特許 6943927 有機発光ダイオードおよびそれを備える有機発光装置

(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】6943927

(24)【登録日】2021年9月13日

(45)【発行日】2021年10月6日

(54)【発明の名称】有機発光ダイオードおよびそれを備える有機発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/50 20060101AFI20210927BHJP

   H01L 27/32 20060101ALI20210927BHJP

   H05B 33/12 20060101ALI20210927BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20210927BHJP

   C09K 11/06 20060101ALI20210927BHJP

   C07D 401/14 20060101ALI20210927BHJP

   C07D 491/107 20060101ALI20210927BHJP

   C07F 7/10 20060101ALI20210927BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/14 B

   H01L27/32

   H05B33/12 C

   G09F9/30 365

   C09K11/06 690

   C09K11/06 660

   C09K11/06 650

   C07D401/14

   C07D491/107

   C07F7/10 V

【請求項の数】31

【全頁数】49

(21)【出願番号】特願2019-145128(P2019-145128)

(22)【出願日】2019年8月7日

(65)【公開番号】特開2020-25099(P2020-25099A)

(43)【公開日】2020年2月13日

【審査請求日】2019年8月8日

(31)【優先権主張番号】10-2018-0091755

(32)【優先日】2018年8月7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】ソ， ボミン

(72)【発明者】

【氏名】ユン， デウィ

(72)【発明者】

【氏名】キム， ジュンユン

(72)【発明者】

【氏名】キム， チュンギ

(72)【発明者】

【氏名】ユ， ミサン

【審査官】 岩井 好子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／００９０７０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０１５１８１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−０７２６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１１９３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０２７７６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−０９４４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０８２１６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０６９９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２３６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０１８６８１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０２０５０１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１６−００７３９１４（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｈ０１Ｌ ２７／３２

Ｈ０５Ｂ ３３／１２

Ｇ０９Ｆ ９／３０

Ｃ０９Ｋ １１／０６

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、発光物質層を含む少なくとも１つの発光ユニットとを備え、
前記発光物質層は、第１化合物および第２化合物を含む第１発光物質層と、
第３化合物および第４化合物を含み、前記第１電極と前記第１発光物質層の間、または前記第１発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２発光物質層とを含み、
前記第１化合物は、下記の化学式１の構造を有する有機化合物を含み、前記第２化合物は、下記の化学式３の構造を有する有機化合物を含み、
前記第２発光物質層は、下記化学式３の構造を有する有機化合物を含む第５化合物をさらに含む、有機発光ダイオード。
化学式１

化学式１中、Ｒ_１ないしＲ_５は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリール基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基からなる群から選択される。Ｘは、ＣＲ_６または窒素原子であり、Ｒ_６は、軽水素、重水素、三重水素、またはＣ_１〜Ｃ_２０アルキル基である。
化学式３

化学式３中、Ｒ_１１は、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリール基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基からなる群から選択される。Ｒ_１２とＲ_１３は、それぞれ炭素であり、それぞれ独立して軽水素、重水素、若しくは三重水素に連結されるか、またはＲ_１２とＲ_１３は直接連結されるか、または酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）若しくはセレン（Ｓｅ）を介して連結される。Ｙ_１とＹ_２は、それぞれ独立して炭素、ケイ素、またはゲルマニウムである。ｍは、１ないし４の整数であり、ｎは、０ないし２の整数である。

【請求項2】

前記第１化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第２化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高く、前記第１化合物にける励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高い、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項3】

前記第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第２化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高く、前記第３化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高い、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項4】

前記第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高い、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項5】

前記第３化合物は、前記化学式１の構造を有する有機化合物を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項6】

前記第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第４化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高い、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項7】

前記第４化合物は、蛍光または燐光物質を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項8】

前記第３化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第５化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高く、前記第５化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第４化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高い、請求項１に記載の有機発光ダイオード。

【請求項9】

互いに対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、発光物質層を含む少なくとも１つの発光ユニットとを備え、
前記発光物質層は、第１化合物および第２化合物を含む第１発光物質層と、
第３化合物および第４化合物を含み、前記第１電極と前記第１発光物質層の間、または前記第１発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２発光物質層とを含み、
前記第１化合物は、下記の化学式１の構造を有する有機化合物を含み、前記第２化合物は、下記の化学式３の構造を有する有機化合物を含み、
前記第２発光物質層は第５化合物をさらに含み、
前記第５化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高い、有機発光ダイオード。
化学式１

化学式１中、Ｒ_１ないしＲ_５は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリール基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基からなる群から選択される。Ｘは、ＣＲ_６または窒素原子であり、Ｒ_６は、軽水素、重水素、三重水素、またはＣ_１〜Ｃ_２０アルキル基である。
化学式３

化学式３中、Ｒ_１１は、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリール基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基からなる群から選択される。Ｒ_１２とＲ_１３は、それぞれ炭素であり、それぞれ独立して軽水素、重水素、若しくは三重水素に連結されるか、またはＲ_１２とＲ_１３は直接連結されるかまたは酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）若しくはセレン（Ｓｅ）を介して連結される。Ｙ_１とＹ_２は、それぞれ独立して炭素、ケイ素、またはゲルマニウムである。ｍは、１ないし４の整数であり、ｎは、０ないし２の整数である。

【請求項10】

前記第２発光物質層は、前記第１電極と前記第１発光物質層の間に位置し、前記発光ユニットは、前記第１電極と前記第２発光物質層の間に位置する電子遮断層をさらに含む、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。

【請求項11】

前記第３化合物は、前記電子遮断層の物質と同一である、請求項１０に記載の有機発光ダイオード。

【請求項12】

前記第２発光物質層は、前記第１発光物質層と前記第２電極の間に位置し、前記発光ユニットは、前記第２電極と前記第２発光物質層の間に位置する正孔遮断層をさらに含む、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。

【請求項13】

前記第３化合物は、前記正孔遮断層の物質と同一である、請求項１２に記載の有機発光ダイオード。

【請求項14】

前記発光物質層は、前記第１発光物質層を介在して、前記第２発光物質層の反対側に位置する第３発光物質層をさらに含む、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。

【請求項15】

前記第３発光物質層は、第６化合物、第７化合物、および第８化合物を含む、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。

【請求項16】

前記第６化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第７化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高く、前記第６化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第７化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高く、前記第７化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第８化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高い、請求項１５に記載の有機発光ダイオード。

【請求項17】

前記第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位および前記第７化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、それぞれ前記第１化合物における励起状態の三重項エネルギー準位、前記第３化合物における励起状態の三重項エネルギー準位、および前記第６化合物における励起状態の三重項エネルギー準位のそれぞれより低く、前記第４化合物における励起状態の三重項エネルギー準位および前記第８化合物における励起状態の三重項エネルギー準位のそれぞれより高い、請求項１５に記載の有機発光ダイオード。

【請求項18】

前記第２化合物における励起状態の一重項エネルギー準位および前記第７化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、それぞれ前記第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位、および前記第８化合物における励起状態の一重項エネルギー準位のそれぞれより高い、請求項１５に記載の有機発光ダイオード。

【請求項19】

前記第１化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第２化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高く、前記第１化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高く、
前記第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高く、
前記第６化合物における励起状態の一重項エネルギー準位は、前記第７化合物における励起状態の一重項エネルギー準位より高く、前記第６化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第７化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高く、
前記第７化合物における励起状態の三重項エネルギー準位は、前記第８化合物における励起状態の三重項エネルギー準位より高い、請求項１５に記載の有機発光ダイオード。

【請求項20】

前記第２発光物質層は、前記第１電極と前記第１発光物質層の間に位置し、前記発光ユニットは、前記第１電極と前記第２発光物質層の間に位置する電子遮断層をさらに含む、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。

【請求項21】

前記第３化合物は、前記電子遮断層の物質と同一である、請求項２０に記載の有機発光ダイオード。

【請求項22】

前記第２発光物質層は、前記第２電極と前記第１発光物質層の間に位置し、前記発光ユニットは、前記第２電極と前記第２発光物質層の間に位置する正孔遮断層をさらに含む、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。

【請求項23】

前記第３化合物は、前記正孔遮断層の物質と同一である、請求項２２に記載の有機発光ダイオード。

【請求項24】

前記第１化合物は、下記の化学式２の構造を有するいずれか１つの有機化合物を含む、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。
化学式２

【請求項25】

前記第２化合物は、下記の化学式４ないし化学式６の構造を有するいずれか１つの有機化合物を含む、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。
化学式４

化学式５

化学式６

化学式４中、Ｚ_１とＺ_２は、それぞれ独立して炭素、またはケイ素であり、ｎは、化学式３で定義されたものと同一である。また、化学式５および化学式６中、Ｚは炭素、またはケイ素である。

【請求項26】

前記第２化合物は、下記の化学式７の構造を有するいずれか１つの有機化合物を含む、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。
化学式７

【請求項27】

前記第１発光物質層において、前記第１化合物と前記第２化合物は、９９：１ないし７０：３０の重量比で配合されている、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。

【請求項28】

前記少なくとも１つの発光ユニットは、前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、下部の発光物質層を含む第１発光ユニットと、
前記第１発光ユニットと前記第２電極の間に位置し、上部の発光物質層を含む第２発光ユニットとを含み、
前記下部の発光物質層と前記上部の発光物質層のうち、少なくともいずれか１つは、前記第１発光物質層と前記第２発光物質層を含み、
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットの間に位置する電荷生成層をさらに含む、請求項１または９に記載の有機発光ダイオード。

【請求項29】

前記下部の発光物質層と前記上部の発光物質層のうち、少なくともいずれか１つは、前記第１発光物質層を介在して、前記第２発光物質層の反対側に位置する第３発光物質層をさらに含む、請求項２８に記載の有機発光ダイオード。

【請求項30】

基板と、
前記基板上に位置し、請求項１から２９の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装置。

【請求項31】

前記有機発光装置は、有機発光表示装置、または有機発光照明装置を含む、請求項３０に記載の有機発光装置。

【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およびそれを備える発光装置に関するものであり、さらに詳細には、発光効率および色純度が向上した有機発光ダイオードおよびそれを備える発光装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

現在、広く使用されている平面表示素子の１つであって、有機電界発光素子（ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ、ＯＥＬＤ）とも呼ばれる有機発光ダイオードに関する技術が急速に発展している。

【0003】

有機発光ダイオード（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ、ＯＬＥＤ）は、２０００Å以内の薄い有機薄膜から形成され、用いられる電極の構成により、単方向、または両方向への画像の具現化が可能である。また、有機発光ダイオードは、プラスチックのようなフレキシブルな透明基板上にも素子を形成することができるので、フレキシブル、またはフォルダブルな発光装置を具現化することができる。さらに、有機発光ダイオードは、低い電圧で駆動が可能であり、色純度に優れることから、液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ、ＬＣＤ）に比べて大きなメリットを有する。

【0004】

有機発光ダイオードは、正孔注入電極（陽極）、電子注入電極（陰極）、および前記陽極と前記陰極との間に形成される発光ユニットを含む。発光効率を増加させるため、発光ユニットは、正孔注入電極上に順次積層される正孔注入層（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ；ＨＩＬ）、正孔輸送層（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ；ＨＴＬ）、発光物質層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌａｙｅｒ；ＥＭＬ）、電子輸送層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ；ＥＴＬ）、電気注入層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ；ＥＩＬ ）を含むことができる。

【0005】

有機発光ダイオードにおいて、陽極から注入された正孔（Ｈｏｌｅ）と陰極から注入された電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）が発光物質層で結合して不安定な励起状態（Ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅ）の励起子（Ｅｘｃｉｔｏｎ）を形成し、その励起子が安定な基底状態（Ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）に戻る際に光を放出する。必要によっては、励起子の消滅を防止できるよう、ＯＬＥＤは、正孔輸送層と発光物質層との間に電子遮断層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ；ＥＢＬ）および／または発光物質層と正孔輸送層との間に正孔遮断層（Ｈｏｌｅ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ；ＨＢＬ）のような励起子遮断層をさらに形成することもできる。

【0006】

一般に、発光物質層は、ホストとドーパントからなり、実際の発光は、ドーパントで行われる。青色発光物質は、他の発光物質に比べて広いエネルギーバンドギャップを持たなければならないため、青色発光物質の開発には限界がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、前述した従来技術の問題を解消するために提案されたものであって、発光効率、素子寿命および色純度が向上した有機発光ダイオードおよび有機発光ダイオードを備える有機発光装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面によると、本発明は、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、発光物質層を含む少なくとも１つの発光ユニットとを備え、前記発光物質層は、第１化合物と第２化合物を含む第１発光物質層と、第３化合物と第４化合物を含み、前記第１電極と前記第１発光物質層との間、または前記第１発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２発光物質層とを含み、前記第１化合物は、下記の化学式１の構造を有する有機化合物を含み、前記第２化合物は、下記の化学式３の構造を有する有機化合物を含む有機発光ダイオードを提供する。

【0009】

【化1】

【0010】

化学式１中、 Ｒ_１ないしＲ_５は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリル基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基で構成される群から選択される。Ｘは、ＣＲ_６または窒素原子であり、Ｒ_６は、軽水素、重水素、三重水素、またはＣ_１〜Ｃ_２０アルキル基である。

【0011】

【化3】

【0012】

化学式３中、Ｒ_１１は、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリル基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基で構成される群から選択される。Ｒ_１２とＲ_１３は、それぞれ炭素であり、それぞれ独立して軽水素、重水素、三重水素に連結されたり、または直接連結されたり、または酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）若しくはセレン（Ｓｅ）を介して連結される。Ｙ_１とＹ_２は、それぞれ独立して炭素、ケイ素、またはゲルマニウムである。ｍは、１ないし４の整数であり、ｎは、０ないし２の整数である。

【0013】

選択的な実施形態において、前記第２発光物質層は、第５化合物をさらに含むことができる。

【0014】

他の選択的な実施形態において、前記発光物質層は、前記第１発光物質層を介在し、前記第２発光物質層の反対側に位置する第３発光物質層をさらに含む。

【0015】

このとき、前記第３発光物質層は、第６化合物、第７化合物および第８化合物を含むことができる。

【0016】

本発明の他の側面によると、本発明は、基板と、前記基板上に位置する、前述した有機発光ダイオードとを備える有機発光装置を提供する。
一例に、前記有機発光装置は、有機発光表示装置、または有機発光照明装置を含むことができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明は、遅延蛍光を具現化できる発光物質層と、発光物質層に隣接して蛍光、燐光、または超蛍光を具現化できる少なくとも１つの他の発光物質層を含む有機発光ダイオードを提案する。
本発明によって構成された有機発光ダイオードを適用することで、遅延蛍光発光物質層の単層構造を成す発光物質層に比べ、発光効率を極大化することができ、優れた色純度を具現化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る有機発光表示装置を概略的に示す断面図である。

