(57)【要約】【課題】本発明は、発光層に電子トラップ性物質を導入して、寿命が延びた有機発光素子およびその製造方法を提供するためのものである。【解決手段】本発明は、基板、上記基板の上に形成された第１電極、上記第１電極の上に形成された有機発光層、および上記有機発光層の上に形成された第２電極を含む有機発光素子であって、上記有機発光層は、ホスト、ドーパント、および電子トラップ性物質を含み、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、それぞれ、上記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い有機発光素子を提供する。【選択図】図３
2013135237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に形成された第１電極と、
前記第１電極の上に形成された有機発光層と、
前記有機発光層の上に形成された第２電極と、を含み、
前記有機発光層は、ホスト、ドーパント、および電子トラップ性物質を含み、
前記電子トラップ性物質のＬＵＭＯ（最低非占有分子軌道）およびＨＯＭＯ（最高占有分子軌道）レベルは、それぞれ、前記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い、有機発光素子。
【請求項２】
前記第１電極と前記有機発光層との間には正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくとも１つが配置されている、請求項１または２に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記有機発光層と前記第２電極との間には電子輸送層および電子注入層のうちの少なくとも１つが配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記ホストは蛍光発光型ホストである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、前記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．５ｅＶ低い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、前記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．３ｅＶ低い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記電子トラップ性物質は、下記化学式１：
【化１】
2013135237.tif 000027
式中、
Ｘは芳香族炭化水素であり、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６は、それぞれ独立して、Ｈ、［ＥＷ］、Ｒ、またはＲ−［ＥＷ］であり、
ここで、前記Ｈは水素を表し、
前記［ＥＷ］は電子求引性基（electron withdrawing group）を表し、
前記Ｒは芳香族化合物を表し、
ただし、Ｒ１〜Ｒ６が全て水素（Ｈ）の場合は除外される、
で表されるものである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項８】
前記有機発光層は、前記ホストの重量１００重量部に対して、前記ドーパント１〜２５重量部、および電子トラップ性物質１〜５０重量部を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記ドーパントと前記電子トラップ性物質との含量比は、重量比で１：１〜２（ドーパント：電子トラップ性物質）である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記電子トラップ性物質の発光波長は、前記ドーパントの発光波長より短波長であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１１】
前記有機発光層は、ホスト材料、ドーパント材料、および電子トラップ性物質の共蒸着により形成されたものである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記ドーパントのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、それぞれ、前記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより高い、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記ドーパントのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、前記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより、それぞれ、０．１〜０．５ｅＶ高い、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
基板の上に第１電極を形成するステップと、
前記第１電極の上に、ホスト、ドーパント、および電子トラップ性物質を含む発光層を形成するステップと、
前記発光層の上に第２電極を形成するステップと、を含み、
前記電子トラップ性物質は、ＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルが、ぞれぞれ、前記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルより低い物質であり、
前記発光層を形成するステップでは、前記ホスト材料、前記ドーパント材料、および前記電子トラップ性物質用蒸着ソースを用いて蒸着するステップを含む、有機発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記蒸着ステップでは、前記ホスト材料、前記ドーパント材料、および前記電子トラップ性物質を同時に蒸着する、請求項１４に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記蒸着ステップはチャンバー内で行われ、
前記ホスト材料、前記ドーパント材料、および前記電子トラップ性物質は、それぞれ、蒸着材料容器に入れられた状態で前記チャンバーに流入される、請求項１４または１５に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ドーパント材料と前記電子トラップ性物質とは、ひとつの蒸着材料容器内で混合されている状態で前記チャンバーに流入される、請求項１６に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１電極を形成するステップの後、前記発光層を形成するステップの前に、
正孔注入層を形成するステップおよび正孔輸送層を形成するステップのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記発光層を形成するステップの後、前記第２電極を形成するステップの前に、
電子輸送層を形成するステップおよび電子注入層を形成するステップのうちの少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、前記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．５ｅＶ低い、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、前記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．３ｅＶ低い、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項２２】
基板と、
前記基板の上に形成された第１電極と、
前記第１電極の上に形成された正孔層と、
前記正孔層の上に形成され、有機発光物質および電子トラップ性物質を含む発光層と、
前記発光層の上に形成された電子層と、
前記電子層の上に形成された第２電極と、を含み、
前記電子トラップ性物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、各々前記有機発光物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い、有機発光素子。
【請求項２３】
