有機発光素子
【課題】寿命を向上させた有機発光素子を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、前記発光層と前記第１電極との間に形成された有機層と、前記発光層と前記有機層との間に形成され、前記有機層より低いＬＵＭＯレベルを有する電子阻止層とを備えることを特徴とする有機発光素子。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、前記発光層と前記第１電極との間に形成された有機層と、前記発光層と前記有機層との間に形成され、前記有機層より低いＬＵＭＯレベルを有する電子阻止層とを備えることを特徴とする有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）は、自発光型素子であって、視野角が広く、かつコントラストに優れるだけではなく、応答時間が短いという長所を有するために、大きな注目を集めている。また、前記有機発光素子は、駆動電圧及び応答速度特性に優れ、多色化が可能であるという点で多くの研究がなされている。
【０００３】
有機発光素子は、一般的に、アノード／有機物層／カソードの積層構造を有し、前記有機物層は、発光層として機能する。また前記有機物層は複数の層からなり、発光層を始めとして、正孔注入層、正孔輸送層及び電子注入層としての機能もさらに行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる有機発光素子は、多様な長所を有するにもかかわらず、製品に適用し難い。その最も大きな理由は、適正な信頼性を示す寿命特性が得られないという問題である。
【０００５】
そこで本発明は、寿命特性を向上させた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】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板上に形成された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、前記発光層と前記第１電極との間に形成された有機層と、前記発光層と前記有機層との間に形成され、前記有機層より低いＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、最低非占有分子軌道）レベルを有する電子阻止層とを備える有機発光素子を提供する。
【０００７】
また本発明は、基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、前記第１電極と前記発光層との間に形成された複数の有機層と、前記複数の有機層間に形成された電子阻止層とを備える有機発光素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による有機発光素子は、発光層と第１電極との間に有機層を具備し、前記発光層と有機層との間に電子阻止層を具備する。従って、発光層を通過した過剰電子が有機層に移動することを防止し、有機発光素子の寿命特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による有機発光素子の一実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明による有機発光素子の他の実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図３】本発明による有機発光素子のさらに他の実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図４】本発明による有機発光素子のさらに他の実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図５】本発明による有機発光素子の寿命特性を示す時間−輝度グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明による有機発光素子の一実施形態の構造を、概略的に図示した断面図である。本実施形態では、基板、前記基板上に形成される第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成される発光層とを有し、発光層と第１電極との間に配置された２つの有機層間に電子阻止層が挿入された構造である。具体的には、前記２つの有機層は、第１有機層（正孔注入層）および第２有機層（正孔輸送層）である。
【００１２】
図１に示された有機発光素子は、基板、第１電極、正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、電子阻止層、正孔輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）、電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、電子注入層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、及び第２電極を積層して具備している。ここで、電子輸送層及び／または電子注入層は、省略可能である。
【００１３】
前記基板は、一般的な有機発光素子で使われる基板を使用できる。前記基板の例として、機械的強度、熱的安定性、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性に優れるガラス基板または透明プラスチック基板を使用できる。前記基板と第１電極との間には、平坦化膜、絶縁層（図示せず）などを必要に応じて配置してもよい。なお、基板の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００１４】
基板上部には、第１電極が備えられる。前記第１電極は、赤色、緑色、青色の副画素別にパターニングされ、本実施形態で前記第１電極は、アノードである。前記第１電極は、透明電極、半透明電極または反射電極であってよく、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを利用して形成できるが、これらに限定されるものではない。また、互いに異なる２以上の物質を利用して二層以上の構造を有することができるなど、多様な変形が可能である。なお、第１電極の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００１５】
前記第１有機層および第２有機層は、好ましくは、正孔注入層または正孔輸送層である。図１の実施形態では、前記第１有機層は、正孔注入層であるが、本発明は当該形態に限定されず、第１有機層および第２有機層は同じ層であってもよく、異なる層であってもよく、後者の場合は図に示される形態以外に、第１有機層が正孔輸送層で第２有機層が正孔注入層であってもよい。
【００１６】
前記正孔注入層は、例えば、真空熱蒸着またはスピンコーティングによって選択的に形成できる。ここで正孔注入層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。前記正孔注入層を形成する物質は、公知の正孔注入材料から選択され、例えば、米国特許第４，３５６，４２９号明細書に開示された銅フタロシアニンのようなフタロシアニン化合物、またはＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，６，ｐ．６７７（１９９４）に記載されているスターバスト型アミン誘導体類であるＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＰＢ、溶解性のある伝導性高分子であるポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ）またはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／カンフルスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＣＳＡ（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ／Ｃａｍｐｈｏｒ ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）またはポリアニリン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）などを使用できるが、これらに限定されるものではない。ＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの構造を下記化学式１、２に示す。
【００１７】
【化１】
【００１８】
前記第１有機層（正孔注入層）の上部に、電子阻止層が配置される。電子阻止層は、前記第１有機層より低い最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のレベルを有する。従って、発光層を通過した過剰電子のトラップとして作用する。さらに具体的には、前記電子阻止層は、発光層を通過した過剰電子が第１有機層に移動することを最大限に防止し、寿命低下を抑制できる。
