有機発光素子およびその製造方法
本発明は、第1電極;第2電極;および前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光層を含む有機発光素子であって、前記有機発光素子は前記第1電極と接する第1有機物層および前記第2電極と接する第2有機物層をさらに含み、前記第1および第2有機物層は化学式1で示される化合物を含み、前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間にn−型ドーパントを含む第3有機物層を含むことを特徴とする有機発光素子およびその製造方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機発光素子およびその製造方法に関し、より具体的には、陽極と陰極の材料として様々な仕事関数を有する材料を用いることができ、上部電極の形成時に有機物層の損傷を防止できる有機発光素子およびその製造方法に関する。
本出願は2009年03月17日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10−2009−0022810号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
【背景技術】
【0002】
有機発光素子(OLED)は、通常、2つの電極(陽極および陰極)およびこれらの電極の間に位置する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、陰極からは電子が各々有機物層に流入し、これらが再結合して励起子を形成し、この励起子が再び基底状態に落ちて、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り、有機発光素子は可視光線を発生し、これを利用して情報表示素子または照明素子を製造することができる。
【0003】
しかし、有機発光素子の製造工程において、有機物層上に位置する電極として透明性を有するIZOまたはITOのような導電性酸化膜で形成する場合、抵抗体加熱蒸着(resistive heating evaporation)方法を利用すれば、熱による蒸発過程中に熱的分解などによって酸化物の固有の化学組成比が崩れて電気伝導性および可視光線透過性などの特性を失う。したがって、前記導電性酸化膜の蒸着時には抵抗体加熱蒸着方法を利用することができず、大部分の場合、プラズマを用いたスパッタリングのような方法を利用している。
【0004】
しかし、有機物層上にスパッタリングのような方法で電極を形成する場合、スパッタリング工程に用いられるプラズマに存在する電気的電荷粒子などによって有機物層が損傷し得る。
【0005】
そこで、良好な有機発光素子を製作するためには、有機物層上にスパッタリングのような方法による電極形成時に生じ得る有機物層の損傷を除去するか最小化しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】韓国特許出願第10−2009−0022810号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、本発明の目的は、陽極と陰極の材料として様々な仕事関数を有する材料を用いることができ、上部電極の形成時に有機物層の損傷を防止することができるため、陽極と陰極を全て高い仕事関数を有する材料で形成して両面発光ができる有機発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、第1電極;第2電極;および前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光層を含む有機発光素子であって、前記有機発光素子は前記第1電極と接する第1有機物層および前記第2電極と接する第2有機物層をさらに含み、前記第1および第2有機物層は下記化学式1で示される化合物を含み、前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間にn−型ドーパントを含む第3有機物層を含むことを特徴とする有機発光素子を提供する:
【0009】
【化1】
【0010】
前記化学式1において、R1〜R6は、各々、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芳香族もしくは非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記RおよびR’は、各々、置換もしくは非置換のC1〜C60アルキル、置換もしくは非置換のアリールおよび置換もしくは非置換の5〜7員複素環からなる群から選択される。
【0011】
本発明は、第1電極を形成するステップ;前記第1電極と接し、前記化学式1の化合物を含む第1有機物層を形成するステップ;前記化学式1の化合物を含む第1有機物層上に発光層を形成するステップ;前記発光層上にn−型ドーパントを含む第3有機物層を形成するステップ;前記n−型ドーパントを含む第3有機物層上に前記化学式1の化合物を含む第2有機物層を形成するステップ;および前記化学式1の化合物を含む第2有機物層に接するように第2電極を形成するステップ;を含む有機発光素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、有機発光素子の陽極と陰極の材料として様々な仕事関数を有する材料を用いることができ、上部電極の形成時に有機物層の損傷を防止することができる。したがって、陽極と陰極を全て高い仕事関数を有する材料で形成して両面発光ができる有機発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施状態による有機発光素子を構成する層のエネルギー関係を例示したものである。
【図2】本発明の一実施状態による有機発光素子の積層構造を例示したものである。
【図3】本発明の一実施状態による実施例1(Device(装置) 2)と比較例2(Device 1)の電圧−電流密度特性を比較して示すグラフである。
【図4】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と比較例2(Device 1)の特性中の第1電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図5】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と比較例2(Device 1)の特性中の第2電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図6】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と比較例2(Device 1)の特性中の第1電極および第2電極の両方向における電流密度−効率の値を合算して示すグラフである。
【図7】本発明の一実施状態による比較例1(Device 4)の電圧−電流密度特性を示すグラフである。
【図8】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の電圧−電流密度特性を比較して示すグラフである。
【図9】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の特性中の第1電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図10】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の特性中の第2電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図11】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の特性中の第1電極および第2電極の両方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明に係る有機発光素子は、第1電極;第2電極;および前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光層を含む有機発光素子であって、前記有機発光素子は前記第1電極と接する第1有機物層および前記第2電極と接する第2有機物層をさらに含み、前記第1および第2有機物層は前記化学式1で示される化合物を含み、前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間にn−型ドーパントを含む第3有機物層を含む。
【0015】
ここで、前記第1および第2有機物層は前記化学式1で示される化合物を含み、前記有機物層は同一の物質で形成することができる。前記第1電極に接する第1有機物層と前記第2電極に接する第2有機物層として前記化学式1の化合物を含む有機物層を用いることにより、従来に比べ、駆動電圧をさらに下げ、電流効率をさらに高めることができる。また、前記第1電極に接する第1有機物層と前記第2電極に接する第2有機物層として同一の物質を用いる場合、第1電極と第1電極に接する第1有機物層との界面および/または第2電極に接する第2有機物層とn−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に様々な機能性物質からなる有機物層を適用することができ、このように機能性物質層をさらに含む場合、電圧の減少、効率の増加、電極抵抗の減少などの効果が期待できる。前記機能性物質層が第1電極と第1電極に接する第1有機物層との界面に位置する場合、これらは金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層であることが好ましい。前記機能性物質層が第2電極に接する第2有機物層とn−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に位置する場合、これらは金属酸化物層または金属塩層であることが好ましい。
【0016】
前記化学式1の化合物の例示的な化合物は下記化学式1−1〜1−6の化合物を含む。
【0017】
【化2A】
【0018】
【化2B】
【0019】
本発明においては、第1電極および第2電極の各々に接する第1および第2有機物層によって、前記第1電極および第2電極を全て様々な仕事関数を有する物質で形成することもできる。例えば、前記第1電極および第2電極は、全てフェルミエネルギー準位が2eV〜6eVである物質、特に2eV〜4eVである物質まで用いることができる。電極材料としては金属、金属酸化物および導電性ポリマーからなる群から選択された物質を含むことができる。具体的には、電極材料としては炭素、セシウム、カリウム、リチウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、ジルコニウム、インジウム、アルミニウム、銀、タンタル、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケル、金、その他の金属およびその合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、スズ酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物およびその他のこれと類似する金属酸化物;ZnO:AlおよびSnO2:Sbのような酸化物と金属の混合物などが挙げられる。本発明に係る有機発光素子において、第1電極が透明物質で形成された場合には背面発光型であってもよく、第2電極が透明物質で形成された場合には前面発光型であってもよく、第1および第2電極が全て透明物質で形成された場合には両面発光型であってもよい。
【0020】
