JP6158316B2 - 有機発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本出願は、有機発光素子及びその製造方法に関する。
本出願は、２０１２年５月２５日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１２−００５６４００号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
有機発光素子（ＯＬＥＤ）は、通常、２つの電極（陽極及び陰極）及びこれらの電極間に位置する１層以上の有機物層で構成される。このような構造の有機発光素子において、２つの電極の間に電圧を印加すれば、陽極からは正孔が、陰極からは電子がそれぞれ有機物層に流入し、これらが再結合して励起子を形成し、この励起子が再度基底状態で落ちながらエネルギー差に該当する光子を放出するようになる。このような原理によって有機発光素子は可視光線を発生させる。
近年、有機発光素子の用途が多様化されるにつれて、有機発光素子の性能を改善できる材料に対する研究が活発になされている。
本明細書には、新規な構造の有機発光素子が記載される。
本出願の一実施形態は、第１の電極、発光層、及び第２の電極を順次備えた形態で含む有機発光素子であって、前記有機発光素子は、前記発光層と第２の電極との間に備えられた光学長さ調整層を含み、前記光学長さ調整層は、下記化学式１で表示される化合物を含む第１の光学長さ調整層を含み、発光層で生成された光が第１の電極を介して放出されることを特徴とする有機発光素子を提供する。
Figure 0006158316
前記化学式１において、Ｒ１ｂないしＲ６ｂはそれぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ２）、スルホニル（−ＳＯ２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルコキシ、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルキル、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ1−Ｃ１２アルケニル、置換もしくは非置換された芳香族もしくは非芳香族のヘテロ環、置換もしくは非置換されたアリール、置換もしくは非置換されたモノ−またはジ−アリールアミン、及び置換もしくは非置換されたアラルキルアミンで構成された群より選ばれ、前記Ｒ及びＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換されたＣ１−Ｃ６０アルキル、置換もしくは非置換されたアリール、及び置換もしくは非置換された５−７員ヘテロ環からなる群より選ばれる。
前記説明のうち、「置換もしくは非置換された」は、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ２）、スルホニル（−ＳＯ２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルコキシ、直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルキル、直鎖もしくは分枝鎖のＣ２−Ｃ１２アルケニル、芳香族もしくは非芳香族のヘテロ環、アリール、モノ−またはジ−アリールアミン、またはアラルキルアミンによって置換もしくは非置換されたことを意味し、ここで、前記Ｒ及びＲ’は、それぞれＣ１−Ｃ６０アルキル、アリール、または５−７員ヘテロ環である。
本出願の一実施形態は、前記有機発光素子を含む照明機器を提供する。
本出願の一実施形態は、基板に第１の電極を形成するステップと、第１の電極に発光層を形成するステップと、発光層に第２の電極を形成するステップとを含む有機発光素子の製造方法であって、前記有機発光素子は、前記発光層と第２の電極との間に光学長さ調整層を形成するステップを含み、前記光学長さ調整層は、前記化学式１で表示される化合物を含む第１の光学長さ調整層を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法を提供する。
本出願によれば、発光される面の反対側電極と発光層との間に光学長さ調整層を含むことにより、キャビティ（ｃａｖｉｔｙ）が調整されて駆動電圧の上昇無しで発光効率を改善することができ、色度が改善された有機発光素子を提供することができる。
図１は、本出願の一実施形態に係る有機発光素子の構造を例示したものである。 図２は、本出願の一実施形態に係る有機発光素子の構造を例示したものである。 図３は、本出願の一実施形態に係る有機発光素子の構造を例示したものである。
本出願の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付される図面とともに詳細に後述されている実現例を参照すれば明かになるであろう。しかし、本出願は、以下において開示される実現例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現されるであろうし、ただし、本実現例は、本出願の開示が完全なようにし、本出願の属する技術分野における通常の知識を有した者に出願の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本出願は、請求項の範疇によってのみ定義される。図面において表示された構成要素の大きさ及び相対的な大きさは、説明の明瞭性のために誇張されたものでありうる。
他の定義がなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本出願の属する技術分野における通常の知識を有した者に共通に理解され得る意味で使用されることができるであろう。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語等は、明白に特別に定義されていない限り、理想的にまたは過度に解釈されない。
以下、本出願を詳細に説明する。
本出願の一実施形態に係る有機発光素子は、基板と、第１の電極と、発光層と、第２の電極とを順次備えた形態で含む有機発光素子であって、前記発光層と第２の電極との間に備えられた光学長さ調整層（Ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ）を含むことができる。前記光学長さ調整層は、前記化学式１で表示される化合物を含む第１の光学長さ調整層を含むことができる。また、前記光学長さ調整層は、前記化学式１で表示される化合物を含む第１の光学長さ調整層及び透明導電性物質を含む第２の光学長さ調整層を含むこともできる。
本出願の一実施形態に係る有機発光素子は、発光層で生成された光が第１の電極を介して放出され、前記第２の電極は、発光方向の反対側に位置する電極を意味する。また、発光方向の反対側に位置する電極の反射度を調整すれば、両面発光も可能である。
一方、有機発光素子では、発光効率を増加させる方法のうちの１つとして、発光色によって素子のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を調整する方法を利用することができる。発光色の波長に適するように素子のキャビティを調整することにより、発光効率を一層増加させることができる。本明細書において、素子のキャビティとは、素子内で光が走行及び／又は一周しつつ共振できる長さを意味し、２つの光学的鏡の間で正常波を有し、共振を形成する光共振器及び／又はそのような構造を有するすべてを含む。
また、有機発光素子において、発光層から第２の電極までの距離は、表面プラズモン（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ）、金属、導波管（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）モード、基板モード、アウト−カップルドモード（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｍｏｄｅ）などによる光損実にも影響を及ぼすことができる。また、第２の電極自体の誘電率によって発光吸収効果があるため、発光層から第２の電極までの間の距離があまり近い場合、発光効率が劣る可能性がある。したがって、発光層から第２の電極までの距離の調整が必要でありうる。
これを改善するために、電子輸送層を発光層と第２の電極との間に含む場合、電子輸送層の厚みを調整して発光層と第２の電極との間のキャビティ長を調整することもできる。しかし、この場合、電荷の不均衡を招いて電圧が上昇する効果を見せることができる。本明細書において、電荷とは、電子または正孔を意味する。
本出願の一実施形態によって発光層と第２の電極との間にキャビティ調整層としての役割をする光学長さ調整層を含む場合、電圧上昇効果を防止することができ、発光色度においても優れた効果がある。
第１の光学長さ調整層に含まれる化学式１で表示される化合物は結晶性があって、電気伝導性に優れ、この化合物を含む有機物層の厚みを増加させても電圧上昇効果が少ないという長所がある。