【図2】本発明の例示的な第１実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図である。

【図3】本発明の例示的な実施形態によって発光物質層に含まれ得る遅延蛍光物質の発光メカニズムを説明するための模式図である。

【図4】本発明の例示的な第１実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層を構成する物質間のエネルギー準位による発光メカニズムを説明するための模式図である。

【図5】本発明の例示的な第２実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図である。

【図6】本発明の例示的な第２実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層を構成する物質間のエネルギー準位による発光メカニズムを説明するための模式図である。

【図7】本発明の例示的な第３実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図である。

【図8】本発明の例示的な第３実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層を構成する物質間のエネルギー準位による発光メカニズムを説明するための模式図である。

【図9】本発明の例示的な第４実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図である。

【図10】本発明の例示的な実施例によって製造された有機発光ダイオードにおける電圧‐電流密度の測定結果を示すグラフである。

【図11】本発明の例示的な実施例によって製造された有機発光ダイオードにおける電流密度‐ＥＱＥの測定結果を示すグラフである。

【図12】本発明の例示的な実施例によって製造された有機発光ダイオードにおける電界発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；ＥＬ）スペクトルの測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照し、本発明について説明する。
発光物質層に適用された発光物質の外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ、ＥＱＥ、η_eｘｔ）は、下記の式で演算することができる。
ηe_ｘｔ＝η_Ｓ／Ｔ×Γ×Φ×η_{ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ}
η_Ｓ／Ｔは、励起子生成効率（Ｓｉｎｇｌｅｔ／Ｔｒｉｐｌｅｔ ｒａｔｉｏ）であり、Γは、電荷バランス因子（Ｃｈａｒｇｅ Ｂａｌａｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒ）であり、Φは、放射量子効率（Ｒａｄｉａｔｉｖｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）であり、η_{ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ}は、光抽出効率（Ｏｕｔ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）である。

【0020】

励起子生成効率（η_Ｓ／Ｔ）とは、生成された励起子が光に変換される比率であり、蛍光物質の場合は、最大０．２５という制限された値を持つ。理論上、正孔と電子が出会って励起子を形成する際、スピンの配列により、対スピンの一重項励起子（Ｓｉｎｇｌｅｔ ｅｘｃｉｔｏｎ）と不対スピンの三重項励起子（Ｔｒｉｐｌｅｔ ｅｘｃｉｔｏｎ）が１：３の割合で生成される。蛍光物質では、一重項励起子のみが発光に寄与し、残り７５％の三重項励起子は発光に寄与しないため、励起子生成効率は最大０．２５に過ぎない。

【0021】

電荷バランス因子（Γ）とは、励起子を形成する正孔と電子のバランスを意味するが、一般に、１００％の１：１マッチングを仮定して値「１」を有する。放射量子効率（Φ）とは、実際に発光物質の発光効率に関与する値であって、ホスト-ドーパントシステムでは、ドーパントの光ルミネセンス（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、ＰＬ）に依存する。

【0022】

光抽出効率（η_{ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ}）とは、発光物質から発光された光のうち、外部へ抽出される光の割合である。一般に、等方性発光物質を熱蒸着して薄膜を形成する場合、個々の発光分子は、一定の方向性を持たず、無秩序な状態で存在する。かかる無秩序な配列状態における光抽出効率は、一般的に０．２であると仮定する。

【0023】

したがって、前記式で表す４つの要素を組み合わせると、蛍光物質を用いた有機発光ダイオードの最大発光効率は、約５％に過ぎない。蛍光物質による低効率を解決するため、燐光物質が開発された。燐光物質は、一重項エネルギーと三重項エネルギーを全て光に変換させる発光メカニズムを有している。

【0024】

ところが、一般に燐光材料に用いられる金属錯体化合物は、高価である上に寿命が非常に短いので、商用化するには限界があった。特に、青色燐光素材は、色純度が表示装置に適用するには難しい水準であり、また寿命も商用化のレベルに達していない。特にホストの材料は、青色燐光ドーパントの三重項エネルギーがホストへ遷移することを防止するため、燐光ドーパントの三重項エネルギーより高くなければならない。しかしながら、有機芳香族化合物は、共役が伸びたり、環が縮合したりした場合、三重項エネルギーが急激に低くなるため、青色燐光ホストに活用できる有機化合物は極めて制限される。

【0025】

また、三重項エネルギーの高い燐光ホストは、電荷注入や電荷輸送がスムーズに行われないことから高い駆動電圧を要することになり、その結果、消費電力の面で悪影響を与えることになる。さらに、高い駆動電圧を必要とするので、発光物質層を構成する物質に電気的なストレスが与えられ、ホストとドーパントの変形を引き起こし、素子の寿命にも悪影響を及ぼす。このように、特に青色の燐光物質の場合は、産業界で求められる発光効率および信頼性を満たしていない。

【0026】

最近は、従来の蛍光ドーパントと燐光ドーパントが有する問題を解決できる、いわゆる遅延蛍光物質が開発された。代表的な遅延蛍光物質に、熱活性遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｄｅｌａｙｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ；ＴＡＤＦ）を用いる。遅延蛍光物質は、分子内電荷移動が可能であり、発光過程において一重項エネルギーと三重項エネルギーを全て利用することができる。このように、遅延蛍光物質は、燐光物質と同様、発光過程において一重項エネルギーと三重項エネルギーを全て活用するので、発光効率が優れる。

【0027】

しかしながら、遅延蛍光物質は、三重項エネルギーも発光過程で利用するため、発光寿命が低い。それに加えて、遅延蛍光物質は、基本的に電荷移動（Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、ＣＴ）という発光メカニズムに基づく。ＣＴ発光メカニズムに起因する発光の特徴上、遅延蛍光物質は、半値幅の非常に広い発光波長を有するため、色純度の面でディスプレイに適用するには限界がある。

【0028】

したがって、信頼性が高く、発光効率が優れて、色純度が向上した発光素子に対する開発が要求されている。本発明の有機発光ダイオードは、発光素子を構成する発光物質層を多層に構成し、発光効率と色純度を極大化することができる。本発明に係る有機発光ダイオードは、有機発光表示装置、または有機発光照明装置などの有機発光装置に適用することができる。一例に、本発明の有機発光ダイオードを適用した表示装置について説明する。図１は、本発明の例示的な実施形態に係る有機発光表示装置の概略的な断面図である。図１に示すように、有機発光表示装置７００は、薄膜トランジスタＴｒと、薄膜トランジスタＴｒに接続される有機発光ダイオード８００を備える。薄膜トランジスタＴｒは、半導体層７１０と、ゲート電極７３０と、ソース電極７５２と、ドレイン電極７５４とを含む。

【0029】

基板７０２は、ガラス基板であってもよく、薄いフレキシブルな基板であってもよく、高分子プラスチック基板であってもよい。例えば、フレキシブルな基板は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびポリカーボネート（ＰＣ）のうち、いずれか１つから形成することができる。薄膜トランジスタＴｒと有機発光ダイオード８００が位置する基板７０２は、アレイ基板を成す。

【0030】

基板７０２上にバッファー層７０４が形成され、バッファー層７０４上に薄膜トランジスタＴｒが形成される。バッファー層７０４は省略してもよい。

【0031】

バッファー層７０４の上部に半導体層７１０が形成される。例えば、半導体層７１０は、酸化物半導体物質から形成することができる。半導体層７１０が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層７１０の下部に遮光パターン（不図示）を形成することができる。遮光パターンは、半導体層７１０へ光が入射することを防止し、半導体層７１０が光によって劣化することを防止する。これとは異なって、半導体層７１０は多結晶シリコンから形成することもでき、この場合、半導体層７１０の両端部に不純物をドープすることもある。

【0032】

半導体層７１０の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜７２０が基板７０２の全面に形成される。ゲート絶縁膜７２０は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）、またはシリコン窒化物（ＳｉＮ_ｘ）のような無機絶縁物質から形成することができる。

【0033】

ゲート絶縁膜７２０の上部には、金属のような導電性物質からなるゲート電極７３０が半導体層７１０の中央に対応して形成される。図１において、ゲート絶縁膜７２０は、基板７０２の全面に形成されているが、ゲート絶縁膜７２０は、ゲート電極７３０と同じ形にパターニングしてもよい。

【0034】

ゲート電極７３０の上部には、絶縁物質からなる層間絶縁膜７４０が基板７０２の全面に形成される。層間絶縁膜７４０は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）やシリコン窒化物（ＳｉＮ_ｘ）のような無機絶縁物質で形成してもよく、ベンゾシクロブテンやフォトアクリルのような有機絶縁物質で形成してもよい。

【0035】

層間絶縁膜７４０は、半導体層７１０の両側上面を露出する第１および第２半導体層コンタクトホール７４２、７４４を有する。第１および第２半導体層コンタクトホール７４２、７４４は、ゲート電極７３０の両側でゲート電極７３０と離隔して位置する。ここで、第１および第２半導体層コンタクトホール７４２、７４４は、ゲート絶縁膜７２０内にも形成される。これとは異なって、ゲート絶縁膜７２０がゲート電極７３０と同じ形にパターニングされる場合、第１および第２半導体層コンタクトホール７４２、７４４は、層間絶縁膜７４０内にのみ形成される。

【0036】

層間絶縁膜７４０の上部には、金属のような導電性物質からなるソース電極７５２とドレイン電極７５４が形成される。ソース電極７５２とドレイン電極７５４は、ゲート電極７３０を中心に離隔して位置し、それぞれ第１および第２半導体層コンタクトホール７４２、７４４を介して、半導体層７１０の両側に接触する。

【0037】

半導体層７１０、ゲート電極７３０、ソース電極７５２、およびドレイン電極７５４は、薄膜トランジスタＴｒを構成し、薄膜トランジスタＴｒは、駆動素子として働く。図１に示した薄膜トランジスタＴｒは、半導体層７１０の上部にゲート電極７３０、ソース電極７５２およびドレイン電極７５４が位置するコプラナ構造を有する。これとは異なって、薄膜トランジスタＴｒは、半導体層の下部にゲート電極が位置し、半導体層の上部にソース電極とドレイン電極が位置する逆スタッガード（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）構造を有することができる。この場合、半導体層は、非晶質シリコンからなることができる。

【0038】

図１に示していないが、ゲート配線とデータ配線が互いに交差して画素領域を定義し、ゲート配線とデータ配線に接続されるスイッチング素子がさらに形成される。前記スイッチング素子は、駆動素子である薄膜トランジスタＴｒに接続される。

【0039】

また、パワー配線がゲート配線またはデータ配線と平行に離隔して形成され、１フレームの間に、駆動素子である薄膜トランジスタＴｒのゲート電極の電圧を一定に維持するためのストレージキャパシタがさらに構成され得る。

【0040】

一方、有機発光表示装置７００は、有機発光ダイオード８００で生成された光を吸収するカラーフィルター（不図示）を備えることができる。例えば、カラーフィルター（不図示）は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、または青色（Ｂ）の光を吸収することができる。カラーフィルター（不図示）を採択することで、有機発光表示装置７００は、フルカラーを具現化することができる。

【0041】

例えば、有機発光表示装置７００がボトムエミッションタイプである場合、有機発光ダイオード８００に対応する層間絶縁膜７４０の上部に、光を吸収するカラーフィルター（不図示）が位置することができる。選択的な実施形態において、有機発光表示装置７００がトップエミッションタイプである場合、カラーフィルターは、有機発光ダイオード８００の上部、すなわち第２電極８２０の上部に位置することもできる。

【0042】

ソース電極７５２とドレイン電極７５４の上部には、平坦化層７６０を基板７０２の全面に形成する。平坦化層７６０は、その上面が平坦であり、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極７５４を露出するドレインコンタクトホール７６２を有する。ここで、ドレインコンタクトホール７６２は、第２半導体層コンタクトホール７４４の直上に形成されたものとして示しているが、第２半導体層コンタクトホール７４４と離隔して形成されてもよい。

【0043】

有機発光ダイオード８００は、平坦化層７６０上に位置し、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極７５４に接続される第１電極８１０と、第１電極８１０上に順次積層される発光ユニット８３０および第２電極８２０を含む。

【0044】

第１電極８１０は、画素領域毎に分離して形成される。第１電極８１０は、陽極（アノード）であり得る。また、第１電極８１０は、仕事関数値が比較的に大きい導電性物質からなり得る。例えば、第１電極８１０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯおよびＡＺＯなどのような透明導電性物質からなり得る。

【0045】

一方、本発明の有機発光表示装置７００がトップエミッションタイプである場合、第１電極８１０の下部には反射電極、または反射層をさらに形成することができる。例えば、前記反射電極、または前記反射層は、アルミニウム・パラジウム・銅（Ａｌｕｍｉｎｕｍ-Ｐａｌａｄｉｕｍ-Ｃｏｐｐｅｒ：ＡＰＣ）合金からなることができる。

【0046】

また、平坦化層７６０上には、第１電極８１０の端部を覆うバンク層７７０が形成される。バンク層７７０は、前記画素領域に対応し、第１電極８１０の中央を露出する。

【0047】

第１電極８１０上には、発光ユニット８３０が形成される。１つの例示的な実施形態において、前記発光ユニット８３０は、発光物質層の単層構造を有することができる。これと異なって、発光ユニット８３０は、図２、図５、図７および図９に示すように、正孔注入層、正孔輸送層、電子遮断層、発光物質層、正孔遮断層、電子輸送層および／または電子注入層のような多数の有機物層からなってもよい。発光ユニット８３０は、２つ以上の発光物質層を含むことができる。

【0048】

例えば、発光物質層は、第１化合物と第２化合物からなる第１発光物質層と、第１発光物質層に隣接して位置し、第３化合物と第４化合物からなる第２発光物質層とを含むことができる。選択的に、発光物質層は、第１化合物と第２化合物からなる第１発光物質層と、第１発光物質層に隣接して位置し、第３化合物、第４化合物および第５化合物からなる第２発光物質層とを含む。

【0049】

他の選択的な実施形態において、発光物質層は、第１化合物と第２化合物からなる第１発光物質層と、第１発光物質層に隣接して位置し、第３化合物と第４化合物からなる第２発光物質層と、第１発光物質層に隣接して位置し、第６化合物、第７化合物および第８化合物からなる第３発光物質層とを含むことができる。

【0050】

第１化合物ないし第８化合物の具体的な種類や、それらの間におけるエネルギー準位の関係および発光物質層の構造については後述する。

【0051】

発光ユニット８３０の形成された基板７２０の上部に、第２電極８２０が形成される。第２電極８２０は、表示領域の全面に位置し、仕事関数値が比較的に小さい導電性物質からなり、陰極（カソード）として用いることができる。例えば、第２電極８２０は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、銀（Ａｇ）、またはアルミニウム・マグネシウム合金（ＡｌＭｇ）といったこれらの合金や組み合わせのうち、いずれか１つからなり得る。

