有機電致發光元件、顯示裝置和照明裝置的製作方法

2023-05-02 06:49:01 2

專利名稱：有機電致發光元件、顯示裝置和照明裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及有機電致發光元件、顯示裝置和照明裝置。具體來說，涉及高效率 而且長壽命的有機電致發光元件、顯示裝置和照明裝置。
背景技術：
近年來，伴隨著高度信息化，對薄型、低消耗電力和輕量的平板顯示器(FPD) 的期待越來越高。其中，能夠以低電壓驅動而且能夠實現高亮度顯示的有機電致發光顯 示裝置為人們所關注。特別是，通過近年來的研究開發，使用有機材料的有機EL裝置的 發光效率顯著提高，具有該種有機電致發光裝置的有機EL顯示器的實用化開始進行。該種有機EL顯示器中，作為全彩色化的方法，具有並列放置可發出紅色、綠 色、藍色的光的有機電致發光元件(以下，也稱為「有機EL元件」)的方法(例如參照 專利文獻1)、和將發出白色光的有機EL元件和使紅色、綠色、藍色的波長範圍透過的彩 色濾光片組合的方法等。另外，公開了具有包含空穴輸送材料和電子輸送材料的發光層的有機EL元件。 (例如，參照專利文獻2和3)專利文獻1 日本特開平10-3990號公報專利文獻2 日本特開2004-146221號公報專利文獻3 日本特開2005-285708號公報

發明內容
然而，在目前的白色有機EL元件中，想要使疊層的發光層全都高效率地發光是 困難的，作為顯示裝置而言，發光效率和壽命是不充分的。另外，在由於老化而色純度 產生偏差的這一點上具有改善的餘地。本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提供高效率、長壽命而且色純度 穩定的有機電致發光元件、顯示裝置和照明裝置。本發明人對於高效率、長壽命而且色純度穩定的有機電致發光元件、顯示裝置 和照明裝置進行了各種研究之後，著眼於具有包含空穴輸送材料(空穴輸送材料)和電子 輸送材料(電子輸送材料)的發光層的有機EL元件。發現能夠通過如下方式較好地解 決上述課題，實現本發明有機EL元件具有至少包含空穴輸送材料、電子輸送材料和發 光材料的至少2層的發光層(雙電荷輸送發光層)、設置在陽極和發光層之間的電子阻擋 層、以及設置在陰極和發光層之間的空穴阻擋層，此外，電子阻擋層中的電子阻擋材料 的最低未佔分子軌道的絕對值Lebm和與電子阻擋層相接的雙電荷輸送發光層中的電子輸 送材料的最低未佔分子軌道的絕對值Letm滿足Lebm Hhxm的關係 式，由此，能夠在所有的發光層中控制有機EL元件的發光所需要的空穴和電子的平衡，還能夠有效的抑制空穴和電子在發光材料中傳播(優選能夠使其不傳播)，進而，分離 各個發光層中的發光區域，能夠有效地抑制由於老化而發光層中的發光區域偏移的情況 (優選能夠使其不偏移)。
S卩，本發明的有機電致發光元件，其具有陽極、陰極和夾持在該陽極與該陰極 之間的至少2層的發光層，該有機電致發光元件的特徵在於該發光層分別是至少包含 空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料的雙電荷輸送發光層，該有機電致發光元件具 有至少包含電子阻擋材料、並且設置在該陽極與該發光層之間的電子阻擋層；和至少 包含空穴阻擋材料、並且設置在該陰極與該發光層之間的空穴阻擋層，該電子阻擋層中 的該電子阻擋材料的最低未佔分子軌道的絕對值Lebm和與該電子阻擋層相接的雙電荷輸 送發光層中的電子輸送材料的最低未佔分子軌道(LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital)的絕對值Letm滿足Lebm Hhtm的關係式(以下，也稱為「公式 2」以下，詳述本發明。本發明的有機EL裝置是具有陽極、陰極和夾持在上述陽極與上述陰極之間的至 少2層的發光層的有機電致發光元件，上述發光層(上述至少2層的發光層)分別是至少 包含空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料的雙電荷輸送發光層，上述有機電致發光 元件具有至少包含電子阻擋材料並且設置在上述陽極和上述發光層(上述至少2層的發光 層)之間的電子阻擋層、以及至少包含空穴阻擋層材料並且設置在上述陰極和上述發光 層(上述至少2層的發光層)之間的空穴阻擋層。由此，能夠適當地控制雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料和電子輸送材料的 量，能夠使所有的發光層中從陽極注入的空穴和從陰極注入的電子達到平衡。從而能夠 實現高效率、長壽命的有機EL元件。另外，能夠使空穴和電子在與發光材料不同的材料中傳播，能夠防止由空穴和 電子導致的發光材料的劣化、以及由空穴及電子與激發子的作用導致的發光材料的劣 化。從而能夠實現壽命長的有機EL元件。進而，能夠使各個發光層中的發光區域相互分離。S卩，例如使發光層為2層， 有機EL元件的元件結構是陽極/空穴輸送層/電子阻擋層/第一發光層/第二發光層/ 空穴阻擋層/電子輸送層/陰極的情況下，各個發光層是能夠輸送空穴和電子的雙電荷輸 送發光層，此外，配置有電子阻擋層和空穴阻擋層，因此在電子阻擋層及第一發光層與 空穴阻擋層及第二發光層之間的界面處的第一發光層和第二發光層中能夠蓄積空穴和電 子兩種電荷。從而，能夠將發光區域在電子阻擋層及第一發光層的界面附近的第一發光 層中和空穴阻擋層及第二發光層的界面附近的第二發光層中分離。這樣，由於能夠利用 界面處的發光，即使由於老化而載流子平衡產生偏離，發光區域也不會變化，能夠得到 色純度穩定的發光。另外，例如使發光層為3層，有機EL元件的元件結構為陽極/空穴輸送層/電
