CN102017799A - 有机电致发光元件、显示装置和照明装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
- H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light
Abstract
本发明提供高效率、长寿命而且色纯度稳定的有机EL元件、显示装置和照明装置。本发明的有机EL元件，具有阳极、阴极、配置在阳极和阴极之间的2层以上的发光层、配置在阳极和发光层之间的电子阻挡层、配置在阴极和发光层之间的空穴阻挡层，上述发光层分别是包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的双电荷输送发光层，上述电子阻挡层中的电子阻挡材料的LUMO的绝对值LEBM和与上述电子阻挡层相接的双电荷输送发光层中的电子输送材料的LUMO的绝对值LETM满足LEBM＜LETM的关系式，上述空穴阻挡层中的空穴阻挡材料的HOMO的绝对值HHBM和与上述空穴阻挡层相接的双电荷输送发光层中的空穴输送材料的HOMO的绝对值HHTM满足HHBM＞HHTM的关系式。
Description
技术领域
本发明涉及有机电致发光元件、显示装置和照明装置。具体来说，涉及高效率而且长寿命的有机电致发光元件、显示装置和照明装置。
背景技术
近年来，伴随着高度信息化，对薄型、低消耗电力和轻量的平板显示器(FPD)的期待越来越高。其中，能够以低电压驱动而且能够实现高亮度显示的有机电致发光显示装置为人们所关注。特别是，通过近年来的研究开发，使用有机材料的有机EL装置的发光效率显著提高，具有该种有机电致发光装置的有机EL显示器的实用化开始进行。
该种有机EL显示器中，作为全彩色化的方法，具有并列放置可发出红色、绿色、蓝色的光的有机电致发光元件(以下，也称为“有机EL元件”)的方法(例如参照专利文献1)、和将发出白色光的有机EL元件和使红色、绿色、蓝色的波长范围透过的彩色滤光片组合的方法等。
另外，公开了具有包含空穴输送材料和电子输送材料的发光层的有机EL元件。(例如，参照专利文献2和3)
专利文献1：日本特开平10-3990号公报
专利文献2：日本特开2004-146221号公报
专利文献3：日本特开2005-285708号公报
发明内容
然而，在目前的白色有机EL元件中，想要使叠层的发光层全都高效率地发光是困难的，作为显示装置而言，发光效率和寿命是不充分的。另外，在由于老化而色纯度产生偏差的这一点上具有改善的余地。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供高效率、长寿命而且色纯度稳定的有机电致发光元件、显示装置和照明装置。
本发明人对于高效率、长寿命而且色纯度稳定的有机电致发光元件、显示装置和照明装置进行了各种研究之后，着眼于具有包含空穴输送材料(空穴输送材料)和电子输送材料(电子输送材料)的发光层的有机EL元件。发现能够通过如下方式较好地解决上述课题，实现本发明：有机EL元件具有至少包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的至少2层的发光层(双电荷输送发光层)、设置在阳极和发光层之间的电子阻挡层、以及设置在阴极和发光层之间的空穴阻挡层，此外，电子阻挡层中的电子阻挡材料的最低未占分子轨道的绝对值LEBM和与电子阻挡层相接的双电荷输送发光层中的电子输送材料的最低未占分子轨道的绝对值LETM满足LEBM＜LETM的关系式，进而，空穴阻挡层中的空穴阻挡材料的最高占有分子轨道的绝对值HHBM和与空穴阻挡层相接的双电荷输送发光层中的空穴输送材料的最高占有分子轨道的绝对值HHTM满足HHBM＞HHTM的关系式，由此，能够在所有的发光层中控制有机EL元件的发光所需要的空穴和电子的平衡，还能够有效的抑制空穴和电子在发光材料中传播(优选能够使其不传播)，进而，分离各个发光层中的发光区域，能够有效地抑制由于老化而发光层中的发光区域偏移的情况(优选能够使其不偏移)。
即，本发明的有机电致发光元件，其具有阳极、阴极和夹持在该阳极与该阴极之间的至少2层的发光层，该有机电致发光元件的特征在于：该发光层分别是至少包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的双电荷输送发光层，该有机电致发光元件具有：至少包含电子阻挡材料、并且设置在该阳极与该发光层之间的电子阻挡层；和至少包含空穴阻挡材料、并且设置在该阴极与该发光层之间的空穴阻挡层，该电子阻挡层中的该电子阻挡材料的最低未占分子轨道的绝对值LEBM和与该电子阻挡层相接的双电荷输送发光层中的电子输送材料的最低未占分子轨道(LUMO：Lowest Unoccupied Molecular Orbital)的绝对值LETM满足LEBM＜LETM的关系式(以下，也称为“公式1”)，该空穴阻挡层中的该空穴阻挡材料的最高占有分子轨道(HOMO：Highest Occupied Molecular Orbital)的绝对值HHBM和与该空穴阻挡层相接的双电荷输送发光层中的空穴输送材料的最高占有分子轨道的绝对值HHTM满足HHBM＞HHTM的关系式(以下，也称为“公式2”)。
以下，详述本发明。
本发明的有机EL装置是具有阳极、阴极和夹持在上述阳极与上述阴极之间的至少2层的发光层的有机电致发光元件，上述发光层(上述至少2层的发光层)分别是至少包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的双电荷输送发光层，上述有机电致发光元件具有至少包含电子阻挡材料并且设置在上述阳极和上述发光层(上述至少2层的发光层)之间的电子阻挡层、以及至少包含空穴阻挡层材料并且设置在上述阴极和上述发光层(上述至少2层的发光层)之间的空穴阻挡层。
