特許 5992495 有機発光ダイオード及び有機発光ダイオード表示装置

(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】5992495

(24)【登録日】2016年8月26日

(45)【発行日】2016年9月14日

(54)【発明の名称】有機発光ダイオード及び有機発光ダイオード表示装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/50 20060101AFI20160901BHJP

   H05B 33/12 20060101ALI20160901BHJP

   H05B 33/02 20060101ALI20160901BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/14 B

   H05B33/22 D

   H05B33/22 B

   H05B33/12 C

   H05B33/02

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-245553(P2014-245553)

(22)【出願日】2014年12月4日

(65)【公開番号】特開2015-128062(P2015-128062A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2014年12月4日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0167617

(32)【優先日】2013年12月30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】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 潤一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100117776

【弁理士】

【氏名又は名称】武井 義一

(74)【代理人】

【識別番号】100188329

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 義行

(74)【代理人】

【識別番号】100188514

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 隆裕

(74)【代理人】

【識別番号】100090011

【弁理士】

【氏名又は名称】茂泉 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100194939

【弁理士】

【氏名又は名称】別所 公博

(72)【発明者】

【氏名】ヨウン−クヮン・ジュン

(72)【発明者】

【氏名】ヒョ−ソク・キム

(72)【発明者】

【氏名】テ−イル・クム

(72)【発明者】

【氏名】ヒュン−ジュネ・キム

(72)【発明者】

【氏名】ソン−ス・ジョン

【審査官】 横川 美穂

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１４８９０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１１５０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４４１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００４５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１５４７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｈ０５Ｂ ３３／０２

Ｈ０５Ｂ ３３／１２

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに離隔する陽極及び陰極と、
前記陽極と前記陰極の間に位置し、第１三重項エネルギーを有する第１ホスト物質を含む第１発光物質層と、
前記第１発光物質層と前記陽極の間に位置し、前記第１三重項エネルギーより大きい第２三重項エネルギーを有する物質を含む正孔輸送層と、
を備え、
前記第１ホスト物質は、化学式１で表され、

【化1】

前記正孔輸送層は、化学式２から選択され、

【化2】

前記第１三重項エネルギーと前記第２三重項エネルギーの差は０．１ｅＶ以上である
ことを特徴とする有機発光ダイオード。

【請求項2】

前記第１発光物質層と前記陰極の間に位置し、前記第１三重項エネルギーより大きい第３三重項エネルギーを有する第２ホスト物質を含む第２発光物質層を更に備え、前記第２ホスト物質は、前記化学式２から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項3】

前記正孔輸送層と前記陽極の間に位置する正孔注入層を更に備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の有機発光ダイオード。

【請求項4】

前記第１三重項エネルギーと前記第３三重項エネルギーの差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とする、請求項２に記載の有機発光ダイオード。

【請求項5】

前記第１発光物質層と前記陰極の間に順次積層される、電子輸送層と電子注入層とを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項6】

第１基板上に位置し、互いに交差して画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、
前記ゲート配線または前記データ配線に平行に離隔するパワー配線と、
前記ゲート配線及び前記データ配線に接続されるスイッチング薄膜トランジスタと、
前記スイッチング薄膜トランジスタ及び前記パワー配線に接続される駆動薄膜トランジスタと、
前記駆動薄膜トランジスタに接続される請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の有機発光ダイオードと、
を備える有機発光ダイオード表示装置。

【請求項7】

第１電極と、
前記第１電極と向かい合う第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に位置する第１発光物質層と、
前記第１電極と前記第１発光物質層の間に位置する正孔輸送層と、
を備え、
前記第１発光物質層の三重項エネルギーは前記正孔輸送層の三重項エネルギーより小さく、
前記第１発光物質層は、化学式３で表される物質を含み、

【化3】

前記正孔輸送層は、化学式４から選択される物質を含み、

【化4】

前記第１発光物質層の三重項エネルギーと、前記正孔輸送層の三重項エネルギーとの差は０．１ｅＶ以上である
ことを特徴とする有機発光ダイオード。

【請求項8】

前記第１発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２発光物質層を更に備え、
前記第１発光物質層の三重項エネルギーは前記第２発光物質層の三重項エネルギーより小さいことを特徴とする、請求項７に記載の有機発光ダイオード。

【請求項9】

前記第１発光物質層の三重項エネルギーと、前記第２発光物質層の三重項エネルギーとの差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とする、請求項８に記載の有機発光ダイオード。

【請求項10】

第１基板上に位置し、互いに交差して画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、
前記ゲート配線または前記データ配線に平行に離隔するパワー配線と、
前記ゲート配線及び前記データ配線に接続されるスイッチング薄膜トランジスタと、
前記スイッチング薄膜トランジスタ及び前記パワー配線に接続される駆動薄膜トランジスタと、
前記駆動薄膜トランジスタに接続される請求項７〜請求項９のうちいずれか一項に記載の有機発光ダイオードと、
を備える有機発光ダイオード表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機発光ダイオード表示装置に関するものであり、更に詳しくは発光物質層の発光効率を極大化することができる有機発光ダイオード及びそれを含む有機発光ダイオード表示装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

