有機電致發光器件及顯示器的製作方法
2023-09-15 07:25:50 2
專利名稱：有機電致發光器件及顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及有機EL器件和使用該有機EL器件的顯示器，該有機EL器件中包括發光層的有機層置於陽極與陰極之間。
背景技術：
近年來，作為代替陰極射線管(CRT)使用的顯示器，重量輕且功耗低的平板顯示器(flat display)已經成為熱點研究和開發的目標。在平板顯示器中，使用諸如有機EL(電致發光)器件的自發光型顯示器件(所謂的發光器件)的顯示器以及有機EL器件作為能夠用低功耗驅動的顯示器已經引起關注。
以使用上述發光器件的顯示器實現全彩色(full color)顯示模式的構造包括其中將能夠發白光的有機EL器件與僅分別傳輸藍、綠或紅色波長區域的光的濾色器結合的一種器件。此外，作為用於發白光的有機EL器件，已經公開了(參見日本專利特開No.Hei 10-3990(具體地，參見圖1))一種具有以下結構的器件，其中藍光發射層、綠光發射層和紅光發射層從空穴傳輸層側順序疊置且其具有三波長發光部件。
發明內容
然而，具有上述結構的白色發光有機EL器件在藍、綠和紅波長區域中各發光強度的平衡方面不足。因此，不能使用這樣的有機EL器件來獲得在色彩再現性能方面可與CRT相比的顯示器。
因此，本發明的一個目的在於提供一種有機EL器件以及一種顯示器，該有機EL器件具有適用於全彩色顯示的良好平衡的紅、綠和藍三種顏色的發光部件，具有高效率並能夠長時間穩定發光，該顯示器色彩再現性能優異且可以長時間驅動。
為了實現上述目的，根據本發明，提供一種有機EL器件，其包括發光顏色不同且疊置在陽極與陰極之間的多個發光層，其中在發光層之間的至少一個位置處設置包括有機材料的中間層。
在如上構造的有機EL器件中，採用設置在發光層之間的中間層，確保每個發光層中由電荷的複合(re-coupling)產生的激子的能量更不易在發光層之間傳輸。因此，防止了發生由激子的能量的傳輸造成特定發光層的發光效率的降低。因此，保持了各顏色發光層的發光效率之間的平衡。
特定地，上述激子的能量容易傳輸到其中存在具有小的HOMO(最高被佔用分子軌道)-LUMO(最低未佔用分子軌道)能隙的材料的層中，結果降低了具有大的HOMO-LUMO能隙的發光層的發光效率。鑑於此，優選地，將設置在發光層之間的中間層中的HOMO-LUMO能隙設置得大於與中間層相鄰的構成發光層的材料的HOMO-LUMO能隙。此結構確保可靠地防止發生上述能量在發光層之間的傳輸。此外，防止能量傳輸到中間層中從而在中間層中釋放。順便提及，中間層中的HOMO-LUMO能隙不必大於構成與該中間層相鄰的發光層的所有材料的HOMO-LUMO能隙；在存在具有如此小的HOMO-LUMO能隙從而允許激子能量的容易傳輸的材料的情況下，中間層中的HOMO-LUMO能隙大於該材料的HOMO-LUMO能隙就足夠了。然而，此處應注意，如果中間層中的HOMO-LUMO能隙大於構成與該中間層相鄰的發光層的所有材料的HOMO-LUMO能隙，則可靠地防止了發光層之間上述能量傳輸的發生。
此外，在如上構造的有機EL器件中，電子或空穴穿過相鄰的發光層遷移到每個發光層中。因此，設置在發光層之間的中間層優選具有電子傳輸屬性或空穴傳輸屬性。這允許電子或空穴容易傳輸到與該中間層相鄰的發光層中。因此，在設置在陰極側的發光層發光強度弱的情況下，在該發光層的陽極側設置具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性的中間層使得能夠增大傳輸到設置在陰極側的發光層中的空穴的量且能夠限制傳輸到設置在陽極側的發光層中的電子的量，由此可以提高所考慮的發光層中電子與空穴之間複合的機率，並且可以增大發光強度。另一方面，在設置在陽極側的發光層發光強度弱的情況下，在該發光層的陰極側設置具有電子傳輸屬性以及空穴阻擋屬性的中間層使得能夠增大傳輸到設置在陽極側的發光層中的電子的量且能夠限制傳輸到設置在陰極側的發光層中的空穴的量，由此可以提高所考慮的發光層中電子與空穴之間複合的機率，並且可以增大發光強度。
此外，發光層可以包括從陽極側順序疊置的紅光發射層、綠光發射層和藍光發射層，由此在充分確保紅光發射層中的發光效率的同時，空穴可以充分注入到相對於紅光發射層在陰極側的綠光發射層和藍光發射層中。