前述したように、前記第1電極と前記第2電極を全て仕事関数の高い材料で形成することもでき、この場合、仕事関数の高い透明材料を用いて両面発光素子を製造することもできる。例えば、第1電極および第2電極は、各々、インジウム亜鉛酸化物(IZO:Indium Zinc Oxide)および亜鉛酸化物(ZnO)のうちから選択された1種以上の透明伝導性酸化物(Transparent Conducting Oxide)で形成することができる。
【0021】
前記第1電極は、前記第1電極に接する第1有機物層との界面において、金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含むことができる。
【0022】
前記のような金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含む場合、電荷の移動度(career mobility)および電気伝導度を増加させることができるため、素子のしきい電圧および動作電圧を下げる効果を提供することができる。
【0023】
また、有機発光素子を大面積化して製作する場合、インジウム亜鉛酸化物のような金属酸化物からなる透明電極を第1電極として用いれば電極抵抗を減らすことができるため、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が提供できる。
【0024】
前記第1電極に含まれる追加の層の材料としては、具体的にはアルミニウム(Al)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ニオビウム(Nb)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、タンタル(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)、ランタン(La)、チタニウム(Ti)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)およびこれらのうちから選択された金属とネオジム(Nd)またはパラジウム(Pd)の合金などが挙げられ、Li2O、Na2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaOなどの金属酸化物なども含むが、これらだけに限定されるものではない。
【0025】
前記金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含む場合には、その厚さを可視光線領域の波長の透過度および電気伝導度を考慮して調節することができ、その厚さは1Å〜300Åであることが好ましい。
【0026】
本発明において、前記第1電極に接する第1有機物層はp−型有機物層と接することが好ましい。この場合、前記化学式1の化合物はn−型有機物であるため、第1電極に接する第1有機物層と前記p−型有機物層との間にNP接合構造が形成できる。前記第1電極に接する第1有機物層のLUMO(最低空分子軌道)準位とp−型有機物層のHOMO(最高被占分子軌道)準位との間のエネルギー準位差が減少するように調節されることが好ましい。前記第1電極に接する第1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0.01〜1eVであることがより好ましい。
【0027】
前記のような数値範囲内からエネルギー準位が選択される場合、正孔が前記第1電極に接する有機物層のLUMOエネルギー準位を通じて前記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電極に接する有機物層のLUMOエネルギー準位のエネルギー差が1eVより大きければ、前記p−型有機物層と前記第1電極に接する第1有機物層との間のNP接合が容易に形成されないため、正孔注入のための駆動電圧が上昇する。すなわち、本発明において、NP接合とは、n−型有機物層とp−型有機物層が物理的に接するだけでなく、前述したエネルギー関係を満足しなければならない。
【0028】
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−型有機物層内には正孔が、第1電極に接する第1有機物層内には電子が容易に形成される。前記NP接合において、正孔と電子が同時に発生するため、電子は第1電極に接する第1有機物層を通じて第1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の上昇を下げることができる。前記p−型有機物層は正孔輸送層またはp−型発光層であってもよい。
【0029】
前記p−型有機物層が正孔輸送層である場合、前記第1電極に接する第1有機物層と前記発光層との間に位置してもよい。ここで、前記正孔輸送層のHOMO(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、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。
【0030】
前記発光層は、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子の輸送を各々受けて結合させることによって可視光線領域の光を出せる物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率の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体(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;ベンゾオキサゾール、ベンズチアゾールおよ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、ルブレンなどが挙げられる、これらだけに限定されるものではない。
【0031】
本発明に係る有機発光素子は、前記第2電極に接する第2有機物層として前記化学式1の化合物を含む有機物層を含み、また、前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間に位置したn−型ドーパントを含む第3有機物層を含む。
【0032】
前記化学式1の化合物を含む前記第2電極に接する第2有機物層は、前記n−型ドーパントを含む第3有機物層と第2電極との間においてコネクター(connecter)の役割をすると同時に、第2電極を様々な仕事関数を有する材料で形成できるようにする。したがって、前記第2電極に接する第2有機物層によって前記第2電極を、高い仕事関数を有する材料、例えばITO、IZOのような透明伝導性酸化物で形成することもできる。また、前記第2電極に接する第2有機物層は、第2電極をスパッタリング、レーザを利用した物理的蒸着方法(physical vapor deposition;PVD)、イオンビームを利用した蒸着方法(ion beam assisted deposition)のような電荷または高い運動エネルギーを有する粒子を伴うことによって、有機物層に損傷を与える薄膜形成技術を利用して形成する場合にも、バッファ層の役割をすることによって有機物層の損傷を防止することができる。特に、第2電極を透明電極で形成する場合にスパッタリング工程が多く使われており、この場合、一般的な有機物は工程中に損傷を受けるが、前記化学式1の化合物は高い結晶性を有するので有機物層の損傷なしで透明な第2電極を効果的に構成することができる。
【0033】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層はその厚さが1Å〜50Åであることが好ましい。前記n−型ドーパントを含む第3有機物層の厚さが50Åを超過する場合には、可視光線を吸収して発光効率を低下させ、1Å未満である場合には、薄膜の均一度を落として効果的な電子注入が難しくなる。
【0034】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層中のn−型ドーパントは有機物または無機物であってもよい。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;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;または前記金属のうちの1以上の金属を含む金属化合物を含むことができる。あるいは、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員複素環またはこれらの環が含まれた縮合環を含む物質であってもよい。
【0035】
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に1〜50重量%であってもよい。前記n−型ドーパントを前記重量%の範囲で用いる場合には、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することができるという長所がある。本発明において、n−型ドーパントをドーピングする方法としては当技術分野で知られている方法を利用することができ、本発明の範囲が特定方法に限定されるものではない。
【0036】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層中の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用いられ得る。例えば、前記ホスト材料としてはイミダゾール基、オキサゾール基およびチアゾール基から選択された官能基を有する化合物を用いることができるが、これらに限定されない。
【0037】
前記イミダゾール基、オキサゾール基およびチアゾール基から選択された官能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の化合物の化合物が挙げられる:
【0038】
【化3】
【0039】
前記化学式2において、R1〜R4は互いに同じであるか異なってもよく、各々独立に、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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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、脂肪族ヘテロまたは芳香族ヘテロの縮合環を形成するかスピロ結合をなしてもよく;AR1は水素原子、置換もしくは非置換の芳香族環または置換もしくは非置換の芳香族複素環であり;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、芳香族環または芳香族複素環であり、
【0040】
【化4】
【0041】
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およびRbは、各々、水素原子、ニトリル基(−CN)、ニトロ基(−NO2)、C1〜C24のアルキル、C5〜C20の芳香族環またはヘテロ原子を含む置換された芳香族環、ハロゲン、または隣接する環と縮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であり;AとDは連結され、芳香族またはヘテロ芳香族環を形成してもよく;Bは、nが2以上である場合には、連結ユニットとして複数の複素環を共役または非共役になるように連結する置換もしくは非置換のアルキレンまたはアリーレンであり、nが1である場合には、置換もしくは非置換のアルキルまたはアリールであり;nは1〜8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号に公示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とを含む。前記文献はその内容の全てが本明細書に含まれる。