前記正孔層は、正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の有機発光素子。
【請求項２４】
前記電子層は、電子輸送層および電子注入層のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２または２３に記載の有機発光素子。
【請求項２５】
前記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、前記有機発光物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、ぞれぞれ、０．１〜０．５ｅＶ低い、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項２６】
前記電子トラップ性物質の発光波長は、前記有機発光物質の発光波長より短波長である、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は寿命が向上した有機発光素子およびその製造方法に関し、特に発光層に電子トラップ性物質（electron trap material）を導入して、寿命が延びた有機発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ディスプレイ分野で有機発光素子が脚光を浴びているが、このような有機発光素子は、電子（electron）と正孔（hole）とが結合して発光消滅する際に発生する光を用いる素子の一種である。
【０００３】
上記有機発光素子は、基本的に正孔を注入するための電極、電子を注入するための電極、および発光層を含み、上記正孔を注入するための電極である正極と電子を注入するための電極である負極との間に発光層が積層されている構造を有する。具体的に、有機発光素子の負極では電子が注入され、正極では正孔が注入されて、これらの電荷が外部電気場により互いに反対方向に移動した後、発光層で結合して発光消滅しながら光を出す。このような有機発光素子における発光層は、単分子有機物や高分子（polymer）により形成される。
【０００４】
図１は、有機発光素子の概念を説明するための概略図である。
【０００５】
図１を参照すると、有機発光素子は基本的に基板１０の上に第１電極２０が形成されており、上記第１電極の上に有機層３０が配置されており、上記有機層の上には第２電極４０が配置されている構造を有する。ここで、第１電極２０と第２電極４０との間に有機層３０が配置されており、上記有機層３０には正孔と電子とが結合して発光消滅する発光層が含まれている。上記第１電極と第２電極のうちの１つは正孔を注入するための正極であり、もう１つは電子を注入するための負極である。
【０００６】
図２は、上記有機発光素子の有機層３０が多層の積層構造を有することを例示する。上記有機層３０は正極から順次に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、および電子注入層となる。第１電極が正極で、第２電極が負極であれば、第１電極２０から順次に、正孔注入層３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、および電子注入層３５となる。一方、第１電極が負極で、第２電極が正極であれば、第１電極２０から順次に、電子注入層３１、電子輸送層３２、発光層３３、正孔輸送層３４、および正孔注入層３５となる。参考に、上記電子注入層は有機物でない金属元素、またはこれらの化合物から構成される場合も多いので、有機層に含めないで別途の層に区分することもする。
【０００７】
このような有機発光素子は、赤色（レッド）、緑色（グリーン）、青色（ブルー）画素などの複数の画素を含み、これらの画素が総合してフルカラーを表現することができる。上記有機発光素子の画素は発光材料により形成されるが、上記発光材料は種類によってその寿命が各々異なる。これらの赤色、緑色、青色を出す発光材料のうち、発光寿命の短い材料からなる画素は、時間が過ぎるにつれて、元来の色座標の色を出すことができなくなって、それぞれ、赤色、緑色、青色の固有の色を表すことに困難性があるだけでなく、これらの色を組み合せて所望の他の色を得ようとする場合にも、発光寿命の短い画素によって所望の色を表せない場合が生じる。
【０００８】
したがって、上記発光材料およびこれを用いる有機発光素子の寿命を延ばすために、多様な構造および材料に対する研究がなされたが、発光材料の寿命が向上すれば、他の特性が低下する等の問題が生じている。
【０００９】
したがって、発光効率および駆動特性は維持し、かつ寿命を延長させることができる発光材料および素子構造の開発が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１６００９０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３９０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、寿命を延長させることができる有機発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、基板、上記基板の上に形成された第１電極、上記第１電極の上に形成された有機発光層、および上記有機発光層の上に形成された第２電極を含む有機発光素子であって、上記有機発光層は、ホスト（host）、ドーパント（dopant）、および電子トラップ性物質（electron trap material）を含み、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯ（最低非占有分子軌道：Lowest Unoccupied Molecular Orbital）およびＨＯＭＯ（最高占有分子軌道：Highest Occupied Molecular Orbital）レベルは、それぞれ、上記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い有機発光素子が提供される。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、上記第１電極と上記有機発光層との間には正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくとも１つが配置される。また、上記有機発光層と上記第２電極との間には電子輸送層および電子注入層のうちの少なくとも１つが配置される。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、上記ホストは蛍光発光型ホストである。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．５ｅＶ低い。本発明の他の実施形態によれば、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．３ｅＶ低い。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質は、下記の＜化学式１＞で表される化合物である。
【００１７】
【化１】
2013135237.tif 000003
【００１８】
ここで、上記Ｘは芳香族炭化水素であり、上記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６は、それぞれ独立して、Ｈ、［ＥＷ］、ＲおよびＲ−［ＥＷ］からなる群より選択されるいずれか１つである。ここで、上記Ｈは水素を表し、上記［ＥＷ］は電子求引性基（electron withdrawing group）を表し、上記Ｒは芳香族化合物を表す。この際、上記Ｒ１〜Ｒ６が全て水素（Ｈ）の場合は除外される。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、上記有機発光層は、上記ホストの重量１００重量部に対して、ドーパント１〜２５重量部、および電子トラップ性物質１〜５０重量部を含む。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、上記ドーパントと上記電子トラップ性物質との含量比は、重量比で１：１〜２（ドーパント：電子トラップ性物質）である。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質の発光波長は、上記ドーパントの発光波長より短波長である。すなわち、上記電子トラップ性物質の発光波長は上記ドーパントの発光波長より波長が短い。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、上記有機発光層は、ホスト材料、ドーパント材料、および電子トラップ性物質の共蒸着により形成されたものである。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、上記ドーパントのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、それぞれ、上記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより高い。例えば、上記ドーパントのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、それぞれ、上記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより０．１〜０．５ｅＶ高い。