フラットパネルディスプレイ装置（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）の一つである有機発光ダイオード（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＯＬＥＤ）表示装置は、高い輝度と低い動作電圧という特性を有する。

【0003】

そして、自ら光を出す自発光型であるため、コントラスト比が大きく、超薄型ディスプレイの具現化が可能である。また、応答時間が数マイクロ秒（μｓ）程度で動画像が具現しやすく、視野角に制限されることもなく、低温においても安定的である。更に、直流５〜１５Ｖの低電圧で駆動するため、駆動回路の製作及び設計が容易である。

【0004】

また、有機発光ダイオード表示装置の製造工程は、蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びカプセル化（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）のみと言えるほど、製造工程が非常に単純である。

【0005】

かかる有機発光ダイオード表示装置は発光のための有機発光ダイオードを含み、前記有機発光ダイオードからの光を利用し、映像を表示する。

【0006】

図１は、従来の有機発光ダイオードの概略的な断面図である。

【0007】

図１に示すように、有機発光ダイオードＤは、陽極の役割をする第１電極１０と、陰極の役割をする第２電極３０と、前記第１電極１０と前記第２電極３０の間に形成される有機発光層２０とからなる。

【0008】

前記第１電極１０は、仕事関数値が比較的に高いもの、例えばインジウム・チン・オキサイド（ＩＴＯ）からなり、前記第２電極３０は、仕事関数値が比較的に低いもの、例えばアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金（ＡｌＮｄ）からなる。また、前記有機発光層２０は赤・緑・青色の有機発光パターンからなる。

【0009】

前記有機発光層２０は、発光効率を極大化するため、多層構造を有することができる。例えば、第１電極１０から順次に正孔注入層２１（ＨＩＬ：ｈｏｌｅ ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、正孔輸送層２２（ＨＴＬ：ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌａｙｅｒ）、発光物質層２３（ＥＭＬ：ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌａｙｅｒ）、電子輸送層２４（ＥＴＬ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌａｙｅｒ）及び電子注入層２５（ＥＩＬ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）からなる。

【0010】

有機発光ダイオードＤにおいて、第１電極１０及び第２電極３０からそれぞれ注入された電子と正孔が発光物質層で結合し、励起子（エキシトン）が形成される。このエキシトンの電気エネルギーが光エネルギーに転換する過程で、発光層のエネルギーバンドギャップに該当する色の光を具現化する。そのとき、発光物質層の物質によって青色、緑色、赤色の有機発光ダイオードＤを具現化することができる。

【0011】

最近は、発光物質層に蛍光物質より燐光物質が多く用いられる。その理由は、蛍光物質の場合、発光物質層で形成されるエキシトンのうち、約２５％の一重項だけが光形成に使われ、７５％の三重項は殆どが熱で消失される反面、燐光物質は、一重項と三重項、両方とも光に転換させる発光メカニズムを有するためである。

【0012】

そのように有機発光ダイオードＤの発光効率は消費電力と直接的な関係があるため、有機発光ダイオードＤの発光効率を向上させることに焦点が当てられている。

【0013】

例えば、発光物質層２３に用いられる、発光効率の高い新物質を開発したり、正孔注入または輸送特性の高い物質を開発したりしている。

【0014】

しかし、有機発光ダイオードＤの発光効率を向上させるには明白な限界がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、有機発光ダイオードの発光効率増加における限界を克服することを目的とする。

【0016】

また、有機発光ダイオード表示装置の消費電力を最小化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

前述のような目的を達成するため、本発明は、互いに離隔する陽極及び陰極と、前記陽極と前記陰極の間に位置し、第１三重項エネルギーを有する第１ホスト物質を含む第１発光物質層と、前記第１発光物質層と前記陽極の間に位置し、前記第１三重項エネルギーより大きい第２三重項エネルギーを有する物質を含む正孔輸送層とを備え、
前記第１ホスト物質は、化学式９で表され、

【化9】

前記正孔輸送層は、化学式１０から選択され、

【化10】

前記第１三重項エネルギーと前記第２三重項エネルギーの差は０．１ｅＶ以上である
ことを特徴とする有機発光ダイオードを提供する。

【0018】

本発明の有機発光ダイオードは、前記第１発光物質層と前記陰極の間に位置し、前記第１三重項エネルギーより大きい第３三重項エネルギーを有する第２ホスト物質を含む第２発光物質層を更に備えることを特徴とする。

【0019】

本発明の有機発光ダイオードは、前記正孔輸送層と前記陽極の間に位置する正孔注入層を更に備えることを特徴とする。

【0020】

本発明の有機発光ダイオードにおいて、前記第１三重項エネルギーと前記第３三重項エネルギーの差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とする。

【0022】

本発明の有機発光ダイオードは、前記第１発光物質層と前記陰極の間に順次積層される電子輸送層と電子注入層を更に備えることを特徴とする。

【0023】

別の観点から、本発明は、第１基板上に位置し、互いに交差して画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、前記ゲート配線または前記データ配線に平行に離隔するパワー配線と、前記ゲート配線及び前記データ配線に接続されるスイッチング薄膜トランジスタと、前記スイッチング薄膜トランジスタ及び前記パワー配線に接続される駆動薄膜トランジスタと、前記駆動薄膜トランジスタに接続される有機発光ダイオードと、前記有機発光ダイオードを覆う第２基板とを備える有機発光ダイオード表示装置を提供する。