在該情況下，將具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性的中間層設置在綠光發射層與藍光發射層之間。這確保了可以促進空穴注入到設置在最陰極側的藍光發射層中，並且可以限制電子注入到綠光發射層中，由此確保了藍光發射層中空穴與電子之間的良好複合機率。這還提供了良好平衡的白光發射。在此情況下，中間層中LUMO能級(能量值)優選高於用作綠光發射層中基質材料(host material)的電子傳輸成分的LUMO能級，以提供阻擋電子注入到綠光發射層中的勢壘。
此外，在此情況下，具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性的中間層可以設置在紅光發射層和綠光發射層之間。這確保了促進空穴到相對於該中間層設置在陰極側的藍光發射層和綠光發射層中的注入，並且可以限制電子到紅光發射層中的注入，確保了藍光發射層和綠光發射層中空穴與電子之間的複合機率。這還提供了良好平衡的白光發射。在此情況下，中間層中LUMO能級優選高於紅光發射層中電子傳輸成分的LUMO能級，以提供阻擋電子注入到紅光發射層12中的勢壘。此構造使得可以限制電子到紅光發射層中的注入。
此外，根據本發明，提供了一種顯示器，其中濾色器設置在上述有機EL器件的光取出表面側。
根據如上顯示器，通過將發光顏色之間良好平衡的多個有機EL器件與用於各顏色的濾色器結合，可以取出具有良好平衡的發光顏色的射線。
圖1是示出根據本發明一實施例的有機EL器件的結構的剖視圖；圖2是示出根據本發明一實施例的有機EL器件的另一結構(示例1)的剖視圖；圖3是示出根據本發明一實施例的有機EL器件中的能級的示意圖；圖4是示出根據本發明一實施例的有機EL器件的再一實施例(示例2)的剖視圖；圖5示出示例1中製造的有機EL器件的發射譜；圖6是示出示例2中有機膜中的能級的示意圖；
圖7示出示例2中製造的有機EL器件的發射譜；圖8示出比較例中製造的有機EL器件的發射譜。
具體實施例方式
現在，將基於附圖在下面詳細描述根據本發明的有機EL器件的結構。圖1和2是示意性示出本發明的有機EL器件的剖視圖。
這些圖所示的有機EL器件1和1′的每個例如設置在構成顯示器的基板2的每個像素中，包括從基板2側順序疊置的陽極3、有機層4和陰極5，且用保護膜6氣密地覆蓋。特別地，將圖1所示的有機EL器件1構造成所謂的頂發射型，其中由有機EL器件1發射的光h在與基板2相對的一側取出。另一方面，將圖2所示的有機EL器件1′構造成所謂的底發射型，其中由有機EL器件1′發射的光h在基板2一側取出。
接下來，將按照基板2、陽極3、與陽極3配對的陰極5、以及夾在陽極3與陰極5之間的有機層4的順序描述有機EL器件1和1′中每個的組成部件的詳細結構。
基板
首先，基板2由玻璃基板、矽基板、塑料基板、或設置有TFT(薄膜電晶體)的TFT基板等構成；特別地，在圖2所示的底發射型有機EL器件的情況下，基板2由透光材料構成。此外，當有機EL器件1、1′與其他顯示器件結合使用時，基板可以由這兩種器件公用。
陽極
設置在基板2上的陽極3由具有大功函數的導電材料構成。具有大功函數的導電材料的示例包括鎳、銀、金、鉑、鈀、硒、銠、釕、銥、錸、鎢、鉬、鉻、鉭、鈮、這些金屬的合金、氧化錫(SnO2)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅、以及氧化鈦。
陰極
另一方面，通過電源8連接到陽極3的陰極5由具有小功函數的導電材料構成。具有小功函數的導電材料的示例包括諸如Li、Mg、Ca等的活潑金屬與諸如Ag、Al、In等的金屬的合金，以及這些合金的疊層。此外，可以採用如下結構，其中將諸如Li、Mg、Ca等的活潑金屬與諸如氟、溴等的滷素、或者氧等的化合物層以薄的形式置於陰極5與有機層4之間。
上述陽極3和陰極5的、設置在取得(take up)有機層4中產生的發射光h的一側的一個電極通過適當選擇和使用上述材料中的透光材料來構成，且調節其厚度從而獲得適於使用的透光率。另一方面，另一電極通過適當選擇和使用具有良好反射率的材料來構成。
此外，根據使用有機EL器件1或1′構造的顯示器的驅動系統，將陽極3和陰極5構圖成合適的形狀。例如，在顯示器的驅動系統是簡單矩陣型的情況下，以彼此交叉的條紋(stripe)的形式形成陽極3和陰極5，且交叉部分構成有機EL器件1、1′。在顯示器的驅動系統是具有用於每個像素的TFT的有源矩陣型的情況下，根據所布置的多個像素的每個構圖陽極3，使其處於通過形成在覆蓋TFT的層絕緣膜中的接觸孔(未示出)連接到類似地為每個像素提供的TFT的狀態。另一方面，可以以形成來覆蓋基板2的整個表面的固體膜的形式形成陰極5以用作像素的公共電極。在此應注意，在採用有源矩陣型作為顯示器的驅動系統的情況下，優選使用圖1所示的頂發射型有機EL器件1，因為由此可以增大器件的數值孔徑(numerical aperture)。
