説明

有機発光素子

【課題】青色発光効率を改善させる有機発光素子を提供する。
【解決手段】本発明による有機発光素子は、 第1電極と、前記第1電極上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第1化合物が含まれる第1有機層と、前記第1有機層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物が含まれる第2有機層と、前記第2有機層上に形成される第2電極と、を含んで構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機発光素子に関し、より詳細には、特定の最大吸収波長を有した化合物を正孔輸送層及び電子輸送層に含ませて発光効率及び寿命特性を向上させた有機発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
有機発光素子は、一般的にアノード電極及びカソード電極からなる一対の電極と、これら電極間に配置された少なくとも1つの有機層とを含んで構成され、電力が印加されてアノード電極及びカソード電極から正孔及び電子が有機層に注入されると、有機層内に励起子が形成されて前記励起子が基底状態に戻るとき、光を放出するようになる。
【0003】
このような有機発光素子内に形成される有機層は、シングル層(single layer)構造またはマルチ層(multi layer)構造で構成できる。シングル層構造は、有機層が1つの発光層で構成される構造であり、マルチ層構造は、有機層が正孔注入層、正孔輸送層、電子抑制層、発光層、正孔抑制層、電子注入層、電子輸送層などの全部または一部が含まれて構成される構造である。このとき、電子抑制層は正孔の移動速度との均衡のために電子の移動速度を調節する層を意味する。
【0004】
電極間の有機膜をマルチ層構造で構成することは、正孔及び電子の注入、輸送、抑制層の組み合わせで量子効率を高め、駆動電圧を低め、かつ、電子及び正孔の再結合調節で発光効率を高めるなどの効果を得るためのものであり、より高い有機発光素子の性能向上のためにこの材料に関する活発な研究が進められている。
【0005】
特に、正孔輸送層は発光層において正孔の結合を助け、発光効率を高めるための輸送役割を果たす層であり、前述の機能以外に青色発光の効率を向上させる機能性をさらに備えることが要求されている。このために、大韓民国特許公開公報第10−2005−0077231号、大韓民国特許公開公報第10−2003−0058458号などにその材料が開示されているが、相変らず青色発光の効率面で多くの改善の余地を有している。また、これを改善したと言っても、赤色及び緑発光の効率に問題点があるか、または、駆動電圧、色座標、及び寿命特性がむしろ低下する問題点を有している。
【0006】
また、電子輸送層は、発光層において電子の結合を助け、発光効率を高めるための輸送役割を果たす層であり、これを構成する様々な物質が公知されている。
【特許文献1】大韓民国特許公開10−2005−0077231号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたものであり、有機発光素子の発光効率、特に青色発光効率を改善しながらも他の特性は低下させない有機発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一側面に係る有機発光素子は、第1電極と、前記第1電極上に形成され、PLスペクトル(PhotoLuminescence spectrum)測定時の最大波長が400nmないし500nmである第1化合物が含まれる第1有機層と、前記第1有機層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物が含まれる第2有機層と、前記第2有機層上に形成される第2電極と、を含んで構成されることを特徴とする。
【0009】
本発明の他の側面に係る有機発光素子は、第1電極と、前記第1電極上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第1化合物で構成される第1有機層と、前記第1有機層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物で構成される第2有機層と、前記第2有機層上に形成される第2電極と、を含んで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明による有機発光素子は、発光層の両側に特定化合物を含む有機層を形成することで、他の素子特性の変化なく青色発光効率を著しく上昇させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明の一側面による有機発光素子の構造を示す断面図である。これによれば、本発明の一側面に係る有機発光素子は、第1電極10と第2電極20間に有機膜として少なくとも第1有機層40、発光層30及び第2有機層50を含む。
【0013】
第1電極10及び第2電極20は、通常の電極が非制限的に本発明においても使用できるので詳細な説明は省く。例えば、電極がアノード電極である場合、ITOが材料として使用でき、カソード電極である場合、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、アルミニウム−リチウム、カルシウム、マグネシウム−インジウム、マグネシウム−銀などが使用できる。
【0014】
また、発光層30は第1電極10と第2電極20から輸送された正孔と電子が結合した後、基底状態に落ちながら発光する層であり、本発明において発光層の材料としては、AND(化学式28)、MADN(化学式29)が使用できるが、これに限られない。
【化1】

【0015】
第1有機層40には、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第1化合物が含まれ、第2有機層50には、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物が含まれる。
【0016】
この場合、前記波長内の第1化合物及び第2化合物は主に青色発光物質であり、第1化合物と第2化合物とは互いに異なる物質で構成されることが望ましい。
【0017】
第1有機層40は正孔輸送層であることが望ましい。正孔輸送層は、アノード電極から発光層へ正孔を効率的に輸送するために形成される層であり、本発明において、青色発光しない正孔輸送層を成す正孔輸送材料の種類には制限がなく、通常の正孔輸送材料が利用できる。例えば、TPTE(下記、化学式23)またはMTBDAB(下記、化学式24)などが単独または組み合わされて使用できる。
【化2】