【００２４】
また、本発明は上記のような有機発光素子の製造方法を提供する。
【００２５】
本発明に係る有機発光素子の製造方法は、基板の上に第１電極を形成するステップ、上記第１電極の上に、ホスト、ドーパント、および電子トラップ性物質を含む発光層を形成するステップ、および上記発光層の上に第２電極を形成するステップを含むが、ここで、上記電子トラップ性物質はＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルが、ぞれぞれ、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルより低い物質であり、上記発光層を形成するステップでは、ホスト材料、上記ドーパント材料、および上記電子トラップ性物質を用いて蒸着するステップを含む。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、上記蒸着ステップでは、上記ホスト材料、上記ドーパント材料、および上記電子トラップ性物質を同時に蒸着する。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、上記蒸着ステップはチャンバー内で行うことができるが、上記ホスト材料、上記ドーパント材料、および上記電子トラップ性物質は、それぞれ、蒸着材料の容器に入れられた状態で上記チャンバーに流入される。特に、上記ドーパント材料と上記電子トラップ性物質は、ひとつの蒸着材料容器内で混合されている状態で上記チャンバーに流入される。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、上記第１電極を形成するステップの後、上記発光層を形成するステップの前に、正孔注入層を形成するステップおよび正孔輸送層を形成するステップのうちの少なくとも１つをさらに実施することができる。
【００２９】
また、上記発光層を形成するステップの後、上記第２電極を形成するステップの前に、電子輸送層を形成するステップおよび電子注入層を形成するステップのうちの少なくとも１つをさらに実施することもできる。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．５ｅＶ低い。本発明の他の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ、０．１〜０．３ｅＶ低い。
【００３１】
また、本発明によれば、基板、上記基板の上に形成された第１電極、上記第１電極の上に形成された正孔層、上記正孔層の上に形成され、有機発光物質および電子トラップ性物質を含む発光層、上記発光層の上に形成された電子層、および上記電子層の上に形成された第２電極を含み、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、それぞれ、上記有機発光物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い有機発光素子が提供される。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、上記正孔層は正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくとも１つを含むことができる。また、上記電子層は電子輸送層および電子注入層のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、上記有機発光物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、ぞれぞれ、０．１〜０．５ｅＶ低い。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質の発光波長は、上記有機発光物質の発光波長より短波長である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、発光層に電子トラップ性物質を導入して、寿命を延長させることができる。
【００３６】
具体的には、本発明に係る有機発光素子は、発光層に電子トラップ性物質を含んで電子が発光層に留まることを容易にし、かつ電子が正孔輸送層（ＨＴＬ）と発光層（ＥＭＬ）との界面（ＨＴＬ／ＥＭＬ界面）に集中せず、発光層内に均等に分布するようにして発光効率を向上させ、かつ特定部位での素子の損傷を防止して寿命を延長させる。また、本発明の場合、発光層（ＥＭＬ）に電子トラップ性物質を比較的少量ドーピングすることによって、発光効率を向上させることができるため、既存の工程および装備をそのまま適用しても有機発光素子を製造することができる。
【００３７】
このような点において、本発明は、発光層（ＥＭＬ）と正孔伝達層（ＨＴＬ）との間に別途の電子遮断層（electron blocking layer；ＥＢＬ）を形成して、発光層から正孔輸送層へ電子が越えることを防いで、発光層と正孔輸送層との界面で主な発光が起こるようにする構造と区別される。また、上記のように電子遮断層を導入する場合、電子遮断層（ＥＢＬ）を別個にさらに形成しなければならないので、工程および装備が追加されるが、本発明による場合、従来の工程および装備をそのまま適用できるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】通常の有機発光素子の構造を一般化して示す概略図である。
【図２】図１に図示された有機発光素子において、有機層の構造をより詳しく示す概略図である。
【図３】本発明の一例に従う有機発光素子の構造を図式的に示す図である。
【図４】本発明の一例に従う有機発光素子において、ホスト、ドーパント、電子トラップ性物質のＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）レベルとＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）レベルを図式的に示す図である。
【図５】本発明の一例に従う有機発光素子と比較例として従来の有機発光素子に対して発光寿命を測定したものを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、具体的な図面を参照して本発明をより詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲が下記に説明する実施形態や図面に限定されるものではない。
【００４０】
参考に、上記の図面では、理解を助けるために、各構成要素とその形状などは簡略化または誇張して図示されている。図面上で同一な符号で表示された要素は同一な要素を意味する。
【００４１】
また、ある層や構成要素が他の層やまたは構成要素の「上」にあると記載される場合には、上記ある層や構成要素が、上記他の層や構成要素と直接接触して配置される場合だけでなく、その間に第３の層が介されて配置される場合まで、すべてを含む意味である。
【００４２】
図３は、本発明の一実施形態に従う有機発光素子を図式的に示している。
【００４３】
本発明に係る有機発光素子は、基板１００、上記基板の上に形成された第１電極２００、第２電極４００、および上記第１電極２００と上記第２電極４００との間に介された有機層３００を含む。上記有機層３００には発光層３３０（emitting layer：ＥＭＬ）、すなわち有機発光層が配置されている。
【００４４】
