CN110603658A - 电子器件、发光装置、电子设备及照明装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种光提取效率或陷光效果高的电子器件。本发明的一个方式是一种电子器件,包括:第一电极与第二电极之间的第一层及第二层;以及第一电极与第二层之间的第一层,其中,第一层包含第一有机化合物和第一物质,第一有机化合物的薄膜的折射率为1以上且1.75以下,第一物质具有电子接收性,并且,第二层具有发射或吸收光的功能。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及一种新颖的电子器件。另外,本发明的一个方式涉及一种使用折射率低的有机化合物的电子器件。另外,本发明的一个方式涉及一种包括该电子器件的发光装置、电子设备及照明装置。
注意,本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本发明的一个方式涉及一种物体、方法或制造方法。另外,本发明涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组成物(composition of matter)。尤其是,本发明的一个方式涉及一种电子器件、半导体装置、发光装置、显示装置、照明装置、发光元件以及它们的制造方法。
背景技术
利用使用有机化合物的电致发光(EL:Electroluminescence)的发光元件(有机EL元件)及有机太阳能电池等电子器件的实用化得到发展。在这些电子器件的基本结构中,在一对电极之间夹有包含有机化合物的半导体层。
这种电子器件的重量轻,且具有柔性及高设计性。由于具有能够采用涂敷工序等的各种优点,因此对这种有机半导体元件的研究开发日益火热。尤其是,发光元件是自发光型元件,当将其用于显示器的像素时,有可见度高、不需要背光等优点,所以是作为平板显示器元件优选的。
这种电子器件中主要形成有将有机化合物形成为薄膜状的有机半导体层,有机化合物及层结构对有机半导体元件造成很大的影响,所以有机化合物和层结构的选择是重要的。并且,在有机太阳能电池及有机EL元件等发射或吸收光的电子器件中,光提取效率及陷光效果较高的结构是重要的。
为了提高有机EL元件的光提取效率,已提出了各种方法。例如,在专利文献1中,通过在电极及EL层的一部分中制造凹凸形状,光提取效率得到提高。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2013-033706号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在有机EL元件等发光元件中,作为提高光提取效率的方法,有调节衬底与电极之间及/或电极与EL层之间的折射率的方法。然而,当在有机EL元件中使用调节折射率的层时,有工序变复杂的问题。于是,需要在具有EL层的功能的同时能够控制折射率的层及层结构的开发。此外,在有机太阳能电池中,需要陷光效果高的层及层结构的开发。
鉴于上述问题,本发明的一个方式的目的之一是提供一种光提取效率高的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括折射率低的层的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种驱动电压低的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种功耗得到减少的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种发光效率高的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种陷光效果高的电子器件。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置。
注意,上述目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意,本发明的一个方式并不一定需要实现所有上述目的。上述目的以外的目的可以从说明书等的记载得知并衍生。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种电子器件,包括:第一电极与第二电极之间的第一层及第二层;以及第一电极与第二层之间的第一层,其中,第一层包含第一有机化合物和第一物质,第一有机化合物的薄膜的折射率为1以上且1.75以下,第一物质具有电子接收性,并且,第二层具有发射或吸收光的功能。
本发明的另一个方式是一种电子器件,包括:第一电极与第二电极之间的第一层,其中第一层包含第一有机化合物及第一物质,第一有机化合物具有第一骨架和电子供给性骨架,第一骨架为四芳基甲烷骨架或四芳基硅烷骨架。
在上述结构中,第一层的折射率优选为1以上且1.75以下。通过具有该结构,可以提高电子器件的光提取效率及陷光效果。
在上述结构中,优选的是,四芳基甲烷骨架及四芳基硅烷骨架所具有的芳基分别独立地是取代或未取代的碳原子数6至13的芳基。更优选的是,该芳基是取代或未取代的苯基。通过具有该结构,可以得到折射率低且载流子传输性良好的有机化合物。注意,该芳基或苯基可以彼此键合而形成环。
在上述结构中,电子供给性骨架优选具有吡咯骨架、芳香胺骨架、吖啶骨架和氮杂卓骨架中的任一个。通过具有该结构,可以减少电子器件的驱动电压。
在上述结构中,第一有机化合物的玻璃转移点(Tg)优选为100℃以上。通过具有该结构,可以得到耐热性高的电子器件。
在上述结构中,第一层的折射率优选低于第二层的折射率。通过具有该结构,可以提高电子器件的光提取效率及陷光效果。
本发明的另一个方式是一种电子器件,包括:第一电极与第二电极之间的第一层、第二层及第三层;第一电极与第二层之间的第一层;以及第一层与第三层之间的第二层,其中,第一层包含第一有机化合物和第一物质,第一有机化合物的薄膜的折射率为1以上且1.75以下,第一物质具有电子接收性,第三层具有发射或吸收光的功能,第一层的折射率低于第二层的折射率,并且,第一层的折射率低于第三层的折射率。
在上述结构中,第一有机化合物优选具有电子供给性。通过具有该结构,可以得到载流子传输性良好的电子器件。
在上述结构中,优选的是第一层与第二层接触,更优选的是第二层与第三层接触。通过具有该结构,可以抑制各层的折射率台阶,由此可以提高电子器件的光提取效率及陷光效果。
在上述结构中,第一层的折射率优选低于第一电极的折射率。通过具有该结构,可以提高电子器件的光提取效率及陷光效果。
在上述结构中,第一层中的相对于第一有机化合物的第一物质的体积比例优选为0.01以上且0.3以下。通过具有该结构,可以提高电子器件的光提取效率及陷光效果。
在上述结构中,第一物质优选包含钛氧化物、钒氧化物、钽氧化物、钼氧化物、钨氧化物、铼氧化物、钌氧化物、铬氧化物、锆氧化物、铪氧化物和银氧化物中的任一个。通过具有该结构,可以得到载流子传输性良好的电子器件。
在上述结构中,第一物质优选是7,7,8,8-四氰醌二甲烷(简称:TCNQ)、7,7,8,8-四氰-2,3,5,6-四氟-醌二甲烷(简称:F4TCNQ)和1,3,4,5,7,8-六氟四氰-萘醌二甲烷(简称:F6TCNNQ)中的任一个。通过具有该结构,可以得到载流子传输性良好的电子器件。
在上述结构中,电子器件优选为有机EL元件或太阳能电池。
另外,本发明的一个方式是一种电子设备,该电子设备包括:具有上述结构的发光元件;以及外壳和触摸传感器中的至少一个。另外,本发明的一个方式是一种照明装置,该照明装置包括:具有上述各结构的电子器件;以及外壳、连接端子和保护罩中的至少一个。另外,本发明的一个方式在其范畴内不仅包括具有电子器件的发光装置,还包括具有发光装置的电子设备。因此,本说明书中的发光装置是指图像显示装置或光源(包括照明装置)。另外,如下显示模块也是本发明的一个方式:在发光元件中安装有连接器诸如FPC(Flexible Printed Circuit:柔性电路板)或TCP(Tape Carrier Package:载带封装)的显示模块;在TCP端部中设置有印刷线路板的显示模块;或者IC(集成电路)通过COG(Chip OnGlass:玻璃上芯片)方式直接安装在电子器件上的显示模块。
发明效果
根据本发明的一个方式,可以提供一种光提取效率高的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种包括折射率低的层的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种驱动电压低的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种功耗得到减少的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种可靠性高的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种发光效率高的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种新颖的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种陷光效果高的电子器件。另外,根据本发明的一个方式,可以提供一种新颖的半导体装置。
注意,这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。注意,本发明的一个方式并不一定需要具有所有上述效果。注意,上述效果以外的效果可以从说明书、附图、权利要求书等的记载得知并衍生。
附图简要说明
[图1]本发明的一个方式的电子器件的截面示意图。
[图2]本发明的一个方式的发光元件的截面示意图及说明光程长的图。
[图3]本发明的一个方式的发光元件的截面示意图及说明发光层中的能级相关的图。
[图4]本发明的一个方式的发光元件的截面示意图及说明发光层中的能级相关的图。
[图5]本发明的一个方式的有源矩阵型发光装置的示意图。
[图6]本发明的一个方式的有源矩阵型发光装置的示意图。
[图7]本发明的一个方式的有源矩阵型发光装置的示意图。
[图8]本发明的一个方式的电子设备的示意图。
[图9]本发明的一个方式的电子设备的示意图。
[图10]示出本发明的一个方式的照明装置的图。
[图11]示出本发明的一个方式的照明装置的图。
[图12]说明实施例的折射率的图。
[图13]说明实施例的发光元件的电流效率-亮度特性的图。
[图14]说明实施例的发光元件的电流密度-电压特性的图。
[图15]说明实施例的发光元件的外量子效率-亮度特性的图。
[图16]说明实施例的发射光谱的图。
[图17]说明实施例的发光元件的外量子效率-色度x特性的图。
[图18]说明实施例的外量子效率与MoO3的体积比例的关系的图。
[图19]说明实施例的折射率的图。
[图20]说明实施例的发光元件的电流效率-亮度特性的图。
[图21]说明实施例的发光元件的电流密度-电压特性的图。
[图22]说明实施例的发光元件的外量子效率-亮度特性的图。
[图23]说明实施例的发射光谱的图。
[图24]说明实施例的发光元件的外量子效率-色度x特性的图。
[图25]说明实施例的折射率的图。
[图26]说明实施例的发光元件的电流效率-亮度特性的图。
[图27]说明实施例的发光元件的电流密度-电压特性的图。
[图28]说明实施例的发光元件的外量子效率-亮度特性的图。
[图29]说明实施例的发射光谱的图。
[图30]说明实施例的可靠性测试结果的图。
[图31]说明实施例的发光元件的外量子效率-色度x特性的图。
[图32]说明实施例的发光元件的外量子效率-色度y特性的图。
实施发明的方式
以下,参照附图详细地说明本发明的实施方式。注意,本发明不局限于以下说明,其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此,本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。
另外,为了便于理解,有时在附图等中示出的各结构的位置、尺寸及范围等并不表示其实际的位置、尺寸及范围等。因此,所公开的发明不一定局限于附图等所公开的位置、尺寸、范围等。
此外,在本说明书等中,为了方便起见,附加了第一、第二等序数词,而其有时并不表示工序顺序或叠层顺序。因此,例如可以将“第一”适当地置换为“第二”或“第三”等而进行说明。此外,本说明书等中所记载的序数词与用于指定本发明的一个方式的序数词有时不一致。
注意,在本说明书等中,当利用附图说明发明的构成要素时,有时在不同的附图中共同使用表示相同的部分的符号。
另外,在本说明书等中,可以将“膜”和“层”相互调换。例如,有时可以将“导电层”换称为“导电膜”。此外,有时可以将“绝缘膜”换称为“绝缘层”。
此外,作为折射率n,有常光线的折射率的n Ordinary、异常光线的折射率的nExtraordinary以及两者的平均值的n average。在本说明书等中,当简单地记载为“折射率”时,在不进行各向异性分析的情况下可以将“折射率”看作n average,在进行各向异性分析的情况下可以将“折射率”看作n Ordinary。另外,各向异性是指n Ordinary与nExtraordinary之差。注意,n Ordinary的2倍的值与n Extraordinary的值之和除以3的值为n average。
另外,在本说明书等中,室温是指0℃以上且40℃以下的范围的温度。
(实施方式1)
在本实施方式中,参照图1说明本发明的一个方式的电子器件。
<电子器件的结构实例1>
电子器件50在一对衬底(衬底10及衬底15)之间包括一对电极(电极11及电极12)和有机半导体层20。有机半导体层20至少包括载流子传输层30和功能层40。注意,有机半导体层20可以包括多个功能层。
电子器件50的功能层40优选具有吸收或发射光的功能。当功能层40所产生的光从电极11一侧被提取时,光在穿过衬底10之后穿过电极11及载流子传输层30。此外,当从电极11一侧进入有机半导体层20的光被功能层40吸收时,光在穿过衬底10之后穿过电极11及载流子传输层30。为了功能层40所产生的光高效地被提取或者光高效地被功能层40吸收,优选在电极11及载流子传输层30中衰减的光较少。
