発光物質層２４０は、第１化合物ＤＦ１（図４を参照）と第２化合物ＤＦ２（図４を参照）を含み、選択的に第３化合物Ｈ（図４を参照）を含むことができる。例えば、第１化合物ＤＦ１は第１遅延蛍光物質であり、第２化合物ＤＦ２は第２遅延蛍光物質であり、第３化合物Ｈはホストであり得る。
発光物質層２４０で正孔と電子が結合し、励起子を形成する際、スピンの配列により、対スピンの一重項励起子（Ｓｉｎｇｌｅｔ ｅｘｃｉｔｏｎ）と不対スピンの三重項励起子（Ｔｒｉｐｌｅｔ ｅｘｃｉｔｏｎ）が１：３の割合で生成される。従来の蛍光物質は一重項励起子だけが発光に寄与するため、発光効率が低い。一方、燐光物質は一重項励起子の他に、三重項励起子も発光に寄与するが、発光寿命が短いため、使用できるレベルには達していない。
従来の蛍光物質および燐光物質が持つ短所を解決するため、第１化合物ＤＦ１および第２化合物ＤＦ２は、熱活性遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｄｅｌａｙｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ、ＴＡＤＦ）特性を有する遅延蛍光物質であり得る。遅延蛍光物質は、一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１、Ｓ１
ＤＦ２）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１、Ｔ１
ＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ１、ΔＥＳＴ
ＤＦ２）が非常に狭い（図７を参照）。そのため、遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１および第２化合物ＤＦ２において、一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１、Ｓ１
ＤＦ２）を持つ励起子と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１、Ｔ１
ＤＦ２）を持つ励起子は、分子内電荷移動（Ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、ＩＣＴ）が可能な状態へ移動し（Ｓ１→ＩＣＴ←Ｔ１）、そこから基底状態（Ｓ０）へ遷移する。
遅延蛍光物質は、電子受容体部分（ｍｏｉｅｔｙ）と電子供与体部分が分子内で離隔しているので、分子内の双極子モーメントが大きな分極状態で存在する。双極子モーメントが分極した状態で最高被占軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、ＨＯＭＯ）と最低空軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、ＬＵＭＯ）の分子軌道間における相互作用が小さくなり、三重項状態と一重項状態からのエネルギー遷移が可能な分子内電荷移動（ＩＣＴ）特性を有する。
三重項状態と一重項状態で共にエネルギー遷移が起こるためには、遅延蛍光物質における一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１、Ｓ１
ＤＦ２）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１、Ｔ１
ＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ１、ΔＥＳＴ
ＤＦ２、図７を参照）が０．３ｅＶ以下、例えば０．０５ｅＶないし０．３ｅＶでなければならない。一重項状態と三重項状態とのエネルギー差の小さい材料は、本来の一重項状態の励起子エネルギーが基底状態へ遷移する際に蛍光を示すだけでなく、常温レベルの熱エネルギーにより、三重項状態から、エネルギーのさらに高い一重項状態へ逆項間交差（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｒｏｓｓｉｎｇ、ＲＩＳＣ）が起こり、一重項状態の励起子が基底状態へ遷移しながら遅延蛍光を示す。
すなわち、遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１および第２化合物ＤＦ２において、２５％の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１、Ｓ１
ＤＦ２）の励起子と７５％の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１、Ｔ１
ＤＦ２）の励起子が、中間状態（ＩＣＴ ｓｔａｔｅ）へ遷移し、その後、基底状態（Ｓ０）へ戻る際に発光が起こる。かかるエネルギー遷移のメカニズムにより、遅延蛍光物質の内部量子効率は、理論上１００％となるので、従来の燐光物質に準ずる発光効率を達成することができる。
本発明により、発光物質層２４０に含まれる第１化合物ＤＦ１は、ホウ素と酸素が縮合環を形成する遅延蛍光物質であり得る。遅延蛍光特性を有する第１化合物ＤＦ１は、下記化学式（１）で表すことができる。
［化１］
化学式（１）中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択される。Ｒ３ないしＲ６は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択されるか、またはＲ３ないしＲ６の隣接する２つが互いに結合してホウ素および酸素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成し、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基のうち、少なくとも２つは互いに結合し、ホウ素および酸素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成する。
例えば、化学式（１）において、Ｒ１ないしＲ６であり得るＣ６～Ｃ３０の芳香族基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基は、それぞれ独立して、非置換であってもよく、Ｃ１～Ｃ１０のアルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリール基で構成される群から選択される少なくとも１つの官能基で置換されてもよい。
例示的側面において、化学式（１）のＲ１ないしＲ６をそれぞれ構成することができるＣ６～Ｃ３０の芳香族基は、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、Ｃ７～Ｃ３０のアラルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリールオキシ基、およびＣ６～Ｃ３０のアリールアミノ基を含むことができるが、これに限定されるものではない。化学式（１）のＲ１ないしＲ６をそれぞれ構成することができるＣ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基は、Ｃ３～Ｃ３０のヘテロアリール基、Ｃ４～Ｃ３０のヘテロアラルキル基、Ｃ３～Ｃ３０のヘテロアリールオキシ基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリールアミノ基を含むことができるが、これに限定されるものではない。
例えば、Ｒ１ないしＲ６をそれぞれ構成することができるＣ６～Ｃ３０のアリール基は、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ナフチル、アントラセニル、ペンタレニル、インデニル、インデノインデニル、ヘプタレニル、ビフェニルレニル、インダセニル、フェナレニル、フェナントレニル、ベンゾフェナントレニル、ジベンゾフェナントレニル、アズレニル、ピレニル、フルオランテニル、トリフェニルレニル、クリセニル、テトラフェニル、テトラセニル、プレイアデニル、ピセニル、ペンタフェニル、ペンタセニル、フルオレニル、インデノフルオレニル、またはスピロフルオレニルのような、縮合または非縮合のアリール基であり得るが、これに限定されるものではない。
選択的に、Ｒ１ないしＲ６をそれぞれ構成することができるＣ３～Ｃ３０のヘテロアリール基は、ピロリル、ピリジニル、ピリミジニル、ピラジニル、ピリダジニル、トリアジニル、テトラジニル、イミダゾリル、ピラゾリル、インドリル、イソインドリル、インダゾリル、インドリジニル、ピロリジニル、カルバゾリル、ベンゾカルバゾリル、ジベンゾカルバゾリル、インドロカルバゾリル、インデノカルバゾリル、ベンゾフロカルバゾリル、ベンゾチエノカルバゾリル、キノリニル、イソキノリニル、フタラジニル、キノキサリニル、シノリニル、キナゾリニル、キノゾリニル、キノリジニル、プリニル、ベンゾキノリニル、ベンゾイソキノリニル、ベンゾキナゾリニル、ベンゾキノキサリニル、アクリジニル、フェナントロリニル、ペリミジニル、フェナントレジニル、プテリジニル、ナフタリジニル、フラニル、ピラニル、オキサジニル、オキサゾリル、オキサジアゾリル、トリアゾリル、ジオキシニル、ベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、チオピラニル、ザンテニル、クロメニル、イソクロメニル、チオアジニル、チオフェニル、ベンゾチオフェニル、ジベンゾチオフェニル、ジフロピラジニル、ベンゾフロジベンゾフラニル、ベンゾチエノベンゾチオフェニル、ベンゾチエノジベンゾチオフェニル、ベンゾチエノベンゾフラニル、ベンゾチエノジベンゾフラニル、またはＮ－置換されたスピロフルオレニル、スピロフルオレノアクリジニル、スピロフルオレノザンテニルのような、縮合または非縮合のヘテロアリール基であり得るが、これに限定されるものではない。
化学式（１）中、Ｒ３ないしＲ６の隣接する２つの官能基は互いに結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環を形成し、遅延蛍光特性を有する。また、ホウ素および酸素を有する縮合環構造を形成し、第１化合物ＤＦ１におけるＨＯＭＯエネルギー準位とＬＵＭＯエネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が、第２化合物ＤＦ２におけるＨＯＭＯエネルギー準位とＬＵＭＯエネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）より大きくなる。したがって、第１化合物ＤＦ１から第２化合物ＤＦ２へ励起子エネルギーが移動し、超蛍光を実現することができる。
このとき、化学式（１）中、Ｒ１およびＲ２、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基が結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環のうち、少なくとも１つ、例えば、少なくとも２つは、１つまたは２つの窒素原子を核として含む縮合ヘテロ芳香族基であり得る。例えば、かかる縮合ヘテロ芳香族基は、置換もしくは非置換カルバゾリル部分（ｍｏｉｅｔｙ）、置換もしくは非置換アクリジニル部分、置換もしくは非置換アクリドニル部分、置換もしくは非置換フェナジニル部分、置換もしくは非置換フェノキサジニル部分、および置換もしくは非置換フェノチアジニル部分で構成される群から選択することができるが、これに限定されるものではない。
例示的側面において、Ｒ１およびＲ２、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基が結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環のうち、少なくとも１つ、例えば、少なくとも２つは、他の環と縮合していないカルバゾリル基、アクリジニル基、アクリドニル基、フェナジニル基、フェノキサジニル基、およびフェノチアジニル基を含むことができる。選択的な側面において、Ｒ１およびＲ２、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基が結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環のうち、少なくとも１つ、例えば、少なくとも２つは、他の環と縮合するカルバゾリル基、アクリジニル基、アクリドニル基、フェナジニル基、フェノキサジニル基、およびフェノチアジニル基を含むことができる。このとき、これら縮合ヘテロ芳香族と縮合する他の環は、ベンゼン環、ナフタレン環、インデン環、ピリジン環、インドール環、フラン環、ベンゾフラン環、ジベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、および／またはこれらの組み合わせを含むことができる。
例えば、Ｒ１およびＲ２、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基が結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環のうち、少なくとも１つ、例えば、少なくとも２つは、インデノカルバゾリル基、インドロカルバゾリル基、ベンゾフロカルバゾリル基、および／またはベンゾチエノカルバゾリル基を含むことができるが、これに限定されるものではない。または、Ｒ１およびＲ２、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基が結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環のうち、少なくとも１つ、例えば、少なくとも２つは、他の環と共にスピロ構造を形成することができる。例えば、Ｒ１およびＲ２、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基が結合してホウ素および酸素を有する縮合環のうち、少なくとも１つ、例えば、少なくとも２つは、スピロフルオレノアクリジニル基を含むことができるが、これに限定されるものではない。Ｒ１およびＲ２、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基が結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環のうち、少なくとも１つ、例えば、少なくとも２つは、非置換であってもよく、またはＣ１～Ｃ１０のアルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリール基で構成される群から選択される少なくとも１つの官能基で置換されたカルバゾリル部分、若しくはアクリジニル部分を含んでもよいが、これに限定されるものではない。
例えば、Ｒ１ないしＲ６を構成する縮合ヘテロ芳香族基は、非置換であってもよく、またはＣ１～Ｃ１０のアルキル基（例えば、ｔ－ブチル基のようなＣ１～Ｃ５のアルキル基）、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基（例えば、フェニル基のようなＣ６～Ｃ１５のアリール基）、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリール基（例えば、ピリジル基のようなＣ３～Ｃ１５のヘテロアリール基）で構成される群から選択される少なくとも１つの官能基で置換されてもよい。
例示的側面において、化学式（１）中、Ｒ４とＲ５が互いに結合し、ホウ素および酸素を有する縮合環を形成することができる。このような構造を有する第１化合物ＤＦ１は、下記化学式（２Ａ）、または化学式（２Ｂ）で表すことができるが、これに限定されるものではない。
［化２Ａ］
［化２Ｂ］
化学式（２Ａ）および化学式（２Ｂ）中、Ｒ１１ないしＲ１５は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択され、Ｒ１１ないしＲ１４のうち、少なくとも１つは、置換もしくは非置換カルバゾリル部分、置換もしくは非置換アクリジニル部分、置換もしくは非置換アクリドニル部分、置換もしくは非置換フェナジニル部分、置換もしくは非置換フェノキサジニル部分、および置換もしくは非置換フェノチアジニル部分で構成される群から選択される。
例えば、化学式（２Ａ）および化学式（２Ｂ）中、Ｒ１１ないしＲ１５であり得るＣ６～Ｃ３０の芳香族基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基は、それぞれ独立して、非置換であってもよく、またはＣ１～Ｃ１０のアルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリール基で構成される群から選択される少なくとも１つの官能基で置換されてもよい。また、Ｒ１１ないしＲ１４であり得るカルバゾリル部分、アクリジニル部分、アクリドニル部分、フェナジニル部分、フェノキサジニル部分、およびフェノチアジニル部分は、それぞれ独立して、非置換であってもよく、Ｃ１～Ｃ１０のアルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、Ｃ３～Ｃ３０のヘテロアリール基で構成される群から選択される少なくとも１つの官能基で置換されてもよい。
化学式（２Ａ）、または化学式（２Ｂ）で表される構造を有する有機化合物は、遅延蛍光特性を有するだけでなく、後述するように、第２化合物ＤＦ２へ励起子エネルギーを効率的に移動させるに足りる一重項エネルギー準位、三重項エネルギー準位、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギー準位を有する。例えば、化学式（２Ａ）、または化学式（２Ｂ）で表される構造を有する第１化合物ＤＦ１は、下記化学式（３）で表される構造を有する有機化合物から選択されるいずれか１つを含むことができるが、これに限定されるものではない。
［化３］
遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１は、一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）の差（ΔＥＳＴ
ＤＦ１）が非常に小さく（０．３ｅＶ以下、図７を参照）、逆項間交差（ＲＩＳＣ）によって第１化合物ＤＦ１の三重項励起子が第２化合物ＤＦ２の一重項励起子に変換されるので、量子効率に優れている。
ところが、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１化合物ＤＦ１は、電子供与体と電子受容体の結合により、ねじれた構造を有する。また、第１化合物ＤＦ１は、三重項励起子を利用するため、さらなる電荷移動遷移（Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ、ＣＴ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が引き起こされる。ＣＴ発光メカニズムに起因する発光特性により、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１化合物ＤＦ１は、その半値幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）が広く、色純度の面において限界がある。
また、第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）にある励起子の一部は、項間交差（Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｒｏｓｓｉｎｇ、ＩＳＣ）により、三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）に遷移する。そして、第１化合物ＤＦ１において、ＲＩＳＣによって三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）から一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）へ遷移できず、三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）に残留する三重項励起子が生成される。かかる三重項励起子は、周辺の三重項励起子、またはポーラロンと相互作用し、三重項－三重項消滅（Ｔｒｉｐｌｅｔ－Ｔｒｉｐｌｅｔ ａｎｎｈｉｌａｔｉｏｎ、ＴＴＡ）または三重項－ポーラロン消滅（Ｔｒｉｐｌｅｔ－Ｐｏｌａｒｏｎ ａｎｎｈｉｌａｔｉｏｎ 、ＴＰＡ）によって消光（クエンチ）する。すなわち、発光物質層２４０が第１化合物ＤＦ１のみを含む場合、第１化合物ＤＦ１の三重項励起子エネルギーは発光に寄与することができない。さらに、ＴＴＡやＴＰＡのような消光過程により、有機発光ダイオードの寿命が低下することがある。
