JP7406330B2 - 有機電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機電界発光素子及びその製造方法に関する。
最近、映像表示装置として、有機電界発光表示装置（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）の開発が活発に行われている。有機電界発光表示装置は液晶表示装置などとは異なって、第１電極及び第２電極から注入された正孔及び電子を発光層において再結合させることで、発光層において有機化合物を含む発光材料を発光させて表示を実現するいわゆる自発光型の表示装置である。
有機電界発光素子を表示装置に応用するに際しては、有機電界発光素子の低駆動電圧化、高発光効率化、及び長寿命化が要求されており、これを安定的に実現し得る有機電界発光素子用材料及び素子構成に対する開発が持続的に要求されている。
本発明の目的の一つは、発光効率及び素子寿命が改善された有機電界発光素子を提供することである。
本発明の他の目的は、発光効率及び素子寿命が改善された有機電界発光素子を製造する方法を提供することである。
本発明の一実施形態によれば、第１電極と、前記第１電極の上に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、下記化学式１で表される第１ホスト、及び下記化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホストを含む発光層と、を含む有機電界発光素子が提供される。
前記化学式１において、Ｒａ～Ｒｄはそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換のゲルミル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、ａ及びｂはそれぞれ独立して０以上７以下の整数であり、ｃ及びｄはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。前記化学式２－１～化学式２－５において、Ｘ及びＹのうちいずれか一つはＮＲ１であり、残りはＣＲ２Ｒ３またはＳｉＲ４Ｒ５であり、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロ環基である。
前記化学式１において、Ｒａ～Ｒｄはそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換のゲルミル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、ａ及びｂはそれぞれ独立して０以上７以下の整数であり、ｃ及びｄはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。前記化学式２－１～化学式２－５において、Ｘ及びＹのうちいずれか一つはＮＲ１であり、残りはＣＲ２Ｒ３またはＳｉＲ４Ｒ５であり、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロ環基である。
前記発光層において、前記第１ホストの含量は前記第２ホストの含量より多くてもよい。
前記第１ホスト及び前記第２ホストの重量比は、５０：４０～８０：１０であってもよい。
前記第１ホストと前記第２ホストは、エキサイプレックス（ｅｘｃｉｐｌｅｘ）を形成してもよい。
前記化学式１は、下記化学式１－１または化学式１－２で表されてもよい。
前記化学式１－１及び化学式１－２において、Ｒａ、Ｒｂ、ａ、及びｂは前記化学式１で定義したとおりである。
前記化学式１－１及び化学式１－２において、Ｒａ、Ｒｂ、ａ、及びｂは前記化学式１で定義したとおりである。
前記第１ホストは、下記第１化合物群の化合物のうち少なくとも一つを含んでもよい。
［第１化合物群］
［第１化合物群］
前記第２ホストは、下記化学式Ｈ２－１～化学式Ｈ２－１２で表される化合物のうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記化学式Ｈ２－１～化学式Ｈ２－１２において、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０は、前記化学式２－１～化学式２－５で定義したとおりである。
前記化学式Ｈ２－１～化学式Ｈ２－１２において、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０は、前記化学式２－１～化学式２－５で定義したとおりである。
Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０のうち少なくとも一つは、下記Ｈ１～Ｈ１１０のうちいずれか一つで表されてもよい。尚、―＊は、結合位置を示す。
前記発光層はドーパントを更に含み、前記第１ホスト及び前記第２ホスト全体と前記ドーパントの重量比は５９：４１～９５：５であってもよい。
前記ドーパントは、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｔ、またはＰｄを中心原子として含む金属錯体であってもよい。
前記発光層は、下記Ｄ１～Ｄ３のうちいずれか一つで表されるりん光ドーパントを更に含んでもよい。
前記発光層は、りん光発光してもよい。
前記発光層は、緑色波長領域の光を放出してもよい。
本発明の一実施形態によると、第１電極と、前記第１電極の上に配置された正孔輸送領域と、前記正孔輸送領域の上に配置され、下記化学式１で表される第１ホスト、下記化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホスト、及びりん光ドーパントを含む発光層と、前記発光層の上に配置された電子輸送領域と、前記電子輸送領域の上に配置された第２電極と、を含む有機電界発光素子が提供される。
前記化学式１において、Ｒａ～Ｒｄはそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換のゲルミル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、ａ及びｂはそれぞれ独立して０以上７以下の整数であり、ｃ及びｄはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。前記化学式２－１～化学式２－５において、Ｘ及びＹのうちいずれか一つはＮＲ１であり、残りはＣＲ２Ｒ３またはＳｉＲ４Ｒ５であり、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロ環基である。
前記化学式１において、Ｒａ～Ｒｄはそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換のゲルミル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、ａ及びｂはそれぞれ独立して０以上７以下の整数であり、ｃ及びｄはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。前記化学式２－１～化学式２－５において、Ｘ及びＹのうちいずれか一つはＮＲ１であり、残りはＣＲ２Ｒ３またはＳｉＲ４Ｒ５であり、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロ環基である。
前記第１ホスト及び前記第２ホストの重量比は、５０：４０～８０：１０であってもよい。
前記発光層は、緑色光を放出してもよい。
本発明の他の実施形態によれば、第１電極の上に正孔輸送領域を形成し、前記正孔輸送領域の上に第１ホスト、第２ホスト、及びドーパントを含む発光層を形成し、前記発光層の上に電子輸送領域を形成し、前記電子輸送領域の上に第２電極を形成し、を含み、前記第１ホストは上述した化学式１で表され、前記第２ホストは上述した化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される有機電界発光素子の製造方法が提供される。