由此，能够适当地控制双电荷输送发光层中的空穴输送材料和电子输送材料的量，能够使所有的发光层中从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子达到平衡。从而能够实现高效率、长寿命的有机EL元件。
另外，能够使空穴和电子在与发光材料不同的材料中传播，能够防止由空穴和电子导致的发光材料的劣化、以及由空穴及电子与激发子的作用导致的发光材料的劣化。从而能够实现寿命长的有机EL元件。
进而，能够使各个发光层中的发光区域相互分离。即，例如使发光层为2层，有机EL元件的元件结构是阳极/空穴输送层/电子阻挡层/第一发光层/第二发光层/空穴阻挡层/电子输送层/阴极的情况下，各个发光层是能够输送空穴和电子的双电荷输送发光层，此外，配置有电子阻挡层和空穴阻挡层，因此在电子阻挡层及第一发光层与空穴阻挡层及第二发光层之间的界面处的第一发光层和第二发光层中能够蓄积空穴和电子两种电荷。从而，能够将发光区域在电子阻挡层及第一发光层的界面附近的第一发光层中和空穴阻挡层及第二发光层的界面附近的第二发光层中分离。这样，由于能够利用界面处的发光，即使由于老化而载流子平衡产生偏离，发光区域也不会变化，能够得到色纯度稳定的发光。
另外，例如使发光层为3层，有机EL元件的元件结构为阳极/空穴输送层/电子阻挡层/第一发光层/第三发光层/第二发光层/空穴阻挡层/电子输送层/阴极的情况下，各个发光层是能够输送空穴和电子的双电荷输送发光层，此外，配置有电子阻挡层和空穴阻挡层，所以在电子阻挡层及第一发光层、与空穴阻挡层及第二发光层之间的界面的第一发光层及第二发光层中能够蓄积空穴和电子两种电荷。从而，能够将发光区域在电子阻挡层与第一发光层的界面附近的第一发光层中、空穴阻挡层与第二发光层的界面附近的第二发光层中和第三发光层的中心附近分离。因此，即使由于老化而载流子平衡产生偏离，发光区域也不会变化，能够得到色纯度稳定的发光。
另外，假设2个以上的发光区域接近时，能量高的光(波长短的光)会向能量低的光(波长长的光)转移能量。另外，由于老化而发光区域的距离变近时，能量的转移进一步加大，色纯度偏移。
上述发光层(上述至少2层的发光层)分别是至少包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的双电荷输送发光层。由此，能够高效率而且平衡较好地将空穴和电子传输到各个发光层。另外，能够控制各个发光层中的空穴输送材料和电子输送材料的量，能够按照期望的比例将空穴和电子分配到各个发光层。因此，能够控制各个发光层的发光亮度，所以能够实现高发光效率和长寿命的设备。进而，在所有发光层中都包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料，因此能够控制各个发光层中的空穴输送材料和电子输送材料的比例，能够控制空穴和电子的量。于是，在各个发光层中使用空穴输送能力和电子输送能力不同的发光材料的情况下，也能够高效而且平衡良好地控制各个发光层中的空穴和电子的比例。其结果是，能够实现高发光效率和长寿命的装置。
另外，在各个双电荷输送发光层中，当要得到白色光时，为了获得所期望的白色需要调整各个双电荷输送发光层的色纯度和亮度。就这一点而言，需要在各个双电荷输送发光层中调整各个双电荷输送发光层的空穴和电子的比例。对此，在本发明的有机EL元件中各个双电荷输送发光层均具有双电荷输送性，所以能够容易且有效地调整各个双电荷输送发光层的色纯度和亮度。
例如，在发光层是由双电荷输送红色发光层、双电荷输送绿色发光层和双电荷蓝色发光层构成的情况下，为了得到色纯度(0.31，0.31)的白色，当双电荷输送红色发光层、双电荷输送绿色发光层和双电荷蓝色发光层的色纯度分别是(0.67，0.33)、(0.21，0.71)和(0.14，0.07)时，需要使双电荷输送红色发光层、双电荷输送绿色发光层和双电荷蓝色发光层的亮度比是3∶6∶1。
本发明的有机EL元件满足上述公式1。由此，通过电子阻挡层材料与发光层中的电子输送材料的LUMO能级的差所产生的能量势垒，能够高效率地使电荷蓄积在电子阻挡层与发光层的界面。从而能够更有效地发挥本发明的效果。
另外，本发明的有机EL元件满足上述公式2。由此，通过空穴阻挡层材料与发光层中的空穴输送材料的HOMO能级的差所产生的能量势垒，能够高效率地使电荷蓄积在空穴阻挡层和发光层的界面。从而能够更有效地发挥本发明的效果。
作为本发明的有机EL元件的结构，以上述的结构要素为必须而形成，可以包含其他的结构要素，也可以包含其他的结构要素，没有特别限定。
以下，对本发明的有机EL元件的优选方式进行详细说明。另外，以下所示的各种方式可以适当组合。
优选分别包含在上述双电荷输送发光层中的空穴输送材料是相同的物质。由此，能够消除各个双电荷输送发光层之间输送空穴时的能量势垒，所以能够更高效地将空穴传输到发光层。
优选分别包含在上述双电荷输送发光层中的空穴输送材料的浓度越靠近上述阳极侧越低。由此，能够更高效地将空穴输送到靠近阴极的双电荷输送发光层。
优选分别包含在上述双电荷输送发光层中的电子输送材料是相同的物质。由此，能够消除各个双电荷输送发光层之间输送电子时的能量势垒，所以能够更高效地将空穴传输到发光层。
优选分别包含在上述双电荷输送发光层中的电子输送材料的浓度越靠近上述阴极侧越低。由此，能够更高效地将电子输送到靠近阳极的双电荷输送发光层。
本发明还包括具有上述有机电致发光元件的显示装置和具有上述有机电致发光元件的照明装置。由此，能够实现高效率而且长寿命、并且色纯度稳定的显示装置和照明装置。