具体的には、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:
【0042】
【化5】
【0043】
前記化学式4において、R5〜R7は互いに同じであるか異なり、各々独立に、水素原子、C1〜C20の脂肪族炭化水素、芳香族環、芳香族複素環または脂肪族または芳香族縮合環であり;Arは直接結合、芳香族環または芳香族複素環であり;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、芳香族環または芳香族複素環であり;但し、R5およびR6が同時に水素である場合は除外される。
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:
【0044】
【化6】
【0045】
前記化学式5において、ZはO、SまたはNRbであり;R8およびRbは水素原子、C1〜C24のアルキル、C5〜C20の芳香族環また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縮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であり;Bは、nが2以上である場合には、連結ユニットとして複数のベンザゾールを共役または非共役になるように連結するアルキレン、アリーレン、置換されたアルキレン、または置換されたアリーレンであり、nが1である場合には、置換もしくは非置換のアルキルまたはアリールであり;nは1〜8の整数である。
【0046】
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構造の化合物が挙げられる:
【0047】
【化7】
【0048】
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電極に接する有機物層とのエネルギーバリア(barrier)を下げることによって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第3有機物層のLUMO(Lowest unoccupied molecular orbital)準位は、前記第2電極に接する第2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、2eV〜3eVであることがより好ましい。4eVを超過する有機物層を用いた場合、第2電極に接する有機物層とのエネルギーバリアが高くなって電子注入特性が低下し得る。効果的な電子注入が容易ではない場合、素子の駆動電圧を上昇させる結果を招く。
【0049】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層と前記第2電極に接する第2有機物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。
【0050】
前記のような金属酸化物層または金属塩層は、前記第2電極層に接する第2有機物層から前記n−型ドーパントを含む第3有機物層への電子注入過程において、n−型ドーパントを含む第3有機物層のHOMOエネルギーレベルから第2電極に接する第2有機物層に伝達される正孔を効果的に防ぐ役割を果たすことができる。これによって電子−正孔間の消滅現象を最小化し、n−型ドーパントを含む第3有機物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が期待できる。
【0051】
具体的な金属酸化物の例としてはLi2O、Na2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaOなどが挙げられ、金属塩の例としてはLiF、NaF、KF、RbF、CsF、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2などが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0052】
前記金属酸化物または金属塩層を含む場合、その厚さは0.5Å〜50Åであることが好ましく、1Å〜20Åの厚さ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さが厚すぎる場合には素子の駆動電圧を増加させる結果を招く。
【0053】
本発明において、前記n−型ドーパントを含む第3有機物層と発光層との間に追加の有機物層を含むことができ、前記追加の有機物層は電子輸送材料として形成することができる。
【0054】
図1および図2は、本発明に係る有機発光素子の一実施状態を示すものである。図2による有機発光素子は、基板上に、第1電極として透明陽極(Anode)、第1電極に接する第1有機物層として化学式1の化合物を含む有機物層、正孔輸送層(HTL)としてp−型有機物層、発光層(EML)、n−型ドーパントを含む有機物層、第2電極に接する有機物層として化学式1の化合物を含む有機物層、および第2電極として透明陰極(Cathod)が順次積層された構造を有する。しかし、本発明の範囲がこの構造だけに限定されるものではない。
【0055】
本発明に係る有機発光素子は、第1電極が陽極として下部電極であり、第2電極が陰極として上部電極である標準(ノーマル、normal)構造であることが好ましい。
【0056】
本発明に係る有機発光素子の製造方法は、第1電極を形成するステップと;前記第1電極と接し、前記化学式1の化合物を含む第1有機物層を形成するステップと;前記化学式1の化合物を含む第1有機物層上に発光層を形成するステップと;前記発光層上にn−型ドーパントを含む第3有機物層を形成するステップと;前記n−型ドーパントを含む第3有機物層上に前記化学式1の化合物を含む第2有機物層を形成するステップ;および前記化学式1の化合物を含む第2有機物層に接するように第2電極を形成するステップを含む。
【0057】
また、前記第1電極に接する第1有機物層と前記発光層との間に前記第1電極に接する第1有機物層と接するp−型有機物層を形成するステップをさらに含むことができる。
【実施例】
【0058】
以下、実施例および比較例により、本発明の様々な実施状態および特徴をより詳細に説明する。但し、下記実施例は本発明の様々な実施状態および特徴を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲が下記実施例に限定されるのではない。
【0059】
<実施例1>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に下記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
【0060】
また、下記化学式のCBPに下記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さが300Åである発光層を構成した。
また、その上に下記化学式の正孔遮断層材料であるBAlqを50Å厚さで形成した。
【0061】
その上に下記化学式の電子輸送材料を150Å厚さで形成し、その上に下記化学式の電子輸送材料にCaを10重量%ドーピングし、ドーピングされた電子輸送層を厚さ50Åで形成した。
【0062】
その上に第2電極を形成する時、スパッタリングによる損傷を防ぐために結晶性の高いHATを500Å厚さで形成した(前記Caを含む有機物層のLUMO準位と前記第2電極に接するHATを含む有機物層のLUMO準位の差は3.6eVであった)。
【0063】
最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0064】
【化8】
【0065】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0066】
実施例1で製造した有機発光素子に0.2mA/cm2の間隔で電圧を順次印加し、それぞれの電圧、輝度およびスペクトルの結果を測定した(Device2)。
【0067】
<比較例1>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さ500Åである正孔注入層を形成し、その上に下記化学式のNPBを真空蒸着して厚さ400Åである正孔輸送層を形成した。
【0068】
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さ300Åである発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料である前記化学式のBAlqを50Å厚さで形成した。
【0069】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を200Å厚さで形成し、n−ドーピングされた有機物層を構成せず、HATを500Å厚さで形成した。最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0070】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0071】
本比較例の結果、n−ドーピングされた有機物層を構成しない素子においては素子の駆動が十分になされなかった。実験結果を下記表1および図7に電流密度−電圧のグラフで示す(Device 4)。図7に示す結果は、電子がHAT層から電子輸送層に伝達されることができず、正孔だけが電子輸送層からHAT層に伝達される形態を示すものであり、これは、電子の効果的な注入なしで正孔の移動だけでなされる素子であるといえる。この素子においては、発光層において、電子−正孔間の再結合がなされないため、素子の発光は観察されない。
【0072】
<比較例2>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に前記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
【0073】
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さ300Åの発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料である前記化学式のBAlqを50Å厚さで形成した。
【0074】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、前記電子輸送材料にCaを10%ドーピングして50Å厚さで形成した。但し、その上にHAT層を形成しなかった。最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0075】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した(Device 1)。
【0076】
本比較例2の結果を実施例の結果と比較して下記表1および図3、4、5、6に示す。
【0077】
図3に示す結果のように、本比較例2のようにHAT層を構成しない場合(Device 1)は、実施例のようにHATを構成した場合(Device 2)と比較した時、漏れ電流の程度が明らかに大きくなることが分かる。これは、スパッタリング工程において、HAT層を用いない時に素子のダメージがあるということを示す例であるといえる。
【0078】
<比較例3>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを構成せず、直ちに前記化学式のNPBを真空蒸着して、厚さが900Åである正孔輸送層を形成した。
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さ300Åの発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料である前記化学式のBAlqを50Å厚さで形成した。