【発明の効果】

【0024】

本発明の有機発光ダイオードにおいては、正孔輸送層物質の三重項エネルギーを発光物質層のホスト物質の三重項エネルギーより大きくすることにより、発光物質層で形成されるエキシトンが正孔輸送層に遷移することを防止する。したがって、エキシトンが発光物質層内に長時間留まり、発光に寄与するため、発光効率が向上する効果を奏する。

【0025】

また、積層された発光物質層を有する有機発光ダイオード構造において、正孔輸送層と離隔する発光物質層のホスト物質の三重項エネルギーを正孔輸送層に隣接した発光物質層のホスト物質より大きくして、発光物質層で形成されるエキシトンが発光領域に留まるようにすることにより、発光効率を更に向上させることができる。

【0026】

したがって、有機発光ダイオード表示装置の輝度を向上させ、消費電力の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】従来の有機発光ダイオードの概略的な断面図である。

【図2】本発明に係る有機発光ダイオード表示装置における一つの画素領域に対する回路図である。

【図3a】有機発光ダイオードにおけるエネルギー準位による発光効率の限界を説明するための図面である。

【図3b】有機発光ダイオードにおけるエネルギー準位による発光効率の限界を説明するための図面である。

【図4】本発明の第１実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。

【図5】本発明の第１実施例に係る有機発光ダイオードにおけるエネルギー順位を説明するための図面である。

【図6】本発明の第２実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。

【図7】本発明の第２実施例に係る有機発光ダイオードにおけるエネルギー順位を説明するための図面である。

【図8】本発明の有機発光ダイオード表示装置の概略的な断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0028】

以下、図面を参照し、本発明に係る有機発光ダイオード表示装置及びその製造方法を説明する。

【0029】

図２は、本発明に係る有機発光ダイオード表示装置における一つの画素領域に対する回路図である。

【0030】

図２に示すように、有機発光ダイオード表示装置には、互いに交差して副画素領域（ＳＰ）を定義するゲート配線（ＧＬ）、データ配線（ＤＬ）及びパワー配線（ＰＬ）が設けられる。そして、副画素領域（ＳＰ）には、スイッチング薄膜トランジスタ（Ｔｓ）、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）、発光ダイオード（Ｄｅｌ）が設けられる。

【0031】

スイッチング薄膜トランジスタ（Ｔｓ）は、ゲート配線（ＧＬ）及びデータ配線（ＤＬ）に接続され、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）及びストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）は、スイッチング薄膜トランジスタ（Ｔｓ）とパワー配線（ＰＬ）との間に接続される。発光ダイオード（Ｄｅｌ）は、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）に接続される。

【0032】

かかる有機発光ダイオード表示装置が映像を表示する動作を説明する。ゲート配線（ＧＬ）に印加されたゲート信号によってスイッチング薄膜トランジスタ（Ｔｓ）がターンオンすると、データ配線（ＤＬ）に印加されたデータ信号がスイッチング薄膜トランジスタ（Ｔｓ）を通じ、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）のゲート電極及びストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）の一電極に印加される。

【0033】

駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）は、ゲート電極に印加されたデータ信号によってターンオンする。その結果、データ信号に比例する電流がパワー配線（ＰＬ）から駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）を通じて発光ダイオード（Ｄｅｌ）に流れ、発光ダイオード（Ｄｅｌ）は、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）を通じて流れる電流に比例する輝度に発光する。

【0034】

そのとき、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）は、データ信号に比例する電圧で充電され、一フレームの間、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）のゲート電極の電圧が一定に維持されるようにする。

【0035】

したがって、有機発光ダイオード表示装置は、ゲート信号及びデータ信号によって希望する映像を表示することができる。

【0036】

かかる有機発光ダイオード表示装置の有機発光ダイオードＤは、陽極の第１電極と、正孔輸送層と、発光物質層と、電子輸送層と、陰極の第２電極とを備えるが、発光効率の向上のため、前記第１電極と前記正孔輸送層の間に位置する正孔注入層と、前記電子輸送層と前記第２電極の間に位置する電子注入層とを更に備えることができる。また、前記発光物質層は、互いに異なる物質からなる第１及び第２発光物質層の二層構造を有することもできる。

【0037】

そのとき、前記正孔輸送層、前記発光物質層及び前記電子輸送層の三重項エネルギーの大きさが発光効率に大きく影響を与える。即ち、前記発光物質層とそれに隣接する層との間の三重項エネルギーの大きさが、発光効率において重要要素である。

