(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
前記陽極上に形成され、ホスト及びドーパントを含む発光層と、
前記発光層上に形成された電子輸送層と、
前記電子輸送層上に形成された陰極と、を有し、
前記陽極の仕事関数（work  function)と発光層のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ未満であり、
前記発光層のＬＵＭＯエネルギーレベルと電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ未満であり、
前記ホストは、下記化学式４で表される化合物であることを特徴とする、青色燐光有機発光素子。
［化学式４］
【化１】
0005760281.tif 000006
（化学式４中、ＭはＳｉ又はＧｅであり、Ｒ１１〜Ｒ１７はアルキル基である。）
【請求項２】
前記陽極の仕事関数と発光層のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差が０．１〜０．９ｅＶであることを特徴とする、請求項１に記載の青色燐光有機発光素子。
【請求項３】
前記陽極の仕事関数が５．８〜６．８ｅＶであることを特徴とする、請求項１に記載の青色燐光有機発光素子。
【請求項４】
前記陽極はタングステンオキシド（ＷＯ３)を含有することを特徴とする、請求項１に記載の青色燐光有機発光素子。
【請求項５】
前記発光層のＬＵＭＯエネルギーレベルと電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差が０．１〜０．９ｅＶであることを特徴とする、請求項１に記載の青色燐光有機発光素子。
【請求項６】
前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルが２．９〜３．１ｅＶであることを特徴とする、請求項１に記載の青色燐光有機発光素子。
【請求項７】
前記発光層は、
陽極上に形成されたホスト薄膜層と、
前記ホスト薄膜層上に形成され、ホスト及びドーパントを含む燐光物質層と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の青色燐光有機発光素子。
【請求項８】
前記電子輸送層は、下記化学式１及び化学式２で表される化合物から選択される１つ以上を含むことを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の青色燐光有機発光素子。
［化学式１］
【化２】
0005760281.tif 000007
［化学式２］
【化３】
0005760281.tif 000008
（化学式１及び２中、Ｒ’及びＲ”は、それぞれ独立して、水素、脂肪族化合物、及び芳香族化合物から選択される。）
【請求項９】
前記化学式１及び２のＲ’及びＲ”は、それぞれ独立して、アルキル基又はフェニル基であることを特徴とする、請求項８に記載の青色燐光有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小積層構造の青色燐光有機発光素子に関する。より詳細には、青色素子として優れた特性を有しながらも、最小積層構造を有するため製造工程が単純であるとともに、厚さが薄くてフレキシブルディスプレイ（flexible  display）などに有用に用いられることができる、最小積層構造の青色燐光有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
２１世紀に入って、情報の正確性だけでなく、迅速性が重要な要素となっており、多様な産業分野のうち、情報ディスプレイ分野が非常に重要な分野として大きい割合を占めている。ディスプレイは、従来のＣＲＴディスプレイから、携帯が可能な平板ディスプレイのＬＣＤへ移行してきて、現在最も多く用いられている。しかし、ＬＣＤは受光素子であるため、明るさ、明暗、視野角、大面積化等において技術的限界がある。そのため、上記のような欠点を克服できる新しい素子の開発が要求されており、その一つが有機発光素子（Organic  Light  Emitting  Device；ＯＬＥＤ）である。
【０００３】
次世代ディスプレイとして脚光を浴びている有機発光素子（ＯＬＥＤ）は、電気、電子、材料、化学、物理、光学などの多くの分野にわたって、学問的、産業的研究が活発に行われている。このような研究の成果として、パッシブマトリックス（Passive  Matrix；ＰＭ）方式の有機発光素子（ＯＬＥＤ）が携帯電話の外部ウィンドウに用いられるなど、一部の電子機器に導入されたことがある。最近は、アクティブマトリクス（Active  Matrix、ＡＭ）方式の有機発光素子（ＯＬＥＤ）をＰＤＡ、携帯電話、ゲーム機などのモバイルディスプレイに適用するための研究及び事業化が進んでいる。
【０００４】
また、近年、蛍光物質だけでなく、燐光物質も有機発光素子（ＯＬＥＤ）に使用できることが知られており、これに関する研究が行われつつある。燐光発光は、基底状態から励起状態に電子が転移した後、系間交差（intersystem  crossing）により単一項励起子が三重項励起子に非発光転移された後、三重項励起子が基底状態に転移しながら発光するメカニズム（mechanism）によりなされる。このような燐光発光は、三重項励起子の転移時に、直接基底状態に転移することができないため、電子スピンのフリッピングが行われた後に基底状態に転移される過程を経る。そのため、燐光発光は蛍光発光より寿命（発光時間）が長いという特性を有する。即ち、蛍光発光の発光持続時間は数ナノ秒（several  nano  seconds）にすぎないが、燐光発光の発光持続時間は相対的に長い数マイクロ秒（several  micro  seconds）である。