然而,在电子器件50中,以被称为倏逝模式(evanescent mode)的衰减模式在有机半导体层20中光衰减。例如,当在功能层40中产生发光时,功能层40所产生的光在穿过电极11或者被电极11反射时以倏逝模式衰减。
在此,当在光穿过的层中存在折射率低的层时,衰减的光得到减少。在图1中,通过作为载流子传输层30使用折射率低的层,可以抑制衰减的光。
然而,在很多情况下,载流子传输层30被要求载流子传输性或载流子注入特性。因此,载流子传输层30使用载流子接收性或载流子供给性的物质。因为该载流子接收性或载流子供给性的物质大多是折射率高的材料,所以载流子传输层30的折射率变高。就是说,获得具有载流子传输性且折射率低的层是困难的。此外,在载流子接收性或载流子供给性的物质为有机化合物的情况下,当在该有机化合物的结构中具有环己烷骨架等饱和环式化合物时,折射率下降,但是在耐热性方面上有问题。
在此,本发明人等发现:通过将折射率低的有机化合物混合到载流子传输层30,即使使用折射率高且具有电子接收性的物质也可以制造具有载流子传输性且折射率低的层。另外,本发明人等发现:通过将四芳基甲烷骨架和四芳基硅烷骨架中的任一个及具有电子供给性基的有机化合物混合到载流子传输层30,即使使用折射率高且具有电子接收性的物质也可以制造具有载流子传输性且折射率低的层。再者,本发明人等发现:该有机化合物具有高耐热性。
上述折射率低的有机化合物的折射率优选为1以上且1.75以下,更优选为1以上且1.73以下,进一步优选为1.70以下。通过具有该结构,可以获得衰减的光得到减少的良好的电子器件。
上述四芳基甲烷骨架和四芳基硅烷骨架中的任一个及具有电子供给性基的有机化合物的折射率优选为1以上且1.75以下,更优选为1以上且1.73以下,进一步优选为1.70以下。通过具有该结构,可以获得衰减的光得到减少的光提取效率高的电子器件。
<电子器件的结构实例2>
以下,参照图2说明本发明的一个方式的电子器件的一个例子的发光元件。
图2A是本发明的一个方式的发光元件150的截面示意图。
发光元件150包括衬底200和衬底210,在衬底200和衬底210之间包括一对电极(电极101及电极102),并包括设置在该一对电极之间的EL层100。EL层100至少包括发光层130。
另外,图2A所示的EL层100除了发光层130以外还包括空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层118及电子注入层119等功能层。
注意,虽然在本实施方式中以一对电极中的电极101为阳极且以电极102为阴极来进行说明,但是发光元件150的结构并不局限于此。也就是说,也可以将电极101用作阴极且将电极102用作阳极,倒序地层叠该电极之间的各层。换言之,从阳极一侧依次层叠空穴注入层111、空穴传输层112、发光层130、电子传输层118及电子注入层119即可。
另外,虽然在本实施方式中以图2A中的电极101(阳极)为光提取一侧来进行说明,但是发光元件150的结构并不局限于此。也就是说,也可以将光提取一侧用作电极102(阴极)一侧,又可以从电极102和电极102的双方提取光。
注意,EL层100的结构不局限于图2A所示的结构,只要包括发光层130即可,而可以包括或不包括空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层118及电子注入层119。此外,EL层100也可以包括具有如下功能的功能层:降低空穴或电子的注入势垒的功能;提高空穴或电子的传输性的功能;阻碍空穴或电子的传输性的功能;抑制电极所引起的猝灭现象的功能;或者抑制激子扩散的功能等。功能层可以是单层也可以是层叠有多个层的结构。
图2B是示出图2A所示的发光层130的一个例子的截面示意图。图2B所示的发光层130可以包含客体材料131及主体材料132。
为了从发光元件150高效地获得发光,发光元件150优选具有高光提取效率。然而,如上所述,以被称为倏逝模式的衰减模式有机EL元件的光提取效率被减少。例如,在发光元件150中,发光层130所产生的光在穿过电极101或被电极101反射时以倏逝模式被衰减。
为了降低倏逝模式引起的光衰减,有使发光层130与电极101之间的层如空穴注入层111及空穴传输层112等增厚的方法,但是在采用该结构时,发生驱动电压的上升及制造成本的增加等问题。
在此,在发光元件150中,发光层130所产生的光被提取到外部,当发光层130所产生的光在穿过折射率低的层之后穿过衬底200时,光提取效率得到提高。
发光层130所产生的光直到被提取到外部为止穿过空穴注入层111、空穴传输层112、电极101及衬底200。因此,空穴注入层111或空穴传输层112优选具有低折射率。尤其是,与电极101接触的空穴注入层111优选具有低折射率。
然而,在很多情况下,为了获得空穴注入特性,在空穴注入层111中将具有电子接收性的物质混合到具有电子供给性的有机化合物。因为该具有电子接收性的物质大多是折射率高的材料,所以空穴注入层111的折射率变高。就是说,获得具有空穴注入性且折射率低的层是困难的。此外,在电子接收性或电子供给性的物质为有机化合物的情况下,已知当在该有机化合物的结构中具有环己烷骨架等饱和环式化合物时,折射率下降,但是在耐热性方面上有问题。
在此,本发明人等发现:通过在空穴注入层111中使用折射率低的有机化合物,即使使用折射率高且具有电子接收性的物质也可以制造具有空穴注入特性且折射率低的层。另外,本发明人等发现:通过将四芳基甲烷骨架和四芳基硅烷骨架中的至少一个及具有电子供给性基的有机化合物混合到空穴注入层111,即使使用折射率高且具有电子接收性的物质也可以制造具有载流子传输性且折射率低的层。再者,本发明人等发现:该有机化合物具有高耐热性。该有机化合物的玻璃转移点(Tg)优选为100℃以上。
上述折射率低的有机化合物的折射率优选为1以上且1.75以下,更优选为1以上且1.73以下,进一步优选为1.70以下。通过具有该结构,可以获得光提取效率高的发光元件。
上述四芳基甲烷骨架和四芳基硅烷骨架中的任一个及具有电子供给性基的有机化合物的折射率优选为1以上且1.75以下,更优选为1以上且1.73以下,进一步优选为1.70以下。通过具有该结构,可以获得光提取效率高的发光元件。
如上所述,当在发光层130与衬底200之间存在折射率低的层时,光提取效率得到提高,但是在除了空穴注入层111和空穴传输层112之外还形成折射率低的层的情况下,所制造的层数增多而发光元件的制造工序变复杂。然而,在本发明的一个方式中,可以制造折射率低且具有空穴注入特性的层,由此,通过使用现有制造工序,即在维持所制造的层数的同时,可以提高发光元件的光提取效率。
同样地,在本发明的一个方式中,可以使用四芳基甲烷骨架和四芳基硅烷骨架中的任一个及具有电子供给性基的有机化合物来制造折射率低且具有空穴注入特性的层,由此,通过使用现有制造工序,即以不增加所制造的层数的方式,可以提高发光元件的光提取效率。
另外,本发明的一个方式涉及一种阳极与阴极之间的EL层。因此,可以与在衬底上形成凹凸等其他光提取提高技术组合。
另外,在本发明的一个方式中,作为折射率低的有机化合物优选使用具有电子供给性的有机化合物。通过具有该结构,可以在减少空穴注入层111的折射率的同时提高空穴注入特性,由此可以提供具有高光提取效率且驱动电压低的发光元件。该有机化合物更优选具有四芳基甲烷骨架或四芳基硅烷骨架。
此外,空穴注入层111的折射率优选低于发光层130的折射率。通过具有该结构,可以降低来自发光层130的发光的起因于倏逝波的衰减。另外,更优选的是,空穴注入层111的折射率低于空穴传输层112的折射率,空穴传输层112的折射率低于发光层130的折射率。通过具有该结构,可以减少发光层130与空穴注入层111之间的折射率台阶,可以进一步提高光提取效率。
此外,为了抑制EL层的导波模式,发光层130所产生的光穿过的层数越少越好。因此,在光提取效率的方面上,发光层130优选具有与电极101接触的结构,但是在具有该结构时,发光层130有时受到载流子平衡或等离子体效果的影响而其发光效率下降。因此,空穴注入层111及空穴传输层112可以说是在高效地使EL层起作用时所需要的层。由此,优选空穴注入层111与空穴传输层112接触,更优选空穴传输层112与发光层130接触。
另外,空穴注入层111的折射率优选低于电极101的折射率。通过具有该结构,空穴注入层111的折射率n HIL与电极101的折射率n cat.之间的关系满足n cat./n HIL>1,由此可以抑制光从空穴注入层111向电极101穿过时的全反射。就是说,可以抑制导波模式。此外,可以抑制因反射而发生的倏逝模式引起的光衰减。
另外,空穴注入层111的折射率优选为1以上且1.80以下。更优选为1以上且1.78以下,进一步优选为1以上且1.75以下。通过具有该结构,可以得到高光提取效率。
此外,优选在空穴注入层111中混合具有电子供给性的有机化合物和具有电子接收性的物质。通过具有该结构,可以得到良好的空穴注入特性。
在此,关于上述有机化合物与具有电子接收性的物质的混合比,相对于该有机化合物的该具有电子接收性的物质的体积比例优选为0.01以上且0.3以下。本发明人等发现:在该结构中,通过作为该有机化合物使用折射率低的有机化合物,即使作为具有电子接收性的物质使用折射率高的物质也可以制造折射率低的空穴注入层111。
入射到电子器件的光也有可能发生上述起因于倏逝波的光衰减。例如,在将本发明的一个方式的电子器件用于太阳能电池的情况下,可以抑制起因于倏逝波的光衰减,所以可以提高该太阳能电池的陷光效果。因此,本发明的一个方式的电子器件可以适用于太阳能电池。此时,可以将图1所示的电子器件50中的功能层40换称为活性层、光吸收层或光发电层。
<用于空穴注入层111的有机化合物>
在此,说明可以适用于空穴注入层111的有机化合物。
优选在空穴注入层111中使用折射率小的有机化合物。在此,高分子的折射率以下述Lorentz-Lorenz式(算式(1))表示。
[算式1]
对算式(1)进行变形来得到算式(2)。
[算式2]
在算式(1)及算式(2)中,n表示折射率、α表示极化率,N表示单位体积中的分子数,ρ表示密度,NA表示阿伏伽德罗数,M表示分子量,V0表示摩尔体积,[R]表示原子折射。
为了使折射率n小于算式(2),可以减小φ,为了使φ小于算式(1),可以减小原子折射[R]。换言之,为了减小折射率n,可以选择原子折射[R]较小的有机化合物。
因为上述算式是高分子的算式,所以在将上述算式用于低分子化合物的情况下算出的值有可能发生稍微差异,但是其倾向可认为是大致相同的,从而优选作为用于空穴注入层111的有机化合物选择原子折射[R]较小的有机化合物。另外,空穴注入层111优选具有空穴注入特性。由此,用于空穴注入层111的有机化合物更优选如芳香化合物那样在分子中具有π共轭及电子供给性。通过选择这种有机化合物,可以制造折射率低且优于空穴注入特性的空穴注入层111。
当作为氟基或三氟甲基等包含氟的取代基、环己基或者芳香环的键合具有以sp3混成轨道为代表的芳香环间的共轭被切断的结构时,原子折射[R]有变小的倾向。另外,在包含非互相烃的有机化合物中,共轭体系在分子整体中不扩大,所以有原子折射[R]较小的倾向。因此,作为用于空穴注入层111的有机化合物,优选使用具有上述取代基或键合的有机化合物。
作为用于空穴注入层111的有机化合物,可以适用具有芳香胺骨架、吡咯骨架、噻吩骨架的有机化合物、或者具有包括甲基、叔丁基、异丙基等庞大的取代基的芳香环的有机化合物。该有机化合物在分子中具有π共轭体系,有折射率更低的倾向。
作为上述在通过芳香环的键合中芳香环间的共轭被切断的结构的一个例子,可以举出下述以通式(100)表示的四芳基甲烷骨架、以通式(101)表示的四芳基硅烷骨架或环己基骨架。四芳基甲烷骨架及四芳基硅烷骨架具有低折射率,并且与环己基骨架相比具有高耐热性,因此可以适用于空穴注入层111。此外,通过利用真空蒸镀容易形成薄膜,所以可以适用于有机EL等电子器件。
[化学式1]
此外,用于空穴注入层111的有机化合物优选具有电子供给性。作为具有电子供给性的骨架,例如可以举出以下述通式(200)至(220)表示的芳香胺骨架及富π电子型杂芳环骨架。通式(210)至(213)中的X表示氧或硫。
[化学式2]
上述芳香胺骨架(具体而言,三芳胺骨架)、富π电子型杂芳环骨架(具体而言,具有呋喃骨架、噻吩骨架、吡咯骨架、氮杂卓骨架或吖啶骨架的环)可以具有取代基。作为该取代基,可以选择碳原子数为1至6的烷基、碳原子数为3至6的环烷基或者碳原子数为6至12的取代或未取代的芳基。作为碳原子数为1至6的烷基,具体地说,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基及n-己基等。另外,作为碳原子数为3至6的环烷基,具体地说,可以举出环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。另外,作为碳原子数为6至12的芳基,具体地说,可以举出苯基、萘基、联苯基等。此外,上述取代基可以彼此键合而形成环。作为这种例子,例如可以举出如下情况:在芴骨架的9位的碳具有两个苯基作为取代基的情况下,该苯基相互键合而形成螺芴骨架。另外,在未取代的情况下,在易合成性或原料价格的方面有利。
如上所述,具有电子供给性的骨架优选为芳香胺骨架、吡咯骨架、氮杂卓骨架等奇数元环骨架或吖啶骨架。这些骨架具有良好的电子供给性,并且原子折射[R]也较低,所以通过在分子中具有这些骨架,可以得到优于电子供给性且折射率低的有机化合物。
此外,Ar1至Ar8分别独立地表示碳原子数为6至13的芳基或上述以通式(200)至(220)表示的芳香胺骨架或富π电子型杂芳族骨架。该芳基可以具有取代基,该取代基可以彼此键合而形成环。作为这种例子,例如可以举出如下情况:在芴基的9位的碳具有两个苯基作为取代基的情况下,该苯基相互键合而形成螺芴骨架。作为碳原子数为6至13的芳基,可以举出苯基、萘基及芴基等。另外,在该芳基具有取代基的情况下,作为该取代基,可以选择碳原子数为1至6的烷基、碳原子数为3至6的环烷基或者碳原子数为6至12的芳基。作为碳原子数为1至6的烷基,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基及n-己基等。另外,作为碳原子数为3至6的环烷基,具体地说,可以举出环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。另外,作为碳原子数为6至12的芳基,可以举出苯基、萘基等。