【0038】

図３ａ及び図３ｂは、有機発光ダイオードにおけるエネルギー準位による発光効率の限界を説明するための図面である。

【0039】

図３ａに示すように、発光物質層（ＥＭＬ）と正孔輸送層（ＨＴＬ）を備えて構成される有機発光ダイオードにおいて、前記発光物質層（ＥＭＬ）を構成するホスト物質の三重項エネルギー（Ｔ１）が前記正孔輸送層（ＨＴＬ）を構成する物質の三重項エネルギー（Ｔ２）より大きい場合、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が前記発光物質層（ＥＭＬ）で結合して形成されるエキシトンのエネルギーが、前記発光物質層（ＥＭＬ）から前記正孔輸送層（ＨＴＬ）に遷移する。それによって、発光効率が低下する。

【0040】

かかるエネルギー遷移は、電子輸送層を構成する物質の三重項エネルギーが前記発光物質層（ＥＭＬ）を構成するホスト物質の三重項エネルギー（Ｔ１）より小さい場合においても発生する。

【0041】

即ち、前記エキシトンは発光物質層（ＥＭＬ）内に留まって発光しなければならないが、エキシトンが発光物質層（ＥＭＬ）に十分に留まることができず、正孔輸送層（ＨＴＬ）にエネルギー遷移が発生するため、有機発光ダイオード素子の発光効率が低下する。

【0042】

また、図３ｂに示すように、第１発光物質層（ＥＭＬ１）と、第２発光物質層（ＥＭＬ２）と、正孔輸送層（ＨＴＬ）とを備えて構成される有機発光ダイオードにおいて、前記正孔輸送層（ＨＴＬ）に隣接した前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）を構成するホスト物質の三重項エネルギー（Ｔ１）が前記正孔輸送層（ＨＴＬ）を構成する物質の三重項エネルギー（Ｔ２）より大きい場合、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）で結合して形成されるエキシトンのエネルギーが、前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）から前記正孔輸送層（ＨＴＬ）に遷移し、それによって発光効率が低下する。

【0043】

また、前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）を構成するホスト物質の三重項エネルギー（Ｔ１）が前記第２発光物質層（ＥＭＬ２）を構成するホスト物質の三重項エネルギー（Ｔ３）より大きい場合、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）で結合して形成されるエキシトンのエネルギーが、前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）から前記第２発光物質層（ＥＭＬ２）に遷移し、それによって発光効率が低下する。

【0044】

発光物質層が、前記第１及び第２発光物質層（ＥＭＬ１、ＥＭＬ２）の積層された二層構造を有する場合に、エキシトンは前記正孔輸送層（ＨＴＬ）に隣接した前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）で殆ど形成されるため、前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）にエキシトンが十分に留まることができず、前記第２発光物質層（ＥＭＬ２）に遷移する。その結果、希望する発光特性を得ることができない。

【0045】

したがって、本発明においては、エキシトンが形成されて発光領域となる発光物質とそれに隣接した層の三重項エネルギーを調節することにより、エキシトンを発光領域に十分に留まらせることを目的とする。また、それにより、有機発光ダイオードの発光効率を向上させる。

【0046】

図４は、本発明の第１実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。

【0047】

図４に示すように、本発明の第１実施例に係る有機発光ダイオードＤは、陽極の第１電極１１０と、前記第１電極１１０と離隔する陰極の第２電極１３０と、前記第１電極１１０と第２電極１３０の間に位置する発光物質層１２３（ＥＭＬ）と、前記発光物質層１２３と前記第１電極１１０の間に位置する正孔輸送層１２２（ＨＴＬ）とを備える。

【0048】

そのとき、前記発光物質層１２３を構成するホスト物質は第１三重項エネルギーを有し、前記正孔輸送層１２２を構成する物質は前記第１三重項エネルギーより大きい第２三重項エネルギーを有する。例えば、前記第２三重項エネルギーは前記第１三重項エネルギーより０．１ｅＶ以上大きくても良い。

【0049】

したがって、陽極の前記第１電極１１０から注入された正孔と陰極の前記第２電極１３０から注入された電子が前記発光物質層１２３で結合して形成されるエキシトンのエネルギーは、前記正孔輸送層１２２に遷移せず、前記発光物質層１２３内に十分に留まり、発光する。その結果、有機発光ダイオードＤの発光効率が向上する。

【0050】

即ち、本発明の第１実施例に係る有機発光ダイオードにおけるエネルギー準位を説明するための図５を参照すると、発光物質層（ＥＭＬ）は第１三重項エネルギー（Ｔ１）を有し、正孔輸送層（ＨＴＬ）は前記第１三重項エネルギー（Ｔ１）より大きい第２三重項エネルギー（Ｔ２）を有する。前記発光物質層（ＥＭＬ）と前記正孔輸送層（ＨＴＬ）の三重項エネルギーの差はエネルギーバリアとなり、前記発光物質層（ＥＭＬ）のエキシトンエネルギーが前記正孔輸送層（ＨＴＬ）に遷移することを防止または減少させる。

【0051】

例えば、前記発光物質層１２３のホスト物質は、下記化学式１で表される物質であっても良い（三重項エネルギー＝２．６６ｅＶ）。

【0052】

【化1】

【0053】

また、前記正孔輸送層１２２の物質は、下記化学式２または化学式３で表される物質であっても良い。

【0054】

【化2】

【0055】

【化3】

【0056】

前記化学式２及び化学式３の正孔輸送層物質は、高い三重項エネルギー（化学式２の物質の三重項エネルギー＝２．８０ｅＶ、化学式３の物質の三重項エネルギー＝２．８２ｅＶ）を有し、正孔輸送特性も優れている。したがって、正孔輸送特性が低下することなく、発光物質層１２３から正孔輸送層１２２にエキシトンエネルギーが遷移することを防止または減少させることにより、発光効率を大きく向上させることができる。