有機層
夾在陽極3與陰極5之間的有機層4包括從陽極3一側順序疊置的空穴傳輸層10、紅光發射層11、綠光發射層12、藍光發射層13和電子傳輸層14。特別地，有機層4的特徵在於在綠光發射層12與藍光發射層13之間設置中間層「a」。現在，將順序描述層10-15和中間層「a」的結構。
空穴傳輸層
首先，設置在陽極3上的空穴傳輸層10是構造來傳輸空穴(正空穴)的層。空穴傳輸層10可以通過疊置多種空穴傳輸材料來構成，以增強空穴傳輸性能。
用於形成空穴傳輸層10的材料(空穴傳輸材料)的示例包括雜環共軛單體、低聚物和聚合物，不僅包含聯苯胺及其衍生物、苯乙烯胺及其衍生物、以及三苯甲烷及其衍生物，而且包含卟啉及其衍生物、三唑及其衍生物、咪唑及其衍生物、惡二唑及其衍生物、聚芳基鏈烷(polyarylalkane)及其衍生物、苯二胺及其衍生物、芳基胺及其衍生物、惡唑及其衍生物、蒽及其衍生物、芴酮及其衍生物、聯氨及其衍生物、芪及其衍生物、酞菁(phthanocyanine)及其衍生物、聚矽烷基化合物、乙烯基咔唑基化合物、噻吩(thriophene)基化合物、苯胺基化合物，等等。
空穴傳輸材料的具體但不限制的示例包括α-萘基苯二胺(α-NPD)、卟啉、金屬四苯基卟啉(metallotetraphenylporphrin)、金屬水楊酸萘酯菁(metallonaphthalocyanine)、4，4′，4″-三甲基三苯胺，4，4′，4″-三(3-甲基苯苯胺)三苯胺(m-MTDATA)，N，N，N′，N′-四(p-甲苯基)p-苯二胺(N，N，N′，N′-tetrakis(p-tolyl)p-phenylenediamine)，N，N，N′，N′-四苯基-4，4′-二氨基聯苯(N，N，N′，N′-tetraphenyl-4，4′-diaminobiphenyl)，N-苯基咔唑，4-二-p-甲苯基氨基均二苯代乙烯(4-di-p-tolylaminostylbene)，聚(對亞苯基亞乙烯)(poly(paraphenylenevinylene))，聚(噻吩撐乙烯)(poly(thiophenevinylene))，聚(2，2′-噻吩吡咯)(poly(2，2′-thienylpyrrole))，等等。
紅光發射層
另外，設置在空穴傳輸層10上的紅光發射層11優選這樣設計，通過空穴傳輸層10注入的一些空穴在紅光發射層11中複合從而提供紅光發射，紅光發射層中未對光發射做貢獻的其餘空穴傳輸到綠光發射層12中，以對綠光發射和藍光發射做貢獻。
通過適當地組合選自以下的所需材料構造這樣的紅光發射層11(a)紅光發射材料(螢光的或磷光的)；(b)空穴傳輸材料；(c)電子傳輸材料；以及(d)正電荷和負電荷傳輸材料。如有需要，將這些材料的每種與從以下材料種類中適當選擇的一種或多種材料一起使用，以確保發光性能和空穴傳輸性能。
所述材料種類包括環戊二烯衍生物、四苯基丁二烯衍生物、三苯胺衍生物、惡二唑衍生物、紅菲繞啉衍生物、吡唑喹啉衍生物、苯乙烯苯衍生物、苯乙烯基亞芳烴(styrylarylene)衍生物、氨基苯乙烯衍生物、含矽(silole)衍生物、噻吩環衍生物、嘧啶環化合物、紫環酮(perinone)衍生物、二萘嵌苯衍生物、低聚噻吩衍生物、香豆素衍生物、紅熒烯衍生物、喹吖啶酮衍生物、方酸鎓鹽(squalium)衍生物、卟啉衍生物、苯乙烯基染料、並四苯衍生物、吡唑啉衍生物、三富馬基胺(trifumanylamine)衍生物、蒽衍生物、二苯基蒽衍生物、芘衍生物、咔唑衍生物、惡二唑二聚物、吡唑啉二聚物、鋁-喹啉醇(quinolinol)絡合物、苯並喹啉醇(benzoquinolinol)-鈹絡合物、苯並惡唑-鋅絡合物、苯並噻唑-鋅絡合物、偶氮基甲基-鋅絡合物、卟啉-鋅絡合物、銪絡合物、銥絡合物、鉑絡合物等，以及具有諸如Al、Zn、Be、Pt、Ir、Tb、Eu、Dy等的金屬作為中心金屬並具有惡二唑、噻二唑(triadiazole)、苯基吡啶、苯基苯並咪唑或喹啉結構等作為配合基的金屬絡合物。
特別地，(a)紅光發射材料的特定示例包括由以下分子式(1)表示的二(氨基苯乙烯)萘(BSN)，其為苯乙烯基亞芳烴衍生物。這樣的苯乙烯基亞芳烴基材料，其示例公開在日本專利特開No.2002-226722中，可以用於以高濃度摻雜基質材料，且由於其三苯胺架構而具有空穴傳輸屬性。因此，當使用這樣的紅光發射材料時，可以獲得有效的紅光發射和高的空穴傳輸性能，這是優選形成紅光發射層11與空穴傳輸層10接觸的原因。
