JP2010528485A - 有機光電素子及びこれに用いられる材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、有機光電素子及びこれに用いられる材料に関するものである。前記有機光電素子は、基板；前記基板上に配置された陽極；前記陽極上に配置された正孔輸送層（ＨＴＬ）；前記正孔輸送層（ＨＴＬ）上に配置された発光層；及び前記発光層上に配置された陰極を含む。前記発光層は、ホストと燐光ドーパントとを含み、前記ホストの還元電位または酸化電位と前記燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満であることを特徴とする。本発明による有機光電素子は、従来の有機光電素子に比べて高い効率および低い駆動電圧を達成することが可能であり、簡単な構造を有するため、製造コストを低減できる。

Description

本発明は、有機光電素子及びこれに用いられる材料に関する。より詳細には、本発明は、高効率を示し、駆動電圧が低く、簡略化された構造で作製できて製造コストを節減することができる有機光電素子、及びこれに用いられる材料に関する。

有機光電素子（ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）は、正孔または電子を利用して電極と有機材料との間での電荷交換を必要とする素子である。

有機光電素子の例としては、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＯＬＥＤ）、有機太陽電池、有機感光体ドラム（ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｒｕｍ）、有機トランジスタ、有機メモリ素子などが挙げられ、これらは、正孔注入材料もしくは正孔輸送材料、電子注入材料もしくは電子輸送材料、または発光材料を必要とする。

以下では、主に有機発光ダイオードについて説明するが、前記有機光電素子において、前記正孔注入材料もしくは正孔輸送材料、前記電子注入材料もしくは電子輸送材料、および前記発光材料は同様の原理で作用する。

有機発光ダイオードは、有機材料に電荷を与えて電気エネルギーを光に変換する素子であって、陽極と陰極との間に機能性有機材料層が挿入された構造を有する。

有機発光ダイオードは、１９６０年代に始めて観察され［米国特許第３１７２８６２号（１９６５）、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．３８２０４２（１９６３）］、１９８７年にイーストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇは、低電圧で高輝度の発光を示す、二層の有機発光ダイオードを開示した［Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１，９１３（１９８７）］。近年、有機発光ダイオードは、色相、発光効率、及び素子安定性において注目すべき進展を遂げており、このような進展によって、次世代フラットパネルディスプレイとして注目されるようになっている。

燐光有機発光ダイオードは、理論的に、蛍光有機発光ダイオードに比べて５倍の効率（理論的な効率１００％）が可能であるため、幅広く活用されると予測されている。燐光有機発光ダイオードは、固体の蛍光ホスト内に燐光ドーパント材料を５〜１０モル％でドーピングすることによって、蛍光有機発光ダイオードに比べて高い発光特性および効率特性を示しうる。加えて、外部量子効率も、蛍光材料の外部量子効率の限界を克服することができる。

図１は、従来の燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の概略断面図である。図１を参照すると、従来の有機発光ダイオードは、基板１１０上に配置された陽極１２０、陽極１２０上に配置された正孔輸送層（ＨＴＬ）１３０であって、陽極１２０から注入された正孔を、前記正孔輸送層（ＨＴＬ）１３０上に形成された発光層（ＥＭＬ）１４０に輸送する正孔輸送層（ＨＴＬ）１３０、前記発光層上に配置され、正孔の陰極１７０への到達を阻止する正孔阻止層（ＨＢＬ）１５０、その上に配置され、陰極から注入された電子を前記発光層に輸送する電子輸送層（ＥＴＬ）１６０、および前記電子輸送層上に配置された陰極１７０が順に形成される。前記多層構造は、工程数が多いため、製造コストが高いという問題、ならびに有機材料および前記有機材料間の界面の数が増加するため、駆動電圧が上昇するという問題がある。

図２は、従来の燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のエネルギー準位図である。図２を参照すると、燐光有機発光ダイオードの発光層の構造は、三重項励起状態を発光層内に捕捉するために、バンドギャップの大きいホスト有機材料を発光層に含む。発光過程は、蛍光ホストの一重項励起状態（Ａ）のエネルギーを吸収する段階と、燐光ドーパントの三重項励起状態（Ｂ）に移動して、発光によってエネルギーを消失する段階と、基底状態に戻る段階とを含む。

従来の燐光有機発光ダイオードに用いられる蛍光ホストは、一重項励起状態（Ａ）と三重項励起状態（Ｃ）とのエネルギー差が非常に大きく、燐光ドーパントの三重項励起状態（Ｂ）にエネルギーが移動しにくいため、発光効率が低下するという問題が生じる。

また、蛍光ホストのエネルギー障壁が高く電子移動度が低いことにより電子の注入が難しいため、電子を発光層に輸送する電子輸送層を備えなければならず、正孔が陰極に到達することを防止するために正孔阻止層を備えなければならない。これは、製造コストが上昇する点、素子の薄型化の達成が難しい点、電子輸送層および正孔阻止層によって有機発光ダイオードの構造がより複雑になる点、ならびに蛍光ホストの一重項励起状態（Ａ）と三重項励起状態（Ｃ）とのエネルギー差が大きいために発光効率が低下する点において問題が生じる。

一方、現在活発に研究されている白色光を実現する方法としては、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、およびＢ（青色）の各々の発光層を利用する三色発光法、白色発光層を形成してカラーフィルターを使用する方法、青色発光層を形成し、色変換材料を使用して、緑色および赤色を発色させる方法などがある。

図３は、三色発光法による従来の白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の概略断面図である。

図３を参照すれば、従来の有機発光ダイオードにおいては、基板１１０、前記基板上に配置された陽極１２０、前記陽極１２０上に配置され、正孔を発光層１４０に輸送する正孔輸送層（ＨＴＬ）１３０、正孔輸送層１３０上に配置された赤色発光層（ＲＥＭＬ）１４１、赤色発光層１４１上に配置された緑色発光層（ＧＥＭＬ）１４２、緑色発光層１４２上配置された青色発光層（ＢＥＭＬ）１４３、青色発光層１４３上に配置された正孔阻止層（ＨＢＬ）１５０、正孔阻止層１５０上に配置された電子輸送層（ＥＴＬ）１６０および陰極１７０が順に形成される。

三色発光法によって作製された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、図３に示すように、Ｒ、Ｇ、およびＢの有機膜を形成する方法であり、メタルシャドーマスクを使用して、選択された低分子有機材料を所望のピクセルにのみ真空蒸着する段階を含むが、作製の精度及びマスクの厚さによる蒸着膜の不均一性により、ディスプレイサイズの拡大に限界がある。