【0052】

第２電極８２０上には、外部の水分が有機発光ダイオード８００へ浸透することを防ぐため、封止フィルム７８０（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ Ｆｉｌｍ）が形成される。封止フィルム７８０は、第１無機絶縁層７８２と、有機絶縁層７８４と、第２無機絶縁層７８６の積層構造を有することができるが、これに限定されるものではない。

【0053】

後述するように、有機発光ダイオード８００は、発光ユニット８３０にホスト、遅延蛍光ドーパントおよび／または蛍光、または燐光ドーパントからなる多数の発光物質層を有する。これらの発光物質を組み合わせることで、発光効率が極大化され、色純度が優れた超蛍光を具現化できる有機発光ダイオード８００および有機発光表示装置７００を製造することができる。

【0054】

続いて、本発明に係る多層の発光物質層を有する有機発光ダイオードについて、具体的に説明する。図２は、本発明の例示的な第１実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図であり、図３は、本発明の有機発光ダイオードに含まれる遅延蛍光物質の発光メカニズムを説明するための模式図であり、図４は、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層の構成物質間におけるエネルギー準位による発光メカニズムを説明するための模式図である。

【0055】

図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオード１００は、互いに対向する第１電極１１０および第２電極１２０と、第１電極１１０と第２電極１２０の間に位置する発光ユニット１３０を備える。例示的な実施形態において、発光ユニット１３０は、第１電極１１０から順次積層される正孔注入層１４０（ＨＩＬ）、正孔輸送層１５０（ＨＴＬ）、発光物質層１６０（ＥＭＬ）、電子輸送層１７０（ＥＴＬ）および電子注入層１８０（ＥＩＬ）を含む。必要によって、発光ユニット１３０は、正孔輸送層１５０と発光物質層１６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層１５５（ＥＢＬ）、および／または発光物質層１６０と電子輸送層１７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層１７５（ＨＢＬ）をさらに含むことができる。

【0056】

第１電極１１０は、発光物質層１６０に正孔を供給する陽極（アノード）であり得る。第１電極１１０は、仕事関数値が比較的に大きい導電性物質、例えば透明導電性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ、ＴＣＯ）から形成することが好ましい。例示的な実施形態において、第１電極１１０は、インジウム・スズ・酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ‐Ｔｉｎ‐Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ‐Ｚｉｎｃ‐Ｏｘｉｄｅ；ＩＺＯ）、インジウム・スズ・亜鉛・酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ‐Ｔｉｎ‐Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＺＯ）、スズ酸化物（ＳｎＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム・銅・酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ‐Ｃｏｐｐｅｒ‐Ｏｘｉｄｅ；ＩＣＯ）、および／またはアルミニウム：酸化亜鉛（Ａｌ：ＺｎＯ、ＡＺＯ）からなり得る。

【0057】

第２電極１２０は、発光物質層１６０に電子を供給するカソードであり得る。第２電極１２０は、仕事関数値が比較的に小さい導電性物質、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、銀（Ａｇ）、またはこれらの合金や組み合わせのように、反射特性のよい素材からなり得る。

【0058】

正孔注入層１４０は、第１電極１１０と正孔輸送層１５０との間に位置するが、無機物である第１電極１１０と有機物である正孔輸送層１５０との間の界面特性を向上させる。１つの例示的な実施形態において、正孔注入層１４０は、４，４’，４”‐トリス（３‐メチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン；ＭＴＤＡＴＡ、４，４’，４”‐トリス（Ｎ，Ｎ‐ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン；ＮＡＴＡ、４，４’，４”‐トリス（Ｎ‐（ナフタレン‐１‐イル）‐Ｎ‐フェニルアミノ）トリフェニルアミン；１Ｔ-ＮＡＴＡ、４，４’，４”‐トリス（Ｎ‐（ナフタレン‐２‐イル）‐Ｎ‐フェニルアミノ）トリフェニルアミン；２Ｔ-ＮＡＴＡ、フタロシアニン銅；ＣｕＰＣ、トリス（４‐カルバゾイル‐９‐イル‐フェニル）アミン；ＴＣＴＡ、Ｎ，Ｎ’‐ジフェニル‐Ｎ，Ｎ’‐ビス（１‐ナフチル）‐１，１’‐ビフェニル‐４，４”‐ジアミン；ＮＰＢ；ＮＰＤ、１，４，５，８，９，１１‐ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル、ジピラジノ［２，３‐ｆ：２’，３’‐ｈ］キノサリン‐２，３，６，７，１０，１１‐ヘキサカルボニトリル；ＨＡＴ-ＣＮ、１，３，５‐トリス［４‐（ジフェニルアミノ）フェニル］ベンゼン；ＴＤＡＰＢ、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸；ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、および／またはＮ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐９，９‐ジメチル‐Ｎ‐（４‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐フルオレン‐２‐アミンなどからなる群から、いずれか１つの化合物で構成することができる。有機発光ダイオード１００の特性により、正孔注入層１４０は省略してもよい。
正孔輸送層１５０は、第１電極１１０と発光物質層１６０との間において、発光物質層１６０に隣接して位置する。１つの例示的な実施形態において、正孔輸送層１５０は、Ｎ，Ｎ’‐ジフェニル‐Ｎ，Ｎ’‐ビス（３‐メチルフェニル）‐１，１’‐ビフェニル‐４，４’‐ジアミン；ＴＰＤ、ＮＰＢ、４，４’‐ビス（Ｎ‐カルバゾリル）‐１，１’‐ビフェニル；ＣＢＰ、ポリ［Ｎ，Ｎ’‐ビス（４‐ブチルフェニル）‐Ｎ，Ｎ’‐ビス（フェニル）‐ベンジジン］；Ｐｏｌｙ-ＴＰＤ、ポリ［（９，９‐ジオクチルフルオレニル‐２，７‐ジイル）‐ｃｏ−（４，４’‐（Ｎ‐（４‐ｓｅｃ−ブチルフェニル）ジフェニルアミン））］；ＴＦＢ、ジ‐［４‐（Ｎ，Ｎ‐ジ‐ｐ‐トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン；ＴＡＰＣ、Ｎ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐９，９‐ジメチル‐Ｎ‐（４‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐フルオレン‐２‐アミン、および／またはＮ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐Ｎ‐（４‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）ビフェニル）‐４‐アミンなどからなる群から選択される化合物で構成することができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0059】

発光物質層１６０は、第１発光物質層１６２と第２発光物質層１６４を含むが、それらの発光物質層１６２、１６４の構成および発光メカニズムについては、後述する。

【0060】

発光物質層１６０と第２電極１２０との間には、電子輸送層１７０と電子注入層１８０を順次積層することができる。電子輸送層１７０を構成する素材には、高い電子移動度が求められるが、スムーズな電子輸送により、発光物質層１６０に電子を安定して供給する。

【0061】

１つの例示的な実施形態において、電子輸送層１７０は、オキサジアゾール系、トリアゾール系、フェナントロリン系、ベンゾオキサゾール系、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、トリアジン系などの誘導体であり得る。

【0062】

一例に、電子輸送層１７０は、トリス（８‐ヒドロキシキノリン）アルミニウム；Ａｌｑ_３、２‐ビフェニル‐４‐イル‐５‐（４‐ｔ−ブチルフェニル）‐１，３，４‐オキサジアゾール；ＰＢＤ、スピロ-ＰＢＤ、リチウムキノラート；Ｌｉｑ、１，３，５‐トリス（Ｎ‐フェニルベンゾイミダゾール‐２‐イル）ベンゼン；ＴＰＢｉ、ビス（２‐メチル‐８‐キノリノラト‐Ｎ１，０８）‐（１，１’‐ビフェニル‐４‐オラト）アルミニウム；ＢＡｌｑ、４，７‐ジフェニル‐１，１０‐フェナントロリン；Ｂｐｈｅｎ、２，９‐ビス（ナフタレン‐２‐イル）‐４，７‐ジフェニル‐１，１０‐フェナントロリン；ＮＢｐｈｅｎ、２，９‐ジメチル‐４，７‐ジフェニル‐１，１０‐フェナントロリン；ＢＣＰ、３‐（４‐ビフェニル）‐４‐フェニル‐５‐ｔ‐ブチルフェニル‐１，２，４‐トリアゾール；ＴＡＺ、４‐（ナフタレン‐１‐イル）‐３，５‐ジフェニル‐４Ｈ‐１，２，４‐トリアゾール；ＮＴＡＺ、１，３，５‐トリス（ｐ‐ピリド‐３‐イル‐フェニル）ベンゼン；ＴｐＰｙＰＢ、２，４，６‐トリス（３’‐（ピリジン‐３‐イル）ビフェニル‐３‐イル）‐１，３，５‐トリアジン；ＴｍＰＰＰｙＴｚ、ポリ［（９，９‐ビス（３’‐（（Ｎ，Ｎ‐ジメチル）‐Ｎ‐エチルアンモニウム）‐プロピル）‐２，７‐フルオレン）‐アルト‐２，７‐（９，９‐ジオクチルフルオレン）］；ＰＦＮＢｒ、トリス（フェニルキノキサリン）；ＴＰＱ、および／または２‐［４‐（９，１０‐ジ‐２‐ナフタレニル‐２‐アントラセニル）フェニル］‐１‐フェニル‐１Ｈ‐ベンゾイミダゾールなどからなる群から選択される素材で構成することができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0063】

電子注入層１８０は、第２電極１２０と電子輸送層１７０との間に位置するが、第２電極１２０の特性を改善し、素子の寿命を改善することができる。１つの例示的な実施形態において、電子注入層１８０の素材には、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＮａＦ、ＢａＦ_２などのアルカリハライド系物質、および／またはＬｉｑ、リチウムベンゾエイト、ステアリン酸ナトリウムなどの有機金属系の物質を用いることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0064】

一方、正孔が発光物質層１６０を通じて第２電極１２０へ移動したり、電子が発光物質層１６０を通じて第１電極１１０へ移動したりする場合、素子の寿命や効率の減少をもたらすことがある。これを防ぐため、本発明の例示的な第１実施形態に係る有機発光ダイオード１００は、発光物質層１６０に隣接した、少なくとも１つの励起子遮断層を有することができる。一例に、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオード１００は、正孔輸送層１５０と発光物質層１６０との間に、電子の移動を制御・防止できる電子遮断層１５５が位置する。

【0065】

さらに具体的に、電子遮断層１５５は、ＴＣＴＡ、トリス［４‐（ジエチルアミノ）フェニル］アミン、Ｎ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐９，９‐ジメチル‐Ｎ‐（４‐９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐フルオレン‐２‐アミン、ＴＡＰＣ、ＭＴＤＡＴＡ、１，３‐ビス（カルバゾール‐９‐イル）ベンゼン；ｍＣＰ、３，３’‐ビス（Ｎ‐カルバゾリル）‐１，１’‐ビフェニル；ｍＣＢＰ、ＣｕＰＣ、Ｎ，Ｎ’‐ビス［４‐［ビス（３‐メチルフェニル）アミノ］フェニル］‐Ｎ，Ｎ’‐ジフェニル‐［１，１’‐ビフェニル］‐４，４’‐ジアミン；ＤＮＴＰＤ、および／またはＴＤＡＰＢなどから構成することができる。

【0066】

また、有機発光ダイオード１００は、発光物質層１６０と電子輸送層１７０との間に、第２励起子遮断層として正孔遮断層１７５を有し、正孔遮断層１７５は、発光物質層１６０と電子輸送層１７０との間における正孔の移動を防止する。１つの例示的な実施形態において、正孔遮断層１７５の素材に、電子輸送層１７０に用いられ得るオキサジアゾール系、トリアゾール系、フェナントロリン系、ベンゾオキサゾール系、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、トリアジン系などの誘導体を用いることができる。

【0067】

例えば、正孔遮断層１７５は、発光物質層１６０に用いられた素材に比較して、ＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ；最高被占輝度）エネルギー準位の低いＢＣＰ、ＢＡｌｑ、Ａｌｑ_３、ＰＢＤ、スピロ‐ＰＢＤ、Ｌｉｑ、ビス‐４，６‐（３，５‐ジ‐３‐ピリジルフェニル）‐２‐メチルピリミジン；Ｂ３ＰＹＭＰＭ、および／またはオキシビス（２，１‐フェニレン））ビス（ジフェニルホスフィンオキシド）；ＤＰＥＰＯ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される化合物で構成することができる。

【0068】

一例に、電子遮断層１５５および正孔輸送層１７５は、それぞれ約５ｎｍないし２００ｎｍ、好ましくは約１０ｎｍないし約１００ｎｍの厚さで積層することができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0069】

前述したように、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオード１００の発光物質層１６０は、２つの発光物質層１６２、１６４を含む。すなわち、発光物質層１６０は、第１化合物と第２化合物からなる第１発光物質層１６２と、第３化合物と第４化合物からなる第２発光物質層１６４を含む。例えば、第１化合物は第１ホストであり、第２化合物は遅延蛍光ドーパント（Ｔドーパント）であり得る。また、第３化合物は第２ホストであり、第４化合物は蛍光、または燐光ドーパント（Ｆドーパント）であり得る。

【0070】

このとき、第１発光物質層１６２は、電子遮断層１５５と正孔遮断層１７５との間に位置し、第２発光物質層１６４は、電子遮断層１５５と第１発光物質層１６２との間、または第１発光物質層１６２と正孔遮断層１７５との間に位置することができる。以下では、第２発光物質層１６４が、電子遮断層１５５と第１発光物質層１６２との間に位置する場合を中心に説明する。

【0071】

第１発光物質層１６２は、遅延蛍光物質であり得る第２化合物を含むが、この場合、ホストであり得る第１化合物と第２化合物のエネルギー準位を調節することで、発光効率が向上し、色純度が優れた有機発光ダイオード１００を具現化することができるが、これについて説明する。図３は、本発明の例示的な実施形態によって発光物質層に含まれ得る遅延蛍光物質の発光メカニズムを説明するための模式図である。

【0072】

遅延蛍光は、熱活性遅延蛍光（ＴＡＤＦ）と、電界活性遅延蛍光（Ｆｉｅｌｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｄｅｌａｙｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ；ＦＡＤＦ）とに区分されるが、熱、または電界によって三重項励起子が活性化され、従来の蛍光物質における最大発光効率を超える優れた発光効率を具現化することができる。