【化3】

【0018】
前記正孔輸送層に含まれる第1化合物は、非制限的な例として、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;下記化学式1)、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;下記化学式2)、Spiro−NPB(下記化学式3)、Spiro−TAD(下記化学式4)などが使用できる。
【化4】

【化5】

【化6】

【化7】

【0019】
第1化合物の他の非制限的な例として、正孔注入特性も有しながら正孔輸送層に含まれる物質としては、銅フタロシアニン(CuPc)またはスターバースト(Starburst)型アミン類であるTCTA(化学式5)、m−MTDATA(化学式6)、HI406(出光社製)などがある。
【化8】

【化9】

【0020】
また、第1化合物のさらに他の例として、Flrpic(下記化学式10)、CzTT(下記化学式11)、PPCP(下記化学式12)、DST(下記化学式13)、TPA(下記化学式14)、Spiro−DPVBi(下記化学式15)、AZM−Zn(下記化学式16)、アントラセン(Anthracene(下記化学式17))、TPB(下記化学式18)、OXD−4(下記化学式19)、BBOT(下記化学式20)、化合物(A)(下記化学式21)、化合物(B)(下記化学式22)、下記化学式25などが使われる。
【化10】

【化11】

【化12】

【化13】

【化14】

【化15】

【化16】

【化17】

【化18】

【化19】

【化20】

【化21】

【化22】

【化23】

【0021】
また、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサンなどが単独または組み合わされて第1化合物として使用でき、本出願人によって既出願されたが未公開である出願明細書(大韓民国出願番号第10−2005−0026175号)に使用された、正孔輸送材料として金属フタロシアニン系有機化合物にp−型半導体物質をドープした材料が使用できる。
【0022】
また、前述した第1化合物の以外にも特開2000−192028号公報、特開2000−191560号公報、特開2000−48955号公報、 特開2000−7604号公報、特開平10−11063号公報、米国特許第6,591,636号明細書に開示された物質が第1化合物として使用できる。
【0023】
このとき、正孔輸送層に添加される第1化合物は、30重量%ないし100重量%の範囲で添加できるが、より発光効率が上昇する50重量%ないし100重量%の範囲で添加することが望ましい。
【0024】
また、正孔輸送層の厚さは10ないし150nmであることが望ましく、前記第1化合物は真空熱蒸着またはスピンコートで正孔輸送材料に含ませることができる。
【0025】
第2有機層50は電子輸送層であることが望ましい。電子輸送層はカソード電極から発光層へ電子を効率的に輸送するために形成される層であり、本発明において電子輸送層を成す電子輸送材料の種類には制限がなく、通常の電子輸送材料が利用できる。例えば、アルミニウム錯体(Alq3(トリス(8−キノリノレート)−アルミニウム))または下記化合物26が利用できる。
【化24】

【0026】
前記電子輸送材料に含まれるPLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物は非制限的な例として、Bepp2g(下記化学式7)、Bpy−OXD(下記化学式8)、Bpy−OXDpy(下記化学式9)及び化学式27などと、オリゴチオフェン(oligothiophene)、パーフルオロ化オリゴ−p−フェニレン(perfluorinated oligo−p−phenylene)、そして、2,5−ジアリールシロール(2,5−diarylsilole)など及びその誘導体が利用できる。
【化25】