根据本发明的有机电致发光元件、显示装置和照明装置，能够实现高效率化、长寿命化和色纯度的稳定化。更具体而言，能够在所有的发光层中控制有机EL元件的发光所需要的空穴和电子的平衡，还能够有效地抑制空穴和电子在发光材料中的传播，进而，分离各发光层中的发光区域，从而能够有效地抑制由于老化而发光层中的发光区域产生偏移的情况。
附图说明
图1是表示实施方式1的有机EL元件的结构的截面示意图。
附图标记的说明
1基板
2阳极
3空穴注入层
4空穴输送层
5电子阻挡层
6发光层
61双电荷输送红色发光层
62双电荷输送绿色发光层
63双电荷输送蓝色发光层
7空穴阻挡层
8电子输送层
9电子注入层
10阴极
具体实施方式
下面，描述实施方式，参照附图进一步详细说明本发明，但是本发明并不限定于这些实施方式。
(实施方式1)
本实施方式的有机EL元件(有机EL装置)在阳极和阴极之间至少具有2层发光层，各个发光层是双电荷输送发光层，各个双电荷发光层中至少包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料，而且，在阳极和发光层之间设置有电子阻挡层，在阴极和发光层之间设置有空穴阻挡层。
以下例示本实施方式的有机EL元件的结构，但是本发明的有机EL元件的结构并不限定于此。例如，包含在各个结构中的层无需全都为1层，也可以具有叠层构造。各个结构也可以还具有其他的层。其中，发光层至少是2层以上，优选叠层为3层。
(1)阳极/空穴注入层/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/阴极
(2)阳极/空穴注入层/空穴输送层/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/阴极
(3)阳极/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/电子注入层/阴极
(4)阳极/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/电子输送层/电子注入层/阴极
(5)阳极/空穴注入层/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/电子注入层/阴极
(6)阳极/空穴注入层/空穴输送层/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/电子注入层/阴极
(7)阳极/空穴输送层/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/电子输送层/电子注入层/阴极
(8)阳极/空穴注入层/空穴输送层/电子阻挡层/发光层/空穴阻挡层/电子输送层/电子注入层/阴极
上述各层的形成方法能够采用有机EL元件中历来使用的形成方法，但是不特别限定于这些方法。
作为有机层(包括发光层、空穴输送层、电子输送层、空穴注入层、电子注入层、空穴阻挡层、电子阻挡层等)的形成方法，在不需要进行有机层的图案化的情况下，能够采用例如真空蒸镀法等干处理(干法)和例如旋涂法、刮刀法、浸涂法、印刷法等湿处理(湿法)。另外，在制作用于多彩显示面板、全彩显示面板的有机EL元件的情况等需要进行有机层的图案化的情况下，能够采用例如掩膜蒸镀法(例如，参照日本特开平8-227276号公报)或转印法(例如，参照日本特开平10-208881号公报)等干处理、例如喷墨法(例如，参照日本特开平10-12377号公报)、印刷法、放电涂布(discharge coating)法、喷涂法等湿处理。在使用湿处理来形成有机层的情况下，考虑到有机层的吸湿和有机材料的变质，优选在惰性气体或真空中形成有机层。另外，在形成有机层之后，为了除去残留溶剂而优选进行加热干燥处理。基于防止有机材料变质的观点，加热干燥处理优选在惰性气体中进行。进一步，为了更有效地除去残留溶剂，优选在减压下进行加热干燥。
作为电极的形成方法，能够使用例如蒸镀法、EB法(电子束共蒸镀法)、MBE法(分子束外延法)、溅射法等干处理或者例如旋涂法、印刷法、喷墨法等湿处理。
下面，参照附图说明本发明的本实施方式的有机EL元件。
图1是表示实施方式1的有机EL元件的结构的截面示意图。
本实施方式的有机EL元件具有通过在基板1上依次形成ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)等阳极2、空穴注入层3、空穴输送层4、电子阻挡层5、发光层6(双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62、双电荷输送蓝色发光层63)、空穴阻挡层7、电子输送层8、电子注入层9和阴极10而成的结构。
图1所示的有机EL元件例如使用如下方法制作。
本实施方式的基板1具有绝缘性的表面即可，例如能够广泛使用由玻璃、石英等无机材料形成的基板、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)等塑料基板、氧化铝等陶瓷基板、通过在铝或铁等金属基板上涂布二氧化硅(SiO2)或有机绝缘材料等绝缘物而成的基板、通过阳极氧化等方法对金属基板的表面实施绝缘化处理而成的基板。
在基板1上可以形成有薄膜晶体管(TFT)等开关元件。在通过低温处理形成多晶硅TFT的情况下，优选使用在500℃以下的温度不会熔解、不会产生变形的基板。另外，在通过高温处理形成多晶硅TFT的情况下，优选使用在1000℃以下的温度不会熔解、不会产生变形的基板。