前記発光層を形成することは、前記第１ホストと前記第２ホストを混合して混合ホストを製造し、前記混合ホストと前記ドーパントとを共蒸着すること、を含んでもよい。
前記混合ホストは、前記第１ホスト及び前記第２ホストを５０：４０～８０：１０の重量比で含んでもよい。
前記混合ホストと前記ドーパントの重量比は、５９：４１～９５：５であってもよい。
本発明の一実施形態による有機電界発光素子は、発光層に２つ以上の異なるホスト材料を全て含むことにより、低い駆動電圧、長寿命、及び高効率の改善された素子特性を示す。
本発明の一実施形態による有機電界発光素子の製造方法は、発光層を２つの異なるホスト材料及びドーパントを全て含むように形成することで、改善された素子特性を示すようにすることができる。
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができるため、特定の実施形態を図面に例示し、本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定な開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むと理解すべきである。
同じ図面符号は同じ構成要素を指す。また、図面において、構成要素の厚さ、割合、及び寸法は技術的内容の効果的な説明のために誇張されている。
本明細書において、ある構成要素（または領域、層、部分など）が他の構成要素の「上にある」、または「結合される」と言及されれば、それは他の構成要素の上に直接配置・結合され得るか、またはそれらの間に第３の構成要素が配置され得ることを意味する。
「及び／または」は、関連する構成が定義する一つ以上の組み合わせを全て含む。
第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するために使用されるが、構成要素は用語に限らない。用語は一つの構造要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないかぎり第１構成要素は第２構成要素と称されてもよく、同様に第２構成要素も第１構成要素と称されてもよい。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味にならない限り、複数の表現を含む。
また、「下に」、「下側に」、「上に」、「上側に」などの用語は、図面に示した構成の関係を説明するために使用される。これらの用語は相対的な概念であって、図面に示した方向を基準に説明される。
異なるように定義されない限り、本明細書で使用された全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、関連技術の脈絡での意味と一致する意味を有すると解釈すべきであり、理想的な、または過度に形式的な意味に解釈されない限り、明示的にここで定義される。
「含む」または「有する」などの用語は明細書の上に記載された特徴、数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを意味するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、工程、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解すべきである。
本明細書において、「置換若しくは無置換の」とは重水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、シリル基、オキシ基、チオ基、スルフィニル基、スルホニル基、カルボニル基、ボリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、炭化水素環基、アリール基、及びヘテロ環基からなる群より選択される一つ以上の置換基に置換される、若しくは無置換であることを意味する。また、以上に例示された置換基それぞれは、置換若しくは無置換である。例えば、ビフェニル基はアリール基と解釈されてもよく、フェニル基に置換されたフェニル基と解釈されてもよい。
本明細書において、ハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子が挙げられる。
本明細書において、アルキル基は直鎖、分枝鎖、または環状であってもよい。アルキル基の炭素数は、１以上５０以下、１以上３０以下、１以上２０以下、１以上１０以下、または１以上６以下である。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基、ｎ－ブチル基、ｓ－ブチル基、ｔ－ブチル基、ｉ－ブチル基、２－エチルブチル基、３、３－ジメチルブチル基、ｎ－ペンチル基、ｉ－ペンチル基、ネオペンチル基、ｔ－ペンチル基、シクロペンチル基、１－メチルペンチル基、３－メチルペンチル基、２－エチルペンチル基、４－メチル－２－ペンチル基、ｎ－ヘキシル基、１－メチルヘキシル基、２－エチルヘキシル基、２－ブチルヘキシル基、シクロヘキシル基、４－メチルシクロヘキシル基、４－ｔ－ブチルシクロヘキシル基、ｎ－ヘプチル基、１－メチルペプチル基、２、２－ジメチルヘプチル基、２－エチルヘプチル基、２－ブチルヘプチル基、ｎ－オクチル基、ｔーオクチル基、２－エチルオクチル基、２－ブチルオクチル基、２－ヘキシルオクチル基、３、７－ジメチルオクチル基、シクロオクチル基、ｎ－ノニル基、ｎ－デシル基、アダマンチル基、２－エチルデシル基、２－ブチルデシル基、２－ヘキシルデシル基、２－オクチルデシル基、ｎ－ウンデシル基、ｎ－ドデシル基、２－エチルドデシル基、２－ブチルドデシル基、２－ヘキシルドデシル基、２－オクチルデシル基、ｎ－トリデシル基、ｎ－テトラデシル基、ｎ－ペンタデシル基、ｎ－ヘキサデシル基、２－エチルヘキサデシル基、２－ブチルヘキサデシル基、２－ヘキシルヘキサデシル基、２－オクチルヘキサデシル基、ｎ－ヘプタデシル基、ｎ－オクタデシル基、ｎ－ノナデシル基、ｎ－イコシル基、２－エチルイコシル基、２－ブチルイコシル基、２－ヘキシルイコシル基、２－オクチルイコシル基、ｎ－ヘンイコシル基、ｎ－ドコシル基、ｎ－トリコシル基、ｎ－テトラコシル基、ｎ－ペンタコシル基、ｎ－ヘキサコシル基、ｎ－ヘプタコシル基、ｎ－オクタコシル基、ｎ－ノナコシル基、及びｎ－トリアコンチル基などが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書において、炭化水素環は、脂肪族炭化水素環及び芳香族炭化水素環を含む。ヘテロ環は、脂肪族ヘテロ環及び芳香族ヘテロ環を含む。炭化水素環及びヘテロ環は、単環または多環である。
本明細書において、炭化水素環基は、脂肪族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基、または芳香族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基である。炭化水素環基の環形炭素数は、５以上６０以下である。
本明細書において、ヘテロ環基は、少なくとも一つのヘテロ原子を環形成原子として含むヘテロ環から誘導された任意の作用基または置換基である。ヘテロ環基の環形炭素数は、２以上６０以下である。
本明細書において、アリール基は、芳香族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基を意味する。アリール基は、単環式アリール基または多環式アリール基である。アリール基の環形成炭素数は、６以上３０以下、６以上２０以下、または６以上１５以下である。アリール基の例としては、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、クォーターフェニリル基、クインクフェニリル基、セクシフェニリル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、ベンゾフルオランテニル基、クリセニル基などが挙げられるが、これに限らない。