三色発光法によって作製されたパネルは、白色発光のピクセルを追加する場合、効率を向上させ、消費電力を低減することができるので、その研究が活発に進められている。また、白色発光層およびカラーフィルターを利用する方法ならびに色変換する方法も拡大してきている傾向にある。特に、白色発光層を形成してカラーフィルターを利用する方法は、有機層が簡単なため、大型化および高解像度に有利であり、従来の液晶産業開発におけるＴＦＴ用製造装置または材料を活用できる利点がある。

しかしながら、カラーフィルターの全体の透過効率が白色材料の１／３と低いため、高効率の材料が求められている。加えて、白色材料の寿命は十分ではなく、製品化は困難である。

このような問題点を解決するために、本発明の目的は、高効率であり、駆動電圧が低く、簡単な薄膜構造で作製でき、製造コストが低減される有機光電素子を提供することである。

本発明の他の目的は、発光層のホストにドープされる燐光ドーパントが少量であっても、高い効率および低い駆動電圧を示す、有機光電素子を提供することである。

本発明の他の目的は、新しい効率的なエネルギー移動および電子輸送の特性を有し、有機光電素子の低分子の発光層構造を提供することができるホスト材料を提供することである。

本発明の実施形態は上記の技術的な目的に制限されず、当業者であれば他の技術的な目的を理解できるであろう。

上記の技術的な目的を達成するために、本発明の一実施形態は、基板；前記基板上に配置された陽極；前記陽極上に配置された正孔輸送層（ＨＴＬ）；前記正孔輸送層（ＨＴＬ）上に配置された発光層；及び前記発光層上に配置された陰極；を含む、有機光電素子を提供する。前記発光層はホストと燐光ドーパントとを含み、前記ホストの還元電位または酸化電位と、前記燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差は、０．５ｅＶ未満である。

前記ホストの一重項励起状態と三重項励起状態とのエネルギー差は、０．３ｅＶ以下であり、好ましくは０．２ｅＶ以下である。

前記ホストは、下記化学式１または２で表される有機金属錯体化合物である。

上記式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、Ｌ、Ｌ_１、及びＬ_２は、互いに独立して配位子である。Ｌ_１およびＬ_２は同一であっても異なっていてもよい。

前記ホストは、下記化学式３で表される。

上記式中、
Ａ_１〜Ａ_６は、独立してＣＲ_１Ｒ_２（ここで、Ｒ_１及びＲ_２は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルからなる群より選択され、またはＡ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ａ_１〜Ａ_６の互いに隣接しないＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、
Ｂ_１〜Ｂ_６は、独立してＣＲ_３Ｒ_４またはＮＲ_５（ここで、Ｒ_３、Ｒ_４、及びＲ_５は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルであり、またはＢ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６の互いに隣接しないＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、または、
Ａ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４、及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成し、
ｐ、ｑ、及びｒは、独立して０または１の整数であり、
Ｌは、ＯＲ_６及びＯＳｉＲ_７Ｒ_８からなる群より選択され（ここで、Ｒ_６、Ｒ_７、及びＲ_８は、独立して、アリール、アルキル置換アリール、アリールアミン、シクロアルキル、及びヘテロ環である）、
Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、
Ｘは、酸素または硫黄であり、
ｎは、金属の価数であり、ａおよびｂは、独立して０または１である。

前記燐光ドーパントは、発光材料の総量（ホストと燐光ドーパントとの合計量）に対して０．５〜２０重量％で含まれる。

前記発光層は、ホストと燐光ドーパントとを同時蒸着または塗布することによって形成される。

前記有機光電素子は、発光層上に配置された正孔阻止層または電子輸送層（ＥＴＬ）をさらに含むことができる。

前記有機光電素子は、前記発光層上に配置された正孔阻止層、及び前記正孔阻止層上に配置された電子輸送層（ＥＴＬ）をさらに含むことができる。

以下、本発明の他の実施形態を詳細に説明する。

従来の燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の概略断面図である。 燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のエネルギー準位図である。 従来の白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の概略断面図である。 本発明の一実施形態による燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の概略断面図である。 図４の燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光メカニズムを示す図である。 白色燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の概略断面図である。 図６の白色燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光メカニズムを示す図である。 実施例１及び比較例１の緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＩ−Ｖ(電流−電圧)特性を示す図である。 実施例１及び比較例１の緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＶ−Ｌ(電圧−輝度）特性を示す図である。 実施例１及び比較例１の緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光効率を示す図である。 実施例１及び比較例１の緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の電力効率を示す図である。 実施例２−４による赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＩ−Ｖ(電流−電圧)特性を示す図である。 実施例２−４による赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光効率特性を示す図である。 実施例５及び比較例２の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＩ−Ｖ(電流−電圧)特性を示す図である。 実施例５及び比較例２の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＶ−Ｌ（電圧−輝度）特性を示す図である。 実施例５及び比較例２の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光効率を示す図である。 実施例５及び比較例２の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の電力効率を示す図である。 実施例８−１１の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を示す図である。 実施例８−１１の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＶ−Ｌ（電圧−輝度）特性を示す図である。 実施例８−１１の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光効率を示す図である。 実施例８−１１の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の電力効率を示す図である。 実施例１２−１５の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を示す図である。 実施例１２−１５の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＶ−Ｌ（電圧−輝度）特性を示す図である。 実施例１２−１５の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光効率を示す図である。 実施例１２−１５の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の電力効率を示す図である。 実施例１６の白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を示す図である。 実施例１６の白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＶ−Ｌ（電圧−輝度）特性を示す図である。 実施例１６の白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光効率を示す図である。 実施例１６の白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の電力効率を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。ただし、これらの実施形態は単に例示的なものであって、本発明はこれらによって制限されず、添付の特許請求の範囲によって定義されるものである。

図４は、本発明の一実施形態による有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の概略断面図であり、図５は、図４に示す燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光メカニズムを示す。

図４及び図５を参照すれば、本発明による有機発光ダイオードは、基板２１０、陽極２２０、正孔輸送層２３０、発光層２４０、及び陰極２５０を順に配置することによって形成される。

まず、基板２１０上に陽極２２０を形成する。

基板２１０は、通常の透明性、面平滑性、取り扱い容易性、及び防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板が好ましい。前記基板の厚さは、好ましくは０．３〜１．１ｍｍである。