阳极2和阴极10能够使用现有的电极材料形成。作为将空穴注入有机层的阳极2，能够使用由功函数较高的金属(Au、Pt、Ni等)形成的金属电极或利用透明导电材料(ITO、IDIXO、SnO2等)形成的透明电极。作为将电子注入有机层的阴极10，能够使用通过叠层功函数较低的金属和稳定的金属而成的电极(Ca/Al、Ce/Al、Cs/Al、Ba/Al等)、含有功函数较低的金属的电极(Ca∶Al合金、Mg∶Ag合金、Li∶Al合金等)、组合绝缘层(薄膜)和金属电极而成的电极(LiF/Al、LiF/Ca/Al、BaF2/Ba/Al等)等。作为阳极2和阴极10的制作方法，能够使用例如蒸镀法、EB法、MBE法、溅射法等干处理或者例如旋涂法、印刷法、喷墨法等湿处理。在此，发光层6发出的光，可以从基板1侧通过阳极2而取出到外部(底部发光)，或者可以从与基板1相反的一侧通过阴极10取出到外部(顶部发光)。阳极2的膜厚也取决于使用的材料，但是通常为10～1000nm(优选50～200nm)的范围。阴极10的膜厚也取决于使用的材料，但是通常为1～50nm(优选5～30nm)的范围。
空穴注入层3包含具有优良的对电子阻挡层5和空穴输送层4的空穴注入性的空穴注入材料，具有提高从阳极2向电子阻挡层5和空穴输送层4的空穴的注入效率的功能。空穴注入层3能够使用至少一种空穴注入材料通过直接蒸镀法等干处理形成。在此，空穴注入层3可以包含2种以上的空穴注入材料。这种空穴注入层3可以含有添加剂(施主、受体等)等。另外，空穴注入层3可以使用将至少一种空穴注入材料溶解在溶剂中而得的空穴注入层形成用涂液通过湿处理来形成。空穴注入层形成用涂液可以含有2种以上的空穴注入材料。另外，空穴注入层形成用涂液可以含有粘合用树脂，除此以外，也可以含有匀涂剂、添加剂(施主、受体等)。粘合用树脂例如能够使用聚碳酸酯、聚酯等。另外，作为溶剂，只要能够将上述空穴注入材料溶解或分散即可，例如能够使用纯水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。空穴注入层3还可以通过激光转印法形成。在此，空穴注入层3可以是一层构造，也可以具有多层构造。即，空穴注入层3可以通过叠层包含相互不同的空穴注入材料的多个空穴注入层而成。空穴注入层3的膜厚也取决于使用的材料，但是通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围。
作为空穴注入材料，能够使用有机EL元件用、有机光导电体用的公知的空穴注入材料，例如能够使用无机p型半导体材料、卟啉化合物、N，N′-双-(3-甲基苯基)-N，N′-双-(苯基)-联苯胺(TPD)、N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二苯基-联苯胺(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-聚乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(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(对苯撑乙烯)前体(Pre-PPV)、聚(对萘亚乙烯基)前体(Pre-PNV)等高分子材料前体等)等。
空穴输送层4包含空穴输送性优良的空穴输送材料，具有从阳极2或空穴注入层3向电子阻挡层5输送空穴的功能。空穴输送层4能够使用至少1种空穴输送材料通过直接蒸镀法等干处理形成。在此，空穴输送层4可以包含2种以上的空穴输送材料。这种空穴输送层4可以含有添加剂(施主、受体等)等。另外，空穴输送层4可以使用将至少一种空穴输送材料溶解在溶剂中而得的空穴输送层形成用涂液通过湿处理形成。空穴输送层形成用涂液可以包含2种以上的空穴输送材料。另外，空穴输送层形成用涂液可以包含粘合用树脂，除此之外，可以包含匀涂剂、添加剂(施主、受体等)等。粘合用树脂例如能够使用聚碳酸酯、聚酯等。作为溶剂，只要是能够将上述空穴输送材料溶解或分散的溶剂即可，例如能够使用纯水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。进而，空穴输送层4可以通过激光转印法形成。在此，空穴输送层4可以是一层构造，也可以具有多层构造。即，空穴输送层4可以通过叠层包含相互不同的空穴输送材料的多个空穴输送层而成。空穴输送层4的膜厚也取决于使用的材料，但是通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围。
作为空穴输送层4中的空穴输送材料，能够使用与上述空穴注入材料相同的材料，但是作为空穴输送层4中的空穴输送材料，当材料的HOMO能级的绝对值比空穴注入材料的HOMO能级的绝对值大时，能够效率更好地将空穴输送并注入发光层6，并能够降低元件的电压或提高发光效率，因而优选。作为HOMO能级的测定方法，具有紫外光电子能谱法(UPS)和光电子发射产额谱法(PYS)，能够使用市场上出售的离子化势能测定装置，例如理研测量仪表株式会社制：AC-2、AC-3，住友重机械机械电子株式会社制：PYS-201等。
电子阻挡层5具有将空穴从阳极2、空穴输入层3或空穴输送层4输送到发光层6，另一方面也将从阴极10一侧注入的电子密封在发光层6中的功能。电子阻挡层5可以是使用至少一种电子阻挡材料通过直接蒸镀法等的干处理形成。在此，电子阻挡层5可以包含2种以上的电子阻挡材料。另外，电子阻挡层5可以使用将至少一种电子阻挡材料溶解在溶剂中的电子阻挡层形成用涂液通过湿处理形成。电子阻挡层形成用涂液可以包含2种以上的电子阻挡材料。电子阻挡层形成用涂液可以包含粘合用树脂，除此之外，可以包含匀涂剂、添加剂(施主、受体等)等。粘合用树脂例如能够使用聚碳酸酯、聚酯等。作为溶剂，只要是能够将上述电子阻挡材料溶解或分散的溶剂即可，例如能够使用纯水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。进而，电子阻挡层5可以通过激光转印法形成。在此，电子阻挡层5可以是一层构造，也可以具有多层构造。
