特許 5973661 有機発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5973661

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月23日

(54)【発明の名称】有機発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/50 20060101AFI20160809BHJP

   H05B 33/12 20060101ALI20160809BHJP

   H05B 33/02 20060101ALI20160809BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20160809BHJP

   H01L 27/32 20060101ALI20160809BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/22 A

   H05B33/12 C

   H05B33/14 A

   H05B33/02

   H05B33/22 B

   G09F9/30 365

【請求項の数】33

【全頁数】41

(21)【出願番号】特願2015-514907(P2015-514907)

(86)(22)【出願日】2013年5月31日

(65)【公表番号】特表2015-518287(P2015-518287A)

(43)【公表日】2015年6月25日

(86)【国際出願番号】KR2013004787

(87)【国際公開番号】WO2013180503

(87)【国際公開日】20131205

【審査請求日】2015年1月9日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0058232

(32)【優先日】2012年5月31日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】501426046

【氏名又は名称】エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ミンスー・カン

(72)【発明者】

【氏名】ジェウン・クウェン・ノ

(72)【発明者】

【氏名】ムン・キュ・ジョ

(72)【発明者】

【氏名】ユン・ヒェ・ハーム

【審査官】 濱野 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１２８６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００９７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８３７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２３４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２１４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２３０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０５１４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１７３７００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５１８４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５５０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１５２６５（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００７９７７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２２２９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００９６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５３５５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｇ０９Ｆ ９／３０

Ｈ０１Ｌ ２７／３２

Ｈ０５Ｂ ３３／０２

Ｈ０５Ｂ ３３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた２つ以上の発光ユニットとを含む有機発光素子であって、前記発光ユニットのうちの互いに隣接する２つの発光ユニットの間に電荷発生層が備えられ、前記互いに隣接する２つの発光ユニットのうちの第１電極により近く位置した発光ユニットと前記電荷発生層との間に電子輸送層が備えられ、前記電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層とを含み、
前記第１電子輸送層および前記第２電子輸送層は、それぞれ独立に、下記の構造式の化合物の中から選択される１種以上を含むことを特徴とする、有機発光素子。

【化1】

式中、
Ａｒは、アリール基であり、
Ｘは、下記の構造式の中から選択され、

【化2】

Ｚは、コアに連結される部分であり、
Ｒ１〜Ｒ５は、それぞれアルキル基または電子求引原子を含む基であり、
Ｒ１’〜Ｒ５’は、それぞれ電子求引原子を含む基である。

【請求項2】

前記第１電子輸送層は、前記第２電子輸送層と前記電荷発生層との間に備えられたことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。

【請求項3】

前記第２電極に隣接した発光ユニットと前記第２電極との間に追加の電子輸送層が備えられ、前記追加の電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層と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4】

前記第２電極と前記追加の電子輸送層との間には、追加の電荷発生層が備えられたことを特徴とする、請求項３に記載の有機発光素子。

【請求項5】

前記第２電極に隣接した発光ユニットと前記第２電極との間に追加の電荷発生層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6】

前記電荷発生層は、ｎ型有機物層と、ｐ型有機物層と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7】

前記電荷発生層のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位は、前記電荷発生層のｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と等しいかより大きい値を有することを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子。

【請求項8】

前記電荷発生層のｐ型有機物層は、ＨＯＭＯエネルギー準位が、前記電荷発生層のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差が２ｅＶ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子。

【請求項9】

前記電荷発生層のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位は、５ｅＶ〜７ｅＶであることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子。

【請求項10】

前記電荷発生層のｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位は、５ｅＶ以上であることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子。

【請求項11】

前記電荷発生層のｎ型有機物層は、下記の化学式２の化合物を含むことを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子。

【化3】

化学式２において、
Ａ^１〜Ａ^６は、それぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ_２）、スルホニル（−ＳＯ_２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ_２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ_３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ_３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１〜Ｃ_１２のアルコキシ、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１〜Ｃ_１２のアルキル、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_２〜Ｃ_１２のアルケニル、置換もしくは非置換の芳香族または非芳香族のヘテロ環、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、または置換もしくは非置換のアラルキルアミンであり、
ＲおよびＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換のＣ_１〜Ｃ_６０のアルキル、置換もしくは非置換のアリール、または置換もしくは非置換の５員〜７員ヘテロ環である。

【請求項12】

前記化学式２の化合物は、下記の化学式２−１〜２−６のうちのいずれか１つで表されることを特徴とする、請求項１１に記載の有機発光素子。

【化4】

【化5】

【化6】

【化7】

【化8】

【化9】

【請求項13】

前記第１電子輸送層の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、および金属化合物からなる群より選択される１種以上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14】

前記第１電子輸送層のｎ型ドーパントは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｈ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｅｍ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍｎ、および前記金属のうちの１以上の金属を含む金属化合物の中から選択された１以上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15】

前記第１電子輸送層のｎ型ドーパントは、第１電子輸送層の総重量を基準として、１〜５０重量％の含有量で含まれることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。

【請求項16】

前記第１電子輸送層の厚さは、５０オングストローム〜１００オングストロームであることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。

【請求項17】

前記第２電子輸送層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物または酸化物、または有機金属錯体によってドーピングされたことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。

【請求項18】

前記第２電子輸送層は、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＢａＦ_２、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２、ＢａＣｌ_２、ＬｉＯ_２、ＮａＯ_２、ＢｒＯ_２、Ｃｓ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉｑ、Ｎａｑ、およびＫｑの中から選択された１以上によってドーピングされたことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。

【請求項19】

前記第２電子輸送層中の金属塩、金属酸化物、または有機金属塩の含有量は、第２電子輸送層の総重量を基準として、１０〜５０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。

【請求項20】

前記第２電子輸送層の厚さは、５０オングストローム〜５００オングストロームであることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。

【請求項21】

前記発光ユニットは、１層以上の発光層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22】

前記発光ユニットは、正孔輸送層、正孔注入層、正孔の輸送および注入を行う層、バッファー層、電子遮断層、電子輸送層、電子注入層、電子の輸送および注入を行う層、および正孔遮断層のうちの１層以上をさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載の有機発光素子。

【請求項23】

前記第１電子輸送層および前記第２電子輸送層は、それぞれ独立に、アントラセンコアにｎ型置換基を有する電子輸送物質、ビアントラセンコアにｎ型置換基を有する電子輸送物質、または有機金属錯体を含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子。

【請求項24】

前記第１電子輸送層および前記第２電子輸送層は、それぞれ独立に、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン基、およびフェナントロリン基から選択される官能基を有する化合物；およびアルカリ土類金属イオン、希土類金属イオンのうちの少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物のうちの１種以上を含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子。