本明細書において、ヘテロアリール基は、ヘテロ原子としてＢ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓｉ、及びＳのうち一つ以上を含む。ヘテロアリール基がヘテロ原子を２つ以上含む場合、２つ以上のヘテロ原子は互いに同じであってもよく、異なってもよい。ヘテロアリール基は、単環式へテロ環基または多環式へテロ環基である。ヘテロアリール基の環形成炭素数は、２以上３０以下、２以上２０以下、または２以上１０以下である。ヘテロアリール基の例としては、チオフェニル基、フラニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、トリアゾリル基、ピリジニル基、ビピリジニル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、アクリジニル基、ピリダジニル基、キノリニル、キナゾリル基、キノキサリニル基、フェニキサジニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリニル基、インドリル基、カルバゾリル基、Ｎ－アリールカルバゾリル基、Ｎ－ヘテロアリールカルバゾリル基、Ｎ－アルキルカルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾカルバゾリル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、チエノチオフェニル基、ベンゾフラニル基、フェナントロリニル基、イソオキサゾリル基、チアジアゾリル基、フェノチアジニル基、ジベンゾシロリル基、及びジベンゾフラニル基などが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書において、シリル基はアルキルシリル基及びアリールシリル基を含む。シリル基の例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔ－ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などが挙げられるが、これに限らない。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による有機電界発光素子、及び一実施形態による有機電界発光素子の製造方法について説明する。
図１～図３は、本発明の一実施形態による有機電界発光素子を概略的に示す断面図である。図１～図３を参照すると、一実施形態の有機電界発光素子１０において、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２は互いに対向して配置され、第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２との間には複数の有機層が配置される。複数の有機層は正孔輸送領域ＨＴＲ、発光層ＥＭＬ、及び電子輸送領域ＥＴＲを含む。つまり、本発明の一実施形態による有機電界発光素子１０は、順次積層された第１電極ＥＬ１、正孔輸送領域ＨＴＲ、発光層ＥＭＬ、電子輸送領域ＥＴＲ、及び第２電極ＥＬ２を含む。
一方、図２は図１とは異なり、正孔輸送領域ＨＴＲが正孔注入層ＨＩＬ及び正孔輸送層ＨＴＬを含み、電子輸送領域ＥＴＲが電子注入層ＥＩＬ及び電子輸送層ＥＴＬを含む一実施形態による有機電界発光素子１０の断面図を示す。また、図３は図１とは異なり、正孔輸送領域ＨＴＲが正孔注入層ＨＩＬ、正孔輸送層ＨＴＬ、及び電子阻止層ＥＢＬを含み、電子輸送領域ＥＴＲが電子注入層ＥＩＬ、電子輸送層ＥＴＬ、及び正孔阻止層ＨＢＬを含む一実施形態による有機電界発光素子１０の断面図を示す。
第１電極層ＥＬ１は導電性を有する。第１電極層ＥＬ１は、金属合金または導電性化合物からなる。第１電極層ＥＬ１はアノード（ａｎｏｄｅ)である。また、第１電極ＥＬ１は画素電極である。第１電極ＥＬ１は、透過型電極、半透過型電極、または反射型電極である。第１電極ＥＬ１が透過型電極であれば、第１電極ＥＬ１は、透明金属酸化物、例えば、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などを含む。第１電極ＥＬ１が半透過型電極または反射型電極であれば、第１電極ＥＬ１は、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、またはこれらの化合物や混合物（例えば、ＡｇとＭｇの合金）を含む。または、前記物質からなる反射膜や半透過膜、及びＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＩＴＺＯなどからなる透明導電膜を含む複数の層構造であってもよい。例えば、第１電極ＥＬ１は、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯの３層構造を有してもよいが、これに限らない。第１電極ＥＬ１の厚さは、約１００ｎｍ～約１０００ｎｍ、例えば約１００ｎｍ～約３００ｎｍであってもよい。
正孔輸送領域ＨＴＲは、第１電極ＥＬ１の上に設けられる。正孔輸送領域ＨＴＲは、正孔注入層ＨＩＬ、正孔輸送層ＨＴＬ、正孔バッファ層（図示せず）、及び電子阻止層ＥＢＬのうち少なくとも一つを含む。正孔輸送領域ＨＴＲの厚さは、例えば、約５ｎｍ～約１５０ｎｍであってもよい。
正孔輸送領域ＨＴＲは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。
例えば、正孔輸送領域ＨＴＲは、正孔注入層ＨＩＬまたは正孔輸送層ＨＴＬの単一層の構造を有してもよく、正孔注入物質及び正孔輸送物質からなる単一層構造を有してもよい。また、正孔輸送領域ＨＴＲは、複数の互いに異なる物質からなる単一層の構造を有するか、第１電極ＥＬ１から順番に積層された正孔注入層ＨＩＬ／正孔輸送層ＨＴＬ、正孔注入層ＨＩＬ／正孔輸送層ＨＴＬ／正孔バッファ層（図示せず）、正孔注入層ＨＩＬ／正孔バッファ層（図示せず）、正孔輸送層ＨＴＬ／正孔バッファ層、または正孔注入層ＨＩＬ／正孔輸送層ＨＴＬ／正孔阻止層ＥＢＬの構造を有してもよいが、これらに限定されない。
正孔輸送領域ＨＴＲは、真空蒸着法、スピンコート法、ＬＢ法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、ＬＩＴＩ）などのような多様な方法を利用して形成される。
正孔注入層ＨＴＬは、例えば、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物と、ＤＮＴＰＤ（Ｎ、Ｎ’－ジフェニル－Ｎ、Ｎ’－ビス－［４－フェニル－ｍ－トリルーアミノ）－フェニル］－ビフェニル－４、４’－ジアミン）、ｍ－ＭＴＤＡＴＡ（４、４’、４”－トリス（３－メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミノ）、ＴＤＡＴＡ（４、４’、４”－トリス（Ｎ，Ｎ－ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン）、２－ＴＮＡＴＡ（４、４’、４”－トリス｛Ｎ，－（２－ナフチル）－Ｎ－フェニルアミノ｝－トリフェニルアミン）、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３、４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４－スチレンスルフォナート）、ＰＡＮＩ／ＤＢＳＡ（ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸）、ＰＡＮＩ／ＣＳＡ（ポリアニリン／カンファースルホン酸）、ＰＡＮＩ／ＰＳＳ（ポリアニリン）／ポリ（４－スチレンスルフォナート）、ＮＰＢ（Ｎ、Ｎ’－ジ（ナフタレン－１－イル）－Ｎ、Ｎ’－ジフェニル－ベンジジン）、トリフェニルアミンを含むポリエテールケトン（ＴＰＡＰＥＫ）、４－イソプロピル－４’－メチルジフェニルヨードニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボラート、ＨＡＴ－ＣＮ（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）などを含む。