另外,由Ar1至Ar8表示的芳基例如可以使用以下述结构式表示的基。另外,可以用作芳基的基不局限于此。
[化学式3]
此外,在Ar1至Ar8为芳基时,该芳基优选是如取代或未取代的碳原子数为6至13的芳基那样的π共轭体系的扩大较小的取代基,更优选是取代或未取代的苯基。π共轭体系较小的取代基有原子折射[R]较小的倾向。另一方面,因为烯烃等π共轭体系较小的有机化合物具有低载流子传输性,所以不适于电子器件。因此,作为用于空穴注入层111的有机化合物,优选使用碳原子数为6至13的芳基,尤其是苯基等具有载流子传输性且π共轭体系较小的有机化合物。此外,奇数元环的取代基的原子折射[R]较小,所以是优选的。
另外,在通式(200)至(220)中,R1至R11分别独立地表示氢、碳原子数为1至6的烷基、碳原子数为3至6的环烷基和碳原子数为6至13的取代或未取代的芳基中的任一个。作为碳原子数为1至6的烷基,具体地说,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基及n-己基等。另外,作为碳原子数为3至6的环烷基,可以举出环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。另外,作为碳原子数为6至13的芳基,可以举出苯基、萘基、联苯基、芴基等。并且,上述芳基及苯基可以具有取代基,该取代基可以彼此键合而形成环。另外,作为该取代基,可以选择碳原子数为1至6的烷基、碳原子数为3至6的环烷基或者碳原子数为6至12的芳基。作为碳原子数为1至6的烷基,具体地说,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基及n-己基等。另外,作为碳原子数为3至6的环烷基,可以举出环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。另外,作为碳原子数为6至12的芳基,可以举出苯基、萘基、联苯基等。
另外,由R1至R11表示的氢、烷基或芳基例如可以使用由下述结构式(R-1)至(R-27)表示的基。另外,可用作烷基或芳基的基不局限于此。
[化学式4]
另外,在通式(200)至(220)中,Ar9至Ar13表示碳原子数为6至13的亚芳基,该亚芳基可以具有取代基,该取代基可以彼此键合而形成环。作为这种例子,例如可以举出如下情况:在芴基的9位的碳具有两个苯基作为取代基的情况下,该苯基相互键合而形成螺芴骨架。作为碳原子数为6至13的亚芳基,可以举出亚苯基、萘二基、亚联苯基及芴二基等。另外,在该亚芳基具有取代基的情况下,作为该取代基,可以选择碳原子数为1至6的烷基、碳原子数为3至6的环烷基或者碳原子数为6至12的芳基。作为碳原子数为1至6的烷基,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基及n-己基等。另外,作为碳原子数为3至6的环烷基,可以举出环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。另外,作为碳原子数为6至12的芳基,可以举出苯基、萘基、联苯基等。
另外,由Ar9至Ar13表示的亚芳基例如可以使用以下述结构式(Ar-12)至(Ar-25)表示的基。另外,可以用作Ar9至Ar13的基不局限于此。
[化学式5]
如上所述,用于空穴注入层111的有机化合物优选为具有四芳基甲烷骨架或四芳基硅烷骨架以及电子供给性的有机化合物。作为该有机化合物的一个例子,可以举出9-(4-t-丁基苯基)-3,4-二三苯甲基(ditrityl)-9H-咔唑(简称:CzC)、9-(4-t-丁基苯基)-3,4-二三苯基甲硅烷基(ditriohenylsilyl)-9H-咔唑(简称:CzSi)、4,4,8,8,-12,12-六-p-甲苯酰-4H-8H-12H-12C-氮杂-二苯并[cd,mn]芘(简称:FATPA)、4,4’-双(二苯并-氮杂卓-1-基)-联苯(简称:BazBP)、4,4’-双(二氢-二苯并-氮杂卓-1-基)-联苯(简称:HBazBP)、4,4’-(二苯基亚甲基)双(N,N-二苯基胺)(简称:TCBPA)、4,4’-(二苯基硅烷二基)双(N,N-二苯基胺)(简称:TSBPA)等。以下示出它们的结构式。注意,具有该四芳基甲烷骨架或四芳基硅烷骨架以及电子供给性的有机化合物不局限于此。以下示出它们的结构式。
[化学式6]
注意,可以将低分子有机化合物适用于本发明的一个方式的电子器件。通过使用低分子有机化合物,可以利用真空蒸镀形成EL层100所包括的所有层,由此可以使制造工序简化。
《利用光程长调整的光提取效率的提高》
另外,通过控制本发明的一个方式的电子器件的光程长,可以进一步提高光提取效率。能够高效地提取从发光层130获得的发光中的所希望的波长的光。
例如,为了高效地提取从发光层130获得的所希望的波长的光(波长:λ),优选将电极101和空穴注入层111的界面与发光层130中的能够获得所希望的波长的光的区域(发光区域134)之间的光学距离调节为(2m’-1)λ/4(注意,m’为自然数)附近。注意,在此说明的发光区域是指发光层130中的空穴与电子的复合区域。
通过进行这种光学调整,可以减少倏逝模式引起的光衰减,由此可以提高来自发光层130的光提取效率。
此外,优选将衬底200和电极101的界面与发光层130中的能够获得所希望的波长的光的区域(发光区域134)之间的光学距离调节为mλ/2(注意,m为自然数)附近。通过进行这种光学调整,可以减少倏逝模式引起的光衰减,由此可以提高来自发光层130的光提取效率。
为了进行上述光学调整,需要调整空穴注入层111或空穴传输层112的厚度,但是在空穴注入层111的折射率较高时有光程长变长的倾向,由此有时难以调整光程长或者空穴注入层111的厚度变厚而驱动电压上升。然而,在本发明的一个方式中,因为空穴注入层111具有低折射率,所以容易控制光程长而可以减薄其厚度。因此,不仅可以提高来自发光层130的光提取效率而且实现发光元件的制造工序的简化以及具有发光元件的低驱动电压。
入射到电子器件的光也有可能发生上述起因于倏逝波的光衰减。例如,在将本发明的一个方式的电子器件用于太阳能电池的情况下,可以抑制起因于倏逝波的光衰减,所以可以提高该有机太阳能电池的陷光效果。因此,本发明的一个方式的电子器件可以适用于太阳能电池。此时,可以将图1所示的电子器件50中的功能层40换称为活性层。
此外,在上述结构的说明中,通过对所希望的光的波长λ调整发光元件的光程长来高效地提取光,下面参照图1说明将上述结构应用于太阳能电池的情况的例子。优选以其光程长与入射到电子器件50的光的波长λ’不同的方式调整一对电极之间的厚度,即图1中的有机半导体层20的厚度。通过具有该结构,能够高效地将入射到电子器件50的光陷在电子器件50中。此外,本发明的一个方式的电子器件可以抑制起因于倏逝波的光衰减,由此可以高效地获得陷光效果。
<材料>
接着,详细地说明本发明的一个方式的电子器件的一个例子的发光元件的构成要素。
《发光层》
发光层130至少包含主体材料131,优选还包含客体材料132。另外,如下所述,主体材料131可以包含有机化合物131_1及有机化合物131_2。在发光层130中,主体材料131的重量比最高,客体材料132分散在主体材料131中。在客体材料132为荧光化合物的情况下,发光层130的主体材料131(有机化合物131_1及有机化合物131_2)的S1能级优选高于发光层130的客体材料(客体材料132)的S1能级。在客体材料132为磷光化合物的情况下,发光层130的主体材料131(有机化合物131_1及有机化合物131_2)的T1能级优选高于发光层130的客体材料(客体材料132)的T1能级。
有机化合物131_1优选具有包含两个以上的氮的碳原子数为1至20的杂芳族骨架。尤其优选是具有嘧啶骨架及三嗪骨架的化合物。作为有机化合物131_1,可以使用电子传输性比空穴传输性高的材料(电子传输性材料),优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的材料。
具体而言,例如可以使用4,6-双[3-(菲-9-基)苯基]嘧啶(简称:4,6mPnP2Pm)、4,6-双[3-(4-二苯并噻吩基)苯基]嘧啶(简称:4,6mDBTP2Pm-II)、4,6-双[3-(9H-咔唑-9-基)苯基]嘧啶(简称:4,6mCzP2Pm)等的具有二嗪骨架的杂环化合物;2-{4-[3-(N-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑-9-基]苯基}-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(简称:PCCzPTzn)、2-{3-[3-(苯并[b]萘并[1,2-d]呋喃-8-基)苯基]苯基}-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(简称:mBnfBPTzn)、2,4,6-三(联苯-3-基)-1,3,5-三嗪(简称:T2T)、2,4,6-三[3'-(吡啶-3-基)联苯-3-基]-1,3,5-三嗪(简称:TmPPPyTz)、9-[4-(3,5-二苯基-1H-1,2,4-三唑-1-基)]苯基-9H-咔唑(简称:CzTAZ(1H))等具有三嗪骨架、嘧啶骨架、三唑骨架的杂环化合物,这些化合物稳定且可靠性高,所以是优选的。此外,具有上述骨架的杂环化合物具有高电子传输性,也有助于降低驱动电压。在此所述的物质主要是电子迁移率为1×10-6cm2/Vs以上的物质。注意,只要是电子传输性高于空穴传输性的物质,就可以使用上述物质以外的物质。
此外,作为有机化合物131_1可以使用吡啶衍生物、吡嗪衍生物、哒嗪衍生物、联吡啶衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、菲咯啉衍生物、嘌呤化合物等化合物。这种有机化合物优选为具有1×10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的材料。
具体而言,例如可以使用:红菲咯啉(简称:BPhen)、浴铜灵(简称:BCP)等具有吡啶骨架的杂环化合物;2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简称:2mDBTPDBq-II)、2-[3’-(二苯并噻吩-4-基)联苯-3-基]二苯并[f,h]喹喔啉(简称:2mDBTBPDBq-II)、2-[3’-(9H-咔唑-9-基)联苯-3-基]二苯并[f,h]喹喔啉(简称:2mCzBPDBq)、2-[4-(3,6-二苯基-9H-咔唑-9-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简称:2CzPDBq-III)、7-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简称:7mDBTPDBq-II)、6-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简称:6mDBTPDBq-II)、2-[3-(3,9’-联-9H-咔唑-9-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简称:2mCzCzPDBq)等具有吡嗪骨架的杂芳环化合物;3,5-双[3-(9H-咔唑-9-基)苯基]吡啶(简称:35DCzPPy)、1,3,5-三[3-(3-吡啶基)苯基]苯(简称:TmPyPB)等具有吡啶骨架的杂环化合物。另外,还可以使用高分子化合物诸如聚(2,5-吡啶二基)(简称:PPy)、聚[(9,9-二己基芴-2,7-二基)-共-(吡啶-3,5-二基)](简称:PF-Py)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(2,2’-联吡啶-6,6’-二基)](简称:PF-BPy)。注意,只要是电子传输性高于空穴传输性的物质,就可以使用上述物质以外的物质。
有机化合物131_2优选具有包含两个以上的氮的碳原子数为1至20的杂芳族骨架。尤其优选具有含氮五元杂芳环骨架。例如,可以举出咪唑骨架、三唑骨架及四唑骨架。另外,作为有机化合物131_2,可以使用空穴传输性比电子传输性高的材料(空穴传输性材料),优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的材料。上述空穴传输性材料也可以是高分子化合物。
具体而言,例如可以使用3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(简称:TAZ)、9-[4-(4,5-二苯基-4H-1,2,4-三唑-3-基)苯基]-9H-咔唑(简称:CzTAZ1)、2,2’,2”-(1,3,5-苯三基)三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(简称:TPBI)、2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]-1-苯基-1H-苯并咪唑(简称:mDBTBIm-II)等。
作为有机化合物131_2优选使用其它的具有含氮五元杂芳环骨架或叔胺骨架的化合物。具体而言,可以举出吡咯骨架或芳香胺骨架。例如,可以举出吲哚衍生物、咔唑衍生物、三芳基胺衍生物等。另外,作为有机化合物131_2,可以使用空穴传输性比电子传输性高的材料(空穴传输性材料),优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的材料。上述空穴传输性材料也可以是高分子化合物。
作为空穴传输性高的材料,具体而言,作为芳香胺化合物,可以举出N,N’-二(对甲苯基)-N,N’-二苯基-对苯二胺(简称:DTDPPA)、4,4’-双[N-(4-二苯氨基苯基)-N-苯氨基]联苯(简称:DPAB)、N,N'-双{4-[双(3-甲基苯基)氨基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-联苯)-4,4'-二胺(简称:DNTPD)、1,3,5-三[N-(4-二苯氨基苯基)-N-苯氨基]苯(简称:DPA3B)等。
