JP5120887B2

JP5120887B2 - 有機発光素子

Info

Publication number: JP5120887B2
Application number: JP2008126333A
Authority: JP
Inventors: 民承千; 寛熙李; 美更金; 東憲金; 在見郭; 正河孫
Original assignee: Samsung Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-05-13
Also published as: EP1993139A2; CN101308863B; KR100829761B1; JP2008288201A; US20080284324A1; CN101308863A; EP1993139A3; US8053975B2

Description

本発明は有機発光素子に係り、より具体的には、赤色光及び／または緑色光の共振周期を調節するための補助層を備えた有機発光素子に関する。前記有機発光素子は向上した電気的特性、例えば、駆動電圧、効率、寿命などを持つ。

有機発光素子は、自発光型素子であって、視野角が広くてコントラストに優れるだけでなく、応答時間が速いという長所を持ち、大きく注目されている。また、前記有機発光素子は、駆動電圧及び応答速度特性に優れ、多色化が可能であるという点で多くの研究が行われつつある。

有機発光素子は、一般的にアノード／発光層／カソードの積層構造を持ち、前記アノードと発光層との間または発光層とカソードとの間に正孔注入層、正孔輸送層及び電子注入層を追加で積層して、アノード／正孔輸送層／発光層／カソード及び、アノード／正孔輸送層／発光層／電子注入層／カソードなどの構造を持つ。前記有機発光素子の例は、例えば、特許文献１を参照する。

しかし、従来の有機発光素子は満足すべき駆動電圧、発光効率、寿命特性などを有していないため、その改善が要求される。
大韓民国特開第２００５−００４０９６０号明細書

前述した問題点を解決するために本発明は、赤色光及び／または緑色光の共振周期を調節するための補助層を備え、高効率、長寿命などを持つ有機発光素子を提供することを目的とする。

前記技術的課題を解決するために、本発明は、基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられて正孔注入層及び発光層を含む有機層と、を備え、前記発光層は赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層を備え、（ａ）前記正孔注入層と前記赤色発光層との間に備えられ、赤色光の共振周期を調節するための第１補助層及び（ｂ）前記正孔注入層と前記緑色発光層との間に備えられ、緑色光の共振周期を調節するための第２補助層のうち一つ以上を備え、前記第１補助層をなす物質が前記正孔注入層をなす物質と異なり、前記第２補助層をなす物質が前記正孔注入層をなす物質と異なる有機発光素子を提供する。

本発明による有機発光素子は、赤色副画素及び／または緑色副画素に赤色光及び／または緑色光の共振周期を調節する補助層を備えるが、前記補助層は、赤色光及び／または緑色光それぞれの効率、色純度などの向上のために正孔注入層と異なる物質からなっているので、高効率、低駆動電圧、高輝度、長寿命を持つことができる。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明による有機発光素子の一具現例の断面図を概略的に図示したものである。

図１に図示された有機発光素子には、基板１０、第１電極１２、正孔注入層１６が備えられており、赤色発光層２２Ｒ、緑色発光層２２Ｇ、青色発光層２２Ｂがそれぞれパターニングされている。この時、正孔注入層１６と赤色発光層２２Ｒとの間には赤色光の共振周期調節のための第１補助層１８Ｒが備えられており、正孔注入層１６と緑色発光層２２Ｇとの間には緑色光の共振周期調節のための第２補助層１８Ｇが備えられている。赤色発光層２２Ｒ、緑色発光層２２Ｇ及び青色発光層２２Ｂの下部には正孔輸送層２０が備えられており、赤色発光層２２Ｒ、緑色発光層２２Ｇ及び青色発光層２２Ｂの上部には電子輸送層２４、電子注入層２６及び第２電極２８が順に備えられている。

図１中、基板１０は、通常の有機発光素子で使われる基板を使用するが、機械的強度、熱的安定性、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板を利用できる。図１には図示されていないが、前記基板１０の上部に平坦化膜、絶縁層などをさらに備えることができる。

基板１０の上部には第１電極１２が備えられている。前記第１電極１２は、図１に図示されたように、赤、緑、青色の副画素（Ｒ、Ｇ、Ｂｓｕｂｐｉｘｅｌ）別にパターニングされ、アノードまたはカソードでありうる。前記第１電極１２は透明電極、半透明電極または反射電極であり、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇなどを利用して形成できるが、これに限定されるものではない。また、相異なる２つ以上の物質を利用して２層以上の構造を持つことができるなど、多様な変形が可能である。

前記第１電極１２のエッジには絶縁層１４が備えられている。前記絶縁層１４をなす物質は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘなどの無機物またはポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂などの有機物であるなど、通常の絶縁物質でありうる。

前記第１電極１２の上部には正孔注入層１６が備えられている。前記正孔注入層１６は赤、緑、青色の副画素別に独立に備えられるよりは、図１に図示されたように、赤、緑、青色の副画素に対して共通層として形成されることが望ましい。これにより、有機発光素子の工程コストを下げることができる。