第２の光学長さ調整層に含まれる透明導電性物質は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、すず酸化物（Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）からなる群より選ばれた１つ以上の金属酸化物でありうる。前記透明導電性物質を含む第２の光学長さ調整層も、この厚みを増加させても電圧上昇効果が少ない。
例えば、第２の電極が反射板として作用する場合、発光層と第２の電極との間に有機物層が存在するとき、発光層から第２の電極までの距離は、［有機物層の屈折率×λ／４］の整数倍に調整することができる。このとき、λは、発光層から放出される光の波長である。色相（ｃｏｌｏｒ）の異なる光は、互いに異なる波長を有するため、発光層から放出される光の色相によって、発光層から第２の電極までの距離は異なるように調整され得る。また、有機物層の屈折率が変わると、屈折率と厚みとの積で表される光路長が変わるので、屈折率によって発光層から第２の電極までの距離は異なるように調整され得る。第２の電極の物質も発光層から第２の電極までの距離に影響を及ぼすことができる。例えば、ほとんどの金属は、光が表面で完全に反射されず、表面よりさらに深く浸透する距離である ペネトレーションデプス（浸透深さ、ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）によって光路長が変わり得る。前記ペネトレーションデプスが７ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）に比べて、１３ｎｍの銀（Ａｇ）は光が金属の内側にさらに多く浸透して、前記発光層から第２の電極までの距離が変わるようになる。
前記発光層から第２の電極へ進む光と第２の電極から反射する光の位相整合（ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）が起こると補強干渉が起こり、これにより、発光光の強度が増幅されて明るい光の実現が可能であり、逆に、前記光等間の位相不整合（ｐｈａｓｅ ｍｉｓｍａｔｃｈｉｎｇ）が起こると相殺干渉が起こり、光の一部が消滅する。このような位相整合と位相不整合の現象により、発光光の明るさは、発光層から第２の電極までの距離によってサイン（ｓｉｎｅ）曲線の形態で現れる。
本出願の一実施形態によれば、発光層から第２の電極までの距離による、素子の発光光の明るさを表すサイン曲線において、光の明るさが最大である地点のｘ軸値を発光層から第２の電極までの距離として設定することができる。
本出願の一実施形態によれば、前記光学長さ調整層の厚みは５０Å以上、具体的に５０Å以上１０，０００Å以下、より具体的に２００Å以上３，０００Å以下、２００Å以上１，２００Å以下、２００Å以上１，０００Å以下、１，５００Å以上３，０００Å以下、１，５００Å以上２，５００Å以下、あるいは１，７００Å以上３，０００Å以下でありうる。
前記光学長さ調整層の厚みは、発光色の波長によって少しずつ変わることができる。例えば、前記発光層で生成された光が青色光である青色素子の場合、２００Å以上１，０００Å以下、あるいは１，３００Å以上２，５００Å以下であり、前記発光層で生成された光が黄色光である黄色素子の場合、２００Å以上１，２００Å以下、あるいは１，５００Å以上３，０００Å以下でありうる。そして、電子伝達層の厚みによって光学長さ調整層の厚みが変わることができる。前記光学長さ調整層の厚みが５０Å未満であれば、表面プラズモン（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ）、金属の光吸収、導波管（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）モードなどによる光損実により効率が劣る可能性がある。光学長さ調整層の厚みが３，０００Åを超えると効果上に大きな差はない。しかし、光学長さ調整層の厚みがあまり大きくなると工程の面で経済的でないため、１０，０００Å以下であることが好ましい。
前記化学式１で表示される化合物は、下記化学式１−１ないし１−６のうち、いずれか１つで表示される化合物でありうる。ただし、これに限定されるものではない。
Figure 0006158316
Figure 0006158316
本出願の一実施形態では、支持体の役割が可能な適切な機械的強度を有する基板を含むことができる。基板は、光が放出される電極に接して含まれることができる。具体的に、第１の電極の下端に基板が形成され得る。
このような基板は、用途によって透過率の高い基板を選択するか、反射率の高い基板を選択することができる。反射率の高い基板が必要な場合は、基板自体の反射率が高いか、基板を反射率の大きい物質でコーティングして使用することができる。このような目的として使用される基板の例としては、プラスチック、ガラス、金属、セラミック、ウエハ、金属フォイル（ｆｏｉｌ）などである。
従来の有機発光素子に使用される基板は、陽極で使用するＩＴＯを、基板の温度を高温（＞１５０℃）に維持させつつ、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）工程を利用して薄膜形成をするので、高温の工程条件に耐えられるガラスのような基板を使用し、このような工程条件で形成されたＩＴＯ陽極は、再度有機発光素子を製造する前に酸素または酸素を含む混合ガスプラズマクリーニングや紫外線／オゾン（ＵＶ／Ｏｚｏｎｅ）処理をして表面の仕事関数を増加させるか、表面に存在する汚染物を除去して素子の駆動電圧を低くし、素子の信頼性を向上させる方法を利用する。本出願の有機発光素子は、このような従来のガラス基板をそのまま使用することができ、適切な機械的強度と平坦度を有する様々な基板を使用することもできる。
本発明者らは、発光層と第２の電極との間に備えられた、光学長さ調整層を含むそれぞれの有機物層の厚みのみならず、各有機物層の屈折率を考慮して、発光効率に優れ、駆動電圧の低い最適の範囲を下記式１及び／又は式２のように探し出した。具体的に、第２の電極が光を放出せず、反射度が７０％ないし１００％である場合、発光層と第２の電極との間の有機物層の厚みと屈折率との関係が下記式１及び／又は式２を満たせば、高い発光効率及び低い駆動電圧で有機発光素子が駆動されることを明かした。
本出願の一実施形態によれば、前記有機発光素子は、前記発光層と前記第２の電極との間にｍ個の有機物層をさらに含み、前記ｍ個の有機物層は、下記式１を満たすものでありうる。
Figure 0006158316
前記式１において、λは発光層の光の波長（ｎｍ）を意味し、ｎｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の屈折率を意味し、ｄｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の厚みを意味する。
また、本出願の一実施形態によれば、前記有機発光素子は、前記発光層と前記第２の電極との間にｍ個の有機物層をさらに含み、前記ｍ個の有機物層は、下記式２を満たすものでありうる。
Figure 0006158316
前記式２において、λは発光層の光の波長（ｎｍ）を意味し、ｎｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の屈折率を意味し、ｄｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の厚みを意味する。
前記発光層と前記第２の電極との間に備えられたｍ個の有機物層は、光学長さ調整層を含むことができる。また、前記ｍ個の有機物層は、正孔遮断層を含むことができる。また、前記ｍ個の有機物層は、電子輸送層を含むことができる。また、前記ｍ個の有機物層は、電子注入層を含むことができる。
本出願の一実施形態では、第２の電極と発光層との間及び／又は発光層と光学長さ調整層との間に１つ以上の有機物層を含むことができる。
本出願の一実施形態では、前記有機発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に１つ以上の有機物層を含むことができる。
本出願の一実施形態では、第１の電極と発光層との間に１つ以上の有機物層を含むことができる。
本出願の一実施形態では、第２の電極と発光層との間及び／又は発光層と光学長さ調整層との間に１つ以上の有機物層を含むことができる。
本出願の一実施形態において前記有機物層は、陰極と発光層との間で発光層に接して備えられた電子輸送層でありうる。前記電子輸送層は、第２の電極が陰極である場合、第２の電極と発光層との間で発光層に接して含まれることができる。前記電子輸送層は、第１の電極が陰極である場合、第１の電極と発光層との間で発光層に接して含まれることができる。
本出願の一実施形態において前記有機物層は、陽極と発光層との間で発光層に接して備えられた正孔輸送層でありうる。前記正孔輸送層は、第１の電極が陽極である場合、第１の電極と発光層との間で発光層に接して含まれることができる。前記正孔輸送層は、第２の電極が陽極である場合、第２の電極と発光層との間で発光層に接して含まれることができる。
本出願の一実施形態において前記有機物層は、陽極と発光層との間で陽極に接して備えられた正孔注入層でありうる。