好ましくは、陽極２２０は、正孔輸送層（ＨＴＬ）への正孔の注入が十分に促進される、仕事関数が大きい材料を含む。陽極材料としては、ニッケル、白金、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、イリジウム、及び金のような金属またはこれらの合金；酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のような金属酸化物；ＺｎＯおよびＡｌまたはＳｎＯ_２およびＳｂのような金属および酸化物；ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］（ポリエチレンジオキシチオフェン：ＰＥＤＴ）、ポリピロール及びポリアニリンのような導電性高分子などが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、前記陽極は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）の透明電極である。

好ましくは、陽極２２０が形成された基板を洗浄した後、ＵＶオゾン処理を実施する。洗浄方法としては、イソプロパノール（ＩＰＡ）、アセトンなどの有機溶媒を利用する。

陽極２２０の表面上に正孔輸送層（ＨＴＬ）２３０を配置する。正孔輸送層２３０の形成に用いられる材料は特に制限されないが、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４，４’，４”−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン、ビス（４−カルバゾリルフェニル）シラン、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）、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）、ＩＤＥ３２０（出光興産社製）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−Ｎ−４−（ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）、及びポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニル−１，４−フェニレンジアミン（ＰＦＢ）からなる群より選択される少なくとも１種を含みうる。

好ましくは、正孔輸送層２３０の厚さは５ｎｍ〜２００ｎｍである。正孔輸送層（ＨＴＬ）２３０の厚さが５ｎｍ未満であると、正孔輸送特性が低下しうる；一方、２００ｎｍを超えると、駆動電圧が上昇するため好ましくない。

正孔輸送層（ＨＴＬ）２３０の表面上に発光層２４０を配置する。本発明による有機発光ダイオードの発光層２４０は、ホスト有機材料と燐光ドーパントとを同時蒸着または塗布することによって形成される。

発光層２４０を形成するホスト材料は、前記ホストの還元電位（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）または酸化電位（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）と、前記燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満である有機金属錯体化合物であって、以下で詳細に説明する。

前記燐光ドーパントの例としては、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＴｍからなる群より選択される少なくとも１種が挙げられ、より具体的には、ビスチエニルピリジンアセチルアセトネートイリジウム（ｂｉｓｔｈｉｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ ｉｒｉｄｉｕｍ）、ビス（１−フェニルイソキノリン）イリジウムアセチルアセトネート（ｂｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ） ｉｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ビス（ベンゾチエニルピリジン）アセチルアセトネートイリジウム（ｂｉｓ（ｂｅｎｚｏｔｈｉｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ ｉｒｉｄｉｕｍ）、ビス（２−フェニルベンゾチアゾール）アセチルアセトネートイリジウム（ｂｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｅ）ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ ｉｒｉｄｉｕｍ）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ，Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）、トリス（４−ビフェニルピリジン）イリジウム（ｔｒｉｓ（４−ｂｉｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ） ｉｒｉｄｉｕｍ）、トリス（フェニルピリジン）イリジウム（ｔｒｉｓ（ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ，Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）、ビス（２−フェニルキノリン）イリジウムアセチルアセトネート（ｂｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ，Ｉｒ（ｐｈｑ）_２ａｃａｃ）などが挙げられるが、これらに限定されない。

前記蒸着は、真空蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、スパッタリング、プラズマプレーティング、及びイオンプレーティングのような方法で行われてもよく、前記コーティング法としては、スピンコーティング、浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）、フローコーティングなどが挙げられる。

好ましくは、発光層２４０の厚さは１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、より好ましくは、３０ｎｍ〜５０ｎｍである。発光層２４０の厚さが１０ｎｍ未満であると、漏れ電流が増加して効率及び寿命が減少し、５００ｎｍを超えると、駆動電圧が著しく上昇するため好ましくない。

好ましくは、陰極２５０は、電子の注入が容易になるように、仕事関数が小さい。陰極材料の具体的な例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ、鉛、セシウム、バリウムなどの金属またはこれらの合金が挙げられるが、これらに限定されない。ＬｉＦ／Ａｌ、ＬｉＯ_２／Ａｌ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、ＢａＦ_２／Ｃａ、ＣｓＦ／Ａｌ、Ｃｓ_２ＣＯ_３／Ａｌなどの多層構造を有する、電子注入層（ＥＩＬ）／陰極を形成してもよい。好ましくは、前記陰極としてアルミニウムのような金属電極を使用する。

好ましくは、陰極２５０の厚さは５０〜３００ｎｍである。

図５に示されるように、二つの電極２２０および２５０の間に電圧を印加すれば、陽極２２０を通して正孔が注入され、陰極２５０を通して電子が注入される。

本発明による有機発光ダイオードにおいては、陰極２５０から注入された電子は直接発光層２４０へ移動する。

正孔輸送層２３０から移動した正孔と陰極２５０から移動した電子とが発光層２４０で出会って、再結合することによってエキシトンを形成し、前記エキシトンの電気エネルギーが光エネルギーに変換される。発光層のエネルギーバンドギャップに相当する色の光が放出される。

より具体的には、発光層２４０の材料は、発光層２４０において注入された正孔と電子とからエキシトンを形成することによって光を放出する。発光材料だけを使用する場合、エキシトン間の分子間相互作用によって色純度の変化及び発光効率の低下の問題が生じる。したがって、一般に、ホスト／ドーパントシステムを使用する。

ホスト／ドーパントシステムは、以下のように進行する：正孔と電子とがホストを励起させ、発生したエネルギーをドーパントが吸収して、光が再び放出される。

本発明の一実施形態によれば、ホストは、ホストの還元電位または酸化電位と、燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満、好ましくは０．４ｅＶ以下、より好ましくは０．２ｅＶ以下である、有機材料である。ホストの還元電位または酸化電位と、燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満であれば、ホストの一重項励起状態から燐光ドーパントの三重項励起状態へのエネルギー輸送がより効率的に達成されうる。燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）においては、正孔輸送は一般に電子輸送よりも速いため、エキシトンの形成が難しいが、本発明によれば、電子輸送が速く電子が容易に注入される有機材料をホストとして使用することによって、エキシトンが容易に形成される。

前記ホストは、下記の化学式１または２で表される有機金属錯体化合物である。

上記式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、Ｌ、Ｌ_１、及びＬ_２は、互いに独立して配位子である。Ｌ_１およびＬ_２は同一であっても異なっていてもよい。