作为电子阻挡层5中的电子阻挡材料，需要使材料LUMO能级的绝对值比与电子阻挡层5相接的发光层6(双电荷输送红色发光层61)中的空穴注入材料的LUMO能级的绝对值小。由此，能够更有效率地将电子密封在发光层6中。另外，电子阻挡层5中的电子阻挡材料，以电子的密封效果为最优先的目的进行材料的选定，另一方面，电子阻挡层5中的电子阻挡材料的空穴的迁移率并不重要。从而，一般需要将电子阻挡层5的膜厚设定在10nm以下。另一方面，如果电子阻挡层5的膜厚超过10nm，则驱动电压可能大幅增加。作为电子阻挡层5中的电子阻挡材料，更具体来说，能够使用4，4′-双-[N，N′-(3-甲苯基)氨基]-3，3′-二甲基联苯(HMTPD)等化合物。作为LUMO能级的测定方法，通过紫外可见分光法测定吸收光谱，使该吸收光谱的吸收端的能量为带隙能，从通过上述方法求得的HOMO能级的值减去上述带隙能的值，由此能够测定LUMO能级的值。在此，作为所使用的吸收光谱的测定，能够使用市场上出售的装置，例如，岛津制作所会社制：UV-1800，日本分光株式会社制：V-630等。
发光层6将注入的空穴和电子再结合，以所包含的发光材料的固有波长发光。发光层6具有至少由2层的双电荷输送发光层(在此，双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63)构成的多层构造。另外，各个双电荷输送蓝色发光层至少包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料。从而，发光层6不仅通过注入的空穴和电子发光，还显示了电子输送性和空穴输送性。
发光层6能够至少使用空穴输送材料、电子输送材料和发光材料通过直接蒸镀法等干处理形成。另外，发光层6可以包含2种以上的空穴输送材料、2种以上的电子输送材料和2种以上的发光材料。即，各个双电荷发光层中的空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的种类的数目没有特别限定，可以是2种以上。另外，发光层6可以使用至少将空穴输送材料、电子输送材料和发光材料溶解在溶剂中而得的发光层形成用涂液通过湿处理来形成。在此，发光层形成用涂液可以包含2种以上的空穴输送材料、2种以上的电子输送材料和2种以上的发光材料。即，发光层形成用涂液中的空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的种类的数目没有特别限定，可以是2种以上。另外，发光层形成用涂液可以包含粘合用树脂，除此之外，也可以包含匀涂剂、添加剂(施主、受体等)等。粘合用树脂例如能够使用聚碳酸酯、聚酯等。另外，作为溶剂，只要是能够将空穴输送材料、电子输送材料和发光材料溶解或分散的溶剂即可，例如能够使用纯水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。进而，发光层6可以通过激光转印法形成。发光层6的膜厚也取决于使用材料，但是通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围。具体来说，双电荷输送红色发光层61的膜厚通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围，双电荷输送绿色发光层62的膜厚通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围，双电荷输送蓝色发光层63的膜厚通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围。
发光层6中的空穴输送材料能够使用与上述空穴输送材料、即空穴输送层4中的空穴输送材料相同的材料。另外，发光层6中的电子输送材料能够使用与后述的电子输送材料、即电子输送层8中的电子输送材料相同的材料。
另外，各个双电荷输送发光层中的空穴输送材料优选为相同的材料(物质)，各个双电荷输送发光层中的电子输送材料优选为相同的材料(物质)。
进而，各个双电荷输送发光层中的空穴输送材料的浓度优选越靠近阳极2一侧越低。即，发光层6由双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63构成的情况下，优选满足(双电荷输送红色发光层61中的空穴输送材料的浓度)＜(双电荷输送绿色发光层62中的空穴输送材料的浓度)＜(双电荷输送蓝色发光层63中的空穴输送材料的浓度)。
各个双电荷输送发光层中的电子输送材料的浓度优选越靠近阴极10一侧越低。即，发光层6由双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63构成的情况下，优选满足(双电荷输送红色发光层61中的电子输送材料的浓度)＞(双电荷输送绿色发光层62中的电子输送材料的浓度)＞(双电荷输送蓝色发光层63中的电子输送材料的浓度)。另外，浓度是通过用天平测定各材料的重量来决定的。