本出願の一実施形態では、第１の電極及び第２の電極のそれぞれに接する有機物層により前記第１の電極及び第２の電極をすべて多様な仕事関数を有する物質でも形成することができる。例えば、前記第１の電極及び第２の電極は、すべて仕事関数が２ｅＶないし６ｅＶである物質、特に、２ｅＶないし４ｅＶである物質まで使用することができる。電極材料としては、金属、金属酸化物、及び導電性ポリマーからなる群より選ばれる物質を含むことができる。
本出願の一実施形態において前記第１の電極は陽極であり、前記第２の電極は陰極でありうる。この場合、陽極方向で発光が起こるノーマルボトム（Ｎｏｒｍａｌ ｂｏｔｔｏｍ）の形態でありうる。この場合、基板が第１の電極の下端で第１の電極に接して含まれることができる。
本出願の一実施形態において第１の電極は陰極であり、前記第２の電極は陽極でありうる。この場合、陰極方向で発光が起こるインバーテッドボトム（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｂｏｔｔｏｍ）の形態でありうる。この場合、基板が第２の電極の下端で第２の電極に接して含まれることができる。
本出願の一実施形態に係る有機発光素子は、ノーマルボトムの形態がインバーテッドボトムの形態より発光効率面で好ましい。
前記第１の電極は、相対的に仕事関数が大きい金属または金属酸化物を使用して薄膜を形成することができ、具体的に、仕事関数が高い透明材料を用いて第１の電極を形成することもできる。仕事関数が大きい陽極を使用する場合、正孔輸送層を形成する物質の価電子帯（ｖａｌａｎｃｅ ｂａｎｄ）と陽極の仕事関数との差が減るので、円滑な正孔の注入が低い電圧でなされ得る。したがって、陽極と正孔輸送層に含有される物質の選択で２つの材料間のバンド（ｂａｎｄ）位置と界面の接着力または安全性が素子の効率と寿命に大きな影響を及ぼす。例えば、第１の電極は、それぞれインジウムすず酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、すず酸化物（Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）のうちから選ばれた１種以上の透明金属酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）で形成されることができる。第１の電極の材料も発光効率に影響を及ぼす。電気的抵抗が小さい物質のうちから選択して初めて大きな面積の有機発光素子に適切な電流を供給することができる。
前記第１の電極の材料は、透過度が５％ないし１００％でありうる。具体的には、５０％ないし１００％である場合、光損実が減少して発光効率が高まることができる。前記第１の電極は、発光層で生成された光が放出される方向に位置する電極を意味する。
前記第１の電極の屈折率は１．３ないし２．５であることが、発光効率が良く、より具体的には、１．５ないし２．３である場合、導波管効果が減って発光効率が一層向上する。
前記第１の電極の厚みは３００Åないし１７００Åであることが好ましい。第１の電極は良好な透過度を示すべきであり、透過度は厚みが薄いほど良い。また、抵抗が小さくなければならない。抵抗と透過度の最適範囲のためには、３００Åないし１７００Åであることが好ましい。この範囲で電圧を上昇させずに、発光効率を高めることができる。
本出願の一実施形態において前記第１の電極は、前記第１の電極に接する有機物層との界面で金属またはこの合金の薄膜、あるいは金属酸化物層をさらに含むことができる。前記有機物層は、正孔注入層であり、正孔輸送層であり、電子輸送層でありうる。
上記のような金属またはこの合金の薄膜、あるいは金属酸化物層をさらに含む場合、電荷の移動度（ｃａｒｅｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）及び電気伝導度を増加させることができるので、素子のしきい電圧及び動作電圧を低める効果を提供することができる。また、有機発光素子を大面積化させて製作する場合、インジウム亜鉛酸化物のような金属酸化物を第１の電極として使用すれば、電極抵抗を減らすことができるので、素子の発光部分の光をより均一に得ることができるという効果を提供することができる。
前記第１の電極に含まれる追加の層の材料としては、具体的にアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、すず（Ｓｎ）、タンタリウム（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、水銀（Ｈｇ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、ホウ素（Ｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタニウム（Ｌａ）、チタニウム（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びこれらのうちから選ばれる金属とネオジミウム（Ｎｄ）またはパラディウム（Ｐｄ）の合金などがあり、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯなどの金属酸化物なども含むが、これらのみに限定するものではない。
前記金属またはこの合金の薄膜あるいは金属酸化物層をさらに含む場合には、その厚みを可視光線領域の波長の透過度及び電気伝導度を考慮して調整することができ、その厚みが１Åないし３００Åであることが好ましい。
本出願の一実施形態において第２の電極を構成する物質は、小さな仕事関数を有する物質を選択して電子輸送層を構成する物質の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）への電子注入を円滑にしなければならないので、仕事関数が小さく、反射率の大きい物質を使用することが好ましい。
具体的に、前記第２の電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｐｔ、及びＩｒからなる群より選ばれた１つまたは２つ以上の合金を含むことができ、より具体的に、反射率に優れたＡｌまたはＡｇを使用することができる。
本出願の一実施形態において前記第２の電極の厚みは、７００Å以上であることが、反射度が７０％ないし１００％、より具体的に９０％ないし１００％になるので有利である。また、有機発光素子の面積が大きいとき、例えば、９ｃｍ２以上に大きくなるときは、有機物全面をすべて覆わせるために、第２の電極の厚みが２０００Å以上になることもできる。前記第２の電極は、発光方向の反対側に位置する電極を意味する。
本明細書において、ｎ型とは、ｎ型半導体特性を意味する。言い替えれば、ｎ型有機物層は、ＬＵＭＯ（最低空軌道、ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位で電子の注入を受けるか、輸送する特性を有する有機物層であり、これは、電子の移動度が正孔の移動度より大きい物質の特性を有する有機物層である。逆に、ｐ型とは、ｐ型半導体特性を意味する。言い替えれば、ｐ型有機物層とは、ＨＯＭＯ（最高被占軌道、ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位で正孔の注入を受けるか輸送する特性を有する有機物層であり、これは、正孔の移動度が電子の移動度より大きい物質の特性を有する有機物層である。本明細書において、「ＨＯＭＯエネルギー準位で電荷を輸送する有機物層」とｐ型有機物層とは互いに同じ意味で使用されることができる。また、「ＬＵＭＯエネルギー準位で電荷を輸送する有機物層」とｎ型有機物層とは互いに同じ意味で使用されることができる。
本明細書において、エネルギー準位は、エネルギーの大きさを意味するものである。したがって、真空準位からマイナス（−）方向にエネルギー準位が表示される場合にも、エネルギー準位は、当該エネルギー値の絶対値を意味するものと解釈される。例えば、ＨＯＭＯエネルギー準位とは、真空準位から最高占有分子軌道（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）までの距離を意味する。また、ＬＵＭＯエネルギー準位とは、真空準位から最低非占有分子軌道（ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）までの距離を意味する。
本出願の一実施形態において、前記第１の電極に接する有機物層は正孔注入層でありうるし、正孔注入層に接して正孔輸送層が形成され得る。このとき、正孔輸送層はｐ−型有機物層でありうる。
また、発光層がｐ−型有機物層である場合、正孔輸送層が省略され得る。このとき、正孔注入層に接して発光層が形成され得る。
また、正孔輸送層が正孔注入と正孔輸送の役割を共にする場合は、正孔注入層が省略され得る。このとき、第１の電極に接する有機物層は正孔輸送層でありうる。