子阻擋層/第一發光層/第三發光層/第二發光層/空穴阻擋層/電子輸送層/陰極的情況下，各個發光層是能夠輸送空穴和電子的雙電荷輸送發光層，此外，配置有電子阻擋 層和空穴阻擋層，所以在電子阻擋層及第一發光層、與空穴阻擋層及第二發光層之間的 界面的第一發光層及第二發光層中能夠蓄積空穴和電子兩種電荷。從而，能夠將發光區 域在電子阻擋層與第一發光層的界面附近的第一發光層中、空穴阻擋層與第二發光層的 界面附近的第二發光層中和第三發光層的中心附近分離。因此，即使由於老化而載流子 平衡產生偏離，發光區域也不會變化，能夠得到色純度穩定的發光。另外，假設2個以上的發光區域接近時，能量高的光(波長短的光)會向能量低 的光(波長長的光)轉移能量。另外，由於老化而發光區域的距離變近時，能量的轉移 進一步加大，色純度偏移。上述發光層(上述至少2層的發光層)分別是至少包含空穴輸送材料、電子輸 送材料和發光材料的雙電荷輸送發光層。由此，能夠高效率而且平衡較好地將空穴和電 子傳輸到各個發光層。另外，能夠控制各個發光層中的空穴輸送材料和電子輸送材料的 量，能夠按照期望的比例將空穴和電子分配到各個發光層。因此，能夠控制各個發光層 的發光亮度，所以能夠實現高發光效率和長壽命的設備。進而，在 所有發光層中都包含 空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料，因此能夠控制各個發光層中的空穴輸送材料 和電子輸送材料的比例，能夠控制空穴和電子的量。於是，在各個發光層中使用空穴輸 送能力和電子輸送能力不同的發光材料的情況下，也能夠高效而且平衡良好地控制各個 發光層中的空穴和電子的比例。其結果是，能夠實現高發光效率和長壽命的裝置。另外，在各個雙電荷輸送發光層中，當要得到白色光時，為了獲得所期望的白 色需要調整各個雙電荷輸送發光層的色純度和亮度。就這一點而言，需要在各個雙電荷 輸送發光層中調整各個雙電荷輸送發光層的空穴和電子的比例。對此，在本發明的有機 EL元件中各個雙電荷輸送發光層均具有雙電荷輸送性，所以能夠容易且有效地調整各個 雙電荷輸送發光層的色純度和亮度。例如，在發光層是由雙電荷輸送紅色發光層、雙電荷輸送綠色發光層和雙電 荷藍色發光層構成的情況下，為了得到色純度(0.31，0.31)的白色，當雙電荷輸送紅 色發光層、雙電荷輸送綠色發光層和雙電荷藍色發光層的色純度分別是(0.67，0.33)、 (0.21，0.71)和(0.14，0.07)時，需要使雙電荷輸送紅色發光層、雙電荷輸送綠色發光層 和雙電荷藍色發光層的亮度比是3 6 1。本發明的有機EL元件滿足上述公式1。由此，通過電子阻擋層材料與發光層中 的電子輸送材料的LUMO能級的差所產生的能量勢壘，能夠高效率地使電荷蓄積在電子 阻擋層與發光層的界面。從而能夠更有效地發揮本發明的效果。另外，本發明的有機EL元件滿足上述公式2。由此，通過空穴阻擋層材料與發 光層中的空穴輸送材料的HOMO能級的差所產生的能量勢壘，能夠高效率地使電荷蓄積 在空穴阻擋層和發光層的界面。從而能夠更有效地發揮本發明的效果。作為本發明的有機EL元件的結構，以上述的結構要素為必須而形成，可以包含 其他的結構要素，也可以包含其他的結構要素，沒有特別限定。以下，對本發明的有機EL元件的優選方式進行詳細說明。另外，以下所示的各 種方式可以適當組合。優選分別包含在上述雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料是相同的物質。由此，能夠消除各個雙電荷輸送發光層之間輸送空穴時的能量勢壘，所以能夠更高效地將空穴傳輸到發光層。優選分別包含在上述雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料的濃度越靠近上述陽 極側越低。由此，能夠更高效地將空穴輸送到靠近陰極的雙電荷輸送發光層。優選分別包含在上述雙電荷輸送發光層中的電子輸送材料是相同的物質。由 此，能夠消除各個雙電荷輸送發光層之間輸送電子時的能量勢壘，所以能夠更高效地將 空穴傳輸到發光層。優選分別包含在上述雙電荷輸送發光層中的電子輸送材料的濃度越靠近上述陰 極側越低。由此，能夠更高效地將電子輸送到靠近陽極的雙電荷輸送發光層。本發明還包括具有上述有機電致發光元件的顯示裝置和具有上述有機電致發光 元件的照明裝置。由此，能夠實現高效率而且長壽命、並且色純度穩定的顯示裝置和照 明裝置。根據本發明的有機電致發光元件、顯示裝置和照明裝置，能夠實現高效率化、 長壽命化和色純度的穩定化。更具體而言，能夠在所有的發光層中控制有機EL元件的發 光所需要的空穴和電子的平衡，還能夠有效地抑制空穴和電子在發光材料中的傳播，進 而，分離各發光層中的發光區域，從而能夠有效地抑制由於老化而發光層中的發光區域 產生偏移的情況。


圖1是表示實施方式1的有機EL元件的結構的截面示意圖。附圖標記的說明1 基板2 陽極3空穴注入層4空穴輸送層5電子阻擋層6發光層61雙電荷輸送紅色發光層
62雙電荷輸送綠色發光層63雙電荷輸送藍色發光層7空穴阻擋層8電子輸送層9電子注入層10 陰極
具體實施例方式下面，描述實施方式，參照附圖進一步詳細說明本發明，但是本發明並不限定 於這些實施方式。(實施方式1)