正孔輸送層ＨＴＬは、例えば、Ｎ－フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなどのカルバゾール系誘導体、フルオレン系誘導体、ＴＰＤ（Ｎ、Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ、Ｎ’－ジフェニル－［１、１－ビフェニル］－４、４’－ジアミン）、ＴＣＴＡ（４、４’、４”－トリス（Ｎ－カルバゾリル）トリフェニルアミン）などのようなトリフェニルアミン系誘導体、ＮＰＢ（Ｎ、Ｎ’－ジ（ナフタレン－１－イル）－Ｎ、Ｎ’－ジフェニル－ベンジジン）、ＴＡＰＣ（４、４’－シクロへキシリデンビス［Ｎ、Ｎ－ビス（４－メチルフェニル）ベンゼンアミン］）、ＨＭＴＰＤ（４、４’－ビス［Ｎ、Ｎ’－（３－トリル）アミノ］－３、３’－ジメチルビフェニル）、ｍＣＰ（１，３－ビス（Ｎ－カルバゾリル）ベンゼン）などを含む。
正孔輸送領域ＨＴＲの厚さは、約５ｎｍ～約１０００ｎｍ、例えば約１０ｎｍ～約５００ｎｍである。正孔注入層ＨＩＬの厚さは、例えば約３ｎｍ～約１００ｎｍであり、正孔輸送層ＨＴＬの厚さは、約１ｎｍ～約１００ｎｍである。例えば、電子阻止層ＥＢＬの厚さは、約１ｎｍ～約１００ｎｍであってもよい。正孔輸送領域ＨＴＲ、正孔注入層ＨＩＬ、正孔輸送層ＨＴＬ、及び電子阻止層ＥＢＬの厚さが上述したような範囲を満たす場合、実質的な駆動電圧の上昇なしに満足できる程度の正孔輸送特性が得られる。
正孔輸送領域ＨＴＲは、上述した物質以外に、導電性を向上するために電荷生成物質を更に含んでもよい。電荷発生物質は、正孔輸送領域ＨＴＲ内に均一にまたは不均一に分散されている。電荷発生物質は、例えば、ｐ－ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）である。ｐ－ドーパントは、キノン誘導体、金属酸化物、及びシアノ基含有化合物の一つであるが、これらに限らない。例えば、ｐ－ドーパントの例としては、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）及びＦ４－ＴＣＮＱ（２，３，５，６－テトラフルオロ－７，７，８，８－テトラシアノキノジメタン）などのようなキノン誘導体、タングステン酸化物及びモリブデン酸化物のような金属酸化物などが挙げられるが、これらに限らない。
上述したように、正孔輸送領域ＨＴＲは、正孔輸送層ＨＴＬ及び正孔注入層ＨＩＬ以外に、正孔バッファ層（図示せず）及び電子阻止層ＥＢＬのうち少なくとも一つを更に含んでもよい。正孔バッファ層（図示せず）は、発光層ＥＭＬから放出される光の波長による共振距離を補償して光放出効率を増加させる。正孔バッファ層（図示せず）に含まれる物質としては、正孔輸送領域ＨＴＲに含まれる物質を使用することができる。電子阻止層ＥＢＬは、電子輸送領域ＥＴＲから正孔輸送領域ＨＴＲへの電子の注入を防止する役割をする層である。
発光層ＥＭＬは、正孔輸送領域ＨＴＲの上に設けられる。発光層ＥＭＬは、例えば、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、または約１０ｎｍ～約５０ｎｍの厚さを有してもよい。発光層ＥＭＬは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。
一実施形態による有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、下記化学式１で表される第１ホスト、及び後述する化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホストを含む。
化学式１において、Ｒａ～Ｒｄはそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換のゲルミル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
化学式１において、ａ及びｂはそれぞれ独立して０または７以下の整数であり、ｃ及びｄはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。ａ～ｄがそれぞれ２以上の整数であれば、複数のＲａ～Ｒｄはそれぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
化学式１において、ｃ及びｄは０であってもよい。
化学式１で表わされる化合物は、下記化学式１－１または化学式１－２で表される化合物であってもよい。つまり、発光層ＥＭＬに含まれる第１ホストは、下記化学式１－１または化学式１－２で表される化合物を少なくとも一つ含んでもよい。
化学式１－１～化学式１－２において、Ｒａ、Ｒｂ、ａ、及びｂに関しては上述した化学式１で説明した内容と同じ内容が適用される。
つまり、一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、アントラセンコアを有する第１ホストを含む。例えば、一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、２つの置換若しくは無置換のナフチル基に置換されたアントラセンコアを有する第１ホストを含んでもよい。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、第１ホストとして下記第１化合物群の化合物うち少なくとも一つを含んでもよい。
［第１化合物群］
第１化合物群に開示された化合物Ｈ１－１～化合物Ｈ１－４５において、「Ｄ」は重水素原子を示し、「Ｐｈ」はフェニル基を示し、「ＴＭＳ」はトリメチルシリル基を示す。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬに含まれる第２ホストは、下記化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される。
化学式２－１～化学式２－５において、Ｘ及びＹのうちいずれか一つはＮＲ１であり、残りはＣＲ２Ｒ３またはＳｉＲ４Ｒ５である。化学式２－１～化学式２－５において、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０は、それぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロ環基である。
例えば、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０は、それぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上１０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であってもよい。
Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０は、それぞれ独立して置換若しくは無置換のメチル基、置換若しくは無置換のエチル基、置換若しくは無置換のプロピル基、置換若しくは無置換のブチル基、置換若しくは無置換のペンチル基、置換若しくは無置換のヘキシル基、置換若しくは無置換のエチルヘキシル基、置換若しくは無置換のヘプチル基、置換若しくは無置換のオクチル基などのアルキル基であってもよい。
Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０は、それぞれ独立して置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のナフチル基、置換若しくは無置換のフルオレニル基、置換若しくは無置換のビフェニリル基、置換若しくは無置換のフェナントリル基、置換若しくは無置換のターフェニリル基、置換若しくは無置換のピレニル基、置換若しくは無置換のペリレニル基、置換若しくは無置換のスフィロビフルオレニル基、置換若しくは無置換のフルオランテニル基、置換若しくは無置換のクリセニル基、置換若しくは無置換のトリフェニレニル基などのアリール基であってもよい。しかし、これらに限らない。
また、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０のうち少なくとも一つは、窒素原子を環形成原子として含む置換若しくは無置換のヘテロ環基であってもよく、または置換若しくは無置換のアリールアミノ基であってもよい。
例えば、一実施形態によれば、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０のうち少なくとも一つは、下記Ｈ１～Ｈ１１０のうちいずれか一つであってもよい。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、第２ホストとして下記Ｈ２－１～Ｈ２－１２で表される化合物のうち少なくとも一つを含んでもよい。言い換えれば、化学式２－１～化学式２－５で表わされる化合物は、下記Ｈ２－１～Ｈ２－１２のうちいずれか一つで表される化合物であってもよい。
例えば、化学式２－１で表わされる化合物は、下記化学式Ｈ２－１～化学式Ｈ２－４で表わされる化合物のうちいずれか一つでもよい。また、化学式２－２で表わされる化合物は、下記化学式Ｈ２－５または化学式Ｈ２－６で表わされる化合物であってもよく、化学式２－３で表わされる化合物は、化学式Ｈ２－７または化学式Ｈ２－８で表わされる化合物であってもよい。化学式２－４で表わされる化合物は、下記化学式Ｈ２－９または化学式Ｈ２－１０で表わされる化合物であってもよく、化学式２－５で表わされる化合物は、下記化学式Ｈ２－１１または化学式Ｈ２－１２で表わされる化合物であってもよい。
化学式Ｈ２－１～化学式Ｈ２－１２において、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０に関しては、上述した化学式２－１～化学式２－５で説明した内容と同じ内容が適用される。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、化学式１で表される第１ホストと、化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホストを同時に含む。
つまり、一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、発光層ＥＭＬに第１ホスト及び第２ホストを両方含むことにより、第１ホストまたは第２ホストのみを単独に使用した場合に比べ、優れた発光効率を維持しながら素子の寿命も向上させる効果を奏する。一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、第１ホスト及び第２ホストを両方含むことにより、発光層ＥＭＬへの正孔と電子の注入を容易にし、発光層ＥＭＬ内での電荷バランス（Ｃｈａｒｇｅ ｂａｌａｎｃｅ）を高めて低い駆動電圧、高発光効率、及び長寿命特性を示す。
一方、発光層ＥＭＬに含まれた第１ホスト及び第２ホストは、エキサイプレックスを形成する。互いに異なる特性を有する２つのホストである第１ホストと第２ホストが混合されたホスト物質によって生成されたエキサイプレックスは、発光層ＥＭＬ内において第１ホスト及び第２ホストそれぞれとは異なる新たなエネルギーレベルを有する。例えば、第１ホストと第２ホストが混合されたホスト物質によって生成されたエキサイプレックスは、第１ホスト及び第２ホストとは異なる新たな三重項（Ｔｒｉｐｌｅｔ）エネルギーレベルを有する。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬに含まれる第１ホストの含量は第２ホストの含量より多い。例えば、一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、第１ホスト及び第２ホストを５０：４０～８０：１０の重量比で含んでもよい。一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、第１ホスト及び第２ホストを５０：４０～８０：１０の重量比で含むことで、優れた発光効率を維持しながら素子寿命特性を改善する効果を奏する。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、発光層ＥＭＬに第１ホスト及び第２ホスト以外にもドーパントを更に含む。一実施形態において、発光層ＥＭＬは、ホストとドーパントを５９：４１～９５：５の重量比で含む。つまり、ホストの全体重量はドーパントの重量より多くなければならず、ドーパントがホスト及びドーパントの全体重量に比べ最小５％以上含まれれば適切な発光効率を実現することができるため、ホストとドーパントの重量比は５９：４１～９５：５である。
この際、ホストの重量は第１ホスト及び第２ホスト全体の重量に当たる。つまり、発光層ＥＭＬは、第１ホスト及び第２ホスト全体とドーパントを５９：４１～９５：５の重量比で含む。
一方、一実施形態において、第１ホスト及び第２ホスト全体とドーパントの重量比を９０：１０に固定する場合、第１ホスト：第２ホスト：ドーパントの重量比は５０：４０：１０～８０：１０：１０である。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは、りん光発光する。例えば、一実施形態において、発光層ＥＭＬは、第１ホスト及び第２ホスト以外にもりん光ドーパントを更に含んでもよい。
一実施形態において、発光層ＥＭＬは、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、またはツリウム（Ｔｍ）を含む金属錯体をりん光ドーパントとして含む。例えば、りん光ドーパントは、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、白金（Ｐｔ）、またはパラジウム（Ｐｄ）を中心原子として含む金属錯体であってもよい。詳しくは、Ｆｌｒｐｉｃ（イリジウム（ＩＩＩ）ビス（４，６－ジフルオロフェニルピリジナト－Ｎ，Ｃ２’）ピコリナート）、Ｆｉｒ６（ビス（２，４－ジフルオロフェニルピリジナト））、またはＰｔＯＥＰ（白金－オクタエチルポルフィリン）がりん光ドーパントとして使用される。しかし、これらに限らない。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０の発光層ＥＭＬは、緑色波長領域の光を放出する。しかし、これに限らず、発光層ＥＭＬは青色光または赤色光を放出してもよい。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０の発光層ＥＭＬは、緑色りん光発光層である。例えば、一実施形態に係る有機電界発光素子１０にの発光層ＥＭＬは、上述した化学式１で表される第１ホスト、化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホスト、及び下記Ｄ１～Ｄ３のうちいずれか一つで表されるりん光ドーパントを含み、緑色りん光を発光してもよい。