【請求項25】

前記有機金属錯体の配位子は、キノリノール、ベンゾキノリノール、アクリジノール、フェナントリジノール、ヒドロキシフェニルオキサゾール、ヒドロキシフェニルチアゾール、ヒドロキシジアリールオキサジアゾール、ヒドロキシジアリールチアジアゾール、ヒドロキシフェニルピリジン、ヒドロキシフェニルベンゾイミダゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、ヒドロキシフルボラン、ビピリジル、フェナントロリン、フタロシアニン、ポルフィリン、シクロペンタジエン、β−ジケトン類、およびアゾメチン類の中から選択されることを特徴とする、請求項２３に記載の有機発光素子。

【請求項26】

前記第１電子輸送層は、それぞれ独立に、下記の構造式の化合物の中から選択される１種以上を含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子。

【化10】

式中、
ＲおよびＲ’は、それぞれＣ_１〜Ｃ_２０のアルキル基、またはＣ_６〜Ｃ_２０のアリール基であり、
Ｙは、アリーレン基である。

【請求項27】

前記第１電子輸送層は、それぞれ独立に、下記のグループ１の構造式の化合物の中から選択される１種以上と、下記のグループ２の構造式の化合物の中から選択される１種以上とを含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子。
［グループ１］

【化11】

［グループ２］

【化12】

式中、Ｘは、下記の式から表され、

【化13】

Ｚは、前記コア構造に連結される部位であり、
Ｒ１〜Ｒ５は、それぞれアルキル基または電子求引原子を含む基である。

【請求項28】

前記第２電子輸送層は、それぞれ独立に、下記の構造式の化合物の中から選択される１種以上を含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子。

【化14】

【請求項29】

前記第２電子輸送層は、下記の化学式３の有機金属塩を含むことを特徴とする、請求項２８に記載の有機発光素子。

【化15】

【請求項30】

前記有機発光素子は、前記第１電極の発光ユニットが備えられる面に対向する面に基板をさらに含み、
前記基板と前記第１電極との間、または前記第１電極が備えられる面に対向する面に光散乱層をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子。

【請求項31】

前記有機発光素子は、フレキシブル有機発光素子であることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子。

【請求項32】

請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子を含むことを特徴とする、ディスプレイ装置。

【請求項33】

請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光素子を含むことを特徴とする、照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、有機発光素子に関するものである。より具体的には、本明細書は、２つ以上の発光ユニットを含む有機発光素子に関するものである。

【0002】

本明細書は、２０１２年５月３１日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１２−００５８２３２号の出願日の利益を主張し、その内容はすべて本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0003】

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ると、陽極からは正孔が、陰極からは電子がそれぞれ有機物層に流入する。前記正孔および電子は結合して励起子を形成する。前記励起子は、再び基底状態に落ちながらエネルギー差に相当する光子を放出する。このような原理によって有機発光素子は可視光線を発生する。有機発光素子を用い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。

【0004】

有機発光素子の応用範囲を拡大し、有機発光素子を商用化するために、有機発光素子の効率を高め、駆動電圧を低下させようとする技術の開発が行われ続けている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本出願は、２つ以上の発光ユニットを含む有機発光素子に関するものを記述する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書の一実施態様にかかる有機発光素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた２つ以上の発光ユニットとを含む。ここで、前記発光ユニットのうちの互いに隣接する２つの発光ユニットの間に電荷発生層が備えられ、前記互いに隣接する２つの発光ユニットのうちの第１電極により近く位置した発光ユニットと前記電荷発生層との間に電子輸送層が備えられ、前記電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層とを含む。

【0007】

本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子において、前記第２電極に隣接した発光ユニットと前記第２電極との間に追加の電子輸送層が備えられ、前記追加の電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層とを含む。

【0008】

本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子において、前記第２電極に隣接した発光ユニットと前記第２電極との間に追加の電子輸送層が備えられ、前記追加の電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層とを含む。また、前記第２電極と前記追加の電子輸送層との間には、追加の電荷発生層が備えられる。

【発明の効果】

【0009】

本願に係る発明は、従来の有機発光素子に比べて、発光効率が向上するだけでなく、駆動電圧が大きく減少し、発光効率に優れ、長寿命を有す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】

【0010】

【図1】本明細書の一実施態様にかかる有機発光素子の積層構造を例示したものである。

【図2】本明細書の一実施態様にかかる有機発光素子に含まれる電荷発生層の構造を例示したものである。

【図3】図１に示した素子における電荷の流れを概略的に示したものである。

【図4】一般的な有機発光素子の積層構造を例示したものである。

【図5】図４に示した素子における電荷の流れを概略的に示したものである。

【図6】本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子の積層構造を例示したものである。

【図7】本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子の積層構造を例示したものである。

【図8】本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子の積層構造を例示したものである。

【図9】本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子の積層構造を例示したものである。

【図10】第２電子輸送層にＬｉＦのような金属塩がドーピングされた素子（実施例１１）およびドーピングされていない素子（比較例６）に対する電圧−電流グラフを代表的に示した。

【図11】第２電子輸送層にＬｉＦのような金属塩がドーピングされた素子（実施例１１）およびドーピングされていない素子（比較例６）に対する駆動寿命のグラフを代表的に示した。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る実施態様を、図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、便宜のために特定の符号を参照して説明するが、本発明は、当該符号に限定されず、関連する説明は対応する構成にすべて適用される。

【0012】

本明細書において、ｎ型とは、ｎ型半導体特性を意味する。つまり、ｎ型とは、ＬＵＭＯ（ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位を通して電子の注入を受けたり輸送を行う特性であり、これは、電子の移動度が正孔の移動度より大きい物質の特性として定義できる。逆に、ｐ型とは、ｐ型半導体特性を意味する。つまり、ｐ型は、ＨＯＭＯ（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位を通して正孔の注入を受けたり輸送を行う特性であり、これは、正孔の移動度が電子の移動度より大きい物質の特性として定義できる。本明細書において、ｎ型特性を有する化合物または有機物層は、ｎ型化合物またはｎ型有機物層として言及され得る。また、ｐ型特性を有する化合物または有機物層は、ｐ型化合物またはｐ型有機物層として言及され得る。さらに、ｎ型ドーピングは、ｎ型特性を有するようにドーピングされたことを意味する。

【0013】

図１は、本明細書に記載された一実施態様にかかる有機発光素子の積層構造を示し、図３は、図１に示された有機発光素子における電荷の流れを示す。

【0014】

図１に示しているように、一実施態様にかかる有機発光素子は、第１電極（１１０）と第２電極（１２０）との間に２つの発光ユニット（２１０、２２０）が位置し、２つの発光ユニット（２１０、２２０）の間には、電荷発生層（５１０）および２つの層からなる電子輸送層が位置する。この時、電荷発生層（５１０）は、第２電極（１２０）に隣接した発光ユニット（２２０）に隣接して位置し、電子輸送層は、第１電極（１１０）に隣接した発光ユニット（２１０）に隣接して位置する。電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層（３１０）と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層（４１０）とを含み、第１電子輸送層（３１０）は、電荷発生層（５１０）に隣接して位置し、第２電子輸送層（４１０）は、第１電極（１１０）に隣接した発光ユニット（２１０）に隣接して位置する。