本實施方式的有機EL元件(有機EL裝置)在陽極和陰極之間至少具有2層發 光層，各個發光層是雙電荷輸送發光層，各個雙電荷發光層中至少包含空穴輸送材料、 電子輸送材料和發光材料，而且，在陽極和發光層之間設置有電子阻擋層，在陰極和發 光層之間設置有空穴阻擋層。以下例示本實施方式的有機EL元件的結構，但是本發明的有機EL元件的結構 並不限定於此。例如，包含在各個結構中的層無需全都為1層，也可以具有疊層構造。 各個結構也可以還具有其他的層。其中，發光層至少是2層以上，優選疊層為3層。(1)陽極/空穴注入層/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/陰極(2)陽極/空穴注入層/空穴輸送層/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/陰極(3)陽極/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/電子注入層/陰極
(4)陽極/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/電子輸送層/電子注入層/陰極(5)陽極/空穴注入層/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/電子注入層/陰極(6)陽極/空穴注入層/空穴輸送層/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/電子 注入層/陰極(7)陽極/空穴輸送層/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/電子輸送層/電子 注入層/陰極(8)陽極/空穴注入層/空穴輸送層/電子阻擋層/發光層/空穴阻擋層/電子 輸送層/電子注入層/陰極上述各層的形成方法能夠採用有機EL元件中歷來使用的形成方法，但是不特別 限定於這些方法。作為有機層(包括發光層、空穴輸送層、電子輸送層、空穴注入層、電子注入 層、空穴阻擋層、電子阻擋層等)的形成方法，在不需要進行有機層的圖案化的情況 下，能夠採用例如真空蒸鍍法等幹處理(幹法)和例如旋塗法、刮刀法、浸塗法、印刷法 等溼處理(溼法)。另外，在製作用於多彩顯示面板、全彩顯示面板的有機EL元件的情 況等需要進行有機層的圖案化的情況下，能夠採用例如掩膜蒸鍍法(例如，參照日本特 開平8-227276號公報)或轉印法(例如，參照日本特開平10-208881號公報)等幹處理、 例如噴墨法(例如，參照日本特開平10-12377號公報)、印刷法、放電塗布(discharge coating)法、噴塗法等溼處理。在使用溼處理來形成有機層的情況下，考慮到有機層的 吸溼和有機材料的變質，優選在惰性氣體或真空中形成有機層。另外，在形成有機層之 後，為了除去殘留溶劑而優選進行加熱乾燥處理。基於防止有機材料變質的觀點，加熱 乾燥處理優選在惰性氣體中進行。進一步，為了更有效地除去殘留溶劑，優選在減壓下 進行加熱乾燥。作為電極的形成方法，能夠使用例如蒸鍍法、EB法(電子束共蒸鍍法)、MBE 法(分子束外延法)、濺射法等幹處理或者例如旋塗法、印刷法、噴墨法等溼處理。下面，參照

本發明的本實施方式的有機EL元件。圖1是表示實施方式1的有機EL元件的結構的截面示意圖。本實施方式的有機EL元件具有通過在基板1上依次形成ITO (Indium Tin Oxide 銦錫氧化物)等陽極2、空穴注入層3、空穴輸送層4、電子阻擋層5、發光層6(雙電荷 輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發光層62、雙電荷輸送藍色發光層63)、空穴阻擋層7、電子輸送層8、電子注入層9和陰極10而成的結構。圖1所示的有機EL元件例如使用如下方法製作。本實施方式的基板1具有絕緣性的表面即可，例如能夠廣泛使用由玻璃、石英 等無機材料形成的基板、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)等塑料基
板、氧化鋁等陶瓷基板、通過在鋁或鐵等金屬基板上塗布二氧化矽(SiO2)或有機絕緣材 料等絕緣物而成的基板、通過陽極氧化等方法對金屬基板的表面實施絕緣化處理而成的 基板。在基板1上可以形成有薄膜電晶體(TFT)等開關元件。在通過低溫處理形成 多晶矽TFT的情況下，優選使用在500°C以下的溫度不會熔解、不會產生變形的基板。 另外，在通過高溫處理形成多晶矽TFT的情況下，優選使用在1000°C以下的溫度不會熔 解、不會產生變形的基板。陽極2和陰極10能夠使用現有的電極材料形成。作為將空穴注入有機層的陽極 2，能夠使用由功函數較高的金屬(Au、Pt、Ni等)形成的金屬電極或利用透明導電材料 (ITO、IDIXO、SnO2等)形成的透明電極。作為將電子注入有機層的陰極10，能夠使 用通過疊層功函數較低的金屬和穩定的金屬而成的電極(Ca/Al、Ce/Al、Cs/Al、Ba/Al 等)、含有功函數較低的金屬的電極(Ca Al合金、Mg Ag合金、Li Al合金等)、 組合絕緣層(薄膜)和金屬電極而成的電極(LiF/Al、LiF/Ca/Al、BaF/Ba/Al等)等。 作為陽極2和陰極10的製作方法，能夠使用例如蒸鍍法、EB法、MBE法、濺射法等幹 處理或者例如旋塗法、印刷法、噴墨法等溼處理。在此，發光層6發出的光，可以從基 板1側通過陽極2而取出到外部(底部發光)，或者可以從與基板1相反的一側通過陰 極10取出到外部(頂部發光)。陽極2的膜厚也取決於使用的材料，但是通常為10 IOOOnm(優選50 200nm)的範圍。陰極10的膜厚也取決於使用的材料，但是通常為 1 50nm(優選5 30nm)的範圍。空穴注入層3包含具有優良的對電子阻擋層5和空穴輸送層4的空穴注入性的空 穴注入材料，具有提高從陽極2向電子阻擋層5和空穴輸送層4的空穴的注入效率的功 能。空穴注入層3能夠使用至少一種空穴注入材料通過直接蒸鍍法等幹處理形成。