一方、図示していないが、一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、複数の発光層を含んでもよい。複数の発光層は順次積層されるが、例えば、複数の発光層を含む有機電界発光素子１０は、白色光を放出してもよい。複数の発光層を含む有機電界発光素子１０は、タンデム（Ｔａｎｄｅｍ）構造の有機電界発光素子である。複数の発光層のうち少なくとも一つの発光層は、上述したように、化学式１で表される第１ホスト、化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホスト、及びドーパントを含む。
図１～図３に示した一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、電子輸送領域ＥＴＲは発光層ＥＭＬの上に設けられる。電子輸送領域ＥＴＲは、正孔阻止層ＨＢＬ、電子輸送層ＥＴＬ及び電子注入層のＥＩＬうち少なくとも一つを含むが、これらに限らない。
電子輸送領域ＥＴＲは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。
例えば、電子輸送領域ＥＴＲは、電子注入層のＥＩＬまたは電子輸送層ＥＴＬの単一層構造を有してもよく、電子注入物質と電子輸送物質とからなる単一層構造を有してもよい。また、電子輸送領域ＥＴＲは、複数の互いに異なる物質からなる単一層構造を有するか、発光層ＥＭＬから順番に積層された電子輸送層ＥＴＬ／電子注入層ＥＩＬ、正孔阻止層ＨＢＬ／電子輸送層ＥＴＬ／電子注入層ＥＩＬの構造を有してもよいが、これらに限らない。電子輸送領域ＥＴＲの厚さは、例えば、約１００ｎｍ～約１５０ｎｍである。
電子輸送領域ＥＴＲは、真空蒸着法、スピンコート法、ＬＢ法、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法（ＬＩＴＩ）などのような多様な方法を利用して形成される。
電子輸送領域ＥＴＲが電子輸送層ＥＴＬを含む場合、電子輸送領域ＥＴＲは、アントラセン系化合物を含む。但し、これに限らず、電子輸送領域は、例えば、Ａｌｑ３（トリス（８－ヒドロキシキノリナト）アルミニウム）、１、３、５－トリ［（３－ピリジル）－フェン－３－イル］ベンゼン、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、２－（４－（Ｎ－フェニルベンゾイミダゾリル－１－イルフェニル）－９、１０－ジナフチルアントラセン、ＴＰＢｉ（１，３，５－トリ（１－フェニル－１Ｈ－ベンゾ［ｄ］イミダゾール－２－イル）フェニル）、ＢＣＰ（２，９－ジメチル－４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）、Ｂｐｈｅｎ（４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）、ＴＡＺ（３－（４－ビフェニルイル）－４－フェニル－５－テルト－ブチルフェニル－１，２，４－トリアゾール）、ＮＴＡＺ（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）、ｔＢｕ－ＰＢＤ（２－（４－ビフェニルイル）－５－（４－テルト－ブチルフェニル）－１，３，４－オキサジアゾール）、ＢＡｌｑ（ビス（２－メチル－８－キノリノラト－Ｎ１，Ｏ８）－（１，１’－ビフェニル－４－オラト）アルミニウム）、Ｂｅｂｑ２（ベリリウムビス（ベンゾキノリン－１０－オラト）、ＡＤＮ（９，１０－ジ（ナフタレン－２－イル）アントラセン）、及びこれらの混合物を含んでもよい。電子輸送層ＥＴＬの厚さは、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば約１５ｎｍ～約５０ｎｍである。電子輸送層ＨＴＬの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに満足できる程度の電子輸送特性が得られる。
電子輸送領域ＥＴＲが電子注入層ＥＩＬを含む場合、電子輸送領域ＥＴＲは、ＬｉＦ、ＬｉＱ（８－ヒドロキシキノリノラト－リチウム）、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｙｂのようなランタン族金属、またはＲｂＣｌ、Ｒｂｌのようなハロゲン化金属などが使用されるが、これらに限らない。電子注入層ＥＩＬは、電子輸送物質と絶縁性の有機金属塩（ｏｒｇａｎｏ ｍｅｔａｌ ｓａｌｔ)が混合された物質を含んでもよい。有機金属塩は、エネルギーバンドギャップが約４ｅＶ以上の物質である。詳しくは、例えば、有機金属塩は、酢酸金属塩（ｍｅｔａｌ ａｃｅｔａｔｅ)、安息香酸金属塩（ｍｅｔａｌ ｂｅｎｚｏａｔｅ)、アセト酢酸金属塩（ｍｅｔａｌ ａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ）、金属アセチルアセトナート（ｍｅｔａｌ ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、またはステアリン酸金属塩（ｓｔｅａｒａｔｅ）を含む。電子注入層ＥＩＬの厚さは、約０．１ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．３ｎｍ～約９ｎｍである。電子注入層ＥＩＬの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに満足できる程度の電子注入特性が得られる。
電子輸送領域ＥＴＲは、上述したように、正孔阻止層ＨＢＬを含む。正孔阻止層ＨＢＬは、例えば、ＢＣＰ（２，９－ジメチル－４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）、及びＢｐｈｅｎ（４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）のうち少なくとも一つを含んでもよいが、これらに限らない。
第２電極ＥＬ２は、電子輸送領域ＥＴＲの上に設けられる。第２電極ＥＬ２は、共通電極または負極である。第２電極ＥＬ２は、透過型電極、半透過型電極、または反射型電極である。第２電極ＥＬ２が透過型電極であれば、第２電極ＥＬ２は透明金属酸化物、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＩＴＺＯなどからなる。第２電極ＥＬ２が半透過型電極または反射型電極であれば、第２電極ＥＬ２はＡｇ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、またはこれらを含む化合物や混合物（例えば、ＡｇとＭｇの合金）を含む。また、第２電極ＥＬ２は、前記物質からなる反射膜や半透過膜、及びＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＩＴＺＯなどからなる透明導電膜を含む複数の層構造を有してもよい。
図示していないが、第２電極ＥＬ２は補助電極と電気的に接続される。第２電極ＥＬ２が補助電極と電気的に接続される場合、第２電極ＥＬ２の抵抗を減少させることができる。
図示していないが、一実施形態に係る有機電界発光素子１０の第２電極ＥＬ２の上には、キャッピング層（図示せず）が更に配置されてもよい。キャッピング層（図示せず）は、例えば、α－ＮＰＤ、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ｍ－ＭＴＤＡＴＡ、Ａｌｑ３、ＣｕＰｃ、ＴＰＤ１５（Ｎ４，Ｎ４，Ｎ４’，Ｎ４’－テトラ（ビフェニル－４－イル）ビフェニル－４，４’－ジアミン）、ＴＣＴＡ（４，４’，４”－トリス（カルバゾール ソル－９－イル）トリフェニルアミン）、Ｎ，Ｎ’－ビス（ナフタレン－１－イル）などを含んでもよい。