より具体的には、前記ホストは、下記化学式３で表される有機金属錯体化合物でありうる。

上記式中、
Ａ_１〜Ａ_６は、独立してＣＲ_１Ｒ_２（ここで、Ｒ_１及びＲ_２は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルからなる群より選択され、またはＡ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ａ_１〜Ａ_６の互いに隣接しないＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、
Ｂ_１〜Ｂ_６は、独立してＣＲ_３Ｒ_４またはＮＲ_５（ここで、Ｒ_３、Ｒ_４、及びＲ_５は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルであり、またはＢ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６の互いに隣接しないＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、または、
Ａ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４、及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成し、
ｐ、ｑ、及びｒは、独立して０または１の整数であり、
Ｌは、ＯＲ_６及びＯＳｉＲ_７Ｒ_８からなる群より選択され（ここで、Ｒ_６、Ｒ_７、及びＲ_８は、独立してアリール、アルキル置換アリール、アリールアミン、シクロアルキル、及びヘテロ環である）、
Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、
Ｘは、酸素または硫黄であり、
ｎは、金属の価数であり、ａおよびｂは、独立して０または１である。

本明細書中、特に言及しない限り、アルキルは炭素数１〜３０のアルキル、好ましくは炭素数１〜２０のアルキルを意味し、アルコキシは炭素数１〜３０のアルコキシ、好ましくは炭素数１〜２０のアルコキシを意味し、アリールは炭素数６〜５０、好ましくは炭素数６〜３０のアリールを意味し、シクロアルキルは炭素数３〜５０、好ましくは炭素数４〜３０のシクロアルキルを意味し、ハロゲンはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩを意味し、好ましくはＦであり、アルケニルは炭素数２〜３０のアルケニル、好ましくは炭素数２〜２０のアルケニルを意味し、ヘテロ環は炭素数２〜３０のヘテロシクロアルキルまたは炭素数２〜３０のヘテロアリールを意味し、アミノは炭素数１〜３０のアミノを意味する。

本明細書中、特に言及しない限り、置換されたアルキル、アルコキシ、アリール、シクロアルキル、アルケニル、アリールアミン、ヘテロアリールアミン、またはヘテロ環は、少なくとも、アリール、ヘテロアリール、アルキル、アミノ、アルコキシ、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩ）、及びニトロからなる群より選択される置換基で置換されたものを意味する。

前記化学式３の具体的な例は下記化学式５〜３６で表される。

前記化学式５〜３６において、Ｍは価数により決定され、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択される。

前記有機金属錯体化合物は、好ましくは、電子移動度が１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上である。

前記ホストと燐光ドーパントとの還元／酸化電位の差が０．５ｅＶ未満となるようにするために、下記数式１または２を満足するように、前記化学式１または２の金属（Ｍ）及び配位子（Ｌ、Ｌ_１、及びＬ_２）を選択することが好ましい。

前記数式１中、Ｈ_Ｒはホストの還元電位であり、Ｄ_Ｒは燐光ドーパントの還元電位である。前記数式２中、Ｈ_Ｏはホストの酸化電位であり、Ｄ_Ｏは燐光ドーパントの酸化電位である。

前記ホストは、好ましくは、強い蛍光を有する蛍光性ホストである。

好ましくは、前記ホストは、前記数式１および２を満足し、前記ホストの蛍光量子収率は０．０１以上であり、より好ましくは、０．１以上である。

好ましくは、前記ホストの三重項励起状態のエネルギーが燐光ドーパントの三重項励起状態のエネルギーより高いかまたは同一である。

前記ホストの一重項励起状態と三重項励起状態とのエネルギー差は０．３ｅＶ以下であり、好ましくは０．２ｅＶ以下である。前記ホストの一重項励起状態と三重項励起状態とのエネルギー差が０．３ｅＶ以内であれば、ホストの電荷移動特性が優れ、電荷移動のためのエネルギー障壁が低いため、電子輸送層がなくても陰極から発光層に電子を安定して供給することができる。

本発明によるホストおよび燐光ドーパントで形成された発光層２４０は、電子移動度が正孔移動度に比べて速いかまたは同等である。

前記燐光ドーパントは、発光材料（ホスト＋ドーパント）の総重量に対して０．５〜２０重量％、好ましくは０．５〜１０重量％、より好ましくは０．５〜５重量％、さらに好ましくは０．５〜３重量％で添加される。燐光ドーパントの添加量が２０重量％を超えると、燐光ドーパントでの消光が起こって発光効率が低下する。０．５重量％未満である場合には、ホストから燐光ドーパントへエネルギーが移動せず、非発光消滅が起こって発光効率及び素子の寿命が低下するので好ましくない。

本発明によるホストは、ホストの還元電位または酸化電位と、燐光ドーパントの還元電位または酸化電位とのエネルギー差が小さいので、低濃度でエネルギー移動が促進され、燐光ドーパントのドーピング量を大幅に減少させることができる。したがって、高価な燐光ドーパントを節減できるので、素子の製造コストを低減することができる。

ホストの還元電位または酸化電位と、燐光ドーパントの還元電位または酸化電位とのエネルギー差が０．２ｅＶ以下である場合には、燐光ドーパントの量を１重量％以下に低減できる。

また、図１を参照すれば、従来の燐光有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）においては、正孔が発光層１４０を介して陰極１７０へ通過する場合の素子の寿命及び効率の低下を防止するために、発光層１４０上に正孔阻止層１５０を配置する。一方、図２に示す本発明の燐光有機発光ダイオードでは、エキシトンの形成領域が正孔輸送層２３０の界面に存在し、蛍光ホストの一重項励起状態のエネルギーが大きいため、別途の正孔阻止層を設置しなくても正孔が陰極２５０に到達することを防止することができる。

したがって、電子輸送層及び正孔阻止層を省くことによって構造が簡略化されるので、素子の薄型化が可能になる。電子輸送層がなく、正孔阻止層がなくても、十分に低電圧であり高効率の有機発光ダイオードの製造が可能である。発光効率をさらに向上させるために、電子輸送層または正孔阻止層のいずれか一つの有機薄膜をさらに含んでもよい。この場合、有機薄膜の厚さは１０〜３０ｎｍであることが好ましい。

または、電子輸送層と正孔阻止層との両方を含んでもよい。好ましくは、前記電子輸送層は１０〜３０ｎｍの厚さであり、前記正孔阻止層は５〜１０ｎｍの厚さである。上記範囲内で電子輸送層または正孔阻止層を配置すれば、有機発光ダイオードの発光効率がさらに改善される。

好ましくは、発光層２４０のホスト材料を塗布して電子輸送層および正孔阻止層を形成する。ホスト材料の特性により、発光層２４０の表面上に形成された薄膜は電子輸送層及び／または正孔阻止層として機能する。