在 此，空穴注入層3可以包含2種以上的空穴注入材料。這種空穴注入層3可以含有添加 劑(施主、受體等)等。另外，空穴注入層3可以使用將至少一種空穴注入材料溶解在 溶劑中而得的空穴注入層形成用塗液通過溼處理來形成。空穴注入層形成用塗液可以含 有2種以上的空穴注入材料。另外，空穴注入層形成用塗液可以含有粘合用樹脂，除此 以外，也可以含有勻塗劑、添加劑(施主、受體等)。粘合用樹脂例如能夠使用聚碳酸 酯、聚酯等。另外，作為溶劑，只要能夠將上述空穴注入材料溶解或分散即可，例如能 夠使用純水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。空穴 注入層3還可以通過雷射轉印法形成。在此，空穴注入層3可以是一層構造，也可以具 有多層構造。即，空穴注入層3可以通過疊層包含相互不同的空穴注入材料的多個空穴 注入層而成。空穴注入層3的膜厚也取決於使用的材料，但是通常為1 IOOOnm(優選 10 300nm)的範圍。作為空穴注入材料，能夠使用有機EL元件用、有機光導電體用的公知的空穴 注入材料，例如能夠使用無機P型半導體材料、卟啉化合物、N，N'-雙-(3-甲基苯基)-N，N'-雙 _(苯基)_ 聯苯胺(TPD)、N，N' -二(萘-I-基)-N，N' -二苯 基-聯苯胺(NPD)等芳香族叔胺化合物、腙化合物、喹吖啶酮化合物、苯乙烯胺化合物 等低分子材料、聚苯胺(PANI)、3，4-聚乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽(PEDT/PSS)、 聚[三苯胺衍生物](Poly-TPD)、聚乙烯基咔唑(PVCz)等高分子材料、聚(對苯撐乙烯) 前體(Pre-PPV)、聚(對萘亞乙烯基)前體(Pre-PNV)等高分子材料前體等)等。空穴輸送層4包含空穴輸送性優良的空穴輸送材料，具有從陽極2或空穴注入層 3向電子阻擋層5輸送空穴的功能。空穴輸送層4能夠使用至少1種空穴輸送材料通過直 接蒸鍍法等幹處理形成。在此，空穴輸送層4可以包含2種以上的空穴輸送材料。這種 空穴輸送層4可以含有添加劑(施主、受體等)等。另外，空穴輸送層4可以使用將至 少一種空穴輸送材料溶解在溶劑中而得的空穴輸送層形成用塗液通過溼處理形成。空穴 輸送層形成用塗液可以包含2種以上的空穴輸送材料。另外，空穴輸送層形成用塗液可 以包含粘合用樹脂，除此之外，可以包含勻塗劑、添加劑(施主、受體等)等。粘合用 樹脂例如能夠使用聚碳酸酯、聚酯等。作為溶劑，只要是能夠將上述空穴輸送材料溶解 或分散的溶劑即可，例如能夠使用純水、甲醇、乙醇、THF (四氧呋喃)、三氯甲烷、二 甲苯、三甲基苯等。進而，空穴輸送層4可以通過雷射轉印法形成。在此，空穴輸送層 4可以是一層構造，也可以具有多層構造。即，空穴輸送層4可以通過疊層包含相互不同 的空穴輸送材料的多個空穴輸送層而成。空穴輸送層4的膜厚也取決於使用的材料，但 是通常為1 IOOOnm(優選10 300nm)的範圍。作為空穴輸送層4中的空穴輸送材料，能夠使用與上述空穴注入材料相同的材 料，但是作為空穴輸送層4中的空穴輸送材料，當材料的HOMO能級的絕對值比空穴注 入材料的HOMO能級的絕對值大時，能夠效率更好地將空穴輸送並注入發光層6，並能 夠降低元件的電壓或提高發光效率，因而優選。作為HOMO能級的測定方法，具有紫外 光電子能譜法(UPS)和光電子發射產額譜法(PYS)，能夠使用市場上出售的離子化勢能 測定裝置，例如理研測量儀表株式會社制AC-2、AC-3，住友重機械機械電子株式會 社制PYS-201等。電子阻擋層5具有將空穴從陽極2、空穴輸入層3或空穴輸送層4輸送到發光層 6，另一方面也將從陰極10 —側注入的電子密封在發光層6中的功能。電子阻擋層5可 以是使用至少一種電子阻擋材料通過直接蒸鍍法等的幹處理形成。在此，電子阻擋層5 可以包含2種以上的電子阻擋材料。另外，電子阻擋層5可以使用將至少一種電子阻擋 材料溶解在溶劑中的電子阻擋層形成用塗液通過溼處理形成。電子阻擋層形成用塗液可 以包含2種以上的電子阻擋材料。電子阻擋層形成用塗液可以包含粘合用樹脂，除此之 外，可以包含勻塗劑、添加劑(施主、受體等)等。粘合用樹脂例如能夠使用聚碳酸酯、 聚酯等。作為溶劑，只要是能夠將上述電子阻擋材料溶解或分散的溶劑即可，例如能夠 使用純水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。進而，電 子阻擋層5可以通過雷射轉印法形成。在此，電子阻擋層5可以是一層構造，也可以具 有多層構造。作為電子阻擋層5中的電子阻擋材料，需要使材料LUMO能級的絕對值比與電 子阻擋層5相接的發光層6 (雙電荷輸送紅色發光層61)中的空穴注入材料的LUMO能 級的絕對值小。由此，能夠更有效率地將電子密封在發光層6中。另外，電子阻擋層5中的電子阻擋材料，以電子的密封效果為最優先的目的進行材料的選定，另一方面， 電子阻擋層5中的電子阻擋材料的空穴的遷移率並不重要。從而，一般需要將電子阻擋 層5的膜厚設定在IOnm以下。另一方面，如果電子阻擋層5的膜厚超過lOnm，則驅動 電壓可能大幅增加。作為電子阻擋層5中的電子阻擋材料，更具體來說，能夠使用4， 4'-雙-[N，N' -(3-甲苯基)氨基]-3，3' -二甲基聯苯(HMTPD)等化合物。作 為LUMO能級的測定方法，通過紫外可見分光法測定吸收光譜，使該吸收光譜的吸收端 的能量為帶隙能，從通過上述方法求得的HOMO能級的值減去上述帶隙能的值，由此能 夠測定LUMO能級的值。在此，作為所使用的吸收光譜的測定，能夠使用市場上出售的 裝置，例如，島津製作所會社制UV-1800，日本分光株式會社制V-630等。