另一方面，作为发光层6中的发光材料，能够使用有机EL元件用的公知的发光材料，但是本发明并不特别限定于此。例如，能够列举低分子发光材料(例如，4，4′-双(2，2′-二苯基乙烯基)-联苯(DPVBi)等芳香族二亚甲基化合物，5-甲基-2-[2-[4-(5-甲基-2-苯并噁唑基)苯基]乙烯基]苯并噁唑等噁二唑化合物、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑(TAZ)等三唑衍生物、1，4-双(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、联苯醌衍生物、芴酮衍生物等荧光性有机材料，偶氮甲碱锌络合物、(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)等荧光性有机金属化合物等)、高分子发光材料(例如，聚(2-癸氧基-1，4-亚苯基)(DO-PPP)，聚(2，5-双-[2-(N，N，N-三乙基铵)乙氧基]-1，4-苯基-alto-1，4-亚苯基)二溴化物(PPP-NEt3+)、聚[2-(2′-乙基己氧基)-5-甲氧基-1，4-苯撑乙烯](MEH-PPV)，聚[5-甲氧基-(2-磺酰化丙氧基)-1，4-苯撑乙烯](MPS-PPV)，聚[2，5-双-(己氧基)-1，4-亚苯基-(1-氰基亚乙烯基)](CN-PPV)，(聚(9，9-二辛基芴))(PDAF)，聚螺环)，高分子发光材料的前体(例如，PPV前体、PNV前体、PPP前体)等。
在此，包含在双电荷输送红色发光层61中的发光材料以固体或溶液的状态在600～700nm的波长范围内具有发光谱峰，包含在双电荷输送绿色发光层62中的发光材料以固体或溶液的状态在500～600nm的波长范围内具有发光谱峰，包含在双电荷输送蓝色发光层63中的发光材料以固体或溶液的状态在400～500nm的波长范围内具有发光谱峰。
空穴阻挡层7具有将电子从阴极10、电子注入层9或电子输送层8输送到发光层6，并将从阳极2一侧注入的空穴密封在发光层6中的功能。空穴阻挡层7能够使用至少一种空穴阻挡材料通过直接蒸镀法等干处理来形成。在此，空穴阻挡层7可以包含2种以上的空穴阻挡材料。另外，空穴阻挡层7可以使用将至少一种空穴阻挡材料溶解在溶剂中而得的空穴阻挡层形成用涂液通过湿处理来形成。空穴阻挡层形成用涂液可以包含2种以上的空穴阻挡材料。另外，空穴阻挡层形成用涂液可以包含粘合用树脂，除此之外，还可以包含匀涂剂、添加剂(施主、受体等)等。粘合用树脂例如能够使用聚碳酸酯、聚酯等。另外，作为溶剂，只要是能够将上述空穴注入材料溶解或分散的溶剂即可，例如能够使用纯水、甲醇、乙醇、THF、三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。进而，空穴阻挡层7可以通过激光转印法形成。在此，空穴阻挡层7可以是一层构造，也可以具有多层构造。
作为空穴阻挡层7中的空穴阻挡材料，需要材料的HOMO能级的绝对值比与空穴阻挡层7相接的发光层6(双电荷输送蓝色发光层63)中的电子输送材料的HOMO能级的绝对值大。由此，能够更有效率地将空穴密封在发光层中。另外，空穴阻挡层7中的空穴阻挡材料，以空穴的密封效果为最优先目的进行材料的选择，另一方面，空穴阻挡层7中的空穴阻挡材料的电子的迁移率并不重要。从而，一般需要将空穴阻挡层7的膜厚设定在10nm以下。而当空穴阻挡层7的膜厚超过10nm时，驱动电压可能大幅增加。作为空穴阻挡层7中的空穴阻挡材料，更具体来说能够使用2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)等化合物。
电子输送层8包含电子输送性优良的电子输送材料，具有将电子从阴极10或电子注入层9输送到空穴阻挡层7的功能。电子输送层8可以仅由下述电子输出材料构成，也可以含有任意添加剂(施主、受体等)等。另外，电子输送层8可以通过将下述电子输送材料分散在高分子材料(粘合用树脂)或无机材料中来构成。电子输送层8中的电子输送材料可以将2种以上的下述电子输送材料混合而成。在此，电子输送层8可以是一层构造，也可以具有多层构造。即，电子输送层8可以通过叠层包含相互不同的电子输送材料的多个电子输送层而成。电子输送层8的膜厚也取决于使用的材料，但是通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围。
作为电子输送材料，能够使用有机LED用的公知的电子输送材料。以下例示了该具体的化合物，但是本发明并不限定于此。
作为电子输送材料，例如能够列举作为n型半导体的无机材料，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-羟基喹啉铝等的金属复合物的低分子材料，聚(噁二唑化合物)(Poly-OXZ)、聚苯乙烯(PSS)等高分子材料。
电子注入层9包含具有优良的向空穴阻挡层7或空穴输送层8的电子注入性的电子注入材料，具有提高将电子从阴极10注入到空穴阻挡层7或空穴输送层8的电子注入效率的功能。电子注入层9能够使用至少一种电子注入材料通过直接蒸镀法等干处理来形成。在此，电子注入层9可以包含2种以上的电子注入材料。这样的电子注入层9可以含有添加剂(施主、受体等)等。另外，电子注入层9可以使用将至少一种电子注入材料溶解在溶剂中而得的电子注入层形成用涂液通过湿处理来形成。电子注入层形成用涂液可以包含2种以上的电子注入材料。另外，电子注入层形成用涂液可以包含粘合用树脂，除此之外，也可以含有匀涂剂、添加剂(施主、受体等)等。粘合用树脂例如能够使用聚碳酸酯、聚酯等。另外，作为溶剂，只要是能够将上述电子注入材料溶解或分散的溶剂即可，例如能够使用纯水、甲醇、乙醇、THF(四氧呋喃)三氯甲烷、二甲苯、三甲基苯等。进而，电子注入层9可以通过激光转印法形成。在此，电子注入层9可以是一层构造，也可以具有多层构造。即，电子注入层9可以通过叠层包含相互不同的电子注入材料的多个电子注入层而成。电子注入层9的膜厚也取决于使用的材料，但通常为1～1000nm(优选10～300nm)的范围。