図３に開示された例では、上記第１電極２００と上記有機発光層３３０との間に正孔注入層３１０（ＨＩＬ）および正孔輸送層３２０（ＨＴＬ）が形成されている。正孔注入層（Hole Injection Layer）と正孔輸送層（Hole Transport Layer）のうち、いずれか１つだけ形成されることもできる。また、図３には、上記有機発光層３３０と上記第２電極４００との間には電子輸送層３４０（ＥＴＬ）と電子注入層（ＥＩＬ）とが形成されている。電子輸送層（Electron Transport Layer）と電子注入層（Electron Injection Layer）のうち、いずれか１つだけ形成されることも可能であることは勿論である。
【００４５】
具体的に、上記基板１００は、有機発光素子で通常的に使われる基板を任意に選択して使用することができる。上記基板の例として、機械的強度、熱的安定性、透明性、表面平滑性、取扱容易性、および防水性に優れるガラス基板または透明プラスチック基板を用いることができる。図３に図示してはいないが、上記基板１００と上記第１電極２００との間には、平坦化膜、絶縁層などを必要によってさらに備えてもよい。
【００４６】
基板１００の上部には第１電極２００が形成されている。上記第１電極は、レッド、グリーン、ブルーの副画素（R、G、B sub pixel）別にパターニングできる。本実施形態において、上記第１電極はアノード、すなわち正極である。
【００４７】
上記第１電極２００は、透明電極、半透明電極、または反射電極のものが可能であるが、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを用いて形成できる。また、互いに異なる２つ以上の物質を用いて２層以上の構造を有することができる等、多様な変形が可能である。第１電極の形成材料および構造が上記のみに限定されるものではない。
【００４８】
上記正孔注入層３１０（ＨＩＬ）は有機層の１つであって、真空蒸着（真空熱蒸着）、またはスピンコーティングなどにより選択的に形成される。正孔注入層の厚みは、特に制限されないが、例えば、１〜８００Åであるのが好ましく、５０〜６００Åであるのがより好ましい。上記正孔注入層を形成する物質は、公知の正孔注入材料のうちから選択される。例えば、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物、またはスターバースト型アミン誘導体類であるＴＣＴＡ（４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４’’−トリス〔Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン）、ｍ−ＭＴＤＡＰＢ（１，３，５−トリス［４−（３−メチルフェニルフェニルアミノ）フェニル］ベンゼン）、溶解性のある伝導性高分子であるＰａｎｉ／ＤＢＳＡ（Polyaniline／Dodecylbenzenesulfonic acid：ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸）、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)：ポリ（３,４−エチレンデオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート））、Ｐａｎｉ ／ＣＳＡ（Polyaniline／Camphor sulfonic acid：ポリアニリン／カンファースルホン酸）、またはＰＡＮＩ／ＰＳＳ（Polyaniline）／Poly（4-styrene-sulfonate）：ポリアニリン／ポリ（４−スチレンスルホネート）などを使用することができる。正孔注入材料がこれに限定されるものではない。
【００４９】
上記正孔注入材料のうち、上記ＴＣＴＡおよびｍ−ＭＴＤＡＴＡを各々以下の＜化学式２＞および＜化学式３＞に例示する。
【００５０】
【化２】
2013135237.tif 000004
【００５１】
【化３】
2013135237.tif 000005
【００５２】
上記正孔注入層３１０（ＨＩＬ）の上部には正孔輸送層３２０（ＨＴＬ）が配置される。上記正孔輸送層も有機層の１つであって、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法などの多様な方法により形成される。例えば、均一な膜質を得やすくて、またピンホールが容易に発生しないというなどの点で、真空蒸着法を適用することができる。真空蒸着法により上記正孔輸送層３２０を形成する場合、その蒸着条件およびコーティング条件は使用する化合物によって相異するが、一般的に正孔注入層の形成とほとんど同様な条件範囲を選択できる。正孔輸送層の厚みは、特に制限されないが、例えば、１〜８００Åであるのが好ましく、５０〜６００Åであるのがより好ましい。
【００５３】
上記正孔輸送層３２０を形成する物質は特別に制限されるものではなく、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）等が使用できる。
【００５４】
本発明に従う有機発光素子において、上記有機発光層３３０は、ホスト（host）、ドーパント（dopant）、および電子トラップ性物質（electron trap material）を含む。
【００５５】
本発明において、発光層は、ホストに発光ドーパントが付加されて発光されるメカニズムである。まず、上記ホストの材料には、蛍光ホストと燐光ホストがある。
【００５６】
蛍光発光型ホストの材料には、トリス（８−ヒドロキシ−キノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、９，１０−ジ（ナフチ−２−イル）アントラセン（ＡＮＤ）、３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフチ−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）−１，１’−ビフェニル）（ＤＰＶＢｉ）、４，４'−ビス[２，２−ジ（４−メチルフェニル）−エテン−１−イル]−ビフェニル（ｐ−ＤＭＤＰＶＢｉ）、ｔｅｒｔ（９，９−ジアリールフルオレン）類（ＴＤＡＦ）、２−（９，９'−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９'−スピロビフルオレン（ＢＳＤＦ）、２，７−ビス（９，９'−スピロビフルオレン−２−イル）−９，９'−スピロビフルオレン（ＴＳＤＦ）、ビス（９，９−ジアリールフルオレン）類（ＢＤＡＦ）、４，４'−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４，４'−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル（ｐ−ＴＤＰＶＢｉ）、２−メチル−９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン（２−メチル−９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン）（ＭＡＤＮ）などがある。
【００５７】
また、燐光発光型ホストの材料には、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、１，３，５−トリス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｔＣＰ）、４，４'，４''−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）、４，４'−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４'−ビス（９−カルバゾリル）−２，２'−ジメチル−ビフェニル（ＣＢＤＰ）、４，４'−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジメチル−フルオレン（ＤＭＦＬ−ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−４ＣＢＰ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９，９−ジ−トルイル−フルオレン（ＤＰＦＬ−ＣＢＰ）、９，９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−２ＣＢＰ）などがある。
【００５８】
本発明では、特に蛍光発光型ホスト材料を含む発光層に電子トラップ性物質を導入することによって、素子の寿命の向上に顕著な効果を得ることができる。
【００５９】