【化26】

【化27】

【化28】

【0027】
このとき、電子輸送材料に添加される第2化合物の比率は、30重量%ないし100重量%の範囲で添加できるが、より発光効率が上昇する50重量%ないし100重量%の範囲で添加することが望ましい。
【0028】
第2化合物は、電子輸送材料に真空蒸着されて電子輸送層を形成する。このとき、電子輸送層の厚さは15ないし60nmであることが望ましい。もし電子輸送層の厚さが15nm未満である場合には、電子輸送能力が低下し、60nmを超過する場合には駆動電圧が上昇するためである。
【0029】
本発明の他の側面による有機発光素子は、第1電極10と第2電極20間に有機膜として少なくとも第1有機層40、発光層30及び第2有機層50を含み、第2有機層50はPLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第1化合物で構成され、第2有機層50はPLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物で構成される。この場合、前記波長内の第1化合物及び第2化合物は主に青色発光物質であり、第1化合物と第2化合物は互いに異なる物質で構成されることが望ましい。
【0030】
前述した有機発光素子が、第1化合物及び第2化合物がそれぞれ第1有機層40及び第2有機層50(望ましくは正孔輸送層及び電子輸送層)に所定の割合で含まれるのに対し、本側面による有機発光素子は第1化合物及び第2化合物そのものが第1有機層及び第2有機層(望ましくは正孔輸送層及び電子輸送層)を成すという点で差がある。
【0031】
この場合、正孔輸送層として使用できる第1化合物としては、実施例1で述べる材料などが使用できる。
【0032】
また、本発明の本側面において、電子輸送層に使用できる第2化合物としては、前述した側面における第2化合物が全て使用できることは、当業者であれば分かるだろう。
【0033】
一方、説明していない図面符号60、70、80、90は選択的に本発明による有機発光素子に含まれる有機層を示す。
【0034】
(実施例1)
アノード電極としてITO膜が形成された基板表面上に、正孔輸送物質としてTPTE(化学式23)及び第1化合物の1つである化学式25を用いて厚さ15nmの正孔輸送層を形成する。正孔輸送層形成の後、発光層をADN(下記化学式28)に出光社製Blue dopant BD118を1%の濃度で10−7torrの条件下で蒸着して30nmの厚さで形成する。発光層蒸着後、化合物27の電子輸送層を25nmの厚さで形成する。
【化29】

【0035】
(実施例2)
アノード電極としてITO膜が形成された基板表面上に、第1化合物の1つである化学式2のα―NPDを用いて10−7torrの真空下で厚さ15nmの正孔輸送層を形成する。正孔輸送層形成後、発光層をADNに出光社製青色ドーパントBD118を1%の濃度で10−7torrの条件下で蒸着して30nmの厚さで形成する。発光層形成後、第2化合物の1つである化学式27で25nm厚さの電子輸送層を形成する。
【0036】
(実施例3)
アノード電極としてITO膜が形成された基板表面上に、第1化合物の1つである化学式2のα―NPDを用いて10−7torrの真空下で厚さ15nmの正孔輸送層を形成する。正孔輸送層形成後、発光層をADNに出光社製青色ドーパントBD118を1%の濃度で10−7torrの条件下で蒸着して30nmの厚さで形成する。発光層形成後、第2化合物の1つである化学式8で25nm厚さの電子輸送層を形成する。
【0037】
(比較例1)
アノード電極としてITO膜が形成された基板表面上に、第1化合物の1つである化学式2の物質を用いて10−7torrの真空下で厚さ15nmの正孔輸送層を形成する。正孔輸送層形成後、発光層をADNに出光社製青色ドーパントBD118を1%の濃度で10−7torrの条件下で蒸着して30nmの厚さで形成する。発光層形成後、通常の材料であるAlq3で25nm厚さの電子輸送層を形成する。
【0038】
(比較例2)
アノード電極としてITO膜が形成された基板表面上に、通常の材料であるMTBDAB(化学式24)を用いて10−7torrの真空下で厚さ15nmの正孔輸送層を形成する。正孔輸送層形成後、発光層をADNに出光社製青色ドーパントBD118を1%の濃度で10−7torrの条件下で蒸着して30nmの厚さで形成する。発光層形成後、第2化合物の1つである化学式27で25nm厚さの電子輸送層を形成する。
【0039】
(試験例)
前記実施例と前記比較例を100mA/cmで輝度、発光効率、色座標を相互比較した。
【表1】

【0040】
表1によれば、本発明による実施例は比較例と比較するとき、色座標の特性は変わらずに、輝度と発光効率は著しく向上したことが分かる。これは、発光層の両側に形成された第1及び第2有機層によって正孔と電子の電荷バランスがよく保持された結果であると予測される。
【0041】
本発明は、第1有機層が正孔輸送層として、第2有機層が電子輸送層として説明される側面で主に説明されたが、発明の要旨と範囲を脱せずに多くの他の可能な修正と変形がなされ得る。すなわち、本発明においては、有機発光素子の具現形態によって、選択的構成要素である正孔注入層、正孔抑制層、電子注入層、電子抑制層などの有機層がさらに含まれ、前記構成要素に前述した第1化合物及び第2化合物が含まれることを排除しない。
【0042】
すなわち、有機発光素子が多様な有機層を含んで構成されても、第1電極と発光層間に第1化合物が含まれる少なくとも1つの第1有機層を形成し、第2電極と発光層間に第2化合物が含まれる少なくとも1つの第2有機層を形成することは、当業者が容易に変更できる事項であるだろう。
【0043】
本発明は、上記の実施形態を参照して主に説明されたが、これは単なる例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これにより各種の変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点は理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲によって定まるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明による有機発光素子の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【0045】
10 第1電極
20 第2電極
30 発光層
40 第1有機層
50 第2有機層
60、70、80、90 有機層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極と、
前記第1電極上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第1化合物が含まれる第1有機層と、
前記第1有機層上に形成される発光層と、
前記発光層上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物が含まれる第2有機層と、
前記第2有機層上に形成される第2電極と、を含んで構成される有機発光素子。
【請求項2】
前記第1有機層は正孔輸送層であり、前記第2有機層は電子輸送層である請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項3】
前記第1化合物は下記の化学式1ないし化学式6、化学式10ないし化学式22、及び化学式25で構成される群から選択される1つまたは1つ以上の組み合せである請求項2に記載の有機発光素子。
【化1】