分子式(1) 具體地，但不限於此，(b)空穴傳輸材料的示例包括α-NPD，且特定地，但不限於此，(c)電子傳輸材料的示例包括由以下分子式(2)表示的4，4′-二(2，2-聯苯-乙烯-1-基)-聯苯(4，4′-bis(2，2-dphenyl-ethen-1-yl))(DPVBi)，其為苯乙烯基亞芳烴衍生物。
分子式(2) 綠光發射層
設置在紅光發射層11上的綠光發射層12優選地具有用於傳輸空穴和電子兩者的正電荷和負電荷傳輸屬性。該特徵屬性確保通過紅光發射層11注入的一些空穴對綠光發射層12中的光發射做貢獻，而其餘空穴傳輸到藍光發射層13中，並且從藍光發射層13一側注入的一些電子對綠光發射層12中的光發射做貢獻，而其餘電子傳輸到紅光發射層11中。這使得可以實現從紅光、綠光和藍光發射層11、12、13的各種光發射。
作為用於向綠光發射層12提供正電荷和負電荷傳輸屬性的方法，可以考慮以下方法(1)用綠光發射材料摻雜正電荷和負電荷傳輸基質(host)，(2)用電子傳輸綠光發射材料摻雜空穴傳輸基質，(3)用空穴傳輸綠光發射材料摻雜電子傳輸基質，(4)用綠光發射材料摻雜由空穴傳輸材料和電子傳輸材料構成的混合基質，等等。在此情況下，綠光發射層12中的空穴傳輸材料可以是用於形成空穴傳輸層的空穴傳輸材料。此外，綠光發射層12中的電子傳輸材料可以是構成將在下面描述的藍光發射層13的電子傳輸基質材料。
作為用於構成綠光發射層12的材料，單種材料或多種材料適當地選自上述材料種類。
此外，在根據本發明的其中紅光發射層11存在於空穴傳輸層10一側的有機EL器件1中，綠光發射層12優選設置在紅光發射層11與藍光發射層13之間。這是因為以下問題(1)在紅光發射層11和藍光發射層13彼此相鄰的情況下，藍光發射層13中產生的激子的能量將容易地移動到紅光發射層11中。結果，將不易獲得足夠的藍光強度，而且(2)在將藍光發射層13設置在紅光發射層11與綠光發射層12之間的情況下，激子的能量將被紅光發射層11和綠光發射層12二者奪去，等等問題。此外，在其中例如電子傳輸基質被摻雜以空穴傳輸綠光發射材料的構造的情況下，可以通過二元共澱積(binary co-deposition)來形成構成有機層4的每一層，這允許作為白光器件的功能且消除了對諸如三元共澱積的複雜製造工藝的需要。
藍光發射層
此外，設置在綠光發射層12上的藍光發射層13具有電子傳輸屬性。這確保了通過電子傳輸層14注入到藍光發射層13中的一些電子對藍光發射層13中的藍光發射做貢獻，而其餘電子傳輸到綠光發射層12和紅光發射層11中，以對綠光發射和紅光發射做貢獻。
通過結合所需材料構成藍光發射層12，所述所需材料適當地選自(a)藍光發射材料(螢光的或磷光的)；(b)空穴傳輸材料；(c)電子傳輸材料；以及(d)正電荷和負電荷傳輸材料。如果需要，作為這些材料中的每一種，單種材料或多種材料適當地選自上述材料種類，以確保光發射性能和空穴傳輸性能。
特別地，(a)藍光發射材料的特定示例包括二萘嵌苯，(b)空穴傳輸材料的特定示例包括α-NPD，(c)的特定示例包括上述分子式(2)的DPVBi，其為苯乙烯基亞芳烴衍生物，示例不限於此。
此外，藍光發射層13可以具有從綠光發射層12一側順序疊置的正和負電荷傳輸藍光發射層以及電子傳輸藍光發射層。採用具有這樣的疊層結構的藍光發射層13，空穴可以有效地傳輸到藍光發射層13內部的整個區域，其實現了高效率和高色純度的穩定光發射。作為用於提供具有正和負電荷傳輸屬性的藍光發射層13的方法，可以考慮以下方法(1)用藍光發射材料摻雜正和負電荷傳輸基質；(2)用電子傳輸藍光發射材料摻雜空穴傳輸基質；(3)用空穴傳輸藍光發射材料摻雜電子傳輸基質；(4)用藍光發射材料摻雜由空穴傳輸材料和電子傳輸材料構成的混合基質，等等。
根據本發明的藍光發射層13如此構造，使藍光發射層13中通過正電荷和負電荷的複合產生的激子的能量對藍光發射層13中的光發射做貢獻，同時使能量到紅光發射層11和綠光發射層12中的移動最小化。因此，藍光發射層13優選設置在最陰極側。
電子傳輸層
此外，設置在藍光發射層13與陰極5之間的電子傳輸層14是被構造來傳輸電子的層。可以通過疊置多種電子傳輸材料來構造電子傳輸層14，以增強電子傳輸性能。
上述電子傳輸材料的非限制性示例包括8-羥基喹啉鋁(Alq3)、8-羥甲基喹啉鋁、蒽、萘、菲、芘、1，2-苯並菲、二萘嵌苯、丁二烯、香豆素、吖啶、芪、以及其衍生物。
中間層