【００１９】
かかる電子阻止層は、第１有機層（正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有する物質から形成される。前記電子阻止層は、好ましくは、フラーレン化合物またはその誘導体から形成される。前記フラーレン化合物は、例えば、Ｃ６０を始めとして、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４、Ｃ９０、Ｃ９６などでありうる。
【００２０】
また、置換基を有するフラーレン化合物の誘導体を用いてもよい。置換基としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルケニル基、ハロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アルキルエステル基、または芳香族環基などを有することができる。
【００２１】
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。
【００２２】
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基などのＣ１−Ｃ８の直鎖状または分枝状を有するものが挙げられる。
【００２３】
アリール基としては、ベンジル基、フェニル基のようなＣ６−Ｃ２０の炭化水素環基が挙げられる。
【００２４】
アルケニル基としては、好ましくは、Ｃ２−Ｃ７のアルケニル基であって、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、キシレン基などが挙げられる。
【００２５】
ハロアルキル基としては、好ましくはＣ１−Ｃ４のハロゲン化アルキル基であり、フルオロメチル基などが挙げられる。
【００２６】
アルコキシ基としては、好ましくは、Ｃ１−Ｃ６の直鎖または分枝状のものであり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられる。
【００２７】
ジアルキルアミノ基としては、好ましくは、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基のようなＣ１−Ｃ６のアルキル基を含むものが挙げられる。
【００２８】
ジアリールアミノ基としては、好ましくは、ジフェニルアミノ基のようなＣ６−Ｃ１０のアリール基を含むものが挙げられる。
【００２９】
アルキルエステル基としては、好ましくは、Ｃ１−Ｃ１０のものが用いられうる。
【００３０】
芳香族環基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基のようなＣ６−Ｃ２０のものでありうる。さらに、フェニレン、フェニレンビニレン、チオフェン、フルオレン及びスピロフルオレンなどを含む置換基であってもよい。
【００３１】
芳香族環基は、置換基を有することができ、この際、置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルケニル基、ハロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アルキルエステル基などが挙げられる。
【００３２】
また、前記置換基は、フラーレンの複数の炭素と結合していてもよい。例えば、フラーレン骨格上にシクロプロパン、シクロブタンなどの炭化水素環や複素環などの架橋構造を与える置換基を用いてもよい。上記架橋構造を与える置換基は、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルケニル基、ハロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アルキルエステル基などと結合していてもよい。
【００３３】
なお、フラーレン化合物の誘導体においては、１つの置換基がフラーレンのいずれかの炭素と結合していてもよく、複数の置換基がフラーレンの複数の炭素と結合していてもよい。後者の場合、複数の置換基は同一であっても異なるものであってもよい。
【００３４】
例えば、Ｃ６０（化学式３）及びその誘導体（化学式４〜１３）として、下記化学式３〜１３のような化合物を含むことができる。なお、下記化学式では、置換基の種類や結合形態を模式的に示したのみであり、置換基の数などは下記に限定されず、また下記化学式３〜１３が適当に組み合わせられていてもよい。
【００３５】
【化２−１】
【００３６】
【化２−２】
【００３７】
また、前記電子阻止層は、前記フラーレン化合物またはその誘導体のＬＵＭＯレベルをさらに低くする他の材料をさらに含むことができる。例えば、前記フラーレン化合物またはその誘導体にアルカリ金属をさらに含むことができる。
【００３８】
かかる電子阻止層は、例えば、真空蒸着法、またはスピンコーティング法、インクジェット法、スプレーコーティング法、ディップコーティング法のような湿式塗布方法によって形成できる。なお、電子阻止層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００３９】
前記電子阻止層の上部には、好ましくは、さらに第２有機層が形成される。この際、前記第２有機層は、正孔輸送層であることが好ましい。前記正孔輸送層は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法など、多様な方法を利用して形成できる。好ましくは、均一な膜質を得やすく、またピンホールが発生し難いという点で、真空蒸着法によって形成する。真空蒸着法によって正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件及びコーティング条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲のうちから選択される。なお、正孔輸送層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００４０】
前記正孔輸送層を形成する物質は特別に制限されず、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）などが用いられうる。
【００４１】
次に、好ましくは、前記正孔輸送層の上部に発光層が導入される。前記発光層の材料は、特別に制限されるものではないが、例えば、オキサジアゾールダイマー染料（Ｂｉｓ−ＤＡＰＯＸＰ）、スピロ化合物（Ｓｐｉｒｏ−ＤＰＶＢｉ、Ｓｐｉｒｏ−６Ｐ）、トリアリールアミン化合物、ビス（スチリル）アミン（ＤＰＶＢｉ、ＤＳＡ）、４，４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（ＴＰＢｅ）、９Ｈ−カルバゾール−３，３’−（１，４−フェニレン−ジ−２，１−エテン−ジイル）ビス［９−エチル−（９Ｃ）］（ＢＣｚＶＢ）、４，４−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［ジ−ｐ−トリルアミノ］スチリル］スチルベン（ＤＰＡＶＢ）、４，４’−ビス［４−（ジフェニルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＢＤＡＶＢｉ）、ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（ＩＩＩ）（ＦＩｒＰｉｃ）など（以上、青色）；３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−（ジエチルアミノ）クマリン（Ｃｏｕｍａｒｉｎ ６）、２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−１０−（２−ベンゾチアゾリル）キノリジノ−［９，９ａ，１ｇｈ］クマリン（Ｃ５４５Ｔ）、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−キナクリドン（ＤＭＱＡ）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）など（以上、緑色）；テトラフェニルナフタセン（ルブレン）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、ビス（２−ベンゾ［ｂ］チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトネート）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（ジベンゾイルメタン）フェナントリンユウロピウム（ＩＩＩ）（Ｅｕ（ｄｂｍ）３（ｐｈｅｎ））、トリス［４，４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−（２，２’）−ビピリジン］ルテニウム（ＩＩＩ）錯体（Ｒｕ（ｄｔｂ−ｂｐｙ）３＊２（ＰＦ６））、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、Ｅｕ（三フッ化テノイルアセトン）３（（Ｅｕ（ＴＴＡ）３）、ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン）（ＤＣＪＴＢ）など（以上、赤色）を使用できる。また、高分子発光物質としては、フェニレン系、フェニレンビニレン系、チオフェン系、フルオレン系及びスピロフルオレン系高分子のような高分子と窒素とを含む芳香族化合物などを含むことができる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００４２】