前記正孔注入層１６は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ（ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ）法のような多様な方法を利用して形成できる。

真空蒸着法によって正孔注入層１６を形成する場合、その蒸着条件は正孔注入層の材料として使用する化合物、目的とする正孔注入層の構造及び熱的特性によって異なるが、一般的に蒸着温度１００ないし５００℃、真空度１０^−８ないし１０^−３ｔｏｒｒ、蒸着速度０．０１ないし１００Å／ｓｅｃの範囲で適切に選択することが望ましい。

スピンコーティング法によって正孔注入層１６を形成する場合、そのコーティング条件は、正孔注入層の材料として使用する化合物、目的とする正孔注入層の構造及び熱的特性によって異なるが、約２０００ｒｐｍないし５０００ｒｐｍのコーティング速度で、コーティング後溶媒除去のための熱処理温度は約８０℃ないし２００℃の温度範囲で適切に選択することが望ましい。

前記正孔注入層をなす物質のＨＯＭＯ（ＨｉｇｈｅｓｔＯｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）エネルギーレベルは、−４．５ｅＶないし−５．５ｅＶ、望ましくは−４．９ｅＶないし−５．２ｅＶでありうる。前述したような範囲を外れたＨＯＭＯエネルギーレベルを持つ物質を正孔注入層として利用する場合、電荷均衡を調節し難い。

さらに具体的に、前記正孔注入層をなす物質は、例えば、米国特許第４，３５６，４２９号明細書に開示された銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物またはＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ，６，ｐ．６７７（１９９４）に記載されているスターバースト型アミン誘導体類であるＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＰＢ、溶解性のある伝導性高分子であるＰａｎｉ／ＤＢＳＡ（ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸）またはＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホン酸塩））、Ｐａｎｉ／ＣＳＡ（ポリアニリン／カンファースルホン酸）またはＰＡＮＩ／ＰＳＳ（ポリアニリン／ポリ（４−スチレンスルホン酸塩））、ＬＵＤＩＳ社製のＬＨＴ−１００などを使用できるが、これに限定されるものではない。

前記正孔注入層の厚さは１０ｎｍから２００ｎｍ、望ましくは６０ｎｍから１５０ｎｍでありうる。前記正孔注入層の厚さは、工程時間及びコストに鑑みて前記範囲で選択されることが望ましい。

前記正孔注入層１６の上部のうち、赤色副画素には第１補助層１８Ｒが備えられており、緑色副画素には第２補助層１８Ｇが備えられている。前記第１補助層１８Ｒは、赤色光の共振周期を調節するために赤色副画素の有機層厚さを合わせる役割を行い、前記第２補助層１８Ｇは、緑色光の共振周期を調節するために緑色副画素の有機層厚さを合わせる役割を行う。

有機発光素子の第１電極１２と第２電極２８との間に備えられた有機膜から放出された赤色光、緑色光及び青色光は、第１電極１２と第２電極２８との間を共振していて有機発光素子の外部に取出されうる。この時、第１電極１２と第２電極２８との間を共振する光が補強干渉を起こす場合、有機発光素子の発光効率、輝度などはさらに向上できる。ところが、赤色光、緑色光及び青色光それぞれはその波長が異なるため（赤色光の波長＞緑色光の波長＞青色光の波長）、光学的補強干渉が起きるのに必要な共振距離（第１電極１２と第２電極２８との間の距離であって、赤色光、緑色光及び青色光の共振距離は、それぞれ赤色副画素、緑色副画素及び青色副画素の有機層の厚さに該当する）は各カラー別に異なる。

前述したように、正孔注入層１６は、工程効率向上のために図１に図示されたように、赤、緑及び青色の副画素それぞれに対して共通層として形成されうる。この時、通常的に正孔注入層１６の厚さは、赤、緑、青色光のうち最も短波長である青色光の波長を考慮して青色光の共振周期を調節することによって、青色光に対して光学的補強干渉を起こすように調節される。この場合、赤色光及び緑色光の発光効率、色座標などが損害を被る恐れがある。これを補強するために、すなわち、赤色光及び緑色光も光学的補強干渉を起こすように赤色副画素及び緑色副画素の有機層厚さを調節するために、図１に図示されたように第１補助層１８Ｒ及び第２補助層１８Ｇをそれぞれ赤色副画素及び緑色副画素に備えることができる。

