(57)【要約】      （修正有）【課題】発光効率および色純度が優れて有機発光ダイオードの発光層に適用することのできる有機化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光装置の提供。【解決手段】下記式で表される、ベンゾフルオレノカルバゾールコアの特定位置に芳香族作用基が置換された有機化合物であって、高色純度の青色発光が可能であり、ストークスシフトが狭くて、遅延蛍光物質の発光波長と当該有機化合物の吸収波長との重畳領域が非常に広い。2020090485.tif 000034【選択図】図９
2020090485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の化学式１で表される有機化合物。
【化１】
2020090485.tif 000026
化学式１中、Ｒ１ないしＲ３は、それぞれ独立して、Ｃ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループであり、Ｒ１ないしＲ３を構成するＣ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループは、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、またはＣ１〜Ｃ１０のアルコキシ基で置換される。Ｒ４は、Ｃ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループであり、Ｒ４を構成するＣ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループは、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせで構成される作用基で置換される。Ｒ５ないしＲ１５は、それぞれ独立して、水素、またはＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である。
【請求項２】
前記有機化合物は、下記の化学式２で表される有機化合物を含む請求項１に記載の有機化合物。
【化２】
2020090485.tif 000027
化学式２中、Ｒ２１ないしＲ２３は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基で置換されたＣ５〜Ｃ３０のアリール基である。Ｒ２４は、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、またはピリジル基であり、Ｒ２４を構成するフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、およびピリジル基は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される作用基で置換される。
【請求項３】
前記Ｒ２４は、フェニル基、ナフチル基、またはピリジル基であり、前記Ｒ２４を構成するフェニル基、ナフチル基、およびピリジル基は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、ナフチル基およびこれらの組み合わせからなる群から選択される作用基で置換される、請求項２に記載の有機化合物。
【請求項４】
前記有機化合物は、下記の化学式３で表されるいずれか１つの有機化合物である、請求項１に記載の有機化合物。
【化３】
2020090485.tif 000028
2020090485.tif 000029
2020090485.tif 000030
2020090485.tif 000031
2020090485.tif 000032
2020090485.tif 000033
【請求項５】
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、第１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、
前記第１発光物質層は、請求項１ないし請求項４のうち、いずれか１項に記載の有機化合物を含む有機発光ダイオード。
【請求項６】
前記第１発光物質層は、第１ホストと第１蛍光ドーパントを含み、前記第１蛍光ドーパントは、前記有機化合物を含む、請求項５に記載の有機発光ダイオード。
【請求項７】
前記第１発光物質層は、第１ホストと、第１ドーパントおよび第２ドーパントを含み、
前記第２ドーパントは、前記有機化合物を含む、請求項５に記載の有機発光ダイオード。
【請求項８】
前記第１ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、前記第２ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高い、請求項７に記載の有機発光ダイオード。
【請求項９】
前記第１ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）と励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）との差（ΔＥＳＴＴＤ）は、０．３ｅＶ以下である、請求項７に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１０】
前記第１ドーパントの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）は、前記第１ホストの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）より低く、前記第２ドーパントの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＦＤ）より高い、請求項７に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１１】
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電極との間に位置する第２発光物質層をさらに備え、
前記第２発光物質層は、第２ホストと遅延蛍光ドーパントを含む、請求項６に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１２】
前記遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、前記第１蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高い、請求項１１に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１３】
前記第１ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ１）は、前記第１蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高く、
前記第２ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ２）と三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ２）は、それぞれ前記遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）と三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より高い、請求項１１に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１４】
前記第２発光物質層を中心にして前記第１発光物質層と反対側に位置する第３発光物質層をさらに備え、
前記第３発光物質層は、第３ホストと第２蛍光ドーパントを含む、請求項１１に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１５】
前記遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、前記第１蛍光ドーパントおよび前記第２蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高い、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１６】
前記第１ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ１）は、前記第１蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ１）より高く、
前記第２ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ２）と三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ２）は、それぞれ前記遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）と三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より高く、
前記第３ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ３）は、前記第２蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ２）より高い、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１７】
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電極との間に位置する第１発光ユニット、および前記第１発光ユニットと前記第２電極との間に位置する第２発光ユニットを含み、
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットのうち、いずれか一方は前記第１発光物質層を含み、
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットとの間に位置する電荷生成層をさらに備える、請求項５に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１８】
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットのうち、いずれか一方は、前記第１発光物質層に隣接して位置する第２発光物質層をさらに含む、請求項１７に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１９】
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットのうち、いずれか一方は前記第２発光物質層を中心にして前記第１発光物質層と反対側に位置する第３発光物質層をさらに含む、請求項１８に記載の有機発光ダイオード。
【請求項２０】
基板と、
前記基板の上に位置し、請求項５に記載の有機発光ダイオードとを備える有機発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物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優れて有機発光ダイオードの発光層に適用することのできる有機化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示装置が大型化するに伴い、スペース占有の少ない平面表示素子に対する要求が増大している。このような平面表示素子のうちの１つであって、有機電界発光素子（Ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ；ＯＬＥＤ）とも言われる有機発光ダイオードを用いた表示装置が注目を集めている。
【０００３】
ＯＬＥＤは、電子注入電極（陰極）と正孔注入電極（陽極）との間に形成された発光物質層に電荷を注入すると、電子と正孔が一対となった後、消滅しながら光を出す素子である。プラスチックのようなフレキシブルな透明基板上にも有機発光ダイオードを形成することができる上に、プラズマディスプレイパネルや無機電界発光（ＥＬ）ディスプレイに比べて低電圧駆動（１０Ｖ以下）が可能であり、また、電力消耗が割と少なくて色純度に優れるというメリットがある。さらに、有機発光ダイオード素子は、緑色・青色・赤色の３つの色を表すことができることから、豊富な色を表現できる次世代のディスプレイ素子として、多くの人の関心を集めている。
【０００４】
ところが、緑色および赤色の発光物質に比べ、青色の発光物質は、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、素材の開発に困難があった。また、青色の発光物質を適用した発光素子の発光効率が低い上に、色純度の面でも満足のいくレベルに達していない。そのため、発光効率および色純度の向上した青色の発光物質、およびそれを用いた発光素子を開発する必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、発光効率および発光素子の色純度を向上させることができる有機化合物と、有機発光ダイオードおよび有機発光装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、駆動電圧を低下させて消費電力を減少させ、素子の寿命が向上した有機発光ダイオードおよび有機発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によると、本発明は、下記の化学式１で表される有機化合物を提供する。
【化１】
2020090485.tif 000003
【０００７】
化学式１中、Ｒ１ないしＲ３は、それぞれ独立して、Ｃ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループであり、Ｒ１ないしＲ３を構成するＣ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループは、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、またはＣ１〜Ｃ１０のアルコキシ基で置換される。Ｒ４は、Ｃ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループであり、Ｒ４を構成するＣ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループは、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせで構成される作用基で置換される。Ｒ５ないしＲ１５は、それぞれ独立して、水素、またはＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である。
【０００８】
一例に、前記有機化合物は、下記の化学式２で表される有機化合物を含むことができる。
【化２】
2020090485.tif 000004
【０００９】
化学式２中、Ｒ２１ないしＲ２３は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基で置換されたＣ５〜Ｃ３０のアリール基である。Ｒ２４は、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、またはピリジル基であり、Ｒ２４を構成するフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、およびピリジル基は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される作用基で置換される。
【００１０】
他の側面によると、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電極との間に位置する第１発光物質層とを備え、前記第１発光物質層は、前記有機化合物を含む有機発光ダイオードを提供する。
【００１１】
一例に、前記第１発光物質層は、第１ホストと第１蛍光ドーパントを含み、前記第１蛍光ドーパントは、前記有機化合物を含むことができる。
【００１２】
選択的に、前記第１発光物質層は、第１ホストと、第１ドーパント、第２ドーパントを含み、前記第２ドーパントは、前記有機化合物を含み、前記第１ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、前記第２ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高くてもよい。
【００１３】
必要な場合、前記有機発光ダイオードは、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電極との間に位置する第２発光物質層をさらに備え、前記第２発光物質層は、第２ホストと遅延蛍光ドーパントを含むことができる。
【００１４】
他の例示的な実施形態において、前記有機発光ダイオードは、前記第２発光物質層を中心にして、前記第１発光物質層と反対側に位置する第３発光物質層をさらに備え、前記第３発光物質層は、第３ホストと第２蛍光ドーパントを含むことができる。
【００１５】
また、他の側面において、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、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電極との間に位置し、上部の発光物質層を含む第２発光ユニットと、前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットとの間に位置する電荷生成層とを備え、前記下部の発光物質層と前記上部の発光物質層のうち、いずれか一方は、前記有機化合物を含む有機発光ダイオードを提供する。
【００１６】
さらに他の側面において、本発明は、基板と、前記基板の上に位置し、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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る有機化合物は、構造的にしっかりしたベンゾフルオレノカルバゾールコアを有しており、コアの特定位置に作用基が置換される。それにより、本発明に係る有機化合物は、最大吸収波長と最大発光波長との間のストークスシフトが減少する。
【００１８】
したがって、本発明に係る有機化合物と遅延蛍光物質を、同じ、或いは隣接した発光物質層に用いると、発光効率が向上し、優れた色純度を持つ超蛍光を具現化する発光素子および有機発光装置を製造・具現化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の例示的な実施形態により、有機化合物が適用された有機発光ダイオードを備えた有機発光装置の一例であって、有機発光ダイオード表示装置を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態により、有機化合物が適用された有機発光ダイオードを備えた有機発光装置の他の例であって、有機発光照明装置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り、有機化合物が適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の例示的な第１実施形態により、発光物質層を構成するホストと蛍光物質との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】本発明の例示的な第２実施形態により、有機化合物が適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態により、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７】本発明の例示的な実施形態により、発光物質層がホストと、遅延蛍光物質および蛍光物質を含む場合、これら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８】遅延蛍光物質から従来の蛍光物質へエネルギーが遷移するときにおいて、これら物質間における吸収波長と発光波長との間の関係を概略的に示すグラフである。