場合によって、前記発光層は、発光層ホストに発光ドーパントをさらに付加して調製されうる。蛍光発光型ホストの材料としては、例えば、トリス（８−ヒドロキシ−キノリナート）アルミニウム（Ａｌｑ３）、９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＡＮＤ）、３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジメチルフェニル（ＤＰＶＢｉ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジメチルフェニル（ｐ−ＤＭＤＰＶＢｉ）、ｔｅｒｔ（９，９−ジアリールフルオレン）ｓ（ＴＤＡＦ）、２−（９，９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレン（ＢＳＤＦ）、２，７−ビス（９，９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレン（ＴＳＤＦ）、ビス（９，９−ジアリールフルオレン）ｓ（ＢＤＡＦ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル（ｐ−ＴＤＰＶＢｉ）などが挙げられる。リン光型ホストの材料としては、例えば、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、１，３，５−トリス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｔＣＰ）、４，４’，４”−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’−ビス（９−カルバゾリル）−２，２’−ジメチル−ビフェニル（ＣＢＤＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジメチル−フルオレン（ＤＭＦＬ−ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−４ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジ−トリル−フルオレン（ＤＰＦＬ−ＣＢＰ）、９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−２ＣＢＰ）などが用いられうる。
【００４３】
前記ドーパントとしては、例えば、ＰＱＩｒ、ＰＱＩｒ（ａｃａｃ）、ＰＱ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、ＰＩＱＩｒ（ａｃａｃ）（ＰＱ：２−フェニルキノリン、ａｃａｃ：アセチルアセトネート）など、公知の材料が用いられうる。ドーパントの含有量は、発光層形成材料によって可変的であるが、一般的に、発光層の形成材料（ホストとドーパントとの総質量）１００質量部を基準として、３０ないし８０質量部であることが好ましい。ドーパントの含有量が前記範囲を外れると、有機発光素子の発光特性が低下する場合がある。
【００４４】
発光層の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような方法を使用できる。なお、発光層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００４５】
前記発光層の上部には、好ましくは、電子輸送層が配置される。電子輸送層は、注入された電子の輸送能の高い物質からなることが好ましい。かかる電子輸送物質として、キノリン誘導体、特にＡｌｑ３、ＴＡＺ、Ｂａｌｑのような公知の材料を使用することができるが、これらに限定されるものではない。また一例として、下記化学式１４で表されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナートベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、およびその誘導体などを使用できる。併せて、前記電子輸送物質に金属酸化物を共に含むことができる。金属酸化物としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などの酸化物が挙げられる。
【００４６】
【化３】
【００４７】
電子輸送層上には、好ましくは、電子注入層が配置される。電子注入層は、第２電極から電子の注入を容易にする機能を有し、必要によって省略することもできる。かような電子注入層は、例えば、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯのような物質を利用して形成できる。
【００４８】
前記電子輸送層及び電子注入層も、例えば、真空蒸着法、またはスピンコーティング法、キャスト法のような方法によって積層して形成でき、それぞれの蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲のうちから選択されうる。また、電子輸送層および電子注入層の厚みは、それぞれ、特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００４９】
最後に、電子注入層上部に、カソード電極として第２電極を形成する。前記第２電極は、小さい仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物及びそれらの混合物を使用できる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などが挙げられる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、ＩＺＯを使用した透過型材料を使用することもできる。
【００５０】
かかる第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法のような方法によって形成されうる。なお、第２電極の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００５１】
以上で述べたように、発光層と有機層との間、より好ましくは、第1電極と発光層との間に形成される第１有機層（正孔注入層）と第２有機層（正孔輸送層）との間に電子阻止層を具備する有機発光素子の構造によれば、前記電子阻止層が前記第１有機層（正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有することによって、電子をトラップする役割を行える。従って、発光層を通過した過剰電流が第１有機層（正孔注入層）に移動することを防止し、寿命特性を改善できる。
【００５２】
以下、図１に図示された有機発光素子以外に、発光層と第１電極との間の複数の有機層の間に電子阻止層を配置した多様な実施形態について説明する。
【００５３】
以下の実施形態で、有機層は、正孔注入層または正孔輸送層である。
【００５４】
以下で説明する実施形態で、各層の材料または形成方法は、図１で説明したところと同一であるので、それらの具体的な記載は省略する。従って、以下の実施形態では、図１と異なる構造を中心に説明する。
【００５５】
図２を参照すれば、第１電極と発光層との間に、正孔輸送層を複数層で形成する。すなわち、第１電極上に第１有機層（第１正孔輸送層）を形成し、第１有機層（第１正孔輸送層）上に第２有機層（第２正孔輸送層）をさらに形成する。そして、前記第１有機層（第１正孔輸送層）と前記第２有機層（第２正孔輸送層）との間に、電子阻止層を配置する。
【００５６】
前記電子阻止層は、前記第１有機層（第１正孔輸送層）より低いＬＵＭＯレベルを有することによって、発光層を通過した過剰電流が第１正孔輸送層に移動することを防止できる。
【００５７】
前記第１正孔輸送層と第２正孔輸送層は、それぞれ同じ物質から形成されてもよく、異なる物質形成されてもよい。異なる物質からなる場合、注入された正孔を発光層に容易に輸送できるように、それぞれの位置に適した材料を選択できる。
【００５８】
さらに、好ましくは、前記第１電極と前記第１有機層（第1正孔輸送層）との間に、正孔注入層を形成する。
【００５９】
他の構造の例として、図３を参照すれば、正孔注入層を複数層で形成し、複数の正孔注入層間に、電子阻止層を形成する構造を例示する。
【００６０】
具体的には、第１電極上に第１有機層（第１正孔注入層）を形成し、前記第１有機層（第１正孔注入層）上に電子阻止層を形成し、前記電子阻止層上に第２有機層（第２正孔注入層）を形成する。そして、好ましくは、前記第２有機層（第２正孔注入層）と発光層との間に正孔輸送層を形成する。ただし、正孔輸送層は省略してもよい。