本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、発光層ＥＭＬに互いに異なる２つのホスト物質を同時に含むことで、単独のホストを使用した場合に比べ発光効率及び寿命特性が改善される。つまり、一実施形態による有機電界発光素子１０は、化学式１で表されるアントラセン誘導体の第１ホストと、化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表されるピロリジンを含む縮合多環化合物の第２ホストを発光層ＥＭＬに全て含むことで、第１ホスト及び第２ホストそれぞれを単独ホストとして使用した場合に比べ、低い駆動電圧、改善された発光効率、及び長寿命特性を示す。
図４～図５は、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法を示すフロー図である。以下の一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法に関する説明では、有機電界発光素子の各有機層に関しては詳細に説明せず、製造工程に関してのみ説明する。一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法によって製造された有機電界発光素子の各有機層に関しては、上述した一実施形態に係る有機電界発光素子に関する説明が同じく適用される。
図４を参照すると、一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法は、第１電極を形成すること（Ｓ１００）と、第１電極の上に正孔輸送領域を形成すること（Ｓ２００）と、正孔輸送領域の上に第１ホスト、第２ホスト、及びドーパントを含む発光層を形成すること（Ｓ３００）と、発光層の上に電子輸送領域を形成すること（Ｓ４００）と、第２電極を形成すること（Ｓ５００）と、を含む。
一方、発光層を形成すること（Ｓ３００）において、発光層ＥＭＬは、下記化学式１で表される第１ホスト、及び下記化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホストを含む。
化学式１において、Ｒａ～Ｒｄはそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換のゲルミル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、ａ及びｂはそれぞれ独立して０以上７以下の整数であり、ｃ及びｄはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。
化学式２－１～化学式２－５において、Ｘ及びＹのうちいずれか一つはＮＲ１であり、残りはＣＲ２Ｒ３またはＳｉＲ４Ｒ５であり、Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロ環基である。
発光層に含まれる第１ホスト及び第２ホストに関しては、上述した一実施形態に係る有機電界発光素子に関して説明した内容と同じ内容が適用される。
一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法において、発光層は第１ホスト、第２ホストと共にドーパントを含むが、この際、ドーパントはりん光ドーパントである。例えば、ドーパントは緑色りん光ドーパントであってもよい。
詳しくは、発光層を形成すること（Ｓ３００）においては、ドーパントとして下記Ｄ１～Ｄ３のうちいずれか一つを含む。
図１及び図３で説明した有機電界発光素子１０の第１電極ＥＬ１、第２電極ＥＬ２、正孔輸送領域ＨＴＲ、発光層ＥＭＬ、及び電子輸送領域ＥＴＲなどの金属層、及び各有機層は、蒸着工程を利用して形成される。
つまり、図４を参照して説明する一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法において、第１電極を形成すること（Ｓ１００）、第１電極の上に正孔輸送領域を形成すること（Ｓ２００）、正孔輸送領域の上に第１ホスト、第２ホスト、及びドーパントを含む発光層を形成すること（Ｓ３００）、発光層の上に電子輸送領域を形成すること（Ｓ４００）、及び第２電極を形成すること（Ｓ５００）は、蒸着工程を利用して行われる。
一方、図５を参照すると、一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法において、発光層を形成すること（Ｓ３００）は、第１ホストと第２ホストを混合して混合ホストを製造すること（Ｓ３１０）、及び混合ホストとドーパントを共蒸着すること（Ｓ３２０）を含む。
つまり、一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法において、発光層を形成すること（Ｓ３００）は、蒸着する工程の前に第１ホストと第２ホストを予め混合して一つのソース（Ｓｏｕｒｃｅ）に混合ホストを製造すること、及び一つソースから供給される混合ホストとドーパントを共蒸着すること、を含む。一方、混合ホストにおいて、第１ホストと第２ホストは、５０：４０～８０：１０の重量比で含まれる。
また、一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法において、発光層を形成すること（Ｓ３００）は、図５の説明とは異なり、第１ホスト及び第２ホストをそれぞれ異なるソースに提供し、それぞれ異なるソースから供給される第１ホスト、第２ホスト、及びドーパントを一つの工程で共蒸着して発光層を形成してもよい。この際、供給される第１ホスト及び第２ホストの重量比は５０：４０～８０：１０である。
一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法において、発光層を形成する第１ホスト及び第２ホストを含むホスト全体とドーパントは、５９：４１～９５：５の重量比を有する。例えば、第１ホスト及び第２ホストを含む混合ホストとドーパントの重量比は、５９：４１～９５：５の重量比であってもよい。
一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法は、発光層を形成する際に化学式１で表される第１ホスト、化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホスト、及びドーパントを全て含むことにより、低駆動電圧、高効率、及び長寿命特性を有する有機電界発光素子を提供することができる。
以下では実施例及び比較例に基づいて、本発明の一実施形態による有機電界発光素子について詳しく説明する。また、下記実施例は本発明の理解を助けるための一例示に過ぎず、本発明の範囲はこれらに限らない。
１．有機電界発光素子の製作
実施例及び比較例の有機電界発光素子を以下の方法で製造した。
実施例及び比較例の有機電界発光素子を以下の方法で製造した。
ガラス基板の上に厚さ５０ｎｍのＩＴＯをパターニングした後、イソプロピルアルコール及び超純水で洗浄し、超音波で洗浄した後、３０分間ＵＶを照射して、後にオゾン処理を行った。次に、２－ＴＮＡＴＡを蒸着して厚さ６０ｎｍの正孔注入層を形成してから、ＮＰＢを蒸着して、厚さ３０ｎｍの正孔輸送層を形成した。
正孔輸送層の上にホスト及びドーパントを共蒸着して、厚さ４０ｎｍの発光層を形成した。発光層に使用されたホストの構成を異なるようにして、実施例１～実施例８、及び比較例１～比較例４の有機電界発光素子を製作した。実施例１～実施例８、及び比較例１～比較例４の発光層において、ドーパントは緑色りん光ドーパントであるＤ１を使用しており、ホスト全体とドーパントの重量比は９０：１０に設定して共蒸着を行った。
実施例１～実施例８においては発光層に化学式１で表される第１ホスト及び化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホストを両方含んでおり、比較例１及び比較例２においては第１ホストのみを使用しており、比較例３及び比較例４においては第２ホストのみを使用しており、比較例５及び比較例６においては２つのホスト材料を使用しているが、実施例とホストの組み合わせが異なるようにしている。
実施例及び比較例に使用したホスト材料の組み合わせを下記表１に示した。