【図９】遅延蛍光物質から、本発明に係る蛍光物質である有機化合物へエネルギーが遷移するときにおいて、これら物質間における吸収波長と発光波長との間の関係を概略的に示すグラフである。
【図１０】本発明の例示的な第３実施形態により、有機化合物が適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態により、２つの発光物質層からなる発光物質層において、ホストと、遅延蛍光物質と、蛍光物質との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１２】本発明の例示的な第４実施形態により、有機化合物が適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態により、３つの発光物質層からなる発光物質層において、ホストと、遅延蛍光物質と、蛍光物質との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１４】本発明の例示的な第５実施形態により、有機化合物が適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、必要な場合は図面を参照し、本発明を詳細に説明する。
＜有機化合物＞
本発明に係る有機化合物は、複数の縮合芳香族環からなる、構造的にしっかりしたベンゾフルオレノカルバゾールコアを有し、特定位置に脂肪族および／または芳香族作用基が連結される。本発明に係る有機化合物は、下記の化学式１で表すことができる。
【化１】
2020090485.tif 000005
【００２１】
化学式１中、Ｒ１ないしＲ３は、それぞれ独立して、Ｃ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループであり、Ｒ１ないしＲ３を構成するＣ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループは、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、またはＣ１〜Ｃ１０のアルコキシ基で置換される。Ｒ４は、Ｃ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループであり、Ｒ４を構成するＣ５〜Ｃ３０の芳香族グループまたはＣ４〜Ｃ３０のヘテロ芳香族グループは、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせで構成される作用基で置換される。Ｒ５ないしＲ１５は、それぞれ独立して、水素、またはＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である。
【００２２】
本明細書における「非置換」または「置換されていない」は、水素原子が結合したものを意味し、その場合、水素原子には軽水素、重水素、三重水素が含まれる。
【００２３】
本明細書における「ヘテロ芳香族環」、「ヘテロシクロアルキル基」、「ヘテロアリール基」、「ヘテロアラルキル基」、「ヘテロアリールオキシ基」、「ヘテロアリールアミン基」、「ヘテロアリーレン基」、「ヘテロアラルキレン基」、「ヘテロアリールオキシレン基」などに用いられる用語の「ヘテロ」とは、これら芳香族、または脂環式環を構成する炭素原子のうち、１つ以上、例えば１つないし５つの炭素原子がＮ、Ｏ、Ｓおよびこれらの組み合わせからなる群から選択された１つ以上のヘテロ原子で置換されたものを意味する。
【００２４】
例えば、化学式１中のＲ１ないしＲ４を構成するＣ５〜Ｃ３０の芳香族作用基は、それぞれ、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、および／またはこれらの組み合わせで構成される作用基で置換されたフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、テトラフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、インデニル基、フェナレニル基、フェナントレニル基、アズレニル基、ピレニル基、フルオレニル基、テトラセニル基、インダセニル基、もしくはスピロフルオレニル基のような非縮合、或いは縮合アリール基であり得る。
【００２５】
一方、化学式１中のＲ１ないしＲ４を構成するＣ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基は、それぞれ、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、および／またはこれらの組み合わせで構成される作用基で置換されたフラニル基、チオフェニル基、ピロリル基、ピリジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、テトラジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾカルバゾリル基、ジベンゾカルバゾリル基、インドロカルバゾリル基、インデノカルバゾリル基、ベンゾフラノカルバゾリル基、ベンゾチエノカルバゾリル基、キノリニル基、イソキノリニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、シノリニル基、キナゾリニル基、ベンゾキノリニル基、ベンゾイソキノリニル基、ベンゾキナゾリニル基、ベンゾキノキサリニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル基、ピラニル基、オキサジニル基、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、トリアゾリル基、ジオキシニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、チオピラニル基、チアジニル基、チオフェニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、キサンテンなどと連結されたスピロアクリジニル基、１つ以上のＣ１〜Ｃ１０のアルキル基で置換されたジヒドロアクリジニル基のような非縮合、或いは縮合ヘテロアリール基であり得る。
【００２６】
さらに、化学式１中のＲ４に置換され得るＣ５〜Ｃ３０のアリール基、およびＣ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基は、それぞれＲ１ないしＲ４を構成するフェニル基などのアリール基およびフラニル基などのヘテロアリール基であり得る。
【００２７】
一方、化学式１中のＲ１ないしＲ４に置換され得るＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせで構成される作用基を構成する水素原子は、軽水素のみからなってもよく、１つ以上の重水素、または三重水素を含んでもよい。
【００２８】
１つの例示的な実施形態によると、Ｒ１ないしＲ４を構成するアリール基およびヘテロアリール基、および／またはＲ４に置換されるアリール基およびヘテロアリール基の芳香族環の数が多くなると、全体の有機化合物における共役構造が非常に長くなり、有機化合物のバンドギャップが過度に小さくなり得る。そのため、化学式１中のＲ１ないしＲ４をそれぞれ構成するアリール基およびヘテロアリール基、および／またはＲ４に置換されるアリール基およびヘテロアリール基の芳香族環の数は、１つないし３つ、好ましくは１つないし２つであり得る。また、電荷の注入特性を向上できるよう、Ｒ１ないしＲ４を構成するアリール基およびヘテロアリール基、および／またはＲ４に置換されるアリール基およびヘテロアリール基は、それぞれ５原子環ないし７原子環であり得るが、特に６原子環であることが好ましい。
【００２９】
化学式１で表される有機化合物は、構造的にしっかりしたベンゾフルオレノカルバゾールコアを有し、コアを構成する芳香族環の特定位置に芳香族作用基が置換されている。その結果、全体有機化合物における立体障害が極大化される。
【００３０】
それにより、全体有機化合物の最大吸収波長（ＵＶ  λｍａｘ）と最大ＰＬ（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光波長（ＰＬ  λｍａｘ）との差であるストークスシフトが大きく減少しながらも、高色純度の青色発光を具現化することができる。特に、化学式１で表される有機化合物を蛍光ドーパントに用いて、遅延蛍光物質を、本発明に係る有機化合物と同じ発光層、または隣接した発光層に用いて、発光効率および色純度が優れた超蛍光を具現化することができるが、これについては後述する。
【００３１】
１つの例示的な実施形態において、化学式１で表される有機化合物は、下記の化学式２で表されるいずれか１つの有機化合物であり得る。
【化２】
2020090485.tif 000006
【００３２】
化学式２中、Ｒ２１ないしＲ２３は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基で置換されたＣ５〜Ｃ３０のアリール基である。Ｒ２４は、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、またはピリジル基であり、Ｒ２４を構成するフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、およびピリジル基は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される作用基で置換される。
【００３３】
例えば、化学式２中のＲ２１ないしＲ２４に置換され得るＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、Ｃ５〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ４〜Ｃ３０のヘテロアリール基、およびこれらの組み合わせで構成される作用基を構成する水素原子は、軽水素のみからなってもよく、１つ以上の重水素、または三重水素を含んでもよい。
【００３４】
例示的な実施形態によると、化学式２中のＲ２４は、フェニル基、ナフチル基、またはピリジル基であり、前記Ｒ２４を構成するフェニル基、ナフチル基、およびピリジル基は、それぞれ独立して、置換されていないか、またはＣ１〜Ｃ１０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、ナフチル基およびこれらの組み合わせからなる群から選択される作用基で置換することができる。
【００３５】
化学式２で表される有機化合物は、ベンゾフルオレノカルバゾールコアの特定位置を芳香族作用基に置換することができる。化学式２で表される有機化合物のストークスシフトが減少し、最大吸収波長が長波長へ移動する。その結果、有機化合物の吸収波長と遅延蛍光物質の発光波長とのスペクトルの重畳領域が増加し、遅延蛍光物質から化学式２の有機化合物へのエネルギー遷移効率が向上する。それにより、化学式２で表される有機化合物を蛍光ドーパントに適用した発光素子の発光効率が向上し、色純度が優れた青色発光を具現化することができる。
【００３６】
一例に、化学式１および／または化学式２で表される有機化合物は、下記の化学式３で表されるいずれか１つの化合物を含むことができる。
【化３】
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【００３７】
＜有機発光装置および有機発光ダイオード＞
化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を、有機発光ダイオードを構成する発光物質層に適用することで、特に高純度の発光カラーを得ることができ、発光効率を向上させることができる。本発明に係る有機発光ダイオードは、有機発光ダイオード表示装置、または有機発光ダイオードを適用した照明装置などの有機発光装置に適用することができる。まず、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ダイオード表示装置の概略的な断面図である。
【００３８】
図１に示すように、有機発光ダイオード表示装置１００は、薄膜トランジスタＴｒと、薄膜トランジスタＴｒを覆う平坦化層１６０と、平坦化層１６０上に位置し、薄膜トランジスタＴｒに接続される有機発光ダイオード２００を備える。薄膜トランジスタＴｒは、半導体層１１０と、ゲート電極１３０と、ソース電極１５２と、ドレイン電極１５４とを含む。
【００３９】
基板１０２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２００の位置する基板１０２は、アレイ基板を成す。
【００４０】
基板１０２上にバッファー層１０４が形成され、バッファー層１０４上に薄膜トランジスタＴｒが形成される。バッファー層１０４は省略してもよい。
【００４１】
バッファー層１０４の上部に半導体層１１０が形成される。例えば、半導体層１１０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１１０が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層１１０の下部に遮光パターン（図示せず）を形成することができる。遮光パターンは、半導体層１１０へ光が入射することを防止し、半導体層１１０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１１０は多結晶シリコンから形成することもできるが、この場合、半導体層１１０の両端部に不純物をドープすることもある。
【００４２】
半導体層１１０の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜１２０が基板１０２の全面に形成される。ゲート絶縁膜１２０は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、またはシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）のような無機絶縁物質から形成することができる。
【００４３】
ゲート絶縁膜１２０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１３０が半導体層１１０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１２０は、基板１０２の全面に形成されているが、ゲート絶縁膜１２０は、ゲート電極１３０と同じ形にパターニングしてもよい。
【００４４】
ゲート電極１３０の上部には、絶縁物質からなる層間絶縁膜１４０が基板１０２の全面に形成される。層間絶縁膜１４０は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）やシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）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。
【００４５】
層間絶縁膜１４０は、半導体層１１０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１４２、１４４を有する。第１および第２半導体層コンタクトホール１４２、１４４は、ゲート電極１３０の両側において、ゲート電極１３０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１４２、１４４は、ゲート絶縁膜１２０内にも形成される。これと異なって、ゲート絶縁膜１２０がゲート電極１３０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１４２、１４４は、層間絶縁膜１４０内にのみ形成される。
【００４６】
層間絶縁膜１４０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１５２とドレイン電極１５４が形成される。ソース電極１５２とドレイン電極１５４は、ゲート電極１３０を中心にして離隔して位置し、それぞれ第１および第２半導体層コンタクトホール１４２、１４４を介して、半導体層１１０の両側に接触する。
【００４７】
半導体層１１０、ゲート電極１３０、ソース電極１５２、およびドレイン電極１５４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に例示した薄膜トランジスタＴｒは、半導体層１１０の上部にゲート電極１３０、ソース電極１５２およびドレイン電極１５４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。
【００４８】
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。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をさらに構成することができる。
【００４９】
一方、有機発光ダイオード表示装置１００は、有機発光ダイオード２００で生成された光を吸収するカラーフィルター（図示せず）を備えることができる。例えば、カラーフィルター（図示せず）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（図示せず）を採択することで、有機発光ダイオード表示装置１００は、フルカラーを具現化することができる。
【００５０】
例えば、有機発光ダイオード表示装置１００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２００に対応する層間絶縁膜１４０の上部に、光を吸収するカラーフィルター（図示せず）が位置することができる。他の例示的な実施形態において、有機発光ダイオード表示装置１００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２００の上部、すなわち第２電極２２０の上部に位置することもできる。
【００５１】
ソース電極１５２とドレイン電極１５４の上部には、平坦化層１６０が基板１０２の全面に形成される。平坦化層１６０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１５４を露出するドレインコンタクトホール１６２を有する。ここで、ドレインコンタクトホール１６２は、第２半導体層コンタクトホール１４４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１４４と離隔して形成されてもよい。
【００５２】
有機発光ダイオード２００は、平坦化層１６０上に位置し、薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極１５４に接続される第１電極２１０と、第１電極２１０上に順次積層される発光ユニット２３０および第２電極２２０を含む。
【００５３】
第１電極２１０は、画素領域毎に分離して形成される。第１電極２１０は、陽極（アノード）であり得る。また、第１電極２１０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）からなり得る。具体的に第１電極２１０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）、およびアルミニウム：酸化亜鉛（Ａｌ：ＺｎＯ；ＡＺＯ）からなり得る。