【００６１】
電子阻止層は、第１有機層（第１正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有することによって、発光層から注入された過剰電子を実質的にトラップする機能を行う。従って、有機発光素子の寿命特性向上に寄与できる。
【００６２】
さらに他の構造例として、図４を参照すれば、複数の電子阻止層が形成される。
【００６３】
具体的に、第１電極上に第１有機層（第１正孔注入層）が形成され、第１有機層（第１正孔注入層）上に第１電子阻止層が配置され、第１電子阻止層上に第２有機層（第２正孔注入層）が形成される。ここで、第１電子阻止層に、第１有機層（第１正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有する材料を用いると、過剰電子をトラップする機能を行うことができるため好ましい。
【００６４】
そして、第２有機層（第２正孔注入層）上に第３電子阻止層が配置され、第３電子阻止層上に第３有機層（第１正孔輸送層）が配される。第３電子阻止層に、第２有機層（第２正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有する材料を用いることによって、過剰電子が第２有機層（第２正孔注入層）に移動することを防止できる。
【００６５】
第３有機層（第１正孔輸送層）上には、第２電子阻止層、第４有機層（第２正孔輸送層）及び発光層が順次に積層される。前記第２電子阻止層に、前記第３有機層（第１正孔輸送層）より低いＬＵＭＯレベルを有する材料を用いることによって、過剰電子の第１正孔輸送層に移動することを防止できる。
【００６６】
前記説明した構造例を以外にも、発光層と第１電極との間に正孔輸送層、または正孔注入層内に電子阻止層を配置したいかなる構造でも本発明に含まれうる。ただし、前記電子阻止層は、前記第１電極と接することがあってはならず、第１電極にさらに近い有機層（正孔輸送層または正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有するものでなければならない。
【実施例】
【００６７】
本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に示す形態のみに制限されるわけではない。
【００６８】
有機発光素子の寿命を評価するために、本発明による有機発光素子（以下、「実験例」という）と、その比較対象として電子阻止層を含まない有機発光素子（以下、「比較例」という）とを作製した。
【００６９】
＜実験例＞
次のような構造を有する有機発光素子を製作した。
【００７０】
第１電極、すなわちアノード電極として、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）社の１５Ω／ｃｍ２（１，２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍサイズに切り、イソプロピルアルコールと純水との中でそれぞれ５分間超音波洗浄を行った後、３０分間紫外線を照射し、オゾン（Ｏ３）に露出させて洗浄し、真空蒸着装置に設置した。
【００７１】
前記ガラス基板の上部に、はじめに正孔注入層として、ｍ−ＭＴＤＡＴＡを真空蒸着し、５００Å厚に形成した。正孔注入層のＬＵＭＯレベルは、約−２．１ｅＶであった。次に、電子阻止層としてＣ６０を真空蒸着し、５０Å厚さに形成した。電子阻止層のＬＵＭＯレベルは、およそ−４．４ｅＶであった。次に、正孔輸送層として、α−ＮＰＤを真空蒸着して２００Å厚に形成した。正孔輸層層のＬＵＭＯレベルは、およそ−２．４ｅＶであった。次に、発光層として、リン光ホストであるＣＢＰと、ドーパントであるＰＱ２Ｉｒ（ａｃａｃ）とを４００Å厚に形成した。そして電子輸送層として、Ａｌｑ３を３００Å厚に蒸着した後、前記電子輸送層の上部に電子注入層として、ＬｉＦを５Å厚に蒸着した。その後、第２電極としてカソード電極を、Ａｌを使用して１，０００Å厚に真空蒸着することによって、有機発光素子を作製した。
【００７２】
＜比較例＞
電子阻止層を形成しなかったことを除いては、前記実施例と同様の方法で有機発光素子を作製した。
【００７３】
＜評価例：寿命特性評価＞
前記実施例と比較例とで作製した有機発光素子の輝度をＰＲ６５０（Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、ＰＨＯＴＯ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＣ．社製）を利用して経時的に評価し、その結果を図５に示した。図５は、時間対輝度を示したものであり、有機発光素子の初期輝度を１００％としたとき、これに対する経時的な輝度の変化率を表した。
【００７４】
図５によれば、製品適用のための輝度信頼性基準を９０％とすれば、実施例による有機発光素子（ａ）は、１７０時間ほどの寿命を有するが、比較例による有機発光素子（ｂ）は、９５時間ほどの寿命を有するということを確認することができる。よって、本発明による有機発光素子は、優秀な寿命特性を有するということが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明寿命を向上させた有機発光素子は、例えば、発光素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）は、自発光型素子であって、視野角が広く、かつコントラストに優れるだけではなく、応答時間が短いという長所を有するために、大きな注目を集めている。また、前記有機発光素子は、駆動電圧及び応答速度特性に優れ、多色化が可能であるという点で多くの研究がなされている。
【０００３】
有機発光素子は、一般的に、アノード／有機物層／カソードの積層構造を有し、前記有機物層は、発光層として機能する。また前記有機物層は複数の層からなり、発光層を始めとして、正孔注入層、正孔輸送層及び電子注入層としての機能もさらに行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる有機発光素子は、多様な長所を有するにもかかわらず、製品に適用し難い。その最も大きな理由は、適正な信頼性を示す寿命特性が得られないという問題である。
【０００５】
そこで本発明は、寿命特性を向上させた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】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板上に形成された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、前記発光層と前記第１電極との間に形成された有機層と、前記発光層と前記有機層との間に形成され、前記有機層より低いＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、最低非占有分子軌道）レベルを有する電子阻止層とを備える有機発光素子を提供する。
【０００７】
また本発明は、基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、前記第１電極と前記発光層との間に形成された複数の有機層と、前記複数の有機層間に形成された電子阻止層とを備える有機発光素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による有機発光素子は、発光層と第１電極との間に有機層を具備し、前記発光層と有機層との間に電子阻止層を具備する。従って、発光層を通過した過剰電子が有機層に移動することを防止し、有機発光素子の寿命特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による有機発光素子の一実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明による有機発光素子の他の実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図３】本発明による有機発光素子のさらに他の実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図４】本発明による有機発光素子のさらに他の実施形態の構造を概略的に示した断面図である。
【図５】本発明による有機発光素子の寿命特性を示す時間−輝度グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明による有機発光素子の一実施形態の構造を、概略的に図示した断面図である。本実施形態では、基板、前記基板上に形成される第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成される発光層とを有し、発光層と第１電極との間に配置された２つの有機層間に電子阻止層が挿入された構造である。具体的には、前記２つの有機層は、第１有機層（正孔注入層）および第２有機層（正孔輸送層）である。
【００１２】
