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(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】6134786
(24)【登録日】2017年4月28日
(45)【発行日】2017年5月24日
(54)【発明の名称】有機電界発光素子
(51)【国際特許分類】
H01L 51/50 20060101AFI20170515BHJP
H05B 33/02 20060101ALI20170515BHJP
C07D 487/14 20060101ALI20170515BHJP
C07D 487/04 20060101ALI20170515BHJP
C09K 11/06 20060101ALI20170515BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20170515BHJP
【ＦＩ】
H05B33/22 B
H05B33/02
H05B33/14 A
H05B33/22 D
C07D487/14
C07D487/04 137
C09K11/06 690
G09F9/30 365
【請求項の数】31
【全頁数】49
(21)【出願番号】特願2015-514921(P2015-514921)
(86)(22)【出願日】2013年5月31日
(65)【公表番号】特表2015-525471(P2015-525471A)
(43)【公表日】2015年9月3日
(86)【国際出願番号】KR2013004845
(87)【国際公開番号】WO2013180535
(87)【国際公開日】20131205
【審査請求日】2014年12月11日
(31)【優先権主張番号】10-2012-0058936
(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】ムン・キュ・ジョー
(72)【発明者】
【氏名】ミンスー・カン
(72)【発明者】
【氏名】ジェミン・ムーン
(72)【発明者】
【氏名】ユン・ヒェ・ハーム
(72)【発明者】
【氏名】ソンス・ジャン
(72)【発明者】
【氏名】ジナ・ユウ
(72)【発明者】
【氏名】ジェイン・イ
【審査官】
岩井 好子
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１０／０７５８３６（ＷＯ，Ａ２）
【文献】
国際公開第２００９／１４１９０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１０／１０７２４９（ＷＯ，Ａ２）
【文献】
特開２００９−２２４５９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００９−５１４１７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−０６３７０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１２−５１９９４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１３／０４２７４５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特表２０１２−５１２１４０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ５１／５０
Ｃ０７Ｄ ４８７／０４
Ｃ０７Ｄ ４８７／１４
Ｃ０９Ｋ １１／０６
Ｇ０９Ｆ ９／３０
Ｈ０１Ｌ ２７／３２
Ｈ０５Ｂ ３３／０２
ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アノード、
カソード、
前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた光散乱層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた第１電荷輸送層、および
前記発光層と前記アノードとの間に備えられた第２電荷輸送層を含み、
前記第１電荷輸送層は、前記カソードに隣接した第１ｐ型有機物層、および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられたことを特徴とする、有機電界発光素子。
カソード、
前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた光散乱層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた第１電荷輸送層、および
前記発光層と前記アノードとの間に備えられた第２電荷輸送層を含み、
前記第１電荷輸送層は、前記カソードに隣接した第１ｐ型有機物層、および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられたことを特徴とする、有機電界発光素子。
【請求項2】
アノード、
カソード、
前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた光散乱層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられたバッファ層を含み、
前記バッファ層は、前記カソードに隣接した第１ｐ型有機物層、および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられたことを特徴とする、有機電界発光素子。
カソード、
前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた光散乱層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられたバッファ層を含み、
前記バッファ層は、前記カソードに隣接した第１ｐ型有機物層、および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられたことを特徴とする、有機電界発光素子。
【請求項3】
アノード、
カソード、
前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた光散乱層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた第１ｐ型有機物層、および
前記発光層と前記第１ｐ型有機物層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられたことを特徴とする、有機電界発光素子。
カソード、
前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた光散乱層、
前記発光層と前記カソードとの間に備えられた第１ｐ型有機物層、および
前記発光層と前記第１ｐ型有機物層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられたことを特徴とする、有機電界発光素子。
【請求項4】
前記光散乱層は、層内または層表面に備えられた光散乱構造を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項5】
前記光散乱層は、有機物からなることを特徴とする、請求項４に記載の有機電界発光素子。
【請求項6】
前記光散乱構造は、有機物の分子がクラスタをなして形成された粒子構造であることを特徴とする、請求項４に記載の有機電界発光素子。
【請求項7】
前記光散乱構造は、有機物の蒸着によって形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の有機電界発光素子。
【請求項8】
前記粒子の粒径は、０．５〜３０μｍであることを特徴とする、請求項６に記載の有機電界発光素子。
【請求項9】
前記粒子構造の粗さの程度は、２〜５０ｎｍであることを特徴とする、請求項６に記載の有機電界発光素子。
【請求項10】
前記光散乱層は、多環縮合環化合物およびアリールアミン系化合物を含むことを特徴とする、請求項４に記載の有機電界発光素子。
【請求項11】
前記アリールアミン系化合物は、下記の化学式１の化合物を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の有機電界発光素子。
前記化学式１において、Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３は、それぞれ独立して、水素または炭化水素基である。
【化1】
前記化学式１において、Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３は、それぞれ独立して、水素または炭化水素基である。
【請求項12】
前記アリールアミン系化合物は、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の有機電界発光素子。
【請求項13】
前記多環縮合環化合物は、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１０に記載の有機電界発光素子。
前記化学式２において、Ｒ１ｂ〜Ｒ６ｂは、それぞれ水素、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の直鎖もしくは分枝鎖のＣ１〜Ｃ１２のアルコキシ、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のＣ１〜Ｃ１２のアルキル、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のＣ２〜Ｃ１２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、前記ＲおよびＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換のＣ１〜Ｃ６０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員ヘテロ環である。
【化2】
前記化学式２において、Ｒ１ｂ〜Ｒ６ｂは、それぞれ水素、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の直鎖もしくは分枝鎖のＣ１〜Ｃ１２のアルコキシ、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のＣ１〜Ｃ１２のアルキル、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のＣ２〜Ｃ１２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、前記ＲおよびＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換のＣ１〜Ｃ６０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員ヘテロ環である。
【請求項14】
前記化学式２は、下記の化学式２−１〜２−６の中から選択されることを特徴とする、請求項１３に記載の有機電界発光素子。
【化3】
【化4】
【化5】
【化6】
【化7】
【化8】
【請求項15】
前記光散乱層内において、前記アリールアミン系化合物の含有量に対する前記多環縮合環化合物の含有量の重量比は、１／７〜５／７であることを特徴とする、請求項１０に記載の有機電界発光素子。
【請求項16】
前記光散乱層は、下記の化学式３の化合物を含むことを特徴とする、請求項４に記載の有機電界発光素子。
前記化学式３において、
Ｒ１ｃ〜Ｒ６ｃは、互いに同一または異なっていてよく、それぞれ独立して、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、Ｃ２〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換のＣ６〜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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換のＣ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基であり、互いに接する基と脂肪族、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すことができ、ｎおよびｍは、それぞれ０〜４の整数である。