另外,作为咔唑衍生物,具体而言,可以举出3-[N-(4-二苯氨基苯基)-N-苯氨基]-9-苯基咔唑(简称:PCzDPA1)、3,6-双[N-(4-二苯氨基苯基)-N-苯氨基]-9-苯基咔唑(简称:PCzDPA2)、3,6-双[N-(4-二苯氨基苯基)-N-(1-萘基)氨]-9-苯基咔唑(简称:PCzTPN2)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯氨基]-9-苯基咔唑(简称:PCzPCA1)、3,6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯氨基]-9-苯基咔唑(简称:PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨]-9-苯基咔唑(简称:PCzPCN1)、4,4’-双(9-咔唑基)-2,2’-二甲基-联苯(简称:dmCBP)等。
另外,作为咔唑衍生物,还可以举出4,4’-二(N-咔唑基)联苯(简称:CBP)、1,3,5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(简称:TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称:CzPA)、1,4-双[4-(N-咔唑基)苯基]-2,3,5,6-四苯基苯等。
另外,还可以使用N,N-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称:CzA1PA)、4-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称:DPhPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4’-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称:YGAPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称:PCAPA)、N,9-二苯基-N-{4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯基}-9H-咔唑-3-胺(简称:PCAPBA)、N,9-二苯基-N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-9H-咔唑-3-胺(简称:2PCAPA)、9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称:PCzPA)、3,6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称:DPCzPA)、N,N,N’,N’,N”,N”,N”’,N”’-八苯基二苯并[g,p](chrysene)-2,7,10,15-四胺(简称:DBC1)、1,1-双-(4-双(4-甲基-苯基)-氨基-苯基-环己烷(简称:TAPC)等。
另外,也可以使用聚(N-乙烯基咔唑)(简称:PVK)、聚(4-乙烯基三苯胺)(简称:PVTPA)、聚[N-(4-{N’-[4-(4-二苯基氨基)苯基]苯基-N’-苯基氨基}苯基)甲基丙烯酰胺](简称:PTPDMA)、聚[N,N’-双(4-丁基苯基)-N,N’-双(苯基)联苯胺](简称:Poly-TPD)等高分子化合物。
另外,作为空穴传输性高的材料,例如,可以使用4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯氨基]联苯(简称:NPB或α-NPD)、N,N’-双(3-甲基苯基)-N,N’-二苯基-[1,1’-联苯]-4,4’-二胺(简称:TPD)、4,4’,4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(简称:TCTA)、4,4’,4”-三[N-(1-萘基)-N-苯氨基]三苯胺(简称:1’-TNATA)、4,4’,4”-三(N,N-二苯氨基)三苯胺(简称:TDATA)、4,4’,4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯氨基]三苯胺(简称:MTDATA)、4,4’-双[N-(螺-9,9’-联芴-2-基)-N-苯氨基]联苯(简称:BSPB)、4-苯基-4’-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(简称:BPAFLP)、4-苯基-3’-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(简称:mBPAFLP)、N-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-N-{9,9-二甲基-2-[N’-苯基-N’-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)氨]-9H-芴-7-基}苯基胺(简称:DFLADFL)、N-(9,9-二甲基-2-二苯氨基-9H-芴-7-基)二苯基胺(简称:DPNF)、2-[N-(4-二苯氨基苯基)-N-苯氨基]螺-9,9’-联芴(简称:DPASF)、4-苯基-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBA1BP)、4,4’-二苯基-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBBi1BP)、4-(1-萘基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBANB)、4,4’-二(1-萘基)-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBNBB)、4-苯基二苯基-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)胺(简称:PCA1BP)、N,N’-双(9-苯基咔唑-3-基)-N,N’-二苯基苯-1,3-二胺(简称:PCA2B)、N,N’,N”-三苯基-N,N’,N”-三(9-苯基咔唑-3-基)苯-1,3,5-三胺(简称:PCA3B)、N-(4-联苯)-N-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-9-苯基-9H-咔唑-3-胺(简称:PCBiF)、N-(1,1’-联苯-4-基)-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称:PCBBiF)、9,9-二甲基-N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]芴-2-胺(简称:PCBAF)、N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]螺-9,9’-联芴-2-胺(简称:PCBASF)、2-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯氨基]螺-9,9’-联芴(简称:PCASF)、2,7-双[N-(4-二苯氨基苯基)-N-苯氨基]螺-9,9’-联芴(简称:DPA2SF)、N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-(4-苯基)苯基苯胺(简称:YGA1BP)、N,N’-双[4-(咔唑-9-基)苯基]-N,N’-二苯基-9,9-二甲基芴-2,7-二胺(简称:YGA2F)等芳香胺化合物等。另外,还可以使用3-[4-(1-萘基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(简称:PCPN)、3-[4-(9-菲基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(简称:PCPPn)、3,3’-双(9-苯基-9H-咔唑)(简称:PCCP)、1,3-双(N-咔唑基)苯(简称:mCP)、3,6-双(3,5-二苯基苯基)-9-苯基咔唑(简称:CzTP)、3,6-二(9H-咔唑-9-基)-9-苯基-9H-咔唑(简称:PhCzGI)、2,8-二(9H-咔唑-9-基)-二苯并噻吩(简称:Cz2DBT)等的胺化合物、咔唑化合物等。在上述化合物中,具有吡咯骨架、芳香胺骨架的化合物稳定且可靠性良好,所以是优选的。另外,具有上述骨架的化合物具有高空穴传输性,也有助于驱动电压的降低。
在发光层130中,对客体材料132没有特别的限制,作为荧光化合物优选使用蒽衍生物、并四苯衍生物、衍生物、菲衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物、二苯乙烯衍生物、吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、吩恶嗪衍生物、吩噻嗪衍生物等,例如可以使用如下物质。
具体而言,作为该材料,可以举出5,6-双[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-2,2'-联吡啶(简称:PAP2BPy)、5,6-双[4'-(10-苯基-9-蒽基)联苯-4-基]-2,2'-联吡啶(简称:PAPP2BPy)、N,N'-二苯基-N,N'-双[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]芘-1,6-二胺(简称:1,6FLPAPrn)、N,N’-双(3-甲基苯基)-N,N’-双[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]芘-1,6-二胺(简称:1,6mMemFLPAPrn)、N,N’-双[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-N,N’-双(4-叔丁苯基)芘-1,6-二胺(简称:1,6tBu-FLPAPrn)、N,N’-二苯基-N,N’-双[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-3,8-二环己基芘-1,6-二胺(简称:ch-1,6FLPAPrn)、N,N'-双[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基二苯乙烯-4,4'-二胺(简称:YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称:YGAPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(9,10-二苯基-2-蒽基)三苯胺(简称:2YGAPPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称:PCAPA)、苝、2,5,8,11-四(叔丁基)苝(简称:TBP)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBAPA)、N,N”-(2-叔丁基蒽-9,10-二基二-4,1-亚苯基)双[N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺](简称:DPABPA)、N,9-二苯基-N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称:2PCAPPA)、N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(简称:2DPAPPA)、N,N,N',N',N”,N”,N”',N”'-八苯基二苯并[g,p]-2,7,10,15-四胺(简称:DBC1)、香豆素30、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称:2PCAPA)、N-[9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称:2PCABPhA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(简称:2DPAPA)、N-[9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(简称:2DPABPhA)、9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(简称:2YGABPhA)、N,N,9-三苯基蒽-9-胺(简称:DPhAPhA)、香豆素6、香豆素545T、N,N'-二苯基喹吖酮(简称:DPQd)、红荧烯、2,8-二-叔丁基-5,11-双(4-叔丁苯基)-6,12-二苯基并四苯(简称:TBRb)、尼罗红、5,12-双(1,1'-联苯-4-基)-6,11-二苯基并四苯(简称:BPT)、2-(2-{2-[4-(二甲氨基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-吡喃-4-亚基)丙二腈(简称:DCM1)、2-{2-甲基-6-[2-(2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称:DCM2)、N,N,N',N'-四(4-甲基苯基)并四苯-5,11-二胺(简称:p-mPhTD)、7,14-二苯基-N,N,N',N'-四(4-甲基苯基)苊并[1,2-a]荧蒽-3,10-二胺(简称:p-mPhAFD)、2-{2-异丙基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称:DCJTI)、2-{2-叔丁基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称:DCJTB)、2-(2,6-双{2-[4-(二甲氨基)苯基]乙烯基}-4H-吡喃-4-亚基)丙二腈(简称:BisDCM)、2-{2,6-双[2-(8-甲氧基-1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称:BisDCJTM)、5,10,15,20-四苯基双苯并(tetraphenylbisbenzo)[5,6]茚并[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]苝等。