【化2】

【化3】

【化4】

【化5】

【化6】

【化7】

【化8】

【化9】

【化10】

【化11】

【化12】

【化13】

【化14】

【化15】

【化16】

【化17】

【化18】

【化19】

【化20】

【請求項4】
前記電子輸送層に含まれる第1化合物は前記電子輸送層の全体重量の50重量%ないし100重量%である請求項2に記載の有機発光素子。
【請求項5】
前記第2化合物は下記の化学式7ないし化学式9、及び化学式27で構成される群から選択される1つである請求項2に記載の有機発光素子。
【化21】

【化22】

【化23】

【化24】

【請求項6】
前記電子輸送層に含まれる第1化合物は前記電子輸送層の全体重量の50重量%ないし100重量%である請求項2に記載の有機発光素子。
【請求項7】
前記正孔輸送層の厚さは10nmないし150nmである請求項2に記載の有機発光素子。
【請求項8】
前記電子輸送層の厚さは15nmないし60nmである請求項2に記載の有機発光素子。
【請求項9】
前記発光層と前記電子輸送層間に正孔抑制層がさらに含まれる請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項10】
前記発光層と前記正孔輸送層間に電子抑制層がさらに含まれる請求項1に記載の有機発光素子。
【請求項11】
第1電極と、
前記第1電極上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第1化合物で構成される第1有機層と、
前記第1有機層上に形成される発光層と、
前記発光層上に形成され、PLスペクトル測定時の最大波長が400nmないし500nmである第2化合物で構成される第2有機層と、
前記第2有機層上に形成される第2電極と、を含んで構成される有機発光素子素子。
【請求項12】
前記第1有機層は正孔輸送層であり、前記第2有機層は電子輸送層である請求項11に記載の有機発光素子。
【請求項13】
前記第1化合物は下記の化学式1ないし化学式6、化学式10ないし化学式22、及び化学式25で構成される群から選択される1つである請求項12に記載の有機発光素子。
【化25】

【化26】

【化27】

【化28】

【化29】

【化30】

【化31】

【化32】

【化33】

【化34】

【化35】

【化36】

【化37】

【化38】

【化39】

【化40】

【化41】

【化42】

【化43】

【化44】

【請求項14】
前記第2化合物は下記の化学式7ないし化学式9、及び化学式27で構成される群から選択される1つである請求項12に記載の有機発光素子。
【化45】

【化46】

【化47】

【化48】

【請求項15】
前記正孔輸送層の厚さは10nmないし150nmである請求項12に記載の有機発光素子。
【請求項16】
前記電子輸送層の厚さは15nmないし60nmである請求項12に記載の有機発光素子。
【請求項17】
前記発光層と前記電子輸送層間に正孔抑制層がさらに含まれる請求項12に記載の有機発光素子。
【請求項18】
前記発光層と前記正孔輸送層間に電子抑制層がさらに含まれる請求項12に記載の有機発光素子。
【請求項19】
前記第1化合物は、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサンで構成される群から選択される1つまたは2つ以上の混合物であることを特徴とする請求項2に記載の有機発光素子。
【請求項20】
前記第2化合物は、オリゴチオフェン(oligothiophene)、パーフルオロ化オリゴ−p−フェニレン(perfluorinated oligo−p−phenylene)、及び、2,5−ジアリールシロール(2,5−diarylsilole)で構成される群から選択される1つまたは2つ以上の混合物であることを特徴とする請求項2に記載の有機発光素子。
【請求項21】
前記第1化合物は、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサンで構成される群から選択される1つまたは2つ以上の混合物であることを特徴とする請求項12に記載の有機発光素子。
【請求項22】
前記第2化合物は、オリゴチオフェン(oligothiophene)、パーフルオロ化オリゴ−p−フェニレン(perfluorinated oligo−p−phenylene)、及び、2,5−ジアリールシロール(2,5−diarylsilole)で構成される群から選択される1つまたは2つ以上の混合物であることを特徴とする請求項12に記載の有機発光素子。

【図1】
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【公開番号】特開2007−158337(P2007−158337A)
【公開日】平成19年6月21日(2007.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−324339(P2006−324339)
【出願日】平成18年11月30日(2006.11.30)
【出願人】(590002817)三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Fターム(参考)】