【0015】

図１によれば、第１電極（１１０）と第２電極（１２０）との間に２つの発光ユニット（２１０、２２０）が備えられる。前記２つの発光ユニット（２１０、２２０）の間には、電荷発生層（５１０）が備えられる。前記発光ユニットのうちの第１電極により近く位置した発光ユニット（２１０）と電荷発生層（５１０）との間に、第１電子輸送層（３１０）と、第２電子輸送層（４１０）とが備えられる。図１には、第１電極（１１０）上に、発光ユニット（２１０）、第２電子輸送層（４１０）、第１電子輸送層（３１０）、電荷発生層（５１０）、発光ユニット（２２０）、および第２電極（１２０）が積層された構造が示されるが、逆に、第２電極（１２０）上に、発光ユニット（２２０）、電荷発生層（５１０）、第１電子輸送層（３１０）、第２電子輸送層（４１０）、発光ユニット（２１０）、および第１電極（１１０）が積層された構造も含まれる。

【0016】

本明細書において、隣接とは、隣接するものとして言及された層のうち最も近い層の配置関係を意味する。例えば、隣接する２つの発光ユニットとは、複数の発光ユニットのうち最も近く配置された２つの発光ユニットの配置関係を意味する。前記隣接とは、場合によって、２層が物理的に接する場合を意味することもでき、２層の間に言及されていない他の層が配置されてもよい。例えば、第２電極に隣接する発光ユニットは、発光ユニットのうちの第２電極に最も近く配置された発光ユニットを意味する。

【0017】

また、前記第２電極と発光ユニットは物理的に接することもできるが、前記第２電極と前記発光ユニットとの間に、発光ユニット以外の他の層が配置されてよい。しかし、隣接する２つの発光ユニットの間には、電荷発生層が備えられる。

【0018】

本明細書において、第１電極および第２電極は、外部電圧を印加するためのものであって、導電性を有するものであれば特に限定されない。例えば、前記第１電極は陽極であってよく、前記第２電極は陰極であってよい。

【0019】

本明細書において、発光ユニット（２１０、２２０）とは、発光できる機能を有するユニットであれば特に制限されない。例えば、発光ユニット（２１０、２２０）は、１層以上の発光層を含むことができる。必要によって、発光ユニット（２１０、２２０）は、発光層以外の有機物層を１層以上含むことができる。

【0020】

一実施例において、発光層は、正孔と電子がそれぞれ輸送されて結合させることにより、可視光線領域の光を発し得る物質を含むことができる。発光層材料としては、当該技術分野で知られている材料を使用することができる。例えば、発光層材料としては、蛍光や燐光に対する量子効率の良い物質を使用することができる。発光層材料の具体例としては、８−ヒドロキシ−キノリンアルミニウム錯体（Ａｌｑ_３）；カルバゾール系化合物；二量体化スチリル（ｄｉｍｅｒｉｚｅｄ ｓｔｙｒｙｌ）化合物；ＢＡｌｑ；１０−ヒドロキシベンゾキノリン−金属化合物；ベンゾキサゾール、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；およびルブレンなどがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

【0021】

一実施例において、発光ユニット（２１０、２２０）は、発光層のほか、１つ以上の有機物層を追加的に備えることができる。追加の有機物層は、正孔輸送層、正孔注入層、正孔の輸送および注入を行う層、バッファー層、電子遮断層、電子輸送層、電子注入層、電子の輸送および注入を行う層、正孔遮断層などであってよい。ここで、正孔輸送層、正孔注入層、正孔の輸送および注入を行う層、または電子遮断層は、発光層より第１電極（１１０）により近く配置されてよい。電子輸送層、電子注入層、電子の輸送および注入を行う層、または正孔遮断層は、発光層より第２電極（１２０）により近く配置されてよい。正孔遮断層を使用するか否かは、発光層の性質によって決定できる。例えば、発光層の性質がｎ型に近い場合には、正孔遮断層を使用しなくてもよいが、発光層の性質がｐ型の場合には、正孔遮断層の使用を考慮することができる。また、発光層のＨＯＭＯエネルギー準位および電子輸送層のＨＯＭＯエネルギー準位の関係を考慮して、正孔遮断層を使用するか否かを決定することもできる。発光層のＨＯＭＯエネルギー準位が電子輸送層のＨＯＭＯエネルギー準位より大きい値を有する場合には、正孔遮断層の導入を考慮することができる。ただし、この場合、電子輸送層のＨＯＭＯ準位が発光層のＨＯＭＯ準位より大きい場合、電子輸送層自体が正孔遮断層の役割を果たすこともできる。一つの例として、電子輸送層の物質を２種以上使用することにより、電子輸送層の役割と正孔遮断層の役割を同時に果たすこともできる。

【0022】

本明細書において、電荷発生層（５１０）とは、外部電圧の印加なく電荷を発生する層で、発光ユニット（２１０、２２０）の間で電荷を発生することにより、有機発光素子に含まれている２つ以上の発光ユニットが発光できるようにする。本明細書に開示した一実施例による電荷発生層（５１０）は、ｎ型有機物層と、ｐ型有機物層とを含むことができる。この時、電荷発生層（５１０）のｎ型有機物層（以下、「ｎ型電荷発生層」という）は、電荷発生層（５１０）のｐ型有機物層（以下、「ｐ型電荷発生層」という）に比べて第１電極（１１０）により近く配置される。図２に電荷発生層の一例を示した。図２には、第１電極（１１０）により近く配置されたｎ型電荷発生層（５１２）と、第２電極（１２０）により近く配置されたｐ型電荷発生層（５１１）とを含む電荷発生層が示されている。

【0023】

一実施例において、ｎ型電荷発生層（５１２）のＬＵＭＯエネルギー準位は、ｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位と等しいかより大きい値を有し、この場合、電荷発生により効果的である。例えば、ｎ型電荷発生層（５１２）のＬＵＭＯエネルギー準位は５〜７ｅＶであり、ｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位は５ｅＶ以上であってよい。

【0024】

本明細書において、エネルギー準位は、エネルギーの大きさを意味するものである。したがって、真空準位からマイナス（−）方向にエネルギー準位が表示される場合にも、エネルギー準位は、当該エネルギー値の絶対値を意味すると解釈される。例えば、ＨＯＭＯエネルギー準位とは、真空準位から最高占有分子オービタル（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）までの距離を意味する。また、ＬＵＭＯエネルギー準位とは、真空準位から最低非占有分子オービタル（ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）までの距離を意味する。