図１に示された有機発光素子は、基板、第１電極、正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、電子阻止層、正孔輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）、電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、電子注入層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、及び第２電極を積層して具備している。ここで、電子輸送層及び／または電子注入層は、省略可能である。
【００１３】
前記基板は、一般的な有機発光素子で使われる基板を使用できる。前記基板の例として、機械的強度、熱的安定性、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性に優れるガラス基板または透明プラスチック基板を使用できる。前記基板と第１電極との間には、平坦化膜、絶縁層（図示せず）などを必要に応じて配置してもよい。なお、基板の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００１４】
基板上部には、第１電極が備えられる。前記第１電極は、赤色、緑色、青色の副画素別にパターニングされ、本実施形態で前記第１電極は、アノードである。前記第１電極は、透明電極、半透明電極または反射電極であってよく、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを利用して形成できるが、これらに限定されるものではない。また、互いに異なる２以上の物質を利用して二層以上の構造を有することができるなど、多様な変形が可能である。なお、第１電極の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００１５】
前記第１有機層および第２有機層は、好ましくは、正孔注入層または正孔輸送層である。図１の実施形態では、前記第１有機層は、正孔注入層であるが、本発明は当該形態に限定されず、第１有機層および第２有機層は同じ層であってもよく、異なる層であってもよく、後者の場合は図に示される形態以外に、第１有機層が正孔輸送層で第２有機層が正孔注入層であってもよい。
【００１６】
前記正孔注入層は、例えば、真空熱蒸着またはスピンコーティングによって選択的に形成できる。ここで正孔注入層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。前記正孔注入層を形成する物質は、公知の正孔注入材料から選択され、例えば、米国特許第４，３５６，４２９号明細書に開示された銅フタロシアニンのようなフタロシアニン化合物、またはＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，６，ｐ．６７７（１９９４）に記載されているスターバスト型アミン誘導体類であるＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＰＢ、溶解性のある伝導性高分子であるポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ）またはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／カンフルスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＣＳＡ（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ／Ｃａｍｐｈｏｒ ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）またはポリアニリン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）などを使用できるが、これらに限定されるものではない。ＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの構造を下記化学式１、２に示す。
【００１７】
【化１】
【００１８】
前記第１有機層（正孔注入層）の上部に、電子阻止層が配置される。電子阻止層は、前記第１有機層より低い最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のレベルを有する。従って、発光層を通過した過剰電子のトラップとして作用する。さらに具体的には、前記電子阻止層は、発光層を通過した過剰電子が第１有機層に移動することを最大限に防止し、寿命低下を抑制できる。
【００１９】
かかる電子阻止層は、第１有機層（正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有する物質から形成される。前記電子阻止層は、好ましくは、フラーレン化合物またはその誘導体から形成される。前記フラーレン化合物は、例えば、Ｃ６０を始めとして、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４、Ｃ９０、Ｃ９６などでありうる。
【００２０】
また、置換基を有するフラーレン化合物の誘導体を用いてもよい。置換基としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルケニル基、ハロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アルキルエステル基、または芳香族環基などを有することができる。
【００２１】
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。
【００２２】
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基などのＣ１−Ｃ８の直鎖状または分枝状を有するものが挙げられる。
【００２３】
アリール基としては、ベンジル基、フェニル基のようなＣ６−Ｃ２０の炭化水素環基が挙げられる。
【００２４】
アルケニル基としては、好ましくは、Ｃ２−Ｃ７のアルケニル基であって、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、キシレン基などが挙げられる。
【００２５】
ハロアルキル基としては、好ましくはＣ１−Ｃ４のハロゲン化アルキル基であり、フルオロメチル基などが挙げられる。
【００２６】
アルコキシ基としては、好ましくは、Ｃ１−Ｃ６の直鎖または分枝状のものであり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられる。
【００２７】
ジアルキルアミノ基としては、好ましくは、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基のようなＣ１−Ｃ６のアルキル基を含むものが挙げられる。
【００２８】
ジアリールアミノ基としては、好ましくは、ジフェニルアミノ基のようなＣ６−Ｃ１０のアリール基を含むものが挙げられる。
【００２９】
アルキルエステル基としては、好ましくは、Ｃ１−Ｃ１０のものが用いられうる。
【００３０】
芳香族環基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基のようなＣ６−Ｃ２０のものでありうる。さらに、フェニレン、フェニレンビニレン、チオフェン、フルオレン及びスピロフルオレンなどを含む置換基であってもよい。
【００３１】
芳香族環基は、置換基を有することができ、この際、置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルケニル基、ハロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アルキルエステル基などが挙げられる。
【００３２】
また、前記置換基は、フラーレンの複数の炭素と結合していてもよい。例えば、フラーレン骨格上にシクロプロパン、シクロブタンなどの炭化水素環や複素環などの架橋構造を与える置換基を用いてもよい。上記架橋構造を与える置換基は、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルケニル基、ハロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アルキルエステル基などと結合していてもよい。
【００３３】
なお、フラーレン化合物の誘導体においては、１つの置換基がフラーレンのいずれかの炭素と結合していてもよく、複数の置換基がフラーレンの複数の炭素と結合していてもよい。後者の場合、複数の置換基は同一であっても異なるものであってもよい。
【００３４】
例えば、Ｃ６０（化学式３）及びその誘導体（化学式４〜１３）として、下記化学式３〜１３のような化合物を含むことができる。なお、下記化学式では、置換基の種類や結合形態を模式的に示したのみであり、置換基の数などは下記に限定されず、また下記化学式３〜１３が適当に組み合わせられていてもよい。
【００３５】
【化２−１】
【００３６】
【化２−２】
【００３７】