第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１の発光特性を極大化できるよう、発光物質層２４０は、第２遅延蛍光物質であり得る第２化合物ＤＦ２を含み、超蛍光（Ｈｙｐｅｒｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）を実現する。前述したとおり、遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１および第２化合物ＤＦ２は、一重項励起子エネルギーと三重項励起子エネルギーを利用することができる。したがって、発光物質層２４０が、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１に比べ、適切なエネルギー準位を有する第２遅延蛍光物質を第２化合物ＤＦ２に含むと、第１化合物ＤＦ１から放出された励起子エネルギーを第２化合物ＤＦ２が吸収し、第２化合物ＤＦ２が吸収したエネルギーは、１００％の確率で一重項励起子のみを生成し、発光効率を極大化することができる。
発光物質層２４０に含まれる第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１の三重項励起子エネルギーからアップコンバートされた一重項励起子エネルギーと、本来の一重項励起子エネルギーを含む第１化合物ＤＦ１の一重項励起子エネルギーは、フェルスター共鳴エネルギー移動（Ｆｏｒｓｔｅｒ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、ＦＲＥＴ）のメカニズムにより、同一の発光物質層内の第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２へ移動し、第２化合物ＤＦ２で最終的な発光が起こる。第１化合物ＤＦ１で生成された励起子エネルギーが第２化合物ＤＦ２へ効率的に移動するよう、第１化合物ＤＦ１の発光波長帯に対する吸収波長帯の重なる部分が大きい化合物を第２化合物ＤＦ２として用いることができる。最終的に発光する第２化合物ＤＦ２は、半値幅が狭いので、色純度を向上させることができる。
発光物質層２４０に含まれる第２化合物ＤＦ２は、青色を発する遅延蛍光物質であり得る。例えば、発光物質層２４０に含まれる第２化合物ＤＦ２は、半値幅（ＦＷＨＭ）が３５ｎｍ以下のホウ素系遅延蛍光物質であり得る。一例に、ホウ素系遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２は、下記化学式（４）で表すことができる。
［化４］
化学式（４）中、Ｒ２１ないしＲ２４は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択されるか、またはＲ２１ないしＲ２４の隣接する２つが互いに結合してホウ素および窒素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成し、Ｒ２１ないしＲ２４の隣接する官能基のうち、２つは互いに結合し、ホウ素および窒素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成する。また、Ｒ２５ないしＲ２８は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択される。
例えば、化学式（４）中、Ｒ２１ないしＲ２４であり得るＣ６～Ｃ３０の芳香族基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基は、それぞれ独立して、非置換であってもよく、またはＣ１～Ｃ１０のアルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリール基で構成される群から選択される少なくとも１つの官能基で置換されてもよい。
化学式（１）と同様に、化学式（４）のＲ２１ないしＲ２８を構成するＣ６～Ｃ３０の芳香族基は、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、Ｃ７～Ｃ３０のアラルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリールオキシ基、およびＣ６～Ｃ３０のアリールアミノ基を含むことができ、Ｒ２１ないしＲ２８を構成するＣ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基は、Ｃ３～Ｃ３０のヘテロアリール基、Ｃ４～Ｃ３０のヘテロアラルキル基、Ｃ３～Ｃ３０のヘテロアリールオキシ基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリールアミノ基を含むことができるが、これに限定されるものではない。
化学式（４）で表される構造を有するホウ素系化合物は、発光特性に優れている。また、該化合物は広い板状構造をしているので、第１化合物ＤＦ１からの励起子エネルギー移動を効率的に受けることができ、発光効率を極大化することができる。
例示的側面において、化学式（４）のＲ２２とＲ２３は互いに結合し、ホウ素および窒素を有する縮合環を形成することができる。例えば、第２化合物ＤＦ２は、下記化学式（５Ａ）、または化学式（５Ｂ）で表される構造を有するホウ素系化合物を含むことができる。
［化５Ａ］
［化５Ｂ］
化学式（５Ａ）および化学式（５Ｂ）中、Ｒ２５ないしＲ２８およびＲ３１ないしＲ３４は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基で構成される群から選択される。
例えば、化学式（５Ａ）および化学式（５Ｂ）中、Ｒ２５ないしＲ３４であり得るＣ６～Ｃ３０の芳香族基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基は、それぞれ独立して、非置換であってもよく、またはＣ１～Ｃ１０のアルキル基、Ｃ６～Ｃ３０のアリール基、およびＣ３～Ｃ３０のヘテロアリール基で構成される群から選択される少なくとも１つの官能基で置換されてもよい。
他の例示的側面において、ホウ素系化合物である第２化合物ＤＦ２は、下記化学式（６）で表される構造を有する有機化合物から選択されるいずれか１つを含むことができるが、これに限定されるものではない。
［化６］
一方、発光物質層２４０に含まれ得る第３化合物Ｈは、第１化合物ＤＦ１、および／または第２化合物ＤＦ２と比べ、ＨＯＭＯエネルギー準位とＬＵＭＯエネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）の広い任意の有機化合物を含むことができる。発光物質層２４０が、ホストであり得る第３化合物Ｈを含む場合、第１化合物ＤＦ１は第１ドーパントであり、第２化合物ＤＦ２は第２ドーパントであり得る。
例示的側面において、発光物質層２４０に含まれ得る第３化合物Ｈは、４，４’－ビス（Ｎ－カルバゾリル）－１，１’－ビフェニル；ＣＢＰ、３，３’－ビス（Ｎ－カルバゾリル）－１，１’－ビフェニル；ｍＣＢＰ、１，３－ビス（カルバゾール－９－イル）ベンゼン；ｍＣＰ、９－（３－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）フェニル）－９Ｈ－カルバゾール－３－カルボニトリル；ｍＣＰ－ＣＮ、オキシビス（２，１－フェニレン）ビス（ジフェニルホスフィンオキシド）；ＤＰＥＰＯ、２，８－ビス（ジフェニルホスホリル）ジベンゾチオフェン；ＰＰＴ、１，３，５－トリ［（３－ピリジル）－フェン－３－イル］ベンゼン；ＴｍＰｙＰＢ、２，６－ジ（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）ピリジン；ＰＹＤ－２Ｃｚ、２，８－ジ（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）ジベンゾチオフェン；ＤＣｚＤＢＴ、３’，５’－ジ（カルバゾール－９－イル）－［１，１’－ビフェニル］－３，５－ジカルボニトリル；ＤＣｚＴＰＡ、４’－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）ビフェニル－３，５－ジカルボニトリル；ｐＣｚＢ－２ＣＮ、３’－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）ビフェニル－３，５－ジカルボニトリル；ｍＣｚＢ－２ＣＮ、ジフェニル－４－トリフェニルシリルフェニル－ホスフィンオキシド；ＴＰＳ０１、９－（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール－６－イル）－９Ｈ－カルバゾール；ＣＣＰ、４－（３－（トリフェニレン－２－イル）フェニル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン、９－（４－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）フェニル）－９Ｈ－３，９’－ビカルバゾール、９－（３－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）フェニル）－９Ｈ－３，９’－ビカルバゾール、９－（６－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）ピリジン－３－イル）－９Ｈ－３，９’－ビカルバゾール、およびこれらの組み合わせを含むことができるが、これに限定されるものではない。
例示的側面において、発光物質層２４０（ＥＭＬ）が第１化合物ＤＦ１、第２化合物ＤＦ２、および第３化合物Ｈを含む場合、発光物質層２４０内の第３化合物Ｈの含有量は、第１化合物ＤＦ１の含有量より大きく、第１化合物ＤＦ１の含有量は、第２化合物ＤＦ２の含有量より大きくてもよい。第１化合物ＤＦ１の含有量が第２化合物ＤＦ２の含有量より大きい場合、第１化合物ＤＦ１から第２化合物ＤＦ２へとＦＲＥＴメカニズムによる励起子エネルギー移動が十分に起こり得る。一例に、発光物質層２４０（ＥＭＬ）中、第３化合物Ｈは５５重量％～８５重量％、第１化合物ＤＦ１は１０重量％～４０重量％、例えば１０重量％～３０重量％、第２化合物ＤＦ２は０．１重量％～５重量％、例えば０．１重量％～２重量％で含むことができるが、これに限定されるものではない。
例示的側面において、ホストである第３化合物Ｈと、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１と、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位、および／またはＬＵＭＯエネルギー準位を適切に調節しなければならない。例えば、超蛍光を実現するため、ホストは、遅延蛍光物質における三重項状態の励起子が消光（非発光消滅、クエンチ）せずに発光に寄与できるよう誘導しなければならない。そのため、ホストである第３化合物Ｈ、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２のエネルギー準位を調節する必要がある。
図４は、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオードＤ１において、発光物質層を構成する第１化合物および第２化合物のエネルギー準位を調節し、電荷が効率的に移動する状態を概略的に示す模式図である。
図４に示すように、ホストであり得る第３化合物ＨのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＨ）は、第１遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）より深く、第３化合物ＨのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＨ）は、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）より浅くあり得る。言い換えると、第３化合物ＨのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＨ）とＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＨ）との間のエネルギーバンドギャップは、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）とＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）との間のエネルギーバンドギャップより広くてよい。
一例に、発光物質層（ＥＭＬ）において、ホストであり得る第３化合物ＨのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＨ）と、第１遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）の差（│ＨＯＭＯＨ－ＨＯＭＯＤＦ１│）、または第３化合物ＨのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＨ）と、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）の差（│ＬＵＭＯＨ－ＬＵＭＯＤＦ１│）は、０．５ｅＶ以下、例えば０．１ｅＶ～０．５ｅＶであり得る。この場合、第３化合物Ｈから第１化合物ＤＦ１への電荷移動、および／または電荷注入効率が向上し、有機発光ダイオードＤ１の発光効率が向上することができる。
例示的側面において、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と、第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＨＯＭＯ－１）は、下記式（Ｉ）を満たす。
│ＨＯＭＯＤＦ２－ＨＯＭＯＤＦ１│＜０．３ｅＶ…（Ｉ）
第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と、第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＨＯＭＯ－１）が式（Ｉ）を満たす場合、発光物質層２４０へ注入された正孔は、第１化合物ＤＦ１へ移動することができる。それにより、第１化合物ＤＦ１は、本来の一重項励起子エネルギーと、ＲＩＳＣメカニズムにより三重項エネルギー準位から遷移した一重項励起子エネルギーを全て利用し、１００％の内部量子効率を実現することができ、第２化合物ＤＦ２へ励起子エネルギーが効率的に移動することができる。例えば、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と、第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）は、下記式（ＩＩ）を満たすことができるが、これに限定されるものではない。
│ＨＯＭＯＤＦ２－ＨＯＭＯＤＦ１│≦０．２ｅＶ …（ＩＩ）
他の例示的側面において、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）は、第２化合物ＤＦ２のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）に比べ、浅くてもよく、同一であってもよい。例えば、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）と、第２化合物ＤＦ２のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）は、下記式（ＩＩＩ）を満たすことができる。
０≦│ＬＵＭＯＤＦ１－ＬＵＭＯＤＦ２│≦０．５ｅＶ …（ＩＩＩ）
第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）と、第２化合物ＤＦ２のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）が式（ＩＩＩ）を満たす場合、発光物質層２４０へ注入された電子は、第１化合物ＤＦ１へ移動することができる。それにより、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１で励起子の再結合が起こり得るので、ＲＩＳＣメカニズムを介して１００％の内部量子効率を実現することができる。第１化合物ＤＦ１でＲＩＳＣを介して生成された一重項励起子エネルギーは、ＦＲＥＴを介して第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２へ移動し、第２化合物ＤＦ２で効率的な発光が起こり得る。
例えば、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）は、－５．４ｅＶ～－５．７ｅＶであり、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）は、－２．６ｅＶ～－２．９ｅＶであり得るが、これに限定されるものではない。第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）は、－５．３ｅＶ～－５．６ｅＶであり、第２化合物ＤＦ２のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）は、－２．７ｅＶ～－２．９ｅＶであり得るが、これに限定されるものではない。
第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）とＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）との間のエネルギーバンドギャップは、第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）とＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップより広くてよい。例示的側面において、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）とＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）との間のエネルギーバンドギャップは、２．６ｅＶ以上３．１ｅＶ以下、例えば、２．７ｅＶ以上２．９ｅＶ以下であり得る。第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）とＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）のバンドギャップは、２．４ｅＶ以上２．９ｅＶ以下、例えば、２．５ｅＶ以上２．８ｅＶ以下であり得る。この場合、第１化合物ＤＦ１で生成された励起子エネルギーが第２化合物ＤＦ２へ効率的に遷移し、最終的に第２化合物ＤＦ２で十分な発光が起こり得る。
図５は、発光物質層を構成する第１化合物および第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位を調節していないとき、正孔が第２化合物にトラップされる問題を概略的に示す模式図である。図５に示すように、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＨＯＭＯ－２）が、０．３ｅＶ以上である場合、発光物質層２４０へ注入された正孔は、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２にトラップされる。すなわち、発光物質層２４０へ注入された正孔は、ホストである第３化合物Ｈから第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１へ移動しない。発光効率に優れている第１化合物ＤＦ１で励起子が形成されず、第２化合物ＤＦ２にトラップされた正孔が直接再結合して励起子を形成し、発光する。第１化合物ＤＦ１の三重項励起子エネルギーは発光に寄与することができず、非発光消滅するため、発光効率が減少する。
図６は、発光物質層を構成する第１化合物並びに第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位およびＬＵＭＯエネルギー準位を調節していないとき、正孔が第２化合物にトラップされ、第１化合物と第２化合物の間に励起複合体が形成される問題を概略的に示す模式図である。図６に示すように、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＨＯＭＯ－３）が、０．５ｅＶ以上である場合、発光物質層２４０へ注入された正孔は、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２にトラップされる。