【0025】

ｎ型電荷発生層（５１２）とｐ型電荷発生層（５１１）との間には、ＮＰ接合が形成されることによって電荷が発生できる。この時、ｎ型電荷発生層（５１２）のＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位は、隣り合う有機物層間のエネルギー準位の関係を考慮して調節されてよい。例えば、ｎ型電荷発生層（５１２）とｐ型電荷発生層（５１１）は、ｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位が、ｎ型電荷発生層（５１２）のＬＵＭＯエネルギー準位との差が２ｅＶ以下、あるいは１ｅＶ以下となるように調節されてよい。市販の材料のエネルギー準位に基づいて判断すると、前記エネルギー準位の差は、−１ｅＶ以上１ｅＶ以下であってよく、０．０１ｅＶ以上１ｅＶ以下であってもよい。

【0026】

ｎ型電荷発生層（５１２）とｐ型電荷発生層（５１１）との間で発生した正孔は、ｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位に容易に注入される。ｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位よりｎ型電荷発生層（５１２）のＬＵＭＯエネルギー準位が大きい場合、ＮＰ接合が容易に発生し、駆動電圧の上昇を防止することができる。本明細書において、ＮＰ接合とは、ｎ型有機物層（５１２）とｐ型有機物層（５１１）とが物理的に接するだけでなく、前述のエネルギーの関係を満足する場合に発生可能である。

【0027】

ＮＰ接合が形成されると、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、ｎ型電荷発生層（５１２）とｐ型電荷発生層（５１１）との間で正孔と電子が同時に発生する。電子は、ｎ型電荷発生層（５１２）を通して第１電子輸送層（３１０）および第２電子輸送層（４１０）方向に輸送される。正孔は、ｐ型電荷発生層（５１１）方向に輸送される。すなわち、ｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位よりｎ型電荷発生層（５１２）のＬＵＭＯエネルギー準位が大きい場合、正孔または電子が容易に発生し、正孔注入のための駆動電圧の上昇を防止することができる。

【0028】

本明細書の一実施例において、ｐ型電荷発生層（５１１）のＨＯＭＯエネルギー準位は５ｅＶ以上であってよい。５ｅＶ以上の場合、隣接する発光ユニットへの正孔注入を効果的に行うことができる。

【0029】

ｐ型電荷発生層（５１１）の材料としては、アリールアミン系化合物（ａｒｙｌ ａｍｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を使用することができる。アリールアミン系化合物の一例としては、下記の化学式１の化合物がある。

【0030】

【化1】

【0031】

前記化学式１において、Ａｒ_１、Ａｒ_２、およびＡｒ_３は、それぞれ独立に、水素または炭化水素基である。この時、Ａｒ_１、Ａｒ_２、およびＡｒ_３のうちの少なくとも１つは、芳香族ヒドロカーボン（ａｒｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）置換体を含むことができ、各置換体は、同一のものであってもよく、それぞれ異なる置換体で構成されてもよい。Ａｒ_１、Ａｒ_２、およびＡｒ_３のうち、芳香族ヒドロカーボンでないものは、水素；直鎖、分枝鎖または環状の脂肪族炭化水素；Ｎ、Ｏ、Ｓ、またはＳｅを含むヘテロ環基であってよい。

【0032】

前記化学式１の具体例として下記の化学式があるが、本発明の範囲が必ずしもこれらにのみ限定されるものではない。

【0033】

【化2】

【化3】

【化4】

【0034】

一実施例において、ｎ型電荷発生層（５１２）は、有機物のみからなってもよい。他の実施例において、ｎ型電荷発生層（５１２）は、ＭｏＯ_３、Ｖ_２Ｏ_７、ＲｅＯ_３のような遷移金属酸化物をさらに含むこともできる。さらに他の実施例において、ｎ型電荷発生層（５１２）は、ｎ型ドーパントを含むことができる。この時、ｎ型ドーパントとしては、有機物または無機物であってよい。ｎ型ドーパントが無機物の場合、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、ｎ型ドーパントは、シクロペンタジエン、シクロヘプタトリエン、６員ヘテロ環、またはこれらの環が含まれている縮合環を含む物質であってもよい。この時、ドーピング濃度は、０．０１〜５０重量％、または１〜１０重量％であってよい。前記ドーピング濃度内で光吸収による効率の低下を防止することができる。

【0035】

一実施例によるｎ型電荷発生層（５１２）は、下記の化学式２の化合物を含むことができる。

【0036】

【化5】

【0037】

前記化学式２において、Ａ^１〜Ａ^６は、それぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ_２）、スルホニル（−ＳＯ_２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ_２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ_３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ_３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１〜Ｃ_１２のアルコキシ、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１〜Ｃ_１２のアルキル、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_２〜Ｃ_１２のアルケニル、置換もしくは非置換の芳香族または非芳香族のヘテロ環、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、または置換もしくは非置換のアラルキルアミンなどであってよい。ここで、前記ＲおよびＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換のＣ_１〜Ｃ_６０のアルキル、置換もしくは非置換のアリール、または置換もしくは非置換の５〜７員ヘテロ環などであってよい。

【0038】

前記化学式２の化合物の例示的な化合物は、下記の化学式２−１〜２−６の化合物を含む。

【0039】

【化6】

【化7】

【化8】

【化9】

【化10】

【化11】

【0040】

一実施例において、ｎ型電荷発生層（５１２）は、１層のみからなってもよく、２層以上を含むこともできる。２層以上の場合、これらは、同一の物質で形成されてもよく、異なる物質で形成されてもよい。

【0041】

一つの例として、２層以上が同一の物質で構成される場合、１層はドーピングされず、残りの１層はｎ型ドーピングされてよい。例えば、ｎ型電荷発生層（５１２）は、前記化学式２の化合物からなる層と、前記化学式２の化合物がｎ型ドーパントによってドーピングされた層とが積層された構造を有することができる。

【0042】

もう一つの例として、ｎ型電荷発生層（５１２）は、無機物層と有機物層との積層構造であってよい。具体的には、ｎ型電荷発生層（５１２）は、ＭｏＯ_３層と前記化学式２の化合物からなる層であってよい。

【0043】

ｎ型電荷発生層を２層以上で構成する場合、ＬＵＭＯエネルギー準位値に応じて積層することができる。具体的には、ＬＵＭＯエネルギー準位の大きい物質を用いて先に層を形成する場合、２つの物質の間のエネルギー障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）を減少させることが可能なため、電子の移動を円滑にすることができる。これにより、駆動電圧の上昇を防止することができる。例えば、ＭｏＯ_３のＬＵＭＯ準位は６．７ｅＶ程度であり、前記化学式２−１の化合物のＬＵＭＯ準位は５．７ｅＶであることから、ＭｏＯ_３層を先に形成することができる。