【０００５】
通常、燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は多層構造を有する。図１は従来技術による通常の燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）の積層構造を示したものである。図１を参照すれば、燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は、ＩＴＯ透明電極からなる陽極（anode）と、前記陽極上に形成された正孔注入層（hole  injection  layer；ＨＩＬ）と、前記正孔注入層（ＨＩＬ）上に形成された正孔輸送層（hole  transport  layer；ＨＴＬ）と、前記正孔輸送層（ＨＴＬ）上に形成された発光層（emitting  layer；ＥＭＬ）と、前記発光層（ＥＭＬ）上に形成された正孔遮断層（hole  blocking  layer；ＨＢＬ）と、前記正孔遮断層（ＨＢＬ）上に形成された電子輸送層（electron  transport  layer；ＥＴＬ）と、前記電子輸送層（ＥＴＬ）上に形成された電子注入層（electron  injection  layer；ＥＩＬ）と、前記電子注入層（ＥＩＬ）上に形成された陰極（cathode）と、を含む積層構造を有し、これらが蒸着などの方法により基板上に順に積層形成される。そして、前記発光層（ＥＭＬ）は、電荷輸送物質としてのホスト（Host）及び燐光物質としてのドーパント（Dopant）を含む。
【０００６】
上記の構造を有する燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）に電圧が加えられると、陽極から正孔が注入され、陰極から電子が注入されて、注入された正孔と電子は、それぞれ正孔輸送層（ＨＴＬ）と電子輸送層（ＥＴＬ）を経て発光層（ＥＭＬ）で再結合（recombination）されて、発光励起子（excitons）を形成する。そして、形成された発光励起子（excitons）は、基底状態（ground  states）に転移しながら光を放出する。
【０００７】
燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は、ホストの選定が発光効率に直接的な影響を与える。燐光物質の発光は三重項から起こるため、ホストの三重項エネルギー（ＥＴ；Triplet  Energy）がドーパントの三重項エネルギー（ＥＴ）より大きいほど、ホストからドーパントへの三重項エネルギー（ＥＴ）の転移が効果的に起こることができる。また、一般に、三重項エネルギー（ＥＴ）が一重項エネルギーに比べ１ｅＶ程度低いため、蛍光物質に比べＨＯＭＯ（highest  occupied  molecular  orbital）とＬＵＭＯ（lowest  unoccupied  molecular  orbital）との間の間隔が大きい物質がホスト物質として好ましい。即ち、ホストの三重項エネルギーがドーパントの三重項エネルギーより低いと、吸熱エネルギー転移を用いるため、外部発光効率が低くなるが、ホストの三重項エネルギーがドーパントの三重項エネルギー（ＥＴ）より高いと、発熱エネルギー転移を用いるため、高い発光効率を示すことになる。したがって、発光効率を高めるためには、ホストの三重項エネルギー（ＥＴ）が高くなければならない。また、ホストは、優れた電荷移動度などの電気的特性及び熱的安定性を有しなければならない。
【０００８】
また、ホストのエネルギーレベルが高すぎる場合には、発光層（ＥＭＬ）と正孔輸送層（ＨＴＬ）との間に大きいエネルギー障壁が発生して、駆動電圧が増加し、発光効率を高めるに困難をきたす。従来に正孔輸送層（ＨＴＬ）として多く使用されていたＮＰＢのＨＯＭＯエネルギーレベルは５．４ｅＶであり、発光層（ＥＭＬ）のホストとして多く使用されるＣＢＰ、ＢＡｌｑ、ＴＡＺなどのＨＯＭＯエネルギーレベルは略６．０〜６．８ｅＶ程度である。この場合、ＨＯＭＯエネルギーレベル差が約０．６ｅＶ以上、多くは１．４ｅＶであって、エネルギー障壁が高いため、駆動電圧が増加し、発光効率を高めることが困難である。したがって、発光層（ＥＭＬ）への電荷（正孔及び電子）の注入を極大化させ、高効率を示すようにするためには、ＨＯＭＯエネルギーレベル差を減少させなければならない。このような問題は、広いバンドギャップの青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）で顕著に発生しており、これを解決するために、現在まで多くの研究者により研究されている。
【０００９】
例えば、韓国登録特許第１０‐０４５４５００号（特許文献１）には、正孔輸送層（ＨＴＬ）と発光層（ＥＭＬ）との間にバッファ層を形成した有機発光素子が提示されており、韓国登録特許第１０‐０７７７０９９号（特許文献２）には、正孔輸送層（ＨＴＬ）と発光層（ＥＭＬ）との間に障壁緩和層を形成した有機発光素子が提示されている。
【００１０】