また、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）が第２化合物ＤＦ２のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）より深い場合（すなわち、ＬＵＭＯＤＦ２－ＬＵＭＯＤＦ１＞０である場合）、第２化合物ＤＦ２にトラップされた正孔と、第１化合物ＤＦ１へ移動した電子が励起複合体を形成する。三重項励起子エネルギーが非発光消滅し、発光効率が減少する上に、励起複合体を形成するＬＵＭＯエネルギー準位とＨＯＭＯエネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップが非常に狭くなるため、長波長帯域の光が発光する。第１化合物ＤＦ１と第２化合物ＤＦ２が同時に発光するため、半値幅が広くなり、色純度が低下する。
続いて、本発明の第１実施形態に係る発光物質層２４０における発光メカニズムについて説明する。図７は、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層における発光物質間の一重項エネルギー準位および三重項エネルギー準位による発光メカニズムを概略的に示す模式図である。図７に概略的に示すように、発光物質層２４０（ＥＭＬ）に含まれるホストであり得る第３化合物Ｈの一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ）は、遅延蛍光特性を有する第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）より高い。また、第３化合物Ｈの三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ）は、第２化合物ＤＦ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）より高くあり得る。例えば、第３化合物Ｈの三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ）は、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）より０．２ｅＶ以上、好ましくは０．３ｅＶ以上、さらに好ましくは０．５ｅＶ以上高くてもよい。
第３化合物Ｈの三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ）および一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ）が、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）および一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）より十分に高くない場合、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）の励起子が第３化合物Ｈの三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ）へと逆電荷移動が起こる。それにより、三重項励起子が発光できない第３化合物Ｈで三重項励起子は非発光消滅するため、遅延蛍光特性を有する第１化合物ＤＦ１の三重項励起子は発光に寄与できなくなる。遅延蛍光特性を有する第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）の差（ΔＥＳＴ
ＤＦ１）は、０．３ｅＶ以下、例えば０．０５ｅＶ～０．３ｅＶであり得る。
また、発光物質層２４０（ＥＭＬ）において、ＲＩＳＣにより、ＩＣＴ錯体状態に変わった第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１から第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２へ励起子エネルギーが効率的に遷移し、高効率、かつ高色純度を有する有機発光ダイオードＤ１を具現化する必要がある。かかる有機発光ダイオードＤ１を具現化するため、第１遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）は、第２遅延蛍光物質であり得る第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）より高くなければならない。選択的に、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）は、第２化合物ＤＦ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）より高くてもよい。
一方、第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ２）は、第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ１）より小さい。そのため、ＦＲＥＴメカニズムを介し、第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）から第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）へ移動した励起子エネルギーが、ＩＳＣにより、三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）へ変換されても、第２化合物ＤＦ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）の励起子は、ＲＩＳＣによって素早く一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）へ変換する。
その結果、第２化合物ＤＦ２に残留する三重項励起子が減少し、三重項励起子が周辺の三重項励起子、またはポーラロンと相互作用することが防止され、ＴＴＡまたはＴＰＡによる三重項励起子の消光を最小化することができる。第２化合物ＤＦ２は、第１化合物ＤＦ１の一重項励起子エネルギーと三重項励起子エネルギーを全て発光に利用することができるので、有機発光ダイオードＤ１の発光効率を極大化することができる。さらに、ＴＴＡまたはＴＰＡといった消光が最小限になり、有機発光ダイオードＤ１の発光寿命が大きく向上することができる。
再び図３に戻ると、正孔注入層２５０は、第１電極２１０と正孔輸送層２６０の間に位置し、無機物である第１電極２１０と有機物である正孔輸送層２６０の間の界面特性を向上させる。１つの例示的側面において、正孔注入層２５０は、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；ＭＴＤＡＴＡ、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；ＮＡＴＡ、４，４’，４”－トリス（Ｎ－（ナフタレン－１－イル）－Ｎ－フェニルアミノ）トリフェニルアミン；１Ｔ－ＮＡＴＡ、４，４’，４”－トリス（Ｎ－（ナフタレン－２－イル）－Ｎ－フェニルアミノ）トリフェニルアミン；２Ｔ－ＮＡＴＡ、フタロシアニン銅；ＣｕＰＣ、トリス（４－カルバゾイル－９－イル－フェニル）アミン；ＴＣＴＡ、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；ＮＰＤ、１，４，５，８，９，１１－ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル（ジピラジノ［２，３－ｆ：２’，３’－ｈ］キノキサリン－２，３，６，７，１０，１１－ヘキサカルボニトリル；ＨＡＴ－ＣＮ、１，３，５－トリス［４－（ジフェニルアミノ）フェニル］ベンゼン；ＴＤＡＰＢ、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸；ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、Ｎ－（ビフェニル－４－イル）－９，９－ジメチル－Ｎ－（４－（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－イル）フェニル）－９Ｈ－フルオレン－２－アミン、およびこれらの組み合わせで構成される群から選択される化合物を含むことができるが、これに限定されるものではない。有機発光ダイオードＤ１の特性により、正孔注入層２５０は省略してもよい。
正孔輸送層２６０は、正孔注入層２５０と発光物質層２４０の間に位置する。１つの例示的側面において、正孔輸送層２６０は、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、ＮＰＢ（ＮＰＤ）、ＣＢＰ、ポリ［Ｎ，Ｎ’－ビス（４－ブチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ビス（フェニル）－ベンジジン］；Ｐｏｌｙ－ＴＰＤ、ポリ［（９，９－ジオクチルフルオレニル－２，７－ジイル）－ｃｏ－（４，４’－（Ｎ－（４－ｓｅｃ－ブチルフェニル）ジフェニルアミン））］；ＴＦＢ、ジ－［４－（Ｎ，Ｎ－ジ－ｐ－トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン；ＴＡＰＣ、３，５－ジ（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）－Ｎ，Ｎ－ジフェニルアニリン；ＤＣＤＰＡ、Ｎ－（ビフェニル－４－イル）－９，９－ジメチル－Ｎ－（４－（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－イル）フェニル）－９Ｈ－フルオレン－２－アミン、Ｎ－（ビフェニル－４－イル）－Ｎ－（４－（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－イル）フェニル）ビフェニル）－４－アミン、およびこれらの組み合わせで構成される群から選択される化合物を含むことができるが、これに限定されるものではない。
発光物質層２４０と第２電極２３０の間には、電子輸送層２７０と電子注入層２８０を順次積層することができる。電子輸送層２７０を成す素材には、高い電子移動度が求められるが、スムーズな電子輸送により、発光物質層２４０に電子を安定して供給する。１つの例示的な実施形態において、電子輸送層２７０は、オキサジアゾール系化合物、トリアゾール系化合物、フェナントロリン系化合物、ベンゾオキサゾール系化合物、ベンゾチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物のうち、いずれか１つを含むことができる。
より具体的に、電子輸送層２７０は、トリス（８－ヒドロキシキノリン）アルミニウム；Ａｌｑ３、２－ビフェニル－４－イル－５－（４－ｔ－ブチルフェニル）－１，３，４－オキサジアゾール；ＰＢＤ、スピロ-ＰＢＤ、リチウムキノラート；Ｌｉｑ、１，３，５－トリス（Ｎ－フェニルベンゾイミダゾール－２－イル）ベンゼン；ＴＰＢｉ、ビス（２－メチル－８－キノリノラト－Ｎ１，０８）－（１，１’－ビフェニル－４－オラト）アルミニウム；ＢＡｌｑ、４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン；Ｂｐｈｅｎ、２，９－ビス（ナフタレン－２－イル）－４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン；ＮＢｐｈｅｎ、２，９－ジメチル－４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン；ＢＣＰ、３－（４－ビフェニル）－４－フェニル－５－ｔｅｒｔ－ブチルフェニル－１，２，４－トリアゾール；ＴＡＺ、４－（ナフタレン－１－イル）－３，５－ジフェニル－４Ｈ－１，２，４－トリアゾール；ＮＴＡＺ、１，３，５－トリス（ｐ－ピリド－３－イル－フェニル）ベンゼン；ＴｐＰｙＰＢ、２，４，６－トリス（３’－（ピリジン－３－イル）ビフェニル－３－イル）－１，３，５－トリアジン；ＴｍＰＰＰｙＴｚ、ポリ［（９，９－ビス（３’－（（Ｎ，Ｎ－ジメチル）－Ｎ－エチルアンモニウム）－プロピル）－２，７－フルオレン）－アルト－２，７－（９，９－ジオクチルフルオレン）］；ＰＦＮＢｒ、トリス（フェニルキノキサリン）；ＴＰＱ、ＴＳＰＯ１、およびこれらの組み合わせで構成される群から選択される化合物を含むことができるが、これに限定されるものではない。
電子注入層２８０は、第２電極２３０と電子輸送層２７０の間に位置するが、第２電極２７０の特性を改善し、素子の寿命を改善することができる。１つの例示的側面において、電子注入層２８０の素材には、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＮａＦ、ＢａＦ２などのアルカリハライド系物質、および／またはアルカリ土金属ハライド系物質、および／またはＬｉｑ、リチウムベンゾエイト、ステアリン酸ナトリウムなどの有機金属系の物質を用いることができるが、これに限定されるものではない。
一方、正孔が発光物質層２４０を介して第２電極２３０側に移動し、または電子が発光物質層２４０を介して第１電極２１０側に移動した場合、有機発光ダイオードＤ１の発光寿命および発光効率が低下し得る。これを防止するため、本発明の例示的な第１実施形態に係る有機発光ダイオードＤ１は、発光物質層２４０に隣接する少なくとも１つの励起子遮断層を有する。
本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオードＤ１は、正孔輸送層２６０と発光物質層２４０の間に、電子移動を制御・防止することができる電子遮断層２６５を有することができる。１つの例示的側面において、電子遮断層２６５は、ＴＣＴＡ、トリス［４－（ジエチルアミノ）フェニル］アミン、Ｎ－（ビフェニル－４－イル）－９，９－ジメチル－Ｎ－（４－（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－イル）フェニル）－９Ｈ－フルオレン－２－アミン、ＴＡＰＣ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍＣＰ、ｍＣＢＰ、ＣｕＰＣ、Ｎ，Ｎ’－ビス［４－［ビス（３－メチルフェニル）アミノ］フェニル］－Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－［１，１’－ビフェニル］－４，４’－ジアミン；ＤＮＴＰＤ、ＴＤＡＰＢ、３，６－ビス（Ｎ－カルバゾリル）－Ｎ－フェニル－カルバゾール、およびこれらの組み合わせで構成される群から選択される化合物を含むことができるが、これに限定されるものではない。
発光物質層２４０と電子輸送層２７０の間には、第２励起子遮断層として正孔遮断層２７５が位置し、発光物質層２４０と電子輸送層２７０の間の正孔移動を防止する。１つの例示的側面において、正孔遮断層２７５の素材として、電子輸送層２７０に使用できるオキサジアゾール系化合物、トリアゾール系化合物、フェナントロリン系化合物、ベンゾオキサゾール系化合物、ベンゾチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物のうち、いずれか１つを用いることができる。
例えば、正孔遮断層２７５は、発光物質層２４０に用いられた素材に比べ、ＨＯＭＯエネルギー準位の低いＢＣＰ、ＢＡｌｑ、Ａｌｑ３、ＰＢＤ、スピロ－ＰＢＤ、Ｌｉｑ、ビス－４，６－（３，５－ジ－３－ピリジルフェニル）－２－メチルピリミジン；Ｂ３ＰＹＭＰＭ、ＤＰＥＰＯ、９－（６－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）ピリジン－３－イル）－９Ｈ－３，９’－ビカルバゾール、およびこれらの組み合わせで構成される群から選択される化合物を含むことができるが、これに限定されるものではない。
前述した第１実施形態では、遅延蛍光特性を有する第１化合物および第２化合物が同一の発光物質層に含まれる場合を例に挙げたが、第１化合物と第２化合物は、隣接する発光物質層にそれぞれ含まれてもよい。これについて説明する。図８は、本発明の例示的な第２実施形態に係る有機発光ダイオードを概略的に示す断面図であり、図９は、本発明の第２実施形態により、発光物質層を構成する第１化合物および第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位を調節し、正孔が第２化合物へ効率的に移動する状態を概略的に示す模式図であり、図１０は、本発明の第２実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層における発光物質間の一重項エネルギー準位および三重項エネルギー準位による発光メカニズムを概略的に示す模式図である。
図８に示すように、本発明の第２実施形態に係る有機発光ダイオードＤ２は、互いに対向する第１電極３１０および第２電極３３０と、第１電極３１０と第２電極３３０の間に位置する発光層３２０とを含む。有機発光表示装置１００（図２を参照）は赤色の画素領域、緑色の画素領域、青色の画素領域を含み、有機発光ダイオードＤ２は青色の画素領域に位置することができる。
例示的側面において、発光層３２０は発光物質層３４０を含む。発光層３２０は、第１電極３１０と発光物質層３４０の間に位置する正孔輸送層３６０と、発光物質層３４０と第２電極３３０の間に位置する電子輸送層３７０のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。また、発光層３２０は、第１電極３１０と正孔輸送層３６０の間に位置する正孔注入層３５０と、電子輸送層３７０と第２電極３３０の間に位置する電子注入層３８０のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。
選択的に、発光層３２０は、発光物質層３４０と正孔輸送層３６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層３６５、および／または発光物質層３４０と電子輸送層３７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層３７５をさらに含むことができる。第１電極３１０、第２電極３３０、および発光物質層３４０を除いた発光層３２０の構成は、前述した第１実施形態と同様であってもよい。
発光物質層３４０は、電子遮断層３６５と正孔遮断層３７５の間に位置する第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１、下部発光物質層、第１層）と、第１発光物質層３４２と正孔遮断層３７５の間に位置する第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２、上部発光物質層、第２層）を含む。選択的に、第２発光物質層３４４は、電子遮断層３６５と第１発光物質層３４２の間に位置してもよい。
第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）と第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）のうち、どちらか一方は、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１（第１ドーパント）を含み、他方は、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２（第２ドーパント）を含む。また、第１発光層３４２（ＥＭＬ１）と第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、それぞれ第１ホストであり得る第４化合物Ｈ１と、第２ホストであり得る第５化合物Ｈ２を含むことができる。一例に、第１発光物質層３４２は第１化合物ＤＦ１を含み、第２発光物質層３４４は第２化合物ＤＦ２を含むことができる。
第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）を構成する第１化合物ＤＦ１は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１遅延蛍光物質であり得る。遅延蛍光特性を有する第１化合物ＤＦ１は、ＲＩＳＣにより、第１化合物ＤＦ１の三重項励起子エネルギーが一重項励起子エネルギーに変換される。第１化合物ＤＦ１は高い量子効率を持つが、半値幅が広いため、色純度がよくない。