【0073】

さらに具体的に説明すると、遅延蛍光物質は、素子を駆動する際に発生する熱や電界によって三重項励起子が活性化され、三重項励起子も発光に寄与する。一般に、遅延蛍光物質は、電子供与体部分と電子受容体部分を共に有しているため、分子内電荷移動（Ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、ＩＣＴ）状態への変換が可能である。ＩＣＴ可能な遅延蛍光物質をドーパントに用いると、遅延蛍光物質において一重項エネルギー準位（Ｓ_１）を持つ励起子と、三重項エネルギー準位（Ｔ_１）を持つ励起子が中間状態のＩＣＴ状態へ移動し、基底状態（Ｓ_０）へ遷移する（Ｓ_１→ＩＣＴ←Ｔ_１）。一重項エネルギー準位（Ｓ_１）を持つ励起子と、三重項エネルギー準位（Ｔ_１）を持つ励起子が共に発光に寄与するため、内部量子効率が向上し、その結果、発光効率が向上する。

【0074】

従来の蛍光物質は、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ；ＬＵＭＯ）が分子全体に広がっているため、一重項状態と三重項状態における相互変換が不可能である（選択規則）。しかしながら、ＩＣＴ状態の物質は、ＨＯＭＯとＬＵＭＯの軌道重畳が少ないので、ＨＯＭＯ状態の軌道とＬＵＭＯ状態の軌道の間における相互作用が小さい。したがって、電子のスピン状態の変化が他の電子に影響を及ぼすことなく、選択規則に従わない新しい電荷移動バンド（Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｂａｎｄ、ＣＴ ｂａｎｄ）が形成される。

【0075】

すなわち、遅延蛍光物質において、電子受容体部分と電子供与体部分が分子内で離隔しているので、分子内の双極子モーメントが大きな分極状態で存在する。双極子モーメントが分極した状態でＨＯＭＯ状態の軌道とＬＵＭＯ状態の軌道の間における相互作用が小さくなり、三重項状態と一重項状態から中間状態（ＩＣＴ）への遷移が可能となる。その結果、一重項エネルギー準位（Ｓ_１）を持つ励起子はもちろん、三重項エネルギー準位（Ｔ_１）を持つ励起子が発光に寄与することになる。

【0076】

したがって、発光素子が駆動すると、熱や電界によって２５％の一重項エネルギー準位（Ｓ_１）を持つ励起子と、７５％の三重項エネルギー準位（Ｔ_１）を持つ励起子とが中間状態（ＩＣＴ）へ遷移し、再び基底状態（Ｓ_０）へ落ちる際に発光が起きるので、内部量子効率は、理論上１００％となる。

【0077】

三重項状態と一重項状態で共にエネルギー遷移が起こるためには、遅延蛍光物質は、一重項エネルギー準位（Ｓ_１）と三重項エネルギー準位（Ｔ_１）の差（ΔＥ_ＳＴ）が０．３ｅＶ以下、例えば０．０５ないし０．３ｅＶ以下でなければならない。一重項状態と三重項状態とのエネルギー差が小さい材料は、蛍光を示すだけでなく、常温レベルの熱エネルギー、または電界により、三重項状態から、エネルギーのさらに高い一重項状態へ逆系間交差（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｒｏｓｓｉｎｇ；ＲＩＳＣ）が起こり、一重項状態が基底状態へ遷移しながら遅延蛍光を示す。

【0078】

遅延蛍光の場合、理論上、最大１００％の効率を得ることができるので、従来の重金属を含む燐光材料と同等の内部量子効率を具現化することができる。しかしながら、遅延蛍光特性を有する物質における電子供与体・電子受容体の結合構造および構造的な歪みにより、さらなる電荷移動遷移（Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ、ＣＴ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が引き起こされるため、発光の際に広いスペクトルを有することになり、すなわち、半値幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ；ＦＷＨＭ）が広くて色純度を低下させるという短所がある。また、遅延蛍光物質は、三重項エネルギーも発光過程で使用するので、寿命が短い。

【0079】

ところが、同一の発光物質層内に遅延蛍光物質と蛍光物質を含む場合、遅延蛍光物質の一重項エネルギーは、主に分子間の電子交換による励起子の拡散により、隣接された分子間における波動関数の重なりに依存するエネルギー移動であるデクスターエネルギー移動を介して蛍光物質へと伝達される。この場合、遅延蛍光物質から蛍光物質へエネルギーが十分に伝達されないと、希望する水準まで発光効率や色純度を具現化できないことがある。

【0080】

一方、本発明の例示的な実施形態によって、第１発光物質層１６２は、第１ホストであり得る第１化合物と遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物とを含み、第２発光物質層１６４は、第２ホストであり得る第３化合物と第１蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４化合物とを含む。したがって、逆系間交差により、第１発光物質層１６２に含まれる第２化合物の三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換されると、第２化合物の一重項エネルギーは、双極子・双極子の相互作用による電場を通じて非放射の形で伝達されるフェルスター共鳴エネルギー移動（Ｆｏｒｓｔｅｒ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、ＦＲＥＴ）により、隣接した第２発光物質層１６４に含まれた第４化合物へ伝達される。

【0081】

第４化合物で最終的な発光が起こり、効率的なエネルギー遷移が可能となって、高色純度を具現化することができる。第１発光物質層１６２の第２化合物から、隣接した第２発光物質層１６４の第４化合物へのエネルギー遷移効率が向上することにより、発光素子の発光効率が向上し、超蛍光素子を具現化することができる。また、最終的な発光は、第２化合物に比べて半値幅の狭い第２発光物質層１６４内の第４化合物が励起状態から基底状態へと遷移する際に起こるので、色純度を向上させることができる。

【0082】

一方、図４を参照すると、ホストで生成された励起子のエネルギーが、まず遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物へ遷移して発光するためには、第１ホストであり得る第１化合物および第２ホストであり得る第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ１、Ｓ_１^Ｈ２）および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^Ｈ１、Ｔ_１^Ｈ２）は、それぞれ遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ）および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ）より高くなければならない。

【0083】

例えば、第１化合物における励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^Ｈ１）が、第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ）より十分に高くない場合、第２化合物の三重項状態の励起子が、第１化合物における励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^Ｈ１）へ移動する。第１化合物は三重項励起子を利用できないので、第１化合物に伝達された第２化合物の三重項励起子は、非発光で消滅し、遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物の三重項状態の励起子が発光に寄与できなくなる。例示的に、第１化合物における励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^Ｈ１）は、第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ）より少なくとも０．２ｅＶ以上高くてもよい。

【0084】

また、ホストであり得る第１化合物および／または第３化合物と、遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物における最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位と、最低空軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位を適切に調整する必要がある。一例に、第１化合物および／または第３化合物それぞれの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^Ｈ）と、第２化合物の最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^ＴＤ）との差（│ＨＯＭＯ^Ｈ−ＨＯＭＯ^ＴＤ│）、または第１化合物および／または第３化合物それぞれの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^Ｈ）と、第２化合物の最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^ＴＤ）との差（│ＬＵＭＯ^Ｈ−ＬＵＭＯ^ＴＤ│）は、０．５ｅＶ以下、例えば０．１ないし０．５ｅＶ以下であることが好ましい。その結果、ホストであり得る第１化合物から、遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物への電荷移動効率が向上し、最終的に発光効率を向上させることができる。

【0085】

さらに、第１発光物質層１６２でＲＩＳＣにより、ＩＣＴ錯体状態へ変わった第２化合物から、第２発光物質層１６４の第４化合物へエネルギーを遷移させる一方、高効率、かつ高色純度を有する有機発光ダイオードを具現化する必要がある。かかる有機発光ダイオードを具現化するため、第１発光物質層１６２に含まれる第２化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ）は、それぞれ第２発光物質層１６４に含まれる第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＦＤ）より高くなければならない。また、遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物から、第１蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４化合物へ遷移したエネルギーが、第２ホストであり得る第３化合物へ遷移することを防止し、効率的な発光を具現化できるよう、第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ２）は、第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ）より高くなければならない。

【0086】

このように、発光物質層１６０において発光に寄与する物質間のエネルギー準位の関係を考慮し、効率的な発光を具現化することができる。１つの例示的な実施形態において、第１発光物質層１６２および第２発光物質層１６４に含まれる第１化合物および第３化合物は、それぞれ下記の化学式１の構造を有する有機化合物を含むことができる。

【0087】

【化1】

【0088】

化学式１中、 Ｒ_１ないしＲ_５は、それぞれ独立して、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリル基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基で構成される群から選択される。Ｘは、ＣＲ_６または窒素原子であり、Ｒ_６は、軽水素、重水素、三重水素、またはＣ_１〜Ｃ_２０アルキル基である。

【0089】

化学式１の構造を有する第１化合物および第３化合物における励起状態の三重項エネルギー準位および一重項エネルギー準位は、それぞれ化学式３の構造を有する第２化合物における励起状態の三重項エネルギー準位および一重項エネルギー準位より高い。したがって、化学式３の構造を有する第２化合物の三重項励起子は、化学式１の構造を有する第１化合物および第３化合物における励起状態の三重項エネルギー準位へ移動することができない。

【0090】

１つの例示的な実施形態において、第１化合物および第３化合物に用いられ得る化学式１の構造を有する有機化合物は、下記の化学式２で表される、いずれか１つの有機化合物を含むことができる。

【0091】

【化2】

【0092】

また、第２化合物は、下記の化学式３の構造を有する有機化合物を含むことができる。

【0093】

【化3】

【0094】

化学式３中、Ｒ_１１は、軽水素、重水素、三重水素、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_３０ホモアリル基、およびＣ_４〜Ｃ_３０ヘテロアリール基で構成される群から選択される。Ｒ_１２とＲ_１３は、それぞれ炭素であり、それぞれ独立して軽水素、重水素、三重水素に連結されたり、または直接連結されたり、または酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）若しくはセレン（Ｓｅ）を介して連結される。Ｙ_１とＹ_２は、それぞれ独立して炭素、ケイ素、またはゲルマニウムである。ｍは、１ないし４の整数であり、ｎは、０ないし２の整数である。

【0095】

化学式３の構造を有する有機化合物は、電子供与体として働けるスピロ構造のアクリジン部分が、フェニレンリンカーを介して電子受容体であるトリアジン部分に連結されている。電子受容体であるトリアジン部分の立体障害が大きくなることにより、電子供与体であるスピロアクリジン部分と電子受容体であるトリアジン部分との間における共役構造の形成が制限され、ＨＯＭＯエネルギー状態とＬＵＭＯエネルギー状態とに容易に分離される。電子供与体であるスピロアクリジン部分と電子受容体であるトリアジン部分との間における距離が増加し、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のエネルギーの重畳が減少するので、励起状態の三重項エネルギー準位と一重項エネルギー準位との差（Δ_ＥＳＴ）が減少し、遅延蛍光特性を具現化することができる。

【0096】

一例に、化学式３の構造を有する有機化合物は、下記の化学式４ないし化学式６の構造を有する、いずれか１つの有機化合物を含むことができる。

【0097】

【化4】

【0098】

【化5】

【0099】

【化6】

【0100】

化学式４中、Ｚ_１とＺ_２は、それぞれ炭素、またはケイ素であり、ｎは、化学式１で定義されたものと同一である。また、化学式５および化学式６中、Ｚは炭素、またはケイ素である。

【0101】

さらに具体的に、化学式３の構造を有する有機化合物は、下記の化学式７の構造を有する、いずれか１つの有機化合物を含むことができる。

【0102】

【化7】

【0103】

第１発光物質層１６２における第１ホストであり得る第１化合物の重量比は、遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物の重量比より大きくてもよい。例えば、第１発光物質層１６２において、第１化合物と第２化合物は、９９：１ないし７０：３０、好ましくは９５：５ないし７０：３０、さらに好ましくは９０：１０ないし７０：３０の重量比で配合することができる。第２化合物の含量が、第１化合物の含量より多くなると、第２化合物の自己消光現象で、発光効率が低下され得る。

【0104】

一方、発光物質層１６０で優れた発光効率を具現化するためには、第２発光物質層１６４に含まれる第１蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ）が、第２ホストであり得る第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ２）および蛍光ドーパントであり得る第２化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ）より低い必要がある。一例に、第４化合物は、好ましくは半値幅の狭い蛍光、または燐光物質、例えば半値幅が４０ｎｍ以内、例を挙げれば、１０ないし４０ｎｍの青色蛍光物質を用いることができる。さらに、好ましくは第３化合物および／または第２化合物の発光スペクトルと大きく重なる吸収スペクトルを有し、第３化合物および／または第２化合物の波動関数と重なる波動関数を有する蛍光物質を、第４化合物に用いることができる。

【0105】

それにより、第１発光物質層１６２および第２発光物質層１６４で過度に生成された励起子‐励起子消光や、励起子を形成するためのポーラロン‐励起子消光を最小化して、発光物質層１６０における発光効率を極大化することができ、高色純度の青色発光を具現化することができる。

【0106】

例えば、第２発光物質層１６４に含まれ得る第４化合物は、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、スチルベン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェノチアジン誘導体などを含むことができるが、これに限定されるものではない。