發光層6將注入的空穴和電子再結合，以所包含的發光材料的固有波長發光。 發光層6具有至少由2層的雙電荷輸送發光層(在此，雙電荷輸送紅色發光層61、雙電荷 輸送綠色發光層62和雙電荷輸送藍色發光層63)構成的多層構造。另外，各個雙電荷輸 送藍色發光層至少包含空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料。從而，發光層6不僅 通過注入的空穴和電子發光，還顯示了電子輸送性和空穴輸送性。發光層6能夠至少使用空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料通過直接蒸鍍 法等幹處理形成。另外，發光層6可以包含2種以上的空穴輸送材料、2種以上的電子輸 送材料和2種以上的發光材料。S卩，各個雙電荷發光層中的空穴輸送材料、電子輸送材 料和發光材料的種類的數目沒有特別限定，可以是2種以上。另外，發光層6可以使用至 少將空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料溶解在溶劑中而得的發光層形成用塗液通 過溼處理來形成。在此，發光層形成用塗液可以包含2種以上的空穴輸送材料、2種以上 的電子輸送材料和2種以上的發光材料。S卩，發光層形成用塗液中的空穴輸送材料、電 子輸送材料和發光材料的種類的數目沒有特別限定，可以是2種以上。另外，發光層形 成用塗液可以包含粘合用樹脂，除此之外，也可以包含勻塗劑、添加劑(施主、受體等) 等。粘合用樹脂例如能夠使用聚碳酸酯、聚酯等。另外，作為溶劑，只要是能夠將空 穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料溶解或分散的溶劑即可，例如能夠使用純水、甲 醇、乙醇、THF(四氧呋喃)、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。進而，發光層6可以通 過雷射轉印法形成。發光層6的膜厚也取決於使用材料，但是通常為1 1000nm(優選 10 300nm)的範圍。具體來說，雙電荷輸送紅色發光層61的膜厚通常為1 IOOOnm(優 選10 300nm)的範圍，雙電荷輸送綠色發光層62的膜厚通常為1 IOOOnm(優選10 300nm)的範圍，雙電荷輸送藍色發光層63的膜厚通常為1 IOOOnm(優選10 300nm) 的範圍。發光層6中的空穴輸送材料能夠使用與上述空穴輸送材料、即空穴輸送層4中的 空穴輸送材料相同的材料。另外，發光層6中的電子輸送材料能夠使用與後述的電子輸 送材料、即電子輸送層8中的電子輸送材料相同的材料。另外，各個雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料優選為相同的材料(物質)，各 個雙電荷輸送發光層中的電子輸送材料優選為相同的材料(物質)。進而，各個雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料的濃度優選越靠近陽極2—側 越低。即，發光層6由雙電荷輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發光層62和雙電荷輸 送藍色發光層63構成的情況下，優選滿足(雙電荷輸送紅色發光層61中的空穴輸送材料
10的濃度)< (雙電荷輸送綠色發光層62中的空穴輸送材料的濃度) (雙電荷輸送綠色發光層62中的電子輸送材料的濃度)> (雙電荷輸送藍色發光層 63中的電子輸送材料的濃度)。另外，濃度是通過用天平測定各材料的重量來決定的。另一方面，作為發光層6中的發光材料，能夠使用有機EL元件用的公知的 發光材料，但是本發明並不特別限定於此。例如，能夠列舉低分子發光材料(例如， 4，4'-雙(2，2' - 二苯基乙烯基)_聯苯(DPVBi)等芳香族二亞甲基化合物，5-甲 基-2-[2-[4-(5-甲基-2-苯並噁唑基)苯基]乙烯基]苯並噁唑等噁二唑化合物、3-(4-聯 苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑(TAZ)等三唑衍生物、1，4-雙(2-甲基 苯乙烯基)苯等苯乙烯基苯化合物、硫基吡嗪二氧化物衍生物、苯醌衍生物、萘醌衍生 物、蒽醌衍生物、聯苯醌衍生物、芴酮衍生物等螢光性有機材料，偶氮甲鹼鋅絡合物、 (8-羥基喹啉)鋁絡合物(Alq3)等螢光性有機金屬化合物等)、高分子發光材料(例如， 聚(2-癸氧基-1，4-亞苯基)(DO-PPP)，聚(2，5-雙-[2-(N，N，N-三乙基銨)乙 氧基]-1，4-苯基-alto-1，4-亞苯基)二溴化物(PPP-NEt3+)、聚[2_(2'-乙基己氧 基)-5_甲氧基-1，4-苯撐乙烯](MEH-PPV)，聚[5-甲氧基-(2-磺醯化丙氧基)_1， 4-苯撐乙烯](MPS-PPV)，聚[2，5-雙-(己氧基)-1，4-亞苯基-(1-氰基亞乙烯基)] (CN-PPV),(聚(9，9-二辛基芴))(PDAF)，聚螺環)，高分子發光材料的前體(例如， PPV前體、PNV前體、PPP前體)等。在此，包含在雙電荷輸送紅色發光層61中的發光材料以固體或溶液的狀態在 600 700nm的波長範圍內具有發光譜峰，包含在雙電荷輸送綠色發光層62中的發光材 料以固體或溶液的狀態在500 600nm的波長範圍內具有發光譜峰，包含在雙電荷輸送 藍色發光層63中的發光材料以固體或溶液的狀態在400 500nm的波長範圍內具有發光 譜峰。空穴阻擋層7具有將電子從陰極10、電子注入層9或電子輸送層8輸送到發光 層6，並將從陽極2 —側注入的空穴密封在發光層6中的功能。