【００５４】
一方、本発明の有機発光ダイオード表示装置１００がトップエミッションタイプである場合、第１電極２１０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）合金からなり得る。
【００５５】
また、平坦化層１６０上には、第１電極２１０の端部を覆うバンク層１７０が形成される。バンク層１７０は、画素領域に対応し、第１電極２１０の中央を露出する。
【００５６】
第１電極２１０上には、発光ユニット２３０が形成される。１つの例示的な実施形態において、発光ユニット２３０は、発光物質層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｌａｙｅｒ；ＥＭＬ）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２３０は、後述する図３、図１０、図１２および図１４に示すように、発光物質層の他に、複数の電荷移動層を有することができる。一例に、発光ユニット２３０は、正孔注入層（Ｈｏｌｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ；ＨＩＬ）、正孔輸送層（Ｈｏｌｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｌａｙｅｒ；ＨＴＬ）、電子遮断層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ；ＥＢＬ）、正孔遮断層（Ｈｏｌｅ  Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ；ＨＢＬ）、電子輸送層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｌａｙｅｒ；ＥＴＬ）、および／または電子注入層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ；ＥＩＬ）を含むことができる。また、発光ユニット２３０は、単層からなってもよく、２つ以上の発光ユニットがタンデム構造を形成してもよい。
【００５７】
このとき、発光ユニット２３０は、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を含む。一例に、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物は、発光物質層のドーパントとして用いることができ、発光物質層はホストを含むことができる。
【００５８】
発光ユニット２３０の形成された基板１０２の上部に、第２電極２２０が形成される。第２電極２２０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２２０は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、銀（Ａｇ）、またはアルミニム−マグネシウム合金（Ａｌ−Ｍｇ）のような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形成することができる。
【００５９】
第２電極２２０上には、外部の水分が有機発光ダイオード２００へ浸透することを防ぐため、封止フィルム１８０（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｍ）が形成される。封止フィルム１８０は、第１無機絶縁層１８２と、有機絶縁層１８４と、第２無機絶縁層１８６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。
【００６０】
続いて、本発明に係る有機化合物が発光ユニットに適用された有機発光ダイオードを備える有機発光照明装置について説明する。図２は、本発明の例示的な実施形態に係る有機化合物が適用された有機発光照明装置を概略的に示す断面図である。
【００６１】
図２に示すように、有機発光照明装置３００は、面発光がなされる発光素子部３０２と、発光素子部３０２を覆う封止部３０４とを備えることができる。このとき、発光素子部３０２は、基板３１０上に位置する有機発光ダイオード４００を含むことができる。
【００６２】
基板３１０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、ＰＩ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、ＰＥＴ、およびＰＣのうち、いずれか１つから形成することができる。
【００６３】
基板３１０の上部に有機発光ダイオード４００が形成される。具体的に、有機発光ダイオード４００は、基板３１０の全面に亘り、第１電極４１０および第２電極４２０が配置され、第１電極４１０と第２電極４２０との間に発光ユニット４３０が配置される。したがって、第１電極４１０および第２電極４２０に信号が印加されることにより、発光ユニット４３０が発光し、基板３１０の全体に光を出力する。
【００６４】
第１電極４１０は、仕事関数値の大きい素材から形成することができ、陽極（アノード）であり得る。一例に、第１電極４１０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯおよびＡＺＯなどのような透明導電英材料からなり得る。一方、本発明の有機発光照明装置３００が、トップエミッションタイプである場合、第１電極４１０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、反射電極、または反射層は、アルミニウム・パラジウム・銅（ＡＰＣ）合金からなり得る。
【００６５】
第１電極４１０上には、発光ユニット４３０が形成される。１つの例示的な実施形態において、発光ユニット４３０は、発光物質層からなり得る。これと異なって、発光ユニット４３０は、発光物質層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子遮断層、正孔遮断層、電子輸送層、および／または電子注入層を含むことができる。また、発光ユニット４３０は、単層からなってもよく、２つ以上の発光ユニットがタンデム構造を形成してもよい。
【００６６】
このとき、発光ユニット４３０は、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を含む。一例に、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物は、発光物質層のドーパントとして用いることができ、発光物質層はホストを含むことができる。
【００６７】
発光ユニット４３０の形成された基板３１０の上部に、第２電極４２０が形成される。第２電極４２０は、基板の全面に位置し、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４２０は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、 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形成することができる。
【００６８】
必要な場合、第１電極４１０と電気的に接続する補助電極（図示せず）を形成することができる。第１電極４１０は、透明導電性物質で製造され、発光した光を透過させるというメリットがあるが、透明導電性物質は、金属に比べると電気抵抗が非常に高い。したがって、大面積有機発光照明装置３００を製造する場合、透明導電性物質の大きな抵抗のため、広い照明領域に印加される電圧の分布にばらつきが生じ、かかる不均一な電圧分布により、大面積有機発光照明装置３００において均一な輝度を具現化することができない。
【００６９】
補助電極（図示せず）は、狭い幅のマトリクス状、メッシュ状、六角形状、八角形状、円形状などに配置され、導電性のよい金属で構成される。したがって、第１電極４１０に均一な電圧が印加できるようにして、大面積有機発光照明装置３００において均一な輝度の発光を具現化することができる。例えば、補助電極（図示せず）は、第１電極４１０の下部、または上部に配置することができ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏまたはこれらの合金のように導電性のよい金属で構成することができる。補助電極（図示せず）は、単層構造であってもよく、二層構造であってもよい。
【００７０】
発光ダイオード４００が備えられた基板４１０上に粘着剤、または接着剤３３０を塗布し、その上部にフィルム３４０を配置して有機発光照明装置３００を密封する。接着剤３３０は、光硬化性接着剤を用いてもよく、熱硬化性接着剤を用いてもよい。一例に、接着剤３３０は、アクリル系、エポキシ系などの感圧粘着剤（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ；ＰＳＡ）、または光学用透明接着剤（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｌａｅｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ；ＯＣＡ）であり得るが、本発明がこれに限定されるものではない。
【００７１】
フィルム３４０は、様々な物質で構成することができる。フィルム３４０は、外部からの水分や空気が浸透することを防止するためのものであって、かかる機能を行えるものであれば、どのような物質でも可能である。例えば、フィルム３４０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような高分子素材からなってもよく、アルミニウムのような薄い金属ホイルからなってもよい。また、ロール製造装置ではなく、シート製造装置を利用して有機発光照明装置３００を製造する場合、フィルム３４０は、ガラスのように曲がらない物質を用いることもできる。
【００７２】
また、図面には示していないが、第２電極４２０の上部には、有機層および／または無機層で構成された保護層、並びにエポキシ系化合物、アクリレート系化合物、またはアクリル系化合物などで構成された封止剤を備えることができる。
【００７３】
このとき、基板３１０と有機発光ダイオード４００との間に外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ＥＱＥ）を向上させるための内部光抽出層３２０、および／または基板３１０の下部にヘイズを増加させるための外部光抽出層３５０を配置することができる。
【００７４】
内部光抽出層３２０および外部光抽出層３５０は、有機発光ダイオード４００の内部光抽出効率を増加できるよう、１．７ないし３．０の屈折率を持つ素材で形成することができる。それにより、相対的に屈折率の低い他の領域との屈折率差による光散乱効果を具現化することができる。
【００７５】
例えば、内部光抽出層３２０および外部光抽出層３５０は、１．７ないし３．０の屈折率を持つバインダーに散乱粒子が分散した構造であり得る。そして、基板３１０に接した面と反対側面に、散乱粒子による凸凹が形成される散乱層（図示せず）と、散乱層上に形成されて散乱層の凸凹構造による表面の屈曲を平坦化させる平坦層（図示せず）とを含むことができる。平坦層（図示せず）を形成する場合、平坦層は散乱粒子に比べ、屈折率が高くてもよいが、平坦層の屈折率は１．７ないし３．０であり得る。
【００７６】
内部光抽出層３２０および外部光抽出層３５０を構成できるバインダーは、特に制限されるものではなく、有機や無機、または有機無機複合体のバインダーであり得る。例えば、前記バインダーは、無機バインダーであってもよく、有機無機複合体のバインダーであってもよい。無機または有機無機複合体のバインダーは、有機バインダーに比べ、耐熱性および耐化学性に優れるため素子の性能、特に寿命の面で有利であり、素子の製作過程においてあり得る１５０℃以上の高温工程、フォト工程およびエッチング工程などでも劣化が生じないため、様々な素子の製作の面で有利であるというメリットがある。
【００７７】
例えば、バインダーは、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン酸化窒化物（ＳｉＯｘＮｙ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シロキサン結合（Ｓｉ‐Ｏ）に基づいた無機、または有機無機複合体などからなる群から選択される１種以上であり得る。例えば、シロキサンを用いて縮重合させ、Ｓｉ‐Ｏ結合に基づいた無機バインダーを形成してもよく、シロキサン結合でアルキル基が完全に除去されていない有機無機複合体の形態でも使用可能である。
【００７８】
内部光抽出層３２０および外部光抽出層３５０を構成できる散乱粒子は、球形状であってもよく、楕円体形状であってもよく、または無定形であってもよいが、球形状または楕円体形状が好ましい。散乱粒子の平均直径は、１００ｎｍないし３００ｎｍであり、具体的には１５０ｎｍないし２００ｎｍであり得る。散乱粒子は、バインダーないし平坦層との屈折率差を利用して光を散乱できる場合であれば、特に制限されるものではない。例えば、空気、シリコン、シリカ、ガラス、酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化ジルコニウム、アルミナ、酸化セリウム、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、ケイ素、硫化亜鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリコンナイトライドおよびアルミニウムナイトライドからなる群から選択される１種以上であり得る。例えば、前記散乱粒子は、二酸化チタンであり得る。
【００７９】
前述したように、有機発光ダイオード２００、４００は、発光ユニット２３０、４３０のドーパントとして、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を用いる。これらの化合物は、構造的にしっかりしたベンゾフルオレノカルバゾールコアを有しており、コアの特定位置に芳香族作用基が結合する。本発明の化合物を発光ユニット２３０、４３０に適用することで、色純度および発光効率が優れて、素子寿命の向上した有機発光ダイオード２００、４００および有機発光装置１００、３００を製造することができる。
【００８０】
続いて、本発明に係る有機化合物を適用することができる有機発光ダイオードについて具体的に説明する。図３は、本発明の例示的な第１実施形態により、有機化合物が有機発光素子に適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
【００８１】
図３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５００は、互いに対向する第１電極５１０および第２電極５２０と、第１電極５１０と第２電極５２０の間に位置する発光ユニット５３０とを備える。例示的な実施形態において、発光ユニット５３０は、第１電極５１０から順次積層される正孔注入層５４０（ＨＩＬ）、正孔輸送層５５０（ＨＴＬ）、発光物質層５６０（ＥＭＬ）、電子輸送層５７０（ＥＴＬ）および電子注入層５８０（ＥＩＬ）を含む。選択的に、発光ユニット５３０は、正孔輸送層５５０と発光物質層５６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層５５５（ＥＢＬ）、および／または発光物質層５６０と電子輸送層５７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層５７５（ＨＢＬ）をさらに含むことができる。
【００８２】
第１電極５１０は、発光物質層５６０に正孔を供給する陽極（アノード）であり得る。第１電極５１０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５１０は、インジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・酸化物（ＩＺＯ）、インジウム・スズ・亜鉛・酸化物（ＩＴＺＯ）、スズ酸化物（ＳｎＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム・銅・酸化物（ＩＣＯ）、およびアルミニウム：酸化亜鉛（ＡＺＯ）からなり得る。
【００８３】
第２電極５２０は、発光物質層５６０に電子を供給する陰極（カソード）であり得る。第２電極５２０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。 
【００８４】
正孔注入層５４０は、第１電極５１０と正孔輸送層５５０との間に位置するが、無機物である第１電極５１０と有機物である正孔輸送層５５０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５４０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選択されるいずれか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５００の特性により、正孔注入層５４０は省略してもよい。
【００８５】
正孔輸送層５５０は、第１電極５１０と発光物質層５６０との間において、発光物質層５６０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５５０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。
【００８６】
発光物質層５６０は、ホストにドーパントがドープされてなり得る。例えば、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物は、発光物質層５６０のドーパントとして用いることができる。一例に、発光物質層５６０は、青色に発光することができる。１つの例示的な実施形態において、発光物質層５６０は、ホスト（第１ホスト）と蛍光ドーパント（第１蛍光ドーパント）を含むことができる。このとき、第１蛍光ドーパントは、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を含む。
【００８７】
発光物質層５６０が、第１ホストと、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物であり得る第１蛍光ドーパントとを含む場合、第１ホストと第１蛍光ドーパントの一重項および三重項エネルギー準位を調節する必要がある。図４は、本発明の例示的な第１実施形態により、発光物質層を構成するホストと蛍光物質との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。
【００８８】
図４に概略的に示すように、第１ホストの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）と励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ）は、それぞれ第１蛍光ドーパントの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＦＤ）および／または励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高い。そのため、第１ホストから生成された励起子エネルギーが第１蛍光ドーパントへ伝達できる。一例に、第１ホストから第１蛍光ドーパントへエネルギーを効率的に伝達できるよう、第１ホストの発光波長と第１蛍光ドーパントの吸収波長との重畳が大きい方が好ましい。
【００８９】