この時、第１補助層１８Ｒをなす物質は、赤色光の発光効率、色純度などを高めるために正孔注入層１６をなす物質と異なるものが選択されうる。例えば、前記第１補助層１８Ｒをなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルは、前記正孔注入層１６をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルの±０．５ｅＶ、望ましくは±０．３ｅＶの範囲内に属する。前記第１補助層１８Ｒをなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルが前述したような範囲を満たせない場合、赤色光の発光効率、色純度などの最適化をなせない恐れがある。例えば、正孔注入層１６をなす物質としてＬＵＤＩＳ社製のＬＨＴ−００１を選択する場合、ＬＵＤＩＳ社製のＬＨＴ−００１のＨＯＭＯエネルギーレベルは約−５．１ｅＶであるため、第１補助層１８Ｒをなす物質としては、ＨＯＭＯエネルギーレベルが約−５．６ないし−４．６ｅＶである物質を選択できる。

前記第１補助層１８Ｒをなす物質の正孔移動度は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（以下、ＮＰＢ）の正孔移動度の１．５倍ないし２倍でありうる。ＮＰＢの正孔移動度は、測定条件（温度、印加された電界など）及び測定方法によって異なるが、約２．３Ｘ１０^−３ｃｍ^２／Ｖ．ｓ（４Ｘ１０^５Ｖ／ｃｍの条件下）でありうる。例えば、第１補助層１８Ｒをなす物質の正孔移動度は、３．４５Ｘ１０^−３ないし４．６Ｘ１０^−３ｃｍ^２／Ｖ．ｓであるが、ＮＰＢの正孔移動度が測定条件及び方法によって異なることを考慮して、これに制限されるものではない。

前記第１補助層１８Ｒの厚さは６０ｎｍないし１００ｎｍ、望ましくは７０ｎｍないし９０ｎｍでありうる。前記第１補助層の厚さが前述したような範囲を外れる場合、赤色光の共振周期調節が困難で、優秀な効率、寿命、色純度などを持つ赤色光を得難い。

一方、第２補助層１８Ｇをなす物質は緑色光の発光効率、色純度などを高めるために、正孔注入層１６をなす物質と異なるものが選択されうる。例えば、前記第２補助層１８Ｇをなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルは前記正孔注入層１６をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルの±０．５ｅＶ、望ましくは±０．３ｅＶの範囲内に属しうる。前記第２補助層１８Ｇをなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルが前述したような範囲を満たせない場合、緑色光の発光効率、色純度などの最適化をなせない恐れがある。例えば、正孔注入層１６をなす物質としてＬＵＤＩＳ社製のＬＨＴ−００１を選択する場合、前記ＬＵＤＩＳ社製造のＬＨＴ−００１のＨＯＭＯエネルギーレベルは約−５．１ｅＶであるので、第２補助層１８Ｇをなす物質としては、ＨＯＭＯエネルギーレベルが約−５．６ないし−４．６ｅＶの物質を選択できる。

前記第２補助層１８Ｇをなす物質の正孔移動度は、ＮＰＢの正孔移動度の１．５倍ないし２倍でありうる。ＮＰＢの正孔移動度は、測定条件（温度、印加された電界など）及び測定方法によって異なるが、約２．３Ｘ１０^−３ｃｍ^２／Ｖ．ｓ（４Ｘ１０^５Ｖ／ｃｍの条件下）でありうる。例えば、第２補助層１８Ｇをなす物質の正孔移動度は３．４５Ｘ１０^−３ないし４．６Ｘ１０^−３ｃｍ^２／Ｖ．ｓでありうるが、ＮＰＢの正孔移動度が測定条件及び方法によって異なることを考慮して、これに制限されるものではない。

前記第２補助層１８Ｇの厚さは２０ｎｍないし６０ｎｍ、望ましくは３０ｎｍないし５０ｎｍでありうる。前記第２補助層の厚さが前述したような範囲を外れる場合、緑色光の共振周期調節が困難で、優秀な効率、寿命、色純度などを持つ緑色光を得難い。

前記第１補助層１８Ｒ及び第２補助層１８Ｇをなす物質は、正孔注入層１６をなす物質と異なれば、互いに異なっても同一であっても構わない。

さらに具体的に、前記第１補助層１８Ｒ及び前記第２補助層１８Ｇをなす物質は下記化学式１で表される化合物である。

前記化学式中、Ｒ_１ないしＲ_１２は互いに独立に、水素、ヒドロキシル基、シアノ基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_３０アルキル基（望ましくは、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_１０アルキル基）、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_３０アルコキシ基（望ましくは、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_１０アルコキシ基）、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_３０アルケニル基（望ましくは、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_１０アルケニル基）、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_３０アルキニル基（望ましくは、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_１０アルキニル基）、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_３０アリール基（望ましくは、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基）、置換または非置換のＣ_３−Ｃ_３０ヘテロアリール基（望ましくは、置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリール基）または化学式−Ｎ（Ａ_１）（Ａ_２）で表示される基でありうる。この時、前記Ａ_１及びＡ_２は互いに独立に、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_３０アリール基（望ましくは、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基）、または置換または非置換のＣ_３−Ｃ_３０ヘテロアリール基（望ましくは、置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリール基）でありうる。