上記のように、従来、高効率の燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）を具現するために、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、及び正孔遮断層（ＨＢＬ）を必須に形成するとともに、発光層（ＥＭＬ）への正孔の注入を極大化させるために、バッファ層や障壁緩和層を形成して多層構造として製造している。
【００１１】
しかし、上記の先行技術文献を含む従来技術による燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は、層数が多すぎる多層構造であるため、各層を形成するための多数の工程が伴う。そのため、製造工程が複雑であるだけでなく、厚さが厚すぎて、フレキシブルディスプレイ（flexible  display）などに適用することが困難であるという問題点がある。また、上記のような従来の多層構造を青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）に適用する場合、青色特性に適しないため、高い素子特性及び長寿命特性を有することができない。特に、低い電圧で高い素子特性を有することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、青色燐光素子として優れた特性を有しながらも、最小積層構造を有するため製造工程が単純であるとともに、厚さが薄くてフレキシブルディスプレイなどに有用に用いられることができる、積層構造の青色燐光有機発光素子を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明の具現例によれば、陽極と、前記陽極上に形成され、ホスト及びドーパントを含む発光層と、前記発光層上に形成された電子輸送層と、前記電子輸送層上に形成された陰極と、を含み、前記陽極の仕事関数（work  function）と発光層のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ未満であり、前記発光層のＬＵＭＯエネルギーレベルと電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ未満である、青色燐光有機発光素子が提供される。
【００１４】
この際、前記陽極の仕事関数（work  function）と発光層のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差は０．１〜０．９ｅＶであることが好ましく、前記発光層のＬＵＭＯエネルギーレベルと電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差も０．１〜０．９ｅＶであることが好ましい。また、前記陽極は、タングステンオキシド（ＷＯ３）を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の具現例によれば、青色燐光素子として優れた特性を有しながらも、最小積層構造を有するため製造工程が単純であり、厚さが薄い青色燐光素子を提供する。また、その薄い厚さにより、フレキシブル特性が向上され、フレキシブルディスプレイなどに有用に用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術による青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）の積層構造を示した概略図である。
【図２】本発明の好ましい形態による青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）の積層構造を示した概略図である。
【図３】本発明の実施例及び比較例により製造された青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）のエネルギーバンドダイアグラムである。
【図４】本発明の実施例及び比較例により製造された青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）のエネルギーバンドダイアグラムである。
【図５】本発明の実施例及び比較例により製造された青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）のエネルギーバンドダイアグラムである。
【図６】本発明の実施例及び比較例により製造された青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）のエネルギーバンドダイアグラムである。
【図７】本発明の実施例及び比較例により製造された青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）の素子特性を評価した結果を示したグラフである。
【図８】本発明の実施例及び比較例により製造された青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）の素子特性評価結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の具現例を詳細に説明する。
【００１８】
図２は本発明の好ましい形態による青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）の積層構造を示したものである。