【0107】

具体的に、第４化合物は、５，６‐ビス[４‐（１０‐フェニル‐９‐アントリル）フェニル]‐２，２’‐ビピリジン；ＰＡＰ２ＢＰｙ、５，６‐ビス[４’‐（１０‐フェニル‐９‐アントリル）ビフェニル‐４‐イル]‐２，２’‐ビピリジン；ＰＡＰＰ２ＢＰｙ、Ｎ，Ｎ’‐ビス[４‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐フルオレン‐９‐イル）フェニル]‐Ｎ，Ｎ’‐ジフェニル‐ピレン‐１，６‐ジアミン；１，６‐ＦＬＰＡＰｒｎ、Ｎ，Ｎ’‐ビス[４‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル]‐Ｎ，Ｎ’‐ジフェニルスチルベン‐４，４’‐ジアミン；ＹＧＡ２Ｓ、４‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）‐４’‐（１０‐フェニル‐９‐アントリル）トリフェニルアミン；ＹＧＡＰＡ、Ｎ，９‐ジフェニル‐Ｎ‐[４‐（１０‐フェニル‐９‐アントリル）フェニル]‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐アミン；ＰＣＡＰＡ、２，５，８，１１‐テトラ‐ｔ‐ブチルペリレン；ＴＢＰ、４‐（１０‐フェニル‐９‐アントリル）‐４’‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）トリフェニルアミン；ＰＣＢＡＰＡ、Ｎ，９‐ジフェニル‐Ｎ‐［４‐（９，１０‐ジフェニル‐２‐アントリル）フェニル］‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐アミン；２ＰＣＡＰＰＡ、クマリン３０、Ｎ‐（９，１０‐ジフェニル‐２‐アントリル）‐Ｎ，９‐ジフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐アミン；２ＰＣＡＰＡ、Ｎ‐［９，１０‐ビス（１，１’‐ビフェニル‐２‐イル）‐２‐アントリル］‐Ｎ，９‐ジフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐アミン；２ＰＣＡＢＰｈＡ、９‐トリフェニルアントラセン‐９‐アミン；ＤＰｈＡＰｈＡ、Ｎ，Ｎ’‐ジフェニルキナクリドン；ＤＰＱｄ、５，１２‐ビス（１，１’‐ビフェニル‐４‐イル）‐６，１１‐ジフェニルテトラセン；ＢＰＴ、２‐（２‐｛２‐［４‐（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝‐６‐メチル‐４Ｈ‐ピラン‐４‐イリデン）プロパンジニトリル；ＤＣＭ１、２‐｛２‐メチル‐６‐［２‐（２，３，６，７‐テトラヒドロ‐１Ｈ，５Ｈ‐ベンゾ［ｉｊ］‐キノリジン‐９‐イル）エテニル］‐４，Ｈ‐ピラン‐４‐イリデン｝プロパンジニトリル；ＤＣＭ２、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラキス（４‐メチルフェニル）テトラセン‐５，１１‐ジアミン；ｐ−ｍＰｈＴＤ、７，１４‐ジフェニル‐Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラキス（４‐メチルフェニル）アセナフト［１，２‐ａ］フルオランテン‐３，１０‐ジアミン；ｐ−ｍＰｈＡＦＤ、２‐｛２‐イソプロピル‐６‐［２‐（１，１，７，７‐テトラメチル）‐２，３，６，７‐テトラヒドロ‐１Ｈ，５Ｈ‐ベンゾ［ｉｊ］キノリジン‐９‐イル］エテニル｝‐４Ｈ‐ピラン‐４‐イリデン｝プロパンジニトリル；ＤＣＪＴＩ、２‐｛２‐ｔ‐ブチル‐６‐［２‐（１，１，７，７‐テトラメチル‐２，３，６，７‐テトラヒドロ‐１Ｈ，５Ｈ‐ベンゾ［ｉｊ］キノリジン‐９‐イル）エテニル］‐４Ｈ‐ピラン‐４‐イリデン｝プロパンジニトリル；ＤＣＪＴＢ、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラフェニル‐ピレン‐１，６‐ジアミンなどを含むことができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0108】

第２発光物質層１６４における第３化合物の重量比は、第４化合物の重量比より大きくてもよい。１つの例示的な実施形態において、第２発光物質層１６４における第４化合物は、約１ないし５０重量％、好ましくは１ないし３０重量％、さらに好ましくは１ないし１５重量％の割合でドープすることができる。

【0109】

前述した実施形態において、第１発光物質層１６２の第１化合物と、第２発光物質層１６４の第３化合物は、同一物質、例えば、化学式１ないし化学式２で表される物質が挙げられた。これとは異なって、第１化合物と第３化合物は、互いに異なる物質であってもよい。例えば、図２に示すように、第４化合物を含有する第２発光物質層１６４が、第１発光物質層１６２に比べて第１電極１１０側に位置する場合、第２発光物質層１６４を構成する第３化合物は、電子遮断層１５５の物質と同一物質であり得る。このとき、第２発光物質層１６４は、発光機能と共に、電子遮断機能を同時に有することができる。すなわち、第２発光物質層１６４は、電子を遮断するためのバッファー層として働く。一方、電子遮断層１５５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層１６４が、発光物質層および電子遮断層として利用される。

【0110】

他の例示的な実施形態によって、第２発光物質層１６４が第１発光物質層１６２に比べ、第２電極１２０側に位置する場合、第２発光物質層１６４を構成する第３化合物は、電子遮断層１７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第２発光物質層１６４は、発光機能と共に、正孔遮断機能を同時に有することができる。すなわち、第２発光物質層１６４は、正孔を遮断するためのバッファー層として働く。一方、正孔遮断層１７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層１６４が、発光物質層および正孔遮断層として利用される。

【0111】

本発明の第１実施形態で、第２発光物質層は、第３化合物と第４化合物からなることを説明した。これとは異なって、第２発光物質層は、第２遅延蛍光ドーパントであり得る第５化合物をさらに含むことができるが、これについて説明する。

【0112】

図５は、本発明の例示的な第２実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図であり、図６は、本発明の第２実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層の構成物質間におけるエネルギー準位による発光メカニズムを説明するための模式図である。図５に示すように、本発明の例示的な第２実施形態に係る有機発光ダイオード２００は、互いに対向する第１電極２１０および第２電極２２０と、第１電極２１０と第２電極２２０の間に位置する発光ユニット２３０とを含む。

【0113】

例示的な実施形態において、発光ユニット２３０は、第１電極２１０から順次積層される正孔注入層２４０、正孔輸送層２５０、発光物質層２６０、電子輸送層２７０および電子注入層２８０を含むことができる。また、発光ユニット２３０は、正孔輸送層２５０と発光物質層２６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層２５５、および／または発光物質層２６０と電子輸送層２７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層２７５をさらに含むことができる。発光ユニット２３０において発光物質層２６０を除いた他層の構成は、第１実施形態と同様であり得る。

【0114】

発光物質層２６０は、第１ホストであり得る第１化合物と第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物からなる第１発光物質層２６２と、第２ホストであり得る第３化合物と第１蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４化合物、第２遅延蛍光ドーパントであり得る第５化合物からなる第２発光物質層２６４とを含む。このとき、第１発光物質層２６２は、電子遮断層２５５と正孔遮断層２７５の間に位置し、第２発光物質層２６４は、電子遮断層２５５と第１発光物質層２６２の間、または第１発光物質層２６２と正孔遮断層２７５の間に位置することができる。以下では、第２発光物質層２６４が、第１発光物質層２６２と正孔遮断層２７５の間に位置する場合を中心に説明する。

【0115】

第１発光物質層２６２と第２発光物質層２６４にそれぞれ含まれる第１化合物と第３化合物は、それぞれ独立して、化学式１ないし化学式２の構造を有する有機化合物を用いることができる。また、第１発光物質層２６２と第２発光物質層２６４にそれぞれ含まれる第３化合物と第５化合物は、それぞれ独立して、化学式３ないし化学式７の構造を有する有機化合物を用いることができる。

【0116】

例えば、化学式１ないし化学式２の構造を有する有機化合物を、第１および第２ホストに用いて、化学式３ないし化学式７の構造を有する有機化合物を、第１および第２遅延蛍光ドーパントに用いる場合、第１および第２ホストであり得る第１および第第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ１、Ｓ_１^Ｈ２）、および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^Ｈ１、Ｔ_１^Ｈ２）は、それぞれ第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第５化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ１、Ｓ_１^ＴＤ２）および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ１、Ｔ_１^ＴＤ２）より高い。

【0117】

また、化学式１ないし化学式２で表される有機化合物は、それぞれ第１および第２ホストに用いると、第１および第２ホストであり得る第１および第３化合物それぞれの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^Ｈ）と、第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第５化合物の最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^ＴＤ）との差（│ＨＯＭＯ^Ｈ−ＨＯＭＯ^ＴＤ│）、または第１および第３化合物それぞれの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^Ｈ）と、第２および第５化合物の最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^ＴＤ）との差（│ＬＵＭＯ^Ｈ−ＬＵＭＯ^ＴＤ│）は、０．５ｅＶ以下、例えば０．１ないし０．５ｅＶ以下を満たすことができる。

【0118】

一方、第２発光物質層２６４に用いられ得る第４化合物には、半値幅が狭くて高い青色発光を具現化できる物質を用いることができる。また、半値幅が狭くて、第２ホストであり得る第３化合物、並びに第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第５化合物の発光スペクトルとの重畳領域が大きい吸収スペクトルを有し、第３化合物、並びに第２および第５化合物の波動関数と重なる波動関数を有する蛍光物質を第４化合物に用いることができる。

【0119】

このとき、第１発光物質層２６２と第２発光物質層２６４にそれぞれ含まれる第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第５化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ１、Ｓ_１^ＴＤ２）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ１、Ｔ_１^ＴＤ２）は、それぞれ第２発光物質層２６４に含まれる第１蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＦＤ）より高くなければならない。さらに、第２ホストであり得る第３化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ２）は、第１蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ）より高くなければならない。

【0120】

例えば、第４化合物は、それぞれアントラセン誘導体、テトラセン誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、スチルベン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェノチアジン誘導体などを含むことができる。具体的に、第４化合物は、ＰＡＰ２ＢＰｙ、ＰＡＰＰ２ＢＰｙ、１，６‐ＦＬＰＡＰｒｎ、ＹＧＡ２Ｓ、ＹＧＡＰＡ、ＰＣＡＰＡ、ＴＢＰ、ＰＣＢＡＰＡ、２ＰＣＡＰＰＡ、クマリン３０、２ＰＣＡＰＡ、２ＰＣＡＢＰｈＡ、ＤＰｈＡＰｈＡ、ＤＰＱｄ、ＢＰＴ、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、ｐ−ｍＰｈＴＤ、ｐ−ｍＰｈＡＦＤ、ＤＣＪＴＩ、ＤＣＪＴＢ、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラフェニル‐ピレン‐１，６‐ジアミンなどを含むことができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0121】

本発明の第２実施形態によると、第１発光物質層２６２は、第１ホストであり得る第１化合物と第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物からなり、第２発光物質層２６４は、第２ホストであり得る第３化合物と、第１蛍光または燐光ドーパントであり得る第４化合物と第２遅延蛍光ドーパントであり得る第５化合物からなる。

【0122】

したがって、逆系間交差（ＲＩＳＣ）により、第１発光物質層２６２に含まれる第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物の三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換され、第２化合物の一重項エネルギーは、ＦＲＥＴ現象により、隣接した第２発光物質層２６４の第１蛍光または燐光ドーパントであり得る第４化合物へ伝達される。また、ＲＩＳＣにより、第２発光物質層２６４に含まれる第２遅延蛍光ドーパントであり得る第５化合物の三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換され、第５化合物の一重項エネルギーは、分子間の電子交換による励起子の拡散により、隣接された分子間における波動関数の重なりに依存するデクスターエネルギー移動を介して、同じ発光物質層内の第４化合物へ伝達される。このように、本発明の第２実施形態によると、最終的に発光する第４化合物は、２つの遅延蛍光ドーパントである第２および第５化合物を介してエネルギーの伝達を受けるため、発光効率が極大化し、色純度の非常に優れた超蛍光を具現化することができる。

【0123】

１つの例示的な実施形態において、第１発光物質層２６２における第１ホストであり得る第１化合物の重量比は、第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物の重量比より大きい。例えば、第１発光物質層２６２において、第１化合物と第２化合物は、９９：１ないし７０：３０、好ましくは９５：５ないし７０：３０、さらに好ましくは９０：１０ないし７０：３０の重量比で配合することができる。

【0124】

一方、第２発光物質層２６４における第２ホストであり得る第３化合物の重量比は、第２遅延蛍光ドーパントであり得る第５化合物、および第１蛍光または燐光ドーパントであり得る第４化合物の重量比より大きくてもよい。また、第５化合物の重量比は、第４化合物の重量比より大きくてもよい。この場合、第２発光物質層２６４の第５化合物から第４化合物へのデクスターメカニズムによるエネルギー伝達が効率的に起こり得る。

【0125】

１つの例示的な実施形態において、第２発光物質層２６４における第３化合物と第５化合物は、８０重量％以上にすることができる。一例に、第２発光物質層２６４における第３化合物は、５０ないし８０重量％、好ましくは６０ないし８０重量％で添加し、第５化合物は、１０ないし４０重量％、好ましくは１５ないし３５重量％で添加し、第４化合物は、１ないし２０重量％、好ましくは１ないし５重量％で添加することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２および第５化合物の含量が、それぞれ第１および第３化合物の含量より多くなると、遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第５化合物の自己消光現象が引き起こされ、発光効率が低下され得る。

【0126】

第１実施形態と類似して、第１化合物と第３化合物は、互いに異なる物質からなることができる。例えば、図５に示すように、第２発光物質層２６４が、第１発光物質層２６２に比べて第２電極２２０側に位置する場合、第２発光物質層２６４を構成する第３化合物は、正孔遮断層２７５の物質と同一物質であり得る。正孔遮断層２７５は省略してもよく、第２発光物質層２６４は、発光物質層および正孔遮断層として利用される。

【0127】

他の例示的な実施形態によって、第２発光物質層２６４が第１発光物質層２６２に比べ、第１電極２２０側に位置する場合、第２発光物質層２６４を構成する第３化合物は、電子遮断層２５５の物質と同一物質であり得る。電子遮断層２５５は省略してもよく、第２発光物質層２６４は、発光物質層および電子遮断層として利用される。

【0128】

前述した第１および第２実施形態では、発光物質層が２層からなる場合を例に挙げた。これとは異なって、発光物質層は、３層以上からなってもよいが、これについて説明する。図７は、本発明の例示的な第３実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図であり、図８は、本発明の例示的な第３実施形態に係る有機発光ダイオードを構成する発光物質層の構成物質間におけるエネルギー準位による発光メカニズムを説明するための模式図である。

【0129】

図７に示すように、本発明の例示的な第３実施形態に係る有機発光ダイオード３００は、互いに対向する第１電極３１０および第２電極３２０と、第１電極３１０と第２電極３２０の間に位置する発光ユニット３３０とを備える。

【0130】

例示的な実施形態において、発光ユニット３３０は、第１電極３１０から順次積層される正孔注入層３４０、正孔輸送層３５０、発光物質層３６０、電子輸送層３７０および電子注入層３８０を含むことができる。また、発光ユニット３３０は、正孔輸送層３５０と発光物質層３６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層３５５、および／または発光物質層３６０と電子輸送層３７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層３７５をさらに含むことができる。発光ユニット３３０において発光物質層３６０を除いた他層の構成は、第１および／または第２実施形態と同様であり得る。

【0131】

発光物質層３６０は、第１化合物と第２化合物からなる第１発光物質層３６２と、第３化合物と第４化合物からなる第２発光物質層３６４と、第６化合物と第７化合物および第８化合物からなる第３発光物質層３６６とを含む。第１化合物は第１ホストであり、第２化合物は第１遅延蛍光ドーパント（ＴＤ１）であり得る。第３化合物は第２ホストであり、第４化合物は第１蛍光または燐光ドーパント（ＦＤ１）であり得る。また、第６化合物は第３ホストであり、第７化合物は第２遅延蛍光ドーパント（ＴＤ２）であり、第８化合物は第２蛍光または燐光ドーパント（ＦＤ２）であり得る。