第１の電極に接する有機物層は、化学式１の化合物を含むことができる。また、ｐ−型有機物層が正孔輸送層であり、発光層でありうる。この場合、前記化学式１の化合物はｎ−型有機物であるから、第１の電極に接する有機物層と前記ｐ−型有機物層との間でＮＰ接合構造が形成され得る。前記第１の電極に接する有機物層のＬＵＭＯ準位とｐ−型有機物層のＨＯＭＯ準位との間のエネルギー準位差が減少されるように調整されることが好ましい。前記第１の電極に接する有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ−型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は１ｅＶ以下であることが好ましく、約０．５ｅＶ以下であることがより好ましい。このエネルギー差は、物質選択の観点では−１ｅＶ以上１ｅＶ以下であることが好ましく、約０．０１ないし１ｅＶであることがより好ましい。
上記のような数値範囲内でエネルギー準位が選択される場合、正孔が前記第１の電極に接する有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を介して前記ｐ−型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位に容易に注入される。前記ｐ−型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１の電極に接する有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が１ｅＶより大きければ、前記ｐ−型有機物層と前記第１の電極に接する有機物層との間のＮＰ接合が容易に発生せず、正孔注入のための駆動電圧が上昇する。すなわち、本出願の一実施形態において、ＮＰ接合とは、ｎ−型有機物層とｐ−型有機物層とが物理的に接することだけでなく、前述したエネルギー関係を満さなければならない。
ＮＰ接合が形成されれば、外部電圧や光源によって正孔または電子が容易に形成される。すなわち、ＮＰ接合によってｐ−型有機物層内で正孔が、第１の電極に接する有機物層内で電子が容易に形成されるものである。前記ＮＰ接合で正孔と電子が同時に発生するので、電子は、第１の電極に接する有機物層を介して第１の電極方向に輸送され、正孔は、ｐ−型有機物層方向に輸送される。したがって、前記エネルギー差の範囲内で正孔または電子が容易に発生し、これにより、電荷の濃度が増加して素子の駆動電圧上昇を低めることができる。前記ｐ−型有機物層は、正孔輸送層またはｐ−型発光層でありうる。
前記ｐ−型有機物層が正孔輸送層である場合、前記第１の電極に接する有機物層と前記発光層との間に位置することができる。ここで、前記正孔輸送層のＨＯＭＯ（最高被占軌道、ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位が５ｅＶ以上であることが好ましく、より好ましくは５ｅＶ以上６ｅＶ以下であることがより好ましい。５ｅＶ以上である場合、前記正孔注入層との効果的な電荷発生を提供することができる。
前記正孔注入層は、第１の電極に接して形成されることができる。前記正孔注入層を形成するための前記正孔注入物質としては、低い電圧で陽極から正孔の注入をよく受けることができる物質であって、正孔注入物質のＨＯＭＯ（最高被占軌道、ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）が陽極物質の仕事関数と周辺有機物層のＨＯＭＯとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体的な例としては、金属ポルフィリン（ｐｏｒｐｈｙｒｉｎｅ）、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン、キナクリドン（ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）系の有機物、ペリレン（ｐｅｒｙｌｅｎｅ）系の有機物、アントラキノン及びポリアニリンとポリチオフェン系の伝導性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。好ましくは、化学式１の化合物を含むことができる。また、前記正孔注入物質に金属酸化物をドーピングして使用することにより、優れた特性、具体的に、エネルギーレベル、洩れ電流減少及び電圧上昇防止などの特性を表すことができる。
前記正孔輸送層は、発光層に接して形成されることができる。具体的に、ノーマル（ｎｏｒｍａｌ）構造（正構造）の場合は、第１の電極と発光層との間に形成されることができる。また、正孔注入層が第１の電極に接して形成される場合、正孔注入層と発光層との間に形成されることができる。また、インバーテッド（ｉｎｖｅｒｔｅｄ）構造（逆構造）の場合、発光層と光学長さ調整層との間に形成されることができる。
前記正孔輸送層を形成するための正孔輸送物質としては、陽極や正孔注入層から正孔の輸送を受けて発光層に移すことができる物質であって、正孔に対する移動性が大きな物質が適している。具体的な例としては、アリールアミン系の有機物、伝導性高分子、及び共役部分と非共役部分が共にあるブロック共重合体などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記発光層は、正孔輸送層と電子輸送層との間に形成されることができる。発光層は、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子の輸送をそれぞれ受けて結合させることにより、可視光線領域の光を出すことができる物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率が良い物質で形成することができる。具体的な例としては、８−ヒドロキシ−キノリンアルミニウム錯物（Ａｌｑ３）；カルバゾール系化合物；二量体化スチリル（ｄｉｍｅｒｉｚｅｄ ｓｔｙｒｙｌ）化合物；ＢＡｌｑ；１０−ヒドロキシベンゾキノリン−金属化合物；ベンゾキサゾル、ベンズチアゾール、及びベンズイミダゾール系の化合物；ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）系の高分子；スピロ（ｓｐｉｒｏ）化合物；ポリフルオレン、ルブレンなどがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記電子輸送層は、発光層に接して形成されることができる。具体的に、ノーマル（ｎｏｒｍａｌ）構造の場合は、発光層と光学長さ調整層との間に形成されることができる。インバーテッド（逆、ｉｎｖｅｒｔｅｄ）構造の場合は、第１の電極と発光層との間に形成されることができる。電子輸送層は、ｎ−型ドーピングされたものであることができ、ｎ−型にドーピングされないこともできる。ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層は、キャリアの濃度を高める効果がある。
前記ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層は、その厚みが０．５Åないし５０Åであることが好ましい。前記ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層の厚みが、５０Å超過である場合、可視光線を吸収して発光効率を低下させることができ、０．５Å未満の場合には、薄膜の均一度を落とすことができ、効果的な電子注入を難しくする可能性がある。
前記ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層のうち、ｎ−型ドーパントは、有機物または無機物でありうる。前記ｎ−型ドーパントが無機物である場合、アルカリ金属、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、ＣｓまたはＦｒ；アルカリ土類金属、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａまたはＲａ；金属ハロゲン貨物、例えば、ＬｉＦ、ＫＦ、ＮａＦ、ＣＳＦ、ＭＧＦ２、ＣａＦ２；金属酸化物、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ；希土類金属、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｈ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｅｍ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＹまたはＭｎ；もしくは前記金属のうちから選ばれる１以上の金属を含む金属化合物、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物などを含むことができる。または、前記ｎ−型ドーパントは、シクロペンタジエン、シクロヘプタトリエン、６員ヘテロ環もしくはこれらの環が含まれた縮合環を含む物質でありうる。
ここで、前記ｎ−型ドーパントは、前記ｎ−型ドーパントを含む有機物層材料の総重量を基準として１重量％ないし５０重量％でありうる。前記ｎ−型ドーパントを前記重量％の範囲で使用する場合には、効果的な電子注入を容易にすると同時に、光の吸収を最小化できるという長所がある。本出願の一実施形態において、ｎ−型ドーパントをドーピングする方法は、当該技術分野に知られている方法を利用することができ、本出願の範囲が特定方法によって限定されるものではない。