陽極２２０から正孔輸送層２３０に注入された正孔は発光層２４０へ輸送される。陽極２２０と正孔輸送層（ＨＴＬ）２３０との間の界面の劣化の問題を解決するために、陽極２２０と正孔輸送層（ＨＴＬ）２３０との間に正孔注入層（ＨＩＬ）（図示せず）をさらに含み、界面特性を改善して適切な表面エネルギーを有するようにしてもよい。

前記正孔注入層（ＨＩＬ）は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スターバースト型アミンであるｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＴＣＴＡ、または導電性高分子組成物であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどを真空蒸着またはスピンコーティングすることによって形成される。

このように前記正孔注入層を形成すると、陽極２２０と発光層２４０との間の接触抵抗が減少し、陽極の発光層２４０への正孔輸送能が向上するため、有機発光ダイオードの駆動電圧および寿命特性を全般的に改善することができる。

前記正孔注入層の厚さが５ｎｍ未満である場合、薄い正孔注入層により正孔注入を行うことが困難であるため、好ましくない。前記正孔注入層（ＨＩＬ）の厚さが１００ｎｍを超える場合は、光の透過率が低下するか、駆動電圧が上昇するため好ましくない。したがって、前記正孔注入層は５ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成されうる。

本発明の他の実施形態によれば、青色ホストと赤色ドーパントまたは黄色ドーパントとを発光層材料として用いることによって白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が提供される。このような白色有機発光ダイオードは、基板３１０上に、陽極３２０、正孔輸送層３３０、白色発光層３４０、及び陰極３５０を順に配置することによって作製される。

発光層３４０は、青色ホストおよび赤色ドーパント；青色ホストおよび黄色ドーパント；青色ホストならびに緑色ドーパントおよび赤色ドーパント；並びに青色ホストならびに緑色ドーパントおよび黄色ドーパント、からなる群より選択されるホスト／ドーパントの組み合わせを同時蒸着または塗布することによって形成される。前記ホストは、ホストの還元電位または酸化電位と、燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満、好ましくは０．４ｅＶ以下、より好ましくは０．２ｅＶ以下である有機材料である。したがって、好ましくは、前記化学式１〜３６で表される有機金属錯体化合物でありうる。

白色発光層３４０は、ホストの一重項励起状態から燐光ドーパントの三重項励起状態へ移動するエネルギー移動の現象を利用すると同時に、ホストの三重項励起状態から燐光ドーパントの三重項励起状態へ移動するエネルギー移動の現象を利用して、白色光を放出する。

図７を参照して、白色発光層３４０の発光メカニズムを調べるために、青色ホストおよび赤色ドーパント；ならびに青色ホストおよび黄色ドーパントを例として用いる。青色蛍光ホストの一重項として光を吸収し、エネルギーを消失して青色蛍光ホストの基底状態に戻る過程で青色の蛍光を発光し、前記青色蛍光ホストの一重項が、赤色または黄色燐光ドーパントの三重項励起状態に移動すると同時に、前記青色蛍光ホストの三重項が赤色または黄色燐光ドーパントの三重項励起状態に移動し、エネルギーを消失して、燐光ドーパントの基底状態に戻る過程で赤色または黄色の燐光を発光する。したがって、青色の蛍光発光と赤色または黄色の燐光発光とが混合して、白色光が発光する。

本発明の他の実施形態によれば、白色発光層３４０は多層発光層として形成されてもよい。例えば、青色ホストを含む第１発光層、及び青色ホストと赤色ドーパントとを含む第２発光層；青色ホストを含む第１発光層及び青色ホストと黄色ドーパントとを含む第２発光層；青色ホストを含む第１発光層及び青色ホスト、緑色ドーパント、及び赤色ドーパントを含む第２発光層；並びに青色ホストと赤色ドーパントとを含む第１発光層及び青色ホストと緑色ドーパントとを含む第２発光層からなる群より選択される多層発光層として形成されうるが、これらに限定されない。

本実施形態による低分子の単一発光層構造を有する白色有機発光ダイオードは、特定の組み合わせのホスト／燐光ドーパントを含む発光層を含むことにより、従来の白色有機発光ダイオードに比べて、ホストの一重項励起状態からドーパントの三重項励起状態へのエネルギー移動がさらに改善されて、高い効率および低い駆動電圧を達成し、単一の発光層を用いて白色光を達成することができる。その結果、正孔阻止層および電子輸送層を省略することによって、構造が簡略化され、製造コストが低減される。

以上、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）について詳細に説明したが、他の有機光電素子も同様に用いられうる。

本発明による有機光電素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）のバックライト、アクティブマトリックス型高分子発光ディスプレイの発光素子、照明素子などに適用することができるが、これらに限定されない。

以下の実施例によって本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例によって制限されるものではない。

実施例：
ホスト及びドーパントの材料：
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光層材料としてのホスト及びドーパントの仕様は次の通りである。ＨＯＭＯ（酸化電位）およびＬＵＭＯ（還元電位）の値は、シクロボルタンメトリー（Ｃｙｃｌｏｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）によって測定した。

実施例１及び比較例１：緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の作製
実施例１
コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさに切断して、イソプロピルアルコールおよび純水の中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間、ＵＶ及びオゾン洗浄を行った。

前記基板の表面にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を蒸着して、４０ｎｍ厚さの正孔輸送層（ＨＴＬ）を形成した。

前記正孔輸送層（ＨＴＬ）の表面に、前記化学式４０で表されるホスト材料（Ｂｅｐｐ_２）及びトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）ドーパントを同時蒸着して発光層を形成し、この上にＬｉＦ／Ａｌ陰極を蒸着して、緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を作製した。各層の厚さ及び使用した材料を以下の表２に示す。

比較例１
発光層材料として、ＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル）ホストとＩｒ（ｐｐｙ）_３ドーパントとを使用し、発光層の上に順にＢＡｌｑ正孔阻止層、Ａｌｑ３電子輸送層、及びＬｉＦ電子注入層をさらに塗布したことを除いては、前記実施例１と同様の方法で緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を作製した。

前記実施例１及び比較例１の緑色有機発光ダイオードの開始電圧、駆動電圧、発光効率、最大発光効率、及び色座標を測定し、結果を以下の表３に示した。

実施例１及び比較例１の緑色有機発光ダイオードのＩ−Ｖ特性およびＶ−Ｌ特性を、各々、図８および９に示し、発光効率（電流効率）及び電力効率を図１０および図１１に各々示した。