例示的な実施形態によると、発光物質層５６０の第１ホストは、９‐（３‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐カルバゾール‐３‐カルボニトリル；ｍＣＰ−ＣＮ、ＣＢＰ、３，３’‐ビス（Ｎ‐カルバゾリル）‐１，１’‐ビフェニル；ｍＣＢＰ、１，３‐ビス（カルバゾール‐９‐イル）ベンゼン；ｍＣＰ、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、２，８‐ビス（ジフェニルホスホリル）ジベンゾチオフェン；ＰＰＴ、１，３，５‐トリ［（３‐ピリジル）‐フェン‐３‐イル］ベンゼン；ＴｍＰｙＰＢ、２，６‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン；ＰＹＤ−２Ｃｚ、２，８‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ジベンゾチオフェン；ＤＣｚＤＢＴ、３’，５’‐ジ（カルバゾール‐９‐イル）‐［１，１’‐ビフェニル］‐３，５‐ジカルボニトリル；ＤＣｚＴＰＡ、４’‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ビフェニル‐３，５‐ジカルボニトリル；ｐＣｚＢ‐２ＣＮ、３’‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９−イル）ビフェニル‐３，５‐ジカルボニトリル；ｍＣｚＢ−２ＣＮ、ジフェニル‐４‐トリフェニルシリルフェニル‐ホスフィンオキシド；ＴＰＳ０１、９‐（９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐６‐イル）‐９Ｈ‐カルバゾール；ＣＣＰ、４‐（３‐（トリフェニレン‐２‐イル）フェニル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン、９‐（４‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、９‐（３‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、および／または９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾールを含むが、本発明がこれに限定されるものではない。発光物質層５６０が第１ホストと、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物であり得る第１蛍光ドーパントとからなる場合、第１蛍光ドーパントは、発光物質層５６０中に、１重量％ないし５０重量％、好ましくは１重量％ないし３０重量％の割合でドープ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。
図３を参照すると、発光物質層５６０と第２電極５２０との間には、電子輸送層５７０と電子注入層５８０を順次積層することができる。電子輸送層５７０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５６０に電子を安定して供給する。
【００９０】
１つの例示的な実施形態において、電子輸送層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。
【００９１】
より具体的に、電子輸送層５７０は、トリス（８‐ヒドロキシキノリン）アルミニウム；Ａｌｑ３、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‐ｔｅｒｔ‐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（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、および／またはトリス（フェニルキノキサリン）；ＴＰＱなどからなる群から選択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。
【００９２】
電子注入層５８０は、第２電極５２０と電子輸送層５７０との間に位置するが、第２電極５２０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、ＢａＦ２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。
【００９３】
一方、正孔が発光物質層５６０を通じて第２電極５２０へ移動したり、電子が発光物質層５６０を通じて第１電極５１０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５００は、発光物質層５６０に隣接した、少なくとも１つの励起子遮断層を有する。
【００９４】
例えば、本発明の第１実施形態に係る有機発光ダイオード５００では、正孔輸送層５５０と発光物質層５６０との間に、電子の移動を制御・防止できる電子遮断層５５５が位置する。一例に、電子遮断層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、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、ＴＤＡＰＢ、および／または３，６‐ビス（Ｎ‐カルバゾリル）‐Ｎ‐フェニル‐カルバゾールなどから構成することができる。
【００９５】
また、発光物質層５６０と電子輸送層５７０との間に、第２励起子遮断層として正孔遮断層５７５が位置し、発光物質層５６０と電子輸送層５７０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５７５の素材に、電子輸送層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。
【００９６】
例えば、正孔遮断層５７５は、発光物質層５６０に用いられた素材に比較して、ＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ；最高被占軌道）エネルギー準位の低いＢＣＰ、ＢＡｌｑ、Ａｌｑ３、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、ＤＰＥＰＯ、９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、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。
【００９７】
化学式１ないし化学式３で表される有機化合物は、ベンゾフルオレノカルバゾールコアの特定位置に芳香族作用基が連結される。前記有機化合物は半値幅が狭いので、有機発光ダイオード５００の色純度を向上させることができる。一方、前述した実施形態における発光物質層は、第１ホストと、化学式１ないし化学式３の有機化合物である第１蛍光ドーパントとからなる。発光物質層を構成するドーパントは、２種類以上であり得るが、これについて説明する。
【００９８】
図５は、本発明の例示的な実施形態により、有機化合物と遅延蛍光物質が発光層に適用された有機発光ダイオードを概略的に示す図面である。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５００Ａは、互いに対向する第１電極５１０および第２電極５２０と、第１電極５１０と第２電極５２０の間に位置する発光ユニットとしての発光層５３０ａとを備える。
【００９９】
例示的な実施形態において、発光ユニットとしての発光層５３０ａは、第１電極５１０から順次積層される正孔注入層５４０、正孔輸送層５５０、発光物質層５６０ａ、電子輸送層５７０および電子注入層５８０を含むことができる。
【０１００】
このとき、発光物質層５６０ａは、ホスト（第１ホスト）と、第１ドーパントと、第２ドーパントとを含むことができる。第１ドーパントは遅延蛍光ドーパント（Ｔドーパント）であり、第２ドーパントは蛍光ドーパント（Ｆドーパント）であり得る。この場合、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を第２ドーパントとして用いることができる。発光物質層５６０ａが遅延蛍光ドーパントを含む場合、ホストとドーパントのエネルギー準位を調節し、発光効率がさらに向上した有機発光ダイオード５００Ａを具現化することができる。
【０１０１】
有機発光ダイオードは、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励起子を形成し、不安定な励起状態（Ｅｘｃｉｔｅｄ  ｓｔａｔｅ）になった後、安定な基底状態（Ｇｒｏｕｎｄ  ｓｔａｔｅ）に戻る際に光を放出する。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、通常の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。
【０１０２】
一方、燐光物質は、一重項励起子と三重項励起子を全て光に変換させる発光メカニズムを有している。燐光物質は、系間交差（Ｉｎｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｒｏｓｓｉｎｇ；ＩＳＣ）により、一重項励起子を三重項励起子に変換させる。したがって、一重項励起子と三重項励起子を全て利用する燐光物質を用いる場合、蛍光物質の低い発光効率を向上させることができる。しかしながら、特に青色燐光物質は、その色純度が表示装置に適用できる水準に達しておらず、また寿命も非常に短いので、常用化段階まで至っていない。
【０１０３】
最近、従来の蛍光ドーパントおよび燐光ドーパントが持つ問題を解決できる、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は、熱活性遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｄｅｌａｙｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ；ＴＡＤＦ）物質である。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ので、分子内電荷移動（Ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ；ＩＣＴ）が可能である。遅延蛍光物質を発光物質層のドーパントとして用いると、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。遅延蛍光物質の発光メカニズムについて、図６を参照しながら説明する。
【０１０４】
遅延蛍光物質において、一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）を持つ励起子と、三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）を持つ励起子が中間状態のＩＣＴ状態へ移動し、基底状態（Ｓ０ＴＤ）へ遷移する（Ｓ１→ＩＣＴ←Ｔ１）。一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）を持つ励起子と、三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）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。
【０１０５】
従来の蛍光物質は、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（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状態の化合物は、ＨＯＭＯとＬＵＭＯの軌道重畳が少ないので、ＨＯＭＯ状態の分子軌道とＬＵＭＯ状態の分子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。
【０１０６】
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状態の分子軌道とＬＵＭＯ状態の分子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（Ｓ１ＴＤ）を持つ励起子はもちろん、三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）を持つ励起子が発光に寄与することになる。
【０１０７】
したがって、遅延蛍光物質を含む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（Ｓ１ＴＤ）を持つ励起子と、７５％の三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）を持つ励起子とが中間状態（ＩＣＴ）へ遷移し、再び基底状態（Ｓ０ＴＤ）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。
【０１０８】
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（Ｓ１ＴＤ）と三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）の差（ΔＥＳＴＴＤ）が０．３ｅＶ以下、例えば０．０５ｅＶ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の小さい材料は、一重項状態から三重項状態へエネルギーが遷移する系間交差（ＩＳＣ系が起こることで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。
【０１０９】
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、発光寿命が短い。さらに、遅延蛍光物質は、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。ＣＴ発光メカニズムに基づく発光の特性上、遅延蛍光物質は、半値幅が非常に広い発光波長を有するので、色純度が低下する。すなわち、遅延蛍光物質は、三重項励起子を活用することから寿命が短いだけでなく、ＣＴ発光メカニズムに基づいて発光するため、半値幅（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ；ＦＷＨＭ）が非常に広くて色純度の面で限界がある。
【０１１０】
遅延蛍光物質が持つ限界を解決するための超蛍光は、一重項励起子のみを活用できる蛍光物質の一重項励起子の生成割合を高めるため、遅延蛍光物質を用いる。遅延蛍光物質は、一重項エネルギーはもちろん、三重項エネルギーも利用することができるので、遅延蛍光物質の励起子エネルギーが放出されると、蛍光物質が吸収し、蛍光物質に吸収されたエネルギーは、その１００％が一重項励起子のみを生成して発光に活用する。
【０１１１】
本発明の例示的な実施形態によると、発光物質層５６０ａは、第１ホストと、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパント（遅延蛍光ドーパント、ＴＤ）と、化学式１ないし化学式３で表される蛍光物質であり得る第２ドーパント（蛍光ドーパント、ＦＤ）とを含むことができる。このとき、第１ホストと、第１および第２ドーパントとの間で効率的にエネルギーを伝達するためには、これら物質間のエネルギー準位が重要である。図７は、本発明の例示的な実施形態により、発光物質層がホストと、遅延蛍光物質および蛍光物質を含む場合、これら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。
【０１１２】
図７に概略的に示すように、第１ホストから生成された励起子エネルギーは、まず、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパント（Ｔドーパント）へ遷移し、発光する必要がある。かかる目的のため、第１ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ）、および／または励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）は、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）、および／または励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より高くなければならない。
【０１１３】
例えば、第１ホストの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）が、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパントの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より十分に高くない場合、第１ドーパントの三重項状態の励起子が、第１ホストの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）へ移動する逆電荷移動が発生する。それにより、三重項励起子が発光できない第１ホストで、三重項励起子が非発光消滅するため、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパントの三重項状態の励起子は、発光に寄与できなくなる。例えば、第１ホストの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）は、第１ドーパントの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より、少なくとも０．２ｅＶ以上高くてもよい。
【０１１４】
また、遅延蛍光を具現化するため、第１ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）と三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）との差（ΔＥＳＴＴＤ）は、０．３ｅＶ以下でなければならない（図６を参照）。一方、第１ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ）と励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）との差、および蛍光物質である第２ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）と三重項エネルギー準位（Ｔ１ＦＤ）との差は、それぞれ０．３ｅＶを超えてもよい。
【０１１５】
第１ホストおよび第２ドーパントの励起一重項エネルギー準位と励起三重項エネルギー準位との差が０．３ｅＶ以下である場合、これら化合物で引き起こされるＲＩＳＣ発光メカニズムおよびＩＳＣ発光メカニズムにより、有機発光ダイオード５００Ａの素子寿命が減少することがある。例えば、第１ホストの一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ）と三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ）との差、および／または蛍光物質であり得る第２ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）と三重項エネルギー準位（Ｔ１ＦＤ）との差は、それぞれ０．３ｅＶより大きく、かつ１．５ｅＶ以下であり得るが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１１６】