一方、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含む。第２化合物ＤＦ２は、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する任意の有機化合物を含む。化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２は、第１化合物ＤＦ１に比べ、半値幅が狭い（例えば、半値幅は３５ｎｍ以下）。そのため、第２化合物ＤＦ２は、色純度の面で長所がある。
本実施形態によると、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）に含まれる遅延蛍光特性を有する第１化合物ＤＦ１の一重項励起子エネルギーおよび三重項励起子エネルギーは、ＦＲＥＴメカニズムを介し、隣接する第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）に含まれる第２化合物ＤＦ２へ移動し、最終的に第２化合物ＤＦ２で発光が起こる。
逆項間交差により、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１化合物ＤＦ１の三重項励起子エネルギーが、一重項励起子エネルギーに変換される。第１化合物ＤＦ１の一重項励起子エネルギーは、第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位に移動する。第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）に含まれる第２化合物ＤＦ２は、一重項励起子エネルギーと三重項励起子エネルギーを全て発光に有効利用する。
第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ２）は、第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ１）より小さい（図７を参照）。第２化合物ＤＦ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）の励起子が、ＲＩＳＣにより素早く一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）へ遷移することで、有機発光ダイオードＤ２の駆動電圧が低下し、発光効率および発光寿命が大きく向上することができる。
第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１で生成された励起子エネルギーは、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）に含まれる第２遅延蛍光物質であり得る第２化合物ＤＦ２へ効率的に移動し、超蛍光を実現することができる。このとき、実質的な発光は、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含む第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）で起こる。その結果、有機発光ダイオードＤ２の量子効率が向上し、半値幅が狭くなり、色純度が向上する。
前述した通り、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する有機化合物を含み、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２は、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有するホウ素系化合物を含む。第４化合物Ｈ１と第５化合物Ｈ２は、互いに同一であってもよく、異なってもよい。例えば、第４化合物Ｈ１と第５化合物Ｈ２は、それぞれ独立して、第１実施形態で説明した第３化合物Ｈを含むことができるが、これに限定されるものではない。
第１実施形態と同様に、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と第２化合物ＤＦ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＨＯＭＯ－１）は、前述した式（Ｉ）または式（ＩＩ）を満たすことができる。そのため、発光物質層３４０に注入された正孔は第１化合物ＤＦ１へ移動し、第１化合物ＤＦ１は、一重項励起子エネルギーと三重項励起子エネルギーを全て第２化合物ＤＦ２へ移動させることができる。また、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）は、第２化合物ＤＦ２のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２）より浅く、または同一であって、式（ＩＩＩ）を満たすことができる。
さらに、第４化合物Ｈ１および第５化合物Ｈ２のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＨ１、ＨＯＭＯＨ２）と、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）の差（｜ＨＯＭＯＨ－ＨＯＭＯＤＦ１｜）、または第４化合物Ｈ１および第５化合物Ｈ２のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＨ１、ＬＵＭＯＨ２）と、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）の差（｜ＬＵＭＯＨ－ＬＵＭＯＤＦ１｜）は、０．５ｅＶ以下であり得る。かかる条件を満たさない場合、第１化合物ＤＦ１で非発光消滅が起こったり、または第４化合物Ｈ１および第５化合物Ｈ２から第１化合物ＤＦ１および／または第２化合物ＤＦ２へと励起子エネルギーが移動せず、有機発光ダイオードＤ２の量子効率が低下し得る。
一方、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）および第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）にそれぞれ含まれ得る第４化合物Ｈ１および第５化合物Ｈ２でそれぞれ生成された励起子エネルギーは、まず、第１遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１へ移動しなければならない。図１０に示すように、第４化合物Ｈ１および第５化合物Ｈ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ１、Ｓ１
Ｈ２）は、それぞれ第１遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）より高い。また、第４化合物Ｈ１および第５化合物Ｈ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ１、Ｔ１
Ｈ２）は、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）より高くあり得る。例えば、第４化合物Ｈ１および第５化合物Ｈ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ１、Ｔ１
Ｈ２）は、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）より少なくとも０．２ｅＶ以上、例えば０．３ｅＶ以上、好ましくは０．５ｅＶ以上高くてもよい。
一方、第２ホストである第５化合物Ｈ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ２）は、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）より高い。選択的に、第５化合物Ｈ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ２）は、第２化合物ＤＦ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）より高くてもよい。その結果、第５化合物Ｈ２で生成された一重項励起子エネルギーが第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位へ移動することができる。
さらに、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）でＲＩＳＣにより、ＩＣＴ錯体状態へ変わった第１化合物ＤＦ１から第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）の第２化合物ＤＦ２へ励起子エネルギーが効率的に移動しなければならない。かかる有機発光ダイオードＤ２を具現化するため、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）は、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）に含まれる第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）より高い。選択的に、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）は、第２化合物ＤＦ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）より高くてもよい。
第１発光物質層３４２および第２発光物質層３４４のそれぞれにおいて、第４化合物Ｈ１と第５化合物Ｈ２は、それぞれ同一の発光物質層を構成する第１化合物ＤＦ１と第２化合物ＤＦ２より大きい、または同一の含有量で含むことができる。また、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１化合物ＤＦ１の含有量は、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）に含まれる第２化合物ＤＦ２の含有量より大きくてもよい。その結果、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１化合物ＤＦ１から第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）に含まれる第２化合物ＤＦ２へと、ＦＲＥＴによる十分なエネルギー移動が起こり得る。
例えば、第１発光物質層３４２（ＥＭＬ１）中、第１化合物ＤＦ１は、１重量％～５０重量％、好ましくは１０重量％～４０重量％、さらに好ましくは２０重量％～４０重量％の割合で含むことができる。第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）中、第２化合物ＤＦ２は、１重量％～１０重量％、好ましくは１重量％～５重量％であり得る。
選択的に、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）が正孔遮断層３７５に隣接して位置する場合、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）を構成する第５化合物Ｈ２は、正孔遮断層３７５と同一の物質であり得る。このとき、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、発光機能と共に正孔遮断機能を備えることができる。言い換えると、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、正孔を遮断するためのバッファー層として機能する。一方、正孔遮断層３７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、発光物質層および正孔遮断層として用いられる。
他の例示的側面において、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）が電子遮断層３６５に隣接して位置する場合、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）を構成する第５化合物Ｈ２は、電子遮断層３６５と同一の物質であり得る。このとき、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、発光機能と共に電子遮断機能を備えることができる。言い換えると、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、電子を遮断するためのバッファー層として機能する。一方、電子遮断層３６５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層３４４（ＥＭＬ２）は、発光物質層および電子遮断層として用いられる。
続いて、発光物質層が３層構造である有機発光ダイオードについて説明する。図１１は、本発明の例示的な第３実施形態に係る有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。図１２は、本発明の第３実施形態により、発光物質層を構成する第１化合物および第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位を調節し、正孔が第２化合物へ効率的に移動する状態を概略的に示す模式図である。図１３は、本発明の第３実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層における発光物質間の一重項エネルギー準位および三重項エネルギー準位による発光メカニズムを概略的に示す模式図である。
図１１に示すように、本発明の第３実施形態に係る有機発光ダイオードＤ３は、互いに対向する第１電極４１０および第２電極４３０と、第１電極４１０と第２電極４３０の間に位置する発光層４２０とを含む。有機発光表示装置１００（図２を参照）は赤色の画素領域、緑色の画素領域、青色の画素領域を含み、有機発光ダイオードＤ３は青色の画素領域に位置することができる。
本実施形態において、発光層４２０は３層構造の発光物質層４４０を含む。発光層４２０は、第１電極４１０と発光物質層４４０の間に位置する正孔輸送層４６０と、発光物質層４４０と第２電極４３０の間に位置する電子輸送層４７０のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。また、発光層４２０は、第１電極４１０と正孔輸送層４６０の間に位置する正孔注入層４５０と、電子輸送層４７０と第２電極４３０の間に位置する電子注入層４８０のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。選択的に、発光層４２０は、発光物質層４４０と正孔輸送層４６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層４６５、および／または発光物質層４４０と電子輸送層４７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層４７５をさらに含むことができる。第１電極４１０、第２電極４３０、および発光物質層４４０を除いた発光層４２０の構成は、前述した第１実施形態および第２実施形態と実質的に同様であり得る。
発光物質層４４０（ＥＭＬ）は、電子遮断層４６５と正孔遮断層４７５の間に位置する第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１、中間発光物質層、第１層）と、電子遮断層４６５と第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）の間に位置する第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２、下部発光物質層、第２層）と、第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）と正孔遮断層４７５の間に位置する第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３、上部発光物質層、第３層）を含む。
第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）は、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１（第１ドーパント）を含み、第２発光物質層４４４と第３発光物質層４４６は、それぞれ第２遅延蛍光物質であり得る第２化合物ＤＦ２（第２ドーパント）、および第３遅延蛍光物質であり得る第６化合物ＤＦ３（第３ドーパント）を含む。第１ないし第３発光物質層４４２、４４４、４４６は、それぞれ第１ホストないし第３ホストであり得る第４化合物Ｈ１、第５化合物Ｈ２および第７化合物Ｈ３をさらに含むことができる。
本実施形態によると、第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１の一重項励起子エネルギーおよび三重項励起子エネルギーは、フェルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のメカニズムにより、隣接する第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）にそれぞれ含まれる第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２、そして第３遅延蛍光物質である第６化合物ＤＦ３へ移動し、第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３で最終的な発光が起こる。
逆項間交差により、第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１化合物ＤＦ１の三重項励起子エネルギーが一重項励起子エネルギーに変換される。第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位は、隣接する第２発光物質層４４４および第３発光物質層４４６にそれぞれ含まれる第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２、および第３遅延蛍光物質である第６化合物ＤＦ３の一重項エネルギー準位より高い。第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１化合物ＤＦ１の一重項励起子エネルギーは、ＦＲＥＴを介し、隣接する第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）に含まれる第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３の一重項エネルギー準位に移動する。
したがって、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）にそれぞれ含まれる第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３は、一重項励起子エネルギーと三重項励起子エネルギーを全て発光に有効利用する。第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３は、第１化合物ＤＦ１に比べて半値幅が狭い（例えば、半値幅は３５ｎｍ以下）。そのため、有機発光ダイオードＤ３の量子効率が向上し、半値幅が狭くなり、色純度が向上する。このとき、実質的な発光は、第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３をそれぞれ含む第２発光物質層４４２（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）で起こる。
第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２、Ｓ１
ＤＦ３）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ２）は、第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）と三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＥＳＴ
ＤＦ１）より小さい（図７を参照）。第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２、Ｔ１