前記ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層のうち、ドーピングされる物質、すなわち、ホスト材料としては、電子注入または輸送物質が使用され得る。例えば、前記ホスト材料としては、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン基、及びフェナントロリン基から選ばれる作用基を有する化合物を使用することができるが、これに限定されない。
前記イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン基、及びフェナントロリン基からなる群より選ばれる１つ以上の作用基を有する化合物の具体的な例としては、下記化学式２または３の化合物がある：
Figure 0006158316
前記化学式２において、Ｒ１ないしＲ４は互いに同一または相違することができ、それぞれ独立的に水素原子；ハロゲン原子、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ３０のアルケニル基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルコキシ基、Ｃ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基、Ｃ３〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、及びＣ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基からなる群より選ばれた１つ以上の基に置換されたもしくは非置換されたＣ１〜Ｃ３０のアルキル基；ハロゲン原子、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ３０のアルケニル基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルコキシ基、Ｃ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基、Ｃ３〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、及びＣ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基からなる群より選ばれた１つ以上の基に置換されたもしくは非置換されたＣ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基；ハロゲン原子、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ３０のアルケニル基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルコキシ基、Ｃ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基、Ｃ３〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、及びＣ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基からなる群より選ばれた１つ以上の基に置換されたもしくは非置換されたＣ５〜Ｃ３０のアリール基；またはハロゲン原子、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ３０のアルケニル基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルコキシ基、Ｃ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基、Ｃ３〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、及びＣ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基からなる群より選ばれた１つ以上の基に置換されたもしくは非置換されたＣ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基であり、互いに隣接する基と脂肪族、芳香族、脂肪族ヘテロもしくは芳香族ヘテロの縮合環を形成するか、スピロ結合をなすことができ、Ａｒ１は水素原子、置換もしくは非置換された芳香族環、または置換もしくは非置換された芳香族ヘテロ環であり、ＸはＯ、ＳまたはＮＲａであり、Ｒａは水素、Ｃ１−Ｃ７の脂肪族炭化水素、芳香族環もしくは芳香族ヘテロ環であり、
Figure 0006158316
前記化学式３において、ＸはＯ、Ｓ、ＮＲｂまたはＣ１−Ｃ７の２価炭化水素基であり；Ａ、Ｄ及びＲｂはそれぞれ水素原子、ニトリル基（−ＣＮ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、Ｃ１−Ｃ２４のアルキル、Ｃ５−Ｃ２０の芳香族環もしくはヘテロ原子を含む置換された芳香族環、ハロゲン、または隣接環と融合環を形成できるアルキレンまたはヘテロ原子を含むアルキレン基であり、ＡとＤは連結されて芳香族もしくはヘテロ芳香族環を形成することができ；Ｂはｎが２以上である場合、連結ユニットとして多数のヘテロ環を共役もしくは非共役されるように連結する置換もしくは非置換されたアルキレンまたはアリレンであり；ｎが１である場合、置換もしくは非置換されたアルキルまたはアリールであり；ｎは１ないし８の整数である。
前記化学式２の化合物の例としては、韓国特許公開第２００３−００６７７７３号に公知されている化合物を含み、前記化学式３の化合物の例としては、米国特許第５，６４５，９４８号に記載された化合物とＷＯ０５／０９７７５６号に記載された化合物を含む。上記文献らは、その内容のすべてが本明細書に含まれる。
具体的に、前記化学式２の化合物には、下記化学式４の化合物も含まれる：
Figure 0006158316
前記化学式４において、Ｒ５ないしＲ７は互いに同一または相違し、それぞれ独立に水素原子、Ｃ１−Ｃ２０の脂肪族炭化水素、芳香族環、芳香族ヘテロ環または脂肪族もしくは芳香族縮合環であり；Ａｒは直接結合、芳香族環もしくは芳香族ヘテロ環であり；ＸはＯ、ＳまたはＮＲａであり、Ｒａは水素原子、Ｃ１−Ｃ７の脂肪族炭化水素、芳香族環もしくは芳香族ヘテロ環であり；ただし、Ｒ５及びＲ６が同時に水素である場合は除かれる。
また、前記化学式３の化合物には、下記化学式５の化合物も含まれる：
Figure 0006158316
前記化学式５において、ＺはＯ、ＳまたはＮＲｂであり；Ｒ８及びＲｂは水素原子、Ｃ１−Ｃ２４のアルキル、Ｃ５−Ｃ２０の芳香族環もしくはヘテロ原子を含む置換された芳香族環、ハロゲン、またはベンザゾール環と融合環を形成できるアルキレンもしくはヘテロ原子を含むアルキレンであり；Ｂはｎが２以上である場合、連結ユニットとして多数のベンザゾールを共役もしくは非共役されるように連結するアルキレン、アリレン、置換されたアルキレン、または置換されたアリレンであり、ｎが１である場合、置換もしくは非置換されたアルキルまたはアリールであり；ｎは１ないし８の整数である。
好ましい化合物としてイミダゾール基を有する化合物としては、下記の構造の化合物等がある：
Figure 0006158316
前記ｎ−型ドーパントを含む有機物層は、ｎ−型ドーピングによって前記第２の電極に接する有機物層とのエネルギーバリア（障壁、ｂａｒｒｉｅｒ）を低めることにより、電子注入特性を向上させることができる。前記ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層のＬＵＭＯ準位は、前記第２の電極に接する有機物層のＬＵＭＯ準位との差が４ｅＶ以下であることが好ましく、より好ましくは２ｅＶないし３ｅＶであることが好ましい。４ｅＶを超過する有機物層を使用した場合、第２の電極に接する有機物層とのエネルギーバリアが高まり、電子注入特性が低下し得る。効果的な電子注入が容易でなくなる場合、素子の駆動電圧を上昇させる結果を招くことができる。前記第２の電極に接する有機物層は、光学長さ調整層でありうる。
前記ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層と前記第２の電極に接する光学長さ調整層との間に金属酸化物層または金属塩層をさらに含むことができる。
上記のような金属酸化物層または金属塩層は、前記第２の電極層に接する光学長さ調整層から前記ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層への電子注入過程において、ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層のＨＯＭＯエネルギーレベルから第２の電極に接する光学長さ調整層に伝達され得る正孔を效果的に防ぐ役割をすることができる。これにより、電子−正孔間の消滅現象を最小化し、ｎ−型ドーパントを含む電子輸送層への電子の注入を容易にして、素子の効率を増加させる効果を期待することができる。具体的な金属酸化物の例としては、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯなどがあり、金属塩は、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２などを挙げることができるが、必ずこれに限定するものではない。