さらに、第１ホストと、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパントの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー準位と最低空軌道（ＬＵＭＯ）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ホストの最高被占軌道（ＨＯＭＯＨ）エネルギー準位と、第１ドーパントの最高被占軌道（ＨＯＭＯＴＤ）エネルギー準位との差（│ＨＯＭＯＨ−ＨＯＭＯＴＤ│）、または第１ホストの最低空軌道（ＬＵＭＯＨ）エネルギー準位と、第１ドーパントの最低空軌道（ＬＵＭＯＴＤ）エネルギー準位との差（│ＬＵＭＯＨ−ＬＵＭＯＴＤ│）は、０．５ｅＶ以下、例えば０．１ｅＶないし０．５ｅＶであることが好ましい。それにより、第１ホストから第１ドーパント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。
【０１１７】
また、発光物質層（ＥＭＬ）５６０ａでＲＩＳＣにより、ＩＣＴ錯体状態へ変わった第１ドーパントから、蛍光物質である第２ドーパント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、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）および／または励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）は、それぞれ蛍光物質であり得る第２ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）および／または励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＦＤ）より高くなければならない。
【０１１８】
特に、超蛍光メカニズムにおいて、最終的に発光する蛍光物質を含む発光素子の効率を向上させるためには、遅延蛍光物質から蛍光物質へのエネルギー遷移が最も重要である。遅延蛍光物質から蛍光物質へのエネルギー遷移効率を決める一番重要な要素は、遅延蛍光物質の発光スペクトルと、エネルギーの伝達を受ける蛍光物質の吸収スペクトルとの重畳である。
【０１１９】
青色に発光できる遅延蛍光物質の最大発光波長（ＰＬ  λｍａｘ）は、通常、４７０ｎｍ未満であり、４５０ｎｍ付近が限界である。そのため、青色蛍光発光材料の最大吸収波長（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ（Ａｂｓ．）λｍａｘ）が、少なくても４４０ｎｍ以上でなければ、青色の遅延蛍光物質から効率的にエネルギーの伝達を受けることができない。さらに、超蛍光メカニズムで最終的に発光する蛍光物質は、ディープな青色を具現化するため、約４６０ｎｍの最大発光波長（ＰＬ  λｍａｘ）を有しなければならない。
【０１２０】
ところが、図８に示すように、従来の青色蛍光物質は、最大発光波長（ＰＬ  λｍａｘ）が約４６０ｎｍではあるが、最大吸収波長（Ａｂｓ．λｍａｘ）は４３５ｎｍ以下の短波長である。すなわち、従来の青色蛍光物質は、最大発光波長（ＰＬ  λｍａｘ）と最大吸収波長（Ａｂｓ．λｍａｘ）との距離であるストークスシフト（ストークスシフト１で表示）が非常に大きい。したがって、従来の蛍光物質の吸収波長と、遅延蛍光物質の発光波長とのスペクトル重畳領域（重畳領域１、エネルギー遷移領域１で表示）が非常に小さいため、エネルギー遷移効率がよくない。
【０１２１】
一方、図９に示すように、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物の最大発光波長（ＰＬ  λｍａｘ）は、従来の蛍光物質の最大発光波長に類似し得るが、最大吸収波長（Ａｂｓ．λｍａｘ）は、４４０ｎｍ以上であって、従来の青色蛍光物質に比べて長波長である。言い換えると、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物のストークスシフト（ストークスシフト２で表示）は、約２０ｎｍ未満であって、従来の蛍光物質のストークスシフト（ストークスシフト１）に比べると非常に小さい（ストークスシフト２＜ストークスシフト１）。したがって、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物の吸収波長と、遅延蛍光物質の発光波長とのスペクトル重畳領域（重畳領域２、エネルギー遷移領域２で表示）が大きくなり（重畳領域２／エネルギー遷移領域２＞重畳領域１／エネルギー遷移領域１）、エネルギー遷移効率が向上し、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【０１２２】
このように、構造的にしっかりしたベンゾフルオレノカルバゾールコアの特定位置に芳香族作用基が置換された化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を蛍光ドーパントとして用いることで、発光効率が大きく向上し、色純度がよくて、素子寿命の向上した、消費電力の低い超蛍光を具現化することができる。
【０１２３】
すなわち、本発明の例示的な実施形態によると、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパントを用いる場合、色純度が低下することを防止するため、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物が第２ドーパント（蛍光ドーパント）として発光物質層５６０ａに含まれる。逆系間交差によって第１ドーパントの三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換され、第１ドーパント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蛍光物質である第２ドーパントへ伝達される。
【０１２４】
前述したように、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物のストークスシフトが減少し、最大吸収波長が最大ＰＬ発光波長の方へ向かって長波長へ移動する。その結果、これら有機化合物の吸収波長と、遅延蛍光物質であり得る第１ドーパントの発光波長とのスペクトルの重畳領域が増加する。第１ドーパントから、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物であり得る第２ドーパント（蛍光ドーパント）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、発光物質層５６０で最終的な発光は、半値幅の狭い第２ドーパント、すなわち、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物が励起状態から基底状態へ遷移するときに行われるので、色純度を向上させることができる。
【０１２５】
すなわち、本発明の例示的な実施形態に係る有機発光ダイオード５００Ａは、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を、発光物質層５６０の第２ドーパントとして含んでいる。前記有機化合物は、ストークスシフトが狭くて、遅延蛍光物質に比べると半値幅が狭い。したがって、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を発光物質層５６０の第２ドーパントとして用いると、発光効率が向上し、色純度の向上した有機発光ダイオードを具現化することができる。
【０１２６】
例示的な実施形態により、発光物質層５６０ａが、第１ホストと、第１ドーパントと、第２ドーパントを含む場合、第１ホストの重量比は、ドーパントの重量比より大きくてもよい。また、第１ドーパントの重量比は、第２ドーパントの重量比より大きくてもよい。一例に、第１ホストの重量比は第１ドーパントの重量比より大きく、第１ドーパントの重量比は第２ドーパントの重量比より大きくてもよい。
【０１２７】
この場合、発光物質層５６０ａの第１ドーパントから第２ドーパントへのデクスターメカニズムによるエネルギーの伝達が十分に行われ得る。発光物質層５６０ａが第１ホストと、第１ドーパントと、第２ドーパントからなる場合、第１ドーパントおよび第２ドーパントは、約１重量％ないし５０重量％でドープすることができる。例えば、第１ドーパントは、１０重量％ないし５０重量％、好ましくは１０重量％ないし４０重量％の割合でドープし、第２ドーパントは、１重量％ないし１０重量％の割合でドープすることができる。
【０１２８】
例えば、発光物質層５６０の第１ホストは、ｍＣＰ‐ＣＮ、ＣＢＰ、ｍＣＢＰ、ｍＣＰ、ＤＰＥＰＯ、ＰＰＴ、ＴｍＰｙＰＢ、ＰＹＤ‐２Ｃｚ、ＤＣｚＤＢＴ、ＤＣｚＴＰＡ、ｐＣｚＢ‐２ＣＮ、ｍＣｚＢ−２ＣＮ、ＴＰＳ０１、ＣＣＰ、４‐（３‐（トリフェニレン‐２‐イル）フェニル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン、９‐（４‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、９‐（３‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、および／または９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾールを含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１２９】
一方、発光物質層５６０ａに含まれ得る第１ドーパントは、遅延蛍光特性を持ち、最大発光波長（ＰＬ  λｍａｘ）が約４７０ｎｍであるもの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。一例に、発光物質層５６０ａに含まれ得る第１ドーパントは、１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン；ＤＭＡＣ‐ＴＲＺ、１０，１０’‐（４，４’‐スルホニルビス（４，１‐フェニレン））ビス（９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）；ＤＭＡＣ‐ＤＰＳ、１０‐フェニル‐１０Ｈ，１０’Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐アントラセン］‐１０’‐オン；ＡＣＲＳＡ、３，６‐ジベンゾイル‐４，５‐ジ（１‐メチル‐９‐フェニル‐９Ｈ‐カルバゾリル）‐２‐エチニルベンゾニトリル；Ｃｚ‐ＶＰＮ、９，９’，９”‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）ベンゼン‐１，２，３‐トリイル）トリス（９Ｈ‐カルバゾール）；ＴｃＺＴｒｚ、９，９’‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐１，３‐フェニレン）ビス（９Ｈ‐カルバゾール）；ＤｃＺＴｒｚ、９，９’，９”，９”’‐（（６‐フェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２，４‐ジイル）ビス（ベンゼン‐５，３，１‐トリイル））テトラキス（９Ｈ‐カルバゾール）；ＤＤｃｚＴｒｚ、ビス（４‐（９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール‐９‐イル）フェニル）メタノン；ＣＣ２ＢＰ、９’‐［４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル］‐３，３”，６，６”‐テトラフェニル‐９，３’，６’，９”‐ター‐９Ｈ‐カルバゾール；ＢＤＰＣＣ−ＴＰＴＡ、９’‐［４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル］‐９，３’，６’，９”‐ター‐９Ｈ‐カルバゾール；ＢＣＣ−ＴＰＴＡ、９，９’‐（４，４’‐スルホニルビス（４，１−フェニレン））ビス（３，６−ジメトキシ‐９Ｈ‐カルバゾール）；ＤＭＯＣ−ＤＰＳ、９‐（４‐（４，６−ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐３’，６’‐ジフェニル‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール；ＤＰＣＣ−ＴＰＴＡ、１０‐（４，６−ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐１０Ｈ‐フェノキサジン；Ｐｈｅｎ−ＴＲＺ、９‐（４‐（４，６−ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐カルバゾール；Ｃａｂ−Ｐｈ−ＴＲＺ、１，２，３，５‐テトラキス（３，６−カルバゾール‐９‐イル）‐４，６−ジシアノベンゼン；４ＣｚＩＰＮ、２，３，４，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）-５‐フルオロベンゾニトリル；４ＣＺＦＣＮ、４，５−ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリ；ル２ＣｚＰＮ、１０‐（４‐（４，６−ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐キサンテン］、１０‐（４‐（４，６−ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐フルオレン］；ＳｐｉｒｏＡＣ‐ＴＲＺ、および／または下記の化学式４���表されるいずれか１つのピリミジン系物質を含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【化４】
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【０１３０】
本発明の例示的な第２実施形態によると、発光物質層５６０ａは、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である蛍光物質を含む。前記有機化合物を含むので、有機発光ダイオード５００Ａの発光効率が向上し、最終の発光波長の半値幅を改善して色純度を改善することができ、有機発光ダイオード５００Ａの素子寿命を向上させることができる。
【０１３１】
前述した第１および第２実施形態では、発光物質層が単層からなる有機発光ダイオードについて説明した。これとは異なって、本発明に係る有機発光ダイオードは、多層の発光物質層からなってもよい。図１０は、本発明の第３実施形態により、有機化合物が発光層に適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
【０１３２】
図１０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６００は、互いに対向する第１電極６１０および第２電極６２０と、第１電極６１０と第２電極６２０の間に位置する発光ユニットとしての発光層６３０とを備える。
【０１３３】
例示的な実施形態において、発光ユニットとしての発光層６３０は、第１電極６１０から順次積層される正孔注入層６４０、正孔輸送層６５０、発光物質層６６０、電子輸送層６７０および電子注入層６８０を含むことができる。また、発光ユニットとしての発光層６３０は、正孔輸送層６５０と発光物質層６６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層６５５、および／または発光物質層６６０と電子輸送層６７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層６７５をさらに含むことができる。
【０１３４】
前述したように、第１電極６１０は、陽極であり得る。そして、仕事関数値が比較的に大きい導電性物質であるＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯ、およびＡＺＯなどからなり得る。第２電極６２０は、陰極であり得る。そして、仕事関数値が比較的に小さい導電性物質であるＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｇ、またはこれらの合金や組み合わせからなり得る。 
【０１３５】
正孔注入層６４０は、第１電極６１０と正孔輸送層６５０との間に位置する。正孔注入層６４０は、ＭＴＤＡＴＡ、ＮＡＴＡ、１Ｔ-ＮＡＴＡ、２Ｔ-ＮＡＴＡ、ＣｕＰＣ、ＴＣＴＡ、ＮＰＢ（ＮＰＤ）、ＨＡＴ-ＣＮ、ＴＤＡＰＢ、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選択されるいずれか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６００の構造により、正孔注入層６４０は省略してもよい。
【０１３６】
正孔輸送層６５０は、第１電極６１０と発光物質層６６０との間において、発光物質層６６０に隣接して位置する。正孔輸送層６５０は、ＴＰＤ、ＮＰＤ（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‐アミンなどの芳香族アミン化合物を含む群から選択される化合物で構成することができる。
【０１３７】
電子遮断層６５５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、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、ＴＤＡＰＢ、および／または３，６‐ビス（Ｎ‐カルバゾリル）‐Ｎ‐フェニル‐カルバゾールなどから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。
【０１３８】
発光物質層６６０は、正孔輸送層６５０と電子輸送層６７０との間に位置する第１発光物質層６６２（ＥＭＬ１）と、第１発光物質層６６２と電子輸送層６７０との間に位置する第２発光物質層６６４（ＥＭＬ）とを備える。発光物質層６６０を構成する物質、およびこれらのエネルギー準位などについては後述する。
【０１３９】
正孔遮断層６７５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を用いることができる。例えば、正孔遮断層６７５は、発光物質層６６０に用いられた素材に比較して、ＨＯＭＯエネルギー準位の低いＢＣＰ、ＢＡｌｑ、Ａｌｑ３、ＰＢＤ、スピロ‐ＰＢＤ、Ｌｉｑ、Ｂ３ＰＹＭＰＭ、ＤＰＥＰＯ、９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、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。
【０１４０】
電子輸送層６７０は、発光物質層６６０と電子注入層６８０との間に位置する。一例に、電子輸送層６７０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。例えば、電子輸送層６７０は、Ａｌｑ３、ＰＢＤ、スピロ-ＰＢＤ、Ｌｉｑ、ＴＰＢｉ、ＢＡｌｑ、Ｂｐｈｅｎ、ＮＢｐｈｅｎ、ＢＣＰ、ＴＡＺ、ＮＴＡＺ、ＴｐＰｙＰＢ、ＴｍＰＰＰｙＴｚ、ＰＦＮＢｒ、および／またはＴＰＱなどからなり得るが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１４１】
電子注入層６８０は、第２電極６２０と電子輸送層６７０との間に位置する。電子注入層６８０の素材には、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＮａＦ、ＢａＦ２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。第１発光物質層６６２と第２発光物質層６６４のうち、いずれか一方は化学式１ないし化学式３で表される有機化合物を蛍光ドーパント（第１蛍光ドーパント、ＦＤ１）として含み、いずれか他方は遅延蛍光ドーパント（ＴＤ）を含む。以下では、第１発光物質層６６２が蛍光ドーパントを含み、第２発光物質層６６４が遅延蛍光ドーパントを含む場合を中心に後述する。
【０１４２】