作为客体材料132(磷光化合物),可以举出铱、铑、铂类有机金属配合物或金属配合物,其中优选的是有机铱配合物,例如铱类邻位金属配合物。作为邻位金属化的配体,可以举出4H-三唑配体、1H-三唑配体、咪唑配体、吡啶配体、嘧啶配体、吡嗪配体或异喹啉配体等。作为金属配合物可以举出具有卟啉配体的铂配合物等。
作为在蓝色或绿色的波长区域具有发光峰值的物质,例如可以举出三{2-[5-(2-甲基苯基)-4-(2,6-二甲基苯基)-4H-1,2,4-三唑-3-基-κN2]苯基-κC}铱(III)(简称:Ir(mpptz-dmp)3)、三(5-甲基-3,4-二苯基-4H-1,2,4-三唑)铱(III)(简称:Ir(Mptz)3)、三[4-(3-联苯)-5-异丙基-3-苯基-4H-1,2,4-三唑]铱(III)(简称:Ir(iPrptz-3b)3)、三[3-(5-联苯)-5-异丙基-4-苯基-4H-1,2,4-三唑]铱(III)(简称:Ir(iPr5btz)3)等具有4H-三唑骨架的有机金属铱配合物;三[3-甲基-1-(2-甲基苯基)-5-苯基-1H-1,2,4-三唑]铱(III)(简称:Ir(Mptz1-mp)3)、三(1-甲基-5-苯基-3-丙基-1H-1,2,4-三唑)铱(III)(简称:Ir(Prptz1-Me)3)等具有1H-三唑骨架的有机金属铱配合物;fac-三[1-(2,6-二异丙基苯基)-2-苯基-1H-咪唑]铱(III)(简称:Ir(iPrpmi)3)、三[3-(2,6-二甲基苯基)-7-甲基咪唑并[1,2-f]菲啶根(phenanthridinato)]铱(III)(简称:Ir(dmpimpt-Me)3)、三{2-[1-(4-氰基)-2,6-二异丁基苯基)-1H-苯并咪唑-2-基-κN3]苯基-κC}铱(III)(简称:Ir(pbi-diBuCNp)3)等具有咪唑骨架的有机金属铱配合物;以及双[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶根-N,C2']铱(III)四(1-吡唑基)硼酸盐(简称:FIr6)、双[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶根-N,C2']铱(III)吡啶甲酸盐(简称:FIrpic)、双{2-[3',5'-双(三氟甲基)苯基]吡啶根-N,C2'}铱(III)吡啶甲酸盐(简称:Ir(CF3ppy)2(pic))、双[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶根-N,C2']铱(III)乙酰丙酮(简称:FIr(acac))等以具有吸电子基团的苯基吡啶化合物为配体的有机金属铱配合物。在上述金属配合物中,由于具有4H-三唑骨架、1H-三唑骨架及咪唑骨架等含氮五元杂环骨架的有机金属铱配合物的三重激发能很高并具有优异的可靠性及发光效率,所以是特别优选的。
作为在绿色或黄色的波长区域具有发光峰值的物质,例如可以举出三(4-甲基-6-苯基嘧啶)铱(III)(简称:Ir(mppm)3)、三(4-叔丁基-6-苯基嘧啶)铱(III)(简称:Ir(tBuppm)3)、(乙酰丙酮根)双(6-甲基-4-苯基嘧啶)铱(III)(简称:Ir(mppm)2(acac))、(乙酰丙酮根)双(6-叔丁基-4-苯基嘧啶)铱(III)(简称:Ir(tBuppm)2(acac))、(乙酰丙酮根)双[4-(2-降莰基)-6-苯基嘧啶]铱(III)(简称:Ir(nbppm)2(acac))、(乙酰丙酮根)双[5-甲基-6-(2-甲基苯基)-4-苯基嘧啶]铱(III)(简称:Ir(mpmppm)2(acac))、(乙酰丙酮根)双{4,6-二甲基-2-[6-(2,6-二甲基苯基)-4-嘧啶基-κN3]苯基-κC}铱(III)(简称:Ir(dmppm-dmp)2(acac))、(乙酰丙酮根)双(4,6-二苯基嘧啶)铱(III)(简称:Ir(dppm)2(acac))等具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物;(乙酰丙酮根)双(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪)铱(III)(简称:Ir(mppr-Me)2(acac))、(乙酰丙酮根)双(5-异丙基-3-甲基-2-苯基吡嗪)铱(III)(简称:Ir(mppr-iPr)2(acac))等具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物;三(2-苯基吡啶-N,C2')铱(III)(简称:Ir(ppy)3)、双(2-苯基吡啶根-N,C2')铱(III)乙酰丙酮(简称:Ir(ppy)2(acac))、双(苯并[h]喹啉)铱(III)乙酰丙酮(简称:Ir(bzq)2(acac))、三(苯并[h]喹啉)铱(III)(简称:Ir(bzq)3)、三(2-苯基喹啉-N,C2′)铱(III)(简称:Ir(pq)3)、双(2-苯基喹啉-N,C2')铱(III)乙酰丙酮(简称:Ir(pq)2(acac))等具有吡啶骨架的有机金属铱配合物;双(2,4-二苯基-1,3-噁唑-N,C2')铱(III)乙酰丙酮(简称:Ir(dpo)2(acac))、双{2-[4'-(全氟苯基)苯基]吡啶-N,C2'}铱(III)乙酰丙酮(简称:Ir(p-PF-ph)2(acac))、双(2-苯基苯并噻唑-N,C2')铱(III)乙酰丙酮(简称:Ir(bt)2(acac))等有机金属铱配合物;三(乙酰丙酮根)(单菲咯啉)铽(III)(简称:Tb(acac)3(Phen))等稀土金属配合物。在上述物质中,由于具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物也具有显著优良的可靠性及发光效率,所以是尤其优选的。
另外,作为在黄色或红色的波长区域具有发光峰值的物质,例如可以举出(二异丁酰甲烷根)双[4,6-双(3-甲基苯基)嘧啶根]铱(III)(简称:Ir(5mdppm)2(dibm))、双[4,6-双(3-甲基苯基)嘧啶根](二新戊酰基甲烷根)铱(III)(简称:Ir(5mdppm)2(dpm))、双[4,6-二(萘-1-基)嘧啶根](二新戊酰基甲烷根)铱(III)(简称:Ir(d1npm)2(dpm))等具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物;(乙酰丙酮根)双(2,3,5-三苯基吡嗪根)铱(III)(简称:Ir(tppr)2(acac))、双(2,3,5-三苯基吡嗪根)(二新戊酰基甲烷根)铱(III)(简称:Ir(tppr)2(dpm))、(乙酰丙酮根)双[2,3-双(4-氟苯基)喹喔啉]合铱(III)(简称:Ir(Fdpq)2(acac))等具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物;三(1-苯基异喹啉-N,C2’)铱(III)(简称:Ir(piq)3)、双(1-苯基异喹啉-N,C2’)铱(III)乙酰丙酮(简称:Ir(piq)2(acac))等具有吡啶骨架的有机金属铱配合物;2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H,23H-卟啉铂(II)(简称:PtOEP)等铂配合物;以及三(1,3-二苯基-1,3-丙二酮(propanedionato))(单菲罗啉)铕(III)(简称:Eu(DBM)3(Phen))、三[1-(2-噻吩甲酰基)-3,3,3-三氟丙酮](单菲罗啉)铕(III)(简称:Eu(TTA)3(Phen))等稀土金属配合物。在上述物质中,由于具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物也具有显著高的可靠性及发光效率,所以是尤其优选的。另外,具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物可以实现色度良好的红色光。
作为发光层130所包含的发光材料,优选使用能够将三重激发能转换为发光的材料。作为该能够将三重激发能转换为发光的材料,除了磷光化合物之外,可以举出热活化延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料。因此,可以将有关磷光化合物的记载看作有关热活化延迟荧光材料的记载。注意,热活化延迟荧光材料是指三重激发能级与单重激发能级的差较小且具有通过反系间窜越将能量从三重激发态转换为单重激发态的功能的材料。因此,能够通过微小的热能量将三重激发态上转换(up-convert)为单重激发态(反系间窜越)并能够高效地呈现来自单重激发态的发光(荧光)。另外,可以高效地获得热活化延迟荧光的条件为如下:三重激发态能级与单重激态发能级的能量差大于0eV且为0.2eV以下,优选大于0eV且为0.1eV以下。
当热活化延迟荧光材料由一种材料构成时,例如可以使用如下材料。
首先,可以举出富勒烯或其衍生物、原黄素等吖啶衍生物、曙红(eosin)等。另外,可以举出包含镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、锡(Sn)、铂(Pt)、铟(In)或钯(Pd)等的含金属卟啉。作为该含金属卟啉,例如,也可以举出原卟啉-氟化锡配合物(简称:SnF2(Proto IX))、中卟啉-氟化锡配合物(简称:SnF2(Meso IX))、血卟啉-氟化锡配合物(简称:SnF2(Hemato IX))、粪卟啉四甲酯-氟化锡配合物(简称:SnF2(Copro III-4Me))、八乙基卟啉-氟化锡配合物(简称:SnF2(OEP))、初卟啉-氟化锡配合物(简称:SnF2(Etio I))以及八乙基卟啉-氯化铂配合物(简称:PtCl2OEP)等。
另外,作为由一种材料构成的热活化延迟荧光材料,还可以使用具有富π电子型杂芳环及缺π电子型杂芳环的杂环化合物。具体而言,可以举出2-(联苯-4-基)-4,6-双(12-苯基吲哚并[2,3-a]咔唑-11-基)-1,3,5-三嗪(简称:PIC-TRZ)、2-{4-[3-(N-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑-9-基]苯基}-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(简称:PCCzPTzn)、2-[4-(10H-吩恶嗪-10-基)苯基]-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(简称:PXZ-TRZ)、3-[4-(5-苯基-5,10-二氢吩嗪-10-基)苯基]-4,5-二苯基-1,2,4-三唑(简称:PPZ-3TPT)、3-(9,9-二甲基-9H-吖啶-10-基)-9H-氧杂蒽-9-酮(简称:ACRXTN)、双[4-(9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶)苯基]砜(简称:DMAC-DPS)、10-苯基-10H,10’H-螺[吖啶-9,9’-蒽]-10’-酮(简称:ACRSA)等。该杂环化合物具有富π电子型杂芳环及缺π电子型杂芳环,因此电子传输性及空穴传输性高,所以是优选的。尤其是,在具有缺π电子型杂芳环的骨架中,二嗪骨架(嘧啶骨架、吡嗪骨架、哒嗪骨架)或三嗪骨架稳定且可靠性良好,所以是优选的。另外,在具有富π电子型杂芳环的骨架中,吖啶骨架、吩恶嗪骨架、噻吩骨架、呋喃骨架及吡咯骨架稳定且可靠性良好,所以具有选自该骨架中的任何一个或多个是优选的。作为吡咯骨架,特别优选使用吲哚骨架、咔唑骨架及3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑骨架。另外,在富π电子型杂芳环与缺π电子型杂芳环直接键合的物质中,富π电子型杂芳环的供体性和缺π电子型杂芳环的受体性都强,而单重激发态的能级和三重激发态的能级之间的差异小,所以是特别优选的。
另外,发光层130也可以包括主体材料131及客体材料132以外的材料。
对作为能够用于发光层130的材料没有特别的限制,例如,可以举出蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、衍生物、二苯并[g,p]衍生物等的稠合多环芳香化合物,具体而言,可以举出9,10-二苯基蒽(简称:DPAnth)、6,12-二甲氧基-5,11-二苯基9,10-双(3,5-二苯基苯基)蒽(简称:DPPA)、9,10-二(2-萘基)蒽(简称:DNA)、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(简称:t-BuDNA)、9,9’-联蒽(简称:BANT)、9,9’-(二苯乙烯-3,3’-二基)二菲(简称:DPNS)、9,9’-(二苯乙烯-4,4’-二基)二菲(简称:DPNS2)、1,3,5-三(1-芘)苯(简称:TPB3)等。另外,可以从上述物质及公知物质中选择一种或多种具有比上述客体材料132的激发能级高的单重激发能级或三重激发能级的物质而使用。
另外,例如,可以将如噁二唑衍生物等的具有杂芳族骨架的化合物用于发光层130。具体而言,例如,可以举出2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(简称:PBD)、1,3-双[5-(对叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(简称:OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称:CO11)、4,4’-双(5-甲基苯并恶唑-2-基)二苯乙烯(简称:BzOs)等的杂环化合物。