実施例及び比較例に使用したドーパントのＤ１を以下に示す。
また、実施例及び比較例に使用した第１ホスト及び第２ホスト化合物を、それぞれ以下に示す。
表１の実施例１～実施例８、及び比較例１～比較例６のホストの組み合わせで形成した発光層の上に、Ａｌｑ３を厚さ３０ｎｍで蒸着して電子輸送層を形成し、次に、アルミニウム（Ａｌ）で厚さ１２０ｎｍの第２電極を形成した。
実施例及び比較例の有機電界発光素子の製作に使用した正孔注入層及び正孔輸送層の材料を以下に示す。
２．有機電界発光素子の特性評価
表２は、実施例１～実施例８、及び比較例１～比較例６に対する有機電界発光素子の評価結果を示している。表２には、製作された有機電界発光素子に対して、電流密度３ｍＡ／ｃｍ２である際の発光効率と、輝度９０００ｎｉｔ基準で９０％レベルまで輝度が減少するのにかかる時間である寿命Ｔ９０を示した。
表２は、実施例１～実施例８、及び比較例１～比較例６に対する有機電界発光素子の評価結果を示している。表２には、製作された有機電界発光素子に対して、電流密度３ｍＡ／ｃｍ２である際の発光効率と、輝度９０００ｎｉｔ基準で９０％レベルまで輝度が減少するのにかかる時間である寿命Ｔ９０を示した。
表２の結果を参照すると、本発明による一実施形態に係る有機電界発光素子に含まれる構成である化学式１で表される第１ホスト、及び化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホストを両方含む発光層を有する実施例１～実施例８の効率及び寿命は、単独ホストを使用した比較例１～比較例６に比べ優れていることが分かる。また、２つのホストを使用しているが、実施例とは異なるホストの組み合わせを採用した比較例５及び比較例６に比べて、実施例１～実施例８の有機電界発光素子が優れた発光効率を示していることが分かる。
実施例１～実施例８、及び比較例１～比較例６の結果を参照すると、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子は、発光層に第１ホスト及び第２ホストを同時に含み、いずれか一つのホストが有する短所を他のホストが補ってシナジー効果を奏することにより、単独ホストを含む場合に比べて優れた発光効率と長寿命特性を同時に示すことが分かる。
本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子、及びそれを製造するための一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法の場合、発光層は互いに異なる特徴を有する第１ホスト及び第２ホストを発光層の材料として同時に含むことで、第１ホスト及び第２ホストがエキサイプレックスを形成する。つまり、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子は、第１ホスト及び第２ホストがエキサイプレックスを形成することにより正孔及び電子が発光層内に円滑に注入されるようになる。それによって駆動電圧が低くなり電荷バランスが高くなって、発光層内で正孔と電子が再結合する可能性が高まることで発光効率が向上する。また、発光層内で正孔と電子が再結合し十分な発光が行われるようになり、発光層と他の有機層との間の界面における劣化が緩和される、それによって素子寿命も改善されることが分かる。
また、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法は、第１ホストと第２ホストをドーパントと共に共蒸着して発光層を形成することで、発光層内で第１ホスト及び第２ホストが均一に分布され、発光層全体で発光品質が均一になる。
一方、表２に示した実施例１～実施例８と比較例５または比較例６の結果を参照すると、本発明の実施例のように化学式１で表される第１ホスト材料、及び化学式２－１～化学式２－５のうちいずれかひとつで表される第２ホスト材料の組み合わせを使用した場合が、比較例５または比較例６のホスト材料の組み合わせを有する場合に比べ、発光効率が向上していることが分かる。
これまで本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当技術分野における熟練した当業者または該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更し得ることを理解できるはずである。
よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載されている内容に限定されず、特許請求の範囲によって決められるべきである。
１０：有機電界発光素子
ＥＬ１：第１電極
ＥＬ２：第２電極
ＨＴＲ：正孔輸送領域
ＥＭＬ：発光層
ＥＴＲ：電子輸送領域
ＥＬ１：第１電極
ＥＬ２：第２電極
ＨＴＲ：正孔輸送領域
ＥＭＬ：発光層
ＥＴＲ：電子輸送領域
Claims (9)
- 第１電極と、
前記第１電極の上に配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、下記化学式１で表される第１ホスト、下記化学式２－１～化学式２－５のうちいずれか一つで表される第２ホスト、および下記Ｄ１～Ｄ３のうちいずれか一つで表されるりん光ドーパントを含む発光層と、を含み、
前記第１ホスト及び前記第２ホストの重量比は、６０：３０～７５：１５である、有機電界発光素子。
（前記化学式１において、
Ｒａ～Ｒｄはそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換のゲルミル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、
ａ及びｂはそれぞれ独立して０以上７以下の整数であり、
ｃ及びｄはそれぞれ独立して０以上４以下の整数であり、
前記化学式２－１～化学式２－５において、
Ｘ及びＹのうちいずれか一つはＮＲ１であり、残りはＣＲ２Ｒ３またはＳｉＲ４Ｒ５であり、
Ｒ１～Ｒ５、及びＲ１１～Ｒ６０は、それぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロ環基である。） - 前記化学式１は、下記化学式１－１または下記化学式１－２で表される、請求項１に記載の有機電界発光素子。
- 前記第１ホストは、下記第１化合物群の化合物のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
［第１化合物群］
- 前記第２ホストは、下記化学式Ｈ２－１～化学式Ｈ２－１２で表される化合物のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
- 前記Ｒ１～Ｒ５、及び前記Ｒ１１～Ｒ６０のうち少なくとも一つは、下記Ｈ１～Ｈ１１０のうちいずれか一つで表される、請求項４に記載の有機電界発光素子。
- 前記第１ホスト及び前記第２ホスト全体と前記ドーパントの重量比は、５９：４１～９５：５である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
- 前記発光層は、緑色波長領域の光を放出する、請求項１に記載の有機電界発光素子。
- 第１電極の上に正孔輸送領域を形成し、
前記正孔輸送領域の上に第１ホスト、第２ホスト、及びドーパントを含む発光層を形成し、
前記発光層の上に電子輸送領域を形成し、
前記電子輸送領域の上に第２電極を形成すること、
を含む、請求項１～７のうちいずれか一項に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記発光層を形成することは、
前記第１ホストと前記第２ホストとを混合して混合ホストを製造し、
前記混合ホストと前記ドーパントを共蒸着すること、を含む、請求項８に記載の有機電界発光素子の製造方法。
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