本発明の例示的な第３実施形態において、第１発光物質層６６２は、第１ホストと、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第１蛍光ドーパントとからなり得る。ところが、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物は、半値幅が狭いため、色純度の面ではメリットがあるものの、三重項励起子が発光に寄与できないため、量子効率に限界がある。
【０１４３】
一方、第２発光物質層６６４は、第２ホストと遅延蛍光ドーパントとからなり得る。第２発光物質層６６４に含まれた遅延蛍光ドーパントの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）と励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）との差（ΔＥＳＴＴＤ）が非常に小さく（０．３ｅＶ以下、図６を参照）、逆系間交差（ＲＩＳＣ）により、遅延蛍光ドーパントの励起三重項エネルギーが遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギーへ変換される。しかしながら、遅延蛍光ドーパントは、高い量子効率を有するものの、半値幅が広いため、色純度がよくない。
【０１４４】
ところが、本発明の第３実施形態によると、第２発光物質層６６４に含まれた遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーおよび三重項エネルギーは、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１発光物質層６６２に含まれた第１蛍光ドーパントへ伝達され、第１蛍光ドーパントで最終的な発光が起こる。
【０１４５】
すなわち、逆系間交差により、第２発光物質層６６４の遅延蛍光ドーパントの三重項エネルギーが一重項エネルギーに変換されるが、遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、第１発光物質層６６２における第１蛍光ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高いので、遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーが第１蛍光ドーパントの一重項エネルギーへ伝達される（図１１を参照）。
【０１４６】
したがって、第１発光物質層６６２における第１蛍光ドーパントは、一重項エネルギーと三重項エネルギーを全て利用し、発光することになる。その結果、有機発光ダイオード６００の量子効率が向上し、半値幅が狭くなって色純度が向上する。特に、第１発光物質層６６２の第１蛍光ドーパントとして用いられる有機化合物は、高色純度の青色に発光しながらもストークスシフトが非常に狭い（図９を参照）。第２発光物質層６６４の遅延蛍光ドーパントから生成されたエネルギーが、第１発光物質層６６２の第１蛍光ドーパントへ効率よく伝達され、超蛍光を具現化することができる。
【０１４７】
このとき、遅延蛍光ドーパントは、エネルギーを第１蛍光ドーパントへ伝達する役割をするだけであって、遅延蛍光ドーパントを含む第２発光物質層６６４は発光に寄与せず、第１蛍光ドーパントを含む第１発光物質層６６２で発光が起こる。
【０１４８】
一方、第１発光物質層６６２と第２発光物質層６６４は、それぞれ第１ホストと第２ホストを含むことができる。第１ホストと第２ホストは、同じであってもよく、異なってもよい。例えば、第１ホストと第２ホストは、それぞれ独立して、ｍＣＰ‐ＣＮ、ＣＢＰ、ｍＣＢＰ、ｍＣＰ、ＤＰＥＰＯ、ＰＰＴ、ＴｍＰｙＰＢ、ＰＹＤ‐２Ｃｚ、ＤＣｚＤＢＴ、ＤＣｚＴＰ、ｐＣｚＢ‐２ＣＮ、ｍＣｚＢ−２ＣＮ、ＴＰＳ０１、ＣＣＰ、４‐（３‐（トリフェニレン‐２‐イル）フェニル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン、９‐（４‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、９‐（３‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、および／または９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾールを含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１４９】
また、第２発光物質層６６４に含まれ得る遅延蛍光ドーパントは、ＤＭＡＣ‐ＴＲＺ、ＤＭＡＣ‐ＤＰＳ、ＡＣＲＳＡ、Ｃｚ‐ＶＰＮ、ＴｃＺＴｒｚ、ＤｃＺＴｒｚ、ＤＤｃｚＴｒｚ、ＣＣ２ＢＰ、ＢＤＰＣＣ‐ＴＰＴＡ、ＢＣＣ‐ＴＰＴＡ、ＤＭＯＣ‐ＤＰＳ、ＤＰＣＣ‐ＴＰＴＡ、Ｐｈｅｎ‐ＴＲＺ、Ｃａｂ‐Ｐｈ‐ＴＲＺ、４ＣｚＩＰＮ、４ＣＺＦＣＮ、２ＣｚＰＮ、１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐キサンテン］、スピロＡＣ‐ＴＲＺ、および／または前記化学式４で表されるいずれか１つのピリミジン系物質を含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１５０】
１つの例示的な実施形態において、第１発光物質層６６２と第２発光物質層６６４のそれぞれにおける第１ホストおよび第２ホストは、第１蛍光ドーパントおよび遅延蛍光ドーパントより大きな重量比を有することができる。また、第２発光物質層６６４における遅延蛍光ドーパントの重量比は、第１発光物質層６６２における第１蛍光ドーパントの重量比より大きくてもよい。それにより、第２発光物質層６６４の遅延蛍光ドーパントから、第１発光物質層６６２の第１蛍光ドーパントへの、ＦＲＥＴによるエネルギー伝達が十分に行われ得る。
【０１５１】
例えば、第１蛍光ドーパントは、第１発光物質層６６２中に１重量％ないし５０重量％、好ましくは１重量％ないし３０重量％の割引でドープ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。また、遅延蛍光ドーパントは、第２発光物質層６６４中に１０重量％ないし５０重量％、好ましくは１０重量％ないし４０重量％の割合でドープすることができる。
【０１５２】
本発明の第２実施形態により、２つの発光物質層６６２、６６４からなる発光物質層６６０におけるそれぞれの物質間のエネルギー準位関係について、図１１を参照しながら説明する。図１１に概略的に示すように、第１発光物質層６６２（ＥＭＬ１）を構成する第１ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ１）は、第１蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高い。
【０１５３】
また、第２発光物質層６６４（ＥＭＬ２）を構成する第２ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ２）および／または三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ２）は、遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）および／または三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より高い。さらに、第２発光物質層６６４（ＥＭＬ２）を構成する遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、第１発光物質層６６２（ＥＭＬ１）を構成する第１蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高い。
【０１５４】
かかる条件を満たさない場合、遅延蛍光ドーパントおよび第１蛍光ドーパントで非発光消滅が起こったり、ホストからドーパントへのエネルギー伝達が行われなかったりして、有機発光ダイオード６００の量子効率が低下し得る。
【０１５５】
このとき、第２発光物質層６６４（ＥＭＬ２）に含まれる遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）と、励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）との差は、０．３ｅＶ以下であり得る。また、第１および／もしくは第２ホストの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯＨ）と、遅延蛍光ドーパントの最高被占軌道エネルギー準位（ＨＯＭＯＴＤ）との差（│ＨＯＭＯＨ−ＨＯＭＯＴＤ│）、または第１および／もしくは第２ホストの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯＨ）と、遅延蛍光ドーパントの最低空軌道エネルギー準位（ＬＵＭＯＴＤ）との差（│ＬＵＭＯＨ−ＬＵＭＯＴＤ│）は、０．５ｅＶ以下であり得る。
【０１５６】
他の例示的な実施形態において、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第１蛍光ドーパントと共に第１発光物質層６６２を構成する第１ホストは、電子遮断層６５５の物質と同一物質であり得る。このとき、第１発光物質層６６２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１発光物質層６６２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６５５は省略してもよく、この場合、第１発光物質層６６２が、発光物質層および電子遮断層として利用される。
【０１５７】
また、他の例示的な実施形態により、第１発光物質層６６２が第２ホストおよび遅延蛍光ドーパントを含み、第２発光物質層６６４が、第１ホストおよび化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第１蛍光ドーパントを含むことができる。この場合、第２発光物質層６６４を構成する第１ホストは、正孔遮断層６７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第２発光物質層６６４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６６４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６７５は省略してもよく、この場合、第２発光物質層６６４が、発光物質層および正孔遮断層として利用される。
【０１５８】
続いて、発光物質層が３層からなる有機発光ダイオードについて説明する。図１２は、本発明の第３実施形態により、有機化合物が発光層に適用された有機発光ダイオードを概略的に示す断面図である。図１２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７００は、互いに対向する第１電極７１０および第２電極７２０と、第１電極７１０と第２電極７２０の間に位置する発光ユニットとしての発光層７３０とを備える。
【０１５９】
例示的な実施形態において、発光ユニットとしての発光層７３０は、第１電極７１０から順次積層される正孔注入層７４０、正孔輸送層７５０、発光物質層７６０、電子輸送層７７０および電子注入層７８０を含むことができる。また、発光ユニットとしての発光層７３０は、正孔輸送層７５０と発光物質層７６０の間に位置する第１励起子遮断層である電子遮断層７５５、および／または発光物質層７６０と電子輸送層７７０の間に位置する第２励起子遮断層である正孔遮断層７７５をさらに含むことができる。
【０１６０】
第１電極７１０および第２電極７２０と、発光ユニットとしての発光層７３０を構成する正孔注入層７４０、正孔輸送層７５０、電子遮断層７５５、正孔遮断層７７５、電子輸送層７７０および電子注入層７８０の構成は、前述した第１および第２実施形態で説明したものと同じである。これらに対する詳細な説明は省略する。
【０１６１】
発光物質層７６０は、正孔輸送層７５０と電子輸送層７７０との間に位置する第１発光物質層７６２と、第１発光物質層７６２と電子輸送層７７０との間に位置する第２発光物質層７６４と、第２発光物質層７６４と電子輸送層７７０との間に位置する第３発光物質層７６６とを含む。
【０１６２】
第１発光物質層７６２と第３発光物質層７６６は、それぞれ第１蛍光ドーパントと第２蛍光ドーパントを含み、第２発光物質層７６４は、遅延蛍光ドーパントを含む。例えば、第１蛍光ドーパントと第２蛍光ドーパントは、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物であり得る。また、第１ないし第３発光物質層７６２、７６４、７６６は、それぞれ第１ホストないし第３ホストをさらに含む。
【０１６３】
本実施形態によると、第２発光物質層７６４に含まれた遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーおよび三重項エネルギーは、フェルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）により、隣接した第１発光物質層７６２および第２発光物質層７６６にそれぞれ含まれた、第１蛍光ドーパントおよび第２蛍光ドーパントへ伝達され、第１蛍光ドーパントおよび第２蛍光ドーパントで最終的な発光が起こる。
【０１６４】
すなわち、逆系間交差により、第２発光物質層７６４に含まれる遅延蛍光ドーパントの三重項エネルギーが一重項エネルギーへ変換される。遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、第１および第３発光物質層７６２、７６６の第１および第２蛍光ドーパントの一重項エネルギー（Ｓ１ＦＤ１、Ｓ１ＦＤ２）より高いので、遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーが、第１および第２蛍光ドーパントの一重項エネルギーへ伝達される（図１３を参照）。
【０１６５】
第１および第３発光物質層７６２、７６６における第１および第２蛍光ドーパントは、一重項エネルギーと三重項エネルギーを全て利用し、発光することになる。そのため、有機発光ダイオード７００の量子効率が向上し、半値幅が狭くなり、色純度が向上する。また、最終的に発光する第１および第２蛍光ドーパントである、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物は、ストークスシフトが非常に狭いため、遅延蛍光ドーパントでエネルギーの伝達を効率的に受けることができる。
【０１６６】
このとき、遅延蛍光ドーパントは、エネルギーを第１および第２蛍光ドーパントへ伝達する役割をするだけであって、遅延蛍光ドーパントを含む第２発光物質層７６４は発光に寄与せず、第１および第２蛍光ドーパントを含む第１および第３発光物質層７６２、７６６で発光が起こる。
【０１６７】
一方、第１発光物質層ないし第３発光物質層７６２、７６４、７６６は、それぞれ第１ホストないし第３ホストを含むことができる。第１ホストないし第３ホストは、同じであってもよく、異なってもよい。例えば、第１ホストないし第３ホストは、それぞれ独立して、ｍＣＰ‐ＣＮ、ＣＢＰ、ｍＣＢＰ、ｍＣＰ、ＤＰＥＰＯ、ＰＰＴ、ＴｍＰｙＰＢ、ＰＹＤ‐２Ｃｚ、ＤＣｚＤＢＴ、ＤＣｚＴＰ、ｐＣｚＢ‐２ＣＮ、ｍＣｚＢ−２ＣＮ、ＴＰＳ０１、ＣＣＰ、４‐（３‐（トリフェニレン‐２‐イル）フェニル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン、９‐（４‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、９‐（３‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、および／または９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾールを含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１６８】
また、第２発光物質層７６４に含まれ得る遅延蛍光ドーパントは、ＤＭＡＣ‐ＴＲＺ、ＤＭＡＣ‐ＤＰＳ、ＡＣＲＳＡ、Ｃｚ‐ＶＰＮ、ＴｃＺＴｒｚ、ＤｃＺＴｒｚ、ＤＤｃｚＴｒｚ、ＣＣ２ＢＰ、ＢＤＰＣＣ‐ＴＰＴＡ、ＢＣＣ‐ＴＰＴＡ、ＤＭＯＣ‐ＤＰＳ、ＤＰＣＣ‐ＴＰＴＡ、Ｐｈｅｎ‐ＴＲＺ、Ｃａｂ‐Ｐｈ‐ＴＲＺ、４ＣｚＩＰＮ、４ＣＺＦＣＮ、２ＣｚＰＮ、１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐キサンテン］、スピロＡＣ‐ＴＲＺ、および／または前記化学式４で表されるいずれか１つのピリミジン系物質を含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１６９】
１つの例示的な実施形態において、第１ないし第３発光物質層７６２、７６４、７６６のそれぞれにおける第１ないし第３ホストは、蛍光ドーパントおよび遅延蛍光ドーパントより大きな重量比を有することができる。また、第２発光物質層７６４を構成する遅延蛍光ドーパントの重量比は、第１発光物質層７６２および第３発光物質層７６６をそれぞれ構成する第１蛍光ドーパントおよび第２蛍光ドーパントの重量比より大きくてもよい。それにより、第２発光物質層７６４の遅延蛍光ドーパントから、第１および第２発光物質層７６２、７６６の第１および第２蛍光ドーパントへの、ＦＲＥＴによるエネルギー伝達が十分に行われ得る。
【０１７０】
例えば、第１蛍光ドーパントと第２蛍光ドーパントは、それぞれ第１発光物質層７６２および第３発光物質層７６６中に１重量％ないし５０重量％、好ましくは１重量％ないし３０重量％の割合でドープ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。また、遅延蛍光ドーパントは、第２発光物質層７６４中に１０重量％ないし５０重量％、好ましくは１０重量％ないし４０重量％の割合でドープすることができる。
【０１７１】
本発明の第３実施形態により、３つの発光物質層７６２、７６４、７６６からなる発光物質層７６０におけるそれぞれの物質間のエネルギー準位関係について、図１３を参照しながら説明する。図１３に概略的に示すように、第１発光物質層７６２（ＥＭＬ１）を構成する第１ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ１）は、第１蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ１）より高い。また、第３発光物質層７６６（ＥＭＬ３）を構成する第３ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ３）は、第２蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ２）より高い。
【０１７２】
また、第２発光物質層７６４（ＥＭＬ２）を構成する第２ホストの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１Ｈ２）および／または三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ２）は、それぞれ遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）および／または三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より高い。そして、第１および第３発光物質層（ＥＭＬ１、ＥＭＬ３）をそれぞれ構成する第１および第３ホストの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１Ｈ１、Ｔ１Ｈ３）は、遅延蛍光ドーパントの励起三重項エネルギー準位（Ｔ１ＴＤ）より高い。さらに、遅延蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、第１および第２蛍光ドーパントの励起一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ）より高い。