此外，設置在綠光發射層12與藍光發射層13之間的中間層「a」由有機材料構成，該有機材料具有比構成綠光發射層12和藍光發射層13的材料的HOMO-LUMO能隙大的HOMO-LUMO能隙。這裡，為了防止藍光發射層13中產生的激子的能量傳輸到綠光發射層12中，中間層由有機材料構成，該有機材料具有比作為綠光發射層12中的發光材料的摻雜劑的HOMO-LUMO能隙大的HOMO-LUMO能隙。
此外，在發光層11、12和13中的光發射中，在設置在中間層「a」的陽極3一側的綠光發射層12中的發光強度強，而設置在中間層a的陰極5一側的藍光發射層13中的發光強度弱的情況下，通過使用具有上述能隙特徵且具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者的材料形成中間層「a」。另一方面，在發光強度與以上相反的情況下，通過使用具有上述能隙特徵且具有電子傳輸屬性以及空穴阻擋屬性兩者的材料形成中間層「a」。順便提及，這裡，中間層「a」具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者。
構成具有這樣的特性的中間層「a」的有機材料適當地選自可用於空穴傳輸層10的材料、可用於發光層11-13的材料、以及可用於電子傳輸層14的材料。在此情況下，考慮構成與中間層a相鄰地設置的發光層12和13的材料的能隙特徵，選擇可以獲得上述特性的材料來形成中間層a。本實施例中用於有機EL器件1、1′的有機材料的特定示例包括具有空穴傳輸屬性和較大HOMO-LUMO能隙的那些材料，例如TPD、α-NPD、CBP，等等。
此外，將中間層「a」的膜厚設置在0.1-20nm的範圍，優選地0.5-10nm。這允許中間層「a」充分顯示其功能。如果中間層「a」的膜厚低於此範圍，則不能滿意地獲得下面將描述的設置中間層「a」的效果。另一方面，如果中間層「a」的膜厚大於該範圍，則將產生諸如由有機層4引起的驅動電壓上升、驅動壽命降低、以及不能滿意地控制電荷複合區域的問題。
順便提及，設置中間層「a」的位置不限於綠光發射層12與藍光發射層13之間的位置，可以將中間層「a」設置在發光層之間的任意位置。在本實施例中，將中間層「a」設置在綠光發射層12與藍光發射層13之間的位置以及紅光發射層11與綠光發射層12之間的位置中的至少一處。此外，在層疊更多發光層的情況下，可以將中間層「a」設置在發光層之間的每個位置處。然而，此處應注意，考慮設置在任意位置的中間層「a」和與該中間層a相鄰地設置的發光層的特性，提供與上述相同的特性。
此外，在使用通過已知方法合成的有機材料的同時，可以通過應用已知方法形成構造為具有上述疊層結構的有機層4，例如真空蒸鍍和旋塗。
在通過將如上構造的有機EL器件1或1′與濾色器結合來構造全彩色顯示器的情況下，在多個有機EL器件1或1′的光取出表面側設置僅傳輸藍、綠和紅色波長區域的射線的各濾色器。
根據如上所述地構造的有機EL器件1或1′，採用設置在綠光發射層12與藍光發射層13之間的中間層「a」，在綠光發射層12和藍光發射層13的每個中通過電荷的複合而產生的激子的能量不易於在綠光發射層12和藍光發射層13之間傳輸。採用具有這樣的疊層結構的有機EL器件1或1′，存在這樣的情況，具有大的HOMO-LUMO能隙的藍光發射層13中產生的激子的能量將傳輸到綠光發射層12中，結果降低了藍光發射層13中的發光強度。然而，在本實施例中，將中間層「a」中的HOMO-LUMO能隙設置為比作為綠光發射層12中的發光材料的摻雜劑的HOMO-LUMO能隙大，由此確保了藍光發射層13中產生的激子的能量不易傳輸到綠光發射層12中，藍光發射層13中藍光發射的強度可以保持較高。此外，防止了將要在中間層a中傳輸的能量釋放到中間層「a」中。
此外，採用設置在最陽極3側的紅光發射層11，可以通過使用能夠以高濃度摻雜空穴傳輸紅光發射材料來形成紅光發射層11，使得空穴將容易地傳輸到相對於紅光發射層11設置在陰極5一側的綠光發射層12和藍光發射層13中。