作为电子注入材料，能够特别列举氟化锂(LiF)、氟化钡(BaF2)等氟化物、氧化锂(Li2O)等氧化物，但是从更有效率地进行电子的注入和输送的观点出发，作为用作电子注入层9的材料，优先使用与用于电子输送层9的电子注入输送材料相比最低未占分子轨道(LUMO)的能级较高的材料，作为用作电子输送层8的材料，优先使用与用于电子注入层9的电子注入输送材料相比电子迁移率较高的材料。
在本实施方式中，使用密封基板来密封有机EL元件，但是也可以使用密封膜来代替密封基板。作为密封膜或密封基板的材料，能够使用历来用于密封的材料。另外，作为密封方法能够使用公知的密封方法。例如，能够使用由玻璃、金属等密封氮气、氩气等惰性气体的方法，进而，在惰性气体中混入氧化钡等吸湿剂等的方法。另外，也可以通过将树脂在阴极10上直接旋涂或贴合来形成密封膜。像这样，通过密封有机层和电极，能够防止氧气和水分从外部混入有机EL元件内，因此能够提高有机EL元件的寿命。
根据以上说明的结构的有机EL元件，通过从阳极2一侧依次叠层双电荷输送红色发光层(具有双电荷输送性的红色发光层)61、双电荷输送绿色发光层(具有双电荷输送性的绿色发光层)62和双电荷输送蓝色发光层(具有双电荷输送性的蓝色发光层)63，能够取出具有红色、绿色和蓝色的各发光成分的光。特别是，通过组合彩色滤光片和该有机EL元件，能够构成进行颜色再现性优良的全彩显示的显示装置。
组合多个有机EL元件和彩色滤光片构成全彩显示装置的情况下，在多个有机EL元件各自的光取出面侧，设置有仅能透过蓝色、绿色或红色的波长范围的光的彩色滤光片。由此，来自各个有机EL元件的光取出面侧的有机EL发出的光通过各颜色的彩色滤光片，能够平衡良好地取出蓝色、绿色或红色各自的波长范围的光，能够实现再现性良好的全彩显示。
另一方面，使用本实施方式的有机EL元件，也能够构成面光源等的照明装置。
另外，在以上说明的实施方式中，对通过在基板1上设置阳极2、在该阳极2上叠层有机层和阴极10而构成的有机EL元件进行了说明。然而，本发明也能够采用在基板1上设置阴极、在该阴极上依次叠层有机层和阳极来构成的有机EL元件。在采用该结构的情况下，通过适当选择阴极和阳极的材料和膜厚，也能够实现顶部发射型和底部发射型这两种结构。
(实施例1)
首先，在玻璃基板(基板1)上形成电极(阳极)2。具体来说，准备通过在30×30mm见方的玻璃基板的表面预先形成ITO(氧化铟-氧化锡)电极而成的电极基板，并清洗基板。对带有电极的基板清洗时，例如能够使用丙酮和IPA(异丙醇)，进行10分钟超声波清洗，然后进行30分钟UV-臭氧清洗。
其次，在电极2的表面通过真空蒸镀法形成铜酞菁(CuPc)作为空穴注入层3(厚度：30nm)。
再次，在空穴注入层3上使用4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]联苯)(α-NPD)形成空穴输送层4(厚度：20nm)。
然后，在空穴输送层4上使用4，4′-双-[N，N′-(3-甲苯基)氨基]-3，3′-二甲基联苯(HMTPD)形成电子阻挡层5(厚度：10nm)。在此，该材料的LUMO值是2.3eV。
然后，在电子阻挡层5上形成双电荷输送红色发光层61(厚度：例如20nm)。该双电荷输送红色发光层61通过如下方式制成：分别使蒸镀速度为
和
共同蒸镀α-NPD(空穴输送材料)、3-苯基-4(1-萘基)-5-苯基-1，2，4-三唑(TAZ)(电子输送材料)和双(2-(2’-苯并[4，5-α]噻吩基)吡啶-N，C3’)铱(乙酰丙酮化物)(btp2Ir(acac))(红色发光掺杂剂)。
然后，在双电荷输送红色发光层61上形成双电荷输送绿色发光层62(厚度：例如20nm)。该双电荷输送绿色发光层62通过如下方式制成：分别使蒸镀速度为 
和
共同蒸镀α-NPD(空穴输送材料)、TAZ(电子输送材料)和三(2-苯基吡啶-N，C2’)铱(Ⅲ)(Ir(ppy)3)(绿色发光掺杂剂)。
然后，在双电荷输送绿色发光层62上形成双电荷输送蓝色发光层63(厚度：例如10nm)。该双电荷输送蓝色发光层63通过如下方式制成：分别使蒸镀速度为 
和共同蒸镀α-NPD(空穴输送材料)、TAZ(电子输送材料)和2-(4’-叔丁基苯基)-5-(4”-联苯基)-1，3，4-噁二唑(t-Bu PBD)(蓝色发光掺杂剂)。
由此，得到发光层6。在此，电子输送材料(TAZ)的LUMO的值是2.6eV，空穴输送材料(α-NPD)的HOMO的值是5.5eV。
然后，在发光层6上使用2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)形成空穴阻挡层7(厚度：10nm)。在此，该材料的HOMO的值是6.7eV。
然后，在空穴阻挡层7上使用三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)形成电子输送层8(厚度：30nm)。
然后，在电荷输送层8上使用氟化锂(LiF)形成电荷注入层9(厚度：1nm)。
此后，例如用以下方法来形成电极(阴极)10。首先，将上述基板固定在金属蒸镀用腔室中。接着，通过真空蒸镀法在电子注入层9的表面堆积铝(厚度：例如300nm)。由此，形成阴极10。
最后，使用UV硬化树脂粘合玻璃基板(基板1)和密封用玻璃(未图示)，制成本实施例的有机EL元件。
在此，电子阻挡层5中的电子阻挡材料和发光层6(双电荷输送红色发光层61)中的电子输送材料，满足公式1即LEBM(2.3eV)＜LETM(2.6eV)。