【0044】

本明細書において、電子輸送層は、第１電子輸送層（３１０）と、第２電子輸送層（４１０）とを含むことができる。第１電子輸送層（３１０）は、ｎ型ドーパントによってドーピングされている。第１電子輸送層（３１０）は、ｎ型ドーパントのドーピングによって電荷発生層（５１０）とのフェルミ準位（Ｆｅｒｍｉ ｌｅｖｅｌ）を効果的に合わせる役割を果たす。したがって、第１電子輸送層（３１０）は、電荷発生層（５１０）からの電子注入のためのエネルギー障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）を低下させることにより、電子注入特性を向上させることができる。ｎ型ドーピングされた第１電子輸送層のＬＵＭＯエネルギー準位は、ドーピングされていない電子輸送層に比べて、ｎ型電荷発生層のＬＵＭＯエネルギー準位は、フェルミエネルギー準位（Ｅ_ｆ、Ｆｅｒｍｉ ｅｎｅｒｇｙ ｌｅｖｅｌ）に近く形成される特徴がある。したがって、２層の間のエネルギー障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）は小くなり、これによって電子注入特性が向上できる（参考文献：Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．，２０１１，２１，１７４７６−１７４８２）。

【0045】

第１電子輸送層（３１０）のＬＵＭＯエネルギー準位は、これに隣接するｎ型電荷発生層（５１２）のＬＵＭＯエネルギー準位との差が５ｅＶ以下であってよい。

【0046】

一実施例において、第１電子輸送層（３１０）に含まれるｎ型ドーパントは、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使用することができる。ここで、前記ｎ型ドーパントは、前記第１電子輸送層（３１０）材料の総重量を基準として、１〜５０重量％であってよい。本明細書において、ｎ型ドーパントをドーピングする方法は、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の方法によって限定されるものではない。

【0047】

第１電子輸送層（３１０）の厚さは、５０〜１００オングストロームであってよい。前記ｎ型ドーパントを含む第１電子輸送層（３１０）の厚さが１００オングストローム以下の場合、可視光線の吸収による発光効率の低下を防止することができる。

【0048】

本明細書の実施態様にかかる有機発光素子は、また、金属塩、金属酸化物、および有機金属塩の中から選択された１種以上でドーピングされた第２電子輸送層（４１０）を含む。金属塩としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物、例えば、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＢａＦ_２、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２、ＢａＣｌ_２などが使用できる。金属酸化物としては、アルカリ金属またはアルカリ金属の酸化物、例えば、ＬｉＯ_２、ＮａＯ_２、ＢｒＯ_２、Ｃｓ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯなどが使用できる。有機金属塩としては、下記の化学式３のＬｉｑ、Ｎａｑ、Ｋｑなどが使用できる。

【0049】

【化12】

【0050】

第２電子輸送層（４１０）の厚さは、５０〜５００オングストローム、より具体的には５０〜２００オングストロームであってよい。前記範囲内の厚さを有する場合、駆動電圧の上昇を効率的に防止することができる。

【0051】

金属塩、金属酸化物、または有機金属塩は、第２電子輸送層（４１０）材料の総重量を基準として、１〜９９重量％であってよく、具体的には１０〜５０重量％であってよい。

【0052】

第２電子輸送層（４１０）は、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩のドーピングによって、電荷発生層（５１０）および第１電子輸送層（３１０）を通して輸送された電子が、第１電極（１１０）に隣接した発光ユニット（２１０）に移動することを円滑にすることができる。また、第２電子輸送層（４１０）は、正孔が発光ユニット（２１０）から第１電子輸送層（３１０）を通して電荷発生層（５１０）に移動することを防止することによって発光効率を向上させることができるだけでなく、駆動電圧を大きく低下させることができ、長寿命の素子を実現することができる。

【0053】

以下では、図３を参照して、図１に示された有機発光素子において、第１電子輸送層（３１０）、第２電子輸送層（４１０）、および電荷発生層（５１０）の間における電荷の流れを説明する。図３において、（−）は電子を、（＋）は正孔を意味する。点線は電子の流れを、実線は正孔の流れを意味する。Ｘで表示されたものは電子や正孔が流れないことを意味する。前記で説明したように、電荷発生層（５１０）で正孔と電子が分離されて電荷が発生し、第１電子輸送層（３１０）および第２電子輸送層（４１０）方向に電子が移動する。反面、正孔は、第２電子輸送層（４１０）から電荷発生層（５１０）方向に移動しない。

【0054】

図１に示した第１電子輸送層（３１０）および第２電子輸送層（４１０）が有機発光素子に存在しない場合には、前述のような効率的な発光効率を取得することができない。例えば、図４に示しているように、有機発光素子が互いに異なる特性を有する２つの電子輸送層でなく、１つの電子輸送層を含む場合、発光ユニットで発光に参加せずに流れる正孔が発生し得る。

【0055】

例えば、有機発光素子が、第１電極（１１）と第２電極（１２）との間に、２つの発光ユニット（２１、２２）をそれぞれ含み、その発光ユニット（２１、２２）の間に、第１電極（１１）に隣接した発光ユニット（２１）側に１つの電子輸送層（３１）、例えば、ｎ型ドーピングされた電子輸送層を形成し、第２電極（１２）に隣接した発光ユニット（２２）側に電荷発生層（５１）を形成した場合を考えることができる。この場合、電荷の流れは、図５に示しているように、電子輸送層（３１）から電荷発生層（５１）側に正孔が移動するため、発光ユニット（２１）で発光に参加せずに流れる正孔が発生し、素子の効率が低下することがある。

【0056】

電子輸送層（３１）として、Ｃａのようなｎ型ドーパントによってドーピングされたｎ型ドーピングされた電子輸送層が使用される場合にも、素子の効率が高くなく、駆動電圧が上昇し、素子の駆動寿命が短くなる現象が発生することを、本発明者らは見出した。

【0057】

しかし、本明細書に記載された実施態様の有機発光素子では、図３に示しているように、金属塩、金属酸化物、および有機金属塩の中から選択された１種以上でドーピングされた第２電子輸送層（４１０）が、発光ユニット（２１０）から輸送された正孔が、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層（３１０）を通して電荷発生層（５１０）に輸送されるのを防止する役割を果たす。これにより、電荷発生層（５１０）から注入された電子を、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層（３１０）のＬＵＭＯエネルギー準位に効果的に引き上げることができる。これにより、電子は、発光ユニット（２１０）へ容易に移動することができる。

【0058】

したがって、本明細書の実施態様によれば、素子の効率を大きく増加させることができるだけでなく、駆動電圧を大きく低下させることができ、素子の駆動寿命を向上させることができる。発光層から正孔がきちんと遮断されずに正孔発生層まで移る場合、正孔発生層から第１電子輸送層へ、第１電子輸送層から第２電子輸送層へ、第２電子輸送層から結局発光層まで電子の注入が容易でなくなる。この場合、発光層まで電子を注入させるためにはより多くのエネルギーが必要であり、これは、駆動電圧の上昇につながりかねない。電子の注入が容易でない場合は、素子の電荷不均衡をもたらし、素子の寿命に影響を与えることがある。本明細書に記載された実施態様では、電子の注入を容易にすることで素子内での電荷不均衡を最小化することにより、素子の寿命を向上させることができる。本明細書において、前記第２電子輸送層（４１０）は、正孔を効率的に遮断する役割を果たすため、隣接する第１電子輸送層（３１０）の電子注入能力を向上させるのに寄与することができる。