表３および図８〜１１の結果から、ＣＢＰを用いた多層構造の比較例１の有機発光ダイオードに比べて、実施例１の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、低電圧駆動及び高効率特性を達成できることが確認された。これは、比較例１のホストであるＣＢＰはバンドギャップが大きいため、正孔輸送層（ＨＴＬ）または正孔阻止層から発光層への電荷の注入が容易ではないが、実施例１のホストはバンドギャップが小さいため、電荷の注入が容易になるためである。

実施例１で使用されたホストは、ホストの還元電位または酸化電位と、ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満であるため、０．５ｅＶ以上であるＣＢＰに比べてエネルギーの移動が容易であり、これらのホストのＬＵＭＯ励起状態は、ドーパントのＩｒ（ｐｐｙ）_３の三重項励起状態と類似した位置にあるので、電荷のトラップを最小限にすることができる。

また、実施例１の素子が低い駆動電圧及び高い効率特性を示すことから、正孔阻止層がなく、電子輸送層（ＥＴＬ）のない簡単な構造の緑色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の提供が可能である。

実施例２−１１及び比較例２：赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の作製
実施例２
コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさに切断して、イソプロピルアルコールと純水との中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間、ＵＶ及びオゾン洗浄を行った。

前記基板の表面にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を真空蒸着して、４０ｎｍ厚さの正孔輸送層（ＨＴＬ）を形成した。

前記正孔輸送層（ＨＴＬ）の表面に、前記化学式３７で表されるＢｅｐｑ_２ホスト材料及びトリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）ドーパントを同時蒸着して発光層を形成し、この上にＬｉＦ／Ａｌ陰極を蒸着して、赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を得た。各層の厚さ及び使用した材料を以下の表４に示す。

実施例３
コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさに切断して、イソプロピルアルコールおよび純水の中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間、ＵＶ及びオゾン洗浄を行った。

前記基板の表面にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を真空蒸着して、４０ｎｍ厚さの正孔輸送層（ＨＴＬ）を形成した。

前記正孔輸送層の表面に、前記化学式３７で表されるＢｅｐｑ_２ホスト材料及びトリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）ドーパントを同時蒸着して、発光層を形成した。

前記発光層の表面に化学式８で表される化合物を５ｎｍ厚さに真空蒸着して電子輸送層を得た。電子輸送層上にＬｉＦ／Ａｌ陰極を蒸着して、赤色有機発光ダイオードを得た。各層の厚さ及び使用した材料を以下の表４に示す。

実施例４
コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさに切断して、イソプロピルアルコールおよび純水の中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間、ＵＶ及びオゾン洗浄を行った。

前記基板の表面にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコーティングして、４０ｎｍ厚さの正孔注入層（ＨＩＬ）を得た。

前記正孔注入層（ＨＩＬ）の表面にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を４０ｎｍ厚さに真空蒸着して、正孔輸送層（ＨＴＬ）を得た。

前記正孔輸送層の表面に、前記化学式３７で表されるＢｅｐｑ_２ホスト材料及びトリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）ドーパントを同時蒸着して、発光層を形成した。

前記発光層の表面に化学式８で表される化合物を５ｎｍ厚さに蒸着して、電子輸送層を形成した。前記電子輸送層上にＬｉＦ／Ａｌ陰極を蒸着して、赤色有機発光ダイオードを得た。各層の厚さ及び使用した材料を以下の表４に示す。

実施例５
コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさに切断して、イソプロピルアルコールおよび純水の中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間、ＵＶ及びオゾン洗浄を行った。

前記基板の表面にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を４０ｎｍ厚さに真空蒸着して、正孔輸送層を形成した。

前記正孔輸送層（ＨＴＬ）の表面に、前記化学式４０で表されるホスト材料（Ｂｅｐｐ_２）及びトリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）ドーパントを同時蒸着して発光層を形成し、この上にＬｉＦ電子注入層（ＥＩＬ）およびＡｌ陰極をさらに蒸着して、赤色有機発光ダイオードを得た。各層の厚さ及び使用した材料を以下の表４に示す。

実施例６
発光層材料として、化学式３９で表されるＢｅｂｐｔ_２ホストおよびＩｒ（ｐｉｑ）_３ドーパントを下記表４に示す含有量で使用したことを除いては、実施例５と同様の方法で赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を作製した。

実施例７
発光層材料として、化学式３８で表されるＢｅｐｂｏ_２ホストおよびＩｒ（ｐｉｑ）_３ドーパントを下記表４に示す含有量で使用したことを除いては、実施例５と同様の方法で赤色有機発光ダイオードを作製した。

実施例８−１１
発光層材料として、化学式３７で表されるＢｅｂｑ_２ホストおよびＩｒ（ｐｉｑ）_３ドーパントを下記表４に示す含有量で使用したことを除いては、実施例５と同様の方法で赤色有機発光ダイオードを作製した。

実施例２−１１及び比較例２のそれぞれの赤色有機発光ダイオードの開始電圧、駆動電圧、発光効率、最大発光効率、及び色座標を測定した。結果を下記表５に示す。

実施例２−４の赤色有機発光ダイオードのＩ−Ｖ特性および電力効率をそれぞれ測定し、Ｉ−Ｖ特性の測定結果を図１２に、電力効率の測定結果を図１３に各々示した。

実施例５及び比較例２の赤色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のＩ−Ｖ特性およびＶ−Ｌ特性をそれぞれ測定し、結果を図１４および図１５にそれぞれ示し、発光効率（電流効率）及び電力効率を図１６および図１７に各々示した。

実施例８−１１の赤色有機発光ダイオードのＩ−Ｖ特性およびＶ−Ｌ特性を、各々、図１８および図１９に示し、発光効率（電流効率）及び電力効率を図２０および図２１に各々示した。

表５及び図１２〜図１７の結果から、ＣＢＰを用いた多層構造を有する比較例２の有機発光ダイオードに比べて、実施例２−１１の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は低電圧駆動及び高効率特性が達成できることが確認された。これは、比較例２のＣＢＰホストはバンドギャップが大きいため、正孔輸送層（ＨＴＬ）または正孔阻止層から発光層への電荷の注入が容易でないのに対して、実施例２−１１のホストはバンドギャップが小さいため、容易に電荷が注入できるためである。

実施例２−１１で使用されたホストは、ホストの還元電位または酸化電位と、ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満であるため、０．５ｅＶ以上であるＣＢＰに比べてエネルギーの移動が容易であり、これらのホストのＬＵＭＯ励起状態は、ドーパントのＩｒ（ｐｉｑ）_３の三重項励起状態と類似した位置にあるので、電荷のトラップを最小限にすることができる。