ＤＦ３）の励起子が、ＲＩＳＣにより素早く一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２）へ遷移することで、有機発光ダイオードＤ３の駆動電圧が低下し、発光効率および発光寿命が大きく向上することができる。
第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する有機化合物を含み、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２と第３遅延蛍光物質である第６化合物ＤＦ３は、それぞれ独立して、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有するホウ素系有機化合物を含む。一例に、第６化合物ＤＦ３は第２化合物ＤＦ２を含むことができる。第４化合物Ｈ１、第５化合物Ｈ２、および第７化合物Ｈ３は、互いに同一であってもよく、異なってもよい。例えば、第４化合物Ｈ１、第５化合物Ｈ２、および第７化合物Ｈ３は、それぞれ独立して、第１実施形態で説明した第３化合物Ｈを含むことができるが、これに限定されるものではない。
前述した第１および第２実施形態と同様に、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と、第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３のそれぞれのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２、ＨＯＭＯＤＦ３）との間のエネルギーバンドギャップ（ΔＨＯＭＯ－１）は、前述した式（Ｉ）または式（ＩＩ）を満たすことができる。そのため、発光物質層３４０に注入された正孔は第１化合物ＤＦ１へ移動し、第１化合物ＤＦ１は、一重項励起子エネルギーと三重項励起子エネルギーを全て第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３へ移動させることができる。また、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）は、第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ２、ＬＵＭＯＤＦ３）より浅く、または同一であって、式（ＩＩＩ）を満たすことができる。
さらに、第４化合物Ｈ１、第５化合物Ｈ２、および第７化合物Ｈ３のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＨ１、ＨＯＭＯＨ２、ＨＯＭＯＨ３）と、第１化合物ＤＦ１のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）の差（｜ＨＯＭＯＨ－ＨＯＭＯＤＦ１｜）、または第４化合物Ｈ１、第５化合物Ｈ２、および第７化合物Ｈ３のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＨ１、ＬＵＭＯＨ２、ＬＵＭＯＨ３）と、第１化合物ＤＦ１のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯＤＦ１）の差（｜ＬＵＭＯＨ－ＬＵＭＯＤＦ１｜）は、０．５ｅＶ以下であり得る。
効率的は発光を実現するため、第１ないし第３発光物質層４４２、４４４、４４６（ＥＭＬ１、ＥＭＬ２、ＥＭＬ３）に含まれる発光物質のエネルギー準位を適切に調節する必要がある。図１３を参照すると、第１ホストであり得る第４化合物Ｈ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ１）、第２ホストであり得る第５化合物Ｈ２の一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ２）、および第３ホストであり得る第７化合物Ｈ３の一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ３）は、第１遅延蛍光物質であり得る第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）より高い。また、第４化合物Ｈ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ１）、第５化合物Ｈ２の三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ２）、および第７化合物Ｈ３の三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ３）は、それぞれ第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）より高い。
第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）でＲＩＳＣにより、ＩＣＴ錯体状態へ変わった第１化合物ＤＦ１から第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）にそれぞれ含まれる第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２および第３遅延蛍光物質である第６化合物ＤＦ３へ励起子エネルギーが効率的に移動しなければならない。かかる有機発光ダイオードＤ３を具現化するため、第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ１）は、それぞれ第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）に含まれる第２遅延蛍光物質であり得る第２化合物ＤＦ２および第３遅延蛍光物質であり得る第６化合物ＤＦ３の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２、Ｓ１
ＤＦ３）より高い。選択的に、第１化合物ＤＦ１の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ１）は、それぞれ第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２、Ｔ１
ＤＦ３）より高くてもよい。
また、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１から第２および第３遅延蛍光物質へ遷移したエネルギーが、第５化合物Ｈ２および第７化合物Ｈ３へ遷移することを防止し、効率的な発光を実現する必要がある。そのため、第２ホストであり得る第５化合物Ｈ２および第３ホストであり得る第７化合物Ｈ３の一重項エネルギー準位（Ｓ１
Ｈ２、Ｓ１
Ｈ３）は、それぞれ第２遅延蛍光物質であり得る第２化合物ＤＦ２および第３遅延蛍光物質であり得る第６化合物ＤＦ３の一重項エネルギー準位（Ｓ１
ＤＦ２、Ｓ１
ＤＦ３）より高くなっている。選択的に、第５化合物Ｈ２および第７化合物Ｈ３の三重項エネルギー準位（Ｔ１
Ｈ２、Ｔ１
Ｈ３）は、それぞれ第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３の三重項エネルギー準位（Ｔ１
ＤＦ２、Ｔ１
ＤＦ３）より高くてもよい。
第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１化合物ＤＦ１は、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）にそれぞれ含まれる第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３より大きい含有量で含むことができる。この場合、第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）に含まれる第１化合物ＤＦ１から、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）にそれぞれ含まれる第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３へと、ＦＲＥＴによる十分なエネルギー移動が起こり得る。
例えば、第１発光物質層４４２（ＥＭＬ１）中、第１化合物ＤＦ１は、１重量％～５０重量％、好ましくは１０重量％～４０重量％、さらに好ましくは２０重量％～４０重量％の割合で含むことができる。第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）のそれぞれにおいて、第２化合物ＤＦ２および第６化合物ＤＦ３は、それぞれ１重量％～１０重量％、好ましくは１重量％～５重量％であり得る。
選択的に、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）が電子遮断層４６５に隣接して位置する場合、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）を構成する第５化合物Ｈ２は、電子遮断層４６５と同一の物質であり得る。このとき、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）は、発光機能と共に電子遮断機能を備えることができる。言い換えると、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）は、電子を遮断するためのバッファー層として機能する。一方、電子遮断層４６５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）は、発光物質層および電子遮断層として用いられる。
また、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）が正孔遮断層４７５に隣接して位置する場合、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）を構成する第７化合物Ｈ３は、正孔遮断層４７５と同一の物質であり得る。このとき、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）は、発光機能と共に正孔遮断機能を備えることができる。言い換えると、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）は、正孔を遮断するためのバッファー層として機能する。一方、正孔遮断層４７５は省略してもよく、この場合、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）は、発光物質層および正孔遮断層として用いられる。
他の例示的側面において、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）を構成する第５化合物Ｈ２は、電子遮断層４６５と同一の物質であり、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）を構成する第７化合物Ｈ３は、正孔遮断層４７５と同一の物質であり得る。このとき、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）は発光機能と共に電子遮断機能を備え、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）は発光機能と共に正孔遮断機能を備えることができる。すなわち、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）および第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）は、それぞれ電子と正孔を遮断するバッファー層として機能することができる。一方、電子遮断層４６５および正孔遮断層４７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層４４４（ＥＭＬ２）は発光物質層および電子遮断層として用いられ、第３発光物質層４４６（ＥＭＬ３）は発光物質層および正孔遮断層として用いられる。
選択的な実施形態において、有機発光ダイオードは、２つ以上の発光部を含むことができる。図１４は、本発明の例示的な第４実施形態に係る有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
図１４に示すように、有機発光ダイオードＤ４は、互いに対向する第１電極５１０および第２電極５３０と、第１電極５１０と第２電極５３０の間に位置する発光層５２０とを含む。有機発光表示装置１００（図２を参照）は赤色の画素領域、緑色の画素領域、青色の画素領域を含み、有機発光ダイオードＤ４は青色の画素領域に位置することができる。また、第１電極５１０は陽極であり、第２電極５３０は陰極であり得る。
発光層５２０は、第１発光物質層６４０を含む第１発光部６２０と、第２発光物質層７４０を含む第２発光部７２０を含む。また、発光層５２０は、第１発光部６２０と第２発光部７２０の間に位置する電荷発生層６８０をさらに含むことができる。
電荷発生層６８０は、第１発光部６２０と第２発光部７２０の間に位置し、第１電極５１０上に第１発光部６２０、電荷発生層６８０、第２発光部７２０が順次積層される。すなわち、第１発光部６２０は第１電極５１０と電荷発生層６８０の間に位置し、第２発光部７２０は第２電極５３０と電荷発生層６８０の間に位置する。
第１発光部６２０は第１発光物質層６４０（ＥＭＬ１）を含む。また、第１発光部６２０は、第１電極５１０と第１発光物質層６４０の間に位置する正孔注入層６５０（ＨＩＬ）、第１発光物質層６４０と正孔注入層６５０の間に位置する第１正孔輸送層６６０（ＨＴＬ１）と、第１発光物質層６４０と電荷発生層６８０の間に位置する第１電子輸送層６７０（ＥＴＬ１）のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。選択的に、第１発光部６２０は、第１正孔輸送層６６０と第１発光物質層６４０の間に位置する第１電子遮断層６６５（ＥＢＬ１）と、第１発光物質層６４０と第１電子輸送層６７０の間に位置する第１正孔遮断層６７５（ＨＢＬ１）のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。
第２発光部７２０は第２発光物質層７４０（ＥＭＬ２）を含む。また、第２発光部７２０は、電荷発生層６８０と第２発光物質層７４０の間に位置する第２正孔輸送層７６０（ＨＴＬ２）、第２発光物質層７４０と第２電極５３０の間に位置する第２電子輸送層７７０（ＥＴＬ２）と、第２電子輸送層７７０と第２電極５３０の間に位置する電子注入層７８０（ＨＩＬ）のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。選択的に、第２発光部７２０は、第２正孔輸送層７６０と第２発光物質層７４０の間に位置する第２電子遮断層７６５（ＥＢＬ２）と、第２発光物質層７４０と第２電子輸送層７７０の間に位置する第２正孔遮断層７７５（ＨＢＬ２）のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。
電荷発生層６８０は、第１発光部６２０と第２発光部７２０の間に位置する。言い換えると、第１発光部６２０と第２発光部７２０は、電荷発生層６８０を介して接続される。電荷発生層６８０は、Ｎ型電荷発生層６８２とＰ型電荷発生層６８４が接合されたＰＮ型であり得る。
Ｎ型電荷発生層６８２は、第１電子輸送層６７０と第２正孔輸送層７６０の間に位置し、Ｐ型電荷発生層６８４は、Ｎ型電荷発生層６８２と第２正孔輸送層７６０の間に位置する。Ｎ型電荷発生層６８２は、電子を第１発光部６２０の第１発光物質層６４０へ伝達し、Ｐ型電荷発生層６８４は、正孔を第２発光部７２０の第２発光物質層７４０へ伝達する。
本実施形態において、第１発光物質層６４０と第２発光物質層７４０は、それぞれ青色発光物質層であり得る。例えば、第１発光物質層６４０と第２発光物質層７４０のうち、少なくとも一方は、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１と、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含み、選択的に、ホストである第３化合物Ｈを含むことができる。
一例に、第１発光物質層６４０における第３化合物Ｈの含有量は、第１化合物ＤＦ１の含有量より大きく、第１化合物ＤＦ１の含有量は、第２化合物ＤＦ２の含有量より大きくてもよい。第１化合物ＤＦ１の含有量が第２化合物ＤＦ２の含有量より大きい場合、第１化合物ＤＦ１から第２化合物ＤＦ２へと、十分なエネルギー移動が起こり得る。例えば、第１発光物質層６４０中、第３化合物Ｈは５５重量％～８５重量％、第１化合物ＤＦ１は１０重量％～４０重量％、第２化合物ＤＦ２は０．１重量％～５重量％であり得るが、これに限定されるものではない。
第２発光物質層７４０は、第１発光物質層６４０と同様に第１化合物ＤＦ１および第２化合物ＤＦ２を含み、選択的に第３化合物Ｈを含むことができる。あるいは、第２発光物質層７４０は、第１発光物質層６４０に含まれる第１化合物ＤＦ１と第２化合物ＤＦ２のうち、少なくとも一方とは異なる別の化合物を含み、第１発光物質層６４０とは異なる波長の光を発するか、または異なる発光効率を有することができる。
図１４において、第１発光物質層６４０および第２発光物質層７４０は、単層構造であるが、第１化合物ないし第３化合物をそれぞれ含むことができる第１発光物質層６４０および第２発光物質層７４０は、それぞれ二層（図８を参照）であってもよく、三層（図１１を参照）であってもよい。
本実施形態に係る有機発光ダイオードＤ４では、第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１の一重項励起子エネルギーが、第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２へ移動し、第２化合物ＤＦ２で最終的な発光が起こる。その結果、有機発光ダイオードＤ４の発光効率および色純度が向上する。また、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１化合物ＤＦ１と、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する第２化合物ＤＦ２が、少なくとも第１発光物質層６４０に用いられることで、有機発光ダイオードＤ４の発光効率および色純度がさらに向上する。さらに、有機発光ダイオードＤ４が青色発光物質層の二重積層構造を有することから、有機発光ダイオードＤ４の色純度が向上し、発光効率が最適化され得る。
図１５は、本発明の第２実施形態に係る有機発光表示装置を概略的に示す断面図である。図１５に示すように、有機発光表示装置８００は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が正義された基板８１０と、基板８１０の上部に位置する薄膜トランジスタＴｒと、薄膜トランジスタＴｒの上部に位置し、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とを含む。例えば、第１画素領域Ｐ１は青色の画素領域であり、第２画素領域Ｐ２は緑色の画素領域であり、第３画素領域Ｐ３は赤色の画素領域であり得る。
基板８１０は、ガラス基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよい。例えば、フレキシブル基板は、ＰＩ基板、ＰＥＳ基板、ＰＥＮ基板、ＰＥＴ基板、およびＰＣ基板のいずれか１つであり得る。
基板８１０上にはバッファー層８１２が形成され、バッファー層８１２上に薄膜トランジスタＴｒが形成されるが、バッファー層８１２を省略してもよい。図２を用いて説明したように、薄膜トランジスタＴｒは、半導体層、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を含み、駆動素子として働く。
薄膜トランジスタＴｒ上には平坦化層８５０が位置する。平坦化層８５０はその上面が平坦であり、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極を露出するドレインコンタクトホール８５２を有する。