空穴阻擋層7能夠使用至 少一種空穴阻擋材料通過直接蒸鍍法等幹處理來形成。在此，空穴阻擋層7可以包含2 種以上的空穴阻擋材料。另外，空穴阻擋層7可以使用將至少一種空穴阻擋材料溶解在 溶劑中而得的空穴阻擋層形成用塗液通過溼處理來形成。空穴阻擋層形成用塗液可以包 含2種以上的空穴阻擋材料。另外，空穴阻擋層形成用塗液可以包含粘合用樹脂，除此 之外，還可以包含勻塗劑、添加劑(施主、受體等)等。粘合用樹脂例如能夠使用聚碳 酸酯、聚酯等。另外，作為溶劑，只要是能夠將上述空穴注入材料溶解或分散的溶劑即 可，例如能夠使用純水、甲醇、乙醇、THF、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。進而， 空穴阻擋層7可以通過雷射轉印法形成。在此，空穴阻擋層7可以是一層構造，也可以 具有多層構造。作為空穴阻擋層7中的空穴阻擋材料，需要材料的HOMO能級的絕對值比與空 穴阻擋層7相接的發光層6 (雙電荷輸送藍色發光層63)中的電子輸送材料的HOMO能
11級的絕對值大。由此，能夠更有效率地將空穴密封在發光層中。另外，空穴阻擋層7中 的空穴阻擋材料，以空穴的密封效果為最優先目的進行材料的選擇，另一方面，空穴阻 擋層7中的空穴阻擋材料的電子的遷移率並不重要。從而，一般需要將空穴阻擋層7的 膜厚設定在IOnm以下。而當空穴阻擋層7的膜厚超過IOnm時，驅動電壓可能大幅增 加。作為空穴阻擋層7中的空穴阻擋材料，更具體來說能夠使用2，9-二甲基-4，7-二 苯基-1，10-菲咯啉(BCP)等化合物。電子輸送層8包含電子輸送性優良的電子輸送材料，具有將電子從陰極10或電 子注入層9輸送到空穴阻擋層7的功能。電子輸送層8可以僅由下述電子輸出材料構成， 也可以含有任意添加劑(施主、受體等)等。另外，電子輸送層8可以通過將下述電子 輸送材料分散在高分子材料(粘合用樹脂)或無機材料中來構成。電子輸送層8中的電 子輸送材料可以將2種以上的下述電子輸送材料混合而成。在此，電子輸送層8可以是 一層構造，也可以具有多層構造。即，電子輸送層8可以通過疊層包含相互不同的電子 輸送材料的多個電子輸送層而成。電子輸送層8的膜厚也取決於使用的材料，但是通常 為1 IOOOnm(優選10 300nm)的範圍。作為電子輸送材料，能夠使用有機LED用的公知的電子輸送材料。以下例示了 該具體的化合物，但是本發明並不限定於此。作為電子輸送材料，例如能夠列舉作為η型半導體的無機材料，噁二唑化合物 衍生物、三唑衍生物、苯乙烯基苯化合物、硫代吡嗪二氧化物衍生物、苯醌衍生物、萘 醌衍生物、蒽醌衍生物、芴酮衍生物、8-羥基喹啉鋁等的金屬複合物的低分子材料，聚 (噁二唑化合物)(Poly-OXZ)、聚苯乙烯(PSS)等高分子材料。電子注入層9包含具有優良的向空穴阻擋層7或空穴輸送層8的電子注入性的電 子注入材料，具有提高將電子從陰極10注入到空穴阻擋層7或空穴輸送層8的電子注入 效率的功能。電子注入層9能夠使用至少一種電子注入材料通過直接蒸鍍法等幹處理來 形成。在此，電子注入層9可以包含2種以上的電子注入材料。這樣的電子注入層9可 以含有添加劑(施主、受體等)等。另外，電子注入層9可以使用將至少一種電子注入 材料溶解在溶劑中而得的電子注入層形成用塗液通過溼處理來形成。電子注入層形成用 塗液可以包含2種以上的電子注入材料。另外，電子注入層形成用塗液可以包含粘合用 樹脂，除此之外，也可以含有勻塗劑、添加劑(施主、受體等)等。粘合用樹脂例如能 夠使用聚碳酸酯、聚酯等。另外，作為溶劑，只要是能夠將上述電子注入材料溶解或分 散的溶劑即可，例如能夠使用純水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)三氯甲烷、二甲苯、 三甲基苯等。進而，電子注入層9可以通過雷射轉印法形成。在此，電子注入層9可以 是一層構造，也可以具有多層構造。即，電子注入層9可以通過疊層包含相互不同的電 子注入材料的多個電子注入層而成。電子注入層9的膜厚也取決於使用的材料，但通常 為1 IOOOnm(優選10 300nm)的範圍。作為電子注入材料，能夠特別列舉氟化鋰(LiF)、氟化鋇(BaF2)等氟化物、氧 化鋰(Li2O)等氧化物，但是從更有效率地進行電子的注入和輸送的觀點出發，作為用作 電子注入層9的材料，優先使用與用於電子輸送層9的電子注入輸送材料相比最低未佔分 子軌道(LUMO)的能級較高的材料，作為用作電子輸送層8的材料，優先使用與用於電 子注入層9的電子注入輸送材料相比電子遷移率較高的材料。
在本實施方式中，使用密封基板來密封有機EL元件，但是也可以使用密封膜來 代替密封基板。作為密封膜或密封基板的材料，能夠使用歷來用於密封的材料。另外， 作為密封方法能夠使用公知的密封方法。例如，能夠使用由玻璃、金屬等密封氮氣、氬 氣等惰性氣體的方法，進而，在惰性氣體中混入氧化鋇等吸溼劑等的方法。另外，也可 以通過將樹脂在陰極10上直接旋塗或貼合來形成密封膜。像這樣，通過密封有機層和 電極，能夠防止氧氣和水分從外部混入有機EL元件內，因此能夠提高有機EL元件的壽 命。根據以上說明的結構的有機EL元件，通過從陽極2 —側依次疊層雙電荷輸送紅 色發光層(具有雙電荷輸送性的紅色發光層)61、雙電荷輸送綠色發光層(具有雙電荷輸 送性的綠色發光層)62和雙電荷輸送藍色發光層(具有雙電荷輸送性的藍色發光層)63， 能夠取出具有紅色、綠色和藍色的各發光成分的光。特別是，通過組合彩色濾光片和該 有機EL元件，能夠構成進行顏色再現性優良的全彩顯示的顯示裝置。