【００１９】
本発明の具現例による青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は、従来に必須に形成されていた正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）が排除された最小積層構造を有する。具体的に、図２を参照すれば、本発明の具現例による青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は、陽極（anode）２０と、前記陽極２０上に形成された発光層（ＥＭＬ）３０と、前記発光層３０上に形成された電子輸送層（ＥＴＬ）４０と、前記電子輸送層４０上に形成された陰極（cathode）５０と、を含む積層構造を有する。即ち、陽極２０と発光層３０との間に、正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）が形成されていない最小積層構造を有する。また、図２に図示したように、前記層を支持する基板１０をさらに含むことができる。
【００２０】
また、本発明の具現例による燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は、正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）が排除された最小積層構造を有し、且つ下記の２つの条件を満たす。
【００２１】
（１）陽極２０の仕事関数（work  function）と発光層３０のＨＯＭＯ（highest  occupied  molecular  orbital）エネルギーレベルとの差：１．０ｅＶ未満
【００２２】
（２）発光層３０のＬＵＭＯ（lowest  unoccupied  molecular  orbital）エネルギーレベルと電子輸送層４０のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差：１．０ｅＶ未満
【００２３】
本発明の具現例によれば、前記２つの条件を満たすことで、従来に必須に形成されていた正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）が排除されても、優れた素子特性を有し、特に、高い輝度（ｃｄ／Ａ）及び良好な発光効率（ｌｍ／Ｗ）などの優れた素子特性を有する。
【００２４】
前記基板１０は、制限されないが、支持力を有することが好ましい。例えば、基板は、ガラス基板又は高分子基板などから選択されることができる。また、基板１０は、フレキシブル特性を考慮して、高分子基板から選択されることができる。具体的に、前記基板１０として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、及びポリカーボネート（ＰＣ）などから選択される１つ以上の樹脂を含有するフィルムが使用できる。
【００２５】
前記陽極２０としては、発光層３０とのＨＯＭＯエネルギーレベルを考慮したものが使用される。具体的に、前記陽極２０としては、陽極２０の仕事関数と発光層３０のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ未満であるものが使用される。この際、陽極２０の仕事関数と発光層３０のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ以上である場合には、本発明の具現例で目的とする最小積層構造としての優れた素子特性を有することができない。即ち、本発明の具現例によれば、陽極２０の仕事関数と発光層３０のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ未満である場合、正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）が排除されても、正孔の注入が極大化されて、優れた素子特性を有することができる。前記陽極２０の仕事関数と発光層３０のＨＯＭＯエネルギーレベルとの差が０．１ｅＶに近いことが好ましく、より具体的には０．１〜０．９ｅＶであることが好ましい。
【００２６】
前記陽極２０は、発光層３０を構成する物質の種類、特にホストの種類に応じて決定され、好ましくは５．８〜６．８ｅＶの仕事関数を有することが好ましい。陽極２０が上記の範囲の仕事関数を有すると、発光層３０とのエネルギー障壁が最小化されて、発光層３０への正孔注入が極大化される。
【００２７】
前記陽極２０は、発光層３０とのＨＯＭＯエネルギーレベル差が１．０ｅＶ未満であるものであれば制限されず、タングステンオキシド（ＷＯ３）を含有することが好ましい。具体的に、前記陽極２０は、基板１０上にタングステンオキシド（ＷＯ３）を蒸着して形成してもよく、タングステンオキシド（ＷＯ３）に他の伝導性金属酸化物を混合した混合物を蒸着して形成してもよい。例えば、陽極２０は、少なくともタングステンオキシド（ＷＯ３）を含有し、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）及び亜鉛オキシド（ＺｎＯ）などから選択される１つ以上の金属酸化物をさらに含有する蒸着物からなることができる。前記タングステンオキシド（ＷＯ３）は、仕事関数が５．９ｅＶ程度であって、発光層３０とのエネルギー障壁が最小化されるため、本発明の具現例において好ましい。
【００２８】