【0057】

再び図４を参照すると、前記有機発光ダイオードＤは、前記発光物質層１２３と前記第２電極１３０の間に位置する電子輸送層１２４（ＥＴＬ）と、前記正孔輸送層１２２と前記第１電極１１０の間に位置する正孔注入層１２１（ＨＩＬ）と、前記電子輸送層１２４と前記第２電極１３０の間に位置する電子注入層１２５（ＥＩＬ）とを更に備えることができる。

【0058】

前記電子輸送層１２４を構成する物質の三重項エネルギーも前記発光物質層のホスト物質の三重項エネルギー（図５のＴ１）より大きいと、前記発光物質層１２３のエキシトンエネルギーが前記電子輸送層１２４に遷移することを防止または減少させることができる。

【0059】

しかし、発光物質層１２３における発光領域は、前記正孔輸送層１２２側に偏って形成されるため、前記電子輸送層１２４に遷移するエキシトンエネルギーは、前記正孔輸送層１２２に遷移するエキシトンエネルギーより小さい。一方、前記電子輸送層１２４を構成する物質の三重項エネルギーが増加すると電子輸送特性が低下する傾向がある。したがって、前記電子輸送層１２４を構成する物質の三重項エネルギーは、前記発光物質層１２３を構成するホスト物質の三重項エネルギー（Ｔ１）との関係に制限を設けない。

【0060】

図６は、本発明の第２実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。

【0061】

図６に示すように、本発明の第２実施例に係る有機発光ダイオードＤは、陽極の第１電極２１０と、前記第１電極２１０と離隔する陰極の第２電極２３０と、前記第１電極２１０と前記第２電極２３０の間に位置する第１発光物質層２２３ａ（ＥＭＬ１）と、前記第１発光物質層２２３ａと前記第１電極２１０の間に位置する正孔輸送層２２２（ＨＴＬ）と、前記第１発光物質層２２３ａと前記第２電極２３０の間に位置する第２発光物質層２２３ｂ（ＥＭＬ２）とを備える。

【0062】

そのとき、前記第１発光物質層２２３ａを構成する第１ホスト物質は第１三重項エネルギーを有し、前記正孔輸送層２２２を構成する物質は前記第１三重項エネルギーより大きい第２三重項エネルギーを有する。また、前記第２発光物質層２２３ｂを構成する第２ホスト物質は前記第１三重項エネルギーより大きい第３三重項エネルギーを有する。例えば、前記第２及び第３三重項エネルギーのそれぞれは、前記第１三重項エネルギーより０．１ｅＶ以上大きくても良い。

【0063】

前述のように、陽極の前記第１電極２１０から注入された正孔と陰極の前記第２電極２３０から注入された電子は前記第１発光物質層２２３ａで結合し、エキシトンを形成する。即ち、前記第１発光物質層２２３ａが発光領域となり、前記第２発光物質層２２３ｂは補助発光物質層として働く。

【0064】

前記正孔輸送層２２２物質の第２三重項エネルギーと前記第２発光物質層２２３ｂの第２ホスト物質の第３三重項エネルギーが、発光領域である前記第１発光物質層２２３ａの第１ホスト物質の第１三重項エネルギーより大きいため、前記第１発光物質層２２３ａで形成されたエキシトンのエネルギーは、前記正孔輸送層２２２と前記第２発光物質層２２３ｂに遷移せず、前記第１発光物質層２２３ａ内に十分に留まり、発光する。その結果、有機発光ダイオードＤの発光効率が向上する。

【0065】

本発明の第２実施例に係る有機発光ダイオードにおけるエネルギー順位を説明するための図７を参照すると、第１発光物質層（ＥＭＬ１）は第１三重項エネルギー（Ｔ１）を有し、正孔輸送層（ＨＴＬ）は前記第１三重項エネルギー（Ｔ１）より大きい第２三重項エネルギー（Ｔ２）を有する。また、第２発光物質層（ＥＭＬ２）は前記第１三重項エネルギー（Ｔ１）より大きい第３三重項エネルギー（Ｔ３）を有する。

【0066】

前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）と前記正孔輸送層（ＨＴＬ）及び前記第２発光物質層（ＥＭＬ２）との三重項エネルギーの差はエネルギーバリアとなり、前記第１発光物質層（ＥＭＬ１）のエキシトンエネルギーが前記正孔輸送層（ＨＴＬ）及び前記第２発光物質層に遷移することを防止または減少させる。

【0067】

例えば、前記第１発光物質層２２３ａのホスト物質は、前記化学式１で表される物質であっても良く、前記正孔輸送層２２２の物質は、前記化学式２または化学式３で表される物質であっても良い。