前記金属酸化物または金属塩層を含む場合、その厚みは、０．５Åないし５０Åであることが好ましく、１Åないし２０Åの厚みで構成することがより好ましい。前記金属酸化物または金属塩層の厚みがあまりにも厚い場合、素子の駆動電圧を増加させる結果を招くことができる。
前記有機物層は、蒸着法だけでなく、多様な高分子素材を使用してソリューションプロセス（ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）、例えば、スピンコート、ディップコート、ドクターブレード、スクリーンプリンティング、インクジェットプリンティング、または熱転写法などの方法によってより少ない数の層に製造することができる。
前述した各層をなす物質等の例は、単に本出願の理解を助ける目的で一部を提示したものであり、本出願が提供する化合物はこれらのみに限定されない。
本出願の有機発光素子は、陽極と陰極との間に多層の有機層を含み、上記で説明した各層を利用して多様な構造を有する。基本的には、図１のように、ノーマル構造として基板３０／陽極２０／正孔注入層１８０／正孔輸送層１６０／発光層１４０／電子輸送層１２０／光学長さ調整層１００／陰極１０を含んで製造される。また、前記各層の説明のように、必要に応じて２つ以上の役割を同時にする物質を使用して有機物の層数を減らしたり、逆に、性能をより一層向上させるか、特別な性能を出すために層数を増やすことができる。このような層構造は、図２のように、基板３０／陽極２０／正孔注入層１８０／正孔輸送層１６０／発光層１４０／電子輸送層１２０／第１の光学長さ調整層１０２／第２の光学長さ調整層１０４／陰極１０を含む構造であり、基板／陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／第１の光学長さ調整層／第２の光学長さ調整層／陰極を含む構造でありうる。また、インバーテッド構造として図３のように、基板３０／陰極１０／電子輸送層１２０／発光層１４０／正孔輸送層１６０／第１の光学長さ調整層１０２／第２の光学長さ調整層１０４／陽極２０を含む構造を有することができる。しかし、本出願の範囲がこの構造のみに限定されるものではない。
本出願の一実施形態に係る有機発光素子は、第１の電極が陽極として下部電極であり、第２の電極が陰極として上部電極であるノーマル（ｎｏｒｍａｌ）構造（正構造）であることが好ましい。
本出願の一実施形態は、前記有機発光素子を含む照明機器を提供する。
本出願の一実施形態は、基板に第１の電極を形成するステップと、第１の電極に発光層を形成するステップと、発光層に第２の電極を形成するステップとを含む有機発光素子の製造方法であって、前記発光層と第２の電極との間に光学長さ調整層を形成するステップを含み、前記光学長さ調整層は、下記化学式１で表示される化合物を含む第１の光学長さ調整層を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法を提供する。
本出願の一実施形態において前記光学長さ調整層を形成するステップは、第１の光学長さ調整層と第２の電極との間に透明導電性物質を含む第２の光学長さ調整層を形成することをさらに含むことができる。
本出願の一実施形態において前記光学長さ調整層を形成するステップ以前に、第１の電極に正孔輸送層と、発光層と、電子輸送層とを順次形成するステップを含むことができる。
本出願の一実施形態において前記光学長さ調整層を形成するステップ以前に、第１の電極に前記化学式１で表示される化合物を含む正孔注入層；正孔輸送層；発光層；及び電子輸送層を順次形成するステップを含むことができる。
本出願の一実施形態において前記光学長さ調整層を形成するステップ以前に、第１の電極に電子輸送層；発光層；及び正孔輸送層を順次形成するステップを含むことができる。
以下、実施例及び比較例によって本出願の様々な実施状態及び特徴をより詳細に説明する。しかし、下記の実施例は本出願の様々な実施状態及び特徴を例示するためのものにすぎず、本出願の範囲が下記の実施例によって限定されるものではない。
［実施例１］
基板上に、ＩＺＯをスパッタリング方法で１，０００Åの厚みのアノードを形成し、その上に下記の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、４，４’，４”−ｔｒｉｓ［３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ（ｐｈｅｎｙｌ）ａｍｉｎｏ］ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）を熱真空蒸着して厚みが５００Åのｐ型正孔注入層を形成した。次いで、前記ｐ型正孔注入層上に下記のＮＰＢを真空蒸着して厚みが４００Åのｐ型正孔輸送層を形成した。
次いで、前記ｐ型正孔輸送層上に下記のＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）で下記化学式Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム、Ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ））１０重量％をドーピングして厚み３００Åの発光層を形成した。前記発光層上に、下記のＢＣＰ（２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）で５０Åの厚みの正孔遮断層を形成した。
前記正孔遮断層上に下記の電子輸送材料をホストとし、ドーパントとしてＣａを１０重量％ドーピングして１５０Åの厚みの電子輸送層を形成した。
前記電子輸送層上に下記のＨＡＴ（前記化学式１−１で表示される化合物）を蒸着して３００Åの厚みの光学長さ調整層を形成した。
さらに、前記光学長さ調整層上にカソードとしてＡｌを２，０００Åの厚みで形成して有機発光素子を製作した。
前記過程において有機物の蒸着速度は０．５〜１Å／ｓｅｃに維持し、蒸着時の真空度は２×１０−７〜２×１０−８ｔｏｒｒ程度に維持した。
前記実施例１による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表１にまとめた。前記外部量子効率は、発光効率と同じ意味でありうる。
Figure 0006158316
［実施例２］
電子輸送層上に前記のＨＡＴ３００Åからなる第１の光学長さ調整層を形成し、前記第１の光学長さ調整層上にＩＺＯをスパッタリング方法で蒸着して１，０００Åの厚みの第２の光学長さ調整層を形成し、前記第２の光学長さ調整層上にカソードとしてＡｌを２，０００Åの厚みで形成したことを除いては、実施例１と同様に有機発光素子を製作した。
前記実施例２による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表１にまとめた。
［実施例３］
ＩＺＯ厚みを５００Åとしてアノードを形成し、光学長さ調整層の厚みを５００Åの厚みで形成したことを除き、実施例１と同様に実施して有機発光素子を製作した。
前記実施例３による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表１にまとめた。
［比較例１］
正孔遮断層上に下記の電子輸送材料をホストとし、ドーパントとしてＣａを１０重量％ドーピングして１５０Åの厚みの電子輸送層を形成し、前記電子輸送層上にカソードとしてＡｌを２，０００Åの厚みで形成したことを除いては、前記実施例１と同様に有機発光素子を製作した。すなわち、比較例１は、実施例１において光学長さ調整層を除いて有機発光素子を製作した。
前記比較例１による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表１にまとめた。
［比較例２］
前記電子輸送層を１３０Åの厚みで形成することを除いては、比較例１と同様に有機発光素子を製作した。
前記比較例２による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表１にまとめた。
Figure 0006158316
［実施例４］
基板上に、ＩＺＯをスパッタリング方法で１，０００Åの厚みのアノードを形成し、その上に前記ＨＡＴを熱真空蒸着して厚みが５００Åのｐ型正孔注入層を形成した。次いで、前記ｐ型正孔注入層上に下記のＮＰＢを真空蒸着して厚みが３００Åのｐ型正孔輸送層を形成した。