前記発光層３０は、制限されないが、青色燐光が具現できることが好ましい。具体的に、発光層３０は、青色燐光が具現できるホスト及びドーパントを含むことが好ましい。前記ホスト及びドーパントとしては、特に制限されず、通常のものが使用できる。
【００２９】
前記ホストとしては、電荷輸送能を有するものであれば制限されず、例えば、通常に使用されるものとして、ＣＢＰ［４，４’‐Ｎ，Ｎ‐ジカルバゾールビフェニル］、ＢＡｌｑ［ビス（２‐メチル‐８‐キノリノラト）（パラ‐フェノラト）アルミニウム（III）］、ＴＡＺ［トリアゾール］、ｍＣＰ［１，３‐Ｎ，Ｎ‐ジカルバゾールベンゼン］、ＳＡｌｑ［ビス（２‐メチル‐８‐キノリノラト）（トリフェニルシロキシ）アルミニウム（III）］、ｐ‐ＥｔＴＡＺ［３‐（ビフェニル‐４‐イル）‐５‐（４‐ジメチルアミノ）４‐（４‐エチルフェニル）‐１，２，４‐トリアゾール］、ｐ‐ＴＴＡ［トリス（パラ‐ターシャリ‐フェニル‐４‐イル）アミン］、及びＢＭＢ‐２Ｔ［５，５‐ビス（ジメシチルボリル）‐２，２‐ビチオフェン］などから選択される１つ以上が使用できる。ホストとしては、青色燐光用として特定結合構造を有する化合物を使用することが好ましく、これについては後述する。
【００３０】
また、前記ドーパントとしては、通常に使用されるものとして、例えば、ＦＩｒ６及びＦＩｒｐｉｃなどから選択される１つ以上が使用でき、その他に、４‐ジシアノメチレン‐２‐メチル‐６‐（パラ‐ジメチルアミノスチリル）‐４Ｈ‐ピラン］、ジシアノメチレン‐２‐メチル‐６‐（ジュロリジン‐４‐イル‐ビニル）‐４Ｈ‐ピラン）、ジシアノメチレン‐２‐メチル‐６‐（１，１，７，７‐テトラメチルジュロリジル‐９‐エニル）‐４Ｈ‐ピラン）、ジシアノメチレン‐２‐ターシャリブチル‐６‐（１，１，７，７‐テトラメチルジュロリジル‐９‐エニル）‐４Ｈ‐ピラン）、及びジシアノメチレン‐２‐イソプロピル‐６‐（１，１，７，７‐テトラメチルジュロリジル‐９‐エニル）‐４Ｈ‐ピラン）などから選択されることができる。
【００３１】
好ましい具現例によれば、前記発光層３０は、図２に図示したように、陽極２０上に形成されたホスト薄膜層３１と、前記ホスト薄膜層３１上に形成された燐光物質層３２と、を含むことが好ましい。このように、陽極２０と燐光物質層３２との間にホスト薄膜層３１が形成される場合、前記ホスト薄膜層３１が、陽極２０から誘導された正孔を燐光物質層３２に効果的に輸送させて、素子効率を改善することができる。
【００３２】
前記ホスト薄膜層３１は、陽極２０上にホストが被膜されて形成される。このホスト薄膜層３１は、特に限定されるものではないが、例えば、２０〜１００ｎｍの厚さに形成されることができる。
【００３３】
また、前記燐光物質層３２は、ホスト薄膜層３１上に、例えば、１５０〜５００ｎｍの厚さに形成されることができる。燐光物質層３２は、ホストとドーパントの混合からなる。燐光物質層３２は、例えば、ホストに対して５〜２５モル％のドーパントが混合されてなることができる。即ち、ホストとドーパントは、１００：５〜２５のモル比で構成されることができる。また、ホスト薄膜層３１を構成するホストと、燐光物質層３２を構成するホストとは、同一の物質であることが好ましい。
【００３４】
前記電子輸送層４０としては、ＬＵＭＯエネルギーレベルを考慮したものが使用される。具体的に、前記電子輸送層４０としては、上記のように発光層３０とのＬＵＭＯエネルギーレベル差が１．０ｅＶ未満であるものが使用される。これにより、電子の注入が効果的になされ、最小積層構造で高効率を奏することができる。即ち、前記電子輸送層４０と陰極５０との間に別の電子注入層（ＥＩＬ）を形成しなくても、陰極５０から誘導された電子が発光層３０に効果的に注入されて、最小積層構造を有しながらも高効率の素子特性を有することができる。この際、電子輸送層４０のＬＵＭＯエネルギーレベルと発光層３０のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差が１．０ｅＶ以上である場合には、高いエネルギー障壁によって、発光層３０への効果的な電子の注入が困難となるため、電子注入層（ＥＩＬ）の形成が不可避であって、本発明の具現例において目的とする最小積層構造としての高効率を奏することができない。
【００３５】
好ましい具現例によれば、前記発光層３０のＬＵＭＯエネルギーレベルと電子輸送層４０のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差が０．１〜０．９ｅＶであることが好ましい。この範囲のエネルギーレベル差を有する場合、効果的な電子の注入とともに、正孔の遮断（blocking）が達成されるため、高効率の素子特性を有することができる。即ち、電子の注入が円滑になされるとともに、発光層３０と陰極５０との間に別の正孔遮断層（ＨＢＬ）を形成しなくても、正孔が陰極５０の方に輸送されることが効果的に遮断されるため、最小積層構造を有しながらも、高い効率を奏することができる。
【００３６】
より具体的に、前記発光層３０のＬＵＭＯエネルギーレベルと電子輸送層４０のＬＵＭＯエネルギーレベルとの差が０．１ｅＶ未満である場合（例えば、ＬＵＭＯエネルギーレベル差が０．０ｅＶである場合）には、効果的な正孔の遮断が困難であるため、正孔遮断層（ＨＢＬ）の形成が不可避である。また、０．９ｅＶ以下である場合には、発光層３０への電子の注入がより円滑になされる。
【００３７】