【０１７３】
他の例示的な実施形態において、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第１蛍光ドーパントと共に第１発光物質層７６２を構成する第１ホストは、電子遮断層７５５の物質と同一物質であり得る。このとき、第１発光物質層７６２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１発光物質層７６２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７５５は省略してもよく、この場合、第１発光物質層７６２が、発光物質層および電子遮断層として利用される。
【０１７４】
一方、第２蛍光ドーパントと共に第３発光物質層７６６を構成する第３ホストは、正孔遮断層７７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第３発光物質層７６６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３発光物質層７６６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７７５は省略してもよく、この場合、第３発光物質層７６６が、発光物質層および正孔遮断層として利用される。
【０１７５】
他の例示的な実施形態において、第１発光物質層７６２を構成する第１ホストは、電子遮断層７５５の物質と同一物質であり、第３発光物質層７６６を構成する第３ホストは、正孔遮断層７７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第１発光物質層７６２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７６６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１発光物質層７６２および第３発光物質層７６６は、それぞれ電子を遮断するためのバッファー層として、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７５５および正孔遮断層７７５は、省略してもよく、この場合、第１発光物質層７６２は発光物質層および電子遮断層として、第３発光物質層７６６は発光物質層および正孔遮断層として利用される。
【０１７６】
一方、前述した実施形態では、単一発光ユニットからなる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。これについて説明する。図１４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。
【０１７７】
図１４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８００は、互いに対向する第１電極８１０および第２電極８２０と、第１電極８１０と第２電極８２０の間に位置する第１発光ユニット８３０と、第１発光ユニット８３０と第２電極８２０の間に位置する第２発光ユニット９３０と、第１発光ユニット８３０と第２発光ユニット９３０の間に位置する電荷生成層１０００とを備える。
【０１７８】
第１電極８１０は、陽極であり得る。また、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８１０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＩＣＯおよび／またはＡＺＯからなり得る。第２電極８２０は、陰極であり得る。また、仕事関数値が比較的に小さい導電性物質、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、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。
【０１７９】
第１発光ユニット８３０は、正孔注入層８４０と、第１正孔輸送層（下部の正孔輸送層）８５０、下部の発光物質層８６０および第１電子輸送層（下部の電子輸送層）８７０を含む。必要によって、第１発光ユニット８３０は、第１正孔輸送層８５０と下部の発光物質層８６０との間に位置する第１電子遮断層（下部の電子遮断層）８５５および／または下部の発光物質層８６０と第１電子輸送層８７０との間に位置する第１正孔遮断層（下部の正孔遮断層）８７５をさらに含むことができる。
【０１８０】
第２発光ユニット９３０は、第２正孔輸送層（上部の正孔輸送層）９５０と、上部の発光物質層９６０、第２電子輸送層（上部の電子輸送層）９７０および電子注入層９８０を含む。必要によって、第２発光ユニット９３０は、第２正孔輸送層９５０と上部の発光物質層９６０との間に位置する第２電子遮断層（上部の電子遮断層）９５５および／または上部の発光物質層９６０と第２電子輸送層９７０との間に位置する第２正孔遮断層（上部の正孔遮断層）９７５をさらに含むことができる。
【０１８１】
このとき、下部の発光物質層８６０および上部の発光物質層９６０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。一例に、下部の発光物質層８６０および上部の発光物質層９６０は、全て青色（Ｂ）に発光することができる。選択的な実施形態において、下部の発光物質層８６０および上部の発光物質層９６０のうち、いずれか一方は青色（Ｂ）発光を具現化し、他方は、これより長波長である緑色（Ｇ）、黄緑色（ＹＧ）、黄色（Ｙ）および／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８６０が青色の発光を具現化し、上部の発光物質層９６０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。
【０１８２】
正孔注入層８４０は、第１電極８１０と第１正孔輸送層８５０の間に位置し、無機物である第１電極８１０と有機物である第１正孔輸送層８５０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８４０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選択されるいずれか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８００の特性により、正孔注入層８４０は省略してもよい。
【０１８３】
第１および第２正孔輸送層８５０、９５０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。
【０１８４】
第１電子輸送層８７０と第２電子輸送層９７０は、それぞれ第１発光ユニット８３０と第２発光ユニット９３０における電子輸送をスムーズにさせる。一例に、第１および第２電子輸送層８７０、９７０は、それぞれ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。
【０１８５】
例えば、第１および第２電子輸送層８７０、９７０は、それぞれＡｌｑ３、ＰＢＤ、スピロ-ＰＢＤ、Ｌｉｑ、ＴＰＢｉ、ＢＡｌｑ、Ｂｐｈｅｎ、ＮＢｐｈｅｎ、ＢＣＰ、ＴＡＺ、ＮＴＡＺ、ＴｐＰｙＰＢ、ＴｍＰＰＰｙＴｚ、ＰＦＮＢｒ、および／またはＴＰＱ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。
【０１８６】
電子注入層９８０は、第２電極８２０と第２電子輸送層９７０との間に位置するが、第２電極９２０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９８０の素材には、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＮａＦ、ＢａＦ２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。
【０１８７】
また、第１および第２電子遮断層８５５、９５５は、それぞれ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、ＴＤＡＰＢおよび／または前記化学式５で表されるトリカルバゾール系化合物から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。
【０１８８】
第１および第２正孔遮断層８７５、９７５は、それぞれ第１および第２電子輸送層８７０、９７０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８７５、９７５は、それぞれＢＣＰ、ＢＡｌｑ、Ａｌｑ３、ＰＢＤ、スピロ‐ＰＢＤ、Ｌｉｑ、Ｂ３ＰＹＭＰＭ、ＤＰＥＰＯ、９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール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。
【０１８９】
上部の発光物質層９６０が緑色（Ｇ）の発光物質層である場合、上部の発光物質層９６０は、ＣＢＰなどのホストとイリジウム系のドーパント（例えば、ｄｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、ｏｐ２Ｉｒ（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９６０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９６０における発光波長は、５１０ｎｍないし５７０ｎｍであり得る。
【０１９０】
上部の発光物質層９６０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９６０が黄色の発光物質層である場合、黄色の発光物質層は、ＣＢＰ、またはビス‐（２‐メチル‐８‐キノリノラト）‐４‐（フェニルフェノラト）アルミニウム；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９６０における発光波長は、５１０ｎｍないし５９０ｎｍの範囲であり得る。
【０１９１】
選択的な実施形態において、上部の発光物質層９６０は、２つの発光物質層、一例に黄緑色の発光物質層と赤色の発光物質層からなり得る。例えば、上部の発光物質層９６０が黄緑色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。上部の発光物質層９６０が、黄緑色の発光物質層の単層構造である場合、上部の発光物質層９６０は、ＣＢＰまたはＢＡｌｑから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が、これに限定されるものではない。
【０１９２】
電荷生成層１０００（Ｃｈａｒｇｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ；ＣＧＬ）は、第１発光ユニット８３０と第２発光ユニット９３０の間に位置し、第１発光ユニット８３０に隣接して位置するＮ型電荷生成層１０１０（Ｎ‐ＣＧＬ）と、第２発光ユニット９３０に隣接して位置するＰ型電荷生成層１０２０（Ｐ‐ＣＧＬ）を含む。Ｎ型電荷生成層１０１０は第１発光ユニット８３０へ電子を注入し、Ｐ型電荷生成層１０２０は第２発光ユニット９３０へ正孔を注入する。
【０１９３】
Ｎ型電荷生成層１０１０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１０１０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重量％ないし３０重量％でドープすることができる。
【０１９４】
一方、Ｐ型電荷生成層１０２０は、タングステン酸化物（ＷＯＸ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯＸ）、ベリリウム酸化物（Ｂｅ２Ｏ３）、バナジウム酸化物（Ｖ２０５）、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、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラナフタレニル‐ベンジジン；ＴＮＢ、ＴＣＴＡ、Ｎ，Ｎ’‐ジオクチル‐３，４，９，１０‐ペリレンジカルボキシイミド；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。
【０１９５】
下部の発光物質層８６０は、第１正孔輸送層８５０と第１電子輸送層８７０の間に順次位置する第１ないし第３発光物質層８６２、８６４、８６６を含む。第１発光物質層８６２と第３発光物質層８６６は、それぞれ第１蛍光ドーパントと第２蛍光ドーパントを含み、第２発光物質層８６４は遅延蛍光ドーパントを含む。例えば、第１蛍光ドーパントと第２蛍光ドーパントは、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物であり得る。第１ないし第３発光物質層８６２、８６４、８６６は、また第１ないし第３ホストをさらに含む。
【０１９６】
この場合、前述した第３実施形態と類似して、第２発光物質層８６４に含まれた遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーおよび三重項エネルギーは、フェルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）により、隣接した第１発光物質層８６２および第３発光物質層８６６にそれぞれ含まれた、第１蛍光ドーパントおよび第２蛍光ドーパントへ伝達され、第１蛍光ドーパントおよび第２蛍光ドーパントで最終的な発光が起こり得る。
【０１９７】
すなわち、逆系間交差により、第２発光物質層８６４に含まれる遅延蛍光ドーパントの三重項エネルギーが一重項エネルギーへ変換される。遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＴＤ）は、第１および第３発光物質層８６２、８６６の第１および第２蛍光ドーパントの一重項エネルギー準位（Ｓ１ＦＤ１、Ｓ１ＦＤ２）より高いので、遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーが、第１および第２蛍光ドーパントの一重項エネルギーへ伝達される（図１３を参照）。
【０１９８】
第１および第３発光物質層８６２、８６６における第１および第２蛍光ドーパントは、一重項エネルギーと三重項エネルギーを全て利用し、発光することになる。そのため、有機発光ダイオード８００の量子効率が向上し、半値幅が狭くなり、色純度が向上する。また、最終的に発光する第１および第２蛍光ドーパントである、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物は、ストークスシフトが非常に狭いため、遅延蛍光ドーパントでエネルギーの伝達を効率的に受けることができる。
【０１９９】
一方、第１発光物質層ないし第３発光物質層８６２、８６４、８６６は、それぞれ第１ホストないし第３ホストを含むことができる。第１ホストないし第３ホストは、同じであってもよく、異なってもよい。例えば、第１ホストないし第３ホストは、それぞれ独立して、ｍＣＰ‐ＣＮ、ＣＢＰ、ｍＣＢＰ、ｍＣＰ、ＤＰＥＰＯ、ＰＰＴ、ＴｍＰｙＰＢ、ＰＹＤ‐２Ｃｚ、ＤＣｚＤＢＴ、ＤＣｚＴＰ、ｐＣｚＢ‐２ＣＮ、ｍＣｚＢ−２ＣＮ、ＴＰＳ０１、ＣＣＰ、４‐（３‐（トリフェニレン‐２‐イル）フェニル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン、９‐（４‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、９‐（３‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、および／または９‐（６‐（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ピリジン‐３‐イル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾールを含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０２００】
また、第２発光物質層８６４に含まれ得る遅延蛍光ドーパントは、ＤＭＡＣ‐ＴＲＺ、ＤＭＡＣ‐ＤＰＳ、ＡＣＲＳＡ、Ｃｚ‐ＶＰＮ、ＴｃＺＴｒｚ、ＤｃＺＴｒｚ、ＤＤｃｚＴｒｚ、ＣＣ２ＢＰ、ＢＤＰＣＣ‐ＴＰＴＡ、ＢＣＣ‐ＴＰＴＡ、ＤＭＯＣ‐ＤＰＳ、ＤＰＣＣ‐ＴＰＴＡ、Ｐｈｅｎ‐ＴＲＺ、Ｃａｂ‐Ｐｈ‐ＴＲＺ、４ＣｚＩＰＮ、４ＣＺＦＣＮ、２ＣｚＰＮ、１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐キサンテン］、スピロＡＣ‐ＴＲＺ、および／または前記化学式４で表されるいずれか１つのピリミジン系物質を含むが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０２０１】
この場合、発光物質層８６０を構成する第１ないし第３ホストと、遅延蛍光ドーパントと、第１および第２蛍光ドーパントのエネルギー準位関係は、図１３で説明したものと同じであり得る。
【０２０２】
１つの例示的な実施形態において、第１ないし第３発光物質層８６２、８６４、８６６のそれぞれにおける第１ないし第３ホストは、蛍光ドーパントおよび遅延蛍光ドーパントより大きな重量比を有することができる。また、第２発光物質層８６４を構成する遅延蛍光ドーパントの重量比は、第１発光物質層８６２および第３発光物質層８６６をそれぞれ構成する第１蛍光ドーパントおよび第２蛍光ドーパントの重量比より大きくてもよい。それにより、第２発光物質層８６４の遅延蛍光ドーパントから、第１および第２発光物質層８６２、８６６の第１および第２蛍光ドーパントへの、ＦＲＥＴによるエネルギー伝達が十分に行われ得る。
【０２０３】
他の例示的な実施形態において、化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第１蛍光ドーパントと共に第１発光物質層８６２を構成する第１ホストは、第１電子遮断層８５５の物質と同一物質であり得る。このとき、第１発光物質層８６２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１発光物質層８６２は、電子を遮断するためのバッファー層として働く。一方、第１電子遮断層８５５は省略してもよく、この場合、第１発光物質層８６２が、発光物質層および第１電子遮断層として利用される。
【０２０４】
一方、第２蛍光ドーパントと共に第３発光物質層８６６を構成する第３ホストは、第１正孔遮断層８７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第３発光物質層８６６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３発光物質層８６６は、正孔を遮断するためのバッファー層として働く。一方、第１正孔遮断層８７５は省略してもよく、この場合、第３発光物質層８６６が、発光物質層および第１正孔遮断層として利用される。
【０２０５】
他の例示的な実施形態において、第１発光物質層８６２を構成する第１ホストは、第１電子遮断層８５５の物質と同一物質であり、第３発光物質層８６６を構成する第３ホストは、第１正孔遮断層８７５の物質と同一物質であり得る。このとき、第１発光物質層８６２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８６６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１発光物質層８６２および第３発光物質層８６６は、それぞれ電子を遮断するためのバッファー層として、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８５５および第１正孔遮断層８７５は、省略してもよく、この場合、第１発光物質層８６２は発光物質層および電子遮断層として、第３発光物質層８６６は発光物質層および正孔遮断層として利用される。