【0079】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、前記電子輸送材料にCaを10%ドーピングして50Å厚さで形成した。但し、その上にHAT層を形成しなかった。最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0080】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0081】
本比較例の結果は下記表1に簡略に示す。表1は1mA/cm2の電流密度における素子特性を整理したものである。表1の結果から分かるように、陽極(第1電極)にHATが構成されていない時に素子の駆動電圧が上昇し、効率が落ちる特性を示す。
【0082】
<実施例2>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に前記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
【0083】
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングして厚さが300Åである発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料であるBAlqを50Å厚さで形成した。
【0084】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料にCaを10重量%ドーピングし、ドーピングされた電子輸送層を厚さ50Åで形成した。その上に金属塩であるLiFを15Åを蒸着し、その上に第2電極の形成時にスパッタリングによる損傷を防ぐために結晶性の高いHATを500Å厚さで形成した。
【0085】
最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0086】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0087】
実施例2で製造した有機発光素子に0.2mA/cm2との間隔で電圧を順次印加し、それぞれの電圧、輝度およびスペクトルの結果を測定した(Device 3)。
【0088】
本実施例2の結果は下記表1および図8、9、10、11に実施例1と比較して示す。電圧は実施例1に比べて高くなる傾向を示したが、図9、10、11に示すように、効果的な正孔の遮断によって効率が改善されることが分かる。
【0089】
<実施例3>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にAgを200Å厚さで蒸着した。蒸着されたAg上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に前記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングして厚さが300Åである発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料であるBAlqを50Å厚さで形成した。
【0090】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料にCaを10重量%ドーピングし、ドーピングされた電子輸送層を厚さ50Åで形成した。その上に金属塩であるLiFを15Åを蒸着し、その上に第2電極の形成時にスパッタリングによる損傷を防ぐために結晶性の高いHATを500Å厚さで形成した。
【0091】
最後に両面発光の透明素子を製作するためにIZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0092】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0093】
本実施例3は陽極(第1電極)と接しているHAT層と陽極との間に金属薄膜を形成した実験であり、その結果は下記表1に簡略に比較して示す。表1に示すように、金属薄膜層を追加して素子を製作すれば、金属薄膜層の透過度の低下により効率が多少落ち得るが、素子の駆動電圧を落とすことができるという長所がある。
【0094】
【表1】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機発光素子およびその製造方法に関し、より具体的には、陽極と陰極の材料として様々な仕事関数を有する材料を用いることができ、上部電極の形成時に有機物層の損傷を防止できる有機発光素子およびその製造方法に関する。
本出願は2009年03月17日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10−2009−0022810号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
【背景技術】
【0002】
有機発光素子(OLED)は、通常、2つの電極(陽極および陰極)およびこれらの電極の間に位置する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、陰極からは電子が各々有機物層に流入し、これらが再結合して励起子を形成し、この励起子が再び基底状態に落ちて、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り、有機発光素子は可視光線を発生し、これを利用して情報表示素子または照明素子を製造することができる。
【0003】
しかし、有機発光素子の製造工程において、有機物層上に位置する電極として透明性を有するIZOまたはITOのような導電性酸化膜で形成する場合、抵抗体加熱蒸着(resistive heating evaporation)方法を利用すれば、熱による蒸発過程中に熱的分解などによって酸化物の固有の化学組成比が崩れて電気伝導性および可視光線透過性などの特性を失う。したがって、前記導電性酸化膜の蒸着時には抵抗体加熱蒸着方法を利用することができず、大部分の場合、プラズマを用いたスパッタリングのような方法を利用している。
【0004】
しかし、有機物層上にスパッタリングのような方法で電極を形成する場合、スパッタリング工程に用いられるプラズマに存在する電気的電荷粒子などによって有機物層が損傷し得る。
【0005】
そこで、良好な有機発光素子を製作するためには、有機物層上にスパッタリングのような方法による電極形成時に生じ得る有機物層の損傷を除去するか最小化しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】韓国特許出願第10−2009−0022810号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、本発明の目的は、陽極と陰極の材料として様々な仕事関数を有する材料を用いることができ、上部電極の形成時に有機物層の損傷を防止することができるため、陽極と陰極を全て高い仕事関数を有する材料で形成して両面発光ができる有機発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、第1電極;第2電極;および前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光層を含む有機発光素子であって、前記有機発光素子は前記第1電極と接する第1有機物層および前記第2電極と接する第2有機物層をさらに含み、前記第1および第2有機物層は下記化学式1で示される化合物を含み、前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間にn−型ドーパントを含む第3有機物層を含むことを特徴とする有機発光素子を提供する:
【0009】
【化1】
【0010】
前記化学式1において、R1〜R6は、各々、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芳香族もしくは非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記RおよびR’は、各々、置換もしくは非置換のC1〜C60アルキル、置換もしくは非置換のアリールおよび置換もしくは非置換の5〜7員複素環からなる群から選択される。
【0011】
本発明は、第1電極を形成するステップ;前記第1電極と接し、前記化学式1の化合物を含む第1有機物層を形成するステップ;前記化学式1の化合物を含む第1有機物層上に発光層を形成するステップ;前記発光層上にn−型ドーパントを含む第3有機物層を形成するステップ;前記n−型ドーパントを含む第3有機物層上に前記化学式1の化合物を含む第2有機物層を形成するステップ;および前記化学式1の化合物を含む第2有機物層に接するように第2電極を形成するステップ;を含む有機発光素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、有機発光素子の陽極と陰極の材料として様々な仕事関数を有する材料を用いることができ、上部電極の形成時に有機物層の損傷を防止することができる。したがって、陽極と陰極を全て高い仕事関数を有する材料で形成して両面発光ができる有機発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施状態による有機発光素子を構成する層のエネルギー関係を例示したものである。
【図2】本発明の一実施状態による有機発光素子の積層構造を例示したものである。
【図3】本発明の一実施状態による実施例1(Device(装置) 2)と比較例2(Device 1)の電圧−電流密度特性を比較して示すグラフである。
【図4】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と比較例2(Device 1)の特性中の第1電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図5】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と比較例2(Device 1)の特性中の第2電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図6】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と比較例2(Device 1)の特性中の第1電極および第2電極の両方向における電流密度−効率の値を合算して示すグラフである。
【図7】本発明の一実施状態による比較例1(Device 4)の電圧−電流密度特性を示すグラフである。
【図8】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の電圧−電流密度特性を比較して示すグラフである。
【図9】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の特性中の第1電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図10】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の特性中の第2電極方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【図11】本発明の一実施状態による実施例1(Device 2)と実施例2(Device 3)の特性中の第1電極および第2電極の両方向における電流密度−効率の特性を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明に係る有機発光素子は、第1電極;第2電極;および前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光層を含む有機発光素子であって、前記有機発光素子は前記第1電極と接する第1有機物層および前記第2電極と接する第2有機物層をさらに含み、前記第1および第2有機物層は前記化学式1で示される化合物を含み、前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間にn−型ドーパントを含む第3有機物層を含む。