前記電子輸送層４０としては、発光層３０とのＬＵＭＯエネルギーレベル差が１．０ｅＶ未満である化合物であれば制限されず、例えば、通常のエネルギー準位測定法により測定されたＬＵＭＯエネルギーレベル（通常の負の数）が２．４〜３．２ｅＶである化合物が使用できる。特に、発光層３０の青色燐光ドーパントとしてＦＩｒ６を使用する場合、前記電子輸送層４０として、ＬＵＭＯエネルギーレベルが２．９〜３．１ｅＶ（３．０±０．１ｅＶ）である化合物を使用することが好ましい。このように、電子輸送層４０のＬＵＭＯエネルギーレベルが２．９〜３．１ｅＶである場合、電子の注入及び正孔の遮断が極大化されて、高効率で、且つ優れた素子特性を有する。
【００３８】
より具体的な具現例によれば、前記電子輸送層４０は、下記の化学式１及び化学式２で表される化合物から選択される１つ以上を含むことが好ましい。
【００３９】
［化学式１］
【化１】
0005760281.tif 000002
【００４０】
［化学式２］
【化２】
0005760281.tif 000003
【００４１】
前記化学式１及び２中、Ｒ’及びＲ”は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素、脂肪族化合物、及び芳香族化合物から選択される。より具体的に、前記化学式１及び２中、Ｒ’及びＲ”は、水素；Ｃ１〜Ｃ２０のアルキル基；Ｃ６〜Ｃ２０のアリール基；Ｃ３〜Ｃ２０のヘテロアリール基；Ｃ３〜Ｃ２０のヘテロアリールで置換されたアルキル基；及びＣ１〜Ｃ２０のアルキル又はＣ３〜Ｃ２０のヘテロアリールで置換されたアリール基などから選択されることができる。好ましくは、前記Ｒ’及びＲ”は、アルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基など）又はフェニル基から選択されることができる。
【００４２】
前記化学式１及び化学式２で表される化合物は、ＬＵＭＯエネルギーレベルが２．４〜３．２ｅＶの範囲である物質であって、これらは、ＬＵＭＯエネルギーレベルはもちろん、発光層３０とのＨＯＭＯエネルギーレベル差が大きくないため、本発明の具現例において有用である。
【００４３】
前記電子輸送層４０は、少なくとも前記化学式２で表される化合物を含むことが好ましい。具体的に、前記電子輸送層４０は、化学式２の化合物からなってもよく、化学式２の化合物に化学式１の化合物が混合されてなることが好ましい。
【００４４】
前記陰極５０としては、通常のものが制限されずに使用でき、金属から選択されることができる。陰極５０は、例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＡｇなどから選択される１つ又は２以上の合金を含有することができる。好ましくは、陰極５０として、Ａｌ又はＡｌを含む合金にＬｉＦがコーティングされたものが使用できる。
【００４５】
また、本発明の具現例において、各層の厚さは制限されない。また、前記各層は、通常の方法、例えば、スパッタリングなどの真空蒸着法、液相コーティング後の乾燥、又はコーティング後の焼成などにより形成されることができ、その形成方法は制限されない。
【００４６】
以上で説明した本発明の具現例による青色燐光有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）は、優れた素子特性を有する。また、従来に必須に形成されていた正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）はもちろん、電子注入層（ＥＩＬ）及び／又は正孔遮断層（ＨＢＬ）が排除されて、最小積層構造を有する。さらに、最小積層構造を有するため製造工程が単純であり、厚さが薄くてフレキシブルディスプレイなどに有用に用いられることができる。
【００４７】
一方、前記発光層３０を構成するホストは、後述する化合物を含むことが好ましい。後述するホストは、３．０ｅＶ以上の高い三重項エネルギーを有し、且つ電荷移動度及び熱的安定性に優れるため、本発明の具現例に好ましく適用される。
【００４８】
具体的に、前記発光層３０を構成するホストは、中心原子の周りにカルバゾール化合物が結合された構造を有するものを使用することが好ましい。この際、前記中心原子は１４族元素から選択され、中心原子である１４族元素の周りに２個又は３個の前記カルバゾール化合物が結合される。そして、カルバゾール化合物は、分子内に１個以上のアルキル基（ＣｎＨ２ｎ＋１−）で置換された構造を有する。前記中心原子は、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、又はＣ（炭素）から選択されることが好ましく、Ｓｉ又はＧｅから選択されることがより好ましい。
【００４９】
本明細書において、「カルバゾール」とは、一般的に命名されるものであって、窒素（Ｎ）を含む５員環の両側に２個の６員ベンゼン環が結合されたもの（下記化学式４参照）を意味する。
【００５０】
また、本明細書において、「カルバゾール化合物」とは、分子内に少なくとも１個以上のカルバゾールを含むカルバゾール系化合物を意味する。即ち、本明細書において、カルバゾール化合物は、分子内に１個又は２個以上のカルバゾールを含み、前記カルバゾール以外に、他の化合物を選択的にさらに含むことができる。具体的に、カルバゾール化合物は、分子内に１個のカルバゾールを有しもよく、２個以上のカルバゾールを有してもよい。また、カルバゾールの他に、他の化合物として、例えば、アリレン（ベンゼン環等）及びヘテロ環等を含むことができる。また、カルバゾール化合物は、少なくとも１個以上のアルキル基（ＣｎＨ２ｎ＋１−）で置換された構造を有することができる。この際、カルバゾールには前記アルキル基が置換される。