本発明の化学式１中、非置換のＣ_１−Ｃ_３０アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ペンチル、ｉｓｏ−アミル、ヘキシルなどを挙げることができ、前記アルキル基のうち一つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボキシル基やその塩、スルホン酸基やその塩、燐酸やその塩、またはＣ_１−Ｃ_３０アルキル基、Ｃ_１−Ｃ_３０アルケニル基、Ｃ_１−Ｃ_３０アルキニル基、Ｃ_６−Ｃ_３０アリール基、Ｃ_７−Ｃ_２０アリールアルキル基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、Ｃ_３−Ｃ_３０ヘテロアリールアルキル基、Ｃ_６−Ｃ_３０アリールオキシ基または−Ｎ（Ｚ_１）（Ｚ_２）で表示される化学式に置換されうる。この時、前記Ｚ_１及びＺ_２は互いに独立に水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_３０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_３０アリール基、及び置換または非置換のＣ_２−Ｃ_３０ヘテロアリール基からなる群から選択されうる。

本発明の化学式１中、非置換のＣ_１−Ｃ_３０アルコキシ基は−ＯＸで表示されるグループであり、この時、Ｘは前述したようなアルキル基でありうる。前記アルコキシ基の具体例として、メトキシ、エトキシ、フェニルオキシ、シクロヘキシルオキシ、ナフチルオキシ、イソプロピルオキシ、ジフェニルオキシなどがあり、それらアルコキシ基のうち少なくとも一つ以上の水素原子は、前述したアルキル基の場合と同じ置換基に置換可能である。

本発明の化学式１中、非置換のＣ_２−Ｃ_３０アルケニル基は、前記定義されたようなアルキル基の中間や最端部に一つ以上の炭素二重結合を含有していることを意味する。例としては、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキシレンなどがある。それらアルケニル基のうち少なくとも一つ以上の水素原子は、前述したアルキル基の場合と同じ置換基に置換可能である。

本発明の化学式１中、非置換のＣ_２−Ｃ_３０アルキニル基は、前記定義されたようなアルキル基の中間や最端部に炭素三重結合を含有していることを意味する。その例としては、アセチレン、プロピレン、フェニルアセチレン、ナフチルアセチレン、イソプロピルアセチレン、ｔ−ブチルアセチレン、ジフェニルアセチレンなどがある。それらアルキニル基のうち少なくとも一つ以上の水素原子は、前述したアルキル基の場合と同じ置換基に置換できる。

本発明の化学式１中、非置換のＣ_６−Ｃ_３０アリール基は、一つ以上の芳香族環を含む炭素原子数６ないし３０個の炭素環式芳香族システムを意味し、前記一つ以上の環は互いに融合されるか、単一結合などを通じて連結されうる。前記アリール基のうち一つ以上の水素原子は、前述したアルキル基の場合と同じ置換基に置換できる。

前記化学式１中、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_３０アリール基の例としては、フェニル基、Ｃ_１−Ｃ_１０アルキルフェニル基（例えば、エチルフェニル基）、ハロフェニル基（例えば、ｏ−，ｍ−及びｐ−フルオロフェニル基、ジクロロフェニル基）、シアノフェニル基、ジシアノフェニル基、トリフルオロメトキシフェニル基、ビフェニル基、ハロビフェニル基、シアノビフェニル基、Ｃ_１−Ｃ_１０ビフェニル基、Ｃ_１−Ｃ_１０アルコキシビフェニル基、ｏ−，ｍ−、及びｐ−トリル基、ｏ−，ｍ−及びｐ−クメニル基、メシチル基、フェノキシフェニル基、（α、α−ジメチルベンゼン）フェニル基、（Ｎ，Ｎ’−ジメチル）アミノフェニル基、（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル）アミノフェニル基、ペンタレニル基、インデニル基、ナフチル基、ハロナフチル基（例えば、フルオロナフチル基）、Ｃ_１−Ｃ_１０アルキルナフチル基（例えば、メチルナフチル基）、Ｃ_１−Ｃ_１０アルコキシナフチル基（例えば、メトキシナフチル基）、シアノナフチル基、アントラセニル基、アズレニル基、ヘプタレニル基、アセナフチルレニル基、フェナレニル基、フルオレニル基、アントラキノリル基、メチルアントリル基、フェナントリル基、トリフェニレン基、ピレニル基、クリセニル基、エチル−クリセニル基、ピセニル基、ペリレニル基、クロロペリレニル基、ペンタフェニル基、ペンタセニル基、テトラフェニレニル基、ヘキサフェニル基、ヘキサセニル基、ルビセニル基、コロネニル基、トリナフチレニル基、ヘプタフェニル基、ヘプタセニル基、ピラントレニル基、オバレニル基などを挙げられる。