在這樣的條件下，特別地由於本實施例中的中間層「a」具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者，所以空穴可以充分地傳輸到相對於中間層a設置在陰極5一側的藍光發射層13中，並且可以限制電子注入到綠光發射層12中，從而可以提高藍光發射層13中電子和空穴之間複合的機率。這還有助於藍光發射強度的增強。在此情況下，為了提供防止電子注入到綠光發射層12中的勢壘(barrier)，優選地，具有空穴傳輸屬性的中間層「a」中的LUMO能級高於用作綠光發射層12的基質材料的電子傳輸成分的LUMO能級。按照能級，這樣的結構示於圖3中。在這樣的結構的情況下，即其中空穴傳輸層10、紅光發射層11、綠光發射層12、中間層a、藍光發射層13和電子傳輸層14從陽極3一側順序疊置在陽極3與陰極5之間，優選地，中間層「a」中的LUMO能級[即，能量的值(eV)]高於用作綠光發射層的基質材料的電子傳輸成分的LUMO能級[即，能量的值(eV)]。此配置使得可以限制電子到綠光發射層12中的注入。
因此，在發光層11、12和13中，可以以良好的平衡和高效率取出各顏色的射線，對於各顏色來說發光強度之間的平衡良好，且可以獲得具有良好發光效率的白光發射。
順便提及，在上述實施例中，作為示例已經描述了在綠光發射層12與藍光發射層13之間設置中間層「a」的情況。然而，如上所述，可以在綠光發射層12與藍光發射層13之間的位置以及紅光發射層11與綠光發射層12之間的位置中的至少一處設置中間層；在任何情況下，考慮與中間層相鄰地設置的發光層的特性，將設置在任何位置的中間層構造為具有與上述相同的特性。
例如，在圖4所示的中間層「a′」還設置在紅光發射層11與綠光發射層12之間的有機EL器件1″中，通過使用有機材料形成中間層「a′」，該有機材料具有比構成紅光發射層11和綠光發射層12的材料的HOMO-LUMO能隙大的HOMO-LUMO能隙。在特定示例中，為了防止綠光發射層12中產生的激子的能量傳輸到紅光發射層11中，通過使用有機材料形成中間層「a′」，該有機材料具有比作為紅光發射層11中的發光材料的摻雜劑的HOMO-LUMO能隙大的HOMO-LUMO能隙。
此外，與上述實施例相似，在設置在紅光發射層11和綠光發射層12之間的中間層「a′」的陽極3一側設置的紅光發射層11中的發光強度強，設置在中間層「a′」的陰極5一側的綠光發射層12中的發光強度弱的情況下，通過使用具有上述能隙特徵且具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者的材料形成中間層「a′」。另一方面，在發光強度與上述相反的情況下，通過使用具有上述能隙特徵且具有電子傳輸屬性以及空穴阻擋屬性兩者的材料形成中間層「a」。
在以此方式構造的有機EL器件1″中，在紅光發射層11和綠光發射層12之間設置中間層「a′」確保了在紅光發射層11和綠光發射層12的每個中通過電荷的複合產生的激子的能量不易在紅光發射層11和綠光發射層12之間傳輸。特別地在中間層「a′」具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者時，空穴可以充分地傳輸到相對於中間層a′設置在陰極5一側的綠光反射層12和藍光發射層13中，可以限制電子到紅光發射層11中的注入，並且可以提高綠光發射層12和藍光發射層13中電子和空穴之間的複合機率。在此情況下，為了提供防止電子注入到紅光發射層11中的勢壘，優選地，具有空穴傳輸屬性的中間層「a′」中的LUMO能級高於紅光發射層11中的電子傳輸成分的LUMO能級。這使得可以限制電子注入到紅光發射層11中。
因此，與上述實施例相似，在各發光層11、12和13中，可以以良好的平衡和高效率取出各顏色的射線，各顏色的發光強度之間的平衡良好，且可以獲得具有良好發光效率的白光發射。
此外，在上述實施例中，已經描述了紅光發射層11、綠光發射層12和藍光發射層13從陽極3一側順序層疊的結構，但是本發明不限於這樣的層疊順序，還可以採用相反的層疊順序。然而，這裡應注意，每個發光層的電子傳輸屬性也適當地改變。特定地，設置在最陽極3側的藍光發射層至少具有空穴傳輸屬性，設置在藍光發射層的陰極5一側的綠光發射層具有正和負電荷傳輸屬性，設置在最陰極5側的紅光發射層至少具有電子傳輸屬性。此外，在這樣的配置中，可以以與上述相同的方式考慮設置在發光層之間的中間層的特性，可以獲得如上相同的效果。
例如，當在最陽極3側的藍光發射層和其陰極5一側的綠光發射層之間設置具有如上所述的大的HOMO-LUMO能隙的中間層時，可以防止藍光發射層和綠光發射層的每個中產生的激子的能量在發光層之間傳輸。此外，在這樣的結構中，當中間層具有電子傳輸屬性以及空穴阻擋屬性兩者時，可以提高設置在陽極3一側的藍光發射層中電荷的複合機率。在此情況下，為了提供防止空穴注入到綠光發射層12中的勢壘，將中間層中的HOMO能級設置為低於綠光發射層12中空穴傳輸成分的HOMO能級，由此可以限制空穴到綠光發射層12中的注入。