【0059】

本明細書において、第１電子輸送層（３１０）および第２電子輸送層（４１０）のドーピングされる有機物、すなわち、ホスト材料としては、電子輸送の役割を果たすことのできる有機物が使用可能である。第１電子輸送層および第２電子輸送層のホスト材料としては、同一の材料が使用されてもよく、異なる材料が使用されてもよい。

【0060】

一実施例で使用可能な第１および第２電子輸送層（３１０、４１０）のホスト材料としては、有機物または有機金属錯体が使用できる。

【0061】

具体的には、炭化水素類の電子輸送物質、例えば、アントラセンコアにｎ型置換基を有する電子輸送物質、ビアントラセンコアにｎ型置換基を有する電子輸送物質、または後述する有機金属錯体が使用できる。ここで、ｎ型置換基とは、電子求引置換基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ ｇｒｏｕｐ）を意味し、例えば、環内にＮ、Ｏ、Ｓなどのヘテロ原子が含まれている環化合物、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｃｌ、−Ｉ、−ＣＮなどの官能基などが置換された環化合物がある。

【0062】

他の実施例で使用可能な第１および第２電子輸送層（３１０、４１０）のホスト材料としては、ＨＯＭＯエネルギー準位の小さい物質が使用できる。例えば、第１および第２電子輸送層（３１０、４１０）のホスト材料のＨＯＭＯエネルギー準位は、第２電子輸送層（４１０）が接する発光ユニット（２１０）の有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位より小さい値を有することができる。特に限定されるものではないが、第１および第２電子輸送層（３１０、４１０）のホスト材料のＨＯＭＯエネルギー準位は、第２電子輸送層（４１０）が接する発光ユニット（２１０）の有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位より小さいほど、優れた効果を示すことができる。

【0063】

具体例として、ホスト材料としては、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン基、およびフェナントロリン基から選択される官能基を有する化合物を使用することができる。他の例として、ホスト材料としては、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオンのうちの少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物が使用可能であり、有機金属錯体の配位子としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、アクリジノール、フェナントリジノール、ヒドロキシフェニルオキサゾール、ヒドロキシフェニルチアゾール、ヒドロキシジアリールオキサジアゾール、ヒドロキシジアリールチアジアゾール、ヒドロキシフェニルピリジン、ヒドロキシフェニルベンゾイミダゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、ヒドロキシフルボラン、ビピリジル、フェナントロリン、フタロシアニン、ポルフィリン、シクロペンタジエン、β−ジケトン類、アゾメチン類、およびこれらの類似体などが使用可能であるが、これらにのみ限定されるものではない。具体的には、有機金属錯体として、Ａｌｑ_３、ＢＡｌｑなどが使用できる。

【0064】

具体例として、前記ホスト材料としては、下記の構造式の化合物が使用できる。

【0065】

【化13】

【0066】

ここで、
Ａｒは、アリール基であり、例えば、下記の式で表される置換基であってよく、

【0067】

【化14】

【0068】

前記Ｘの例としては、下記の式がある。

【0069】

【化15】

【0070】

ここで、Ｚは、コアに連結される部分であり、
式中、Ｒ１〜Ｒ５は、それぞれメチル、エチル、プロピル、ブチルなどのアルキル基を含むことができ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＣＮなどのような電子求引原子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ ａｔｏｍ）を含む基であってよい。

【0071】

Ｒ１’〜Ｒ５’は、それぞれ電子求引原子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ ａｔｏｍ）を含む基であって、例えば、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＣＮなどがある。

【0072】

追加的に、第１電子輸送層材料としては、下記の化学式の化合物が使用できる。

【0073】

【化16】

【0074】

式中、ＲおよびＲ’は、それぞれＣ_１〜Ｃ_２０のアルキル基、またはＣ_６〜Ｃ_２０のアリール基であり、
Ｙは、アリーレン基、例えば、フェニレン、ナフチレンなどである。

【0075】

具体的には、前記化学式の化合物としては、下記の化学式の化合物がある。

【0076】

【化17】

【0077】

第２電子輸送層材料の具体例としては、下記の化合物があるが、これらによって限定するものではない。

【0078】

【化18】

【0079】

前記第１電子輸送層は、前述の第２電子輸送層材料と同一の材料で形成されてよく、この時、下記の化学式の化合物をさらに含むことができる。

【0080】

【化19】

【0081】

式中、Ｘは、下記の式から表される。

【0082】

【化20】

【0083】

Ｚは、前記コア構造に連結される部位であり、
Ｒ１〜Ｒ５は、それぞれメチル、エチル、プロピル、ブチルなどのアルキル基を含むことができ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＣＮなどのような電子求引原子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ ａｔｏｍ）を含む基であってよい。

【0084】

図１には、第１電極（１１０）と第２電極（１２０）との間に発光ユニット（２１０、２２０）が２つのみ備えられた場合を示しているが、本明細書の他の実施態様によっては、第１電極（１１０）と第２電極（１２０）との間には、３つ以上の発光ユニットが備えられてよい。３つ以上の発光ユニットが備えられた場合を、図６に例示した。

【0085】

図６には、発光ユニットをｎ個含む有機発光素子の積層構造が例示されている。第１電極（１１０）上に、発光ユニット（２１０）、第２電子輸送層（３１０）、第１電子輸送層（４１０）、電荷発生層（５１０）、発光ユニット（２２０）、第２電子輸送層（３２０）、第１電子輸送層（４２０）、および電荷発生層（５２０）が積層された後、追加的に、発光ユニット、第２電子輸送層、第１電子輸送層、電荷発生層が順に繰り返し積層されてよい。次に、ｎ−１番目の発光ユニット、第２電子輸送層、第１電子輸送層、および電荷発生層が積層された後、ｎ番目の発光ユニットと第２電極（１２０）とが積層される。図６には、第１電極上に残りの層が積層された構造が示されているが、逆に、第２電極上に残りの層が積層された構造も含まれる。

【0086】

本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子において、前記第２電極（１２０）に隣接した発光ユニット（２２０）と前記第２電極（１２０）との間に追加の電子輸送層が備えられ、前記追加の電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層（３２０）と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層（４２０）とを含む。このように追加の電子輸送層を備えた例を、図７に示した。第１電子輸送層（３２０）および第２電子輸送層（４２０）には、前述の第１電子輸送層（３１０）および第２電子輸送層（４１０）に関する説明が適用可能である。