【化9】
前記化学式３において、
Ｒ１ｃ〜Ｒ６ｃは、互いに同一または異なっていてよく、それぞれ独立して、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、Ｃ２〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換のＣ６〜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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換のＣ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基であり、互いに接する基と脂肪族、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すことができ、ｎおよびｍは、それぞれ０〜４の整数である。
【請求項17】
前記化学式３の化合物は、下記の化学式３−１〜３−５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１６に記載の有機電界発光素子。
【化10】
【化11】
【化12】
【化13】
【化14】
【請求項18】
前記カソードの仕事関数は、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項19】
前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差は、２ｅＶ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項20】
前記第１ｎ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第２ｎ型有機物層をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項21】
前記第２ｎ型有機物層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされていることを特徴とする、請求項２０に記載の有機電界発光素子。
【請求項22】
前記第２ｎ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第３ｎ型有機物層をさらに含むことを特徴とする、請求項２０に記載の有機電界発光素子。
【請求項23】
前記カソードと前記第１ｐ型有機物層とは接するものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項24】
前記第１ｎ型有機物層と前記第１ｐ型有機物層とはＮＰ接合を形成したものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項25】
前記発光層と前記アノードとの間に備えられた第２ｐ型有機物層をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項26】
前記アノードと前記第２ｐ型有機物層との間に備えられた第４ｎ型有機物層をさらに含むことを特徴とする、請求項２５に記載の有機電界発光素子。
【請求項27】
前記第２ｐ型有機物層と前記第４ｎ型有機物層とはＮＰ接合を形成したものであることを特徴とする、請求項２６に記載の有機電界発光素子。
【請求項28】
前記カソードまたは前記アノードの有機物層が備えられた面の反対面に備えられた基板をさらに備え、前記カソードもしくは前記アノードと前記基板との間に、または前記基板の前記アノードもしくは前記カソードが備えられた面の反対面に備えられた光抽出層をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項29】
前記有機電界発光素子は、フレキシブル有機電界発光素子であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項30】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子を含むことを特徴とする、ディスプレイ。
【請求項31】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子を含むことを特徴とする、照明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本記載は、有機電界発光素子に関するものである。
【0002】
本出願は、２０１２年５月３１日付で韓国特許庁に提出された特許文献１の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0003】
有機電界発光素子は、２つの電極から有機物層に電子および正孔を注入して、電流を可視光に変換する。有機電界発光素子は、２層以上の有機物層を含む多層構造を有することができる。例えば、有機電界発光素子は、発光層のほか、必要に応じて、電子または正孔注入層、電子または正孔遮断層、または電子または正孔輸送層をさらに含むことができる。
【0004】
最近、有機電界発光素子の用途が多様化するにつれ、有機電界発光素子の性能を改善することができる材料に対する研究が活発に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】韓国特許出願第１０−２０１２−００５８９３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本明細書には、新規な構造の有機電界発光素子が記載される。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本明細書の一実施態様にかかる有機電界発光素子は、アノード；カソード；および前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層を含み、前記発光層と前記カソードとの間に備えられた光散乱層を含む。
【0008】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記有機電界発光素子は、前記発光層と前記カソードとの間に備えられた第１電荷輸送経路（ｐａｓｓａｇｅ）；および前記発光層と前記アノードとの間に備えられた第２電荷輸送経路を含み、前記第１電荷輸送経路は、前記カソードに隣接した（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）第１ｐ型有機物層；および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられる。
【0009】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記有機電界発光素子は、前記発光層と前記カソードとの間に備えられたバッファ層を含み、前記バッファ層は、前記カソードに隣接し、第１ｐ型有機物層；および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、
前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられる。
【0010】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記有機電界発光素子は、前記発光層と前記カソードとの間に備えられ、第１ｐ型有機物層；および前記発光層と前記第１ｐ型有機物層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられる。
【発明の効果】
【0011】
本願にかかる発明は、光散乱層によって素子内部で発生した光の経路を変えることにより、光抽出効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本明細書の実施態様にかかる有機電界発光素子の有機物層の積層構造を例示したものである。
【図2】本明細書の実施態様にかかる有機電界発光素子の有機物層の積層構造を例示したものである。
【図3】本明細書の実施態様にかかる有機電界発光素子の有機物層の積層構造を例示したものである。
【図6】本明細書の他の実施態様にかかる有機電界発光素子において、発光層、第１ｎ型有機物層、第１ｐ型有機物層、およびカソードの間での電荷移動を例示したものである。
【図7】本明細書の他の実施態様にかかる有機電界発光素子において、発光層、第１ｎ型有機物層、第１ｐ型有機物層、およびカソードの間での電荷移動を例示したものである。
【図8】本明細書の他の実施態様にかかる有機電界発光素子において、アノードとカソードとの間での電荷移動を例示したものである。
【図9】本明細書の他の実施態様にかかる有機電界発光素子において、アノードとカソードとの間での電荷移動を例示したものである。
【図10A】実験例で作製した光散乱層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図10B】実験例で作製した光散乱層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図10C】実験例で作製した光散乱層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図10D】実験例で作製した光散乱層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図10E】実験例で作製した光散乱層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図10F】実験例で作製した光散乱層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図11A】実験例で形成した有機物層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図11B】実験例で形成した有機物層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【図11C】実験例で形成した有機物層の表面特性を撮影したＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本明細書に例示した実施態様について詳細に説明する。
【0014】
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型有機物層は、ＬＵＭＯエネルギー準位で電子の注入を受けたり輸送したりする特性を有する有機物層であり、これは、電子の移動度が正孔の移動度より大きい特性を有する有機物層である。逆に、ｐ型とは、ｐ型半導体特性を意味する。つまり、ｐ型有機物層とは、ＨＯＭＯ（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位で正孔の注入を受けたり輸送したりする特性を有する有機物層であり、これは、正孔の移動度が電子の移動度より大きい特性を有する有機物層である。本明細書において、「ＨＯＭＯエネルギー準位で電荷を輸送する有機物層」とｐ型有機物層は、互いに同じ意味で使用できる。また、「ＬＵＭＯエネルギー準位で電荷を輸送する有機物層」とｎ型有機物層は、互いに同じ意味で使用できる。
【0015】
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。
【0016】
本明細書において、電荷とは、電子または正孔を意味する。
【0017】
本明細書において、「電荷輸送経路」とは、電子または正孔が輸送される経路を意味する。前記経路は、層間の界面で行われてもよく、追加の層を介して行われてもよい。例えば、ある実施態様では、第１電荷輸送経路は、第１ｐ型有機物層と、第１ｎ型有機物層とを含む。また、ある実施態様において、第２電荷輸送経路は、アノードと発光層との界面のみを含むこともでき、アノードと発光層との間に追加的に備えられた層を含むこともできる。
【0018】