組合多個有機EL元件和彩色濾光片構成全彩顯示裝置的情況下，在多個有機 EL元件各自的光取出面側，設置有僅能透過藍色、綠色或紅色的波長範圍的光的彩色濾 光片。由此，來自各個有機EL元件的光取出面側的有機EL發出的光通過各顏色的彩色 濾光片，能夠平衡良好地取出藍色、綠色或紅色各自的波長範圍的光，能夠實現再現性 良好的全彩顯示。另一方面，使用本實施方式的有機EL元件，也能夠構成面光源等的照明裝置。另外，在以上說明的實施方式中，對通過在基板1上設置陽極2、在該陽極2上 疊層有機層和陰極10而構成的有機EL元件進行了說明。然而，本發明也能夠採用在基 板1上設置陰極、在該陰極上依次疊層有機層和陽極來構成的有機EL元件。在採用該結 構的情況下，通過適當選擇陰極和陽極的材料和膜厚，也能夠實現頂部發射型和底部發 射型這兩種結構。(實施例1)首先，在玻璃基板(基板1)上形成電極(陽極)2。具體來說，準備通過在 30 X 30mm見方的玻璃基板的表面預先形成ITO (氧化銦-氧化錫)電極而成的電極基板， 並清洗基板。對帶有電極的基板清洗時，例如能夠使用丙酮和IPA (異丙醇)，進行10分 鍾超聲波清洗，然後進行30分鐘UV-臭氧清洗。其次，在電極2的表面通過真空蒸鍍法形成銅酞菁(OiPC)作為空穴注入層3 (厚 度3 Onm) ο再次，在空穴注入層3上使用4'-雙[N-(l-萘基)-N_苯基-氨基]聯苯) (α -NPD)形成空穴輸送層4 (厚度20nm)。然後，在空穴輸送層4上使用4，4'-雙-[N，N' _(3_甲苯基)氨基]_3， 3' -二甲基聯苯(HMTPD)形成電子阻擋層5 (厚度IOnm)。在此，該材料的LUMO 值是2.3eV。然後，在電子阻擋層5上形成雙電荷輸送紅色發光層61(厚度例 如20nm)。該雙電荷輸送紅色發光層61通過如下方式製成分別使蒸鍍速度為 Ο. λ/sec (入=0.1腿)、1.4人/860和0.15人/860，共同蒸鍍α-NPD (空穴輸送材料)、
3-苯基-4(1-萘基)-5-苯基-1，2，4-三唑(TAZ)(電子輸送材料)和雙(2-(2，-苯並[4，5-α]噻吩基)吡啶-N，C3，)銥(乙醯丙酮化物)(btp2Ir (acac))(紅色發光摻雜 劑)。然後，在雙電荷輸送紅色發光層61上形成雙電荷輸送綠色發光層62(厚度 例如20nm)。該雙電荷輸送綠色發光層62通過如下方式製成分別使蒸鍍速度為 1.0 A /sec,1.0 A /sec和0.1 A /see,共同蒸鍍《 -NPD(空穴輸送材料)、TAZ(電子輸 送材料)和三(2-苯基吡啶-N，C2，)銥(III) (Ir(ppy) 3)(綠色發光摻雜劑)。然後，在雙電荷輸送綠色發光層62上形成雙電荷輸送藍色發光層63(厚度 例如IOnm)。該雙電荷輸送藍色發光層63通過如下方式製成分別使蒸鍍速度為 1.5 A /sec、0.5 A /sec和0.2 A /sec，共同蒸鍍《 -NPD(空穴輸送材料)、TAZ(電子輸 送材料)和2-(4，-叔丁基苯基)-5-(4」 -聯苯基)-1，3，4-噁二唑(t-BuPBD)(藍色 發光摻雜劑)。由此，得到發光層6。在此，電子輸送材料(TAZ)的LUMO的值是2.6eV，空 穴輸送材料(α -NPD)的HOMO的值是5.5eV。然後，在發光層6上使用2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)形 成空穴阻擋層7 (厚度IOnm)。在此，該材料的HOMO的值是6.7eV。然後，在空穴阻擋層7上使用三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)形成電子輸送層8(厚 度3 Onm) ο然後，在電荷輸送層8上使用氟化鋰(LiF)形成電荷注入層9 (厚度Inm)。此後，例如用以下方法來形成電極(陰極)10。首先，將上述基板固定在金 屬蒸鍍用腔室中。接著，通過真空蒸鍍法在電子注入層9的表面堆積鋁(厚度例如 300nm)。 由此，形成陰極10。最後，使用UV硬化樹脂粘合玻璃基板(基板1)和密封用玻璃(未圖示)，製成 本實施例的有機EL元件。在此，電子阻擋層5中的電子阻擋材料和發光層6 (雙電荷輸送紅色發光層61) 中的電子輸送材料，滿足公式1即LEBM(2.3eV) HHXM(5.5eV)。進而，分別包含在雙電荷輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發光層62和雙電 荷輸送藍色發光層63中的空穴輸送材料是α-NPD，為相同的材料，分別包含在雙電荷 輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發光層62和雙電荷輸送藍色發光層63中的電子輸送 材料是ΤΑΖ，也為相同的材料。分別包含在雙電荷輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發光層62和雙電荷輸送 藍色發光層63中的空穴輸送材料(a-NPD)的濃度，越靠近陽極2—側越低，分別包含 在雙電荷輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發光層62和雙電荷輸送藍色發光層63中的 電子輸送材料(TAZ)的濃度，越靠近陰極10—側越低。對如上所述製作而成的有機EL元件施加6V電壓時，得到lOOOcd/m2的白色光。 另外，對其壽命進行測定，亮度減半時的時間為lOOOh。在此期間，色純度的變化X、y 均在0.03以下。發光效率是101m/W。(實施例2)