另外,可以将具有杂环的金属配合物(例如,锌及铝类金属配合物)等用于发光层130。例如,可以举出包括喹啉配体、苯并喹啉配体、噁唑配体或噻唑配体的金属配合物。具体而言,可举出具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物等,例如三(8-羟基喹啉)铝(III)(简称:Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(III)(简称:Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(II)(简称:BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(III)(简称:BAlq)、双(8-羟基喹啉)锌(II)(简称:Znq)等。另外,除此之外,还可以使用如双[2-(2-苯并噁唑基)苯酚]锌(II)(简称:ZnPBO)、双[2-(2-苯并噻唑基)苯酚]锌(II)(简称:ZnBTZ)等具有噁唑基类或噻唑类配体的金属配合物等。
发光层130也可以由两层以上的多个层形成。例如,在从空穴传输层一侧依次层叠第一发光层和第二发光层来形成发光层130的情况下,可以将具有空穴传输性的物质用作第一发光层的主体材料,并且将具有电子传输性的物质用作第二发光层的主体材料。另外,第一发光层和第二发光层所包含的发光材料也可以是相同或不同的材料。另外,第一发光层和第二发光层所包含的发光材料既可以是具有呈现相同颜色的发光的功能的材料,又可以是具有呈现不同颜色的发光的功能的材料。通过作为两层的发光层分别使用具有呈现彼此不同颜色的发光的功能的发光材料,可以同时得到多个发光。尤其是,优选选择用于各发光层的发光材料,以便通过组合两层发光层所发射的光而能够得到白色发光。
另外,可以利用蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法、凹版印刷等的方法形成发光层130。此外,除了上述材料以外,发光层130也可以包含量子点等无机化合物或高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)。
《空穴注入层》
空穴注入层111具有通过降低从一对电极中的一个(电极101或电极102)的空穴的注入势垒促进空穴注入的功能,并例如使用具有电子接收性的过渡金属氧化物、酞菁衍生物、芳香胺、杂多酸(heteropoly acid)等形成。作为过渡金属氧化物,可以举出钛氧化物、钒氧化物、钽氧化物、钼氧化物、钨氧化物、铼氧化物、钌氧化物、铬氧化物、锆氧化物、铪氧化物、银氧化物等,该过渡金属氧化物优于电子接收性,可以利用真空蒸镀法或湿法容易形成膜,所以是优选的。另外,作为酞菁衍生物,可以举出酞菁或金属酞菁等。作为芳香胺,可以举出联苯胺衍生物或亚苯基二胺衍生物等。另外,也可以使用聚噻吩或聚苯胺等高分子化合物,典型的是:作为被自掺杂的聚噻吩的聚(乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)等。此外,作为杂多酸,可以举出磷钼酸、磷钨酸、硅钼酸、硅钨酸等。杂多酸及高分子化合物可以利用湿法容易形成膜,所以是优选的。
作为空穴注入层111,优选使用包含上述折射率低的空穴传输性材料与上述呈现电子接收性的材料的复合材料的层。通过具有这种结构,可以在具有空穴注入及传输性的同时形成折射率低的层。作为具有电子接收性的有机材料,优选使用TCNQ、F4TCNQ、F6TCNNQ。另外,也可以使用包含呈现电子接收性的材料的层与包含空穴传输性材料的层的叠层。在定态或者在存在有电场的状态下,可以在这些材料之间进行电荷的授受。作为呈现电子接收性的有机材料,除了上述TCNQ、F4TCNQ、F6TCNNQ之外还可以举出醌二甲烷衍生物、四氯苯醌衍生物、六氮杂三亚苯衍生物等有机受体。具体而言,可以举出氯醌、2,3,6,7,10,11-六氰-1,4,5,8,9,12-六氮杂三亚苯(简称:HAT-CN)等具有吸电子基团(卤基或氰基)的化合物。此外,可以使用包含过渡金属如钛、钒、钽、钼、钨、铼、钌、铬、锆、铪及银等与氧的物质。具体而言,可以举出钛氧化物、钒氧化物、钽氧化物、钼氧化物、钨氧化物、铼氧化物、钌氧化物、铬氧化物、锆氧化物、铪氧化物、银氧化物、磷钼酸、钼青铜以及钨青铜等。特别优选使用氧化钼,因为其在大气中也稳定,吸湿性低,并且容易处理。
如上所述,作为用于空穴注入层111的折射率低的空穴传输性材料,优选使用具有以sp3键合为代表的芳香环间的共轭被切断的结构的有机化合物以及包括具有庞大的取代基的芳香环的有机化合物。作为具有芳香环间的共轭被切断的结构的骨架,例如可以举出上述四芳基甲烷骨架及四芳基硅烷骨架。然而,这种化合物有载流子传输性低的倾向,不适于现有空穴注入层。另一方面,上述包含过渡金属与氧的单个物质的提高空穴注入性的效果非常高,但是有折射率较高的问题。然而,作为呈现电子接收性的材料使用上述包含过渡金属与氧的物质,将其与折射率低的空穴传输性材料组合用于空穴注入层111,由此可以同时确保空穴注入层111的低折射率和空穴注入性及传输性。就是说,这结构能够消除缺点而仅发现优点。这是因为:包含过渡金属氧化物的物质的电子接收性较高,添加少量的该物质来确保空穴注入性。
作为空穴传输性材料,可以使用空穴传输性比电子传输性高的材料,优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的材料。如上所述,该空穴传输性材料的折射率优选为1以上且1.75以下,更优选为1以上且1.73以下,进一步优选为1以上且1.70以下。具体而言,可以使用作为能够用于发光层130的空穴传输性材料而举出的芳香胺、咔唑衍生物、芳烃、二苯乙烯衍生物等,优选具有包含两个以上的氮的碳原子数为1至20的杂芳骨架。尤其优选具有含氮五元杂芳环骨架。此外,上述空穴传输性材料也可以是高分子化合物。
另外,作为空穴传输性材料还可以举出芳烃,例如,可以举出2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(简称:t-BuDNA)、2-叔丁基-9,10-二(1-萘基)蒽、9,10-双(3,5-二苯基苯基)蒽(简称:DPPA)、2-叔丁基-9,10-双(4-苯基苯基)蒽(简称:t-BuDBA)、9,10-二(2-萘基)蒽(简称:DNA)、9,10-二苯基蒽(简称:DPAnth)、2-叔丁基蒽(简称:t-BuAnth)、9,10-双(4-甲基-1-萘基)蒽(简称:DMNA)、2-叔丁基-9,10-双[2-(1-萘基)苯基]蒽、9,10-双[2-(1-萘基)苯基]蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(1-萘基)蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(2-萘基)蒽、9,9’-联蒽、10,10’-二苯基-9,9’-联蒽、10,10’-双(2-苯基苯基)-9,9’-联蒽、10,10’-双[(2,3,4,5,6-五苯基)苯基]-9,9’-联蒽、蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等。此外,还可以使用并五苯、晕苯等。如此,更优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率且碳原子数为14至42的芳烃。
另外,芳烃可以具有乙烯基骨架。作为具有乙烯基的芳烃,例如,可以举出4,4’-双(2,2-二苯基乙烯基)联苯(简称:DPVBi)、9,10-双[4-(2,2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(简称:DPVPA)等。
另外,可以使用4-{3-[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]苯基}二苯并呋喃(简称:mmDBFFLBi-II)、4,4’,4”-(苯-1,3,5-三基)三(二苯并呋喃)(简称:DBF3P-II)、1,3,5-三(二苯并噻吩-4-基)苯(简称:DBT3P-II)、2,8-二苯基-4-[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]二苯并噻吩(简称:DBTFLP-III)、4-[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-6-苯基二苯并噻吩(简称:DBTFLP-IV)、4-[3-(三亚苯-2-基)苯基]二苯并噻吩(简称:mDBTPTp-II)等的噻吩化合物、呋喃化合物、芴化合物、三亚苯化合物、菲化合物等。其中,具有吡咯骨架、呋喃骨架、噻吩骨架、芳香胺骨架的化合物稳定且可靠性良好,所以是优选的。具有上述骨架的化合物具有高空穴传输性,也有助于驱动电压的降低。
《空穴传输层》
空穴传输层112是包含空穴传输性材料的层,可以使用作为空穴注入层111的材料所例示的空穴传输性材料。空穴传输层112具有将注入到空穴注入层111的空穴传输到发光层130的功能,所以优选具有与空穴注入层111的HOMO(Highest Occupied MolecularOrbital,也称为最高占据分子轨道)能级相同或接近的HOMO能级。
另外,优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的物质。但是,只要是空穴传输性高于电子传输性的物质,就可以使用上述物质以外的物质。另外,包括高空穴传输性的物质的层不限于单层,还可以层叠两层以上的由上述物质构成的层。
《电子传输层》
电子传输层118具有将从一对电极中的另一个(电极101或电极102)经过电子注入层119注入的电子传输到发光层130的功能。作为电子传输性材料,可以使用电子传输性比空穴传输性高的材料,优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的材料。作为容易接收电子的化合物(具有电子传输性的材料),可以使用含氮杂芳族化合物等缺π电子型杂芳族或金属配合物等。具体而言,可以举出作为可用于发光层130的电子传输性材料举出的吡啶衍生物、联吡啶衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、菲咯啉衍生物、三唑衍生物、苯并咪唑衍生物、噁二唑衍生物等,优选具有包含两个以上的氮的碳原子数为1至20的杂芳族骨架。尤其优选是具有嘧啶骨架及三嗪骨架的化合物。另外,优选是具有1×10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的物质。另外,只要是电子传输性高于空穴传输性的物质,就可以使用上述物质以外的物质作为电子传输层118。另外,电子传输层118不限于单层,还可以层叠两层以上的由上述物质构成的层。
另外,还可以举出具有杂环的金属配合物,例如,可以举出包括喹啉配体、苯并喹啉配体、噁唑配体或噻唑配体的金属配合物。具体而言,可举出具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物等,例如三(8-羟基喹啉)铝(III)(简称:Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(III)(简称:Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(II)(简称:BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(III)(简称:BAlq)、双(8-羟基喹啉)锌(II)(简称:Znq)等。另外,除此之外,还可以使用如双[2-(2-苯并噁唑基)苯酚]锌(II)(简称:ZnPBO)、双[2-(2-苯并噻唑基)苯酚]锌(II)(简称:ZnBTZ)等具有噁唑基类配体或噻唑类配体的金属配合物等。
另外,还可以在电子传输层118与发光层130之间设置控制电子载流子的移动的层。该控制电子载流子的移动的层是对上述电子传输性高的材料添加少量的电子俘获性高的物质而成的层,通过抑制电子载流子的移动,可以调节载流子平衡。这种结构对电子传输性材料的电子传输性比空穴传输性材料的空穴传输性高得多的情况下发生的问题(例如元件寿命的下降)的抑制发挥很大的效果。
《电子注入层》
电子注入层119具有降低来自电极102的电子的注入势垒促进电子注入的功能,例如可以使用第1族金属、第2族金属或它们的氧化物、卤化物、碳酸盐等。另外,也可以使用上述电子传输性材料和具有对电子传输性材料呈现电子供给性的材料的复合材料。作为电子供给性材料,可以举出第1族金属、第2族金属或它们的氧化物等。具体而言,可以使用氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)及锂氧化物(LiOx)等碱金属、碱土金属或这些金属的化合物。另外,可以使用氟化铒(ErF3)等稀土金属化合物。另外,也可以将电子盐用于电子注入层119。作为该电子盐,例如可以举出对钙和铝的混合氧化物以高浓度添加电子的物质等。另外,也可以将能够用于电子传输层118的物质用于电子注入层119。
另外,也可以将有机化合物与电子给体(供体)混合形成的复合材料用于电子注入层119。这种复合材料因为通过电子给体在有机化合物中产生电子而具有优异的电子注入性和电子传输性。在此情况下,有机化合物优选是在传输所产生的电子方面性能优异的材料,具体而言,例如,可以使用如上所述的构成电子传输层118的物质(金属配合物、杂芳族化合物等)。作为电子给体,只要是对有机化合物呈现电子供给性的物质即可。具体而言,优选使用碱金属、碱土金属和稀土金属,可以举出锂、钠、铯、镁、钙、铒、镱等。另外,优选使用碱金属氧化物或碱土金属氧化物,可以举出锂氧化物、钙氧化物、钡氧化物等。此外,还可以使用氧化镁等路易斯碱。另外,也可以使用四硫富瓦烯(简称:TTF)等有机化合物。
另外,上述发光层、空穴注入层、空穴传输层、电子传输层及电子注入层都可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法、凹版印刷等方法形成。此外,作为上述发光层、空穴注入层、空穴传输层、电子传输层及电子注入层,除了上述材料之外,也可以使用量子点等无机化合物或高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)。
《量子点》
量子点是其尺寸为几nm至几十nm的半导体纳米晶,并包括1×103个至1×106个左右的原子。量子点的能量移动依赖于其尺寸,因此,即使是包括相同的物质的量子点也根据尺寸具有互不相同的发光波长。所以,通过改变所使用的量子点的尺寸,可以容易改变发光波长。