本明細書において、「非ドーピングされた」とは、有機物層を構成する有機物が異なる性質を有する物質によってドーピングされなかったことを意味する。例えば、「非ドーピングされた」有機物層がｐ型物質であれば、ｎ−型物質がドーピングされないことを意味することができる。また、ｐ型有機物に、有機物でない無機物がドーピングされないことを意味することができる。同じ性質を有する、例えば、ｐ型特性を有する有機物は、その性質が類似するため、２種以上を混合して使用してもよい。非ドーピングされた有機物層は、その性質が同種の特性を有する物質のみからなる場合を意味する。
【0019】
本明細書の一実施態様によれば、アノード；カソード；および前記アノードとカソードとの間に備えられた発光層を含み、前記発光層と前記カソードとの間に光散乱層を含む、有機電界発光素子が提供される。本明細書の一実施態様にかかる有機電界発光素子における、層の積層構造を、図１に例示した。図１によれば、基板上に、アノード、発光層、光散乱層、およびカソードが積層される。
【0020】
前記光散乱層は、層内または層表面に備えられた光散乱構造を含むことができる。
【0021】
本明細書の一実施態様によれば、前記光散乱構造は、前記光散乱層内に含まれた物質の分子がクラスタをなして形成された粒子構造によって形成されてよい。ここで、粒子構造とは、分子がクラスタをなして形成された個別の粒子または該粒子がかたまって形成された構造を含む。ここで、粒子がかたまって形成された構造とは、粒子それぞれの少なくとも一部の表面または骨格がかたまる前の形態を維持する場合を意味する。したがって、個別の粒子の構造または粒子がかたまる前の少なくとも一部の表面または骨格の形態を維持しながらかたまっている構造によって、光散乱層の層内または層表面に粗さが生じる。
【0022】
例えば、前記光散乱層内に含まれた物質の分子がクラスタをなして形成された粒子構造による粗さの程度は、２〜５０ｎｍであってよい。ここで、粗さの程度は、ＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）データにおけるＲａ値である。ここで、Ｒａは、粗さを有する表面における表面高低差の平均値で計算される。
【0023】
前記実施態様によれば、カソードと発光層との間に、前記のような粒子構造による粗さを有する光散乱層が備えられることにより、光散乱による光抽出効率を極大化することができる。具体的には、表面プラズマ（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍａ）による光吸収を最小化することにより、発光効率を極大化することができる。また、前記光散乱層がカソードに接し、光散乱層と発光層との間に１層以上の有機物層が備えられる場合には、発光層または発光層に接する有機物層に光散乱構造を含む場合に比べて、有機物層の厚さの均一性を達成することができ、素子効率の低下を防止することができる。
【0024】
本明細書の一実施態様によれば、前記光散乱層内に含まれた物質は、有機物である。つまり、有機物の分子がクラスタをなして形成された粒子構造による粗さによって、光散乱機能を付与することができる。
【0025】
特定種類の有機物は、蒸着によって層として形成されるだけで、前述のような粗さを有する粒子構造を有することができる。
【0026】
前記粒子構造は、２種以上の物質が共に特定成分比で蒸着されることにより形成されてもよく、１種の物質でも物質固有の物性によって蒸着だけで前記のような粗さを有する粒子構造を形成することもできる。
【0027】
前記光散乱層内に含まれた物質の種類に応じて、光散乱層の形成時、物質の分子がクラスタをなして形成された粒子の大きさ（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）が異なり得る。例えば、光散乱層に含まれた物質の分子がクラスタをなして形成された粒子の粒径は、数ミクロンであってよく、例えば、０．５〜３０マイクロメートル、具体的には１〜１０ミクロンの範囲内であってよい。前記粒子の粒径に応じて、前述の粗さが調整可能である。前記粒子の粒径を調整するために、光散乱層を形成するための物質の種類、物質の組み合わせまたは組み合わせ比率を選択することができる。
【0028】
前記光散乱層の厚さに応じても、光散乱層内に含まれた物質の分子がクラスタをなして形成された粒子の大きさまたは粗さが異なり得る。光散乱層の厚さは、物質の種類や工程条件に応じて選択可能であり、例えば、２０〜５００ｎｍ、具体的には５０〜２００ｎｍに形成されてよい。
【0029】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記光散乱層は、カソードと物理的に接して備えられる。この時、前記カソードの光散乱層と接する面は、前記光散乱層のカソードと接する面上の粗さを有する粒子構造の形態を有することができる。一例によれば、前記カソードの光散乱層と接する面の反対面にも、前記光散乱層のカソードと接する面上の粗さを有する粒子構造の形態を有することができる。
【0030】
本発明のもう一つの実施態様によれば、前記有機電界発光素子は、前記発光層と前記カソードとの間に備えられた第１電荷輸送経路（ｐａｓｓａｇｅ）；および前記発光層と前記アノードとの間に備えられた第２電荷輸送経路を含み、前記第１電荷輸送経路は、前記カソードに隣接した（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）第１ｐ型有機物層；および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられる。
【0031】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記有機電界発光素子は、前記発光層と前記カソードとの間に備えられたバッファ層を含み、前記バッファ層は、前記カソードに隣接し、第１ｐ型有機物層；および前記第１ｐ型有機物層と前記発光層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられる。
【0032】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記有機電界発光素子は、前記発光層と前記カソードとの間に備えられ、第１ｐ型有機物層；および前記発光層と前記第１ｐ型有機物層との間に備えられた第１ｎ型有機物層を含み、前記光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられる。
【0033】
前記光散乱層が前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられる場合、前記光散乱層および前記第１ｐ型有機物層による後述の効果を同時に示すだけでなく、第１ｐ型有機物層が光散乱層とカソードとの間で接合特性を改善することができる。このような効果を示す有機電界発光素子の一例を、図２に示した。
【0034】
図２によれば、基板上に、アノード、発光層、第１ｎ型有機物層、光散乱層、第１ｐ型有機物層、およびカソードが順次に積層される。図２では、基板上にアノードが備えられた例を示すが、基板上にカソードが備えられる場合も本実施態様の範囲に含まれる。例えば、本明細書の一実施態様にかかる有機電界発光素子は、基板上に、カソード、第１ｐ型有機物層、光散乱層、第１ｎ型有機物層、発光層、およびアノードが順次に積層された構造を有することができる。
【0035】
前記光散乱層が第１ｐ型有機物層の場合、１層の導入によって、第１ｐ型有機物層の導入による効果だけでなく、光散乱層による効果を同時に示すことができる。このような効果を示す有機電界発光素子の一例を、図３に示した。
【0036】
一つの例として、前記光散乱層は、多環縮合環化合物およびアリールアミン系化合物を含むことができる。多環縮合環化合物およびアリールアミン系化合物を含む光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられてよい。
【0037】
前記アリールアミン系化合物の一例は、下記の化学式１の化合物を含む。
【0038】
【化1】
【0039】
前記化学式１において、Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３は、それぞれ独立して、水素または炭化水素基である。この時、Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３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。Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３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。
【0040】
前記Ａｒ１〜Ａｒ３は、アルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアリールアミンで置換もしくは非置換であってよい。前記アルキルは、Ｃ１〜Ｃ２０の直鎖もしくは分枝鎖アルキルを含む。前記アリールは、Ｃ６〜Ｃ６０の単環もしくは多環のアリールを含む。前記ヘテロアリールは、ヘテロ原子としてＳ、ＯまたはＳｅを含む単環もしくは多環のヘテロアリールを含む。前記アリールアミンは、Ｃ６〜Ｃ６０の単環もしくは多環のアリール１または２個で置換されたアミン基を含む。
【0041】
前記化学式１の化合物の例としては、下記の化学式１−１または１−２の化合物がある。
【0042】
【化2】
【0043】
化学式１−１において、Ａｒ１〜Ａｒ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のＣ６〜Ｃ６０のアリールであり、これらは、隣接する基と互いに結合して単環もしくは多環の芳香族、脂肪族またはヘテロ環を形成することができ、
Ａｒ５は、置換もしくは非置換のＣ６〜Ｃ６０のアリーレンである。
【0044】
一つの実施態様によれば、前記化学式１−１において、Ａｒ１〜Ａｒ４は、互いに同一または異なり、、それぞれ独立して、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フルオレニル、またはこれらがメチルのようなアルキルで置換された基である。
【0045】
一つの実施態様によれば、前記化学式１−１において、Ａ５は、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレン、ターフェニレン、フルオレニレン、またはこれらがメチルのようなアルキル、フェニルのようなアリールまたはアリールアミン基で置換された基である。
【0046】
【化3】
【0047】
化学式１−２において、Ａｒ９〜Ａｒ１４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のＣ６〜Ｃ６０のアリールであり、これらは、隣接する基と互いに結合して単環もしくは多環の芳香族、脂肪族またはヘテロ環を形成することができ、
Ａｒ６〜Ａｒ８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のＣ６〜Ｃ６０のアリーレンである。
【0048】
一つの実施態様によれば、前記化学式１−２において、Ａｒ９〜Ａｒ１４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フルオレニル、またはこれらがメチルのようなアルキルで置換された基である。
【0049】
一つの実施態様によれば、前記化学式１−２において、Ａｒ６〜Ａｒ８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレン、ターフェニレン、フルオレニレン、またはこれらがメチルのようなアルキル、フェニルのようなアリールまたはアリールアミン基で置換された基である。
【0050】
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。
【0051】
【化4】
【化5】
【化6】
【0052】
前記アリールアミン系化合物の一つの具体例は、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）を含む。
【0053】
前記多環縮合環化合物の一例は、下記の化学式２の化合物を含む。
【0054】
【化7】
【0055】