另一方面，當中間層具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者時，可以提高相對於中間層設置在陰極5一側的綠光發射層和紅光發射層中電荷之間的複合機率。
此外，本發明不限於其中陽極3設置在基板2上且有機層4和陰極5疊置在陽極3上這樣的構造；本發明還適用於具有如下結構的有機EL器件，其中在基板2上設置陰極，在陰極上順序層疊有機層和陽極。順便提及，在此情況下，通過適當地選擇陰極和陽極的材料和膜厚，可以獲得頂發射型結構和底發射型結構，並獲得與上述那些有機EL器件1、1′和1″相同的效果。
(示例)示例1
在示例1中，如下製造參考圖2描述的底發射型有機EL器件1′。
首先製造用於有機EL器件的單元，其中在由30mm×30mm玻璃板構成的基板2上形成作為陽極3的ITO膜(約100nm厚)，通過使用光敏有機絕緣材料用絕緣膜(圖中省略)來掩模化陽極3的除了中心2mm×2mm發光區域之外的其他區域。接著，將具有開口的金屬掩模設置在基板2的上側並鄰近基板2，使得所述開口匹配陽極3(ITO)的將成為每個發光區域的暴露部分，在10-4Pa或更低的真空下通過真空蒸鍍方法順序形成隨後的有機層。
首先，作為空穴傳輸層10，以20nm的厚度形成由以下分子式(3)表示的m-MTDATA膜(4，4′，4″-三(3-甲基苯基苯胺)-三苯胺)(4，4′4″-tris(3-methylphenylphenylamino)-triphenylamine)，然後以20nm的厚度形成由以下分子式(4)表示的α-NPD(α-萘基二胺)二[N-(1-萘基)-N-苯基]聯苯胺((α-naphthyldiamine)Bis[N-(1-nephthyl)-N-phenyl]benzidine)膜。將氣相澱積速率設置到0.1nm/秒。
分子式(3)、分子式(4) 接著，作為紅光發射層11，以5nm的厚度形成共澱積膜(co-depositionfilm)，該共澱積膜由下面的分子式(5)的DPVBi作為基質摻雜以30％的下面的分子式(6)的BSN作為紅光發射材料所構成。將氣相澱積速率設置到0.2nm/秒。
分子式(5)、分子式(6) 此後，作為綠光發射層12，以10nm的厚度形成共澱積膜，該共澱積膜由1∶1混合比的DPVBi和α-NPD的混合物作為基質摻雜以1％的下面的分子式(7)的香豆素6作為綠光發射材料所構成。將氣相澱積速率設置到0.2nm/秒。
分子式(7) 香豆素6然後，以3nm的厚度形成α-NPD膜作為具有空穴傳輸屬性的中間層「a」。氣相澱積速率設置為0.1nm/秒。順便提及，α-NPD具有比作為綠光發射層12中的綠光發射材料的香豆素6的能隙大的HOMO-LUMO能隙。此外，α-NPD中的LUMO能級大於作為綠光發射層12中的電子傳輸成分的DPVBi的LUMO能級。
此外，作為藍光發射層13，以30nm的厚度形成共澱積層，該共澱積層由DPVBi作為基質摻雜以3％的下面的分子式(8)的4，4′-(二(9-乙基-3-咔唑撐乙烯)-1，1′-聯苯(BCzVBi)(4，4′-(Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1，1′-biphenyl(BCzVBi))作為藍光發射材料所構成。氣相澱積速率設置到0.2nm/秒。
分子式(8) 然後，作為電子傳輸層14，以20nm的厚度形成由以下分子式(9)表示的Alq3膜。氣相澱積速率設置到0.2nm/秒。
分子式(9) 接下來，作為陰極5，以50nm的厚度形成具有10∶1的共澱積比的Mg和Ag的薄膜，且以150nm的厚度形成Ag膜。氣相澱積速率設置為0.5nm/秒。
如上製造的示例1中的有機EL器件的發射譜(emission spectrum)在圖5中示出。如圖所示，證實了可以從根據示例1的有機EL器件獲得藍、綠和紅光發射成分。此外，在發光表面上方均勻地獲得了在25mA/cm2的電流密度具有1337cd/m2的亮度和CIE色度(0.319，0.294)的光發射。
示例2
在示例2中，製造參考圖4描述的底發射型有機EL器件1″。順便提及，圖6示出示例2中有機層中的能級的示意圖。
在此情況下，以與製造上面示例1中的有機EL器件相同的方式製造底發射型有機EL器件1″，除了對示例1中的製造工序增加了在紅光發射層11和綠光發射層12之間形成中間層「a′」的步驟。然而，這裡應注意，以2nm的膜厚形成綠光發射層12與藍光發射層13之間的中間層「a」(在示例1中，此膜厚為3nm)。此外，以2nm的厚度形成α-NPD膜作為紅光發射層11與綠光發射層12之間的中間層「a′」。氣相澱積速率設置為0.1nm/秒。順便提及，構成中間層「a′」的α-NPD具有比作為紅光發射層11中的紅光發射材料的BSN的能隙大的HOMO-LUMO能隙。此外，α-NPD的LUMO能級高於用作紅光發射層11中的電子傳輸成分的BSN的LUMO能級。