次いで、前記ｐ型正孔輸送層上に、前記ＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）に前記化学式Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム、Ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ））１０重量％をドーピングして厚み２００Åの発光層を形成した。前記発光層上に、前記ＢＣＰ（２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）で５０Åの厚みの正孔遮断層を形成した。
前記正孔遮断層上に下記の電子輸送材料をホストとし、ドーパントとしてＣａを１０重量％ドーピングして１５０Åの厚みの電子輸送層を形成した。
前記電子輸送層上に前記ＨＡＴ（前記化学式１−１で表示される化合物）を蒸着して１，７５０Åの厚みの光学長さ調整層を形成した。
さらに、前記光学長さ調整層上にカソードとしてＡｌを１，０００Åの厚みで形成して有機発光素子を製作した。
前記過程において有機物の蒸着速度は、０．５〜１Å／ｓｅｃに維持し、蒸着時の真空度は２×１０−７〜２×１０−８ｔｏｒｒ程度に維持した。
前記実施例４による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表２にまとめた。
［実施例５］
正孔輸送層上に、前記ＮＰＢにＢＡｌｑ（ビス（2-メチル-8-キノリノラート）-4-（フェニルフェノラート）アルミニウム、Ｂｉｓ（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｅ）−４−（ｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｏｌａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）を３重量％ドーピングして厚み２００Åの青色発光層を形成し、光学長さ調整層を４００Åの厚みで形成したことを除いては、実施例３と同様に実施して有機発光素子を製作した。
前記実施例５によれば、青色発光層を含む有機発光素子でも正常に駆動が可能であることが分かる。
前記実施例５による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表２にまとめた。
［実施例６］
電子輸送層上に、前記ＨＡＴを３００Åの厚みからなる第１の光学長さ調整層を形成し、前記第１の光学長さ調整層上に、ＩＺＯを用いた前記第２の光学長さ調整層を１，６００Åの厚みで形成し、前記第２の光学長さ調整層上にＡｇを２，０００Åの厚みでカソードを形成したことを除いては、実施例３と同様に実施して有機発光素子を製作した。
前記実施例６による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表２にまとめた。
Figure 0006158316
［比較例３］
基板上に、ＩＺＯをスパッタリング方法で１，０００Å厚みのアノードを形成し、その上に下記の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、４，４’，４”−ｔｒｉｓ［３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ（ｐｈｅｎｙｌ）ａｍｉｎｏ］ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）を熱真空蒸着して厚みが５００Åのｐ型正孔注入層を形成した。次いで、前記ｐ型正孔注入層上に下記のＮＰＢを真空蒸着して厚みが４００Åのｐ型正孔輸送層を形成した。
次いで、前記ｐ型正孔輸送層上に、下記のＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）に下記化学式Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム、Ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ））１０重量％をドーピングして厚み３００Åの発光層を形成した。前記発光層上に、下記のＢＣＰ（２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）で５０Åの厚みの正孔遮断層を形成した。
前記正孔遮断層上に下記の電子輸送材料をホストとし、ドーパントとしてＣａを１０重量％ドーピングして１５０Åの厚みの電子輸送層を形成した。
前記電子輸送層上にカソードとしてＡｌを２，０００Åの厚みで形成し、前記カソード上に前記ＨＡＴを５００Åの厚みで光学長さ調整層を形成して有機発光素子を製造した。
前記過程において有機物の蒸着速度は、０．５〜１Å／ｓｅｃに維持し、蒸着時の真空度は２×１０−７〜２×１０−８ｔｏｒｒ程度に維持した。
前記比較例３による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表３にまとめた。
［比較例４］
前記比較例３において、前記ＩＺＯアノード上にＨＡＴを５００Åの厚みで蒸着して光学長さ調整層を形成し、カソードの上部には光学長さ調整層を形成しないことを除いて、比較例３と同様に実施して有機発光素子を製作した。
前記比較例４による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表３にまとめた。
Figure 0006158316
［比較例５］
カソードとしてＡｌを５００Åの厚みで形成し、光学長さ調整層を５００Åの厚みで形成したことを除いて、実施例１と同様に有機発光素子を製作した。
前記比較例５による駆動電圧及び外部量子効率に対して、下記の表４にまとめた。
Figure 0006158316
本出願の属する技術分野における通常の知識を有した者であれば、上記内容に基づいて本出願の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上、本出願の特定の部分を詳細に記述したところ、当業界の通常の知識を有した者にとって、このような具体的記述は単に好ましい実現例であり、これに本出願の範囲が制限されるものでない点は明らかである。したがって、本出願の実質的な範囲は、添付された請求項とその等価物によって定義されるといえよう。
１０：陰極（カソード）
２０：陽極（アノード）
３０：基板
１００：光学長さ調整層
１０２：第１の光学長さ調整層
１０４：第２の光学長さ調整層
１２０：電子輸送層
１４０：発光層
１６０：正孔輸送層
１８０：正孔注入層

Claims (31)

  1. 第１の電極、発光層、及び第２の電極を順次備えた形態で含む有機発光素子であって、
    前記有機発光素子は、前記発光層と前記第２の電極との間に、前記発光層と第２の電極との間に備えられた光学長さ調整層を含むｍ個の有機物層を含み、
    前記ｍ個の有機物層は、下記式１又は２を満たし、
    前記光学長さ調整層は、下記化学式１で表示される化合物を含む第１の光学長さ調整層を含み、
    前記発光層で生成された光が第１の電極を介して放出されることを特徴とする有機発光素子：
    Figure 0006158316

    前記式１及び式２において、λは発光層の光の波長（ｎｍ）を意味し、ｎｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の屈折率を意味し、ｄｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の厚み(ｎｍ)を意味し、
    Figure 0006158316

    前記化学式１において、Ｒ１ｂないしＲ６ｂはそれぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ２）、スルホニル（−ＳＯ２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルコキシ、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルキル、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ２−Ｃ１２アルケニル、置換もしくは非置換された芳香族もしくは非芳香族のヘテロ環、置換もしくは非置換されたアリール、置換もしくは非置換されたモノ−またはジ−アリールアミン、及び置換もしくは非置換されたアラルキルアミンで構成された群より選ばれ、前記Ｒ及びＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換されたＣ１−Ｃ６０アルキル、置換もしくは非置換されたアリール、及び置換もしくは非置換された５−７員ヘテロ環からなる群より選ばれる。
  2. 前記光学長さ調整層の厚みは、５０Å以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  3. 前記光学長さ調整層の厚みは、２００Å以上３，０００Å以下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。
  4. 前記発光層で生成された光が青色光である場合、
    前記光学長さ調整層の厚みは、２００Å以上１，０００Å以下、または１，３００Å以上２，５００Å以下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。