前記化学式２において、Ｒ１ｂ〜Ｒ６ｂは、それぞれ水素、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の直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２のアルコキシ、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のＣ１−Ｃ１２のアルキル、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のＣ２−Ｃ１２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、前記ＲおよびＲ’は、それぞれ置換もしくは非置換のＣ１−Ｃ６０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員ヘテロ環である。
【0056】
前記化学式２の例としては、下記の化学式２−１〜２−６がある。
【0057】
【化8】
【化9】
【化10】
【化11】
【化12】
【化13】
【0058】
前記例において、前記光散乱層内において、前記アリールアミン系化合物の含有量に対する前記多環縮合化合物の含有量の重量比は、１／７〜５／７の範囲内であってよい。前記範囲内で適切な粗さが形成できる。
【0059】
もう一つの例として、前記光散乱層は、下記の化学式３の化合物を含むことができる。下記の化学式３の化合物を含む光散乱層は、前記第１ｐ型有機物層であるか、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間に備えられてよい。特に、下記の化学式３の化合物は、図３のｐ型有機物層の効果と光散乱層による効果を同時に示す物質として使用できる。しかし、本発明の範囲を下記の物質に限定するものではない。
【0060】
【化14】
【0061】
前記化学式３において、Ｒ１ｃ〜Ｒ６ｃは、互いに同一または異なっていてよく、それぞれ独立して、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、Ｃ２〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換のＣ６〜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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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すことができ、ｎおよびｍは、それぞれ０〜４の整数である。
【0062】
前記化学式３の例としては、下記の化学式３ａがある。
【0063】
【化15】
【0064】
Ｒ１ｃ〜Ｒ４ｃは、前述の通りである。
【0065】
一つの実施態様によれば、前記化学式３または３ａにおいて、前記Ｒ１ｃおよびＲ２ｃは、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のＣ１〜Ｃ３０のアルキル基、またはＣ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基であってよい。
【0066】
もう一つの実施態様によれば、前記化学式３または３ａにおいて、前記Ｒ１ｃおよびＲ２ｃは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、シクロヘキシルであってよい。
【0067】
一つの実施態様によれば、前記化学式３または３ａにおいて、前記Ｒ３ｃおよびＲ４ｃは、置換もしくは非置換の単環もしくは多環のＣ６〜Ｃ３０のアリール基であってよい。
【0068】
もう一つの実施態様によれば、前記化学式３または３ａにおいて、前記Ｒ３ｃおよびＲ４ｃは、フェニル、またはナフチルであってよい。
【0069】
前記化学式３の例としては、下記の化学式３−１〜３−５の化合物がある。
【0070】
【化16】
【化17】
【化18】
【化19】
【化20】
【0071】
一実施態様によれば、前記光散乱層は、１種の有機物を含み、それはｐ型有機物である。例えば、前記化学式３の化合物は、ｐ型有機物として使用できる。
【0072】
もう一つの実施態様によれば、前記光散乱層は、２種の有機物を含み、いずれか１種はｎ型有機物であり、残りの１種はｐ型有機物である。この時、前記ｎ型有機物が、前記ｐ型有機物に対してｐ型ドーパントの役割を果たすこともできる。例えば、前記ｎ型有機物は、前記化学式２の化合物であり、前記ｐ型有機物は、前記化学式１の化合物であってよい。
【0073】
図１〜図３には、発光層とアノードとが直接接する構造が示されている。しかし、前記発光層と前記アノードとの間に追加的に有機物層が備えられてよい。前記発光層と前記アノードとの間に備えられる有機物層は、ｐ型有機物層であってよい。前記発光層と前記アノードとの間のｐ型有機物層の例としては、正孔注入層、正孔輸送層などがある。
【0074】
図２または図３による実施態様において、カソードに隣接した有機物層として第１ｐ型有機物層が配置され、前記第１ｐ型有機物層と発光層との間に備えられた有機物層として第１ｎ型有機物層が配置される。本明細書において、「カソードに隣接した有機物層」とは、発光層を基準として、アノードよりはカソードに近く配置された有機物層を意味する。この時、カソードに隣接した有機物層は、カソードに物理的に接する場合を含むことができる。しかし、前記実施態様において、カソードに隣接した有機物層とカソードとの間に追加の層が備えられた場合を完全に排除するものではない。
【0075】
一般的に、有機電界発光素子では、カソードから発光層に電子が注入および輸送され、アノードから発光層に正孔が注入および輸送される。したがって、従来の有機電界発光素子では、カソードと発光層との間に、ＬＵＭＯエネルギー準位を介して電子の注入を受けたり輸送したりするｎ型有機物層が配置される。
【0076】
カソードに隣接した有機物層としてｐ型有機物層を配置することは、これまで有機電界発光素子分野において考えられていた技術とは相反する。しかし、前記実施態様では、カソードに隣接した有機物層として第１ｐ型有機物層を配置する。また、前記実施態様では、第１ｐ型有機物層と発光層との間に第１ｎ型有機物層を配置する。ここで、第１ｐ型有機物層と第１ｎ型有機物層との間で電荷が発生できる。前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間で発生した電荷のうち、正孔は、第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位を介してカソード側に移動する。前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位を介して移動した正孔は、カソード方向に抜ける。また、前記第１ｐ型有機物層と第１ｎ型有機物層との間で発生した電荷のうち、電子は、第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を介して発光層側に移動する。
【0077】
以下、カソードとカソードに隣接した有機物層との間の電荷注入方式をより具体的に説明する。
【0078】
従来の有機電界発光素子は、カソードに隣接した有機物層としてｎ型有機物層を含んでいた。したがって、カソードから電子を注入するための障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）は、カソードの仕事関数とｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差であった。したがって、従来の有機電界発光素子の構造では、電子注入障壁を低下させるために、ＬｉＦ層のような電子注入層を導入したり、電子輸送層にアルカリ金属またはアルカリ土類金属をドーピングしたり、カソード材料として低い仕事関数の金属を用いた。
【0079】
しかし、前記実施態様によれば、前述の第１ｐ型有機物層と第１ｎ型有機物層との間で電荷が発生し、発生した電荷のうち、正孔が第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位を介してカソード側に移動する。前記実施態様にかかる有機電界発光素子、例えば、図２または図３に示した有機電界発光素子において、カソードと第１ｐ型有機物層との間での電荷移動の模式図を、図４に例示した。図４によれば、第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位に輸送された正孔は、カソードの電子と会って消滅する。したがって、カソードと第１ｐ型有機物層との間では電子注入障壁が存在しない。そのため、本発明にかかる実施態様では、カソードから有機物層への電子注入障壁を低下させるための努力が要求されない。
【0080】
これによって、本願に係る発明では、多様な仕事関数を有する材料の中からカソード材料を選択することができる。また、電子注入障壁を低下させるために、電子注入層を導入したり、カソードに隣接した有機物層を金属物質でドーピングしたりする必要がない。
【0081】
一方、有機電界発光素子において、発光特性は、素子の重要な特性の一つである。有機電界発光素子において発光が効率的に行われるためには、発光領域における電荷の均衡（ｃｈａｒｇｅ ｂａｌａｎｃｅ）が行われることが重要である。このためには、カソードから輸送される電子とアノードから輸送される正孔が量的に均衡をなす必要があるだけでなく、電子と正孔とが会って共にエキシトン（ｅｘｉｔｏｎ）を形成する地点が発光領域内である必要がある。
【0082】
一方、有機電界発光素子では、発光効率を増加させる方法の一つとして、発光色に応じて素子のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を調整する方法を利用することができる。発光色の波長に適合するように素子のキャビティを調整することにより、発光効率をより増加させることができる。ここで、素子のキャビティとは、素子内で光が共振可能な長さを意味する。一つの例において、上部電極が透明電極、下部電極が反射電極の場合、上部電極の上面から下部電極の上面までの長さを意味することができる。
【0083】
また、有機電界発光素子において、発光層からカソードまでの距離は、表面プラズモン（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ）、金属、導波管（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）モード、基板モード、アウト−カップルドモード（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｍｏｄｅ）などによる光損失にも影響を及ぼすことがある。したがって、発光層からカソードまでの距離の調整が必要であり得る。
【0084】
前記のように、素子のキャビティまたは発光層とカソードとの間の距離を調整するために、従来の有機電界発光素子の構造において、カソードに隣接したｎ型有機物層、例えば、電子輸送層の厚さを増加させる場合、電荷の不均衡をもたらすことがある。しかし、本明細書の前記実施態様にかかる有機電界発光素子では、カソードに隣接した第１ｐ型有機物層の厚さを調整することができる。すなわち、前記第１ｐ型有機物層の厚さを調整することは、素子のキャビティまたは発光層とカソードとの間の距離を調整するのに使用できる。本願に係る発明において、発光層に到達する電子は、カソードから輸送されず、第１ｐ型有機物層と第１ｎ型有機物層との間で発生したものである。したがって、前記第１ｐ型有機物層の厚さを調整することは、発光層における電荷均衡に影響を及ぼさない。また、本明細書の前記実施態様では、第１ｐ型有機物層の厚さを調整する場合、従来の構造における、ｎ型有機物層である電子輸送層の厚さの増加による駆動電圧上昇の問題を最小化することができる。
【0085】