【０２０６】
一方、図１４では、下部の発光物質層８６０が３つの発光物質層８６２、８６４、８６６からなる場合を例示している。しかしながら、下部の発光物質層８６０は、第１ホスト、および化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第１蛍光ドーパントからなるか、或いは第１ホスト、遅延蛍光物質である第１ドーパント、および化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第２ドーパントからなる、単層の発光物質層であってもよい（図３を参照）。さらに、下部の発光物質層８６０は、第１ホストおよび化学式１ないし化学式３で表される有機化合物である第１蛍光ドーパントからなる第１発光物質層と、第２ホストおよび遅延蛍光ドーパントからなる第２発光物質層との２層であってもよい（図１０を参照）。
【０２０７】
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。
【０２０８】
合成例１：化合物５の合成
（１）中間体５Ａ：［２‐（７，１２‐ジフェニルベンゾ［ｋ］フルオランテン‐３‐イル）‐４，４，５，５‐テトラメチル‐１，３，２‐ジオキサボロラン］の合成
［式１‐１］
2020090485.tif 000014
【０２０９】
１０００ｍｌの丸底フラスコに、３‐ブロモ‐７，１２‐ジフェニルベンゾ［ｋ］フルオランテン（３０．０ｇ、６２．１ｍｍｏｌ）、ビス（ピナコラート）ジボロン（３１．５ｇ、１２４．１ｍｍｏｌ）、ＫＯＡｃ（酢酸カリウム、１８．３ｇ、１８６．２ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＯＡｃ）２（酢酸パラジウム（II）、０．５６ｇ、２．５ｍｍｏｌ）、Ｘｐｈｏｓ（２‐ジシクロヘキシルホスフィノ‐２’，４’，６’‐トリイソプロピルビフェニル、４．７ｇ、１０．０ｍｍｏｌ）、ジオキサン（５００ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、１１０℃で１２時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体５Ａ（２４．３ｇ、歩留まり：７４％）を得た。
【０２１０】
（２）中間体５Ｂ：［３-（２-ニトロフェニル）-７，１２-ジフェニルベンゾ［ｋ］フルオランテン］の合成
［式１‐２］
2020090485.tif 000015
【０２１１】
１０００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ａ（２２．０ｇ、４１．５ｍｍｏｌ）、１‐ブロモ‐２‐ニトロベンゼン（９．２ｇ、４５．６ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（１４．３ｇ、１０３．７ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４（テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）、２．４ｇ、２．１ｍｍｏｌ）、トルエン（３００ｍｌ）、エタノール（１００ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、１００℃で１０時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体５Ｂ（１９．８ｇ、歩留まり：９１％）を得た。
【０２１２】
（３）中間体５Ｃ：［１０，１５-ジフェニル-８Ｈ-ベンゾ［６，７］フルオレノ［９，１-ｂｃ］カルバゾール］の合成
［式１‐３］
2020090485.tif 000016
【０２１３】
５００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ｂ（１９．０ｇ、３６．２ｍｍｏｌ）、トリフェニルホスフィン（２３．７ｇ、９０．４ｍｍｏｌ）、１，２-ジクロロベンゼン（２００ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、１７０℃で１２時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体５Ｃ（１３．５ｇ、歩留まり：７６％）を得た。
【０２１４】
（４）中間体５Ｄ：［８，１０，１５-トリフェニル-８Ｈ-ベンゾ［６，７］フルオレノ［９，１-ｂｃ］カルバゾール］の合成
［式１‐４］
2020090485.tif 000017
【０２１５】
５００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ｃ（１３．０ｇ、２６．３ｍｍｏｌ）、ＴＨＦ（３００ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、水素化ナトリウム（２．１ｇ、６０重量％でパラフィンに溶けている、５２．７ｍｍｏｌ）を入れて常温で３０分間攪拌した。フルオロベンゼン（３．８ｇ、３９．５ｍｍｏｌ）を入れた後、常温で２４時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体５Ｄ（１２．２ｇ、歩留まり：８１％）を得た。
【０２１６】
（５）中間体５Ｅ：［５-ブロモ-８，１０，１５-トリフェニル-８Ｈ-ベンゾ［６，７］フルオレノ［９，１-ｂｃ］カルバゾール］の合成
［式１‐５］
2020090485.tif 000018
【０２１７】
５００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ｄ（１２．０ｇ、２１．１ｍｍｏｌ）、Ｎ-ブロモスクシンイミド（３．８ｇ、２１．１ｍｍｏｌ）、トルエン（２００ｍｌ）、酢酸エチル（１００ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、常温で２４時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体５Ｅ（１２．２ｇ、歩留まり：８９％）を得た。
【０２１８】
（６）化合物５の合成
［式１‐６］
2020090485.tif 000019
【０２１９】
５００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ｅ（２．０ｇ、３．１ｍｍｏｌ）、（４-（ｔｅｒｔ-ブチル）フェニル）ボロン酸（０．６ｇ、３．４ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（１．７ｇ、１２．３ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４（０．３６ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）、トルエン（１００ｍｌ）、水（２０ｍｌ）、ＴＨＦ（１０ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、１００℃で１２時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物５（１．７ｇ、歩留まり：７８％）を得た。
【０２２０】
合成例２：化合物７［５-（６-メチルピリジン-３-イル）８，１０，１５-トリフェニル-８Ｈ-ベンゾ［６，７］フルオレノ［９，１］-ｂｃ］カルバゾール］の合成
［式２］
2020090485.tif 000020
【０２２１】
５００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ｅ（２．０ｇ、３．１ｍｍｏｌ）、（６-メチルピリジン-３-イル）ボロン酸（０．４６ｇ、３．４ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（１．７ｇ、１２．３ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４（０．３６ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）、トルエン（１００ｍｌ）、水（２０ｍｌ）、ＴＨＦ（１０ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、１００℃で１２時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物７（１．４ｇ、歩留まり：６９％）を得た。
【０２２２】
合成例３：化合物１２［５-（ナフタレン-２-イル）８，１０，１５-トリフェニル-８Ｈ-ベンゾ［６，７］フルオレノ［９，１］-ｂｃ］カルバゾール］の合成
［式３］
2020090485.tif 000021
【０２２３】
５００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ｅ（２．０ｇ、３．１ｍｍｏｌ）、（ナフタレン-２-イル）ボロン酸（０．５８ｇ、３．４ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（１．７ｇ、１２．３ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４（０．３６ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）、トルエン（１００ｍｌ）、水（２０ｍｌ）、ＴＨＦ（１０ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、１００℃で１２時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物１２（１．６ｇ、歩留まり：７５％）を得た。
【０２２４】
合成例４：化合物１６［５-（９，１０-ジフェニルアントラセン-２-イル）８，１０，１５-トリフェニル-８Ｈ-ベンゾ［６，７］フルオレノ［９，１］-ｂｃ］カルバゾール］の合成
［式４］
2020090485.tif 000022
【０２２５】
５００ｍｌの丸底フラスコに、中間体５Ｅ（２．０ｇ、３．１ｍｍｏｌ）、（９，１０-ジフェニルアントラセン-２-イル）ボロン酸（１．３ｇ、３．４ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（１．７ｇ、１２．３ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４（０．３６ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）、トルエン（１００ｍｌ）、水（２０ｍｌ）、ＴＨＦ（１０ｍｌ）を入れ、窒素でパージした後、１００℃で１２時間攪拌した。反応終了後、ジクロロメタンと蒸留水で有機層を抽出し、溶媒は減圧蒸留を用いて除去した。粗生成物を、ヘキサン：ジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物１６（２．１ｇ、歩留まり：７６％）を得た。
【０２２６】
実験例１：有機化合物の発光特性の測定
合成例１ないし合成例４でそれぞれ合成した化合物５、化合物７、化合物１２、化合物１６に対する光学的特性を評価するため、これら化合物の最大吸収波長（Ａｂｓ．λｍａｘ）、最大発光波長（ＰＬ λｍａｘ）、ストークスシフト、半値幅（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ；ＦＷＨＭ）およびＨＯＭＯエネルギー準位を測定した。比較のため、下記に表したベンゾフルオランテンコアを持つ比較化合物１およびピレンコアを持つ比較化合物２に対する発光学的特性も評価した。光学的特性を評価するため、それぞれの化合物をトルエンに溶解させた液状で測定した。さらに、ホストとして用いられる９-（６-（９Ｈ-カルバゾール-９-イル）ピリジン-３-イル）-９Ｈ-３，９’-ビカルバゾールと、化学式４で表した遅延蛍光物質（ＴＤ１、ＴＤ２）を、それぞれ７０：３０重量比でドープし、薄膜に製造した状態でＰＬ波長および半値幅を測定した。
【０２２７】
＜比較化合物＞
2020090485.tif 000023
【０２２８】
本実験例に係る測定結果を下記の表１に示す。表１に示すように、ベンゾフルオランテンコアを持つ比較化合物１と、ピレンコアを持つ比較化合物２は、合成例で合成した化合物と最大発光波長が類似している。しかしながら、比較例の化合物は、ストークスシフトが非常に大きくて、遅延蛍光物質の最大発光波長と比べ、最大吸収波長が相当短波長の方へ傾いたことが確認できた。したがって、比較例の化合物の最大吸収波長と遅延蛍光物質の最大発光波長との重畳領域は、非常に小さいことが分かる。
【０２２９】
一方、化合物５、７、１２、１６は、全てストークスシフトが減少して、これら化合物の最大吸収波長と遅延蛍光物質の最大発光波長との重畳領域が大きく増加し、色純度が優れた青色発光を具現化するに適合することが確認できた。
【表１】
2020090485.tif 000024
【０２３０】
実施例１：発光ダイオードの製作
合成例１で合成した化合物５を発光物質層のドーパントとして適用した有機発光ダイオードを製作した。ＩＴＯ基板は、使用する前にＵＶオゾンで洗浄した後、蒸発システムに積載した。基板の上部に有機物層を蒸着するため、真空蒸着チャンバー内へ基板を移送した。約１０‐６Ｔｏｒｒの真空状態下、加熱ボートから蒸発させ、次のように順次蒸着した。
【０２３１】
陰極（ＩＴＯ、５００Å）、正孔注入層（ＨＡＴ‐ＣＮ、５０Å）、正孔輸送層（ＮＰＢ、５００Å）、電子遮断層（化学式５のトリカルバゾール系物質、１００Å）、発光物質層（ホストの９‐（６‐（９Ｈ-カルバゾール-９‐イル）ピリジン-３-イル）-９Ｈ-３，９’-ビカルバゾール：遅延蛍光物質の化学式４のＴＤ１：蛍光物質の化合物５＝７０重量％：２９重量％：１重量％、２５０Å）、正孔遮断層（９‐（６‐（９Ｈ-カルバゾール-９‐イル）ピリジン-３-イル）９Ｈ-３，９’-ビカルバゾール、１００Å）、電子輸送層（ＴＰＢｉ、２５０Å）、電子注入層（ＬｉＦ、８Å）、陽極（Ａｌ、１０００Å）。
【０２３２】
陽極、有機ユニットおよび陰極を蒸着した後、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硬化エポキシおよび水分ゲッターを用いてカプセル化した。
【０２３３】
実施例２ないし実施例４：発光ダイオードの製作
発光物質層の蛍光物質として、化合物５に代わり、合成例２で合成した化合物７（実施例２）、合成例３で合成した化合物１２（実施例３）、合成例４で合成した化合物１６（実施例４）を、それぞれ用いた点を除き、実施例１の手順を繰り返して発光ダイオードを製作した。
【０２３４】
実施例５ないし実施例６：発光ダイオードの製作
発光物質層の遅延蛍光物質として、ＴＤ１に代わってＴＤ２（実施例５）を、発光物質層の遅延蛍光物質および蛍光物質として、ＴＤ１および化合物５に代わってそれぞれＴＤ２および化合物１６（実施例６）を用いた点を除き、実施例１の手順を繰り返して発光ダイオードを製作した。
【０２３５】
比較例１ないし比較例３：発光ダイオードの製作
発光物質層の蛍光物質として、化合物５に代わって比較化合物１（比較例１）と比較化合物２（比較例２）を、発光物質層の遅延蛍光物質および蛍光物質として、ＴＤ１および化合物５に代わってそれぞれＴＤ２および比較化合物１（比較例３）を用いた点を除き、実施例１の手順を繰り返して発光ダイオードを製作した。
【０２３６】
実験例２：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６、および比較例１ないし比較例３でそれぞれ製作された有機発光ダイオードを対象に物性を測定した。９ｍｍ２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、室温で素子の特性を評価した。１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度下で測定したそれぞれの発光ダイオードの駆動電圧（Ｖ）、電流効率（ｃｄ／Ａ）、電力効率（ｌｍ／Ｗ）、ＣＩＥ色座標、電界発光（ＥＬ）、最大発光波長（ＥＬ  λｍａｘ、ｎｍ）、半値幅（ＦＷＨＭ）、最大外部量子効率（ＥＱＥ、％）を、下記の表２に示す。
【表２】
2020090485.tif 000025
【０２３７】
表２に示すように、最大吸収波長（Ａｂｓ．λｍａｘ）が４３０ｎｍ以下の短波長を持つ比較例の化合物を、発光物質層の蛍光ドーパントとして用いた場合、遅延蛍光物質の発光波長から蛍光物質の吸収波長へのエネルギー遷移効率が低いため、発光効率が低かった。具体的に説明すると、比較例によってベンゾフルオランテン系、またはピレン系の蛍光物質をドーパントとして用いた場合に比べ、本発明によって合成した有機化合物を発光物質層のドーパントとして用いると、駆動電圧は、最大１３．６％減少し、電流効率と電力効率、ＥＱＥは、それぞれ最大１０８．８％、１０８．０％、１５６．４％増加した。さらに、比較例で用いた蛍光物質をドーパントとして用いた場合に比べ、本発明によって合成された有機化合物をドーパントとして用いると、ディープな青色を具現化することができ、半値幅が減少して色純度が向上したことが確認できた。
【０２３８】
すなわち、本発明の有機化合物を発光ユニットに適用して発光効率を向上させることができ、色純度が優れたディープな青色に発光する超蛍光を具現化する有機発光ダイオードを製作することができる。したがって、本発明の有機化合物が適用された有機発光ダイオードを利用し、有機発光ダイオード表示装置、および／または照明装置などに活用することができる。
【０２３９】
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】
【０２４０】
１００…有機発光ダイオード表示装置、２００、４００、５００、６００、７００、８００…有機発光ダイオード、２１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０…第１電極、２２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０…第２電極、２３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０、９３０…発光ユニット、３００…有機発光照明装置、５４０、６４０、７４０、８４０…正孔注入層、５５０、６５０、７５０、８５０、９５０…正孔輸送層、５５５、６５５、７５５、８５５、９５５…電子遮断層、５６０、６６０、７６０、８６０、９６０…発光物質層、５７５、６７５、７７５、８７５、９７５…正孔遮断層、５７０、６７０、７７０、８７０、９７０…電子輸送層、５８０、６８０、７８０、９８０…電子注入層、６６２、７６２、８６２…第１発光物質層、６６４、７６４、８６４…第２発光物質層、７６６、８６６…第３発光物質層
【図１】
2020090485.tif 000035
【図２】
2020090485.tif 000036
【図３】
2020090485.tif 000037
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020090485.tif 000044
【図１１】
2020090485.tif 000045
【図１２】
2020090485.tif 000046
【図１３】
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【図１４】
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