如上製造的示例2中的有機EL器件的發射譜在圖7中示出。如圖所示，證實了從示例2中的有機EL器件可以獲得藍、綠和紅光發射成分。此外，在發光表面上方均勻地獲得了在25mA/cm2的電流密度具有1706cd/m2的亮度和CIE色度(0.324，0.362)的光發射。
比較例
在比較例中，製造具有一結構的有機EL器件，該結構通過從上面示例1中製造的有機EL器件1′的結構省略中間層「a」來獲得。以上述示例中相同的製造工序製造有機EL器件，除了省略形成中間層a的步驟。
如上製造的比較例中的有機EL器件的發射譜在圖8中示出。如圖所示，證實了從比較例中的有機EL器件可以獲得藍、綠和紅光發射成分。獲得了在25mA/cm2的電流密度具有1311cd/m2亮度和CIE色度(0.392，0.390)的光發射。
然而，從圖5和7中的發射譜(示例1和2)與圖8中的發射譜(比較例)的比較，證實了利用根據示例的其中設置了中間層的有機EL器件可以獲得更大的藍光發射成分和更好的白光發射平衡的光發射。
工業實用性如上所述，根據本發明的有機EL器件，可以以良好的平衡和高效率發射不同波長區域的射線。因此，通過層疊用於藍、綠和紅髮射顏色的發光層，可以實現具有良好的發光強度平衡和良好的發光效率的白光發射。此外，根據通過將有機EL器件與濾色器結合而獲得的顯示器，可以以良好的平衡取出發射顏色的射線，並且可以構成板(pannel)，使得可以實現具有優異色彩再現特性的顯示器。
權利要求
1.一種有機EL器件，包括發射顏色不同且疊置在陽極與陰極之間的多個發光層，其中包括有機材料的中間層設置在所述發光層之間的至少一個位置。
2.如權利要求1所述的有機EL器件，其中所述中間層的HOMO-LUMO能隙比構成與所述中間層相鄰地設置的所述發光層的至少一種材料的HOMO-LUMO能隙大。
3.如權利要求1所述的有機EL器件，其中所述中間層具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者或者，具有電子傳輸屬性以及空穴阻擋屬性兩者。
4.如權利要求1所述的有機EL器件，其中紅光發射層、綠光發射層、以及藍光發射層順序疊置在所述陽極與所述陰極之間。
5.如權利要求4所述的有機EL器件，其中所述紅光發射層、所述綠光發射層、以及所述藍光發射層從所述陽極側順序疊置在所述陽極與所述陰極之間；且具有空穴傳輸屬性和電子阻擋屬性的中間層至少設置在所述綠光發射層與所述藍光發射層之間。
6.如權利要求5所述的有機EL器件，其中具有所述空穴傳輸屬性的所述中間層的LUMO能級高於所述綠光發射層中電子傳輸成分的LUMO能級。
7.如權利要求4所述的有機EL器件，其中所述紅光發射層、所述綠光發射層、以及所述藍光發射層從所述陽極側順序疊置在所述陽極與所述陰極之間，具有空穴傳輸屬性以及電子阻擋屬性兩者的中間層至少設置在所述紅光發射層與所述綠光發射層之間。
8.如權利要求7所述的有機EL器件，其中具有所述空穴傳輸屬性的所述中間層的LUMO能級高於所述紅光發射層中電子傳輸成分的LUMO能級。
9.一種顯示器，包括有機EL器件的光取出表面側的濾色器，該有機EL器件包括發射顏色不同且疊置在陽極與陰極之間的多個發光層，其中所述有機EL器件包括在所述發光層之間至少一個位置處的中間層。
10.如權利要求9所述的顯示器，其中所述有機EL器件包括順序疊置在所述陽極與所述陰極之間的紅光發射層、綠光發射層、以及藍光發射層。
全文摘要
在陽極(3)與陰極(5)之間順序布置紅光發射層(11)、綠光發射層(12)和藍光發射層(13)，在綠光發射層(12)與藍光發射層(13)之間設置由有機材料構成的中間層(a)。中間層(a)的HOMO－LUMO能隙大於構成綠光發射層(12)的綠光發射材料的HOMO－LUMO能隙。中間層(a)具有空穴傳輸屬性。利用此有機EL器件(1)的顯示器在光取出表面側設置有濾色器。通過具有這樣的結構，有機EL器件能夠產生良好平衡的、高亮度的三種顏色成分，即紅、綠和藍發射，其適於全彩色顯示器。
文檔編號H05B33/14GK1871877SQ20048003135
公開日2006年11月29日 申請日期2004年8月20日 優先權日2003年8月22日
發明者柏原充宏 申請人:索尼株式會社