【0015】
ここで、前記第1および第2有機物層は前記化学式1で示される化合物を含み、前記有機物層は同一の物質で形成することができる。前記第1電極に接する第1有機物層と前記第2電極に接する第2有機物層として前記化学式1の化合物を含む有機物層を用いることにより、従来に比べ、駆動電圧をさらに下げ、電流効率をさらに高めることができる。また、前記第1電極に接する第1有機物層と前記第2電極に接する第2有機物層として同一の物質を用いる場合、第1電極と第1電極に接する第1有機物層との界面および/または第2電極に接する第2有機物層とn−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に様々な機能性物質からなる有機物層を適用することができ、このように機能性物質層をさらに含む場合、電圧の減少、効率の増加、電極抵抗の減少などの効果が期待できる。前記機能性物質層が第1電極と第1電極に接する第1有機物層との界面に位置する場合、これらは金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層であることが好ましい。前記機能性物質層が第2電極に接する第2有機物層とn−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に位置する場合、これらは金属酸化物層または金属塩層であることが好ましい。
【0016】
前記化学式1の化合物の例示的な化合物は下記化学式1−1〜1−6の化合物を含む。
【0017】
【化2A】
【0018】
【化2B】
【0019】
本発明においては、第1電極および第2電極の各々に接する第1および第2有機物層によって、前記第1電極および第2電極を全て様々な仕事関数を有する物質で形成することもできる。例えば、前記第1電極および第2電極は、全てフェルミエネルギー準位が2eV〜6eVである物質、特に2eV〜4eVである物質まで用いることができる。電極材料としては金属、金属酸化物および導電性ポリマーからなる群から選択された物質を含むことができる。具体的には、電極材料としては炭素、セシウム、カリウム、リチウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、ジルコニウム、インジウム、アルミニウム、銀、タンタル、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケル、金、その他の金属およびその合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、スズ酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物およびその他のこれと類似する金属酸化物;ZnO:AlおよびSnO2:Sbのような酸化物と金属の混合物などが挙げられる。本発明に係る有機発光素子において、第1電極が透明物質で形成された場合には背面発光型であってもよく、第2電極が透明物質で形成された場合には前面発光型であってもよく、第1および第2電極が全て透明物質で形成された場合には両面発光型であってもよい。
【0020】
前述したように、前記第1電極と前記第2電極を全て仕事関数の高い材料で形成することもでき、この場合、仕事関数の高い透明材料を用いて両面発光素子を製造することもできる。例えば、第1電極および第2電極は、各々、インジウム亜鉛酸化物(IZO:Indium Zinc Oxide)および亜鉛酸化物(ZnO)のうちから選択された1種以上の透明伝導性酸化物(Transparent Conducting Oxide)で形成することができる。
【0021】
前記第1電極は、前記第1電極に接する第1有機物層との界面において、金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含むことができる。
【0022】
前記のような金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含む場合、電荷の移動度(career mobility)および電気伝導度を増加させることができるため、素子のしきい電圧および動作電圧を下げる効果を提供することができる。
【0023】
また、有機発光素子を大面積化して製作する場合、インジウム亜鉛酸化物のような金属酸化物からなる透明電極を第1電極として用いれば電極抵抗を減らすことができるため、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が提供できる。
【0024】
前記第1電極に含まれる追加の層の材料としては、具体的にはアルミニウム(Al)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ニオビウム(Nb)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、タンタル(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)、ランタン(La)、チタニウム(Ti)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)およびこれらのうちから選択された金属とネオジム(Nd)またはパラジウム(Pd)の合金などが挙げられ、Li2O、Na2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaOなどの金属酸化物なども含むが、これらだけに限定されるものではない。
【0025】
前記金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含む場合には、その厚さを可視光線領域の波長の透過度および電気伝導度を考慮して調節することができ、その厚さは1Å〜300Åであることが好ましい。
【0026】
本発明において、前記第1電極に接する第1有機物層はp−型有機物層と接することが好ましい。この場合、前記化学式1の化合物はn−型有機物であるため、第1電極に接する第1有機物層と前記p−型有機物層との間にNP接合構造が形成できる。前記第1電極に接する第1有機物層のLUMO(最低空分子軌道)準位とp−型有機物層のHOMO(最高被占分子軌道)準位との間のエネルギー準位差が減少するように調節されることが好ましい。前記第1電極に接する第1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0.01〜1eVであることがより好ましい。
【0027】
前記のような数値範囲内からエネルギー準位が選択される場合、正孔が前記第1電極に接する有機物層のLUMOエネルギー準位を通じて前記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電極に接する有機物層のLUMOエネルギー準位のエネルギー差が1eVより大きければ、前記p−型有機物層と前記第1電極に接する第1有機物層との間のNP接合が容易に形成されないため、正孔注入のための駆動電圧が上昇する。すなわち、本発明において、NP接合とは、n−型有機物層とp−型有機物層が物理的に接するだけでなく、前述したエネルギー関係を満足しなければならない。
【0028】
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−型有機物層内には正孔が、第1電極に接する第1有機物層内には電子が容易に形成される。前記NP接合において、正孔と電子が同時に発生するため、電子は第1電極に接する第1有機物層を通じて第1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の上昇を下げることができる。前記p−型有機物層は正孔輸送層またはp−型発光層であってもよい。
【0029】
前記p−型有機物層が正孔輸送層である場合、前記第1電極に接する第1有機物層と前記発光層との間に位置してもよい。ここで、前記正孔輸送層のHOMO(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、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。
【0030】
前記発光層は、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子の輸送を各々受けて結合させることによって可視光線領域の光を出せる物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率の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体(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;ベンゾオキサゾール、ベンズチアゾールおよ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、ルブレンなどが挙げられる、これらだけに限定されるものではない。
【0031】
本発明に係る有機発光素子は、前記第2電極に接する第2有機物層として前記化学式1の化合物を含む有機物層を含み、また、前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間に位置したn−型ドーパントを含む第3有機物層を含む。
【0032】
前記化学式1の化合物を含む前記第2電極に接する第2有機物層は、前記n−型ドーパントを含む第3有機物層と第2電極との間においてコネクター(connecter)の役割をすると同時に、第2電極を様々な仕事関数を有する材料で形成できるようにする。したがって、前記第2電極に接する第2有機物層によって前記第2電極を、高い仕事関数を有する材料、例えばITO、IZOのような透明伝導性酸化物で形成することもできる。また、前記第2電極に接する第2有機物層は、第2電極をスパッタリング、レーザを利用した物理的蒸着方法(physical vapor deposition;PVD)、イオンビームを利用した蒸着方法(ion beam assisted deposition)のような電荷または高い運動エネルギーを有する粒子を伴うことによって、有機物層に損傷を与える薄膜形成技術を利用して形成する場合にも、バッファ層の役割をすることによって有機物層の損傷を防止することができる。特に、第2電極を透明電極で形成する場合にスパッタリング工程が多く使われており、この場合、一般的な有機物は工程中に損傷を受けるが、前記化学式1の化合物は高い結晶性を有するので有機物層の損傷なしで透明な第2電極を効果的に構成することができる。
【0033】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層はその厚さが1Å〜50Åであることが好ましい。前記n−型ドーパントを含む第3有機物層の厚さが50Åを超過する場合には、可視光線を吸収して発光効率を低下させ、1Å未満である場合には、薄膜の均一度を落として効果的な電子注入が難しくなる。
【0034】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層中のn−型ドーパントは有機物または無機物であってもよい。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;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;または前記金属のうちの1以上の金属を含む金属化合物を含むことができる。あるいは、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員複素環またはこれらの環が含まれた縮合環を含む物質であってもよい。