上記ドーパントには、有機発光素子の発光材料として使われる物質を適用することができる。上記ドーパント材料には、発光特性を表すことができる物質であれば特別な制限はない。このようなドーパント発光材料は、レッド発光用、グリーン発光用、ブルー発光用に分けられる。
【００６０】
レッド発光用ドーパント材料には、テトラフェニルナフタセン（Tetraphenylnaphthacene）（ルブリン：Rubrene）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（III）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、ビス（２−ベンゾ［ｂ］チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトネート）イリジウム（III）（Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（ジベンゾイルメタン）フェナントロリンユーロピウム（III）（Ｅｕ（ｄｂｍ）３（ｐｈｅｎ））、トリス［４，４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−（２，２'）−ビピリジン］ルテニウム（III）錯体（Ｒｕ（ｄｔｂ−ｂｐｙ）３＊２（ＰＦ６））、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、Ｅｕ（三フッ化テノイルアセトン：thenoyltrifluoroacetone）３（Ｅｕ（ＴＴＡ）３）、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）（butyl−６−（１，１，７，７−tetramethyljulolidyl−９−enyl）−４Ｈ−pyran：ＤＣＪＴＢ）などがある。
【００６１】
また、グリーン発光用ドーパント材料には、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−（ジエチルアミノ）クマリン（Coumarin６）、２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７，−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−１０−（２−ベンゾチアゾリル）キノリジノ−［９，９ａ，１ｇｈ］クマリン（Ｃ５４５Ｔ）、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−キナクリドン（ＤＭＱＡ）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（III）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）などがある。
【００６２】
また、ブルー発光用ドーパント材料には、オキサジアゾールダイマー染料（oxadiazole dimer dyes（Ｂｉｓ−ＤＡＰＯＸＰ））、スピロ化合物（spiro compounds）（Ｓｐｉｒｏ−ＤＰＶＢｉ、Ｓｐｉｒｏ−６Ｐ）、トリアリールアミン化合物（triarylamine compounds）、ビス（スチリル）アミン（bis（styryl）amine）（ＤＰＶＢｉ、ＤＳＡ）、４，４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）、ペリレン（perylene）、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（ＴＰＢｅ）、９Ｈ−カルバゾール−３，３’−（１，４−フェニレン−ジ−２，１−エテン−ジイル）ビス［９−エチル−（９Ｃ）］（ＢＣｚＶＢ）、４，４−ビス［４−（ジ−ｐ−トルイルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、４−（ジ−ｐ−トルイルアミノ）−４’−［（ジ−ｐ−トルイルアミノ）スチリル］スチルベン（ＤＰＡＶＢ）、４，４’−ビス［４−（ジフェニルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＢＤＡＶＢｉ）、ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウムIII（ＦＩｒＰｉｃ）、ＤＰＶＢｉ（４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）−１，１’−ビフェニル）などがある。
【００６３】
上記材料の他にも、フェニレン（phenylene）系、フェニレンビニレン（phenylenevinylene）系、チオフェン（thiophene）系、フルオレン（fluorene）系、およびスピロフルオレン（spiro-fluorene）系の高分子などの高分子と窒素を含む芳香族化合物などを発光用ドーパント材料として使用することができる。また、上記発光用ドーパント材料が上記説明したものに限定されるものではない。
【００６４】
上記ドーパント材料はホストとして使われる材料と互換性の良い材料を選択することが良い。
【００６５】
好ましい実施形態では、上記ドーパントは、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルが、上記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより高い物質を使用する。例えば、ドーパント材料として、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルが、ぞれぞれ、上記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより０．１〜０．５ｅＶ高い材料を選択して使用することができる。ドーパントのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルが、ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより高い場合、ホスト内に生成される励起子が、容易にドーパントへ輸送され、結果として発光効率が改善される。
【００６６】
本発明に係る発光層には、ホストおよびドーパントの他に、電子トラップ性物質が使われる。
【００６７】
上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、それぞれ、上記ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い。具体的に、上記電子トラップ性物質には、ＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルが、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、ぞれぞれ、好ましくは０．１〜０．６ｅＶ、より好ましくは０．１〜０．５ｅＶ低い材料を使用する。また、上記ホストと比較してＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルが、０．１〜０．３ｅＶ低い物質を上記電子トラップ性物質として使用することがさらに好ましい。
【００６８】
上記のような電子トラップ性物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルが、ホストのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルと比較して０．１ｅＶ以上低い場合、電子トラップ（electron trap）の役割を効率的に遂行することができる。
【００６９】
なお、図４に示されるように、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯのレベルが、ドーパント、ホスト、電子トラップ性物質の順で低くなるのが好ましい実施形態である。
【００７０】
本発明では、電子トラップ性物質として、ホストより低い励起状態（Lowest Unoccupied  Molecular Orbital：ＬＵＭＯ）のレベルを有する物質を使用する。すなわち、本発明では上記のような電子トラップ性物質を有機発光素子の発光層に導入して、発光層に流入した過剰電子を、上記電子トラップ性物質がトラップ（trap）するようにする。
【００７１】
具体的に、電子トラップ性物質は発光層に流入した過剰電子の正孔注入層への移動を最大限防止して、有機発光素子の寿命の低下を抑制できるようになる。本発明のように、発光層に導入された電子トラップ性物質が電子トラップの役割をする場合、有機発光素子の発光画素部の寿命を延ばすことができる。