従来の構造において、カソードから発光層までの距離Ｄを調整する場合、発光層における電荷均衡に影響を与えることがある。その理由は、ｎ型有機物層、例えば、電子注入層または電子輸送層の厚さを調整する場合、発光層に到達する電子の量が変化するからである。図５は、図２または図３に示しているような有機電界発光素子の構造の、カソードから発光層までの構造を例示したものである。前記のような構造において、カソードに隣接した第１ｐ型有機物層の厚さＤｈを調整する場合、素子のキャビティに関連する距離として、発光層中の発光地点からカソードまでの距離Ｄの調整には影響を与えることがあるが、電子の量に関連する長さＤｅには影響を与えないので、電荷均衡に影響を及ぼさない。ここで、発光層中の発光地点とは、電子と正孔の均衡（ｂａｌａｎｃｅ）によって実際に発光する地点を意味する。発光地点は、発光層の材料に応じて異なり得る。当技術分野では、便宜上、発光層の中間地点、または発光層と他の層との界面を発光地点に設定したりする。
【0086】
例えば、カソードが反射板として作用する場合、発光層中の発光地点からカソードまでの距離Ｄは、［有機物層の屈折率＊λ／４］の整数倍に調整することができる。この時、λは、発光層から放出される光の波長である。色（ｃｏｌｏｒ）の異なる光は互いに異なる波長を有するため、発光層から放出される光の色に応じて、発光層中の発光地点からカソードまでの距離Ｄは異なって調整可能である。さらに、有機物層の屈折率に応じて、発光層中の発光地点からカソードまでの距離Ｄは異なって調整可能である。この時、有機物層が２層以上の場合、有機物層の屈折率は、各層の屈折率を求めた後、その合計を求めることにより計算することができる。
【0087】
また、カソード側に進行した光がカソードの表面に到達して反射する時、カソード物質の種類に応じて、光の浸透深さ（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）が異なる。したがって、カソード物質の種類は、カソードの表面から反射した光の位相（ｐｈａｓｅ）に変化を与える。この時、変化する位相差を考慮して、発光層中の発光地点からカソードまでの距離Ｄを調整する必要がある。したがって、カソードの物質も、発光層からカソードまでの距離に影響を与えることがある。
【0088】
前記発光層からカソードに進行する光とカソードから反射する光との相マッチング（ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）が起こると、補強干渉が生じて明るい光の実現が可能になり、逆に、前記光間の相ミスマッチング（ｐｈａｓｅ ｍｉｓｍａｔｃｈｉｎｇ）が起こると、相殺干渉が生じて光の一部が消滅する。このような相マッチングおよび相ミスマッチングの現象によって、発光色の明るさは、発光層からカソードまでの距離に応じて正弦（ｓｉｎｅ）曲線の形態で現れる。
【0089】
本明細書の一実施態様によれば、発光層からカソードまでの距離に応じた、素子の発光色の明るさを示す正弦曲線において、光の明るさが最大となる地点のｘ軸の値を、発光層からカソードまでの距離に設定することができる。
【0090】
本明細書の一実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との境界面、または光散乱層と第１ｎ型有機物層との境界面から前記発光層までの距離、および前記アノードから前記発光層までの距離が、前記発光層内の正孔の量と電子の量が均衡をなすように制御できる。ここで、正孔の量と電子の量が均衡をなすとは、発光層に注入された正孔と電子とが発光層内で再結合して発光のためのエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を効果的に形成されるようにするもので、エキシトンの形成に関与する正孔および電子の損失を最小化することを意味する。例えば、素子内の正孔の量が電子の量より多くなる場合、正孔過剰によって、エキシトンに関与する正孔以外にも非発光消滅する正孔が発生し、これは、素子の量子効率の損失をもたらす。逆に、電子の量が正孔の量より多くなる場合、電子の損失をもたらすことがある。したがって、注入された正孔と電子の量的均衡をなすことで、発光に寄与せずに消滅する正孔および電子の量を減少させようとするものである。
【0091】
例えば、正孔と電子が発光層内で量的均衡をなすようにするための手段として、正孔および電子の移動速度を制御することも重要である。発光層内に正孔過剰の場合、電子の注入速度を高めることにより、発光層内の正孔と電子の均衡をなすようにすることができる。一般的に、アノードと発光層との間、すなわち、第２電荷輸送経路に備えられて正孔を輸送する物質の正孔移動度は、カソードと発光層との間、すなわち、第１電荷輸送経路に備えられて電子を輸送する物質の電子移動度に比べて、速い特性を示す。例えば、ＮＰＢの正孔移動度は８．８×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであるのに対し、Ａｌｑ３の電子移動度は６．７×１０−５ｃｍ２／Ｖｓ程度の水準である。
【0092】
したがって、素子の発光効率を高める上で、電子の移動度を高めることが重要であり、カソードから発光層までの距離を増加させて使用するにあたり、第１ｎ型有機物層の厚さを増加させるより、第１ｐ型有機物層の厚さを増加させることが効果的であり得る。
【0093】
したがって、一つの例によれば、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との境界面、または光散乱層と第１ｎ型有機物層との境界面から前記発光層までの距離が、前記アノードから前記発光層までの距離より短く構成されてよい。具体例として、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との境界面、または光散乱層と第１ｎ型有機物層との境界面から前記発光層までの距離は、１００〜５００Åからなってよい。もう一つの具体例として、前記アノードから前記発光層までの距離は、５００〜５，０００Åからなってよい。ただし、発光層の特性によって、または使用者によって、具体的な数値は異なって調整可能である。
【0094】
本明細書の一つの実施態様によれば、素子の安定性のために、第１ｐ型有機物層の厚さを調整することができる。第１ｐ型有機物層の厚さを厚く調整する場合、素子内の電荷均衡または電圧上昇には影響を与えることなく、素子の安定性をより向上させることができる。
【0095】
ここで、素子の安定性とは、素子の厚さが薄い場合に生じ得るアノードとカソードとの間の接触によるショート現象を防止可能な程度を意味する。一般的に、カソードと発光層との間に備えられたｎ型有機物層の厚さを厚く調整する場合には、素子の安定性を向上させることはできるが、駆動電圧が急激に上昇して電力効率（ｐｏｗｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を減少させる。従来は、このような問題を解決するために、カソードと発光層との間に備えられたｎ型有機物層の厚さを厚く調整すると同時に、金属をドーピングする試みがなされていたが、これは、光吸収率の増加および寿命の低下が発生し、工程が複雑になる問題があった。
【0096】
しかし、本願に係る発明によれば、カソードおよび発光層に備えられたｎ型有機物層の厚さを調整するのではなく、電荷均衡または電圧上昇に影響を及ぼさない第１ｐ型有機物層の厚さを調整することで、発光層とカソードとの間の距離を増加させることができる。これによって、素子の安定性は向上する一方、駆動電圧の上昇は最小化されて電力効率は増加する。
【0097】
一つの例によれば、素子の安定性を考慮して、前記カソードから前記発光層までの距離が、前記アノードから前記発光層までの距離より長く構成されてよい。このように構成する場合にも、従来技術とは異なり、電荷均衡または電圧上昇には影響を及ぼさない。一つの具体例において、前記第１ｐ型有機物層の厚さは５ｎｍ以上に調整可能であり、厚さは厚いほど、素子の安定性を高めることができる。前記第１ｐ型有機物層の厚さの上限は特に限定されておらず、当業者によって決定可能である。例えば、工程の容易性を考慮して、前記第１ｐ型有機物層の厚さは、５００ｎｍ以下で選択可能である。
【0098】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記有機電界発光素子のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）の長さが、前記発光層から放出される光の波長の整数倍となるように、前記第１ｐ型有機物層の厚さが制御できる。このように光の波長の整数倍となるようにすることにより、光の補強干渉による光放出効率を向上させることができる。
【0099】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との境界面、または光散乱層と第１ｎ型有機物層との境界面から前記発光層までの距離、および前記アノードから前記発光層までの距離が、前記発光層内の正孔の量と電子の量が均衡をなすように制御されると同時に、前記有機電界発光素子のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）の長さが、前記発光層から放出される光の波長の整数倍となるように、前記第１ｐ型有機物層の厚さを制御できる。
【0100】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との境界面、または光散乱層と第１ｎ型有機物層との境界面から前記発光層までの電子の移動時間と、前記アノードから前記発光層までの正孔の移動時間を、素子の正孔と電子が発光層内で量的均衡可能に制御すると同時に、前記有機電界発光素子のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）の長さが、前記発光層から放出される光の波長の整数倍となるように、前記第１ｐ型有機物層の厚さが制御できる。
【0101】
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差は、２ｅＶ以下である。本明細書の一実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差は、０ｅＶ超過２ｅＶ以下であってよく、あるいは０ｅＶ超過０．５ｅＶ以下であってよい。本明細書の他の実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層の材料は、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差が０．０１ｅＶ以上２ｅＶ以下となるように選択可能である。
【0102】
前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が２ｅＶ以下の場合、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層とが接する時、これらの間にＮＰ接合が容易に発生できる。この場合、電子注入のための駆動電圧を低下させることができる。
【0103】
前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層とは接することができる。この場合、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間にはＮＰ接合が形成される。ＮＰ接合が形成された場合、第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との間の差が減少する。したがって、外部電圧が印加される場合、ＮＰ接合から正孔および電子が容易に形成される。
【0104】
本明細書の一実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層は「非ドーピング」される。前記第１ｐ型有機物層が非ドーピングされた場合、ドーパントとホストとの間の電荷輸送複合体（Ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘ）の形成によって、予想せぬ可視光線の吸収を防止可能なため、発光効率の減少を防止することができる。前記第１ｐ型有機物層が非ドーピングされた場合、これは、従来の、有機物にｐ型ドーパントをドーピングさせることによりｐ型半導体特性を有する層とは区分される。前記第１ｐ型有機物層は、ｐ型ドーパントによってｐ型半導体特性を示すのではなく、それ自体がｐ型半導体特性を有する有機物を含む。ｐ型半導体特性を有する有機物であれば、２種以上の有機物が前記第１ｐ型有機物層に含まれてもよい。
【0105】