實施例2的有機EL元件具有與實施例1的有機EL元件相同的結構。但是， 在實施例2中，通過以下方式製作雙電荷輸送紅色發光層61 分別使速度為0.6 A/sec、 1.4 A /sec和0.15 A /sec，共同蒸鍍α -NPD, TAZ和btp2Ir(acac)。通過以下方式製作 雙電荷輸送藍色發光層63 分別使速度為0.5 A /sec、1.5 A /sec和0.2 A /sec，共同蒸鍍 α-NPD、TAZ 禾P t-BuPBD。這樣，本實施例中，分別包含在雙電荷輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發 光層62和雙電荷輸送藍色發光層63中的空穴輸送材料(α -NPD)的濃度並非越靠近陽極 2—側越低，分別包含在雙電荷輸送紅色發光層61、雙電荷輸送綠色發光層62和雙電荷 輸送藍色發光層63中的電子輸送材料(TAZ)的濃度並非越靠近陰極10 —側越低。對如上所述製作而成的有機EL元件施加6V電壓時，得到9000cd/m2的白色光。 另外，對其壽命進行測定，亮度減半時的時間為600h。進而，在此期間，色純度的變化 χ、y均為0.1。發光效率是151m/W。(比較例1)比較例1的有機EL元件具有與實施例1的有機EL元件相同的構成。但是，比 較例1中使用Ir (ppy) 3形成電子阻擋層5 (厚度IOnm)。在此，該材料的LUMO的值 是 2.9eV。在此，電子阻擋層5中的電子阻擋材料和發光層6(雙電荷輸送紅色發光層61) 中的電子輸送材料，不滿足公式1即Lebm (2.9eV) Letm (2.6eV)。對如上所述製作而成的有機EL元件施加6V電壓時，得到5000cd/m2的白色光。 另外，對其壽命進行測定，亮度減半時的時間為300h，比實施例1、2短。在此期間，色 純度的變化χ、y均為0.08，比實施例1大。發光效率是71m/W。(比較例2)比較例2的有機EL元件具有與實施例1的有機EL元件相同的結構。但是，比 較例2中使用鎳酞菁染料形成空穴阻擋層7 (厚度IOnm)。在此，該材料的HOMO的 值是4.8eV。在此，空穴阻擋層7中的空穴阻擋材料和發光層6(雙電荷輸送藍色發光層63) 中的空穴輸送材料不滿足公式2即HHBM(4.8eV) < HHXM(5.5eV)。對如上所述製作的有機EL元件施加6V電壓時，得到lOOOcd/m2的白色光。另 外，對其壽命進行測定，亮度減半時的時間為300h，比實施例1、2短。在此期間，色純 度的變化χ、y均為0.2，與實施例1、2相比非常大。發光效率是61m/W。本申請以2008年5月19日提出的日本專利申請2008-130952號為基礎，基於巴 黎公約和進入國的法規主張優先權。該申請的全部內容被納入本申請中以作參照。
權利要求
1.一種有機電致發光元件，其具有陽極、陰極和夾持在該陽極與該陰極之間的至少2 層的發光層，該有機電致發光元件的特徵在於該發光層分別是至少包含空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料的雙電荷輸送發 光層，該有機電致發光元件具有至少包含電子阻擋材料、並且設置在該陽極與該發光層 之間的電子阻擋層；和至少包含空穴阻擋材料、並且設置在該陰極與該發光層之間的空 穴阻擋層，該電子阻擋層中的該電子阻擋材料的最低未佔分子軌道的絕對值Lebm和與該電子阻 擋層相接的雙電荷輸送發光層中的電子輸送材料的最低未佔分子軌道的絕對值Letm滿足 Lebm < Lexm的關係式，該空穴阻擋層中的該空穴阻擋材料的最高佔有分子軌道的絕對值Hhbm和與該空穴阻 擋層相接的雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料的最高佔有分子軌道的絕對值Hhtm滿足丄丄HBM ζ丄丄HTM 的關係式。
2.如權利要求1所述的有機電致發光元件，其特徵在於分別包含在所述雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料是相同的物質。
3.如權利要求2所述的有機電致發光元件，其特徵在於分別包含在所述雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料的濃度越靠近所述陽極側越低。
4.如權利要求1 3中任一項所述的有機電致發光元件，其特徵在於 分別包含在所述雙電荷輸送發光層中的電子輸送材料是相同的物質。
5.如權利要求4所述的有機電致發光元件，其特徵在於分別包含在所述雙電荷輸送發光層中的電子輸送材料的濃度越靠近所述陰極側越低。
6.—種顯示裝置，其特徵在於具有權利要求1 5中任一項所述的有機電致發光元件。
7.—種照明裝置，其特徵在於具有權利要求1 5中任一項所述的有機電致發光元件。
全文摘要
本發明提供高效率、長壽命而且色純度穩定的有機EL元件、顯示裝置和照明裝置。本發明的有機EL元件，具有陽極、陰極、配置在陽極和陰極之間的2層以上的發光層、配置在陽極和發光層之間的電子阻擋層、配置在陰極和發光層之間的空穴阻擋層，上述發光層分別是包含空穴輸送材料、電子輸送材料和發光材料的雙電荷輸送發光層，上述電子阻擋層中的電子阻擋材料的LUMO的絕對值LEBM和與上述電子阻擋層相接的雙電荷輸送發光層中的電子輸送材料的LUMO的絕對值LETM滿足LEBM＜LETM的關係式，上述空穴阻擋層中的空穴阻擋材料的HOMO的絕對值HHBM和與上述空穴阻擋層相接的雙電荷輸送發光層中的空穴輸送材料的HOMO的絕對值HHTM滿足HHBM＞HHTM的關係式。
文檔編號H05B33/12GK102017799SQ20098011526
公開日2011年4月13日 申請日期2009年1月20日 優先權日2008年5月19日
發明者藤田悅昌 申請人:夏普株式會社