また、前記電子阻止層は、前記フラーレン化合物またはその誘導体のＬＵＭＯレベルをさらに低くする他の材料をさらに含むことができる。例えば、前記フラーレン化合物またはその誘導体にアルカリ金属をさらに含むことができる。
【００３８】
かかる電子阻止層は、例えば、真空蒸着法、またはスピンコーティング法、インクジェット法、スプレーコーティング法、ディップコーティング法のような湿式塗布方法によって形成できる。なお、電子阻止層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００３９】
前記電子阻止層の上部には、好ましくは、さらに第２有機層が形成される。この際、前記第２有機層は、正孔輸送層であることが好ましい。前記正孔輸送層は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法など、多様な方法を利用して形成できる。好ましくは、均一な膜質を得やすく、またピンホールが発生し難いという点で、真空蒸着法によって形成する。真空蒸着法によって正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件及びコーティング条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲のうちから選択される。なお、正孔輸送層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００４０】
前記正孔輸送層を形成する物質は特別に制限されず、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）などが用いられうる。
【００４１】
次に、好ましくは、前記正孔輸送層の上部に発光層が導入される。前記発光層の材料は、特別に制限されるものではないが、例えば、オキサジアゾールダイマー染料（Ｂｉｓ−ＤＡＰＯＸＰ）、スピロ化合物（Ｓｐｉｒｏ−ＤＰＶＢｉ、Ｓｐｉｒｏ−６Ｐ）、トリアリールアミン化合物、ビス（スチリル）アミン（ＤＰＶＢｉ、ＤＳＡ）、４，４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（ＴＰＢｅ）、９Ｈ−カルバゾール−３，３’−（１，４−フェニレン−ジ−２，１−エテン−ジイル）ビス［９−エチル−（９Ｃ）］（ＢＣｚＶＢ）、４，４−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［ジ−ｐ−トリルアミノ］スチリル］スチルベン（ＤＰＡＶＢ）、４，４’−ビス［４−（ジフェニルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＢＤＡＶＢｉ）、ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（ＩＩＩ）（ＦＩｒＰｉｃ）など（以上、青色）；３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−（ジエチルアミノ）クマリン（Ｃｏｕｍａｒｉｎ ６）、２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−１０−（２−ベンゾチアゾリル）キノリジノ−［９，９ａ，１ｇｈ］クマリン（Ｃ５４５Ｔ）、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−キナクリドン（ＤＭＱＡ）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）など（以上、緑色）；テトラフェニルナフタセン（ルブレン）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、ビス（２−ベンゾ［ｂ］チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトネート）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（ジベンゾイルメタン）フェナントリンユウロピウム（ＩＩＩ）（Ｅｕ（ｄｂｍ）３（ｐｈｅｎ））、トリス［４，４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−（２，２’）−ビピリジン］ルテニウム（ＩＩＩ）錯体（Ｒｕ（ｄｔｂ−ｂｐｙ）３＊２（ＰＦ６））、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、Ｅｕ（三フッ化テノイルアセトン）３（（Ｅｕ（ＴＴＡ）３）、ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン）（ＤＣＪＴＢ）など（以上、赤色）を使用できる。また、高分子発光物質としては、フェニレン系、フェニレンビニレン系、チオフェン系、フルオレン系及びスピロフルオレン系高分子のような高分子と窒素とを含む芳香族化合物などを含むことができる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００４２】
場合によって、前記発光層は、発光層ホストに発光ドーパントをさらに付加して調製されうる。蛍光発光型ホストの材料としては、例えば、トリス（８−ヒドロキシ−キノリナート）アルミニウム（Ａｌｑ３）、９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＡＮＤ）、３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジメチルフェニル（ＤＰＶＢｉ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジメチルフェニル（ｐ−ＤＭＤＰＶＢｉ）、ｔｅｒｔ（９，９−ジアリールフルオレン）ｓ（ＴＤＡＦ）、２−（９，９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレン（ＢＳＤＦ）、２，７−ビス（９，９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９’−スピロビフルオレン（ＴＳＤＦ）、ビス（９，９−ジアリールフルオレン）ｓ（ＢＤＡＦ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４’−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル（ｐ−ＴＤＰＶＢｉ）などが挙げられる。リン光型ホストの材料としては、例えば、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、１，３，５−トリス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｔＣＰ）、４，４’，４”−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’−ビス（９−カルバゾリル）−２，２’−ジメチル−ビフェニル（ＣＢＤＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジメチル−フルオレン（ＤＭＦＬ−ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−４ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジ−トリル−フルオレン（ＤＰＦＬ−ＣＢＰ）、９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−２ＣＢＰ）などが用いられうる。
【００４３】
前記ドーパントとしては、例えば、ＰＱＩｒ、ＰＱＩｒ（ａｃａｃ）、ＰＱ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、ＰＩＱＩｒ（ａｃａｃ）（ＰＱ：２−フェニルキノリン、ａｃａｃ：アセチルアセトネート）など、公知の材料が用いられうる。ドーパントの含有量は、発光層形成材料によって可変的であるが、一般的に、発光層の形成材料（ホストとドーパントとの総質量）１００質量部を基準として、３０ないし８０質量部であることが好ましい。ドーパントの含有量が前記範囲を外れると、有機発光素子の発光特性が低下する場合がある。
【００４４】
発光層の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような方法を使用できる。なお、発光層の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００４５】
前記発光層の上部には、好ましくは、電子輸送層が配置される。電子輸送層は、注入された電子の輸送能の高い物質からなることが好ましい。かかる電子輸送物質として、キノリン誘導体、特にＡｌｑ３、ＴＡＺ、Ｂａｌｑのような公知の材料を使用することができるが、これらに限定されるものではない。また一例として、下記化学式１４で表されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナートベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、およびその誘導体などを使用できる。併せて、前記電子輸送物質に金属酸化物を共に含むことができる。金属酸化物としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などの酸化物が挙げられる。