本明細書の一実施態様によれば、前記カソードの仕事関数は、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位以下の値を有することができる。
【0106】
前記カソードの仕事関数が前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位以下の値を有する場合、カソードから電子が第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位に注入される時、注入障壁（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）が存在しなくなる。
【0107】
本明細書の一実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差は、２ｅＶ以下であってよい。本明細書の他の実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差は、０ｅＶ超過２ｅＶ以下であってよく、あるいは０ｅＶ超過０．５ｅＶ以下であってよい。本明細書の他の実施態様によれば、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層の材料は、前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差が０．０１ｅＶ以上２ｅＶ以下となるように選択可能である。
【0108】
前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下の場合、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層とが接する時、これらの間にＮＰ接合が容易に発生できる。この場合、電子注入のための駆動電圧を低下させることができる。
【0109】
前記カソードと前記第１ｐ型有機物層とは接することができる。前記カソードと第１ｐ型有機物層とが接し、カソードの仕事関数が第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と等しいかそれより大きい値を有する場合、前記カソードの仕事関数と前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位との差が大きくても、カソードから第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位に電子の注入が容易に行われる。これは、第１ｐ型有機物層と第１ｎ型有機物層との間のＮＰ接合で生成された正孔が、第１ｐ型有機物層に沿ってカソード側に移動するからである。一般的に、電子はエネルギー準位の低い所から高い所に移動する時、障壁がない。また、正孔はエネルギー準位の高い所から低い所に移動する時、障壁が生じない。したがって、エネルギー障壁なしに、カソードから第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位への電子の移動が可能になるのである。
【0110】
前記カソードと前記第１ｐ型有機物層との間に追加の層が追加的に備えられてよい。この場合、前記追加の層のＨＯＭＯエネルギー準位が、前記カソードの仕事関数または前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と等しいか、前記カソードの仕事関数または前記第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位の間であってよい。
【0111】
前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層とは接することができる。この場合、前記第１ｐ型有機物層と前記第１ｎ型有機物層との間にはＮＰ接合が形成される。ＮＰ接合が形成された場合、第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との間の差が減少する。したがって、外部電圧が印加される場合、ＮＰ接合から正孔および電子が容易に形成される。
【0112】
前記第１ｐ型有機物層の材料としては、ｐ型半導体特性を有する有機物を使用することができる。例えば、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、前記化学式１の化合物がある。
【0113】
前記第１ｎ型有機物層は、単一物質からなることに限定されず、ｎ型半導体特性を有する化合物１種または２種以上からなってよい。また、前記第１ｎ型有機物層は、単一層からなってもよいが、２層または３層以上を含むこともできる。この時、２層以上の各層は、互いに同一の材料からなってもよいが、互いに異なる材料からなってもよい。必要に応じて、前記第１ｎ型有機物層を構成する層のうちの少なくとも１層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされてよい。
【0114】
前記第１ｎ型有機物層は、前述のように、第１ｐ型有機物層と発光層との間でＬＵＭＯエネルギー準位を介して電荷を移動可能な材料であれば特に限定されない。例えば、前記化学式２の化合物が使用できる。
【0115】
前記化学式２の他の例や、合成方法および多様な特徴は、米国特許出願第２００２−０１５８２４２号、米国特許第６，４３６，５５９号、および米国特許第４，７８０，５３６号に記載されており、これら文献の内容はすべて本明細書に組み込まれる。
【0116】
また、前記第１ｎ型有機物層は、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換された３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換された３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換されたナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、およびシアノ置換されたナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）の中から選択される１以上の化合物を含むことができる。
【0117】
それ以外にも、前記第１ｎ型有機物層の材料としては、当技術分野で知られている電子注入または輸送材料として使用される、ｎ型半導体特性を有する有機物が使用できる。具体的には、下記のような材料が使用できるが、これらにのみ限定されるものではない。例えば、第１ｎ型有機物層材料の例として、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン、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。
【0118】
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る官能基を有する化合物の具体例としては、下記の化学式４または５の化合物がある。
【0119】
【化21】
【0120】
前記化学式４において、Ｒ１〜Ｒ４は、互いに同一または異なっていてよく、それぞれ独立して、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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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、Ｃ６〜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より選択された１つ以上の基で置換もしくは非置換の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すことができ；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ヘテロ環であり；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ヘテロ環であってよい。
【0121】
【化22】
【0122】
前記化学式５において、Ｘは、Ｏ、Ｓ、ＮＲｂ、またはＣ１〜Ｃ７の２価の炭化水素基であり；Ａ、ＤおよびＲｂは、それぞれ水素原子、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融合環を形成可能な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、連結されて芳香族またはヘテロ芳香族環を形成することができ；Ｂは、ｎが２以上の場合、連結ユニットとして多数のヘテロ環を共役または非共役と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の場合、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。
【0123】
前記化学式５の化合物の例としては、韓国特許公開第２００３−００６７７７３号に公知されている化合物を含み、前記化学式５の化合物の例としては、米国特許第５，６４５，９４８号に記載の化合物と、国際公開第０５／０９７７５６号に記載の化合物を含む。前記文献は、その内容のすべてが本明細書に組み込まれる。
【0124】
具体的には、前記化学式４の化合物には、下記の化学式６の化合物も含まれる。
【0125】
【化23】
【0126】
前記化学式６において、Ｒ５〜Ｒ７は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素原子、Ｃ１〜Ｃ２０の脂肪族炭化水素、芳香族環、芳香族ヘテロ環、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ヘテロ環であり；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ヘテロ環であり；ただし、Ｒ５およびＲ６が同時に水素の場合は除外する。
【0127】
また、前記化学式５の化合物には、下記の化学式７の化合物も含まれる。
【0128】
【化24】
【0129】
前記化学式７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融合環を形成可能な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以上の場合、連結ユニットとして多数のベンザゾールを共役または非共役と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の場合、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。
【0130】
例えば、下記の構造を有するイミダゾール化合物が使用できる。
【0131】
【化25】
【化26】
【0132】
前記キノリン基を有する化合物の例としては、下記の化学式８〜１４の化合物がある。
【0133】
【化27】
【化28】
【化29】
【化30】
【化31】
【化32】
【化33】
【0134】
前記化学式８〜１４において、ｎは、０〜９の整数であり、ｍは、２以上の整数であり、
Ｒ９は、水素、メチル基、エチル基などのアルキル基、シクロヘキシル、ノルボルニルなどのシクロアルキル基、ベンジル基などのアラルキル基、ビニル基、アリル基などのアルケニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などのシクロアルケニル基、メトキシ基などのアルコキシ基、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたアルキルチオ基、フェノキシ基などのアリールエーテル基、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたアリールチオエーテル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基などのアリール基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、ピリジル基、キノリル基、カルバゾリル基などの複素環基、ハロゲン、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、トリメチルシリル基などのシリル基、エーテル結合を介してケイ素を有する基であるシロキサニル基、隣接する置換基との間の環構造から選択され；前記置換基は、非置換もしくは置換されていてよく、ｎが２以上の場合、置換基は、互いに同一または異なっていてよく、