【0068】

また、前記第２発光物質層２２３ｂのホスト物質は、前記化学式２または化学式３で表される物質であっても良い。

【0069】

再び図６を参照すると、前記有機発光ダイオードＤは、前記第２発光物質層２２３ｂと前記第２電極２３０の間に位置する電子輸送層２２４（ＥＴＬ）と、前記正孔輸送層２２２と前記第１電極２１０の間に位置する正孔注入層２２１（ＨＩＬ）と、前記電子輸送層２２４と前記第２電極２３０の間に位置する電子注入層２２５（ＥＩＬ）とを更に備えることができる。

【0070】

図８は、本発明の実施例に係る有機発光ダイオード表示装置の概略的な断面図である。

【0071】

図８に示すように、有機発光ダイオード表示装置１００は、第１及び第２基板１０１、１６０と、第１基板１０１の上部に設けられるスイッチング薄膜トランジスタ（不図示）と、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）と、発光ダイオードＤとを備える。前記第１基板１０１と前記第２基板１６０の間の前面には、シール材１５０を設けることができる。前記第１基板１０１及び前記第２基板１６０は互いに向かい合い、離隔している。

【0072】

互いに向かい合い、離隔する第１及び第２基板１０１、１６０は複数の画素領域Ｐを含む。第１基板１０１は下板、ＴＦＴ基板またはバックプレーンと呼ばれ、第２基板１６０はカプセル化基板と呼ばれることもある。

【0073】

具体的に、第１基板１０１の上部にはゲート配線（不図示）が第１方向に延長して設けられ、前記駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）のゲート電極１０２が設けられる。ゲート配線及びゲート電極１０２の上部にはゲート絶縁膜１０４が設けられる。

【0074】

図面に示していないが、前記ゲート配線から延長するスイッチング薄膜トランジスタのゲート電極は、前記第１基板１０１上に設けられる。

【0075】

前記ゲート電極１０２に対応するゲート絶縁膜１０４の上部には半導体層１０６が設けられる。前記半導体層１０６は酸化物半導体層であっても良い。その場合、前記酸化物半導体層を保護するためのエッチング防止層（不図示）を設けることができる。また、スイッチング薄膜トランジスタのゲート電極にも対応して半導体層が設けられる。

【0076】

前記半導体層１０６の両端にはそれぞれソース電極１０８とドレイン電極１０９が設けられる。ゲート絶縁膜１０４の上部にはゲート配線と交差し、複数の画素領域を定義するデータ配線（不図示）が設けられる。また、前記データ配線と平行に離隔するパワー配線（不図示）が設けられ、前記ソース電極１０８をパワー配線に接続することができる。

【0077】

図面に示していないが、スイッチング薄膜トランジスタの半導体層の両端にソース電極及びドレイン電極が設けられる。そのとき、スイッチング薄膜トランジスタのソース電極はデータ配線に接続し、スイッチング薄膜トランジスタのドレイン電極は駆動薄膜トランジスタのゲート電極に接続することができる。

【0078】

ゲート電極１０２と、酸化物半導体層１０６と、ソース電極１０８と、ドレイン電極１０９は、駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ：ｄｒｉｖｉｎｇ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を構成する。

【0079】

スイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタ（Ｔｄ）の上部には保護層１４０が設けられ、前記保護層１４０は前記ドレイン電極１０９を露出するドレインコンタクトホール１４３を含む。

【0080】

そして、前記保護層１４０の上部には第１電極１１０が設けられるが、第１電極１１０はドレインコンタクトホール１４２を介し、ドレイン電極１０９に接続される。

【0081】

前記保護層１４０上には、前記第１電極１１０の縁部を覆うバンク１４４が設けられる。前記バンク１４４は、第１電極１１０の中央部を露出する開口部を含む。

【0082】

バンク１４４の上部には開口部を介して第１電極１１０と接触する発光層１２０が設けられ、発光層１２０の上部には第２電極１３０が設けられる。

【0083】

第１電極１１０と、発光層１２０と、第２電極１３０は発光ダイオードＤを構成する。前記第１及び第２電極１２０、１３０に電圧が印加されると、前記発光層１２０から光が放出され、前記第１電極１１０または前記第２電極１３０を通じて映像が表示される。前記第１電極１１０はアノードであり、前記第２電極１３０はカソードであっても良い。

【0084】

前記第２電極１３０の上部にはシール材１５０が設けられる。前記シール材１５０により、第１及び第２基板１０１、１６０が貼り合わされ、外部からの水分や汚染物質を防止すると共に外部からの衝撃を吸収する働きをする。

【0085】

図４に示すように、前記有機発光層１２０は、発光物質層１２３と、前記発光物質層１２３と前記第１電極１１０の間に位置する正孔輸送層１２２とを備えることができる。

【0086】

そのとき、前記発光物質層１２３を構成するホスト物質は第１三重項エネルギーを有し、前記正孔輸送層１２２を構成する物質は前記第１三重項エネルギーより大きい第２三重項エネルギーを有する。

【0087】

一方、図６に示すように、有機発光層１２０は記第１発光物質層２２３ａ（ＥＭＬ１）と、前記第１発光物質層２２３ａと前記第１電極２１０の間に位置する正孔輸送層２２２（ＨＴＬ）と、前記第１発光物質層２２３ａと前記第２電極２３０の間に位置する第２発光物質層２２３ｂ（ＥＭＬ２）を備えることができる。