【００７２】
電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルと、ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルとの差が、０．１ｅＶ未満の場合、電子トラップ性物質の電子トラップ役割が小さく、反面、その差が０．５ｅＶを超過する場合には電子トラップが過度に発生して発光に障害となることもある。したがって、電子トラップ性物質とホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルを上記のように調整する。
【００７３】
本発明において電子トラップ性物質を使用する場合、特にブルー画素の寿命を延長する効果が優れる。従来、ブルー画素の寿命を延ばすために２つのドーパントを使用する場合があったが、この場合、効率が低下する短所があった。しかしながら、本発明のように、発光層に電子トラップ性物質を導入することによって、既存の素子対比駆動特性および効率は同等以上に維持しながら寿命は２〜３倍以上増加させることができる。
【００７４】
このような電子トラップ性物質には、下記の＜化学式１＞で表される化合物を使用することができる。
【００７５】
【化４】
2013135237.tif 000006
【００７６】
上記＜化学式１＞において、上記Ｘは芳香族炭化水素である。具体的に上記Ｘは、ベンゼン（benzene）、ナフタリン（naphthalene）、アントラセン（anthracene）、ピレン（pyrene）、ペリレン（perylene）、トリフェニリン（triphenylene）、フェナントレン（phenanthrene）、クリセン（chrysene）、フルオレン（fluorene）、およびスピロフルオレン（spirofluorene）からなる群から選択された１つ以上を含むことができる。
【００７７】
上記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６は、それぞれ独立して、Ｈ、［ＥＷ］、Ｒ、またはＲ−［ＥＷ］である。
【００７８】
ここで、上記Ｈは水素を表す。ただし、Ｒ１〜Ｒ６が全て水素（Ｈ）の場合は除外される。
【００７９】
上記［ＥＷ］は電子求引性基（electron withdrawing group）を表す。具体的に、上記［ＥＷ］は、ピリジン（pyridine）、ピリミジン（pyrimidine）、トリアジン（triazine）、シアノ基（cyano group）、トリアゾール（triazole）、オキサジン（oxazine）、オキサゾール（oxazole）、オキサジアゾール（oxadiazole）、オキサジアジン（oxadiazine）、およびハロゲン（halogen）からなる群より選択される。ここで、上記ハロゲンは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、およびヨウ素（Ｉ）を含む。これらのうち、［ＥＷ］としては、シアノ基、ハロゲン（好ましくはフッ素）、ピリジン、ピリミジン、トリアジンが好ましい。
【００８０】
上記Ｒは芳香族化合物を表す。具体的に、上記Ｒは、Ｃ５〜Ｃ４０の芳香族環（aromatic ring）、Ｃ５〜Ｃ４０のアリールアミン（arylamine）、Ｃ４〜Ｃ４０のヘテロ芳香族基（heteroaromatic group）、およびカルバゾール（carbazole）からなる群より選択される。本発明の好ましい実施形態によれば、上記ＲはＣ５〜Ｃ２０の芳香族環（aromatic ring）、Ｃ５〜Ｃ２０のアリールアミン（arylamine）、Ｃ４〜Ｃ２０のヘテロ芳香族基（heteroaromatic group）、およびカルバゾール（carbazole）からなる群より選択される。
【００８１】
上記Ｒ−［ＥＷ］は上記芳香族化合物（Ｒ）に置換基として上記電子求引性基（ＥＷ）が置換されていることを表す。ここで、Ｒと［ＥＷ］は上記の説明の通りである。Ｒ−［ＥＷ］としては、４−シアノベンゼン、３，５−ジフルオロベン、２，４，６−トリフルオロベンゼン、２，３，４，５，６−ペンタフルオロベンゼン、３，５−ジフェニル（１，３，５，−トリアジン）が好ましい。
【００８２】
上記＜化学式１＞で表現される電子トラップ性物質は、具体的に、下記の＜化学式４＞〜＜化学式１３＞で表される化合物を含む。
【００８３】
【化５−１】
2013135237.tif 000007
【００８４】
【化５−２】
2013135237.tif 000008
【００８５】
【化５−３】
2013135237.tif 000009
【００８６】
電子トラップ性物質としては、上記＜化学式４＞〜＜化学式１３＞の中でも、＜化学式６＞、＜化学式７＞、＜化学式８＞で表されるのが好ましい。
【００８７】
本発明において、電子トラップ性物質は、下記＜化学式６Ａ＞、＜化学式７Ａ＞、＜化学式８Ａ＞で表されるのがより好ましい。
【００８８】
【化６】
2013135237.tif 000010
【００８９】
＜化学式６Ａ＞、＜化学式７Ａ＞、＜化学式８Ａ＞中、Ｒ７〜Ｒ１４は、上記Ｒ１〜Ｒ６と同じである。好ましくは、Ｒ７〜Ｒ１４は、それぞれ独立して、水素原子、−ＣＮ基、
【００９０】
【化７】
2013135237.tif 000011
【００９１】
からなる群より選択される。
【００９２】
具体的に、上記電子トラップ性物質として、例えば、以下の＜化学式１４＞〜＜化学式３８＞で表現される物質がある。
【００９３】
【化８−１】
2013135237.tif 000012
【００９４】
【化８−２】
2013135237.tif 000013
【００９５】
【化８−３】
2013135237.tif 000014
【００９６】
【化８−４】
2013135237.tif 000015
【００９７】
【化８−５】
2013135237.tif 000016
【００９８】
【化８−６】
2013135237.tif 000017
【００９９】
【化８−７】
2013135237.tif 000018
【０１００】
【化８−８】
2013135237.tif 000019
【０１０１】
【化８−９】
2013135237.tif 000020
【０１０２】
【化８−１０】
2013135237.tif 000021
【０１０３】
【化８−１１】
2013135237.tif 000022
【０１０４】
【化８−１２】
2013135237.tif 000023
【０１０５】
【化８−１３】
2013135237.tif 000024
【０１０６】
電子トラップ性物質が上記の化学式で表示される物質に限定されるものではないことは勿論である。
【０１０７】
一方、電子トラップ性物質のうち、上記＜化学式１４＞〜＜化学式１８＞で表現される電子トラップ性物質のＨＯＭＯレベルとＬＵＭＯレベル、および発光波長（light emitting wavelength）（シングレット（singlet）波長）は、以下の＜表１＞の通りである。
【０１０８】
【表１】
2013135237.tif 000025
【０１０９】
上記＜表１＞では、＜化学式１４＞〜＜化学式１８＞で表現される電子トラップ性物質のＨＯＭＯレベル、ＬＵＭＯレベル、および発光波長のみを例示しているが、他の電子トラップ性物質のＨＯＭＯレベル、ＬＵＭＯレベル、および発光波長も容易に求められる。また、これらの化合物のＨＯＭＯレベルおよびＬＵＭＯレベルは、化合物に官能基を導入することで容易に変更することができる。よって、化合物の構造を修飾することによって、化合物のＨＯＭＯレベルおよびＬＵＭＯレベルを所望のレベルに変更することが可能である。
【０１１０】
併せて、ホスト物質およびドーパントのＨＯＭＯレベル、ＬＵＭＯレベル、および発光波長も求められる。それぞれの値を表１に示した。
【０１１１】
このように、各々の物質のＨＯＭＯレベル、ＬＵＭＯレベルなどが求められるため、当業者であれば、必要によって適正なホスト物質およびドーパントを選択し、電子トラップ性物質として上記ホスト物質に比べて所定の値だけＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い物質を選択することができる。これに対して、電子トラップ性物質を先に選択する場合には、上記電子トラップ性物質より所定の値だけＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより高いホスト物質を選択することもできる。なお、本明細書中、これらのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯは、以下の工程により測定することができる。真空下、ガラス基板上に測定する材料を５００〜１０００Åの厚さで蒸着することでサンプルを作成する。サンプル中の材料のＨＯＭＯレベルは、フォトエレクトロンスオエクトロメーター（例えば、ＡＣ−２（商標））を用いて測定することができる。その後、サンプルにＵＶを照射し、ＵＶスペクトルを得て、ＵＶ−スペクトルを用いてエネルギーギャップ（Ｅｇ）を計算する。ＬＵＭＯレベルは、上記で計算されたエネルギーギャップ（Ｅｇ）および上記で測定したＨＯＭＯレベルを比較することで得られる。