Ｙは、前記Ｒ９の基の２価以上の基である。
【0135】
前記化学式８〜１４の化合物は、韓国公開特許第２００７−０１１８７１１号に記載されており、この文献のすべては本明細書に参照として組み込まれる。
【0136】
前記フェナントロリン基を有する化合物の例としては、下記の化学式１５〜２５の化合物があるが、これらの例にのみ限定されるものではない。
【0137】
【化34】
【化35】
【化36】
【化37】
【0138】
前記化学式１５〜１８において、ｍは、１以上の整数であり、ｎおよびｐは、整数であり、ｎ＋ｐは、８以下であり、
ｍが１の場合、Ｒ１０およびＲ１１は、水素、メチル基、エチル基などのアルキル基、シクロヘキシル、ノルボルニルなどのシクロアルキル基、ベンジル基などのアラルキル基、ビニル基、アリル基などのアルケニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などのシクロアルケニル基、メトキシ基などのアルコキシ基、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたアルキルチオ基、フェノキシ基などのアリールエーテル基、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたアリールチオエーテル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基などのアリール基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、ピリジル基、キノリル基、カルバゾリル基などの複素環基、ハロゲン、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、トリメチルシリル基などのシリル基、エーテル結合を介してケイ素を有する基のシロキサニル基、隣接する置換基との間の環構造から選択され；
ｍが２以上の場合、Ｒ１０は、直接結合または前述の基の２価以上の基であり、Ｒ１１は、ｍが１の場合と同じであり、
前記置換基は、非置換もしくは置換されていてよく、ｎまたはｐが２以上の場合、置換基は、互いに同一または異なっていてよい。
【0139】
前記化学式１５〜１８の化合物は、韓国公開特許第２００７−００５２７６４号および韓国公開特許第２００７−０１１８７１１号に記載されており、これら文献のすべては本明細書に参照として組み込まれる。
【0140】
【化38】
【化39】
【化40】
【化41】
【0141】
前記化学式１９〜２２において、Ｒ１ａ〜Ｒ８ａおよびＲ１ｂ〜Ｒ１０ｂは、それぞれ水素原子、置換もしくは非置換の核原子数５〜６０のアリール基、置換もしくは非置換のピリジル基、置換もしくは非置換のキノリル基、置換もしくは非置換の１〜５０のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の核原子数６−５０のアラルキル基、置換もしくは非置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは非置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは非置換の核原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは非置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは非置換の核原子数５〜５０のアリール基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、またはカルボキシル基であり、これらは、互いに結合して芳香族環を形成することができ、Ｌは、置換もしくは非置換の炭素数６〜６０のアリーレン基、置換もしくは非置換のピリジニレン基、置換もしくは非置換のキノリニレン基、または置換もしくは非置換のフルオレニレン基である。前記化学式１９〜２２の化合物は、日本国特許公開第２００７−３９４０５号公報に記載されており、この文献のすべては本明細書に参照として組み込まれる。
【0142】
【化42】
【化43】
【0143】
前記化学式２３および２４において、ｄ１、ｄ３〜ｄ１０およびｇ１は、それぞれ水素、または芳香族または脂肪族炭化水素基であり、ｍおよびｎは、０〜２の整数であり、ｐは、０〜３の整数である。前記化学式２３および２４の化合物は、米国特許公開第２００７／０１２２６５６号に記載されており、この文献のすべては本明細書に参照として組み込まれる。
【0144】
【化44】
【0145】
前記化学式２５において、Ｒ１ｃ〜Ｒ６ｃは、それぞれ水素原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアラルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換の複素環基またはハロゲン原子であり、Ａｒ１ｃおよびＡｒ２ｃは、それぞれ下記の構造式から選択される。
【0146】
【化45】
【0147】
前記構造式において、Ｒ１７〜Ｒ２３は、それぞれ水素原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアラルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換の複素環基、またはハロゲン原子である。前記化学式２５の化合物は、日本国特許公開第２００４−１０７２６３号公報に記載されており、この文献のすべては本明細書に参照として組み込まれる。
【0148】
前記第１ｎ型有機物層と前記発光層との間には、少なくとも１つの有機物層をさらに含むことができる。前記第１ｎ型有機物層と前記発光層との間には、１層または２層以上の電子輸送層、正孔遮断層などが備えられてよい。
【0149】
以下、本明細書の実施態様にかかる有機電界発光素子を構成する各層について具体的に説明する。以下に説明する各層の物質は、単一物質または２以上の物質の混合物であってよい。
【0150】
［アノード］アノードは、金属、金属酸化物、または導電性ポリマーを含む。前記導電性ポリマーは、電気伝導性ポリマーを含むことができる。例えば、前記アノードは、約３．５〜５．５ｅＶの仕事関数値を有することができる。例示的な導電性物質の例は、炭素、アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、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、およびその他これと類似の金属酸化物；ＺｎＯ：ＡｌおよびＳｎＯ２：Ｓｂのような酸化物と金属との混合物などがある。アノード材料としては、透明物質が使用されてもよく、不透明物質が使用されてもよい。アノード方向に発光する構造の場合、アノードは透明に形成されてよい。ここで、透明とは、有機物層で発光した光が透過可能であればよく、光の透過度は特に限定されない。
【0151】
例えば、本発明にかかる有機電界発光素子が前面発光型であり、アノードが有機物層およびカソードの形成前に基板上に形成される場合には、アノード材料として、透明物質だけでなく、光反射率に優れた不透明物質も使用できる。例えば、本発明にかかる有機電界発光素子が後面発光型であり、アノードが有機物層およびカソードの形成前に基板上に形成される場合には、アノード材料として透明物質が使用されるか、不透明物質が透明になる程度の薄膜に形成されなければならない。
【0152】
本明細書の記載による有機電界発光素子において、第２電荷輸送経路が形成される発光層とアノードとの間に、第２ｐ型有機物層が含まれてよい。図８に、第２ｐ型有機物層が備えられる場合のエネルギーの流れを例示した。第２ｐ型有機物層は、正孔注入層（ＨＩＬ）または正孔輸送層（ＨＴＬ）であってよい。第２ｐ型有機物層の材料としては、前述の第１ｐ型有機物層の材料として言及した材料が使用できる。
【0153】
前記第２ｐ型有機物層と前記アノードとの間には、第４ｎ型有機物層が備えられてもよい。ここで、前記第２ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第４ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差は、２ｅＶ以下あるいは１ｅＶ以下、例えば、約０．５ｅＶであってよい。前記第２ｐ型有機物層と前記第４ｎ型有機物層とは接することができる。これによって、前記第２ｐ型有機物層と前記第４ｎ型有機物層とはＮＰ接合を形成することができる。図９に、第４ｎ型有機物層を備える場合のエネルギーの流れを例示した。
【0154】
前記第４ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記アノードの仕事関数との差は、４ｅＶ以下であってよい。前記第４ｎ型有機物層と前記アノードとは接することができる。
【0155】
前記第４ｎ型有機物層は、約４〜７ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位、および約１０−８ｃｍ２／Ｖｓ〜１ｃｍ２／Ｖｓ、または約１０−６ｃｍ２／Ｖｓ〜１０−２ｃｍ２／Ｖｓの電子移動度を有することができる。前記電子移動度の範囲内であることが、正孔の効率的な注入に有利である。
【0156】
前記第４ｎ型有機物層は、真空蒸着可能な物質または溶液プロセス（ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）によって薄膜成形可能な物質で形成されてもよい。前記第４ｎ型有機物の具体例は、これに限定されないが、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換された３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換されたＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換されたＮＴＣＤＡ、シアノ置換されたＮＴＣＤＡ、またはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含む。
【0157】
前記第４ｎ型有機物層と前記第２ｐ型有機物層とがＮＰ接合を形成する場合、ＮＰ接合で形成された正孔は、前記第２ｐ型有機物層を介して発光層に輸送される。
【0158】
前記第２ｐ型有機物層は、アリールアミン系化合物、導電性ポリマー、または共役部分と非共役部分が共にあるブロック共重合体などを含むことができるが、これらに限定されるものではない。
【0159】
［発光層（ＥＭＬ）］発光層では、正孔伝達と電子伝達が同時に起こるので、発光層は、ｎ型特性とｐ型特性をすべて有することができる。便宜上、電子輸送が正孔輸送に比べて速い場合にｎ型発光層、正孔輸送が電子輸送に比べて速い場合にｐ型発光層と定義することができる。
【0160】
ｎ型発光層はこれに限定されないが、アルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ３）；８−ヒドロキシキノリンベリリウム（ＢＡｌｑ）；ベンズオキサゾール系化合物、ベンズチアゾール系化合物、またはベンズイミダゾール系化合物；ポリフルオレン系化合物；シラシクロペンタジエン（ｓｉｌｏｌｅ）系化合物などを含む。
【0161】
ｐ型発光層はこれに限定されるものではないが、カルバゾール系化合物；アントラセン系化合物；ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系ポリマー；またはスピロ（ｓｐｉｒｏ）化合物などを含む。
【0162】
［電子輸送層（ＥＴＬ）］本明細書において、第１ｎ型有機物層が電子輸送層として形成されてもよく、第１ｎ型有機物層と発光層との間に追加の第２ｎ型有機物層が備えられてもよい。図６に、第２ｎ型有機物層が備えられる場合のエネルギーの流れを例示した。第２ｎ型有機物層は、電子輸送層または正孔遮断層の役割を果たすこともできる。第２ｎ型有機物層の材料としては、電子をきちんと輸送できるように、電子移動度（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の大きい物質が好ましい。第２ｎ型有機物層と発光層との間に第３ｎ型有機物層が備えられてもよい。第３ｎ型有機物層も、電子輸送層または正孔遮断層の役割を果たすこともできる。図７に、第３ｎ型有機物層が備えられる場合のエネルギーの流れを例示した。