【0087】

本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子において、前記第２電極（１２０）に隣接した発光ユニット（２２０）と前記第２電極（１２０）との間に追加の電子輸送層が備えられ、前記追加の電子輸送層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされた第１電子輸送層（３２０）と、金属塩、金属酸化物、または有機金属塩によってドーピングされた第２電子輸送層（４２０）とを含む。また、前記第２電極と前記追加の電子輸送層との間には、追加の電荷発生層（５２０）が備えられる。このように追加の電子輸送層と追加の電荷発生層とを備えた例を、図８に示した。電荷発生層（５２０）には、前述の電荷発生層（５１０）に関する説明が適用可能である。

【0088】

本明細書のもう一つの実施態様にかかる有機発光素子において、前記第２電極（１２０）に隣接した発光ユニット（２２０）と前記第２電極（１２０）との間に追加の電荷発生層（５２０）が備えられる。このように追加の電荷発生層を備えた例を、図９に示した。電荷発生層（５２０）には、前述の電荷発生層（５１０）に関する説明が適用可能である。図９による素子において、発光層または電子輸送層がｎ型ドーピングされてよい。

【0089】

図７〜図９のような構成によって、第２電極（１２０）材料としてより多様な仕事関数を有する材料を使用することができる。

【0090】

本明細書に記載された実施態様の有機発光素子は、前面発光型、後面発光型、または両面発光型で構成されてよい。この時、発光方向に応じて光が通過する電極は透明に構成されてよい。透明とは、光が通過できれば光透過度に特に限定されないが、例えば、光透過度７０％以上であってよい。透明な電極は、透明材料で製造されるか、不透明材料が透明な程度に薄く形成されてよい。

【0091】

第１電極および第２電極の材料としては、フェルミエネルギー準位が２〜６ｅＶの材料、特に２〜４ｅＶの材料まで使用することができる。電極材料としては、金属、金属酸化物、および導電性ポリマーからなる群より選択される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、およびこれらの合金；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（ＩＺＯ）、およびその他これと類似の金属酸化物；ＺｎＯ：ＡｌおよびＳｎＯ_２：Ｓｂのような酸化物と金属との混合物などがある。すなわち、前記電極は、金属電極で形成できるだけでなく、金属酸化物のような透明材料からなる透明電極で形成できる。第１電極の材料と第２電極の材料は、同一であってもよく、必要によって、異なっていてもよい。

【0092】

本明細書の一実施態様にかかる有機発光素子は、第１電極が陽極として基板に接し、第２電極が陰極として前記第１電極に対向する電極の構造を有することができる。本発明の他の実施態様にかかる有機発光素子は、第２電極が陰極として基板に接し、第１電極が陽極として前記第２電極に対向する電極の構造を有することができる。

【0093】

本明細書の一実施態様にかかる有機発光素子は、光散乱構造を含む素子であってよい。

【0094】

本明細書の一実施態様において、前記有機発光素子は、前記第１電極の発光ユニットが備えられる面に対向する面に基板をさらに含み、前記基板と第１電極との間、または第１電極が備えられる面に対向する面に光散乱層をさらに含むことができる。

【0095】

本明細書の一実施態様において、前記第１電極の発光ユニットが備えられる面に対向する面に備えられた基板と第１電極との間に内部光散乱層をさらに含むことができる。もう一つの実施態様において、前記基板において、第１電極が備えられた面の反対面に外部光散乱層を追加的に含むことができる。

【0096】

本明細書において、前記内部光散乱層または外部光散乱層は、光散乱を誘導して、素子の光散乱効率を向上させることのできる構造であれば特に制限しない。一実施態様において、前記光散乱層は、バインダー内に散乱粒子が分散した構造であってよい。もう一つの実施態様において、前記光散乱層は、凹凸を有するフィルムを用いることができる。

【0097】

また、前記光散乱層は、基板上に、スピンコーティング、バーコーティング、スリットコーティングなどの方法によって直接形成されるか、フィルム形態で作製して付着させる方式によって形成されてよい。

【0098】

本発明の一実施態様において、前記有機発光素子は、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）有機発光素子である。この場合、前記基板がフレキシブル材料を含む。例えば、撓み可能な薄膜形態のガラス、プラスチック、またはフィルム形態の基板を使用することができる。

【0099】

前記プラスチック基板の材料は特に限定しないが、一般的に、ＰＥＴ、ＰＥＮ、およびＰＩなどのフィルムを単層または複層の形態で使用することができる。

【0100】

本発明の一実施態様において、前記有機発光素子を含むディスプレイ装置を提供する。

【0101】

本発明の一実施態様において、前記有機発光素子を含む照明装置を提供する。

【0102】

以下、実施例および比較例を通して本発明の多様な実施態様および特徴をより詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、多様な実施態様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の実施例によって限定されるものではない。

【0103】

＜実施例１＞
ガラス基板上において、陽極としてＩＴＯを１，５００Åをスパッタリング方法によって形成し、その上に、前記化学式２−１のＨＡＴを熱真空蒸着によって３００Åの厚さの膜を形成し、次に、ＮＰＢを用いて６００Åの厚さの層を形成した。その上に、蛍光青色発光層を３００Åの厚さで形成し、第２電子輸送層を下記の物質１にＬｉＦを５０重量％でドーピングして１５０Åの厚さの層を形成した。その上に、第１電子輸送層を下記の物質１にＣａを１０重量％でドーピングして５０Åの厚さの層を形成した。

【0104】

【化21】

【0105】

次に、電荷発生層をＨＡＴ層３００ÅおよびＮＰＢ層３００Åで構成し、燐光緑色および赤色発光層を３００Åの厚さで形成した。その後、電子輸送層を下記の物質２を用いて４５０Åの厚さで形成し、最後に、陰極をＬｉＦ１５Å、アルミニウム１，０００Åの厚さで構成して、積層型構造の白色有機発光素子を作製した。

【0106】

【化22】

【0107】

＜実施例２＞
第２電子輸送層を前記物質１に有機金属塩物質のＬｉｑを５０重量％でドーピングして構成したことを除いては、実施例１と同様に実施して素子を作製した。

【0108】

＜比較例１＞
第２電子輸送層を金属塩または有機金属塩でドーピングせず、物質１を用いて１５０Åの厚さで形成したことを除いては、実施例１と同様に実施して素子を作製した。

【0109】

下記の表１に、実施例１、２および比較例１の電圧および効率を３ｍＡ／ｃｍ^２の領域で測定して比較した結果を示した。

【0110】

【表1】

【0111】

＜実施例３＞
第２電子輸送層および第１電子輸送層の形成時、前記物質１の代わりに前記物質２を用いたことを除いては、実施例１と同様の方法で素子を作製した。

【0112】

＜比較例２＞
第２電子輸送層を金属塩または有機金属塩でドーピングせず、前記物質２を用いて１５０Åの厚さで形成したことを除いては、実施例３と同様に実施して素子を作製した。