【0035】
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に1〜50重量%であってもよい。前記n−型ドーパントを前記重量%の範囲で用いる場合には、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することができるという長所がある。本発明において、n−型ドーパントをドーピングする方法としては当技術分野で知られている方法を利用することができ、本発明の範囲が特定方法に限定されるものではない。
【0036】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層中の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用いられ得る。例えば、前記ホスト材料としてはイミダゾール基、オキサゾール基およびチアゾール基から選択された官能基を有する化合物を用いることができるが、これらに限定されない。
【0037】
前記イミダゾール基、オキサゾール基およびチアゾール基から選択された官能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の化合物の化合物が挙げられる:
【0038】
【化3】
【0039】
前記化学式2において、R1〜R4は互いに同じであるか異なってもよく、各々独立に、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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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のアリール基およびC2〜C30のヘテロアリール基からなる群から選択された1つ以上の基で置換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、脂肪族ヘテロまたは芳香族ヘテロの縮合環を形成するかスピロ結合をなしてもよく;AR1は水素原子、置換もしくは非置換の芳香族環または置換もしくは非置換の芳香族複素環であり;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、芳香族環または芳香族複素環であり、
【0040】
【化4】
【0041】
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およびRbは、各々、水素原子、ニトリル基(−CN)、ニトロ基(−NO2)、C1〜C24のアルキル、C5〜C20の芳香族環またはヘテロ原子を含む置換された芳香族環、ハロゲン、または隣接する環と縮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であり;AとDは連結され、芳香族またはヘテロ芳香族環を形成してもよく;Bは、nが2以上である場合には、連結ユニットとして複数の複素環を共役または非共役になるように連結する置換もしくは非置換のアルキレンまたはアリーレンであり、nが1である場合には、置換もしくは非置換のアルキルまたはアリールであり;nは1〜8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号に公示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とを含む。前記文献はその内容の全てが本明細書に含まれる。
具体的には、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:
【0042】
【化5】
【0043】
前記化学式4において、R5〜R7は互いに同じであるか異なり、各々独立に、水素原子、C1〜C20の脂肪族炭化水素、芳香族環、芳香族複素環または脂肪族または芳香族縮合環であり;Arは直接結合、芳香族環または芳香族複素環であり;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、芳香族環または芳香族複素環であり;但し、R5およびR6が同時に水素である場合は除外される。
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:
【0044】
【化6】
【0045】
前記化学式5において、ZはO、SまたはNRbであり;R8およびRbは水素原子、C1〜C24のアルキル、C5〜C20の芳香族環また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縮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であり;Bは、nが2以上である場合には、連結ユニットとして複数のベンザゾールを共役または非共役になるように連結するアルキレン、アリーレン、置換されたアルキレン、または置換されたアリーレンであり、nが1である場合には、置換もしくは非置換のアルキルまたはアリールであり;nは1〜8の整数である。
【0046】
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構造の化合物が挙げられる:
【0047】
【化7】
【0048】
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電極に接する有機物層とのエネルギーバリア(barrier)を下げることによって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第3有機物層のLUMO(Lowest unoccupied molecular orbital)準位は、前記第2電極に接する第2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、2eV〜3eVであることがより好ましい。4eVを超過する有機物層を用いた場合、第2電極に接する有機物層とのエネルギーバリアが高くなって電子注入特性が低下し得る。効果的な電子注入が容易ではない場合、素子の駆動電圧を上昇させる結果を招く。
【0049】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層と前記第2電極に接する第2有機物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。
【0050】
前記のような金属酸化物層または金属塩層は、前記第2電極層に接する第2有機物層から前記n−型ドーパントを含む第3有機物層への電子注入過程において、n−型ドーパントを含む第3有機物層のHOMOエネルギーレベルから第2電極に接する第2有機物層に伝達される正孔を効果的に防ぐ役割を果たすことができる。これによって電子−正孔間の消滅現象を最小化し、n−型ドーパントを含む第3有機物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が期待できる。
【0051】
具体的な金属酸化物の例としてはLi2O、Na2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaOなどが挙げられ、金属塩の例としてはLiF、NaF、KF、RbF、CsF、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2などが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0052】
前記金属酸化物または金属塩層を含む場合、その厚さは0.5Å〜50Åであることが好ましく、1Å〜20Åの厚さ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さが厚すぎる場合には素子の駆動電圧を増加させる結果を招く。
【0053】
本発明において、前記n−型ドーパントを含む第3有機物層と発光層との間に追加の有機物層を含むことができ、前記追加の有機物層は電子輸送材料として形成することができる。
【0054】
図1および図2は、本発明に係る有機発光素子の一実施状態を示すものである。図2による有機発光素子は、基板上に、第1電極として透明陽極(Anode)、第1電極に接する第1有機物層として化学式1の化合物を含む有機物層、正孔輸送層(HTL)としてp−型有機物層、発光層(EML)、n−型ドーパントを含む有機物層、第2電極に接する有機物層として化学式1の化合物を含む有機物層、および第2電極として透明陰極(Cathod)が順次積層された構造を有する。しかし、本発明の範囲がこの構造だけに限定されるものではない。
【0055】
本発明に係る有機発光素子は、第1電極が陽極として下部電極であり、第2電極が陰極として上部電極である標準(ノーマル、normal)構造であることが好ましい。
【0056】
本発明に係る有機発光素子の製造方法は、第1電極を形成するステップと;前記第1電極と接し、前記化学式1の化合物を含む第1有機物層を形成するステップと;前記化学式1の化合物を含む第1有機物層上に発光層を形成するステップと;前記発光層上にn−型ドーパントを含む第3有機物層を形成するステップと;前記n−型ドーパントを含む第3有機物層上に前記化学式1の化合物を含む第2有機物層を形成するステップ;および前記化学式1の化合物を含む第2有機物層に接するように第2電極を形成するステップを含む。
【0057】
また、前記第1電極に接する第1有機物層と前記発光層との間に前記第1電極に接する第1有機物層と接するp−型有機物層を形成するステップをさらに含むことができる。
【実施例】
【0058】
以下、実施例および比較例により、本発明の様々な実施状態および特徴をより詳細に説明する。但し、下記実施例は本発明の様々な実施状態および特徴を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲が下記実施例に限定されるのではない。
【0059】
<実施例1>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に下記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
【0060】
また、下記化学式のCBPに下記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さが300Åである発光層を構成した。
また、その上に下記化学式の正孔遮断層材料であるBAlqを50Å厚さで形成した。
【0061】
その上に下記化学式の電子輸送材料を150Å厚さで形成し、その上に下記化学式の電子輸送材料にCaを10重量%ドーピングし、ドーピングされた電子輸送層を厚さ50Åで形成した。
【0062】
その上に第2電極を形成する時、スパッタリングによる損傷を防ぐために結晶性の高いHATを500Å厚さで形成した(前記Caを含む有機物層のLUMO準位と前記第2電極に接するHATを含む有機物層のLUMO準位の差は3.6eVであった)。
【0063】
最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0064】
【化8】
【0065】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0066】
実施例1で製造した有機発光素子に0.2mA/cm2の間隔で電圧を順次印加し、それぞれの電圧、輝度およびスペクトルの結果を測定した(Device2)。
【0067】
<比較例1>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さ500Åである正孔注入層を形成し、その上に下記化学式のNPBを真空蒸着して厚さ400Åである正孔輸送層を形成した。