【0163】
前記第１ｎ型有機物層は、前述のように、ＬＵＭＯエネルギー準位が第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位と２ｅＶ以下の材料で構成されることが好ましい。一例によれば、前記第１ｎ型有機物層は、ＬＵＭＯエネルギー準位が５ｅＶ〜７ｅＶであってよい。
【0164】
前記第２ｎ型有機物層は、ＬＵＭＯエネルギー準位が前記第１ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位より小さいことが好ましい。一例によれば、前記第２ｎ型有機物層は、ＬＵＭＯエネルギー準位が２ｅＶ〜３ｅＶであってよい。一例によれば、前記第２ｎ型有機物層は、ＨＯＭＯエネルギー準位が５ｅＶ〜６ｅＶ、具体的には５．８ｅＶ〜６ｅＶであってよい。
【0165】
前記第２または第３ｎ型有機物層はこれに限定されないが、アルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ３）；Ａｌｑ３構造を含む有機化合物；ヒドロキシフラボン−金属錯化合物またはシラシクロペンタジエン（ｓｉｌｏｌｅ）系化合物などを含むことができる。第２または第３ｎ型有機物層の材料は、前述の第１ｎ型有機物層の材料が使用されてもよい。第２または第３ｎ型有機物層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされてよい。一実施態様によれば、第２ｎ型有機物層および第３ｎ型有機物層のうちのいずれか１つがｎ型ドーパントによってドーピングされる場合、ドーピングされた層のホスト材料とドーピングされていない層の材料とは同一であってよい。
【0166】
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た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。
【0167】
具体的な一例として、有機電界発光素子は、第１〜第３ｎ型有機物層を含み、第１ｎ型有機物層は、前記化学式１の化合物を含み、第２ｎ型有機物層は、ｎ型ドーパントによってドーピングされてよい。この時、第２ｎ型有機物層と第３ｎ型有機物層は、前記化学式５の化合物をホスト材料として含むことができる。
【0168】
［カソード］前述のように、本明細書では、前述の第１ｐ型有機物層および第１ｎ型有機物層を備えることにより、カソード物質を多様な仕事関数を有する材料から選択することができる。カソード物質としては、通常、電子注入が容易に行われるように、仕事関数の小さい物質が好ましい。しかし、本明細書では、仕事関数の大きい物質も適用可能である。具体的には、本明細書では、前述の第１ｐ型有機物層のＨＯＭＯ以上の仕事関数を有する物質をカソード材料として使用することができる。例えば、本明細書では、カソード材料として、仕事関数２ｅＶ〜５ｅＶの物質が使用できる。前記カソードはこれに限定されないが、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズおよび鉛のような金属、またはこれらの合金；ＬｉＦ／ＡｌまたはＬｉＯ２／Ａｌのような多層構造の物質などを含む。
【0169】
カソード材料としてＡｌを使用する場合、単独またはＬｉＦやＬｉｑと共に使用することにより、効率的に動作が可能な素子を提供することができる。特に、カソード材料としてＡｇを使用する場合、従来技術による素子では、Ａｇ単独またはＬｉＦやＬｉｑと共に使用する時によく動作しないことから、カソードに隣接した有機物層として、アルカリ金属またはアルカリ土類金属などの金属からなる層や金属をドーピングした有機物層を用いなければならない。しかし、本明細書に記載の実施態様では、前記のように金属層や金属をドーピングした有機物層なくても、カソード材料として、Ａｇのような仕事関数の大きい材料を用いることができる。また、本明細書に記載の実施態様では、カソード材料として、ＩＺＯ（仕事関数４．８〜５．２ｅＶ）のように仕事関数の高い透明伝導性酸化物を使用してもよい。
【0170】
本明細書の一実施態様によれば、前記カソードは、有機物層と物理的に接するように備えられてよい。前記カソードと接する有機物層は、前述の第１ｐ型有機物層であってもよく、追加の有機物層であってよい。ここで、カソードと接する有機物層は非ドーピングされてよい。
【0171】
従来の有機電界発光素子では、ＡｌまたはＡｇのような仕事関数の大きい材料のカソードを使用する場合には、有機物層とカソードとの間にＬｉＦ層のような無機物層や有機物層に金属をドーピングすることが必要であった。従来は、前記のような無機物層や金属ドーピングされた有機物層を使用せず、カソードと有機物層とが接するようにする場合、カソード材料としては、仕事関数が２ｅＶ以上３．５ｅＶ未満の材料しか使用することができなかった。しかし、本発明にかかる有機電界発光素子では、カソードが有機物層と接する場合にも、前記第１ｐ型有機物層と第１ｎ型有機物層によって、仕事関数が３．５ｅＶ以上の材料を用いてカソードを構成することができる。
【0172】
本明細書の一実施態様によれば、カソードは、有機物層と物理的に接するように備えられ、カソードは、仕事関数が３．５ｅＶ以上の材料で構成される。
【0173】
本発明の一実施態様によれば、カソードは、有機物層と物理的に接するように備えられ、カソードは、仕事関数が４ｅＶ以上の材料で構成される。
【0174】
本明細書の一実施態様によれば、カソードは、有機物層と物理的に接するように備えられ、カソードは、仕事関数が４．５ｅＶ以上の材料で構成される。
【0175】
前記カソードを構成する材料の仕事関数の上限は特に制限されないが、材料選択の観点から、５．５ｅＶ以下の材料を使用することができる。
【0176】
前記カソードは、前記アノードと同一の物質で形成されてよい。この場合、前記カソードとしては、先にアノードの材料として例示した材料で形成されてよい。あるいは、カソードまたはアノードは、透明物質を含むことができる。
【0177】
本明細書に記載の有機物層、例えば、第１〜第２ｐ型有機物層、第１〜第４ｎ型有機物層、光散乱層、カソード、アノードの厚さや形状またはパターンの形態は、物質の種類または素子で要求される役割に応じて当業者によって選択可能である。
【0178】
本発明の一実施態様にかかる有機電界発光素子は、光抽出構造を含む素子であってよい。
【0179】
本発明の一実施態様において、前記有機電界発光素子は、前記アノードまたはカソードの有機物層が備えられる面に対向する面に基板をさらに含み、前記基板とアノードまたはカソードとの間に、または前記基板のアノードまたはカソードが備えられる面に対向する面に光抽出層をさらに含む。
【0180】
つまり、前記アノードまたはカソードの有機物層が備えられる面に対向する面に備えられた基板とアノードまたはカソードとの間に、内部光抽出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、アノードまたはカソードが備えられた面の反対面に外部光抽出層が追加的に備えられてよい。
【0181】
本明細書において、前記内部光抽出層または外部光抽出層は、光散乱を誘導して、素子の光抽出効率を向上させることができる構造であれば特に制限しない。一つの実施態様において、前記光抽出層は、バインダー内に散乱粒子が分散した構造を有するか、凹凸を有するフィルムを用いて形成されてよい。
【0182】
また、前記光抽出層は、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する方式によって形成されてよい。
【0183】
本発明の一実施態様において、前記有機電界発光素子は、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）有機電界発光素子である。この場合、前記基板は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。
【0184】
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。
【0185】
本発明の一実施態様において、前記有機電界発光素子を含むディスプレイ装置を提供する。
【0186】
本発明の一実施態様において、前記有機電界発光素子を含む照明装置を提供する。
【0187】
以下、上述の実施態様の具体的な実験例を記載する。しかし、下記の実験例は例示に過ぎず、上記実施態様の範囲を限定しようとするものではない。
【0188】
＜実験例１＞基板上に、ＩＺＯのスパッタリング方法で１，０００Åの厚さのアノードを形成し、その上に、下記の化学式のｍ−ＭＴＤＡＴＡを熱真空蒸着して、厚さが５００Åのｐ型正孔注入層を形成した。次に、その上に、下記の化学式のＮＰＢを真空蒸着して、厚さが４００Åのｐ型正孔輸送層を形成した。
【0189】
次に、下記の化学式のＣＢＰに下記の化学式Ｉｒ（ｐｐｙ）３を１０重量％ドーピングして、厚さ３００Åの発光層を形成した。その上に、下記の化学式のＢＣＰを用いて５０Åの厚さの正孔遮断層を形成した。
【0190】
その上に、下記の化学式の電子輸送材料を用いて１００Åの厚さの有機物層を形成し、その上に、下記の化学式の電子輸送材料にＣａを１０重量％ドーピングして、５０Åの厚さの電子輸送層を形成した。
【0191】
その上に、ｎ型有機物である下記の化学式のＨＡＴを用いて３００Åの厚さの第１ｎ型有機物層を形成した。その上に、下記の表１に記載のＡ〜Ｆの中から選択された材料をそれぞれ用いて光散乱層を形成した。次に、ｐ型有機物としてＮＰＢを用いて５０Åの厚さの第１ｐ型有機物層を形成した。
【0192】
【表1】
【0193】
最後に、カソードとしてＡｇを２，０００Åの厚さに形成して、有機電界発光素子を作製した。
【0194】
【化46】
【化47】
【0195】
前記過程において、有機物の蒸着速度は０．５〜１Å／ｓｅｃに維持し、蒸着時の真空度は２×１０−７〜２×１０−８ｔｏｒｒ程度に維持した。
【0196】
前記表に記載の材料を用いて形成された有機物層の表面を撮影したＳＥＭ写真を、図１０Ａ〜図１０Ｆに示した。図１０Ａ、図１０Ｃ、図１０Ｅおよび図１０Ｆの場合、粗さが大きくなった。特に、図１０Ｅにおいて、層を形成する物質の形成した粒子の粗さが最も多くなり、この場合、素子内部で発生した光の経路の変更によって、光抽出効率が素子Ｂ対比約２０％増加する効果を示した。
【0197】
【表2】
【0198】
＜実験例２＞基板上に、ＩＺＯのスパッタリング方法で１，０００Åの厚さのアノードを形成し、その上に、前記化学式のｍ−ＭＴＤＡＴＡを熱真空蒸着して、厚さが５００Åのｐ型正孔注入層を形成した。次に、その上に、前記化学式のＮＰＢを真空蒸着して、厚さが４００Åのｐ型正孔輸送層を形成した。
【0199】
次に、前記化学式のＣＢＰに前記化学式のＩｒ（ｐｐｙ）３を１０重量％ドーピングして、厚さ３００Åの発光層を形成した。その上に、前記化学式のＢＣＰを用いて５０Åの厚さの正孔遮断層を形成した。
【0200】
その上に、前記化学式の電子輸送材料を用いて１００Åの厚さの有機物層を形成し、その上に、前記化学式の電子輸送材料にＣａを１０重量％ドーピングして、５０Åの厚さの電子輸送層を形成した。
【0201】
その上に、ｎ型有機物である前記化学式のＨＡＴを用いて３００Åの厚さの第１ｎ型有機物層を形成した。その上に、第１ｐ型有機物層、および散乱層の機能を果たすことができる層である下記の化学式３−１の化合物をそれぞれ５００Å、５，０００Åの厚さに形成し、比較例として、ＮＰＢをそれぞれ５００Å、５，０００Åの厚さに形成した素子とその特性を比較した。
【0202】
最後に、カソードとしてＡｇを２，０００Åの厚さに形成して、有機電界発光素子を作製した。
【0203】
【化48】
【0204】
製造された素子の特性を、下記の表３に示した。
【0205】
【表3】
【0206】
表３において、カソードの界面に散乱層の位置した素子が、そうでない素子に比べて、実験例１と同様に、光抽出効率が約２０％増加する結果を示した。