【0113】

＜比較例３＞
第１電子輸送層を形成せず、第２電子輸送層を２００Åの厚さで形成したことを除いては、実施例３と同様に実施して素子を作製した。

【0114】

＜比較例４＞
第２電子輸送層を形成せず、第１電子輸送層を２００Åの厚さで形成したことを除いては、実施例３と同様に実施して素子を作製した。

【0115】

下記の表２に、実施例３および比較例２〜４の電圧および効率を３ｍＡ／ｃｍ^２の領域で測定して比較した結果を示した。

【0116】

【表2】

【0117】

＜実施例４＞
ガラス基板上において、陽極としてＩＴＯを１，５００Åをスパッタリング方法によって形成し、その上に、前記化学式２−１のＨＡＴを熱真空蒸着によって３００Åの厚さの膜を形成し、次に、ＮＰＢを用いて６００Åの厚さに層を形成した。その上に、蛍光青色発光層を３００Åの厚さで形成し、第２電子輸送層を前記物質２にＬｉＦを５０重量％でドーピングして１５０Åの厚さの層を形成した。その上に、第１電子輸送層を前記物質２にＣａを１０重量％でドーピングして５０Åの厚さの層を形成した。

【0118】

次に、電荷発生層をＨＡＴ層３００ÅおよびＮＰＢ層３００Åで構成し、燐光緑色および赤色発光層を３００Åの厚さで形成した。その後、第２電子輸送層を前記物質２にＬｉＦを５０重量％で共蒸着して４００Åの厚さで形成し、第１電子輸送層を前記物質２にＣａを１０重量％でドーピングして５０Åの厚さの層を形成した。最後に、陰極をアルミニウム１，０００Åの厚さで構成して、積層型構造の白色有機発光素子を作製した。

【0119】

＜比較例５＞
電荷発生層と接する部分に、第２電子輸送層と第１電子輸送層を構成せず、陰極に接する部分にのみ第２電子輸送層と第１電子輸送層を形成したことを除いては、実施例４と同様の構成および方法で素子を作製した。

【0120】

下記の表３に、実施例４および比較例５の電圧および効率を３ｍＡ／ｃｍ^２の領域で測定して比較した結果を示した。

【0121】

【表3】

【0122】

＜実施例５＞
電荷発生層と接する部分に、第２電子輸送層および第１電子輸送層の形成時、物質１の代わりに下記の物質５を用いたことを除いては、実施例１と同様に素子を作製した。

【0123】

【化23】

【0124】

＜実施例６＞
電荷発生層と接する部分に、第２電子輸送層および第１電子輸送層の形成時、物質１の代わりに下記の物質７を用いたことを除いては、実施例１と同様に素子を作製した。

【0125】

【化24】

【0126】

＜実施例７＞
電荷発生層と接する部分に、第２電子輸送層および第１電子輸送層の形成時、物質１の代わりに下記の物質９を用いたことを除いては、実施例１と同様に素子を作製した。

【0127】

【化25】

【0128】

＜実施例８＞
電荷発生層と接する部分に、第２電子輸送層および第１電子輸送層の形成時、物質１の代わりに下記の物質１１を用いて形成したことを除いては、実施例１と同様に素子を作製した。

【0129】

【化26】

【0130】

下記の表４に、実施例５〜８の電圧および効率を３ｍＡ／ｃｍ^２の領域で測定して比較した結果を示した。

【0131】

【表4】

【0132】

＜実施例９＞
電荷発生層に隣接する部分において、第２電子輸送層を前記物質２にＬｉＦを５０重量％で共蒸着して１５０Åの厚さで形成し、第１電子輸送層を下記の物質１３にＣａを１０重量％でドーピングして５０Åの厚さで形成したことを除いては、実施例１と同様に素子を作製した。

【0133】

【化27】

【0134】

＜実施例１０＞
電荷発生層に隣接する部分において、第１電子輸送層の形成時、Ｃａを５重量％でドーピングしたことを除いては、実施例９と同様に素子を作製した。

【0135】

＜実施例１１＞
電荷発生層に隣接する部分において、第１電子輸送層の形成時、Ｃａを２．５重量％でドーピングしたことを除いては、実施例９と同様に素子を作製した。

【0136】

＜比較例６＞
電荷発生層に隣接する部分において、第２電子輸送層に金属塩または有機金属塩を含まず、前記物質２だけで１５０Åの厚さで形成し、第１電子輸送層を前記物質１３にＣａを１０重量％でドーピングして５０Åの厚さで形成したことを除いては、実施例９と同様に素子を作製した。

【0137】

＜比較例７＞
第２電子輸送層にＣａを１０重量％ドーピングして１５０Åの厚さで形成し、第１電子輸送層にドーピングされた物質と同一の物質で構成したことを除いては、実施例９と同様に素子を作製した。

【0138】

＜比較例８＞
第１電子輸送層に金属塩のＬｉＦを５０重量％ドーピングして５０Åの厚さで形成し、第２電子輸送層にドーピングされた物質と同一のもので構成したことを除いては、実施例９と同様に素子を作製した。

【0139】

＜比較例９＞
第１電子輸送層に接しているｎ型電荷発生層のＨＡＴを構成しないことを除いては、実施例９と同様に素子を作製した。

【0140】

下記の表５に、実施例９〜１１および比較例６〜比較例９の電圧および効率を３ｍＡ／ｃｍ^２の領域で測定して比較した結果を示した。

【0141】

【表5】

【0142】

図１０、図１１に、第２電子輸送層にＬｉＦのような金属塩がドーピングされた素子（実施例１１）およびドーピングされていない素子（比較例６）に対する電圧−電流グラフと駆動寿命のグラフを代表的に示した。第２電子輸送層に金属塩などがドーピングされた素子は、そうでない素子に比べて、初期電圧が低く、駆動中の電圧の上昇幅も非常に少なく、駆動寿命も改善されたことを確認することができる。

【0143】

比較例７および８では、第２電子輸送層および第１電子輸送層にドーピングする物質を同一のもので構成した素子であり、それぞれＣａおよびＬｉＦを用いてドーピングした素子である。

【0144】

比較例７の場合、素子の効率が急激に低下する結果を示したが、これは、Ｃａのドーピング層が発光層に接しているため、発光消滅（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）現象が起こるからである。また、第１電子輸送層および第２電子輸送層ともｎ型ドーパントによってドーピングされた場合、光吸収が多くなり得る。発光層と接する第２電子輸送層に金属がドーピングされる場合には、発光効率が低下することがある。

【0145】

比較例８の場合、第１電子輸送層にドーピングされているＬｉＦが絶縁特性を有しており、ｎ型電荷発生層がＨＡＴとの反応性がないため、ＨＡＴ層から第１電子輸送層までの電子の注入が容易でなく、駆動電圧が大きな上昇を示した。

【0146】

比較例９の場合、第１発光部であるブルーの発光が観察されず、第２発光部であるイエローの発光だけが観察されたが、これは、ｎ型電荷発生層のＨＡＴが形成されていないことにより、タンデム（ｔａｎｄｅｍ）構造が効果的に動作しなかったことを意味する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】