本発明の化学式１中、非置換のＣ_３−Ｃ_３０ヘテロアリール基はＮ、Ｏ、ＰまたはＳのうち選択された１個以上のヘテロ原子を含み、残りの環原子がＣである一つ以上の芳香族環からなるシステムを意味し、前記一つ以上の芳香族環は互いに融合されるか、単一結合などを通じて連結されうる。前記ヘテロアリール基のうち一つ以上の水素原子は、前述したアルキル基の場合と同じ置換基に置換できる。

前記化学式１中、非置換のＣ_３−Ｃ_３０ヘテロアリール基の例としては、ピラゾリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、オキサジアゾリル基、ピリジニル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、カルバゾリル基、インドリル基、キノリニル基、イソキノリニル基などを挙げることができる。それらは前記アルキル基の置換基と同じく置換されうるということは言うまでもない。

望ましくは、Ｒ_１ないしＲ_１２は互いに独立に、水素、フェニル基、（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル）アミノフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基またはＮ−フェニルカルバゾリル基である。

前記第１補助層１８Ｒ及び第２補助層１８Ｇは、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような多様な方法を利用して形成できる。真空蒸着法及びスピンコーティング法によって第１補助層１８Ｒ及び第２補助層１８Ｇを形成する場合、その蒸着条件及びコーティング条件は使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層１６の形成とほぼ同じ条件範囲で選択される。

前記第１補助層１８Ｒ、第２補助層１８Ｇ、正孔注入層１６の上部には正孔輸送層２０が備えられている。

前記正孔輸送層２０は真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような多様な方法を利用して形成できる。真空蒸着法及びスピンコーティング法によって正孔輸送層２０を形成する場合、その蒸着条件及びコーティング条件は使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層１６の形成とほぼ同じ条件範囲で選択される。

前記正孔輸送層物質としては、公知の正孔輸送層物質を利用できるが、例えば、Ｎ−フェニルカルバゾル、ポリビニルカルバゾルなどのカルバゾル誘導体、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）などの芳香族縮合環を持つ通常のアミン誘導体などが使われうるが、これに限定されるものではない。

前記正孔輸送層２０の厚さは約１５ｎｍないし１００ｎｍ、望ましくは２０ｎｍないし７０ｎｍでありうる。前記厚さ範囲では優秀な正孔輸送特性及び低い駆動電圧を得ることができるためである。

次いで、前記正孔輸送層２０の上部に各副画素別に赤色発光層２２Ｒ、緑色発光層２２Ｇ及び青色発光層２２Ｂが備えられている。前記赤色発光層２２Ｒ、緑色発光層２２Ｇ及び青色発光層２２Ｂは、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような方法を利用して形成できる。真空蒸着法及びスピンコーティング法により発光層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層１６の形成とほぼ同じ条件範囲で選択される。

前記発光層は、公知の多様な発光物質を利用して形成できるが、公知のホスト及びドーパントを利用して形成してもよい。前記ドーパントの場合、公知の蛍光ドーパント及び公知の燐光ドーパントをいずれも使用できる。

例えば、ホストとしては、Ａｌｑ_３、ＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾル−ビフェニル）、ＰＶＫ（ポリ（ｎ−ビニルカルバゾル））、ＤＳＡ（ジスチリルアリーレン）、グラセル社製のＧＤＩ１４０３（赤色燐光ホスト）、グラセル社のＧＧＨ０１（緑色蛍光ホスト）などを使用できるが、これに限定されるものではない。

ドーパントの場合、蛍光ドーパントとしては、出光社で購入可能なＩＤＥ１０２、ＩＤＥ１０５、ＩＤＥ１１８を使用でき、燐光ドーパントとしては、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３（ｐｐｙはフェニルピリジンの略語である）（緑色）、緑色蛍光ドーパントであるグラセル社製のＧＤ０１、（４，６−Ｆ２ｐｐｙ）_２Ｉｒｐｉｃ（参照文献：ＣｈｉｈａｙａＡｄａｃｈｉｅｔｃ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７９，２０８２−２０８４，２００１）、コビオン社製のＴＥＢ００２、ＰｔＯＥＰ（ｐｌａｔｉｎｕｍ（ＩＩ）ｏｃｔａｅｔｈｙｌｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）、下記化学式２を持つ化合物（大韓民国特開第２００５−００７８４７２号参照）、Ｆｉｒｐｉｃ、Ｉｒ（ｐｉｑ）_３（ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ））などを使用できるが、これに限定されるものではない。

前記ドーパントの含有量は、発光層形成材料１００重量部（すなわち、ホストとドーパントの総重量は１００重量部とする）を基準として０．１ないし２０重量部、特に０．５〜１５重量部であることが望ましい。ドーパントの含有量が０．１重量部未満ならばドーパント付加による効果が微小であり、２０重量部を超過すれば、燐光や蛍光とも濃度クエンチングのような濃度消光が起きて望ましくない。