有機発光ダイオードＤは平坦化層８５０上に位置し、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極に接続される第１電極９１０、第１電極９１０上に順次積層される発光層９２０および第２電極９３０を含む。有機発光ダイオードＤは、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にそれぞれ位置し、互いに異なる色の光を発する。例えば、第１画素領域Ｐ１の有機発光ダイオードＤは青色光を発し、第２画素領域Ｐ２の有機発光ダイオードＤは緑色光を発し、第３画素領域Ｐ３の有機発光ダイオードＤは赤色光を発することができる。
第１電極９１０は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３毎に分離して形成され、第２電極９３０は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対応して一体に形成される。
第１電極９１０は陽極と陰極のうち、どちらか一方であり、第２電極９３０は他方であり得る。また、第１電極９１０と第２電極９３０のうち、どちらか一方は透過電極（または半透過電極）であり、他方は反射電極であり得る。
例えば、第１電極９１０は陽極であり、仕事関数が比較的に大きい導電性物質、例えば透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる透明導電性酸化物層を含むことができる。第２電極９３０は陰極であり、仕事関数が比較的に小さい導電性物質、例えば低抵抗金属からなる金属物質層を含むことができる。一例に、第１電極９１０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯおよびＡＺＯのうち、いずれか１つを含み、第２電極９３０は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｇ、またはこれらの合金（例えば、Ｍｇ－Ａｇ合金）やこれらの組み合わせからなり得る。
有機発光表示装置８００がボトムエミッションタイプである場合、第１電極９１０は、透明導電性酸化物層の単層構造を有することができる。
一方、有機発光表示装置８００がトップエミッションタイプである場合、第１電極９１０の下部には反射電極、または反射層をさらに形成することができる。例えば、反射電極または反射層は、銀、またはアルミニウム・パラジウム・銅（ＡＰＣ）合金からなることができる。トップエミッションタイプである有機発光ダイオードＤにおいて、第１電極９１０は、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、またはＩＴＯ／ＡＰＣ／ＩＴＯの三層構造を有することができる。また、第２電極９３０はその厚さが薄く、光透過（半透過）特性を有することができる。
平坦化層８５０上には、第１電極９１０の端部を覆うバンク層８６０が形成される。バンク層８６０は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれに対応し、第１電極９１０の中央を露出する。
第１電極９１０上には、発光層９２０が形成される。発光層９２０は、発光物質層（ＥＭＬ）の単層構造を有することができる。あるいは、発光層９２０は、発光物質層と第１電極９１０との間に順次積層される正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、および／または電子遮断層（ＥＢＬ）、発光物質層と第２電極９３０との間に順次積層される正孔遮断層（ＨＢＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）、および／または電荷発生層（Ｃｈａｒｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ、ＣＧＬ）のうち、少なくとも１つを含むことができる。
青色の画素領域である第１画素領域Ｐ１において、発光層９２０を構成する発光物質層は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１と、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含み、選択的に、ホストである第３化合物Ｈを含むことができる。
第２電極９３０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止するため、防止フィルム８７０が形成される。防止フィルム８７０は、第１無機絶縁層、有機絶縁層、第２無機絶縁層の三層構造を有することができるが、これに限定されるものではない。
有機発光表示装置８００は、外部光の反射を低減するための偏光板（不図示）をさらに含むことができる。例えば、偏光板（不図示）は円形状であり得る。有機発光表示装置８００がボトムエミッションタイプである場合、偏光板は基板８１０の下部に位置することができる。一方、有機発光表示装置８００がトップエミッションタイプである場合、偏光板は封止フィルム８７０の上部に位置することができる。
図１６は、本発明の例示的な第５実施形態に係る有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。有機発光ダイオードＤ５は、第１電極９１０および第２電極９３０、第１電極９１０と第２電極９３０の間に位置する発光層９２０を含む。
第１電極９１０は陽極であり、第２電極９３０は陰極であり得る。例えば、第１電極９１０は反射電極であり、第２電極９３０は透過電極（半透過電極）であり得る。
発光層９２０は発光物質層９４０を含む。また、発光層９２０は、第１電極９１０と発光物質層９４０の間に位置する正孔輸送層９６０（ＨＴＬ）と、発光物質層９４０と第２電極９３０の間に位置する電子輸送層９７０（ＥＴＬ）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。また、発光層９２０は、第１電極９１０と正孔輸送層９６０の間に位置する正孔注入層９５０（ＨＩＬ）と、電子輸送層９７０と第２電極９３０の間に位置する電子注入層９８０（ＥＩＬ）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。選択的に、発光層９２０は、正孔輸送層９６０と発光物質層９４０の間に位置する電子遮断層９６５（ＥＢＬ）と、発光物質層９４０と電子輸送層９７０の間に位置する正孔遮断層９７５（ＨＢＬ）のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。
さらに、発光層９２０は、正孔輸送層９６０と電子遮断層９６５の間に位置する補助正孔輸送層９６２をさらに含むことができる。補助正孔輸送層９６２は、第１画素領域Ｐ１に位置する第１補助正孔輸送層９６２ａ、第２画素領域Ｐ２に位置する第２補助正孔輸送層９６２ｂ、および第３画素領域Ｐ３に位置する第３補助正孔輸送層９６２ｃを含むことができる。
第１補助正孔輸送層９６２ａは第１厚さを有し、第２補助正孔輸送層９６２ｂは第２厚さを有し、第３補助正孔輸送層９６２ｃは第３厚さを有する。このとき、第１厚さは第２厚さより小さく、第２厚さは第３厚さより小さい。それにより、有機発光ダイオードＤ５はマイクロキャビティ構造を持つ。
すなわち、第１ないし第３補助正孔輸送層９６２ａ、９６２ｂ、９６２ｃの厚さが互いに異なり、第１波長範囲の光（青色）を発する第１画素領域Ｐ１における第１電極９１０と第２電極９３０間の距離は、第１波長範囲より長い第２波長範囲の光（緑色）を発する第２画素領域Ｐ２における第１電極９１０と第２電極９３０間の距離より小さい。また、第２画素領域Ｐ２における第１電極９１０と第２電極９３０間の距離は、第２波長範囲より長い第３波長範囲の光（赤色）を発する第３画素領域Ｐ３における第１電極９１０と第２電極９３０間の距離より大きい。それにより、有機発光ダイオードＤ５の発光効率が向上する。
図１６において、第１画素領域Ｐ１に第１補助正孔輸送層９６２ａが形成されているが、第１補助正孔輸送層９６２ａがなくてもマイクロキャビティ構造を実現することができる。また、第２電極９３０上には、光取り出し向上のためのキャッピング層８８０をさらに形成することができる。
発光物質層９４０は、第１画素領域Ｐ１に位置する第１発光物質層９４２と、第２画素領域Ｐ２に位置する第２発光物質層９４４と、第３画素領域Ｐ３に位置する第３発光物質層９４６を含む。第１発光物質層９４２、第２発光物質層９４４、および第３発光物質層９４６は、それぞれ青色発光物質層、緑色発光物質層、赤色発光物質層であり得る。
第１画素領域Ｐ１の第１発光物質層９４２は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１と、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含み、選択的に、ホストであり得る第３化合物Ｈを含むことができる。第１発光物質層９４２は単層であってもよく、二層であってもよく（図８を参照）、三層であってもよい（図１１を参照）。
このとき、第１発光物質層９４２において、第３化合物Ｈの含有量は第１化合物ＤＦ１の含有量より大きく、第１化合物ＤＦ１の含有量は第２化合物ＤＦ２の含有量より大きくてもよい。第１化合物ＤＦ１の含有量が第２化合物ＤＦ２の含有量より大きい場合、第１化合物ＤＦ１から第２化合物ＤＦ２へと十分なエネルギー移動が起こり得る。例えば、第１発光物質層９４２中、第３化合物Ｈは５５重量％～８５重量％、第１化合物ＤＦ１は１０重量％～４０重量％、第２化合物ＤＦ２は０．１重量％～５重量％であり得るが、これに限定されるものではない。
第２画素領域Ｐ２の第２発光物質層９４４は、ホストと緑色のドーパントを含み、第３画素領域Ｐ３の第３発光物質層９４６は、ホストと赤色のドーパントを含むことができる。例えば、第２発光物質層９４４および第３発光物質層９４６のホストは第３化合物Ｈを含み、緑色のドーパントおよび赤色のドーパントは、それぞれ緑色または赤色の燐光物質、緑色または赤色の蛍光物質、緑色または赤色の遅延蛍光物質のうち、少なくとも１つを含むことができる。
図１６の有機発光ダイオードＤ５は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれにおいて青色光、緑色光、赤色光を発する。それにより、有機発光表示装置８００（図１５を参照）は、カラー映像を実現することができる。
一方、有機発光表示装置８００は、色純度を向上させるため、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対応してカラーフィルター層（不図示）をさらに含むことができる。例えば、カラーフィルター層（不図示）は、第１画素領域Ｐ１に対応する第１カラーフィルター層（青色のカラーフィルター層、不図示）、第２画素領域Ｐ２に対応する第２カラーフィルター層（緑色のカラーフィルター層、不図示）、第３画素領域Ｐ３に対応する第３カラーフィルター層（赤色のカラーフィルター層、不図示）を含むことができる。
有機発光表示装置８００がボトムエミッションタイプである場合、カラーフィルター層（不図示）は、有機発光ダイオードＤと基板８１０の間に位置することができる。また、有機発光表示装置８００がトップエミッションタイプである場合、カラーフィルター層（不図示）は、有機発光ダイオードＤの上部に位置することができる。
図１７は、本発明の第３実施形態に係る有機発光表示装置を概略的に示す断面図である。図１７に示すように、有機発光表示装置１０００は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が正義された基板１０１０と、基板１０１０の上部に位置する薄膜トランジスタＴｒと、薄膜トランジスタＴｒの上部に位置し、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、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対応するカラーフィルター層１０２０を含む。例えば、第１画素領域Ｐ１は青色の画素領域であり、第２画素領域Ｐ２は緑色の画素領域であり、第３画素領域Ｐ３は赤色の画素領域であり得る。
基板１０１０は、ガラス基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよい。例えば、フレキシブル基板は、ＰＩ基板、ＰＥＳ基板、ＰＥＮ基板、ＰＥＴ基板、およびＰＣ基板のいずれか１つであり得る。薄膜トランジスタＴｒは基板１０１０上に位置するが、基板１０１０上にバッファー層（不図示）を形成し、その上に薄膜トランジスタＴｒを形成してもよい。図２を用いて説明したように、薄膜トランジスタＴｒは、半導体層、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を含み、駆動素子として働く。
基板１０１０上にはカラーフィルター層１０２０が位置する。一例に、カラーフィルター層１０２０は、第１画素領域Ｐ１に対応する第１カラーフィルター層１０２２、第２画素領域Ｐ２に対応する第２カラーフィルター層１０２４、および第３画素領域Ｐ３に対応する第３カラーフィルター層１０２６を含むことができる。第１カラーフィルター層１０２２は青色のカラーフィルター層であり、第２カラーフィルター層１０２４は緑色のカラーフィルター層であり、第３カラーフィルター層１０２６は、赤色のカラーフィルター層であり得る。例えば、第１カラーフィルター層１０２２は青色染料と青色顔料のうち、少なくとも１つを含み、第２カラーフィルター層１０２４は緑色染料と緑色顔料のうち、少なくとも１つを含み、第３カラーフィルター層１０２６は赤色染料と赤色顔料のうち、少なくとも１つを含むことができる。
薄膜トランジスタＴｒおよびカラーフィルター層１０２０上には平坦化層１０５０が位置する。平坦化層１０５０はその上面が平坦であり、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極（不図示）を露出するドレインコンタクトホール１０５２を有する。
有機発光ダイオードＤは平坦化層１０５０上に位置し、カラーフィルター層１０２０に対応する。また、有機発光ダイオードＤは、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極（不図示）に接続される第１電極１１１０、第１電極１１１０上に順次積層される発光層１１２０および第２電極１１３０を含む。有機発光ダイオードＤは、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で白色光を発する。
第１電極１１１０は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３毎に分離して形成され、第２電極１１３０は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対応して一体に形成される。
第１電極１１１０は陽極と陰極のうち、どちらか一方であり、第２電極１１３０は他方であり得る。また、第１電極１１１０は透過電極であり、第２電極１１３０は反射電極であり得る。
例えば、第１電極１１１０は陽極であり、仕事関数が比較的に大きい導電性物質、例えば、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる透明導電性酸化物層を含むことができる。第２電極１１３０は陰極であり、仕事関数が比較的に小さい導電性物質、例えば低抵抗金属からなる金属物質層を含むことができる。一例に、第１電極１１１０の透明導電性酸化物層は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯおよびＡＺＯのうち、いずれか１つを含み、第２電極１１３０は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｇ、またはこれらの合金（例えば、Ｍｇ－Ａｇ合金）やこれらの組み合わせからなり得る。
発光層１１２０は第１電極１１１０上に形成され、互いに異なる色を発する少なくとも２つの発光部を含む。発光部は、それぞれ発光物質層（ＥＭＬ）の単層構造を有することができる。あるいは、発光部は、それぞれ正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、電子遮断層（ＥＢＬ）、正孔遮断層（ＨＢＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、および電子注入層（ＥＩＬ）のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。また、発光層１１２０は、発光部間に位置する電荷発生層（ＣＧＬ）をさらに含むことができる。
このとき、少なくとも２つの発光部のうち、少なくとも１つの発光物質層（ＥＭＬ）は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１と、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含み、選択的に、ホストであり得る第３化合物Ｈを含むことができる。
平坦化層１０５０上には、第１電極１１１０の端部を覆うバンク層１０６０が形成される。バンク層１０６０は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にそれぞれ対応し、第１電極１１１０の中央を露出する。前述したように、有機発光ダイオードＤは、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で白色光を発するため、発光層１１２０は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３毎に分離して形成する必要がなく、共通層として形成することができる。バンク層１０６０は、第１電極１１１０の端部における電流漏れを防ぐために形成されるが、省略してもよい。
図１７に示していないが、有機発光表示装置１０００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止するため、第２電極１１３０上に防止フィルムをさらに含むことができる。また、有機発光表示装置１０００は、外部光の反射を低減するため、基板１０１０の下部に偏光板をさらに含むことができる。
図１７の有機発光表示装置１０００において、第１電極１１１０は透過電極であり、第２電極１１３０は反射電極であり、カラーフィルター層１０２０は基板１０１０と有機発光ダイオードＤの間に位置する。すなわち、有機発光表示装置１０００は、ボトムエミッションタイプである。あるいは、有機発光表示装置１０００において、第１電極１１１０は反射電極であり、第２電極１１３０は透過電極（半透過電極）であり、カラーフィルター層１０２０は有機発光ダイオードＤの上部に位置してもよい。
有機発光表示装置１０００において、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の有機発光ダイオードＤは白色光を発し、該白色光は第１ないし第３カラーフィルター層１０２２、１０２４、１０２６を透過するため、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ではそれぞれ青色、緑色、赤色が表示される。
図１７に示していないが、有機発光ダイオードＤとカラーフィルター層１０２０の間には色変換層を備えることができる。色変換層は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれに対応して青色の色変換層、緑色の色変換層、赤色の色変換層を含み、有機発光ダイオードＤからの白色光をそれぞれ青色、緑色、赤色に変換することができる。例えば、色変換層は量子ドットを含むことができる。それにより、有機発光表示装置１０００の色純度はさらに向上することができる。選択的にカラーフィルター層１０２０の代わりに色変換層を含むこともできる。
図１８は、本発明の例示的な第６実施形態に係る有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。図１８に示すように、有機発光ダイオードＤ６は、互いに対向する第１電極１１１０および第２電極１１３０と、第１電極１１１０と第２電極１１３０の間に位置する発光層１１２０とを含む。第１電極１１１０は陽極であり、第２電極１１３０は陰極であり得る。例えば、第１電極１１１０は透過電極であり、第２電極１１３０は反射電極であり得る。
発光層１１２０は、第１発光物質層１２４０を含む第１発光部１２２０と、第２発光物質層１３４０を含む第２発光部１３２０と、第３発光物質層１４４０を含む第３発光部１４２０を含む。また、発光層１１２０は、第１発光部１２２０と第２発光部１３２０の間に位置する第１電荷発生層１２８０と、第２発光部１３２０と第３発光部１４２０の間に位置する第２電荷発生層１３８０をさらに含むことができる。したがって、第１発光部１２２０、第１電荷発生層１２８０、第２発光部１３２０、第２電荷発生層１３８０および第３発光部１４２０が、第１電極１１１０上に順次積層される。