また、実施例２−１１の素子が低い駆動電圧及び高い効率特性を示すことから、正孔阻止層がなく、電子輸送層のない簡単な構造の赤色有機発光ダイオードの提供が可能である。

また、有機発光ダイオードの色座標が一定の値を示すことを考慮すると、有機層間の界面でしばしば生じる浮き上がった（ｌｉｆｔ−ｕｐ）エキシプレックスまたはエレクトロプレックス（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌｅｘ）のような問題がないことが確認される。これにより、発光効率、界面接着性および色純度を改善することができる。

実施例１２−１５：ドーピング濃度による有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の特性
実施例１２−１５
コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさに切断して、イソプロピルアルコールおよび純水の中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間、ＵＶ及びオゾン洗浄を行った。

前記基板の表面にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を４０ｎｍ厚さに真空蒸着して、正孔輸送層を形成した。

化学式３３で表されるホスト材料（Ｂｅｐｑ_２）及びビス（２−フェニルキノリン）イリジウムアセチルアセトネート（Ｉｒ（ｐｈｑ）_{２ａｃａｃ}）ドーパントを同時蒸着して、発光層を形成した。その後、ＬｉＦ電子注入層およびＡｌ陰極を蒸着して、赤色有機発光ダイオードを得た。各層の厚さ及び使用した材料を以下の表６に示す。

実施例１２−１５の赤色有機発光ダイオードの開始電圧、駆動電圧、発光効率、最大発光効率、及び色座標をそれぞれ測定して、結果を以下の表７に示した。

実施例１２−１５の赤色有機発光ダイオードのＩ−Ｖ特性およびＶ−Ｌ特性を、各々、図２２および図２３に示し、発光効率（電流効率）及び電力効率を図２４および図２５に各々示した。

表７、図２２〜図２５に示すように、実施例１２−１５は、Ｂｅｐｑ_２ホストの還元電位または酸化電位と前記ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満であるため、エネルギー輸送が速い。また、ホストの三重項励起状態がドーパントの三重項励起状態と近接しているため、エネルギー移動が容易であって、低いドーピング濃度でも発光効率が改善される。また、ホストが蛍光材料であるため、ホストの一重項励起状態からドーパントの三重項励起状態へのエネルギー移動が容易になる。

実施例１６：白色有機発光ダイオードの作製
コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさに切断して、イソプロピルアルコールおよび純水の中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間、ＵＶ及びオゾン洗浄を行った。

前記基板の表面にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を４０ｎｍ厚さに真空蒸着して、正孔輸送層（ＨＴＬ）を形成した。

化学式３３で表されるホスト材料（Ｂｅｂｑ_２）を４０ｎｍの厚さで塗布して第１発光層を形成し、次いで化学式３３で表されるホスト材料とＩｒ（ｐｈｑ）_{２ａｃａｃ}ドーパント（ドーパント量：８重量％）とを同時蒸着して、１０ｎｍ厚さの第２発光層を形成した。この上にＬｉＦ電子注入層（ＥＩＬ）およびＡｌ陰極を蒸着して、白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を得た。

実施例１６の白色有機発光ダイオードのＩ−Ｖ特性およびＶ−Ｌ特性を、各々、図２６及び図２７に示した。また、実施例１６の白色有機発光ダイオードの発光効率（電流効率）及び電力効率を、図２８および図２９に各々示した。

図２６〜図２９の結果から、本発明による白色有機発光ダイオードは低電圧駆動及び高効率特性が達成されることが確認された。すなわち、正孔阻止層がなく、電子輸送層のない簡単な構造の白色有機発光ダイオードの提供が可能であることが確認された。

本発明では、ホストの還元電位または酸化電位と前記ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満と小さいため、差が０．５ｅＶ以上であるＣＢＰに比べてエネルギー移動が容易である。また、ホストが速い電子移動の能力を有するため、チャージバランスが良好になり、エキシトンが形成される。新しいホストの一重項励起状態のエネルギー準位と、ドーパントの三重項励起状態のエネルギー準位とのエネルギー差が小さく、また、蛍光性ホストであるため、速いエネルギー移動および優れた素子特性を実現することができる。

本発明によれば、ホストの一重項励起状態から燐光ドーパントの三重項励起状態へのエネルギー移動効率が向上するだけでなく、正孔阻止層および電子輸送層がないため、有機光電素子の電子注入能がさらに向上する。これによって、高い効率および低い駆動電圧などの燐光有機光電素子特性を与える。また、構造を簡単にすることで製造コストが低減できる。したがって、本発明による有機光電素子は、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）のバックライト、アクティブマトリックス型有機発光ディスプレイの発光素子、照明素子などに用いられうる。

以上、本発明を現段階で実際の例示的な実施形態と考えられる実施形態と関連づけて説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されず、本発明の精神および添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、多様な変更および等価の変形を包含するものであると理解されるであろう。

Claims (26)