此外,量子点的发射光谱的峰宽窄,因此,可以得到色纯度高的发光。再者,量子点的理论上的内量子效率被认为几乎是100%,即,大幅度地超过呈现荧光发光的有机化合物的25%,且与呈现磷光发光的有机化合物相等。因此,通过将量子点用作发光材料,可以获得发光效率高的发光元件。而且,作为无机材料的量子点在实质稳定性上也是优异的,因此,可以获得寿命长的发光元件。
作为构成量子点的材料,可以举出第十四族元素、第十五族元素、第十六族元素、包含多个第十四族元素的化合物、第四族至第十四族的元素和第十六族元素的化合物、第二族元素和第十六族元素的化合物、第十三族元素和第十五族元素的化合物、第十三族元素和第十七族元素的化合物、第十四族元素和第十五族元素的化合物、第十一族元素和第十七族元素的化合物、氧化铁类、氧化钛类、硫系尖晶石(spinel chalcogenide)类、半导体簇等。
具体而言,可以举出硒化镉、硫化镉、碲化镉、硒化锌、氧化锌、硫化锌、碲化锌、硫化汞、硒化汞、碲化汞、砷化铟、磷化铟、砷化镓、磷化镓、氮化铟、氮化镓、锑化铟、锑化镓、磷化铝、砷化铝、锑化铝、硒化铅、碲化铅、硫化铅、硒化铟、碲化铟、硫化铟、硒化镓、硫化砷、硒化砷、碲化砷、硫化锑、硒化锑、碲化锑、硫化铋、硒化铋、碲化铋、硅、碳化硅、锗、锡、硒、碲、硼、碳、磷、氮化硼、磷化硼、砷化硼、氮化铝、硫化铝、硫化钡、硒化钡、碲化钡、硫化钙、硒化钙、碲化钙、硫化铍、硒化铍、碲化铍、硫化镁、硒化镁、硫化锗、硒化锗、碲化锗、硫化锡、硫化锡、硒化锡、碲化锡、氧化铅、氟化铜、氯化铜、溴化铜、碘化铜、氧化铜、硒化铜、氧化镍、氧化钴、硫化钴、氧化铁、硫化铁、氧化锰、硫化钼、氧化钒、氧化钨、氧化钽、氧化钛、氧化锆、氮化硅、氮化锗、氧化铝、钛酸钡、硒锌镉的化合物、铟砷磷的化合物、镉硒硫的化合物、镉硒碲的化合物、铟镓砷的化合物、铟镓硒的化合物、铟硒硫化合物、铜铟硫的化合物以及它们的组合等,但是不局限于此。此外,也可以使用以任意数表示组成的所谓的合金型量子点。例如,因为镉硒硫的合金型量子点可以通过改变元素的含量比来改变发光波长,所以镉硒硫的合金型量子点是有效于得到蓝色发光的手段之一。
作为量子点的结构,有核型、核壳(Core Shell)型、核多壳(Core Multishell)型等。可以使用上述任一个,但是通过使用覆盖核且具有更宽的带隙的其他无机材料来形成壳,可以减少存在于纳米晶表面上的缺陷或悬空键的影响,从而可以大幅度地提高发光的量子效率。由此,优选使用核壳型或核多壳型的量子点。作为壳的材料的例子,可以举出硫化锌或氧化锌。
此外,在量子点中,由于表面原子的比例高,因此反应性高而容易发生聚集。因此,量子点的表面优选附着有保护剂或设置有保护基。由此可以防止聚集并提高对溶剂的溶解性。此外,还可以通过降低反应性来提高电稳定性。作为保护剂(或保护基),例如可以举出:月桂醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯硬脂酸酯(polyoxyethylene stearyl ether)、聚氧乙烯月桂醚(polyoxyethylene oleyl ether)等聚氧乙烯烷基醚类;三丙基膦、三丁基膦、三已基膦、三辛基膦等三烷基膦类;聚氧乙烯n-辛基苯基醚、聚氧乙烯n-壬基苯基醚等聚氧乙烯烷基苯基醚类;三(n-己基)胺、三(n-辛基)胺、三(n-癸基)胺等叔胺类;三丙基氧化膦、三丁基氧化膦、三己基氧化膦、三辛基氧化膦、三癸基氧化膦等有机磷化合物;聚乙二醇二月桂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯等聚乙二醇二酯类;吡啶、卢惕啶、可力丁、喹啉类等含氮芳香化合物等有机氮化合物;己基胺、辛基胺、癸基胺、十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺等氨基链烷类;二丁基硫醚等二烷基硫醚类;二甲亚砜、二丁亚砜等二烷亚砜类;噻吩等含硫芳香化合物等有机硫化合物;棕榈酸、硬脂酸、油酸等高级脂肪酸;乙醇类;失水山梨醇脂肪酸酯类;脂肪酸改性聚酯类;叔胺类改性聚氨酯类;聚乙烯亚胺类等。
量子点其尺寸越小带隙越大,因此适当地调节其尺寸以获得所希望的波长的光。结晶尺寸越小,量子点的发光越向蓝色一侧(即,高能量一侧)迁移,因此,通过改变量子点的尺寸,可以将发光波长调节为紫外区域、可见光区域和红外区域的光谱的波长区域。通常使用的量子点的尺寸(直径)为0.5nm至20nm,优选为1nm至10nm。另外,量子点其尺寸分布越小发射光谱越窄,因此可以获得色纯度高的发光。另外,对量子点的形状没有特别的限制,可以为球状、棒状、圆盘状、其他的形状。另外,作为棒状量子点的量子杆具有呈现具有指向性的光的功能,所以通过将量子杆用作发光材料,可以得到外量子效率更高的发光元件。
在有机EL元件中,通常通过将发光材料分散在主体材料中来抑制发光材料的浓度猝灭,而提高发光效率。主体材料需要具有发光材料以上的单重激发能级或三重激发能级。特别是,在将蓝色磷光材料用作发光材料时,需要具有蓝色磷光材料以上的三重激发能级且使用寿命长的主体材料,这种材料的开发是极困难的。在此,量子点即使在只使用量子点而不使用主体材料来形成发光层的情况下,也可以确保发光效率,因此可以得到使用寿命长的发光元件。在只使用量子点形成发光层时,量子点优选具有核壳型结构(包括核多壳型结构)。
在将量子点用作发光层的发光材料的情况下,该发光层的厚度为3nm至100nm,优选为10nm至100nm,发光层所包含的量子点的比率为1vol.%至100vol.%。注意,优选只由量子点形成发光层。另外,在形成将该量子点用作发光材料而将其分散在主体材料中的发光层时,可以将量子点分散在主体材料中或将主体材料和量子点溶解或分散在适当的液体介质中,并使用湿式法(旋涂法、浇铸法、染料涂布法、刮涂法、辊涂法、喷墨法、印刷法、喷涂法、帘式涂布法、朗缪尔-布罗基特(Langmuir Blodgett)法等)形成。使用磷光发光材料的发光层除了上述湿式法之外优选采用真空蒸镀法。
作为用于湿式法的液体介质,例如可以使用:甲乙酮、环己酮等酮类;乙酸乙酯等脂肪酸酯类;二氯苯等卤化烃类;甲苯、二甲苯、均三甲苯、环己基苯等芳烃类;环己烷、十氢化萘、十二烷等脂肪族烃类;二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)等有机溶剂。
《一对电极》
电极101及电极102被用作发光元件的阳极或阴极。电极101及电极102可以使用金属、合金、导电性化合物以及它们的混合物或叠层体等形成。
电极101和电极102中的一个优选使用具有反射光的功能的导电材料形成。作为该导电材料,可以举出铝(Al)或包含Al的合金等。作为包含Al的合金,可以举出包含Al及L(L表示钛(Ti)、钕(Nd)、镍(Ni)和镧(La)中的一个或多个)的合金等,例如为包含Al及Ti的合金或者包含Al、Ni及La的合金等。铝具有低电阻率和高光反射率。此外,由于铝在地壳中大量地含有且不昂贵,所以使用铝可以降低发光元件的制造成本。此外,也可以使用银(Ag)、包含Ag、N(N表示钇(Y)、Nd、镁(Mg)、镱(Yb)、Al、Ti、镓(Ga)、锌(Zn)、铟(In)、钨(W)、锰(Mn)、锡(Sn)、铁(Fe)、Ni、铜(Cu)、钯(Pd)、铱(Ir)和金(Au)中的一个或多个)的合金等。作为包含银的合金,例如可以举出如下合金:包含银、钯及铜的合金;包含银及铜的合金;包含银及镁的合金;包含银及镍的合金;包含银及金的合金;以及包含银及镱的合金等。除了上述材料以外,可以使用钨、铬(Cr)、钼(Mo)、铜及钛等的过渡金属。
另外,从发光层获得的光透过电极101和电极102中的一个或两个被提取。由此,电极101和电极102中的至少一个优选使用具有透过光的功能的导电材料形成。作为该导电材料,可以举出可见光透过率为40%以上且100%以下,优选为60%以上且100%以下,且电阻率为1×10-2Ω·cm以下的导电材料。
此外,电极101及电极102也可以使用具有透过光的功能及反射光的功能的导电材料形成。作为该导电材料,可以举出可见光反射率为20%以上且80%以下,优选为40%以上且70%以下,且电阻率为1×10-2Ω·cm以下的导电材料。例如,可以使用具有导电性的金属、合金和导电性化合物中的一种或多种。具体而言,铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,以下称为ITO)、包含硅或氧化硅的铟锡氧化物(简称:ITSO)、氧化铟-氧化锌(Indium ZincOxide)、含有钛的氧化铟-锡氧化物、铟-钛氧化物、包含氧化钨及氧化锌的氧化铟等金属氧化物。另外,可以使用具有透过光的程度的厚度(优选为1nm以上且30nm以下的厚度)的金属膜。作为金属,例如可以使用Ag、Ag及Al、Ag及Mg、Ag及Au以及Ag及Yb等的合金等。
注意,在本说明书等中,作为具有透光的功能的材料,使用具有使可见光透过的功能且具有导电性的材料即可,例如有上述以ITO(Indium Tin Oxide)为代表的氧化物导电体、氧化物半导体或包含有机物的有机导电体。作为包含有机物的有机导电体,例如可以举出包含混合有机化合物与电子给体(供体)而成的复合材料、包含混合有机化合物与电子受体(受体)而成的复合材料等。另外,也可以使用石墨烯等无机碳类材料。另外,该材料的电阻率优选为1×105Ω·cm以下,更优选为1×104Ω·cm以下。
另外,可以通过层叠多个上述材料形成电极101和电极102中的一个或两个。
为了提高光提取效率,可以与具有透过光的功能的电极接触地形成其折射率比该电极高的材料。作为这种材料,只要具有透过可见光的功能就可,可以为具有导电性的材料,也可以为不具有导电性的材料。例如,除了上述氧化物导电体以外,还可以举出氧化物半导体、有机物。作为有机物,例如可以举出作为发光层、空穴注入层、空穴传输层、电子传输层或电子注入层例示出的材料。另外,也可以使用无机碳类材料或具有透过光的程度的厚度的金属薄膜,又可以层叠多个具有几nm至几十nm厚的层。
当电极101或电极102被用作阴极时,优选使用功函数小(3.8eV以下)的材料。例如,可以使用属于元素周期表中的第1族或第2族的元素(例如,锂、钠及铯等碱金属、钙或锶等碱土金属、镁等)、包含上述元素的合金(例如,Ag及Mg或Al及Li)、铕(Eu)或Yb等稀土金属、包含上述稀土金属的合金、包含铝、银的合金等。
当电极101或电极102被用作阳极时,优选使用功函数大(4.0eV以上)的材料。
电极101及电极102也可以采用具有反射光的功能的导电材料及具有透过光的功能的导电材料的叠层。在此情况下,电极101及电极102具有调整光学距离的功能以便使来自各发光层的所希望的波长的光谐振而增强所希望的波长的光,所以是优选的。
作为电极101及电极102的成膜方法,可以适当地使用溅射法、蒸镀法、印刷法、涂敷法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子束外延)法、CVD法、脉冲激光沉积法、ALD(AtomicLayer Deposition:原子层沉积)法等。
《衬底》
另外,本发明的一个方式的发光元件可以在由玻璃、塑料等构成的衬底上制造。作为在衬底上层叠的顺序,可以从电极101一侧依次层叠,也可以从电极102一侧依次层叠。
另外,作为能够形成本发明的一个方式的发光元件的衬底,例如可以使用玻璃、石英或塑料等。或者,也可以使用柔性衬底。柔性衬底是可以弯曲的衬底,例如由聚碳酸酯、聚芳酯制成的塑料衬底等。另外,可以使用薄膜、无机蒸镀薄膜等。注意,只要在发光元件及光学元件的制造过程中起支撑物的作用,就可以使用其他材料。或者,只要具有保护发光元件及光学元件的功能即可。
例如,在本发明等中,可以使用各种衬底形成发光元件。对衬底的种类没有特别的限制。作为该衬底的例子,例如可以使用半导体衬底(例如,单晶衬底或硅衬底)、SOI衬底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、金属衬底、不锈钢衬底、具有不锈钢箔的衬底、钨衬底、具有钨箔的衬底、柔性衬底、贴合薄膜、包含纤维状的材料的纸或者基材薄膜等。作为玻璃衬底的例子,有钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃等。作为柔性衬底、贴合薄膜、基材薄膜等,可以举出如下例子。例如,可以举出以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)为代表的塑料。或者,作为例子,可以举出丙烯酸树脂等树脂等。或者,作为例子,可以举出聚丙烯、聚酯、聚氟化乙烯或聚氯乙烯等。或者,作为例子,可以举出聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺、环氧树脂、无机蒸镀薄膜、纸类等。
另外,也可以作为衬底使用柔性衬底,并在柔性衬底上直接形成发光元件。或者,也可以在衬底与发光元件之间设置剥离层。当在剥离层上制造发光元件的一部分或全部,然后将其从衬底分离并转置到其他衬底上时可以使用剥离层。此时,也可以将发光元件转置到耐热性低的衬底或柔性衬底上。另外,作为上述剥离层,例如可以使用钨膜和氧化硅膜的无机膜的叠层结构或在衬底上形成有聚酰亚胺等树脂膜的结构等。
也就是说,也可以使用一个衬底来形成发光元件,然后将发光元件转置到另一个衬底上。作为发光元件被转置的衬底的例子,除了上述衬底之外,还可以举出玻璃纸衬底、石材衬底、木材衬底、布衬底(包括天然纤维(丝、棉、麻)、合成纤维(尼龙、聚氨酯、聚酯)或再生纤维(醋酯纤维、铜氨纤维、人造纤维、再生聚酯)等)、皮革衬底、橡胶衬底等。通过采用这些衬底,可以制造不易损坏的发光元件、耐热性高的发光元件、实现轻量化的发光元件或实现薄型化的发光元件。
另外,也可以在上述衬底上例如形成场效应晶体管(FET),并且在与FET电连接的电极上制造发光元件150。由此,可以制造通过FET控制发光元件150的驱动的有源矩阵型显示装置。
以下,说明本发明的一个方式的电子器件的一个例子的太阳能电池的构成要素。
在太阳能电池中,可以使用能够用于上述发光元件的材料。在太阳能电池的载流子传输层中,可以使用上述空穴传输性材料及电子传输性材料,在光发电层中,可以使用上述空穴传输性材料、电子传输性材料、发光材料以及以硅或CH3NH3PbI3为代表的钙钛矿结晶等。此外,关于衬底或电极,可以使用能够用于上述发光元件的材料。