【０１１２】
例えば、電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルがホスト物質より０．１〜０．５ｅＶ低くなるように、ホスト材料と電子トラップ性物質を選択して組み合せることは、当業者であれば必要に応じて容易に遂行することができる。
【０１１３】
本発明において、好ましい組み合わせとしては、ホストが蛍光発光型ホスト（好ましくはＭＡＤＮ）、ドーパントがブルー発光用ドーパント（好ましくはＤＰＶＢｉ）、および電子トラップ性物質が＜化学式６Ａ＞で表される化合物の組み合わせが挙げられる。
【０１１４】
上記発光層３３０には、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルを調整するための他の材料をさらに含むことができる。例えば、発光層にアルカリ金属をさらに含むこともできる。
【０１１５】
上記有機発光層においては、上記ホストの重量１００重量部に対して、ドーパントは１〜２５重量部、電子トラップ性物質は１〜５０重量部含むことができる。
【０１１６】
また、上記ドーパントと上記電子トラップ性物質との含量比は、重量比で１：１〜２（ドーパント：電子トラップ性物質）であるのが好ましい。上記のように、電子トラップ性物質の含有量がドーパントの量に比べて１〜２倍位の量の場合、電子トラップ効果が優れて、素子寿命の向上効果がより発揮される。
【０１１７】
一方、ドーパントの量があまり少なすぎると、発光効率が低下するようになり、ドーパントの量があまり多すぎると、電子トラップによる素子寿命延長の効果が小さくなる。そのため、ホスト、ドーパント、および電子トラップ性物質の含有量を上記のように調整するのが好ましい。
【０１１８】
なお、ホスト、ドーパント、および電子トラップ性物質の含有量は必要により任意に調整することができ、上記範囲に制限されない。
【０１１９】
また、電子トラップ性物質は発光層の発光に影響を及ぼさないことが好ましい。電子トラップ性物質が発光層の発光に影響を及ぼすようになれば、色座標値に変化が生じることがあるので、全体として所望の発光を出すことが容易でなくなる虞がある。そのため、ドーパントの発光波長より電子トラップ性物質の発光波長が短波長になるように、ドーパントと電子トラップ性物質とを選択するのが好ましい。すなわち、ドーパントと電子トラップ性物質を選択する際、電子トラップ性物質の発光波長が、ドーパントの発光波長より波長が短くなるように選択する。上記のように、電子トラップ性物質の発光波長が、ドーパントの発光波長より短波長になれば、電子トラップ性物質は発光層の発光に影響を及ぼさない。
【０１２０】
発光層の形成方法には、真空蒸着法などの蒸着、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法などの方法を適用することができる。発光層の厚みは、特に制限されないが、例えば、１〜８００Åであるのが好ましく、１〜６００Åであるのがより好ましい。
【０１２１】
本実施形態において、上記有機発光層は、ホスト材料、ドーパント材料、および電子トラップ性物質の共蒸着により形成されるのが好ましい。そのため、上記発光層の形成過程が非常に単純化されて発光層の製造が容易になる。その結果、有機発光素子の製造過程も単純化されて、その製造が容易になる。
【０１２２】
本発明のように、発光層内に電子トラップ性物質を導入することは、発光層と正極または負極との間に、別途の電子遮断層（electron blocking layer；ＥＢＬ）を形成する構造と区別される。例えば、発光層と正孔輸送層との間に電子遮断層を形成する構造の場合、主な発光界面である正孔輸送層（ＨＴＬ）と発光層（ＥＭＬ）との界面で、電子が正孔輸送層（ＨＴＬ）に越えることを防いで、発光層内での励起子の形成を有利にして、効率を上昇するように作用する。一方、本発明での電子トラップ性物質の役割は、発光層内で電子の分布が均等になるようにして、電子が正孔輸送層（ＨＴＬ）と発光層（ＥＭＬ）との界面（ＨＴＬ／ＥＭＬ界面）に集中しないようにして、発光効率を向上させると共に、素子の寿命が上昇するようにする。
【０１２３】
また、工程の面において、上記のような電子遮断層（ＥＢＬ）を導入する場合、別個の層（ＥＢＬ）をさらに含む構造となって、工程および装備が追加される。一方、本発明の場合、発光層（ＥＭＬ）に電子トラップ性物質を比較的少量ドーピングすることで、上記のような効果が達成できるため、既存の工程および装備をそのまま適用できるという長所がある。
【０１２４】
上記発光層３３０の上部には電子輸送層３４０が形成される。電子輸送層は注入された電子の輸送能力の大きい物質からなることが好ましい。このような電子輸送層材料には、キノリン誘導体、特にトリス（８−キノリノレート）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ＴＡＺ、Ｂａｌｑなどの公知の材料を使用することができる。電子輸送層材料の一例に、以下の＜化学式３９＞で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナトベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、およびその誘導体などを使用することができる。併せて、上記電子輸送層材料に金属酸化物を共に含むことができる。金属酸化物には、アルカリ金属、アルカリ土金属、転移金属などの酸化物でありうる。
【０１２５】
【化９】
2013135237.tif 000026
【０１２６】
電子輸送層材料が上記説明したものに限定されるものではない。
【０１２７】
上記電子輸送層３４０の上には電子注入層３５０が配置されている。電子注入層３５０は、第２電極４００から電子の注入を容易にする機能を有するものであって、必要によって省略することもできる。このような電子注入層は、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯなどの物質を用いて形成することができる。
【０１２８】
電子輸送層３４０および電子注入層３５０も真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法などの方法により積層して形成することができ、各々の蒸着条件は使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層の形成とほとんど同様の条件範囲が選択できる。電子輸送層および電子注入層の厚みは、特に制限されないが、例えば、１〜８００Åであるのが好ましく、１〜６００Åであるのがより好ましい。
【０１２９】
次に、上記電子注入層３５０の上部に負極として第２電極４００が形成される。上記第２電極は低い仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物により形成できる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などが挙げられる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、ＩＺＯを使用した透過型材料を使用することもできる。
【０１３０】
上記のような第２電極は、真空蒸着法やスパッタリング法などの方法により形成できる。
【０１３１】
また、本発明によれば、上記のような有機発光素子の製造方法が提供される。
【０１３２】
本発明に係る有機発光素子の製造方法は、基板の上に第１電極を形成するステップ、上記第１電極の上に、ホスト、ドーパント、および電子トラップ性物質を含む発光層を形成するステップ、および上記発光層の上に第２電極を形成するステップを含む。
【０１３３】
上記発光層を形成するステップでは、ホスト材料、上記ドーパント材料、および電子トラップ性物質を用いて蒸着を実施することができる。
【０１３４】