【００４６】
【化３】
【００４７】
電子輸送層上には、好ましくは、電子注入層が配置される。電子注入層は、第２電極から電子の注入を容易にする機能を有し、必要によって省略することもできる。かような電子注入層は、例えば、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯのような物質を利用して形成できる。
【００４８】
前記電子輸送層及び電子注入層も、例えば、真空蒸着法、またはスピンコーティング法、キャスト法のような方法によって積層して形成でき、それぞれの蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲のうちから選択されうる。また、電子輸送層および電子注入層の厚みは、それぞれ、特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００４９】
最後に、電子注入層上部に、カソード電極として第２電極を形成する。前記第２電極は、小さい仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物及びそれらの混合物を使用できる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などが挙げられる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、ＩＺＯを使用した透過型材料を使用することもできる。
【００５０】
かかる第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法のような方法によって形成されうる。なお、第２電極の厚みは特に制限されず、公知の厚みと同様でありうる。
【００５１】
以上で述べたように、発光層と有機層との間、より好ましくは、第1電極と発光層との間に形成される第１有機層（正孔注入層）と第２有機層（正孔輸送層）との間に電子阻止層を具備する有機発光素子の構造によれば、前記電子阻止層が前記第１有機層（正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有することによって、電子をトラップする役割を行える。従って、発光層を通過した過剰電流が第１有機層（正孔注入層）に移動することを防止し、寿命特性を改善できる。
【００５２】
以下、図１に図示された有機発光素子以外に、発光層と第１電極との間の複数の有機層の間に電子阻止層を配置した多様な実施形態について説明する。
【００５３】
以下の実施形態で、有機層は、正孔注入層または正孔輸送層である。
【００５４】
以下で説明する実施形態で、各層の材料または形成方法は、図１で説明したところと同一であるので、それらの具体的な記載は省略する。従って、以下の実施形態では、図１と異なる構造を中心に説明する。
【００５５】
図２を参照すれば、第１電極と発光層との間に、正孔輸送層を複数層で形成する。すなわち、第１電極上に第１有機層（第１正孔輸送層）を形成し、第１有機層（第１正孔輸送層）上に第２有機層（第２正孔輸送層）をさらに形成する。そして、前記第１有機層（第１正孔輸送層）と前記第２有機層（第２正孔輸送層）との間に、電子阻止層を配置する。
【００５６】
前記電子阻止層は、前記第１有機層（第１正孔輸送層）より低いＬＵＭＯレベルを有することによって、発光層を通過した過剰電流が第１正孔輸送層に移動することを防止できる。
【００５７】
前記第１正孔輸送層と第２正孔輸送層は、それぞれ同じ物質から形成されてもよく、異なる物質形成されてもよい。異なる物質からなる場合、注入された正孔を発光層に容易に輸送できるように、それぞれの位置に適した材料を選択できる。
【００５８】
さらに、好ましくは、前記第１電極と前記第１有機層（第1正孔輸送層）との間に、正孔注入層を形成する。
【００５９】
他の構造の例として、図３を参照すれば、正孔注入層を複数層で形成し、複数の正孔注入層間に、電子阻止層を形成する構造を例示する。
【００６０】
具体的には、第１電極上に第１有機層（第１正孔注入層）を形成し、前記第１有機層（第１正孔注入層）上に電子阻止層を形成し、前記電子阻止層上に第２有機層（第２正孔注入層）を形成する。そして、好ましくは、前記第２有機層（第２正孔注入層）と発光層との間に正孔輸送層を形成する。ただし、正孔輸送層は省略してもよい。
【００６１】
電子阻止層は、第１有機層（第１正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有することによって、発光層から注入された過剰電子を実質的にトラップする機能を行う。従って、有機発光素子の寿命特性向上に寄与できる。
【００６２】
さらに他の構造例として、図４を参照すれば、複数の電子阻止層が形成される。
【００６３】
具体的に、第１電極上に第１有機層（第１正孔注入層）が形成され、第１有機層（第１正孔注入層）上に第１電子阻止層が配置され、第１電子阻止層上に第２有機層（第２正孔注入層）が形成される。ここで、第１電子阻止層に、第１有機層（第１正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有する材料を用いると、過剰電子をトラップする機能を行うことができるため好ましい。
【００６４】
そして、第２有機層（第２正孔注入層）上に第３電子阻止層が配置され、第３電子阻止層上に第３有機層（第１正孔輸送層）が配される。第３電子阻止層に、第２有機層（第２正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有する材料を用いることによって、過剰電子が第２有機層（第２正孔注入層）に移動することを防止できる。
【００６５】
第３有機層（第１正孔輸送層）上には、第２電子阻止層、第４有機層（第２正孔輸送層）及び発光層が順次に積層される。前記第２電子阻止層に、前記第３有機層（第１正孔輸送層）より低いＬＵＭＯレベルを有する材料を用いることによって、過剰電子の第１正孔輸送層に移動することを防止できる。
【００６６】
前記説明した構造例を以外にも、発光層と第１電極との間に正孔輸送層、または正孔注入層内に電子阻止層を配置したいかなる構造でも本発明に含まれうる。ただし、前記電子阻止層は、前記第１電極と接することがあってはならず、第１電極にさらに近い有機層（正孔輸送層または正孔注入層）より低いＬＵＭＯレベルを有するものでなければならない。
【実施例】
【００６７】
本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に示す形態のみに制限されるわけではない。
【００６８】
有機発光素子の寿命を評価するために、本発明による有機発光素子（以下、「実験例」という）と、その比較対象として電子阻止層を含まない有機発光素子（以下、「比較例」という）とを作製した。
【００６９】
＜実験例＞
次のような構造を有する有機発光素子を製作した。
【００７０】
第１電極、すなわちアノード電極として、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）社の１５Ω／ｃｍ２（１，２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍサイズに切り、イソプロピルアルコールと純水との中でそれぞれ５分間超音波洗浄を行った後、３０分間紫外線を照射し、オゾン（Ｏ３）に露出させて洗浄し、真空蒸着装置に設置した。
【００７１】
前記ガラス基板の上部に、はじめに正孔注入層として、ｍ−ＭＴＤＡＴＡを真空蒸着し、５００Å厚に形成した。正孔注入層のＬＵＭＯレベルは、約−２．１ｅＶであった。次に、電子阻止層としてＣ６０を真空蒸着し、５０Å厚さに形成した。電子阻止層のＬＵＭＯレベルは、およそ−４．４ｅＶであった。次に、正孔輸送層として、α−ＮＰＤを真空蒸着して２００Å厚に形成した。正孔輸層層のＬＵＭＯレベルは、およそ−２．４ｅＶであった。次に、発光層として、リン光ホストであるＣＢＰと、ドーパントであるＰＱ２Ｉｒ（ａｃａｃ）とを４００Å厚に形成した。そして電子輸送層として、Ａｌｑ３を３００Å厚に蒸着した後、前記電子輸送層の上部に電子注入層として、ＬｉＦを５Å厚に蒸着した。その後、第２電極としてカソード電極を、Ａｌを使用して１，０００Å厚に真空蒸着することによって、有機発光素子を作製した。
【００７２】
＜比較例＞
電子阻止層を形成しなかったことを除いては、前記実施例と同様の方法で有機発光素子を作製した。
【００７３】
＜評価例：寿命特性評価＞
前記実施例と比較例とで作製した有機発光素子の輝度をＰＲ６５０（Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、ＰＨＯＴＯ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＣ．社製）を利用して経時的に評価し、その結果を図５に示した。図５は、時間対輝度を示したものであり、有機発光素子の初期輝度を１００％としたとき、これに対する経時的な輝度の変化率を表した。