【0088】

そのとき、前記第１発光物質層２２３ａを構成する第１ホスト物質は第１三重項エネルギーを有し、前記正孔輸送層２２２を構成する物質は前記第１三重項エネルギーより大きい第２三重項エネルギーを有する。また、前記第２発光物質層２２３ｂを構成する第２ホスト物質は前記第１三重項エネルギーより大きい第３三重項エネルギーを有する。

【0089】

かかる構造により、エキシトンエネルギーが発光領域である発光物質層１２３から正孔輸送層１２２に遷移したり、第１発光物質層２２３ａから正孔輸送層２２２または第２発光物質層２２３ｂに遷移したりすることが防止される。したがって、有機発光ダイオードＤの発光効率が向上し、有機発光ダイオード表示装置１００の消費電力が減少する効果を奏する。

【0090】

一方、有機発光ダイオードは、陽極と陰極の間に電荷生成層が設けられる。前記陽極と前記電荷生成層との間及び前記電荷生成層と前記陰極との間にそれぞれ正孔輸送層と第１及び／または第２発光物質層が設けられる構造を有することができる。本発明において正孔輸送層を構成する物質の三重項エネルギーと第１及び／または第２発光物質層のホスト物質の三重項エネルギーの関係は、前記のような構造にも適用できる。

【0091】

以下、様々な比較例と実験例を通じ、本発明の有機発光ダイオードの特性を説明する。

【0092】

比較例１
ガラス基板上にインジウム・チン・オキサイド（ＩＴＯ）を蒸着して第１電極を形成し、第１電極上に下記化学式４で表される物質（ＨＡＴ−ＣＮ）を用いて正孔注入層（５０Å）を形成した。

【0093】

次に、前記化学式２で表される物質（ＨＴＬ１）を用いて正孔輸送層（４００Å）を形成し、前記化学式２で表される物質をホスト物質（ＨＯＳＴ１）にし、下記化学式５で表される物質（Ｄｏｐａｎｔ１）をドープして第１発光物質層（１５０Å）を形成した。その後、前記ＨＯＳＴ１に下記化学式６で表される物質（Ｄｏｐａｎｔ２）をドープし、第２発光物質層（１５０Å）を形成した。

【0094】

次に、下記化学式７で表される物質を用いて電子輸送層（２５０Å）を形成し、ＬｉＦとＡｌをそれぞれ用いて正孔注入層（１０Å）と第２電極を形成した。

【0095】

比較例２
比較例１と同一構造に形成するが、正孔輸送層を下記化学式８で表される物質（ＨＴＬ２）で形成した。

【0096】

実験例１
比較例１と同一構造に形成するが、第１発光物質層を前記化学式１で表される物質（ＨＯＳＴ２）で形成した。

【0097】

前記比較例１・２及び実験例１における素子の正孔輸送層（ＨＴＬ）物質と、それの三重項エネルギー（Ｔ）と、第１及び第２発光物質層（ＥＭＬ１、ＥＭＬ２）のホスト物質と、それの三重項エネルギー及び素子の外部量子効率（ＥＱＥ）を表１に記載した。

【0098】

【表1】

【0099】

表１で分かるように、正孔輸送層物質と、第１発光物質層のホスト物質と、第２発光物質層のホスト物質とが同じ三重項エネルギーを有する場合（比較例１）と比較すると、正孔輸送層物質が第１発光物質層のホスト物質より小さい三重項エネルギーを有する場合（比較例２）、発光効率が減少するが、正孔輸送層物質が第１発光物質層のホスト物質より大きい三重項エネルギーを有する場合（実験例１）、発光効率が増加した。

【0100】

比較例３
ガラス基板上にＩＴＯを蒸着して第１電極を形成し、第１電極上にＨＡＴ−ＣＮを用いて正孔注入層（５０Å）を形成した。

【0101】

次に、前記化学式１で表される物質（ＨＴＬ３）を用いて正孔輸送層（４００Å）を形成し、ＨＯＳＴ２にＤｏｐａｎｔ１をドープして第１発光物質層（１５０Å）を形成した。その後、前記ＨＯＳＴ２に前記Ｄｏｐａｎｔ１をドープし、第２発光物質層（１５０Å）を形成した。

【0102】

次に、下記化学式７で表される物質を用いて電子輸送層（２５０Å）を形成し、ＬｉＦとＡｌをそれぞれ用いて正孔注入層（１０Å）と第２電極を形成した。

【0103】

実験例２
比較例３と同一構造に形成するが、第２発光物質層でＤｏｐａｎｔ１のドープ濃度を１２％にした。

【0104】

実験例３
実験例２と同一構造に形成するが、第２発光物質層でＤｏｐａｎｔ１のドープ濃度を２０％に増加させた。

【0105】

実験例４
実験例３と同一構造に形成するが、第２発光物質層の厚さを２００Åに増加させた。

【0106】

前記比較例３及び実験例２・３・４における素子の正孔輸送層（ＨＴＬ）物質と、それの三重項エネルギー（Ｔ）と、第１及び第２発光物質層（ＥＭＬ１、ＥＭＬ２）のホスト物質と、それの三重項エネルギー及び素子の外部量子効率（ＥＱＥ）を表２に記載した。