前記発光層の厚さは約１０ｎｍないし１００ｎｍ、望ましくは１０ｎｍないし６０ｎｍでありうる。前記発光層の厚さが１０ｎｍを超過する場合、満足すべき発光特性を得ることができ、前記発光層の厚さが１００ｎｍ未満である場合、実質的な駆動電圧上昇が防止される。

発光層が燐光ドーパントを含む場合、三重項励起子または正孔が電子輸送層に広がる現象を防止するために、正孔阻止層（ＨＢＬ）を発光層の上部に形成できる（図１には図示せず）。この時に使用できる正孔阻止層物質は特別に制限されず、公知の正孔阻止層物質のうち任意に選択して利用できる。例えば、オキサジアゾール誘導体やトリアゾル誘導体、フェナントロリン誘導体、またはＪＰ１１−３２９７３４（Ａ１）に記載されている正孔阻止材料、Ｂａｌｑ、ＢＣＰなどを利用できる。

前記正孔阻止層の厚さは約５ｎｍないし１００ｎｍ、望ましくは１０ｎｍないし３０ｎｍでありうる。前記正孔阻止層の厚さが５ｎｍを超過する場合、満足すべき正孔阻止特性を得ることができ、前記正孔阻止層の厚さが１００ｎｍ未満である場合、実質的な駆動電圧上昇を防止できる。

前記発光層の上部には電子輸送層（ＥＴＬ）２４が備えられている。前記電子輸送層（ＥＴＬ）２４を真空蒸着法、またはスピンコーティング法、キャスト法などの多様な方法を利用して形成できる。真空蒸着法及びスピンコーティング法により電子輸送層２４を形成する場合、その条件は使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層１６の形成とほぼ同じ条件範囲で選択される。

前記電子輸送層物質は特別に限定されず、公知の電子輸送層形成材料のうち任意に選択されうる。例えば、キノリン誘導体、特にトリス（８−キノリノレート）アルミニウム（Ａｌｑ_３）、ＴＡＺのような公知の材料を利用できる。

前記電子輸送層２４の厚さは約１０ｎｍないし１００ｎｍ、望ましくは１０ｎｍないし５０ｎｍでありうる。前記電子輸送層２４の厚さが１０ｎｍを超過する場合、満足すべきほどの電子輸送特性を得ることができ、前記電子輸送層２４の厚さが１００ｎｍ未満である場合、実質的な駆動電圧上昇が防止できる。

また電子輸送層２４の上部に、陰極からの電子の注入を容易にする機能を持つ物質である電子注入層（ＥＩＬ）２６が備えられている。前記電子注入層２６は、真空蒸着法、またはスピンコーティング法、キャスト法などの多様な方法を利用して形成できる。真空蒸着法及びスピンコーティング法により電子注入層２６を形成する場合、その条件は使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層１６の形成とほぼ同じ条件範囲で選択される。

電子注入層２６としては、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＯのような電子注入層形成材料として公知の任意の物質を利用できる。前記電子注入層２６の厚さは約０．１ｎｍないし１０ｎｍ、望ましくは０．５ｎｍないし９ｎｍでありうる。前記電子注入層２６の厚さが０．１ｎｍを超過する場合、満足すべき程度の電子注入特性を得ることができ、前記電子注入層２６の厚さが１０ｎｍ未満である場合、実質的な駆動電圧上昇が防止できる。

最後に電子注入層２６の上部には第２電極２８が備えられている。前記第２電極２８は、真空蒸着法やスパッタリング法などの方法を利用して形成でき、カソードまたはアノードでありうる。前記第２電極形成用金属としては、低い仕事関数を持つ金属、合金、電気伝導性化合物及びそれらの混合物を使用できる。具体例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などが挙げられる。また、前記第２電極２８は、相異なる２つ以上の物質を利用して２層以上の構造を持つことができるなど、多様な変形が可能である。

本発明による有機発光素子として、図１に図示したような構造を持つ有機発光素子を例として説明したが、本発明による有機発光素子はこれに限定されるものではなく多様な変形が可能であるということは言うまでもない。

以下、本発明の実施例を具体的に例示するが、本発明が下記実施例に限定されるという意味ではない。

＜実施例１＞
アノードは、コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍサイズに切って、イソプロピルアルコールと純水とを利用して各５分間超音波洗浄した後、使用した。前記ＩＴＯガラス基板に３０分間紫外線を照射してオゾンに露出させて洗浄した後、真空蒸着装置に前記ガラス基板を設置した。

前記基板の上部にＬＵＤＩＳ社製の正孔注入物質（商品名はＬＨＴ−００１）を真空蒸着して１３０ｎｍ厚さの正孔注入層を形成した。次いで、出光社製の正孔輸送物質（商品名はＩＤＥ−４０６）を真空蒸着して８０ｎｍ厚さの第１補助層を形成した後、前記第１補助層の上部にＮＰＢを真空蒸着して２０ｎｍの厚さの正孔輸送層を形成した。