【0132】

例示的な実施形態において、第１発光物質層３６２は、電子遮断層３５５と正孔遮断層３７５の間に位置し、第２発光物質層３６４は、電子遮断層３５５と第１発光物質層３６２の間に位置して、第３発光物質層３６６は、第１発光物質層３６２と正孔遮断層３７５の間に位置することができる。選択的な実施形態において、第２発光物質層３６４は、第１発光物質層３６２と正孔遮断層３７５の間に位置し、第３発光物質層３６６は、電子遮断層３５５と第１発光物質層３６２の間に位置することができる。すなわち、第３発光物質層３６６は、第１発光物質層３６２を介在し、第２発光物質層３６４の反対側に位置する。以下では、第１電極３１０から第２発光物質層３６４、第１発光物質層３６２、第３発光物質層３６６が順次積層される場合を中心に説明する。

【0133】

第１ないし第３発光物質層３６２、３６４、３６６にそれぞれ含まれる第１ないし第３ホストであり得る第１、第３および第６化合物は、それぞれ独立して、化学式１ないし化学式２の構造を有する有機化合物を含むことができる。また、第１発光物質層３６２と第３発光物質層３６６にそれぞれ含まれる第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物と第７化合物には、それぞれ独立して、化学式３ないし化学式７の構造を有する有機化合物を用いることができる。

【0134】

化学式１ないし化学式２の構造を有する有機化合物を、第１ないし第３ホストに用いて、化学式３ないし化学式７の構造を有する有機化合物を、それぞれ第１および第２遅延蛍光ドーパントに用いる場合、第１ないし第３ホストにおける励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ１、Ｓ_１^Ｈ２、Ｓ_１^Ｈ３）、および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^Ｈ１、Ｔ_１^Ｈ２、Ｔ_１^Ｈ３）は、それぞれ第１および第２遅延蛍光ドーパントにおける励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ１、Ｓ_１^ＴＤ２）および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ１、Ｔ_１^ＴＤ２）より高い。

【0135】

また、化学式１ないし化学式２で表される有機化合物を、それぞれ第１ないし第３ホストに用いると、第１ないし第３ホストであり得る第１、第３および第６化合物それぞれの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^Ｈ）と、第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第７化合物それぞれの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^ＴＤ）との差（│ＨＯＭＯ^Ｈ−ＨＯＭＯ^ＴＤ│）、または第１、第３および第６化合物それぞれの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^Ｈ）と、第２および第７化合物それぞれの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^ＴＤ）との差（│ＬＵＭＯ^Ｈ−ＬＵＭＯ^ＴＤ│）は、０．５ｅＶ以下、例えば０．１ないし０．５ｅＶ以下を満たすことができる。

【0136】

一方、第２発光物質層３６４と第３発光物質層３６６にそれぞれ用いられ得る第４化合物と第８化合物は、それぞれ半値幅が狭くて高い青色発光を具現化できる物質を用いることができる。また、第２および第３ホストであり得る第３および第６化合物、並びに第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第７化合物の発光スペクトルとの重畳領域が大きい吸収スペクトルを有し、第３および第６化合物、並びに第２および第７化合物の波動関数と重なる波動関数を有する蛍光、または燐光物質を、それぞれ第４および第８化合物に用いることができる。

【0137】

このとき、第１発光物質層３６２と第３発光物質層３６６にそれぞれ含まれる第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第７化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ１、Ｓ_１^ＴＤ２）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ１、Ｔ_１^ＴＤ２）は、それぞれ第２発光物質層３６４と第３発光物質層３６６にそれぞれ含まれる第１および第２蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４および第８化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ１、Ｓ_１^ＦＤ２）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＦＤ１、Ｔ_１^ＦＤ２）より高くなければならない。さらに、第２および第３ホストであり得る第３および第６化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ２、Ｓ_１^Ｈ３）は、それぞれ第１および第２蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４および第８化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ１、Ｓ_１^ＦＤ２）より高くなければならない。

【0138】

例えば、第４および第８化合物は、それぞれ独立して、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、スチルベン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェノチアジン誘導体などを含むことができる。具体的に、第４および第８化合物は、それぞれ独立して、ＰＡＰ２ＢＰｙ、ＰＡＰＰ２ＢＰｙ、１，６‐ＦＬＰＡＰｒｎ、ＹＧＡ２Ｓ、ＹＧＡＰＡ、ＰＣＡＰＡ、ＴＢＰ、ＰＣＢＡＰＡ、２ＰＣＡＰＰＡ、クマリン３０、２ＰＣＡＰＡ、２ＰＣＡＢＰｈＡ、ＤＰｈＡＰｈＡ、ＤＰＱｄ、ＢＰＴ、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、ｐ−ｍＰｈＴＤ、ｐ−ｍＰｈＡＦＤ、ＤＣＪＴＩ、ＤＣＪＴＢ、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラフェニル‐ピラン‐１，６‐ジアミンなどを含むことができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0139】

１つの例示的な実施形態において、第１発光物質層３６２における第１化合物と第２化合物は、９９：１ないし７０：３０、好ましくは９５：５ないし７０：３０、さらに好ましくは９０：１０ないし７０：３０の重量比で配合することができる。第２発光物質層３６４における第４化合物は、１ないし５０重量％、好ましくは１ないし３０重量％、さらに好ましくは１ないし１５重量％の割合でドープすることができる。一方、第３発光物質層３６６における第６化合物と第７化合物は、８０重量％以上にすることができる。一例に、第３発光物質層３６６における第６化合物は、５０ないし８０重量％、好ましくは６０ないし８０重量％で添加し、第７化合物は、１０ないし４０重量％、好ましくは１５ないし３５重量％で添加し、第８化合物は、１ないし２０重量％、好ましくは１ないし５重量％で添加することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0140】

本発明の第３実施形態によると、第１発光物質層３６２は、第１ホストであり得る第１化合物と第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物からなる。第１発光物質層３６２にそれぞれ隣接して位置する第２発光物質層３６４は、第２ホストであり得る第３化合物と、第１蛍光または燐光ドーパントであり得る第４化合物からなり、第３発光物質層３６６は、第３ホストであり得る第６化合物と、第２遅延蛍光ドーパントであり得る第７化合物、第２蛍光または燐光ドーパントであり得る第８化合物からなる。

【0141】

したがって、逆系間交差（ＲＩＳＣ）により、第１発光物質層３６２に含まれる第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物の三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換され、第２化合物の一重項エネルギーは、ＦＲＥＴ現象により、隣接した第２発光物質層３６４の第１蛍光または燐光ドーパントであり得る第４化合物、および第３発光物質層３６６の第２蛍光または燐光ドーパントであり得る第８化合物へ伝達される。さらに、ＲＩＳＣにより、第３発光物質層３６６に含まれる第２遅延蛍光ドーパントであり得る第７化合物の三重項エネルギーが一重項エネルギーに転換され、第７化合物の一重項エネルギーは、分子間の電子交換による励起子の拡散により、隣接された分子間における波動関数の重なりに依存するデクスターエネルギー移動を介して、同じ発光物質層内の第８化合物へ伝達される。

【0142】

このように、本発明の第３実施形態によると、最終的に発光する第２発光物質層３６４の第４化合物は、隣接した第１発光物質層３６２の第２化合物を介してエネルギーの伝達を受け、第３発光物質層３６６の第８化合物は、２つの遅延蛍光ドーパントである第２および第７化合物を介してエネルギーの伝達を受ける。このように、本発明の第３実施形態では、３つの発光物質層３６２、３６４、３６６を構成し、これらの発光物質層で励起子のエネルギー伝達を効率的に調節する。それにより、過度に生成された励起子‐励起子消光や、励起子を形成するためのポーラロン‐励起子消光を最小化して、発光効率が極大化される。また、第１および第２蛍光または燐光ドーパントであり得る第４および第８化合物は、半値幅が狭くて、色純度の優れた超蛍光を具現化することができる。

【0143】

他の例示的な実施形態において、第１化合物、第３化合物、および第６化合物は、互いに異なる物質からなることができる。一例に、第２発光物質層３６４を構成する第３化合物は、電子遮断層３５５と同一物質で構成することができる。電子遮断層３５５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層３６４が、発光物質層および電子遮断層として利用される。一方、第２発光物質層３６４が第２電極３２０側に近接して形成される場合、第３化合物は、電子遮断層３７５の物質と同一物質であり得る。正孔遮断層３７５は省略してもよく、第２発光物質層３６４は、発光物質層および正孔遮断層として利用される。

【0144】

また、他の例示的な実施形態において、第３発光物質層３６６を構成する第６化合物は、正孔遮断層３７５の物質と同一物質であり得る。正孔遮断層３７５は省略してもよく、この場合、第３発光物質層３６６が、発光物質層および正孔遮断層として利用される。一方、第３発光物質層３６６が第１電極３１０側に近接して形成される場合、第６化合物は、正孔遮断層３５５の物質と同一物質で構成することができる。正孔遮断層３７５は省略してもよく、第３発光物質層３６６は、発光物質層および正孔遮断層として利用される。

【0145】

さらに他の例示的な実施形態において、第２発光物質層３６４を構成する第３化合物は、電子遮断層３５５の物質と同一物質であり、第３発光物質層３６６を構成する第６化合物は、正孔遮断層３７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第２発光物質層３６４は、発光機能と共に、電子遮断機能を同時に有し、第３発光物質層３６６は、発光機能と共に、正孔遮断機能を同時に有することができる。すなわち、第２発光物質層３６４および第３発光物質層３６６は、それぞれ電子を遮断するためのバッファー層、正孔を遮断するためのバッファー層として働くことができる。一方、電子遮断層３５５および正孔遮断層３７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層３６４は、発光物質層および電子遮断層として利用され、第３発光物質層３６６は、発光物質層と正孔遮断層として利用される。

【0146】

第２発光物質層３６４が第２電極３２０側に近接して位置し、第３発光物質層３６６が第１電極３１０側に近接して位置する代案的な実施形態において、第２発光物質層３６４を構成する第３化合物は、正孔遮断層３７５の物質と同一物質であり、第３発光物質層３６６を構成する第６化合物は、電子遮断層３５５の物質と同一物質であり得る。このとき、第２発光物質層３６２は、発光機能と共に、正孔遮断機能を同時に有し、第３発光物質層３６６は、発光機能と共に、電子遮断機能を同時に有することができる。すなわち、第２発光物質層３６４および第３発光物質層３６６は、それぞれ正孔を遮断するためのバッファー層と、電子を遮断するためのバッファー層として働くことができる。一方、電子遮断層３５５および正孔遮断層３７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層３６４は、発光物質層および正孔遮断層として利用され、第３発光物質層３６６は、発光物質層と電子遮断層として利用される。

【0147】

一方、前述した実施形態では、発光ユニットが１つの有機発光ダイオードを説明したが、これとは異なって、タンデム構造を有する有機発光ダイオードにも本発明を適用することができるが、これについて説明する。図９は、本発明の例示的な第４実施形態に係る有機発光ダイオードの構造を概略的に示す断面図である。

【0148】

図９に示すように、本発明の第４実施形態に係る有機発光ダイオード４００は、互いに対向する第１電極４１０および第２電極４２０と、第１電極４１０と第２電極４２０の間に位置する第１発光ユニット４３０と、第１発光ユニット４３０と第２電極４２０の間に位置する第２発光ユニット５３０と、第１発光ユニット４３０と第２発光ユニット５３０の間に位置する電荷生成層６００とを含む。

【0149】

第１電極４１０は、仕事関数値が比較的に大きい導電性物質、例えば、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）から形成されることが好ましい。例示的な実施形態において、第１電極４１０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯおよび／またはＡＺＯからなり得る。

【0150】

第２電極４２０は、仕事関数値が比較的に小さい導電性物質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、銀（Ａｇ）、またはこれらの合金や組み合わせのように、反射特性に優れた素材からなり得る。

【0151】

第１発光ユニット４３０は、正孔注入層４４０と、第１正孔輸送層（下部の正孔輸送層４５０）、下部の発光物質層４６０および第１電子輸送層（下部の電子輸送層、４７０）を含む。必要によって、第１発光ユニット４３０は、第１正孔輸送層４５０と下部の発光物質層４６０との間に第１電子遮断層（下部の電子遮断層、４５５）および／または下部の発光物質層４６０と第１電子輸送層４７０との間に第１正孔遮断層（下部の正孔遮断層、４７５）をさらに含むことができる。

【0152】

第２発光ユニット５３０は、第２正孔輸送層（上部の正孔輸送層、５５０）と、上部の発光物質層５６０、第２電子輸送層（上部の電子輸送層、５７０）および電子注入層５７０を含む。必要によって、第２発光ユニット５３０は、第２正孔輸送層５５０と上部の発光物質層５６０との間に第２電子遮断層（上部の電子遮断層、４５５）および／または上部の発光物質層５６０と第２電子輸送層４７０との間に第２正孔遮断層（上部の正孔遮断層、４７５）をさらに含むことができる。

【0153】

このとき、下部の発光物質層４６０および上部の発光物質層５６０のうち、少なくともいずれか１つは、青色（Ｂ）の発光を具現化することができる。選択的に、下部の発光物質層４６０および上部の発光物質層５６０のうち、いずれか１つは青色（Ｂ）発光を具現化し、残る１つは、これより長波長である緑色（Ｇ）、黄緑色（ＹＧ）、黄色（Ｙ）またはオレンジ色を発光することができる。以下では、下部の発光物質層４６０が青色の発光を具現化し、上部の発光物質層５６０が緑色・黄緑色・黄色・オレンジ色の発光を具現化する場合を中心に説明する。

【0154】

正孔注入層４４０は、第１電極４１０と第１正孔輸送層４５０の間に位置し、無機物である第１電極４１０と有機物である第１正孔輸送層４５０との間における界面特性を向上させる。一例に、正孔注入層４４０は、ＭＴＤＡＴＡ、ＮＡＴＡ、１Ｔ-ＮＡＴＡ、２Ｔ-ＮＡＴＡ、ＣｕＰＣ、ＴＣＴＡ、ＮＰＢ（ＮＰＤ）、ＨＡＴ-ＣＮ、ＴＤＡＰＢ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳ、および／またはＮ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐９，９‐ジメチル‐Ｎ‐（４‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐フルオレン‐２‐アミンなどからなる群から、いずれか１つの化合物で構成することができる。有機発光ダイオード４００の特性により、正孔注入層４４０は省略してもよい。

【0155】

第１および第２正孔輸送層４５０、５５０は、それぞれＴＰＤ、ＮＰＢ、ＣＢＰ、Ｐｏｌｙ-ＴＰＤ、ＴＦＢ、ＴＡＰＣ、Ｎ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐９，９‐ジメチル‐Ｎ‐（４‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐フルオレン‐２‐アミン、および／またはＮ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐Ｎ‐（４‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）ビフェニル）‐４‐アミンなどからなる群から選択される化合物で構成することができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0156】