第１発光部１２２０は、第１電極１１１０と第１発光物質層１２４０の間に位置する正孔注入層１２５０と、第１発光物質層１２４０と正孔注入層１２５０の間に位置する第１正孔輸送層１２６０（ＨＴＬ１）と、第１発光物質層１２４０と第１電荷発生層１２８０の間に位置する第１電子輸送層１２７０（ＥＴＬ１）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。選択的に、第１発光部１２２０は、第１正孔輸送層１２６０と第１発光物質層１２４０の間に位置する第１電子遮断層１２６５（ＥＢＬ１）と、第１発光物質層１２４０と第１電子輸送層１２７０の間に位置する第１正孔遮断層１２７５（ＨＢＬ１）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。
第２発光部１３２０は、第１電荷発生層１２８０と第２発光物質層１３４０の間に位置する第２正孔輸送層１３６０（ＨＴＬ２）と、第２発光物質層１３４０と第２電荷発生層１３８０の間に位置する第２電子輸送層１３７０（ＥＴＬ２）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。選択的に、第２発光部１３２０は、第２正孔輸送層１３６０と第２発光物質層１３４０の間に位置する第２電子遮断層１３６５（ＥＢＬ２）と、第２発光物質層１３４０と第２電子輸送層１３７０の間に位置する第２正孔遮断層１３７５（ＨＢＬ２）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。
第３発光部１４２０は、第２電荷発生層１３８０と第３発光物質層１４４０の間に位置する第３正孔輸送層１４６０（ＨＴＬ３）と、第３発光物質層１４４０と第２電極１１３０の間に位置する第３電子輸送層１４７０（ＥＴＬ３）と、第３電子輸送層１４７０と第２電極１１３０の間に位置する電子注入層１４８０（ＥＩＬ）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。選択的に、第３発光部１４２０は、第３正孔輸送層１４６０と第３発光物質層１４４０の間に位置する第３電子遮断層１４６５（ＥＢＬ３）と、第３発光物質層１４４０と第３電子輸送層１４７０の間に位置する第３正孔遮断層１４７５（ＨＢＬ３）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。
第１電荷発生層１２８０は、第１発光部１２２０と第２発光部１３２０の間に位置する。言い換えると、第１発光部１２２０と第２発光部１３２０は、第１電荷発生層１２８０を介して接続される。第１電荷発生層１２８０は、第１Ｎ型電荷発生層１２８２と第１Ｐ型電荷発生層１２８４が接合されたＰＮ型であり得る。
第１Ｎ型電荷発生層１２８２は、第１電子輸送層１２７０と第２正孔輸送層１３６０の間に位置し、第１Ｐ型電荷発生層１２８４は、第１Ｎ型電荷発生層１２８２と第２正孔輸送層１３６０の間に位置する。第１Ｎ型電荷発生層１２８２は、電子を第１発光部１２２０の第１発光物質層１２４０へ移動させ、第１Ｐ型電荷発生層１２８４は、正孔を第２発光部１３２０の第２発光物質層１３４０へ移動させる。
第２電荷発生層１３８０は、第２発光部１３２０と第３発光部１４２０の間に位置する。言い換えると、第２発光部１３２０と第３発光部１４２０は、第２電荷発生層１３８０を介して接続される。第２電荷発生層１３８０は、第２Ｎ型電荷発生層１３８２と第２Ｐ型電荷発生層１３８４が接合されたＰＮ型であり得る。
第２Ｎ型電荷発生層１３８２は、第２電子輸送層１３７０と第３正孔輸送層１４６０の間に位置し、第２Ｐ型電荷発生層１３８４は、第２Ｎ型電荷発生層１３８２と第３正孔輸送層１４６０の間に位置する。第２Ｎ型電荷発生層１３８２は、電子を第２発光部１３２０の第２発光物質層１３４０へ移動させ、第２Ｐ型電荷発生層１３８４は、正孔を第３発光部１４２０の第３発光物質層１４４０へ移動させる。
本実施形態において、第１ないし第３発光物質層１２４０、１３４０、１４４０のうち、１つは青色発光物質層であり、第１ないし第３発光物質層１２４０、１３４０、１４４０のうち、もう１つは緑色発光物質層であり、第１ないし第３発光物質層１２４０、１３４０、１４４０のうち、残る１つは赤色発光物質層であり得る。
例えば、第１発光物質層１２４０は青色発光物質層であり、第２発光物質層１３４０は緑色発光物質層であり、第３発光物質層１４４０は赤色発光物質層であり得る。あるいは、第１発光物質層１２４０は赤色発光物質層であり、第２発光物質層１３４０は緑色発光物質層であり、第３発光物質層１４４０は青色発光物質層であり得る。以下では、第１発光物質層１２４０が青色発光物質層であり、第２発光物質層１３４０が緑色発光物質層であり、第３発光物質層１３４０が赤色発光物質層である場合について説明する。
第１発光物質層１２４０は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１と、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含み、選択的に、ホストであり得る第３化合物Ｈを含むことができる。第１化合物ないし第３化合物を含む第１発光物質層１２４０は、単層であってもよく、二層であってもよく（図８を参照）、三層であってもよい（図１１を参照）。
第１発光物質層１２４０における第３化合物Ｈの含有量は、第１化合物ＤＦ１の含有量より大きく、第１化合物ＤＦ１の含有量は、第２化合物ＤＦ２の含有量より大きくてもよい。第１化合物ＤＦ１の含有量が第２化合物ＤＦ２の含有量より大きい場合、第１化合物ＤＦ１から第２化合物ＤＦ２へと、十分なエネルギー移動が起こり得る。例えば、第１発光物質層１２４０中、第３化合物Ｈは５５重量％～８５重量％、第１化合物ＤＦ１は１０重量％～４０重量％、第２化合物ＤＦ２は０．１重量％～５重量％であり得るが、これに限定されるものではない。
第２発光物質層１３４０はホストおよび緑色のドーパントを含み、第３発光物質層１４４０はホストおよび赤色のドーパントを含むことができる。例えば、第２発光物質層１３４０および第３発光物質層１４４０のそれぞれにおいて、ホストは第３化合物Ｈを含み、緑色および赤色のドーパントは、それぞれ緑色および赤色の燐光物質、緑色および赤色の蛍光物質、緑色および赤色の遅延蛍光物質のうち、少なくとも１つを含むことができる。
有機発光ダイオードＤ６は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図１４を参照）で白色光を発し、該白色光は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対応して形成されるカラーフィルター層１０２０（図１７を参照）を透過する。それにより、有機発光表示装置１０００（図１７を参照）は、フルカラーの映像を実現することができる。
図１９は、本発明の例示的な第７実施形態に係る有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。図１９に示すように、有機発光ダイオードＤ７は、互いに対向する第１電極１１１０および第２電極１１３０と、第１電極１１１０と第２電極１１３０の間に位置する発光層１１２０Ａとを含む。
第１電極１１１０は陽極であり、第２電極１１３０は陰極であり得る。例えば、第１電極１１１０は透過電極であり、第２電極１１３０は反射電極であり得る。
発光層１１２０Ａは、第１発光物質層１５４０を含む第１発光部１５２０と、第２発光物質層１６４０を含む第２発光部１６２０と、第３発光物質層１７４０を含む第３発光部１７２０を含む。また、発光層１１２０Ａは、第１発光部１５２０と第２発光部１６２０の間に位置する第１電荷発生層１５８０と、第２発光部１６２０と第３発光部１７２０の間に位置する第２電荷発生層１６８０をさらに含むことができる。したがって、第１発光部１５２０、第１電荷発生層１５８０、第２発光部１６２０、第２電荷発生層１６８０および第３発光部１７２０が、第１電極１１１０上に順次積層される。
第１発光部１５２０は、第１電極１１１０と第１発光物質層１５４０の間に位置する正孔注入層１５５０（ＨＩＬ）と、第１発光物質層１５４０と正孔注入層１５５０の間に位置する第１正孔輸送層１５６０（ＨＴＬ１）と、第１発光物質層１５４０と第１電荷発生層１５８０の間に位置する第１電子輸送層１５７０（ＥＴＬ１）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。選択的に、第１発光部１５２０は、第１正孔輸送層１５６０と第１発光物質層１５４０の間に位置する第１電子遮断層１５６５（ＥＢＬ１）と、第１発光物質層１５４０と第１電子輸送層１５７０の間に位置する第１正孔遮断層１５７５（ＨＢＬ１）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。
第２発光部１６２０を構成する第２発光物質層１６４０は、下部発光物質層１６４２および上部発光物質層１６４４を含む。すなわち、下部発光物質層１６４２は第１電極１１１０に近接して位置し、上部発光物質層１６４４は第２電極１１３０に近接して位置する。
また、第２発光部１６２０は、第１電荷発生層１５８０と第２発光物質層１６４０の間に位置する第２正孔輸送層１６６０（ＨＴＬ２）と、第２発光物質層１６４０と第２電荷発生層１６８０の間に位置する第２電子輸送層１６７０（ＥＴＬ２）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。選択的に、第２発光部１６２０は、第２正孔輸送層１６６０と第２発光物質層１６４０の間に位置する第２電子遮断層１６６５（ＥＢＬ２）と、第２発光物質層１６４０と第２電子輸送層１６７０の間に位置する第２正孔遮断層１６７５（ＨＢＬ２）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。
第３発光部１７２０は、第２電荷発生層１６８０と第３発光物質層１７４０の間に位置する第３正孔輸送層１７６０（ＨＴＬ３）と、第３発光物質層１７４０と第２電極１１３０の間に位置する第３電子輸送層１７７０（ＥＴＬ３）と、第３電子輸送層１７７０と第２電極１１３０の間に位置する電子注入層１７８０（ＥＩＬ）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。選択的に、第３発光部１７２０は、第３正孔輸送層１７６０と第３発光物質層１７４０の間に位置する第３電子遮断層１７６５（ＥＢＬ３）と、第３発光物質層１７４０と第３電子輸送層１７７０の間に位置する第３正孔遮断層１７７５（ＨＢＬ３）のうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことができる。
第１電荷発生層１５８０は、第１発光部１５２０と第２発光部１６２０の間に位置する。言い換えると、第１発光部１５２０と第２発光部１６２０は、第１電荷発生層１５８０を介して接続される。第１電荷発生層１５８０は、第１Ｎ型電荷発生層１５８２と第１Ｐ型電荷発生層１５８４が接合されたＰＮ型であり得る。第１Ｎ型電荷発生層１５８２は、第１電子輸送層１５７０と第２正孔輸送層１６６０の間に位置し、第１Ｐ型電荷発生層１５８４は、第１Ｎ型電荷発生層１５８２と第２正孔輸送層１６６０の間に位置する。
第２電荷発生層１６８０は、第２発光部１６２０と第３発光部１７２０の間に位置する。言い換えると、第２発光部１６２０と第３発光部１７２０は、第２電荷発生層１６８０を介して接続される。第２電荷発生層１６８０は、第２Ｎ型電荷発生層１６８２と第２Ｐ型電荷発生層１６８４が接合されたＰＮ型であり得る。第２Ｎ型電荷発生層１６８２は、第２電子輸送層１６７０と第３正孔輸送層１７６０の間に位置し、第２Ｐ型電荷発生層１６８４は、第２Ｎ型電荷発生層１６８２と第３正孔輸送層１７６０の間に位置する。
本実施形態において、第１発光物質層１５４０および第３発光物質層１７４０はそれぞれ、青色発光物質層であり得る。例えば、第１発光物質層１５４０および第３発光物質層１７４０は、化学式（１）ないし化学式（３）で表される構造を有する第１遅延蛍光物質である第１化合物ＤＦ１と、化学式（４）ないし化学式（６）で表される構造を有する第２遅延蛍光物質である第２化合物ＤＦ２を含み、選択的に、ホストであり得る第３化合物Ｈを含むことができる。第１発光物質層１５４０および第３発光物質層１７４０を構成する第１化合物ＤＦ１、第２化合物ＤＦ２、および第３化合物Ｈは、それぞれ同一であってもよく、異なってもよい。選択的に、第３発光物質層１７４０は、第１発光物質層１５４０に含まれる第１化合物ＤＦ１と第２化合物ＤＦ２のうち、少なくとも一方とは異なる別の化合物を含み、第１発光物質層１５４０とは異なる波長の光を発したり、または異なる発光効率を有することができる。
例えば、第１発光物質層１５４０および第３発光物質層１７４０がそれぞれ第１化合物ＤＦ１と、第２化合物ＤＦ２、および第３化合物Ｈを含む場合、第１発光物質層１５４０および第３発光物質層１７４０のそれぞれにおける第３化合物Ｈの含有量は、第１化合物ＤＦ１の含有量より大きく、第１化合物ＤＦ１の含有量は第２化合物ＤＦ２の含有量より大きくてもよい。第１化合物ＤＦ１の含有量が第２化合物ＤＦ２の含有量より大きい場合、第１化合物ＤＦ１から第２化合物ＤＦ２へと十分なエネルギー移動が起こり得る。例えば、第１発光物質層１５４０および第３発光物質層１７４０のそれぞれにおいて、第３化合物Ｈは５５重量％～８５重量％、第１化合物ＤＦ１は１０重量％～４０重量％、第２化合物ＤＦ２は０．１重量％～５重量％であり得るが、これに限定されるものではない。
第２発光物質層１６４０を構成する下部発光物質層１６４２と上部発光物質層１６４４のうち、いずれか一方は緑色発光物質層であり、他方は赤色発光物質層であり得る。すなわち、緑色発光物質層と赤色発光物質層が連続して積層され、第２発光物質層１６４０を成す。
例えば、緑色発光物質層である下部発光物質層１６４２は、ホストおよび緑色のドーパントを含むことができ、赤色発光物質層である上部発光物質層１６４４は、ホストおよび赤色のドーパントを含むことができる。一例に、ホストは第３化合物Ｈを含み、緑色および赤色のドーパントは、それぞれ緑色および赤色の燐光物質、緑色および赤色の蛍光物質、緑色および赤色の遅延蛍光物質のうち、少なくとも１つを含むことができる。
有機発光ダイオードＤ７は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図１７を参照）で白色光を発し、該白色光は、第１ないし第３画素領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれにおけるカラーフィルター層１０２０（図１７を参照）を透過する。それにより、有機発光表示装置１０００（図１７を参照）は、フルカラーの映像を実現することができる。
図１９において、有機発光ダイオードＤ７は、青色発光物質層である第１発光物質層１５４０および第３発光物質層１７４０を個々に含み、第１ないし第３発光部１５２０、１６２０、１７２０を含む三重積層構造を有するが、第１発光物質層１５４０を含む第１発光部１５２０と、第３発光物質層１７４０を含む第３発光部１７２０のうち、いずれか一方が省略された二重積層構造を有することもできる。
以下、例示的な実施形態を用いて本発明を説明するが、本発明が下記の実施例に記載の技術思想に限定されるものではない。
実施例１：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物ＤＦ１として化学式（３）の１－６化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）、第２化合物ＤＦ２として化学式（６）の２－２化合物（ＨＯＭＯ：－５．４ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１７ｅＶ）、第３化合物ＨとしてｍＣＢＰ（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．５ｅＶ）を含む有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物ＤＦ１として化学式（３）の１－６化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）、第２化合物ＤＦ２として化学式（６）の２－２化合物（ＨＯＭＯ：－５．４ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１７ｅＶ）、第３化合物ＨとしてｍＣＢＰ（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．５ｅＶ）を含む有機発光ダイオードを製造した。
ＩＴＯ基板を使用する前にＵＶオゾンで洗浄し、蒸発システムに載置した。続いて、蒸着チャンバー内に移送し、約１０－７Ｔｏｒｒの真空下、加熱ボートから蒸発させ、次のような順で有機物層を蒸着した。有機物の蒸着速度は、１Å／ｓに設定した。
陽極（ＩＴＯ、５０ｎｍ）、正孔注入層（ＨＡＴ－ＣＮ、７ｎｍ）、正孔輸送層（ＮＰＢ、４５ｎｍ）、電子遮断層（ＴＡＰＣ、１０ｎｍ）、発光物質層（ｍＣＢＰ：化合物１‐６：化合物２－２＝６９：３０：１の重量比、３５ｎｍ）、正孔遮断層（Ｂ３ＰＹＭＰＭ、１０ｎｍ）、電子遮断層（ＴＰＢｉ、２５ｎｍ）、電子注入層（ＬｉＦ）、陰極（Ａｌ）。
実施例２：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例３：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１７化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１７化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例４：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１７化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１７化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例５：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例６：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例７：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－９化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－９化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例８：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－９化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－９化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例９：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１４化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１４化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