上記蒸着ステップはチャンバー内で行うことができるが、上記ホスト材料、上記ドーパント材料、および上記電子トラップ性物質は、それぞれ、蒸着材料容器に入れられた状態で上記チャンバーに流入される。本実施形態に従う上記蒸着ステップでは、上記ホスト材料、上記ドーパント材料、および電子トラップ性物質を同時に一度で蒸着する。すなわち、共蒸着がなされる。
【０１３５】
上記のように共蒸着が可能であるので、本発明に係る有機発光素子の製造過程で上記発光層形成過程が非常に単純化されて発光層の製造が容易になり、その結果、有機発光素子の製造過程も単純化され、容易になる。
【０１３６】
特に、ドーパント材料と電子トラップ性物質の蒸着温度がほぼ等しい場合には、ドーパント材料と電子トラップ性物質は、ひとつの共通容器内に混合されている状態で上記チャンバーに流入されて、１つの容器を用いてドーパントと電子トラップ性物質が蒸着できる。その結果、蒸着装備をより簡素化することができ、蒸着もより容易に実施することができる。一方、上記のように共通容器を使用するためには、ドーパント材料と電子トラップ性物質の蒸着温度がほぼ等しい材料を選択することが必要である。
【０１３７】
一方、正孔注入層および正孔輸送層のうち、少なくとも１つをさらに形成しようとする場合には、上記第１電極を形成するステップの後、上記発光層を形成するステップの前に、正孔注入層を形成するステップおよび正孔輸送層を形成するステップのうち、少なくとも１つをさらに実施する。
【０１３８】
また、電子輸送層および電子注入層のうち、少なくとも１つをさらに形成しようとする場合には、上記発光層を形成するステップの後、上記第２電極を形成するステップの以前に、電子輸送層を形成するステップ、および電子注入層を形成するステップのうち、少なくとも１つをさらに実施する。
【０１３９】
上記電子トラップ性物質には、ＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルが、それぞれ、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルより低い物質を選択する。具体的に、上記電子トラップ性物質として、ＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルが、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、それぞれ０．１〜０．５ｅＶ低い物質を選択する。他の実施形態によれば、上記電子トラップ性物質には、ＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルが、上記ホストのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、ぞれぞれ０．１〜０．３ｅＶ低い物質を選択する。
【０１４０】
また、本発明は、基板１００、上記基板の上に形成された第１電極２００、上記第１電極の上に形成された正孔層３１０、３２０、上記正孔層の上に形成され、有機発光物質および電子トラップ性物質を含む発光層３３０、上記発光層の上に形成された電子層３４０、３５０、および上記電子層の上に形成された第２電極４００を含み、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルは、それぞれ、上記有機発光物質のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルより低い有機発光素子を提供する。
【０１４１】
本発明の一実施形態によれば、上記正孔層は、正孔注入層３１０および正孔輸送層３２０のうち、少なくとも１つを含む。また、上記電子層は、電子輸送層３４０および電子注入層３５０のうち、少なくとも１つを含む。本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは、上記有機発光物質のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルに比べて、ぞれぞれ０．１〜０．５ｅＶ低い。本発明の一実施形態によれば、上記電子トラップ性物質の発光波長は、上記有機発光物質の発光波長より短波長である。
【０１４２】
上記電子トラップ性物質とは、上記の発光層の欄で述べた電子トラップ性物質が同様に用いられうる。
【０１４３】
また、上記有機発光物質としては、ホストおよびドーパントの組み合わせが形成する有機発光物質が用いられる。すなわち、ホストおよびドーパントの組み合わせにより有機発光材料を形成する。
【実施例】
【０１４４】
＜実施例の有機発光素子の製造＞
次のような構造を有する有機発光素子を製作した。
【０１４５】
第１電極、すなわち正極でコーニング（Corning）社の１５Ω／ｃｍ２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍのサイズに切って、イソプロピルアルコールと純水（pure water）の中で各々５分間超音波洗浄した後、３０分間紫外線を照射し、オゾン（Ｏ３）に露出させて洗浄した後、上記ガラス基板を真空蒸着装置に装着した。
【０１４６】
上記ガラス基板の上部に、先に正孔注入層としてｍ−ＭＴＤＡＴＡを真空蒸着して５００Åの厚さで形成した。次に、正孔輸送層として上記正孔注入層の上部にＮＰＤを真空蒸着して２００Åの厚さで形成した。
【０１４７】
次に、蛍光ホストとして、表１に示す−５．１０ｅＶのＨＯＭＯレベルおよび−１．６５ｅＶのＬＵＭＯレベルを有するＭＡＤＮ（２−メチル−９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン）系ホスト材料、ドーパントとして、表１に示す−５．００ｅＶのＨＯＭＯレベルおよび−１．５５ｅＶのＬＵＭＯレベルを有するＤＰＶＢｉ系ドーパント材料、および電子トラップ性物質として上記＜化学式１５＞で表現される物質を用いて４００Åの厚さで発光層を形成した。この際、上記ホスト１００重量部に対し、ドーパントは２重量部、電子トラップ性物質は４重量部だけ使用した。
【０１４８】
なお、発光層の形成は、ホスト材料、ドーパント材料、および電子トラップ性物質用蒸着ソースを用いて蒸着した。また、蒸着は、チャンバー内で行われ、ホスト材料、ドーパント材料、および電子トラップ性物質は、それぞれ蒸着材料容器に入れられた状態でチャンバーに流入され、同時に蒸着された。また、ドーパント材料と電子トラップ性物質とは、ひとつの蒸着材料容器内で混合されている状態だった。なお、発光層は４００Åだった。
【０１４９】
そして、電子輸送層にＡｌｑ３を３００Åの厚さで蒸着した後、この電子輸送層の上部に電子注入層にＬｉＦを５Åの厚さで蒸着した。その後、第２電極としてカソード電極を、Ａｌを使用して１０００Åの厚さで真空蒸着することで、有機発光素子を製造した。
【０１５０】
＜比較例の有機発光素子の製造＞
上記実験例で発光層を形成する時、電子トラップ性物質である＜化学式１５＞で表される化合物を使用しないことを除いて、同様の方法により有機発光素子を完成した。これを比較例として使用した。
【０１５１】
＜評価例＞寿命特性評価
上記実験例と比較例の輝度をＰＲ６５０（Spectroscan spectrometer、PHOTO RESEARCH INC. 社製品）を用いて時間に従って評価して、その結果を図５に示した。図５は時間対比輝度を表したものであって、最初の有機発光素子の輝度を１００％にした時、これに対する時間別の輝度の比率を表した。
【０１５２】
図５によれば、製品適用のための輝度信頼性基準を９７％とすると、実験例の有機発光素子は約１１０時間の寿命を有するが、比較例の有機発光素子は約４５時間の寿命を有することを確認することができる。したがって、本発明に従う有機発光素子は、優れた寿命特性を有するものであることが分かる。
【０１５３】
以上、本発明の実施形態を参考にして説明したが、これは例示的なものであり、本発明に属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は添付した特許請求範囲の技術的事象により定まるべきである。
【符号の説明】
【０１５４】
１０    基板
２０    第１電極
３０    有機層
４０    第２電極
１００    基板
２００    第１電極（負極）
３００    有機層
３１０    正孔注入層
３２０    正孔輸送層
３３０    発光層
３４０    電子輸送層
３５０    電子注入層
４００    第２電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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