  5. 前記発光層で生成された光が黄色光である場合、
    前記光学長さ調整層の厚みは、２００Å以上１，２００Å以下、または１，５００Å以上３，０００Å以下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。
  6. 前記光学長さ調整層は、透明導電性物質を含む第２の光学長さ調整層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  7. 前記透明導電性物質は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、すず酸化物（Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）からなる群より選ばれた１つ以上の金属酸化物を含むことを特徴とする請求項６に記載の有機発光素子。
  8. 前記第１の電極の透過率は、５％ないし１００％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。
  9. 前記第１の電極の屈折率は、１．３ないし２．５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。
  10. 前記第１の電極は、仕事関数が２ｅＶないし６ｅＶの金属、金属酸化物、及び導電性ポリマーからなる群より選ばれる物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  11. 前記第１の電極は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、すず酸化物（Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）からなる群より選ばれた１つ以上の金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  12. 前記第１の電極の厚みは、３００Åないし１，７００Å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。
  13. 前記第２の電極の反射度は、７０％ないし１００％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。
  14. 前記第２の電極は、仕事関数が２ｅＶないし６ｅＶの金属、金属酸化物、及び導電性ポリマーからなる群より選ばれる物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  15. 前記第２の電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｐｔ、及びＩｒからなる群より選ばれた１つまたは２つ以上の合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  16. 前記第２の電極の厚みは、７００Å以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  17. 前記有機発光素子は、発光層に接して備えられた電子輸送層をさらに含み、
    前記電子輸送層は、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン基、及びフェナントロリン基からなる群より選ばれる１つ以上の作用基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  18. 前記電子輸送層は、ｎ−型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１７に記載の有機発光素子。
  19. 前記ｎ−型ドーパントは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、金属ハロゲン化物、金属酸化物、希土類金属、金属化合物、シクロペンタジエン、シクロヘプタトリエン、６員ヘテロ環、及びこれらの環が含まれた縮合環を含む物質のうちから選ばれることを特徴とする請求項１８に記載の有機発光素子。
  20. 前記ｎ−型ドーパントの含量は、１ないし５０重量％であることを特徴とする請求項１８に記載の有機発光素子。
  21. 前記電子輸送層は、発光層と光学長さ調整層との間に備えられ、
    前記電子輸送層のＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）準位は、前記光学長さ調整層のＬＵＭＯ準位とのエネルギー差が４ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１８に記載の有機発光素子。
  22. 前記有機発光素子は、発光層と接して備えられた正孔輸送層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  23. 前記正孔輸送層は、ｐ−型ドーパントを含むことを特徴とする請求項２２に記載の有機発光素子。
  24. 前記ｐ−型ドーパントを含む正孔輸送層のＨＯＭＯ（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）準位が５ｅＶ以上であることを特徴とする請求項２３に記載の有機発光素子。
  25. 前記有機発光素子は、第１の電極と発光層との間に備えられた正孔輸送層と、
    第１の電極と正孔輸送層との間に備えられた正孔注入層と、
    をさらに含み、
    前記正孔注入層は、化学式１で表示される化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  26. 請求項１〜２５のいずれか１項の有機発光素子を含むことを特徴とする照明機器。
  27. 基板に第１の電極を形成するステップと、第１の電極に発光層を形成するステップと、
    発光層に第２の電極を形成するステップとを含む有機発光素子の製造方法であって、
    前記発光層と前記第２の電極との間に、前記発光層と第２の電極との間の光学長さ調整層を含むｍ個の有機物層を形成するステップを含み、
    前記ｍ個の有機物層は、下記式１又は２を満たし、
    前記光学長さ調整層は、下記化学式１で表示される化合物を含む第１の光学長さ調整層を含み、
    前記発光層で生成された光が第１の電極を介して放出されることを特徴とする有機発光素子の製造方法。
    Figure 0006158316

    前記式１及び式２において、λは発光層の光の波長（ｎｍ）を意味し、ｎｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の屈折率を意味し、ｄｘは発光層から第２の電極方向へのｘ番目の有機物層の厚み(ｎｍ)を意味し、
    Figure 0006158316

    前記化学式１において、Ｒ１ｂないしＲ６ｂはそれぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ２）、スルホニル（−ＳＯ２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルコキシ、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２アルキル、置換もしくは非置換された直鎖もしくは分枝鎖のＣ２−Ｃ１２アルケニル、置換もしくは非置換された芳香族もしくは非芳香族のヘテロ環、置換もしくは非置換されたアリール、置換もしくは非置換されたモノ−またはジ−アリールアミン、及び置換もしくは非置換されたアラルキルアミンで構成された群より選ばれ、前記Ｒ及びＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換されたＣ１−Ｃ６０アルキル、置換もしくは非置換されたアリール、及び置換もしくは非置換された５−７員ヘテロ環からなる群より選ばれる。
  28. 前記光学長さ調整層を形成するステップは、第１の光学長さ調整層と第２の電極との間に透明導電性物質を含む第２の光学長さ調整層を形成するものをさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の有機発光素子の製造方法。
  29. 前記光学長さ調整層を形成するステップ以前に、
    第１の電極に正孔輸送層；発光層；及び電子輸送層を順次形成するステップを含むことを特徴とする請求項２７に記載の有機発光素子の製造方法。
  30. 前記光学長さ調整層を形成するステップ以前に、
    第１の電極に前記化学式１で表示される化合物を含む正孔注入層；正孔輸送層；発光層；及び電子輸送層を順次形成するステップを含むことを特徴とする請求項２７に記載の有機発光素子の製造方法。
  31. 前記光学長さ調整層を形成するステップ以前に、
    第１の電極に電子輸送層；発光層；及び正孔輸送層を順次形成するステップを含むことを特徴とする請求項２７に記載の有機発光素子の製造方法。
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