【0068】
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さ300Åである発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料である前記化学式のBAlqを50Å厚さで形成した。
【0069】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を200Å厚さで形成し、n−ドーピングされた有機物層を構成せず、HATを500Å厚さで形成した。最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0070】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0071】
本比較例の結果、n−ドーピングされた有機物層を構成しない素子においては素子の駆動が十分になされなかった。実験結果を下記表1および図7に電流密度−電圧のグラフで示す(Device 4)。図7に示す結果は、電子がHAT層から電子輸送層に伝達されることができず、正孔だけが電子輸送層からHAT層に伝達される形態を示すものであり、これは、電子の効果的な注入なしで正孔の移動だけでなされる素子であるといえる。この素子においては、発光層において、電子−正孔間の再結合がなされないため、素子の発光は観察されない。
【0072】
<比較例2>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に前記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
【0073】
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さ300Åの発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料である前記化学式のBAlqを50Å厚さで形成した。
【0074】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、前記電子輸送材料にCaを10%ドーピングして50Å厚さで形成した。但し、その上にHAT層を形成しなかった。最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0075】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した(Device 1)。
【0076】
本比較例2の結果を実施例の結果と比較して下記表1および図3、4、5、6に示す。
【0077】
図3に示す結果のように、本比較例2のようにHAT層を構成しない場合(Device 1)は、実施例のようにHATを構成した場合(Device 2)と比較した時、漏れ電流の程度が明らかに大きくなることが分かる。これは、スパッタリング工程において、HAT層を用いない時に素子のダメージがあるということを示す例であるといえる。
【0078】
<比較例3>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを構成せず、直ちに前記化学式のNPBを真空蒸着して、厚さが900Åである正孔輸送層を形成した。
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングし、ドーピングされた有機層で厚さ300Åの発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料である前記化学式のBAlqを50Å厚さで形成した。
【0079】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、前記電子輸送材料にCaを10%ドーピングして50Å厚さで形成した。但し、その上にHAT層を形成しなかった。最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0080】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0081】
本比較例の結果は下記表1に簡略に示す。表1は1mA/cm2の電流密度における素子特性を整理したものである。表1の結果から分かるように、陽極(第1電極)にHATが構成されていない時に素子の駆動電圧が上昇し、効率が落ちる特性を示す。
【0082】
<実施例2>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に前記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
【0083】
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングして厚さが300Åである発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料であるBAlqを50Å厚さで形成した。
【0084】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料にCaを10重量%ドーピングし、ドーピングされた電子輸送層を厚さ50Åで形成した。その上に金属塩であるLiFを15Åを蒸着し、その上に第2電極の形成時にスパッタリングによる損傷を防ぐために結晶性の高いHATを500Å厚さで形成した。
【0085】
最後に両面発光の透明素子を製作するために、IZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0086】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0087】
実施例2で製造した有機発光素子に0.2mA/cm2との間隔で電圧を順次印加し、それぞれの電圧、輝度およびスペクトルの結果を測定した(Device 3)。
【0088】
本実施例2の結果は下記表1および図8、9、10、11に実施例1と比較して示す。電圧は実施例1に比べて高くなる傾向を示したが、図9、10、11に示すように、効果的な正孔の遮断によって効率が改善されることが分かる。
【0089】
<実施例3>
基板上にIZOをスパッタリング方法により1000Å厚さの透明陽極(第1電極)を形成し、その上にAgを200Å厚さで蒸着した。蒸着されたAg上にHATを熱真空蒸着して厚さが500Åである正孔注入層を形成し、その上に前記化学式のNPBを真空蒸着して厚さが400Åである正孔輸送層を形成した。
また、前記化学式のCBPに前記化学式のIr(ppy)3を10重量%でドーピングして厚さが300Åである発光層を構成し、その上に正孔遮断層材料であるBAlqを50Å厚さで形成した。
【0090】
その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料を150Å厚さで形成し、その上に前記実施例1で用いた電子輸送材料にCaを10重量%ドーピングし、ドーピングされた電子輸送層を厚さ50Åで形成した。その上に金属塩であるLiFを15Åを蒸着し、その上に第2電極の形成時にスパッタリングによる損傷を防ぐために結晶性の高いHATを500Å厚さで形成した。
【0091】
最後に両面発光の透明素子を製作するためにIZOをスパッタリング方法により1750Å厚さで陰極(第2電極)を形成した。
【0092】
前記過程において、有機物の蒸着速度は0.5〜1.0Å/secに維持し、蒸着時における真空度は2x10−7〜2x10−8torr程度に維持した。
【0093】
本実施例3は陽極(第1電極)と接しているHAT層と陽極との間に金属薄膜を形成した実験であり、その結果は下記表1に簡略に比較して示す。表1に示すように、金属薄膜層を追加して素子を製作すれば、金属薄膜層の透過度の低下により効率が多少落ち得るが、素子の駆動電圧を落とすことができるという長所がある。
【0094】
【表1】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極;第2電極;および前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光層を含む有機発光素子であって、
前記有機発光素子は前記第1電極と接する第1有機物層および前記第2電極と接する第2有機物層をさらに含み、
前記第1および第2有機物層は下記化学式1で示される化合物を含み、
前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間にn−型ドーパントを含む第3有機物層を含むことを特徴とする有機発光素子:
【化1】
(前記化学式1において、R1〜R6は、各々、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芳香族もしくは非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記RおよびR’は、各々、置換もしくは非置換のC1〜C60アルキル、置換もしくは非置換のアリールおよび置換もしくは非置換の5〜7員複素環からなる群から選択される)。
【請求項2】
前記第1および第2有機物層は同一の物質である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項3】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層のn−型ドーパントは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、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員複素環およ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択されたものを含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項4】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層中のn−型ドーパントの含量は1〜50重量%である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項5】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層は、イミダゾール基、オキサゾール基およびチアゾール基から選択された官能基を有する化合物を含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項6】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層のLUMO(最低空分子軌道、Lowest unoccupied molecular orbital)準位は、前記第2電極に接する第2有機物層のLUMO準位とのエネルギー差が4eV以下である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項7】
前記第1有機物層と前記発光層との間に前記第1有機物層と接するp−型有機物層をさらに含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項8】
前記p−型有機物層のHOMO(最高被占分子軌道、highest occupied molecular orbital)準位が5eV以上である、請求項7に記載の有機発光素子。
【請求項9】
前記第1電極および前記第2電極は各々仕事関数が2eV〜6eVである物質を含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項10】