【００５１】
したがって、前記カルバゾール化合物は、上記で定義したように、分子内に少なくとも１個以上のカルバゾールを含み、前記カルバゾールに少なくとも１個以上のアルキル基が置換された構造を有する。この際、前記アルキル基は、好ましくは、カルバゾールのベンゼン環に置換される。カルバゾールは、上記のように２個のベンゼン環を有するが、この際、アルキル基は、２個のベンゼン環の少なくとも一つ以上（何れか一つ又は両方）に置換されることができる。また、１個のベンゼン環には１個又は２個以上のアルキル基が置換されることができる。
【００５２】
また、前記アルキル基は制限されない。即ち、アルキル基の炭素数は制限されない。アルキル基は、例えば、Ｃ１〜Ｃ２０のアルキル基から選択されることができる。具体的に、アルキル基は、例えば、メチル基（methyl  group）、エチル基（ethyl  group）、プロピル基（propyl  group）、及びブチル基（butyl  group）等から選択されることができるが、これらに制限されるものではない。また、前記プロピル基（propyl  group）はｎ‐プロピル基（n‐propyl  group）及びｉ‐プロピル基（iso‐propyl  group）を含み、前記ブチル基（butyl  group）はｎ‐ブチル基（n‐butyl  group）、ｉ‐ブチル基（iso‐butyl  group）、及びｔ‐ブチル基（tertiary‐butyl  group）を含む。尚、中心原子の周りに２個又は３個の前記カルバゾール化合物が結合されるが、この際、２個又は３個のカルバゾール化合物は互いに同じでも異なっていてもよい。
【００５３】
本発明の具体的な具現例によれば、前記ホストとして、下記化学式３で表される化合物が使用される。
【００５４】
［化学式３］
（Ｒ１）ｎ−Ｍ−（Ｒ２）４−ｎ
【００５５】
前記化学式３中、中心原子であるＭは、１４族元素である。Ｍは、好ましくは、上記のようにＳｉ、Ｇｅ、又はＣである。また、前記化学式３中、ｎは、２又は３の自然数であり、Ｒ１は、カルバゾール化合物であって、１個以上のアルキル基で置換されたカルバゾールを含む。
【００５６】
前記化学式３中、Ｒ２は、制限されないが、水素、脂肪族化合物、及び芳香族化合物などから選択されることができる。また、前記Ｒ２は、脂肪族化合物であって、ヘテロ環化合物であることができる。具体的に、前記Ｒ２は、例えば、水素、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、アリール基、及びアリールオキシ基などから選択されることができる。また、前記Ｒ２は、例えば、２個以上のアルキル基などが互いに環を形成した環化合物であることができる。より具体的に、前記Ｒ２は、例えば、Ｃ１〜Ｃ２０のアルキル基；Ｃ６〜Ｃ２０のアリール基；Ｃ３〜Ｃ２０のヘテロアリール基；Ｃ３〜Ｃ２０のヘテロアリールで置換されたアルキル基；及びＣ１〜Ｃ２０のアルキル又はＣ３〜Ｃ２０のヘテロアリールで置換されたアリール基などから選択されることができる。
【００５７】
より好ましい具現例によれば、前記ホストとして、下記化学式４で表される化合物を使用することが好ましい。
【００５８】
［化学式４］
【化３】
0005760281.tif 000004
【００５９】
前記化学式４中、中心原子Ｍは、１４族元素であって、好ましくは、Ｓｉ又はＧｅである。また、前記化学式４中、Ｒ１１〜Ｒ１７は、それぞれ独立して、互いに同じでも異なっていてもよく、アルキル基から選択される。
【００６０】
具体的に、前記化学式４中、Ｒ１１〜Ｒ１７は、アルキル基であって、炭素数は制限されず、例えば、Ｃ１〜Ｃ２０のアルキル基から選択されることができる。より具体的に、前記Ｒ１１〜Ｒ１７は、例えば、メチル基（methyl  group）、エチル基（ethyl  group）、プロピル基（propyl  group）、及びブチル基（butyl  group）などから選択されることができるが、これらに制限されない。また、前記プロピル基（propyl  group）はｎ‐プロピル基（n‐propyl  group）及びｉ‐プロピル基（iso‐propyl  group）を含み、前記ブチル基（butyl  group）はｎ‐ブチル基（n‐butyl  group）、ｉ‐ブチル基（iso‐butyl  group）、及びｔ‐ブチル基（tertiary‐butyl  group）を含む。前記Ｒ１１〜Ｒ１７は、全てメチル基であることがより好ましい。
【００６１】
上述のホストは、高い三重項エネルギー（ＥＴ）を有するとともに、電荷移動度などの電気的特性及び熱的安定性などに優れるため、本発明の具現例における発光層３０として有用である。具体的に、上記のホストは、３．０ｅＶ以上の高い三重項エネルギー（ＥＴ≧３．０ｅＶ）を有する。また、中心原子（Ｍ）及びカルバゾール化合物（Ｒ１）の種類に応じて、１．０ｘ１０−３ｃｍ２／ｖ．ｓ以上、好ましくは２．０ｘ１０−３ｃｍ２／ｖ．ｓ以上、より好ましくは３．０ｘ１０−３ｃｍ２／ｖ．ｓ以上の優れた電荷移動度を有する。また、１５０℃以上の高い熱的安定性（Ｔｇ）を有する。これにより、上記のホストが本発明の具現例による青色有機発光素子（ＰｈＯＬＥＤ）に適用される場合、濃い青色とともに、高い発光効率を具現することができる。