1. 基板；
   前記基板上に配置された陽極；
   前記陽極上に配置された正孔輸送層（ＨＴＬ）；
   前記正孔輸送層（ＨＴＬ）上に配置された発光層；及び
   前記発光層上に配置された陰極；を含み、
   前記発光層は、ホストと燐光ドーパントとを含み、前記ホストの還元電位（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）または酸化電位（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）と、前記燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．５ｅＶ未満である、有機光電素子。
2. 前記ホストの還元電位または酸化電位と、前記燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．４ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機光電素子。
3. 前記ホストの還元電位または酸化電位と、前記燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．２ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機光電素子。
4. 前記ホストの一重項励起状態と三重項励起状態とのエネルギー差が０．３ｅＶ以下である、請求項１に記載の有機光電素子。
5. 前記ホストは、下記化学式１または２で表される有機金属錯体化合物である、請求項１に記載の有機光電素子：
   式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、Ｌ、Ｌ_１、及びＬ_２は、互いに独立して、配位子である。
6. 前記化学式２のＬ_１とＬ_２は互いに異なる、請求項５に記載の有機光電素子。
7. 前記ホストは、下記化学式３で表される有機金属錯体化合物である、請求項１に記載の有機光電素子：
   上記式中、
   Ａ_１〜Ａ_６は、独立してＣＲ_１Ｒ_２（ここで、Ｒ_１及びＲ_２は独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルからなる群より選択され、またはＡ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ａ_１〜Ａ_６の互いに隣接しないＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、
   Ｂ_１〜Ｂ_６は、独立してＣＲ_３Ｒ_４またはＮＲ_５（ここで、Ｒ_３、Ｒ_４，及びＲ_５は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルであり、またはＢ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６の互いに隣接しないＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、または、
   Ａ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４，及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成し、
   ｐ、ｑ、及びｒは、独立して０または１の整数であり、
   Ｌは、ＯＲ_６及びＯＳｉＲ_７Ｒ_８からなる群より選択され（ここで、Ｒ_６、Ｒ_７、及びＲ_８は、独立して、アリール、アルキル置換アリール、アリールアミン、シクロアルキル、及びヘテロ環である）、
   Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、
   Ｘは、酸素または硫黄であり、
   ｎは、金属の価数であり、
   ａおよびｂは、独立して０または１である。
8. 前記ホストは、下記化学式５〜３６で表される有機金属錯体化合物、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項７に記載の有機光電素子：
   上記式中、Ｍは価数により決定され、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択される。
9. 前記ホストの蛍光量子収率は０．０１以上である、請求項１に記載の有機光電素子。
10. 前記ホストの蛍光量子収率は０．１以上である、請求項９に記載の有機光電素子。
11. 前記燐光ドーパントは、発光材料（ホスト＋ドーパント）の総重量に対して０．５〜２０重量％の量で含まれる、請求項１に記載の有機光電素子。
12. 前記燐光ドーパントは、発光材料（ホスト＋ドーパント）の総重量に対して０．５〜５重量％の量で含まれる、請求項１１に記載の有機光電素子。
13. 前記燐光ドーパントは、発光材料（ホスト＋ドーパント）の総重量に対して０．５〜５重量％で含まれる、請求項１２に記載の有機光電素子。
14. 前記燐光ドーパントは、発光材料（ホスト＋ドーパント）の総重量に対して０．５〜１重量％の量で含まれる、請求項１３に記載の有機光電素子。
15. 前記ホストは、１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する、請求項１に記載の有機光電素子。
16. 前記発光層上に配置された正孔阻止層または電子輸送層（ＥＴＬ）をさらに含む、請求項１に記載の有機光電素子。
17. 前記発光層上に配置された正孔阻止層及び前記正孔阻止層上に配置された電子輸送層（ＥＴＬ）をさらに含む、請求項１に記載の有機光電素子。
18. 前記正孔阻止層または電子輸送層（ＥＴＬ）は、発光層のホストで形成される、請求項１７に記載の有機光電素子。
19. 前記燐光ドーパントは、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＴｍからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の有機光電素子。
20. 基板；
    前記基板上に配置された陽極；
    前記陽極上に配置された正孔輸送層（ＨＴＬ）；
    前記正孔輸送層（ＨＴＬ）上に配置された発光層；及び
    前記発光層上に形成された陰極；を含み、
    前記発光層は、ホストと燐光ドーパントとを含み、前記ホストの還元電位または酸化電位と、前記燐光ドーパントの還元電位または酸化電位との差が０．４ｅＶ以下であり、
    前記燐光ドーパントは、発光材料（ホスト＋ドーパント）の総重量に対して３重量％以下の量で含まれる、有機光電素子。
21. 前記燐光ドーパントは、発光材料（ホスト＋ドーパント）の総重量に対して０．５〜１重量％の量で含まれる、請求項２０に記載の有機光電素子。
22. 前記ホストの蛍光量子収率は０．０１以上である、請求項２０に記載の有機光電素子。
23. 前記ホストの蛍光量子収率は０．１以上である、請求項２２に記載の有機光電素子。
24. 前記ホストは、下記化学式３で表される有機金属錯体化合物である、請求項２０に記載の有機光電素子：
    上記式中、
    Ａ_１〜Ａ_６は、独立してＣＲ_１Ｒ_２（ここで、Ｒ_１及びＲ_２は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルからなる群より選択され、またはＡ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ａ_１〜Ａ_６の互いに隣接しないＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、
    Ｂ_１〜Ｂ_６は、独立してＣＲ_３Ｒ_４またはＮＲ_５（ここで、Ｒ_３、Ｒ_４，及びＲ_５は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルであり、またはＢ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６の互いに隣接しないＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、または、
    Ａ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４，及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成し、
    ｐ、ｑ、及びｒは、独立して、０または１の整数であり、
    Ｌは、ＯＲ_６及びＯＳｉＲ_７Ｒ_８からなる群より選択され（ここで、Ｒ_６、Ｒ_７、及びＲ_８は、互いに独立して、アリール、アルキル置換アリール、アリールアミン、シクロアルキル、及びヘテロ環である）、
    Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、
    Ｘは、酸素または硫黄であり、
    ｎは、金属の価数であり、
    ａおよびｂは、独立して０または１である。
25. 有機光電素子の発光層材料として用いられ、下記化学式３で表される有機金属錯体化合物：
    上記式中、
    Ａ_１〜Ａ_６は、独立してＣＲ_１Ｒ_２（ここで、Ｒ_１及びＲ_２は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ；及び置換または非置換のシクロアルキルからなる群より選択され、またはＡ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ａ_１〜Ａ_６の互いに隣接しないＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、
    Ｂ_１〜Ｂ_６は、独立してＣＲ_３Ｒ_４またはＮＲ_５（ここで、Ｒ_３、Ｒ_４，及びＲ_５は、独立して水素；ハロゲン；ニトリル；シアノ；ニトロ；アミド；カルボニル；エステル；置換または非置換のアルキル；置換または非置換のアルコキシ；置換または非置換のアルケニル；置換または非置換のアリール；置換または非置換のアリールアミン；置換または非置換のヘテロアリールアミン；置換または非置換のヘテロ環；置換または非置換のアミノ基；及び置換または非置換のシクロアルキルであり、またはＢ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６の互いに隣接しないＲ_３、Ｒ_４及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成する）であり、または、
    Ａ_１〜Ａ_６のＲ_１及びＲ_２の少なくとも一つは、Ｂ_１〜Ｂ_６のＲ_３、Ｒ_４，及びＲ_５の少なくとも一つに連結して縮合環を形成し、
    ｐ、ｑ、及びｒは、独立して０または１の整数であり、
    Ｌは、ＯＲ_６及びＯＳｉＲ_７Ｒ_８からなる群より選択され（ここで、Ｒ_６、Ｒ_７、及びＲ_８は、独立して、アリール、アルキル置換アリール、アリールアミン、シクロアルキル、及びヘテロ環である）、
    Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択され、
    Ｘは、酸素または硫黄であり、
    ｎは、金属の価数であり、
    ａおよびｂは、独立して０または１である。
26. 前記ホストは、下記化学式５〜３６で表される有機金属錯体化合物、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項２５に記載の有機金属錯体化合物：
    上記式中、Ｍは価数により決定され、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＭｎからなる群より選択される。