第１電子輸送層４７０と第２電子輸送層５７０は、それぞれ第１有機発光素子４３０と第２有機ユニット５３０における電子輸送をスムーズにさせる。第１および第２電子輸送層４７０、５７０は、オキサジアゾール系、トリアゾール系、フェナントロリン系、ベンゾオキサゾール系、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、トリアジン系などの誘導体であり得る。

【0157】

例えば、第１および第２電子輸送層４７０、５７０は、それぞれＡｌｑ_３、ＰＢＤ、スピロ-ＰＢＤ、Ｌｉｑ、ＴＰＢｉ、ＢＡｌｑ、Ｂｐｈｅｎ、ＮＢｐｈｅｎ、ＢＣＰ、ＴＡＺ、ＮＴＡＺ、ＴｐＰｙＰＢ、ＴｍＰＰＰｙＴｚ、ＰＦＮＢｒ、ＴＰＱ、および／または２‐［４‐（９，１０‐ジ‐２‐ナフタレニル‐２‐アントラセニル）フェニル］‐１‐フェニル‐１Ｈ‐ベンゾイミダゾールなどからなる群から選択される素材で構成することができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0158】

電子注入層５８０は、第２電極４２０と第２電子輸送層５７０との間に位置するが、第２電極４２０の特性を改善し、素子の寿命を改善することができる。１つの例示的な実施形態において、電子注入層５８０の素材には、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＮａＦ、ＢａＦ_２などのアルカリハライド系物質、および／またはＬｉｑ、リチウムベンゾエイト、ステアリン酸ナトリウムなどの有機金属系の物質を用いることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

【0159】

また、第１および第２電子遮断層４５５、５５５は、ＴＣＴＡ、トリス［４‐（ジエチルアミノ）フェニル］アミン、Ｎ‐（ビフェニル‐４‐イル）‐９，９‐ジメチル‐Ｎ‐（４‐９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐フルオレン‐２‐アミン、ＴＡＰＣ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍＣＰ、ｍＣＢＰ、ＣｕＰＣ、ＤＮＴＰＤ、および／またはＴＤＡＰＢなどから構成することができる。

【0160】

第１および第２正孔遮断層４７５、５７５は、それぞれ第１および第２電子輸送層４７０、５７０に用いられ得るオキサジアゾール系、トリアゾール系、フェナントロリン系、ベンゾオキサゾール系、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、トリアジン系などの誘導体を用いることができる。例えば、第１および第２正孔遮断層４７５、５７５は、それぞれＢＣＰ、ＢＡｌｑ、Ａｌｑ_３、ＰＢＤ、スピロ‐ＰＢＤ、Ｌｉｑ、Ｂ３ＰＹＭＰＭ、および／またはＤＰＥＰＯ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される化合物で構成することができる。
上部の発光物質層５６０が緑色（Ｇ）の発光物質層である場合、上部の発光物質層５６０は、ＣＢＰなどのホストとイリジウム系のドーパント（例えば、ｄｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）、ｏｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）など）を含む燐光発光物質層であり得るが、これに限定されるものではない。選択的に、上部の発光物質層５６０は、Ａｌｑを含む蛍光発光物質層であってもよい。このとき、上部の発光物質層５６０における発光波長は、５１０ｎｍないし５７０ｎｍであり得る。

【0161】

上部の発光物質層５６０が黄色（Ｙ）の発光物質層である場合、黄緑色（ＹＧ）の発光物質層の単層構造であってもよく、黄緑色の発光物質層と緑色（Ｇ）の発光物質層の２層構造であってもよい。一例に、上部の発光物質層５６０が黄色の発光物質層である場合、黄色の発光物質層は、ＣＢＰ、またはＢＡｌｑのうち、選択された少なくとも１つのホストと、黄緑色を発光する黄緑色の燐光ドーパントを含むことができる。このとき、上部の発光物質層５６０における発光波長は、５１０ｎｍないし５９０ｎｍの範囲であり得る。

【0162】

選択的な実施形態において、上部の発光物質層５６０は、２つの発光物質層、例えば、黄緑色の発光物質層と赤色の発光物質層からなることができる。

【0163】

電荷生成層６００（Ｃｈａｒｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ；ＣＧＬ）は、第１発光ユニット４３０と第２発光ユニット５３０の間に位置し、第１発光ユニット４３０に隣接して位置するＮ型電荷生成層６１０（Ｎ‐ＣＧＬ）と、第２発光ユニット５３０に隣接して位置するＰ型電荷生成層６２０（Ｐ‐ＣＧＬ）を含む。Ｎ型電荷生成層６１０は第１発光ユニット４３０へ電子を注入し、Ｐ型電荷生成層６２０は第２発光ユニット５３０へ正孔を注入する。

【0164】

Ｎ型電荷生成層６１０は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓのようなアルカリ金属、および／またはＭｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａのようなアルカリ土類金属でドープされた有機層であり得る。例えば、Ｎ型電荷生成層６１０に用いられるホスト有機物は、Ｂｐｈｅｎ、ＭＴＤＡＴＡといった物質であり、アルカリ金属またはアルカリ土類金属は、約０．０１ないし３０重量％でドープすることができる。

【0165】

一方、Ｐ型電荷生成層６２０は、タングステン酸化物（ＷＯ_Ｘ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_Ｘ）、ベリリウム酸化物（Ｂｅ_２Ｏ_３）、バナジウム酸化物（Ｖ_２０_５）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される無機物、および／またはＮＰＤ、ＨＡＴ‐ＣＮ、Ｆ４ＴＣＮＱ、ＴＰＤ、ＴＮＢ、ＴＣＴＡ、Ｎ，Ｎ’‐ジオクチル‐３，４，９，１０‐ペリレンカルボキシイミド；ＰＴＣＤＩ‐Ｃ８およびこれらの組み合わせから構成される群から選択される有機物からなり得る。

【0166】

下部の発光物質層４６０は、第１化合物と第２化合物からなる第１発光物質層４６２と、第３化合物と第４化合物からなる第２発光物質層４６４と、第６化合物、第７化合物および第８化合物からなる第３発光物質層４６６とを含む。第１化合物は第１ホストであり、第２化合物は第１遅延蛍光ドーパント（ＴＤ１）であり得る。第３化合物は第２ホストであり、第４化合物は第１蛍光または燐光ドーパント（ＦＤ１）であり得る。また、第６化合物は第３ホストであり、第７化合物は第２遅延蛍光ドーパント（ＴＤ２）であり、第８化合物は第２蛍光または燐光ドーパント（ＦＤ２）であり得る。第３発光物質層４６６は、第１発光物質層４６２を介在して第２発光物質層４６４の反対側に位置する。

【0167】

第１ないし第３発光物質層４６２、４６４、４６６にそれぞれ含まれる第１ないし第３ホストであり得る第１、第３および第６化合物は、それぞれ独立して、化学式１ないし化学式２の構造を有する有機化合物を含むことができる。また、第１および第３発光物質層４６２、４６６にそれぞれ含まれる第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第７化合物は、それぞれ独立して、化学式３ないし化学式７の構造を有する有機化合物を含むことができる。

【0168】

化学式１ないし化学式２の構造を有する有機化合物を、第１ないし第３ホストに用いて、化学式３ないし化学式７の構造を有する有機化合物を、それぞれ第１および第２遅延蛍光ドーパントに用いる場合、第１ないし第３ホストにおける励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ１、Ｓ_１^Ｈ２、Ｓ_１^Ｈ３）および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^Ｈ１、Ｔ_１^Ｈ２、Ｔ_１^Ｈ３）は、それぞれ第１および第２遅延蛍光ドーパントにおける励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ１、Ｓ_１^ＴＤ２）および励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ１、Ｔ_１^ＴＤ２）より高い。

【0169】

また、化学式１ないし化学式２で表される有機化合物は、それぞれ第１ないし第３ホストに用いると、第１ないし第３ホストであり得る第１、第３および第６化合物それぞれの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^Ｈ）と、第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第７化合物それぞれの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯ^ＴＤ）との差（│ＨＯＭＯ^Ｈ−ＨＯＭＯ^ＴＤ│）、または第１、第３および第６化合物それぞれの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^Ｈ）と、第２および第７化合物それぞれの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯ^ＴＤ）との差（│ＬＵＭＯ^Ｈ−ＬＵＭＯ^ＴＤ│）は、０．５ｅＶ以下、例えば０．１ないし０．５ｅＶ以下を満たすことができる。

【0170】

一方、第２発光物質層４６４と第３発光物質層４６６にそれぞれ用いられ得る第４化合物と第８化合物は、それぞれ半値幅が狭くて高い青色発光を具現化できる物質を用いることができる。また、第２および第３ホストであり得る第４および第６化合物、並びに第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２および第７化合物の発光スペクトルとの重畳領域が大きい吸収スペクトルを有し、第３および第６化合物、並びに第２および第７化合物の波動関数と重なる波動関数を有する蛍光または燐光物質を第４および第８化合物に用いることができる。
このとき、第１発光物質層４６２と第３発光物質層４６４にそれぞれ含まれる第１および第２遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物と第７化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＴＤ１、Ｓ_１^ＴＤ２）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＴＤ１、Ｔ_１^ＴＤ２）は、それぞれ第２発光物質層４６４と第３発光物質層４６６にそれぞれ含まれる第１および第２蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４および第８化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ１、Ｓ_１^ＦＤ２）および／または励起状態の三重項エネルギー準位（Ｔ_１^ＦＤ１、Ｔ_１^ＦＤ２）より高くなければならない。さらに、第２および第３ホストであり得る第３および第６化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^Ｈ２、Ｓ_１^Ｈ３）は、それぞれ第１および第２蛍光、または燐光ドーパントであり得る第４および第８化合物における励起状態の一重項エネルギー準位（Ｓ_１^ＦＤ１、Ｓ_１^ＦＤ２）より高くなければならない。

【0171】

例えば、第４および第８化合物は、それぞれ独立して、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、スチルベン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェノチアジン誘導体などを含むことができる。具体的に、第４および第８化合物は、それぞれ独立して、ＰＡＰ２ＢＰｙ、ＰＡＰＰ２ＢＰｙ、１，６‐ＦＬＰＡＰｒｎ、ＹＧＡ２Ｓ、ＹＧＡＰＡ、ＰＣＡＰＡ、ＴＢＰ、ＰＣＢＡＰＡ、２ＰＣＡＰＰＡ、クマリン３０、２ＰＣＡＰＡ、２ＰＣＡＢＰｈＡ、ＤＰｈＡＰｈＡ、ＤＰＱｄ、ＢＰＴ、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、ｐ−ｍＰｈＴＤ、ｐ−ｍＰｈＡＦＤ、ＤＣＪＴＩ、ＤＣＪＴＢ、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラフェニル‐ピレン‐１，６‐ジアミンなどを含むことができるが、本発明がこれに限定されるものではない。
１つの例示的な実施形態において、第１発光物質層４６２における第１化合物と第２化合物は、９９：１ないし７０：３０、好ましくは９５：５ないし７０：３０、さらに好ましくは９０：１０ないし７０：３０の重量比で配合することができる。第２発光物質層４６４における第４化合物は、１ないし５０重量％、好ましくは１ないし３０重量％、さらに好ましくは１ないし１５重量％の割合でドープすることができる。
一方、第３発光物質層４６６における第６化合物と第７化合物は、８０重量％以上にすることができる。一例に、第３発光物質層４６６における第６化合物は、５０ないし８０重量％、好ましくは６０ないし８０重量％で添加し、第７化合物は１０ないし４０重量％、好ましくは１５ないし３５重量％で添加し、第８化合物は、１ないし２０重量％、好ましくは１ないし５重量％で添加することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0172】

本発明の第４実施形態によると、第１発光物質層４６２は、第１ホストであり得る第１化合物と第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物からなる。第１発光物質層４６２にそれぞれ隣接して位置する第２発光物質層４６４は、第２ホストであり得る第３化合物と、第１蛍光または燐光ドーパントであり得る第４化合物からなり、第３発光物質層４６６は、第３ホストであり得る第６化合物と、第２遅延蛍光ドーパントであり得る第７化合物、第２蛍光ドーパントであり得る第８化合物からなる。

【0173】

したがって、逆系間交差（ＲＩＳＣ）により、第１発光物質層４６２および第３発光物質層４６６に含まれる第１遅延蛍光ドーパントであり得る第２化合物の三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換され、第２化合物の一重項エネルギーは、ＦＲＥＴ現象により、隣接した第２発光物質層４６４の第１蛍光または燐光ドーパントであり得る第４化合物、および第３発光物質層４６６の第２蛍光または燐光ドーパントであり得る第８化合物へ伝達される。さらに、ＲＩＳＣにより、第３発光物質層４６６に含まれる第２遅延蛍光ドーパントであり得る第７化合物の三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換され、第７化合物の一重項エネルギーは、デクスターエネルギー移動を介して同じ発光物質層内の第８化合物へ伝達される。

【0174】

このように、本発明の第４実施形態によると、最終的に発光する第２発光物質層４６４の第４化合物は、隣接した第１発光物質層４６２の第２化合物を介してエネルギーの伝達を受け、第３発光物質層４６６の第８化合物は、２つの遅延蛍光ドーパントである第２および第７化合物を介してエネルギーの伝達を受ける。このように、本発明の第４実施形態では、３つの発光物質層４６２、４６４、４６６を構成し、これらの発光物質層で励起子のエネルギー伝達を効率的に調節する。それにより、過度に生成された励起子‐励起子消光や、励起子を形成するためのポーラロン‐励起子消光を最小化して、発光効率が極大化される。また、第１および第２蛍光または燐光ドーパントであり得る第４および第８化合物は、半値幅が狭いため、色純度の優れた超蛍光を具現化することができる。

【0175】

他の例示的な実施形態において、第１化合物、第３化合物、および第６化合物は、互いに異なる物質からなることができる。一例に、第２発光物質層４６４を構成する第３化合物は、第１電子遮断層４５５と同一物質で構成することができる。この場合、第１電子遮断層４５５は省略してもよく、第２発光物質層４６４は、発光物質層および第１電子遮断層として利用することができる。一方、第２発光物質層４６４が第１電子輸送層４７０側に近接して形成される場合、第３化合物は、第１電子遮断層４７５の物質と同一物質であり得る。この場合、第１正孔遮断層４７５は省略してもよく、第２発光物質層４６４は、発光物質層および第１正孔遮断層として利用することができる。