【００６２】
以下、本発明の具現例を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明する。下記の実施例は、本発明の理解のために提供されるものにすぎず、これにより本発明の基本的範囲が限定されるものではない。
【００６３】
［実施例１］
ＰＥＴ基板上に、陽極として、仕事関数が５．９ｅＶのＷＯ３薄膜を蒸着した後、前記陽極（ＷＯ３）上に発光層（ＥＭＬ）を形成し、その上に電子輸送層（ＥＴＬ）を形成した。次に、電子輸送層（ＥＴＬ）上に、陰極としてＬｉＦ／Ａｌを順に形成した。
【００６４】
この際、電子輸送層（ＥＴＬ）としては、前記化学式１で表される化合物（化学式１のＲ’及びＲ”が全て−ＣＨ３であるもの）を使用し、４００ｎｍの厚さに形成した。また、前記発光層（ＥＭＬ）は、先ず、陽極（ＷＯ３）上にホスト（host）を５０ｎｍの厚さに被膜した後、ホストに対して１０モル％のドーパントが混合されてなる燐光物質層を３００ｎｍの厚さに形成した。前記ホストとしては、化学式４のＭがＧｅで、Ｒが全てメチル基（−ＣＨ３）である有機無機複合化合物を使用し、前記ドーパントとしてはＦＩｒ６を使用した。
【００６５】
上記のように製造された実施例１によるＰｈＯＬＥＤのエネルギーバンドダイアグラムを図３に示した。
【００６６】
［実施例２］
電子輸送層（ＥＴＬ）として前記化学式２で表される化合物（化学式２のＲ’及びＲ”が全て−ＣＨ３であるもの）を使用したことを除き、実施例１と同様にして、実施例２を実施した。
【００６７】
上記のように製造された実施例２によるＰｈＯＬＥＤのエネルギーバンドダイアグラムを図４に示した。
【００６８】
［比較例１］
ＰＥＴ基板上に、陽極として、従来のように仕事関数が５．２ｅＶのＩＴＯ薄膜を蒸着した後、前記陽極（ＩＴＯ）上に、正孔注入層（ＨＩＬ）としてＮＰＢ（厚さ３００ｎｍ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）としてＴＡＰＣ（厚さ１５０ｎｍ）を形成し、前記正孔輸送層（ＨＴＬ)上に発光層（ＥＭＬ)を形成した。前記発光層（ＥＭＬ)は、ホストに対して１０モル％のドーパントが混合されてなり、ホストとしては通常のＣＢＰを使用し、ドーパントとしてはＦＩｒ６を使用した。
【００６９】
次に、前記発光層（ＥＭＬ）上に電子輸送層（ＥＴＬ）を形成した。この際、実施例１と比較するために、電子輸送層（ＥＴＬ）として、実施例１と同一の化合物（化学式１のＲ’及びＲ”が全て−ＣＨ３であるもの）を使用し、４００ｎｍの厚さに形成した。次に、陰極としてＬｉＦ／Ａｌを形成した。
【００７０】
上記のように製造された比較例１によるＰｈＯＬＥＤのエネルギーバンドダイアグラムを図５に示した。
【００７１】
［比較例２］
従来の方法によりＰｈＯＬＥＤを製造した。具体的には、電子輸送層（ＥＴＬ)として通常的に使用されている３ＴＰＹＭＢを使用したことを除き、比較例１と同様にして、比較例２を実施した。
【００７２】
上記のように製造された比較例２によるＰｈＯＬＥＤのエネルギーバンドダイアグラムを図６に示した。
【００７３】
添付の図３〜図６において、上側に示した数値２．０、２．４、２．５、及び３．０はＬＵＭＯエネルギーレベル（ｅＶ）であり、下側に示した数値５．４、５．５、６．１、６．３、６．４５、及び６．７はＨＯＭＯエネルギーレベル（ｅＶ)である。
【００７４】
上記のように製造された各実施例及び比較例によるＰｈＯＬＥＤに対して、電圧による電流密度、輝度（ｃｄ／Ａ)、発光効率（ｌｍ／Ｗ)、及び色座標（ＣＩＥ)などの素子特性を評価し、その結果を下記表１に示した。また、実施例２及び比較例２によるＰｈＯＬＥＤの素子特性を評価した結果を、図７及び図８にグラフで示した。図７は実施例２によるＰｈＯＬＥＤの素子特性評価グラフであり、図８は比較例２によるＰｈＯＬＥＤの素子特性評価グラフである。
【００７５】
＜素子特性評価結果＞
【表１】
0005760281.tif 000005
【００７６】
前記表１、添付の図７及び図８に示したように、本発明の実施例によるＰｈＯＬＥＤは、従来による比較例２に比べ、正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）がないにもかかわらず、３Ｖ〜５Ｖの低い電圧で優れた電流密度を有するとともに、輝度（Ｃｄ／Ａ）及び発光効率（ｌｍ／Ｗ）などの素子特性に優れることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
青色燐光素子として優れた特性を有しながらも、最小積層構造を有するため製造工程が単純であり、厚さが薄くてフレキシブルディスプレイなどに有用に用いられることができる、積層構造の青色燐光有機発光素子が提供される。
【符号の説明】
【００７８】
１０…基板、２０…陽極、３０…発光層、４０…電子輸送層、５０…陰極。
【図１】
0005760281.tif 000009
【図２】
0005760281.tif 000010
【図３】
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【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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