另外，空穴阻挡层7中的空穴阻挡材料和发光层6(双电荷输送蓝色发光层63)中的空穴输送材料，满足公式2即HHBM(6.7eV)＞HHTM(5.5eV)。
进而，分别包含在双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63中的空穴输送材料是α-NPD，为相同的材料，分别包含在双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63中的电子输送材料是TAZ，也为相同的材料。
分别包含在双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63中的空穴输送材料(α-NPD)的浓度，越靠近阳极2一侧越低，分别包含在双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63中的电子输送材料(TAZ)的浓度，越靠近阴极10一侧越低。
对如上所述制作而成的有机EL元件施加6V电压时，得到1000cd/m2的白色光。另外，对其寿命进行测定，亮度减半时的时间为1000h。在此期间，色纯度的变化x、y均在0.03以下。发光效率是10lm/W。
(实施例2)
实施例2的有机EL元件具有与实施例1的有机EL元件相同的结构。但是，在实施例2中，通过以下方式制作双电荷输送红色发光层61：分别使速度为 
和
共同蒸镀α-NPD、TAZ和btp2Ir(acac)。通过以下方式制作双电荷输送蓝色发光层63：分别使速度为
和
共同蒸镀α-NPD、TAZ和t-Bu PBD。
这样，本实施例中，分别包含在双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63中的空穴输送材料(α-NPD)的浓度并非越靠近阳极2一侧越低，分别包含在双电荷输送红色发光层61、双电荷输送绿色发光层62和双电荷输送蓝色发光层63中的电子输送材料(TAZ)的浓度并非越靠近阴极10一侧越低。
对如上所述制作而成的有机EL元件施加6V电压时，得到9000cd/m2的白色光。另外，对其寿命进行测定，亮度减半时的时间为600h。进而，在此期间，色纯度的变化x、y均为0.1。发光效率是15lm/W。
(比较例1)
比较例1的有机EL元件具有与实施例1的有机EL元件相同的构成。但是，比较例1中使用Ir(ppy)3形成电子阻挡层5(厚度：10nm)。在此，该材料的LUMO的值是2.9eV。
在此，电子阻挡层5中的电子阻挡材料和发光层6(双电荷输送红色发光层61)中的电子输送材料，不满足公式1即LEBM(2.9eV)LETM(2.6eV)。
对如上所述制作而成的有机EL元件施加6V电压时，得到5000cd/m2的白色光。另外，对其寿命进行测定，亮度减半时的时间为300h，比实施例1、2短。在此期间，色纯度的变化x、y均为0.08，比实施例1大。发光效率是7lm/W。
(比较例2)
比较例2的有机EL元件具有与实施例1的有机EL元件相同的结构。但是，比较例2中使用镍酞菁染料形成空穴阻挡层7(厚度：10nm)。在此，该材料的HOMO的值是4.8eV。
在此，空穴阻挡层7中的空穴阻挡材料和发光层6(双电荷输送蓝色发光层63)中的空穴输送材料不满足公式2即HHBM(4.8eV)＜HHTM(5.5eV)。
对如上所述制作的有机EL元件施加6V电压时，得到1000cd/m2的白色光。另外，对其寿命进行测定，亮度减半时的时间为300h，比实施例1、2短。在此期间，色纯度的变化x、y均为0.2，与实施例1、2相比非常大。发光效率是6lm/W。
本申请以2008年5月19日提出的日本专利申请2008-130952号为基础，基于巴黎公约和进入国的法规主张优先权。该申请的全部内容被纳入本申请中以作参照。
Claims (7)
1.一种有机电致发光元件，其具有阳极、阴极和夹持在该阳极与该阴极之间的至少2层的发光层，该有机电致发光元件的特征在于：
该发光层分别是至少包含空穴输送材料、电子输送材料和发光材料的双电荷输送发光层，
该有机电致发光元件具有：至少包含电子阻挡材料、并且设置在该阳极与该发光层之间的电子阻挡层；和至少包含空穴阻挡材料、并且设置在该阴极与该发光层之间的空穴阻挡层，
该电子阻挡层中的该电子阻挡材料的最低未占分子轨道的绝对值LEBM和与该电子阻挡层相接的双电荷输送发光层中的电子输送材料的最低未占分子轨道的绝对值LETM满足LEBM＜LETM的关系式，
该空穴阻挡层中的该空穴阻挡材料的最高占有分子轨道的绝对值HHBM和与该空穴阻挡层相接的双电荷输送发光层中的空穴输送材料的最高占有分子轨道的绝对值HHTM满足HHBM＞HHTM的关系式。
2.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于：
分别包含在所述双电荷输送发光层中的空穴输送材料是相同的物质。
3.如权利要求2所述的有机电致发光元件，其特征在于：
分别包含在所述双电荷输送发光层中的空穴输送材料的浓度越靠近所述阳极侧越低。
4.如权利要求1～3中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：
分别包含在所述双电荷输送发光层中的电子输送材料是相同的物质。
5.如权利要求4所述的有机电致发光元件，其特征在于：
分别包含在所述双电荷输送发光层中的电子输送材料的浓度越靠近所述阴极侧越低。
6.一种显示装置，其特征在于：
具有权利要求1～5中任一项所述的有机电致发光元件。
7.一种照明装置，其特征在于：
具有权利要求1～5中任一项所述的有机电致发光元件。
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