前記正孔輸送層の上部に公知の赤色燐光ホストであるグラセル社製のＧＤＩ１４０３と公知の赤色燐光ドーパントであるＩｒ（ｐｉｑ）_３（ドーパント含有量は１５ｗｔ％）とを同時蒸着して、２０ｎｍ厚さの赤色燐光発光層を形成した。

次いで、前記発光層の上部にＡｌｑ_３を真空蒸着して３０ｎｍ厚さの電子輸送層を形成した後、前記電子輸送層の上部にＬｉＦを真空蒸着して０．５ｎｍの電子注入層を形成し、Ｍｇ：Ａｇを１６ｎｍ厚さに真空蒸着して有機発光素子を製作した。

＜実施例２＞
第１補助層の形成時、出光社製のＩＤＥ４０６の代わりに、Ｍｅｒｃｋ社製のＨＴＭ０１６を利用した点を除いては、前記実施例１と同じ方法を利用して有機発光素子を製作した。

＜比較例１＞
第１補助層の形成時、出光社製造のＩＤＥ４０６の代わりに、電子注入層形成材料と同じＬＨＴ−００１を利用したという点を除いては、前記実施例１と同じ方法を利用して有機発光素子を製作した。

＜評価例１＞
前記実施例１及び２と比較例１の有機発光素子の駆動電圧、電流密度、輝度、電流効率、電力及び色座標をＰＲ６５０（Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃａｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、ＰＨＯＴＯＲＥＳＥＡＲＣＨＩＮＣ．社製品）を利用して評価して、その結果を下記の表１に表した。一方、実施例１の有機発光素子及び比較例１の有機発光素子の加速寿命（５倍）データは図２に示し、電流効率データは図３にそれぞれ示した。また、実施例２の有機発光素子及び比較例１の有機発光素子の加速寿命（５倍）データは図４に示し、電流効率データは図５にそれぞれ示した。

前記表１によれば、本願発明による実施例１及び２の有機発光素子が比較例１の有機発光素子に比べて優秀な駆動電圧、電流密度、輝度、電流効率、電力、色純度などを持つということが分かる。また、図２及び図４によれば、本願発明による実施例１及び２の有機発光素子は比較例１に比べて長い寿命を持つことが分かる。

＜実施例３＞
アノードは、コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍサイズに切って、イソプロピルアルコールと純水を利用して各５分間超音波洗浄してから使用した。前記ＩＴＯガラス基板に３０分間紫外線を照射してオゾンに露出させて洗浄した後、真空蒸着装置に前記ガラス基板を設置した。

前記基板の上部にＬＵＤＩＳ社製の正孔注入物質（商品名はＬＨＴ−００１）を真空蒸着して１３０ｎｍ厚さの正孔注入層を形成した。次いで、出光社製の正孔輸送物質（商品名はＩＤＥ−４０６）を真空蒸着して４０ｎｍ厚さの第２補助層を形成した後、前記第２補助層の上部にＮＰＢを真空蒸着して２０ｎｍの厚さの正孔輸送層を形成した。

前記正孔輸送層の上部に公知の緑色蛍光ホストであるグラセル社製のＧＧＨ０１と公知の緑色蛍光ドーパントであるグラセル社製のＧＤ０１（ドーパント含有量は１５ｗｔ％）とを同時蒸着して、２０ｎｍ厚さの緑色蛍光発光層を形成した。

次いで、前記発光層の上部にＡｌｑ_３を真空蒸着して３０ｎｍ厚さの電子輸送層を形成した後、前記電子輸送層の上部にＬｉＦを真空蒸着して０．５ｎｍ厚さの電子注入層を形成し、Ｍｇ：Ａｇを１６ｎｍ厚さに真空蒸着して有機発光素子を製作した。

＜実施例４＞
第２補助層の形成時、出光社製のＩＤＥ４０６の代わりに、Ｍｅｒｃｋ社製のＨＴＭ０１６を利用した点を除いては、前記実施例３と同じ方法を利用して有機発光素子を製作した。

＜実施例５＞
第２補助層の形成時、出光社製のＩＤＥ４０６の代わりに、ＥＬＭ社製のＥＬＭ３０７を利用した点を除いては、前記実施例３と同じ方法を利用して有機発光素子を製作した。

＜比較例２＞
第２補助層の形成時、出光社製のＩＤＥ４０６の代わりに、電子注入層形成材料と同じＬＨＴ−００１を利用したという点を除いては、前記実施例３と同じ方法を利用して有機発光素子を製作した。