実施例１０：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１４化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１４化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１０ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、化学式（６）の２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．００１９ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例１：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－２化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－２化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例２：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１７化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、化学式（３）の１－１７化合物（ＨＯＭＯ：－５．５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．０９ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例３：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．６ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．６ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例４：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－４化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．６ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．５ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－４化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．６ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．５ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例５：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例６：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例７：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．６ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．６ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例８：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－４化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．６ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．５ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１２ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－４化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．６ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．５ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例９：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－１化合物（ＨＯＭＯ：－５．６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．１８ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例１０：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例１１：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．６ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－３化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．７ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．６ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
比較例１２：有機発光ダイオードの製造
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－４化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．６ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．５ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
発光物質層の第１化合物として、１－６化合物に代わり、下記のＲｅｆ．１－２化合物（ＨＯＭＯ：－６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．０ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．２１ｅＶ）を用いて、第２化合物として、２－２化合物に代わり、下記のＲｅｆ．２－４化合物（ＨＯＭＯ：－５．２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．６ｅＶ、ΔＥＳＴ：０．５ｅＶ）を用いたことを除き、実施例１と同じ物質を用いて、同じ手順で有機発光ダイオードを製造した。
［化７］
比較化合物
比較化合物
下記の表１に、実施例と比較例で用いた第１化合物および第２化合物の種類、そしてＨＯＭＯエネルギー差（ΔＨＯＭＯ）を示す。
［表１］
発光物質層の第１化合物および第２化合物
発光物質層の第１化合物および第２化合物
実験例１：有機発光ダイオードの発光特性測定
実施例１ないし実施例１０、および比較例１ないし比較例１２でそれぞれ製造された有機発光ダイオードの光学特性を測定した。９ｍｍ２の放出領域を有するそれぞれの有機発光ダイオードを外部の電力供給源に接続し、電流供給源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）および光度計（ＰＲ６５０）を用いて、室温で素子の特性を評価した。８．６ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、それぞれの有機発光ダイオードの駆動電圧（Ｖ）、電流効率（ｃｄ／Ａ）、電力効率（１ｍ／Ｗ）、色座標（ＣＩＥｙ）、外部量子効率（ＥＱＥ、％）、ＬＴ９５（初期輝度から９５％までの減少に要する時間）、正孔トラップと励起複合体の形成有無をそれぞれ測定した。本実験例で測定されたそれぞれの有機発光ダイオードの発光特性の結果を表２に示す。
実施例１ないし実施例１０、および比較例１ないし比較例１２でそれぞれ製造された有機発光ダイオードの光学特性を測定した。９ｍｍ２の放出領域を有するそれぞれの有機発光ダイオードを外部の電力供給源に接続し、電流供給源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）および光度計（ＰＲ６５０）を用いて、室温で素子の特性を評価した。８．６ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、それぞれの有機発光ダイオードの駆動電圧（Ｖ）、電流効率（ｃｄ／Ａ）、電力効率（１ｍ／Ｗ）、色座標（ＣＩＥｙ）、外部量子効率（ＥＱＥ、％）、ＬＴ９５（初期輝度から９５％までの減少に要する時間）、正孔トラップと励起複合体の形成有無をそれぞれ測定した。本実験例で測定されたそれぞれの有機発光ダイオードの発光特性の結果を表２に示す。
［表２］
有機発光ダイオードの発光特性
有機発光ダイオードの発光特性
図２０および図２１に示すように、第１化合物および第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位のエネルギーバンドギャップが０．３ｅＶ以上となるように設計された比較例で製造された有機発光ダイオードでは、正孔トラップが発生した。それにより、駆動電圧が高くなり、電気的特性が非常に低下し、第１化合物から第２化合物へ遷移していない励起子のため、半値幅が増加した。特に、第１化合物および第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位のエネルギーバンドギャップが０．５ｅＶ以上と設計された比較例で製造された有機発光ダイオードでは、第１化合物のＬＵＭＯと第２化合物のＨＯＭＯ間で励起複合体が形成され、電気的特性が低下し、半値幅が大幅に増加して色純度が低下したことを確認した。一方、第１化合物および第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位のバンドギャップが０．３ｅＶ未満と設計された実施例で製造された有機発光ダイオードでは、正孔トラップが発生せず、励起複合体も形成されなかった。
また、比較例３ないし比較例１２で製造された有機発光ダイオードに比べ、実施例で製造された有機発光ダイオードの駆動電圧は、最大４０．０％低下し、電流効率と電力効率、ＥＱＥ、および発光寿命は、それぞれ最大４４５．１％、６９４．０％、２８７．５％、２００倍向上した。
さらに、第１化合物のΔＥＳＴより第２化合物のΔＥＳＴが大きく設計された比較例１および比較例２で製造された有機発光ダイオードに比べ、実施例で製造された有機発光ダイオードの駆動電圧は、最大３０．７％低下し、電流効率と電力効率、ＥＱＥ、および発光寿命は、それぞれ最大１５６．２％、２３８．９％、６４．２％、１１．９倍向上した。
以上、本発明の例示的な実施形態および実施例に基づき、本発明を説明したが、本発明は、前述した実施形態および実施例に記載された技術思想に限定されるものではない。むしろ、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、前述した実施形態および実施例に基づき、様々な変形や変更を容易に推考することができる。また、かかる変形や変更が全て本発明の権利範囲に属するということは、請求の範囲から明らかである。
１００、８００、１０００…有機発光表示装置、２１０、３１０、４１０、５１０、９１０、１１１０…第１電極、２２０、３２０、４２０、５２０、９２０、１１２０、１１２０Ａ…発光層、２３０、３３０、４３０、５３０、９３０、１１３０…第２電極、２４０、３４０、４４０、６４０、７４０、９４０、１２４０、１３４０、１４４０、１５４０、１６４０、１７４０…発光物質層、Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７…有機発光ダイオード、Ｔｒ…薄膜トランジスタ
Claims (22)
- 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電極の間に位置し、少なくとも１つの発光物質層を含む発光層とを含み、
前記少なくとも１つの発光物質層は、第１化合物および第２化合物を含み、
前記第１化合物は、下記化学式（１）で表される構造を有する有機化合物を含み、前記第２化合物は、下記化学式（４）で表される構造を有する有機化合物を含む有機発光ダイオード。
［化１］
化学式（１）中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基からなる群より選択される。Ｒ３ないしＲ６は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基からなる群より選択されるか、またはＲ３ないしＲ６の隣接する２つが互いに結合し、ホウ素および酸素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成し、Ｒ３ないしＲ６の隣接する官能基のうち、少なくとも２つは互いに結合し、ホウ素および酸素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成する。
［化４］
化学式（４）中、Ｒ２１ないしＲ２４は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基からなる群より選択されるか、またはＲ２１ないしＲ２４の隣接する２つが互いに結合し、ホウ素および窒素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成し、Ｒ２１ないしＲ２４の隣接する官能基のうち、２つは互いに結合し、ホウ素および窒素を有する置換もしくは非置換の縮合環を形成する。Ｒ２５ないしＲ２８は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基からなる群より選択される。
- 前記第１化合物の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ１）と、前記第２化合物のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯＤＦ２）は、下記式（Ｉ）を満たす、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
│ＨＯＭＯＤＦ２－ＨＯＭＯＤＦ１│＜０．３ｅＶ…（Ｉ） - 前記第２化合物の一重項エネルギー準位と三重項エネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップは、前記第１化合物の一重項エネルギー準位と三重項エネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップより小さい、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
- 前記第１化合物の、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー準位と最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギー準位との間のエネルギーバンドギャップは、－２．６ｅＶ以上－３．１ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
- 前記第１化合物は、下記化学式（２Ａ）、または下記化学式（２Ｂ）で表される構造を有する有機化合物を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
［化２Ａ］
［化２Ｂ］
化学式（２Ａ）および（２Ｂ）中、Ｒ１１ないしＲ１５は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換アミノ基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基からなる群より選択され、Ｒ１１ないしＲ１４のうち、少なくとも１つは、置換もしくは非置換カルバゾリル部分、置換もしくは非置換アクリジニル部分、置換もしくは非置換アクリドニル部分、置換もしくは非置換フェナジニル部分、置換もしくは非置換フェノキサジニル部分、および置換もしくは非置換フェノチアジニル部分からなる群より選択される。
- 前記第１化合物は、下記化学式（３）で表される構造を有する有機化合物から選択されるいずれか１つである、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
［化３］
- 前記第２化合物は、下記化学式（５Ａ）、または下記化学式（５Ｂ）で表される構造を有する有機化合物を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
［化５Ａ］
［化５Ｂ］
化学式（５Ａ）および化学式（５Ｂ）中、Ｒ２５ないしＲ２８およびＲ３１ないしＲ３４は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、ボリル、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキル基、置換もしくは非置換Ｃ１～Ｃ２０のアルキルアミノ基、置換もしくは非置換Ｃ６～Ｃ３０の芳香族基、および置換もしくは非置換Ｃ３～Ｃ３０のヘテロ芳香族基からなる群より選択される。
- 前記第２化合物は、下記化学式（６）で表される構造を有する有機化合物から選択されるいずれか１つである、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
［化６］
- 前記少なくとも１つの発光物質層は単層構造を有する、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
- 前記少なくとも１つの発光物質層は第３化合物をさらに含む、請求項９に記載の有機発光ダイオード。
- 前記第３化合物の一重項エネルギー準位は、前記第１化合物の一重項エネルギー準位より高い、請求項１０に記載の有機発光ダイオード。
- 前記少なくとも１つの発光物質層中、前記第１化合物の含有量は１０重量％～４０重量％、前記第２化合物の含有量は０．１重量％～５重量％、前記第３化合物の含有量は５５重量％～８５重量％である、請求項１０に記載の有機発光ダイオード。
- 前記少なくとも１つの発光物質層は、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、前記第１電極と前記第１発光物質層の間、または前記第１発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２発光物質層とを含み、
前記第１発光物質層は前記第１化合物を含み、前記第２発光物質層は前記第２化合物を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオード。 - 前記第１発光物質層は第４化合物をさらに含み、前記第２発光物質層は第５化合物をさらに含む、請求項１３に記載の有機発光ダイオード。
- 前記第４化合物の一重項エネルギー準位は、前記第１化合物の一重項エネルギー準位より高い、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。
- 前記第５化合物の一重項エネルギー準位は、前記第２化合物の一重項エネルギー準位より高い、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。
- 前記少なくとも１つの発光物質層は、前記第１発光物質層を介在し、前記第２発光物質層とは反対側に位置する第３発光物質層をさらに含む、請求項１３に記載の有機発光ダイオード。
- 前記第３発光物質層は第２化合物を含む、請求項１７に記載の有機発光ダイオード。
- 前記発光層は、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する第１発光部と、前記第１発光部と前記第２電極の間に位置する第２発光部と、前記第１発光部と前記第２発光部の間に位置する電荷発生層とを含み、
前記第１発光部と前記第２発光部のうち、少なくとも一方は前記少なくとも１つの発光物質層を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオード。 - 前記第１化合物は、下記化学式（１’）で表される構造を有する、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
［化１’ ］
化学式（１’）中、Ｒ１ないしＲ６は、それぞれ請求項１において定義されたものと同一である。
- 前記第２化合物は、下記化学式（４’）で表される構造を有する、請求項１に記載の有機発光ダイオード。
［化４’ ］
化学式（４’）中、Ｒ２１ないしＲ２８は、それぞれ請求項１において定義されたものと同一である。
- 基板と、
前記基板上に位置する請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の有機発光ダイオードとを含む有機発光装置。
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