前記第1電極および前記第2電極は互いに同じであるか異なる金属酸化物からなる、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項11】
前記第1電極および前記第2電極は同一の物質からなる、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項12】
前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも1つは透明物質を含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項13】
前記第1電極が陽極として下部電極であり、前記第2電極が陰極として上部電極である標準構造である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項14】
前記第1電極と前記第1電極に接する第1有機物層との界面に金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項15】
前記第2電極に接する第2有機物層と前記n−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に金属酸化物層または金属塩層をさらに含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項16】
第1電極を形成するステップ;
前記第1電極と接し、下記化学式1の化合物を含む第1有機物層を形成するステップ;
前記第1有機物層上に発光層を形成するステップ;
前記発光層上にn−型ドーパントを含む第3有機物層を形成するステップ;
前記第3有機物層上に下記化学式1の化合物を含む第2有機物層を形成するステップ;および
前記第2有機物層に接するように第2電極を形成するステップ;
を含む請求項1〜13のうちのいずれか1項による有機発光素子の製造方法:
【化2】
(前記化学式1において、R1〜R6は、各々、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芳香族もしくは非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記RおよびR’は、各々、置換もしくは非置換のC1〜C60アルキル、置換もしくは非置換のアリールおよび置換もしくは非置換の5〜7員複素環からなる群から選択される)。
【請求項17】
前記第1有機物層と前記発光層との間に前記第1有機物層に接するp−型有機物層を形成するステップをさらに含む、請求項16に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項18】
前記第1電極と前記第1電極に接する第1有機物層との界面に金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層を形成するステップをさらに含む、請求項16に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項19】
前記第2電極に接する第2有機物層と前記n−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に金属酸化物層または金属塩層を形成するステップをさらに含む、請求項16に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項1】
第1電極;第2電極;および前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光層を含む有機発光素子であって、
前記有機発光素子は前記第1電極と接する第1有機物層および前記第2電極と接する第2有機物層をさらに含み、
前記第1および第2有機物層は下記化学式1で示される化合物を含み、
前記第2電極に接する第2有機物層と発光層との間にn−型ドーパントを含む第3有機物層を含むことを特徴とする有機発光素子:
【化1】
(前記化学式1において、R1〜R6は、各々、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芳香族もしくは非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記RおよびR’は、各々、置換もしくは非置換のC1〜C60アルキル、置換もしくは非置換のアリールおよび置換もしくは非置換の5〜7員複素環からなる群から選択される)。
【請求項2】
前記第1および第2有機物層は同一の物質である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項3】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層のn−型ドーパントは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、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員複素環およ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択されたものを含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項4】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層中のn−型ドーパントの含量は1〜50重量%である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項5】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層は、イミダゾール基、オキサゾール基およびチアゾール基から選択された官能基を有する化合物を含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項6】
前記n−型ドーパントを含む第3有機物層のLUMO(最低空分子軌道、Lowest unoccupied molecular orbital)準位は、前記第2電極に接する第2有機物層のLUMO準位とのエネルギー差が4eV以下である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項7】
前記第1有機物層と前記発光層との間に前記第1有機物層と接するp−型有機物層をさらに含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項8】
前記p−型有機物層のHOMO(最高被占分子軌道、highest occupied molecular orbital)準位が5eV以上である、請求項7に記載の有機発光素子。
【請求項9】
前記第1電極および前記第2電極は各々仕事関数が2eV〜6eVである物質を含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項10】
前記第1電極および前記第2電極は互いに同じであるか異なる金属酸化物からなる、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項11】
前記第1電極および前記第2電極は同一の物質からなる、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項12】
前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも1つは透明物質を含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項13】
前記第1電極が陽極として下部電極であり、前記第2電極が陰極として上部電極である標準構造である、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項14】
前記第1電極と前記第1電極に接する第1有機物層との界面に金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層をさらに含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項15】
前記第2電極に接する第2有機物層と前記n−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に金属酸化物層または金属塩層をさらに含む、請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項16】
第1電極を形成するステップ;
前記第1電極と接し、下記化学式1の化合物を含む第1有機物層を形成するステップ;
前記第1有機物層上に発光層を形成するステップ;
前記発光層上にn−型ドーパントを含む第3有機物層を形成するステップ;
前記第3有機物層上に下記化学式1の化合物を含む第2有機物層を形成するステップ;および
前記第2有機物層に接するように第2電極を形成するステップ;
を含む請求項1〜13のうちのいずれか1項による有機発光素子の製造方法:
【化2】
(前記化学式1において、R1〜R6は、各々、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芳香族もしくは非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記RおよびR’は、各々、置換もしくは非置換のC1〜C60アルキル、置換もしくは非置換のアリールおよび置換もしくは非置換の5〜7員複素環からなる群から選択される)。
【請求項17】
前記第1有機物層と前記発光層との間に前記第1有機物層に接するp−型有機物層を形成するステップをさらに含む、請求項16に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項18】
前記第1電極と前記第1電極に接する第1有機物層との界面に金属またはその合金の薄膜または金属酸化物層を形成するステップをさらに含む、請求項16に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項19】
前記第2電極に接する第2有機物層と前記n−型ドーパントを含む第3有機物層との界面に金属酸化物層または金属塩層を形成するステップをさらに含む、請求項16に記載の有機発光素子の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公表番号】特表2012−521087(P2012−521087A)
【公表日】平成24年9月10日(2012.9.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−500719(P2012−500719)
【出願日】平成22年3月17日(2010.3.17)
【国際出願番号】PCT/KR2010/001652
【国際公開番号】WO2010/107249
【国際公開日】平成22年9月23日(2010.9.23)
【出願人】(500239823)エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成24年9月10日(2012.9.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年3月17日(2010.3.17)
【国際出願番号】PCT/KR2010/001652
【国際公開番号】WO2010/107249
【国際公開日】平成22年9月23日(2010.9.23)
【出願人】(500239823)エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]