＜評価例２＞
前記実施例３、４及び５と比較例２の有機発光素子の駆動電圧、電流密度、輝度、電流効率、電力及び色座標をＰＲ６５０（Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃａｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、ＰＨＯＴＯＲＥＳＥＡＲＣＨＩＮＣ．社製品）を利用して評価して、その結果を下記の表２に表した。一方、実施例３の有機発光素子及び比較例２の有機発光素子の加速寿命（５倍）データは図６に示し、電流効率データは図７にそれぞれ示した。また、実施例４及び５の有機発光素子と比較例２の有機発光素子との電流効率データは、図８にそれぞれ示した。

前記表２によれば、本願発明による実施例３、４及び５の有機発光素子が比較例２の有機発光素子に比べて優秀な駆動電圧、電流密度、輝度、電流効率、電力、色純度などを持つということが分かる。また、図６によれば、本願発明による実施例３の有機発光素子は比較例２に比べて長い寿命を持つということが分かる。

本発明について実施例を参考までに説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。

本発明は、有機発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。

本発明による有機発光素子の一具現例の構造を概略的に示す断面図である。実施例１の有機発光素子及び比較例１の有機発光素子の加速寿命を示すグラフである。実施例１の有機発光素子及び比較例１の有機発光素子の効率を示すグラフである。実施例２の有機発光素子及び比較例１の有機発光素子の加速寿命を示すグラフである。実施例２の有機発光素子及び比較例１の有機発光素子の効率を示すグラフである。実施例３の有機発光素子及び比較例２の有機発光素子の加速寿命を示すグラフである。実施例３の有機発光素子及び比較例２の有機発光素子の効率を示すグラフである。実施例４及び５の有機発光素子と比較例２の有機発光素子との効率を示すグラフである。

符号の説明

１０基板
１２第１電極
１６正孔注入層
１８Ｒ第１補助層
１８Ｇ第２補助層
２０正孔輸送層
２２Ｒ赤色発光層
２２Ｇ緑色発光層
２２Ｂ青色発光層
２４電子輸送層
２６電子注入層
２８第２電極

Claims

基板と、
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に備えられて正孔注入層及び発光層を含む有機層と、を備え、
前記発光層は赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層を備え、
（ａ）前記正孔注入層と前記赤色発光層との間に備えられ、赤色光の共振周期を調節するための第１補助層及び（ｂ）前記正孔注入層と前記緑色発光層との間に備えられ、緑色光の共振周期を調節するための第２補助層のうち一つ以上を備え、
前記第１補助層をなす物質及び前記第２補助層をなす物質の正孔移動度がＮＰＢ正孔移動度の１．５倍ないし２倍であり、
前記第１補助層をなす物質が前記正孔注入層をなす物質と異なり、前記第２補助層をなす物質が前記正孔注入層をなす物質と異なり、前記正孔注入層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルが−４．５ｅＶないし−５．５ｅＶであり、
前記第１補助層及び第２補助層をなす物質が、下記化学式１を有し、

前記化学式のうち、
Ｒ _１ないしＲ _１２は、互いに独立して、水素、フェニル基、（Ｎ，Ｎ−ジフェニル）アミノフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基またはＮ−フェニルカルバゾリル基であるが、
但し、前記第１補助層及び第２補助層をなす物質から、ＮＰＢ及びＴＰＤ（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）は除くことを特徴とする有機発光素子。
前記正孔注入層をなす物質がフタロシアニン化合物、ＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＰＢ、Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ（ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸）、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホン酸塩））、Ｐａｎｉ／ＣＳＡ（ポリアニリン／カンファースルホン酸）、またはＰＡＮＩ／ＰＳＳ（ポリアニリン／ポリ（４−スチレンスルホン酸塩））であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記正孔注入層の厚さは１０ｎｍないし２００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の有機発光素子。
前記第１補助層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルが、前記正孔注入層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルの±０．５ｅＶ範囲内に属することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記第１補助層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルが、前記正孔注入層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルの±０．３ｅＶ範囲内に属することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記第１補助層の厚さは６０ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記第２補助層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルが、前記正孔注入層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルの±０．５ｅＶ範囲内に属することを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記第２補助層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルが、前記正孔注入層をなす物質のＨＯＭＯエネルギーレベルの±０．３ｅＶ範囲内に属することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記第２補助層の厚さが２０ｎｍないし６０ｎｍであることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記第１補助層をなす物質と前記第２補助層をなす物質とが同じであることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記赤色発光層と前記第１補助層との間に正孔輸送層をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８及び１０の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記緑色発光層と前記第２補助層との間に正孔輸送層をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８及び１１の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記有機層は、電子阻止層、正孔阻止層、電子輸送層及び電子注入層からなる群から選択された一つ以上の層をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８及び１２の何れか一項に記載の有機発光素子。
前記有機発光素子の作動時、前記第１電極と前記第２電極との間に共振現象が起きることを特徴とする請求項１から８及び１３の何れか一項に記載の有機発光素子。