【0176】

また、他の例示的な実施形態において、第３発光物質層４６６を構成する第６化合物は、第１正孔遮断層４７５の物質と同一物質であり得る。この場合、第１正孔遮断層４７５は省略してもよく、第３発光物質層４６６は、発光物質層および第１正孔遮断層として利用される。一方、第３発光物質層４６６が第１正孔輸送層４５０側に近接して形成される場合、第６化合物は、第１正孔遮断層４５５の物質と同一物質で構成することができる。第１正孔遮断層４５５は省略してもよく、第３発光物質層４６６は、発光物質層および第１正孔遮断層として利用される。

【0177】

さらに他の例示的な実施形態において、第２発光物質層４６４を構成する第３化合物は、第１電子遮断層４５５の物質と同一物質であり、第３発光物質層４６６を構成する第６化合物は、第２正孔遮断層４７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第２発光物質層４６４および第３発光物質層４６６は、それぞれ電子を遮断するためのバッファー層、正孔を遮断するためのバッファー層として働くことができる。一方、第１電子遮断層４５５および第１正孔遮断層４７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層４６４は、発光物質層および第１電子遮断層として利用され、第３発光物質層４６６は、発光物質層と第１正孔遮断層として利用される。

【0178】

第２発光物質層４６４が第１電子輸送層４７０側に近接して位置し、第３発光物質層４６６が第１正孔輸送層４５０側に近接して位置する代案的な実施形態において、第２発光物質層４６４を構成する第３化合物は、第１正孔遮断層４７５の物質と同一物質であり、第３発光物質層４６６を構成する第６化合物は、第１電子遮断層４５５の物質と同一物質であり得る。このとき、第２発光物質層４６４および第３発光物質層４６６は、それぞれ正孔を遮断するためのバッファー層と、電子を遮断するためのバッファー層として働くことができる。一方、第１電子遮断層４５５および第１正孔遮断層４７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層４６４は、発光物質層および第１正孔遮断層として利用され、第３発光物質層４６６は、発光物質層と第１電子遮断層として利用される。

【0179】

一方、図９では、下部の発光物質層４６０が３つの発光物質層４６２、４６４、４６６からなる場合を例に挙げているが、下部の発光物質層４６０は、第１化合物および第２化合物からなる第１発光物質層と、第３化合物と第４化合物、および必要によって第５化合物からなる第２発光物質層との２層からなってもよい（図２および図５を参照）。
以下、例示的な実施形態を用いて本発明を説明するが、本発明が下記の実施例に記載された技術思想に限定されるものではない。

【0180】

実施例１：蛍光発光物質層‐遅延蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１電極と第２電極の間に蛍光物質を有する第２発光物質層と、遅延蛍光物質を有する第１発光物質層が順次形成された有機発光ダイオード（以下、「Ｆ／Ｔ発光素子」とする。）を次のように製造した。第１発光物質層および第２発光物質層のホストに、化学式２のＨ１をそれぞれ使用し、第１発光物質層の蛍光ドーパントには、ピレンコアを有するＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラフェニル‐ピレン‐１，６‐ジアミンを使用して、第２発光物質層の遅延蛍光物質には、化学式７のＴ１を使用した。

【0181】

ＩＴＯの付着されたガラス基板の発光面積が３ｍｍ×３ｍｍのサイズになるようパターニングした後、洗浄した。基板を真空チャンバーに装着し、ベース圧力が１×１０^‐６Ｔｏｒｒになるようにした後、有機物をＩＴＯ上に次のような順番で成膜した。

【0182】

正孔注入層（ＨＡＴ‐ＣＮ、５０Å）、正孔輸送層（α‐ＮＰＢ、５００〜１５００Å）、励起子遮断層である電子遮断層（ＴＣＴＡ、５０Å）、第２発光物質層（ホストＨ１：蛍光ドーパント＝９５重量％：５重量％；５０Å）、第１発光物質層（ホストＨ１：遅延蛍光ドーパントＴ１＝７０重量％：３０重量％；３００Å）、電子輸送層（２‐［４‐（９，１０‐ジ‐２‐ナフタレニル‐２‐アントラセニル）フェニル］‐１‐フェニル‐１Ｈ‐ベンゾイミダゾール；３００Å）、電子注入層（ＬｉＦ、１０Å）、陰極（Ａｌ、８００〜１０００Å）を蒸着した後、皮膜を形成するため、蒸着チャンバーから乾燥箱内に移し、続けてＵＶ軽化エポキシおよび水分ゲッターを用いて封止した。

【0183】

実施例２ないし実施例１２：蛍光発光物質層‐遅延蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントの種類および配合比率を、それぞれ下記の表１に記載したものに変更したことを除き、実施例１の手順を繰り返してＦ／Ｔ構造の有機発光ダイオードをそれぞれ製造した。

【0184】

比較例：単層の発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第２発光物質層を省略し、ホストと遅延蛍光ドーパントが配合された単層の発光物質層を形成した点を除き、実施例１の手順を繰り返して有機発光ダイオードを製造した。発光物質層の厚さは、実施例１の第１発光物質層の厚さと同一に形成し、ホストにＭＡＤＮ（２‐メチル‐９，１０‐ビス（ナフタレン‐２‐イル）アントラセン）を、遅延蛍光ドーパントに２ＣｚＰＮ（４，５‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリル）を用いて、それぞれ７：３の重量比で配合した。

【0185】

実験例１：有機発光ダイオードの発光特性の測定
実施例１ないし実施例１２、および比較例でそれぞれ製造された有機発光ダイオードを対象に物性を測定した。９ｍｍ^２の放出領域を有するそれぞれの有機発光ダイオードを外部の電力供給源に連結し、電流供給源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）および光度計（ＰＲ ６５０）を用いて、室温下で素子の特性を評価した。素子の特性は、１０ｍＡ／ｃｍ^２で測定した。実施例１ないし実施例１２でそれぞれ製造された有機発光ダイオードの駆動電圧、電力効率（１ｍ／Ｗ）、外部量子効率（ＥＱＥ）、色座標（ＣＩＥ_ｘ、ＣＩＥ_ｙ）を、表１に示す。

【0186】

【表1】

【0187】

表１に示すように、比較例に係る単層の発光物質層を有する発光素子に比較して、実施例１ないし実施例１２で製造されたＦ／Ｔ発光素子は、駆動電圧が最大９．１％減少し、電力効率およびＥＱＥは、それぞれ最大１６．４％、４８．５％向上して、より高色純度の青色発光を具現化することができた。特に、第１発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントを９：１または７：３の重量比で配合した場合に、発光効率がさらに向上したことが分かる。かかる現象は、遅延蛍光ドーパントを過度にドープすると、遅延蛍光ドーパントの自己消光現象により、発光効率が低下するためであると考えられる。

【0188】

実施例１３ないし実施例２４：蛍光発光物質層‐遅延蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントの種類および配合比率を、それぞれ下記の表２に記載したものに変更した点を除き、実施例１の手順を繰り返してＦ／Ｔ構造の有機発光ダイオードをそれぞれ製造した。

【0189】

実験例２：有機発光ダイオードの発光特性の測定
実施例１３ないし実施例２４、および比較例でそれぞれ製造された有機発光ダイオードを対象に、実験例１と同一方法で発光物性を測定した。その結果を表２に示す。

【0190】

【表2】

【0191】

表２に示すように、比較例に係る単層の発光物質層を有する発光素子に比較して、実施例１３ないし実施例２４で製造されたＦ／Ｔ発光素子は、駆動電圧が最大４．５％減少し、電力効率およびＥＱＥは、それぞれ最大１６．４％、３５．４％向上して、より高色純度の青色発光を具現化することができた。特に、第１発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントを９：１または７：３の重量比で配合した場合に、発光効率がさらに向上したことが分かる。

【0192】

実施例２５：遅延蛍光発光物質層‐遅延蛍光／蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１電極と第２電極の間に遅延蛍光物質を有する第１発光物質層と、遅延蛍光および蛍光物質を有する第２発光物質層が順次形成された有機発光ダイオード（以下、「Ｔ／Ａ発光素子」とする。）を次のように製造した。第１発光物質層および第２発光物質層のホストに、それぞれＨ１を、第１発光物質層および第２発光物質層の遅延蛍光ドーパントに、Ｔ１を、第２発光物質層の蛍光物質に、実施例１で用いられたピレン系蛍光物質（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラフェニル‐ピレン‐１，６‐ジアミン）を使用した。第１発光物質層（ホストＨ１：遅延蛍光ドーパントＴ１＝７０重量％：３０重量％；３００Å）、第２発光物質層（ホストＨ１：遅延蛍光ドーパントＴ１：蛍光ドーパント＝６９重量％：３０重量％：１重量％；５０Å）を形成した点を除き、実施例１の手順を繰り返してＴ／Ａ構造の有機発光ダイオードを製造した。

【0193】

実施例２６ないし実施例３６：遅延蛍光発光物質層‐遅延蛍光／蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１発光物質層および第２発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントの種類および配合比率を、それぞれ下記の表３に記載したものに変更した点を除き、実施例２５の手順を繰り返してＴ／Ａ構造の有機発光ダイオードをそれぞれ製造した。

【0194】

実験例３：有機発光ダイオードの発光特性の測定
実施例２５ないし実施例３６、および比較例でそれぞれ製造された有機発光ダイオードを対象に、実験例１と同一方法で発光物性を測定した。その結果を表３に示す。

【0195】

【表3】

【0196】

表３に示すように、比較例に係る単層の発光物質層を有する発光素子に比較して、実施例２５ないし実施例３６で製造されたＴ／Ａ発光素子は、駆動電圧が最大９．１％減少し、電力効率およびＥＱＥは、それぞれ最大１７．０％、４６．５％向上して、より高色純度の青色発光を具現化することができた。特に、第１発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントを９：１または７：３の重量比で配合した場合に、発光効率がさらに向上したことが分かる。

【0197】

実施例３７ないし実施例４８：遅延蛍光発光物質層‐遅延蛍光／蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントの種類および配合比率を、それぞれ下記の表４に記載したものに変更した点を除き、実施例２５の手順を繰り返してＴ／Ａ構造の有機発光ダイオードをそれぞれ製造した。

【0198】

実験例４：有機発光ダイオードの発光特性の測定
実施例３７ないし実施例４８、および比較例でそれぞれ製造された有機発光ダイオードを対象に、実験例１と同一方法で発光物性を測定した。その結果を表４に示す。

【0199】

【表4】

【0200】

表４に示すように、比較例に係る単層の発光物質層を有する発光素子に比較して、実施例３７ないし実施例４８で製造されたＴ／Ａ発光素子は、駆動電圧が最大４．５％減少し、電力効率およびＥＱＥは、それぞれ最大１６．４％、３５．４％向上して、より高色純度の青色発光を具現化することができた。特に、第１発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントを９：１または７：３の重量比で配合した場合に、発光効率がさらに向上したことが分かる。

【0201】

実施例４９：蛍光発光物質層‐遅延蛍光発光物質層‐遅延蛍光／蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１電極と第２電極の間に蛍光物質を有する第２発光物質層と、遅延蛍光物質を有する第１発光物質層と、遅延蛍光および蛍光物質を有する第３発光物質層が順次形成された有機発光ダイオード（以下、「Ｆ／Ｔ／Ａ発光素子」とする。）を次のように製造した。第１発光物質層ないし第３発光物質層のホストに、それぞれＨ１を、第１発光物質層および第３発光物質層の遅延蛍光ドーパントに、Ｔ１を、第２発光物質層および第３発光物質層の蛍光物質に、実施例１で用いられたピレン系蛍光物質（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラフェニル‐ピレン‐１，６‐ジアミン）を使用した。第２発光物質層（ホストＨ１：蛍光ドーパント＝９５重量％：５重量％；５０Å）、第１発光物質層（ホストＨ１：遅延蛍光ドーパントＴ１＝７０重量％：３０重量％；３００Å）、第３発光物質層（ホストＨ１：遅延蛍光ドーパントＴ１：蛍光ドーパント＝６９重量％：３０重量％：１重量％；５０Å）を形成した点を除き、実施例１の手順を繰り返してＦ／Ｔ／Ａ構造の有機発光ダイオードを製造した。

【0202】

実施例５０ないし実施例５９：蛍光発光物質層‐遅延蛍光発光物質層‐遅延蛍光／蛍光発光物質層構造の有機発光ダイオードの製造
第１発光物質層および第３発光物質層のホストと遅延蛍光ドーパントの種類を、それぞれ下記の表５に記載したものに変更した点を除き、実施例４９の手順を繰り返してＦ／Ｔ／Ａ構造の有機発光ダイオードをそれぞれ製造した。

【0203】

実験例５：有機発光ダイオードの発光特性の測定
実施例４９ないし実施例５９、および比較例でそれぞれ製造された有機発光ダイオードを対象に、実験例１と同一方法で発光物性を測定した。その結果を表５に示す。また、図１０ないし図１２は、それぞれ実施例４９ないし実施例５９と、比較例でそれぞれ製造された有機発光ダイオードの電圧‐電流密度、電流密度‐外部量子効率、電界発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；ＥＬ）スペクトルを測定した結果を示すグラフである。

【0204】

【表5】

【0205】

表５に示すように、比較例に係る単層の発光物質層を有する発光素子に比較して、実施例４９ないし実施例５９で製造されたＦ／Ｔ／Ａ発光素子は、駆動電圧が最大１１．４％減少し、電力効率およびＥＱＥは、それぞれ最大３３．３％、５６．６％向上して、より高色純度の青色発光を具現化することができた。

【0206】

以上、本発明の例示的な実施形態および実施例に基づき、本発明を説明したが、本発明は、前述した実施形態および実施例に記載された技術思想に限定されるものではない。むしろ、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、前述した実施形態および実施例に基づき、様々な変形や変更を容易に推考することができる。しかしながら、かかる変形や変更が全て本発明の権利範囲に属するということは、請求の範囲から明らかである。

【符号の説明】

【0207】

１００、２００、３００、４００、８００…有機発光ダイオード、１１０、２１０、３１０、４１０、８１０…第１電極、１２０、２２０、３２０、４２０、８２０…第２電極、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０…有機発光素子、１４０、２４０、３４０、４４０…正孔注入層、１５０、２５０、３５０、４５０、５５０…正孔輸送層、１６０、２６０、３６０、４６０、５６０…発光物質層、１６２、２６２、３６２、４６２…第１発光物質層、１６４、２６４、３６４、４６４…第２発光物質層、３６６、４６６…第３発光物質層、１７０、２７０、３７０、４７０、５７０…電子輸送層、１８０、２８０、３８０、４８０…電子注入層、１５５、２５５、３５５、４５５、５５５…電子遮断層、１７５、２７５、３７５、４７５、５７５…正孔遮断層、７００…有機発光表示装置、Ｔｒ…薄膜トランジスタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】