【００７４】
図５によれば、製品適用のための輝度信頼性基準を９０％とすれば、実施例による有機発光素子（ａ）は、１７０時間ほどの寿命を有するが、比較例による有機発光素子（ｂ）は、９５時間ほどの寿命を有するということを確認することができる。よって、本発明による有機発光素子は、優秀な寿命特性を有するということが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明寿命を向上させた有機発光素子は、例えば、発光素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、
前記発光層と前記第１電極との間に形成された有機層と、
前記発光層と前記有機層との間に形成され、前記有機層より低いＬＵＭＯレベルを有する電子阻止層とを備えることを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記電子阻止層は、フラーレン化合物またはその誘導体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。
【請求項３】
前記有機層は、正孔注入層または正孔輸送層であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
基板と、
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、
前記第１電極と前記発光層との間に形成された複数の有機層と、
前記複数の有機層間に形成された電子阻止層とを備えることを特徴とする有機発光素子。
【請求項５】
前記複数の有機層は、前記第１電極上に形成された第１有機層と、
前記第１有機層上に形成された第２有機層とを備え、
前記電子阻止層は、前記第１有機層と前記第２有機層との間に配置され、前記第１有機層より低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記第１有機層は、正孔注入層または正孔輸送層であることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記第２有機層は、正孔注入層または正孔輸送層であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機発光素子。
【請求項８】
前記電子阻止層は、フラーレン化合物またはその誘導体を含むことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記第１有機層および前記第２有機層は、それぞれ正孔輸送層であり、
前記第１有機層と前記第１電極との間に配置された正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記第１有機層と前記第２有機層は、それぞれ正孔注入層であり、
前記第２有機層と前記発光層との間に配置された正孔輸送層をさらに備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１１】
前記複数の有機層は、第１電極上に積層されて形成される第１有機層、第２有機層、第３有機層及び第４有機層を有し、
前記電子阻止層は、前記第１有機層と第２有機層との間に配置された第１電子阻止層と、前記第３有機層と前記第４有機層との間に配置された第２電子阻止層とを備えることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記第１電子阻止層は、前記第１有機層より低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項１１に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記第２電子阻止層は、前記第１有機層もしくは第３有機層、または第１有機層及び第３有機層のいずれよりも低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
前記第２有機層と前記第３有機層との間に第３電子阻止層をさらに含み、前記第３電子阻止層は、前記第１有機層もしくは第２有機層、または第１有機層及び第２有機層のいずれよりも低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の有機発光素子。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、
前記発光層と前記第１電極との間に形成された有機層と、
前記発光層と前記有機層との間に形成され、前記有機層より低いＬＵＭＯレベルを有する電子阻止層とを備えることを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記電子阻止層は、フラーレン化合物またはその誘導体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。
【請求項３】
前記有機層は、正孔注入層または正孔輸送層であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
基板と、
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成された発光層と、
前記第１電極と前記発光層との間に形成された複数の有機層と、
前記複数の有機層間に形成された電子阻止層とを備えることを特徴とする有機発光素子。
【請求項５】
前記複数の有機層は、前記第１電極上に形成された第１有機層と、
前記第１有機層上に形成された第２有機層とを備え、
前記電子阻止層は、前記第１有機層と前記第２有機層との間に配置され、前記第１有機層より低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記第１有機層は、正孔注入層または正孔輸送層であることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記第２有機層は、正孔注入層または正孔輸送層であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機発光素子。
【請求項８】
前記電子阻止層は、フラーレン化合物またはその誘導体を含むことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記第１有機層および前記第２有機層は、それぞれ正孔輸送層であり、
前記第１有機層と前記第１電極との間に配置された正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記第１有機層と前記第２有機層は、それぞれ正孔注入層であり、
前記第２有機層と前記発光層との間に配置された正孔輸送層をさらに備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１１】
前記複数の有機層は、第１電極上に積層されて形成される第１有機層、第２有機層、第３有機層及び第４有機層を有し、
前記電子阻止層は、前記第１有機層と第２有機層との間に配置された第１電子阻止層と、前記第３有機層と前記第４有機層との間に配置された第２電子阻止層とを備えることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記第１電子阻止層は、前記第１有機層より低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項１１に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記第２電子阻止層は、前記第１有機層もしくは第３有機層、または第１有機層及び第３有機層のいずれよりも低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
前記第２有機層と前記第３有機層との間に第３電子阻止層をさらに含み、前記第３電子阻止層は、前記第１有機層もしくは第２有機層、または第１有機層及び第２有機層のいずれよりも低いＬＵＭＯレベルを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の有機発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２００４９３（Ｐ２００９−２００４９３Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３６８４９（Ｐ２００９−３６８４９）
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（３０８０４０３５１）三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（３０８０４０３５１）三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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