【0107】

【表2】

【0108】

表２で分かるように、正孔輸送層物質と、第１発光物質層のホスト物質と、第２発光物質層のホスト物質とが同じ三重項エネルギーを有する場合（比較例３）と比較すると、第２発光物質層のホスト物質が第１発光物質層のホスト物質より大きい三重項エネルギーを有する場合（実験例２・３・４）、発光効率が増加した。また、ドープ率や第２発光物質層の厚さが変わっても三重項エネルギーの関係により、発光効率の増加は保たれた。

【0109】

比較例４
ガラス基板上にＩＴＯを蒸着して第１電極を形成し、第１電極上にＨＡＴ−ＣＮを用いて正孔注入層（５０Å）を形成した。

【0110】

次に、ＨＴＬ３を用いて正孔輸送層（４００Å）を形成し、前記化学式３で表される物質をホスト物質（ＨＯＳＴ３）にし、Ｄｏｐａｎｔ１をドープして第１発光物質層（１５０Å）を形成した。その後、前記ＨＯＳＴ３にＤｏｐａｎｔ１をドープし、第２発光物質層（１５０Å）を形成した。

【0111】

次に、下記化学式７で表される物質を用いて電子輸送層（２５０Å）を形成し、ＬｉＦとＡｌをそれぞれ用いて正孔注入層（１０Å）と第２電極を形成した。

【0112】

実験例５
比較例４と同一構造に形成するが、第２発光物質層にＨＯＳＴ１を使用し、その厚さを２００Åに増加させた。

【0113】

実験例６
実験例５と同一構造に形成するが、第２発光物質層でＤｏｐａｎｔ１のドープ濃度を１２％に減少させた。

【0114】

前記比較例４及び実験例５・６における素子の正孔輸送層（ＨＴＬ）物質と、それの三重項エネルギー（Ｔ）と、第１及び第２発光物質層（ＥＭＬ１、ＥＭＬ２）のホスト物質と、それの三重項エネルギー及び素子の外部量子効率（ＥＱＥ）を表３に記載した。

【0115】

【表3】

【0116】

表３で分かるように、正孔輸送層物質と、第２発光物質層のホスト物質が第１発光物質層のホスト物質より小さい三重項エネルギーを有する場合（比較例４）と比較すると、第２発光物質層のホスト物質が第１発光物質層のホスト物質より大きい三重項エネルギーを有してもその差が小さければ（実験例５）、発光効率は大きく増加しない（減少分は厚さ変化によるもの）。

【0117】

また、ドープ濃度を変化しても（実験例６）、発光効率は変化しない。

【0118】

比較例５
ガラス基板上にＩＴＯを蒸着して第１電極を形成し、第１電極上にＨＡＴ−ＣＮを用いて正孔注入層（５０Å）を形成した。

【0119】

次に、ＨＴＬ２を用いて正孔輸送層（４００Å）を形成し、ＨＯＳＴ２にＤｏｐａｎｔ１をドープして発光物質層（３００Å）を形成した。

【0120】

次に、下記化学式７で表される物質を用いて電子輸送層（２５０Å）を形成し、ＬｉＦとＡｌをそれぞれ用いて正孔注入層（１０Å）と第２電極を形成した。

【0121】

完成した素子の外部量子効率は、２３．３％であった。

【0122】

実験例７
比較例５と同一に素子を形成するが、正孔輸送層をＨＴＬ１で形成した。

【0123】

完成した素子の外部量子効率は、２５．８％であった。

【0124】

比較例５の素子においては、正孔輸送層物質の三重項エネルギー（２．６０ｅＶ）が発光物質層のホスト物質の三重項エネルギー（２．６６ｅＶ）より小さい一方、実験例７の素子においては、正孔輸送層物質の三重項エネルギー（２．８２ｅＶ）が発光物質層のホスト物質の三重項エネルギー（２．６６ｅＶ）より大きい。その結果、素子の外部量子効率が約１０．７％向上した。

【0125】

即ち、正孔輸送層を、発光物質層のホスト物質より大きい三重項エネルギーを有する物質で形成することにより、発光物質層のエキシトンエネルギーが発光物質層に遷移することが防止され、または減少し、素子の発光効率が向上した。

【0126】

【化4】

【0127】

【化5】

【0128】

【化6】

【0129】

【化7】

【0130】

【化8】

【0131】

上記においては本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び要旨を逸脱しない範囲内で種々に変更し、実施できることは、該当技術分野の通常の知識を有する者にとって自明である。

【符号の説明】

【0132】

１００…有機発光ダイオード表示装置、１１０…第１電極、１２０…有機発光層、１２１、２２１…正孔注入層、１２２、２２２…正孔輸送層、１２３、２２３ａ、２２３ｂ…発光物質層、１２４、２２４…電子輸送層、１２５、２２５…電子注入層、１３０、２３０…第２電極、Ｄ…有機発光ダイオード

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】