本实施方式所示的结构可以与其他实施方式适当地组合而使用。
(实施方式2)
在本实施方式中,参照图3及图4对具有与实施方式1所示的结构不同的结构的发光元件及该发光元件的发光机理进行说明。注意,在图3及图4中使用与图2A相同的阴影线示出具有与图2A相同的功能的部分,而有时省略附图标记。此外,具有与图2A相同的功能的部分由相同的附图标记表示,有时省略其详细说明。
<发光元件的结构实例1>
图3A是发光元件250的截面示意图。
图3A所示的发光元件250在一对电极(电极101及电极102)之间具有多个发光单元(图3A中的发光单元106和发光单元108)。注意,在发光元件250中,虽然对电极101为阳极且电极102为阴极时的情况进行说明,但是也可以采用与此相反的结构。
另外,在图3A所示的发光元件250中,层叠有发光单元106和发光单元108,并且在发光单元106与发光单元108之间设置有电荷产生层115。另外,发光单元106和发光单元108可以具有相同结构或不同结构。
另外,发光元件250包括发光层120和发光层170。另外,发光单元106除了发光层170之外还包括空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层113及电子注入层114。此外,发光单元108除了发光层120之外还包括空穴注入层116、空穴传输层117、电子传输层118及电子注入层119。
电荷产生层115可以具有对空穴传输性材料添加有作为电子受体的受体性物质的结构,又可以具有对电子传输性材料添加有作为电子给体的供体性物质的结构。另外,也可以层叠这两种结构。
当电荷产生层115包含由有机化合物与受体性物质构成的复合材料时,作为该复合材料使用可以用于实施方式1所示的空穴注入层111的复合材料即可。作为有机化合物,可以使用芳香胺化合物、咔唑化合物、芳烃、高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)等各种化合物。另外,作为有机化合物,优选使用其空穴迁移率为1×10-6cm2/Vs以上的物质。但是,只要是其空穴传输性高于电子传输性的物质,就可以使用这些以外的物质。因为由有机化合物和受体性物质构成的复合材料具有良好的载流子注入性以及载流子传输性,所以可以实现低电压驱动以及低电流驱动。注意,在发光单元的阳极一侧的表面接触于电荷产生层115时,电荷产生层115还可以具有该发光单元的空穴注入层或空穴传输层的功能,所以在该发光单元中也可以具有不设置空穴注入层或空穴传输层的结构。注意,在发光单元的阴极一侧的表面接触于电荷产生层115时,电荷产生层115还可以具有该发光单元的电子注入层或电子传输层的功能,所以在该发光单元中也可以具有不设置电子注入层或电子传输层的结构。
注意,电荷产生层115也可以是组合包含有机化合物和受体性物质的复合材料的层与由其他材料构成的层的叠层结构。例如,也可以是组合包含有机化合物和受体性物质的复合材料的层与包含选自电子供给性物质中的一个化合物和高电子传输性的化合物的层的结构。另外,也可以是组合包含有机化合物和受体性物质的复合材料的层与包含透明导电膜的层的结构。
夹在发光单元106与发光单元108之间的电荷产生层115只要具有在将电压施加到电极101和电极102之间时,将电子注入到一个发光单元且将空穴注入到另一个发光单元的结构即可。例如,在图3A中,在以使电极101的电位高于电极102的电位的方式施加电压时,电荷产生层115将电子注入到发光单元106且将空穴注入到发光单元108。
从光提取效率的观点来看,电荷产生层115优选具有可见光透射性(具体而言,电荷产生层115具有40%以上的可见光透射率)。另外,电荷产生层115即使其导电率小于一对电极(电极101及电极102)也发挥作用。
通过使用上述材料形成电荷产生层115,可以抑制在层叠发光层时的驱动电压的增大。
虽然在图3A中说明了具有两个发光单元的发光元件,但是可以将同样的结构应用于层叠有三个以上的发光单元的发光元件。如发光元件250所示,通过在一对电极之间以由电荷产生层将其隔开的方式配置多个发光单元,可以实现在保持低电流密度的同时还可以进行高亮度发光,并且使用寿命更长的发光元件。另外,还可以实现功耗低的发光元件。
在上述各结构中,用于发光单元106及发光单元108的客体材料所呈现的发光颜色既可以相同又可以不同。当发光单元106及发光单元108包含具有呈现相同颜色的功能的客体材料时,发光元件250成为以小电流值呈现高发光亮度的发光元件,所以是优选的。另外,当发光单元106及发光单元108包含具有呈现彼此不同颜色的发光的功能的客体材料时,发光元件250成为呈现多色发光的发光元件,所以是优选的。此时,由于通过作为发光层120和发光层170中的一个或两个使用发光波长不同的多个发光材料,合成具有不同的发光峰值的光,因此发光元件250所呈现的发射光谱具有至少两个极大值。
上述结构适合用来获得白色发光。通过使发光层120与发光层170的光为互补色的关系,可以获得白色发光。尤其优选以实现演色性高的白色发光或至少具有红色、绿色、蓝色的发光的方式选择客体材料。
另外,在层叠三个以上的发光单元的发光元件中,用于各发光单元的客体材料的发光颜色可以相同或不同。在发光元件包括发射相同颜色的光的多个发光单元的情况下,这些多个发光单元可以以比其他的颜色低的电流值获得高发光亮度的发光颜色。这种结构适于发光颜色的调整。尤其优选用于使用发光效率不同且呈现不同发光颜色的客体材料的情况。例如,在设置三个发光单元的情况下,通过设置包含呈现相同发光颜色的荧光材料的两个发光单元及包含呈现与该荧光材料不同的发光颜色的磷光材料的一个发光单元,可以调整荧光发光及磷光发光的发光强度。换言之,可以根据发光单元的个数调整发光颜色的强度。
在采用上述包括两个荧光发光单元及一个磷光发光单元的发光元件的情况下,为了高效地获得白色发光,优选采用如下结构:发光单元包括包含蓝色荧光材料的两个发光单元及包含黄色磷光材料的一个发光单元的结构;发光单元包括包含蓝色荧光材料的两个发光单元及包含红色磷光材料及绿色磷光材料的一个发光单元的结构;发光单元包括包含蓝色荧光材料的两个发光单元及包含红色磷光材料、黄色磷光材料及绿色磷光材料的一个发光单元的结构。
此外,也可以将发光层120和发光层170中的至少一个进一步分割为层状并使该被分割的层的每一个都含有不同的发光材料。也就是说,发光层120和发光层170中的至少一个也可以由两层以上的多个层形成。例如,在从空穴传输层一侧依次层叠第一发光层和第二发光层来形成发光层的情况下,可以将具有空穴传输性的材料用作第一发光层的主体材料,并且将具有电子传输性的材料用作第二发光层的主体材料。在此情况下,第一发光层和第二发光层所包含的发光材料也可以是相同或不同的材料。另外,第一发光层和第二发光层所包含的发光材料既可以是具有呈现相同颜色的发光的功能的材料,又可以是具有呈现不同颜色的发光的功能的材料。通过采用具有呈现彼此不同颜色的发光的功能的多个发光材料的结构,也可以得到由三原色或四种以上的发光颜色构成的演色性高的白色发光。
另外,通过将实施方式1所示的结构应用于多个单元中的至少一个单元,可以提供一种光提取效率高且驱动电压得到减少的发光元件。
另外,如图3B所示,发光单元108所包括的发光层120包含客体材料121和主体材料122。下面,以荧光材料为客体材料121进行说明。
《发光层120的发光机理》
下面对发光层120的发光机理进行说明。
从一对电极(电极101及电极102)或电荷产生层115注入的电子及空穴在发光层120中复合,由此生成激子。由于主体材料122的存在量多于客体材料121,所以因激子的生成而几乎形成主体材料122的激发态。注意,激子是指载流子(电子及空穴)的对。
当所形成的主体材料122的激发态是单重激发态时,单重激发能量从主体材料122的S1能级转移到客体材料121的S1能级,由此形成客体材料121的单重激发态。
由于客体材料121是荧光材料,所以当在客体材料121中形成单重激发态时,客体材料121会迅速地发光。此时,为了得到高发光效率,客体材料121优选具有高荧光量子产率。另外,这在客体材料121中的载流子复合而生成的激发态为单重激发态的情况下也是同样的。
接着,对因载流子的复合而形成主体材料122的三重激发态的情况进行说明。图3C示出此时的主体材料122与客体材料121的能级关系。图3C中的记载及符号表示的是如下。注意,由于主体材料122的T1能级优选低于客体材料121的T1能级,所以在图3C中示出此时的情况,但是主体材料122的T1能级也可以高于客体材料121的T1能级。
Guest(121):客体材料121(荧光材料)
Host(122):主体材料122
SFG:客体材料121(荧光材料)的S1能级
TFG:客体材料121(荧光材料)的T1能级
SFH:主体材料122的S1能级
TFH:主体材料122的T1能级
如图3C所示,由于三重态-三重态湮灭(TTA:Triplet-Triplet Annihilation),因载流子的复合而生成的三重态激子彼此起相互作用,进行激发能量的供应以及自旋角动量的交换,因此发生其转换为具有主体材料122的S1能级(SFH)的能量的单重态激子的反应(参照图3C的TTA)。主体材料122的单重激发能量从SFH转移到能量比其低的客体材料121的S1能级(SFG)(参照图3C的路径E1),形成客体材料121的单重激发态,由此客体材料121发光。
另外,当发光层120中的三重态激子的密度充分高(例如为1×1012cm-3以上)时,可以忽视单个三重态激子的失活,而仅考虑两个接近的三重态激子的反应。
另外,当在客体材料121中载流子复合而形成三重激发态时,由于客体材料121的三重激发态热失活,所以难以将其用于发光。然而,当主体材料122的T1能级(TFH)低于客体材料121的T1能级(TFG)时,客体材料121的三重激发能量能够从客体材料121的T1能级(TFG)转移到主体材料122的T1能级(TFH)(参照图3C的路径E2),然后被用于TTA。
也就是说,主体材料122优选具有利用TTA将三重激发能量转换为单重激发能量的功能。由此,通过利用主体材料122中的TTA将在发光层120中生成的三重激发能量的一部分转换为单重激发能量,并使该单重激发能量转移到客体材料121,由此能够提取荧光发光。为此,主体材料122的S1能级(SFH)优选高于客体材料121的S1能级(SFG)。另外,主体材料122的T1能级(TFH)优选低于客体材料121的T1能级(TFG)。
尤其是,在客体材料121的T1能级(TFG)低于主体材料122的T1能级(TFH)的情况下,优选在主体材料122与客体材料121的重量比中客体材料121所占比例较低。具体而言,相对于主体材料122的客体材料121的重量比优选大于0且为0.05以下。由此可以降低载流子在客体材料121中复合的概率。并且,可以降低从主体材料122的T1能级(TFH)到客体材料121的T1能级(TFG)的能量转移所发生的概率。
另外,主体材料122可以由一种化合物构成,也可以由多种化合物构成。
另外,当发光单元106及发光单元108分别具有其发光颜色不同的客体材料时,与由发光层170的发光相比,由发光层120的发光优选具有更靠近短波长一侧的发光峰值。使用具有高三重激发能级的材料的发光元件有亮度劣化快的趋势。于是,通过将TTA用于呈现短波长的发光的发光层,可以提供亮度劣化小的发光元件。
<发光元件的结构实例2>
图4A是发光元件252的截面示意图。
与上述发光元件250同样地,图4A所示的发光元件252在一对电极(电极101与电极102)之间包括多个发光单元(在图4A中为发光单元106及发光单元110)。至少一个发光单元具有与EL层100同样的结构。另外,发光单元106与发光单元110既可以是相同的结构又可以是不同的结构。
另外,在图4A所示的发光元件252中层叠有发光单元106及发光单元110,在发光单元106与发光单元110之间设置有电荷产生层115。例如,优选将EL层100用于发光单元106。
另外,发光元件252包括发光层140和发光层170。另外,发光单元106除了发光层170还包括空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层113及电子注入层114。另外,发光单元110除了发光层140还包括空穴注入层116、空穴传输层117、电子传输层118及电子注入层119。
另外,通过将实施方式1所示的结构应用于多个单元中的至少一个单元,可以提供一种光提取效率高且驱动电压得到减少的发光元件。
如图4B所示,发光单元110所包括的发光层140包含客体材料141和主体材料142。另外,主体材料142包含有机化合物142_1以及有机化合物142_2。下面以发光层140所包含的客体材料141作为磷光材料进行说明。
《发光层140的发光机理》
接着,下面将对发光层140的发光机理进行说明。
发光层140中的有机化合物142_1与有机化合物142_2形成激基复合物。
作为有机化合物142_1与有机化合物142_2的组合,只要是能够形成激基复合物的组合即可,优选的是,其中一个是具有空穴传输性的化合物,另一个是具有电子传输性的化合物。
图4C示出发光层140中的有机化合物142_1、有机化合物142_2及客体材料141的能级相关。另外,下面示出图4C中的记载及附图标记。
·Guest(141):客体材料141(磷光材料)
·Host(142_1):有机化合物142_1(主体材料)
·Host(142_2):有机化合物142_2(主体材料)
·TPG:客体材料141(磷光材料)的T1能级
·SPH1:有机化合物142_1(主体材料)的S1能级
·TPH1:有机化合物142_1(主体材料)的T1能级
·SPH2:有机化合物142_2(主体材料)的S1能级
·TPH2:有机化合物142_2(主体材料)的T1能级
·SPE:激基复合物的S1能级
·TPE:激基复合物的T1能级
有机化合物142_1与有机化合物142_2形成激基复合物,该激基复合物的S1能级(SPE)及T1能级(TPE)成为互相相邻的能量(参照图4C的路径E3)。
通过有机化合物142_1和有机化合物142_2中的一个接收空穴,另一个接收电子,迅速地形成激基复合物。或者,当其中一个成为激发态时,通过与另一个起相互作用来迅速地形成激基复合物。由此,发光层140中的大部分的激子都作为激基复合物存在。激基复合物的激发能级(SPE或TPE)比形成激基复合物的主体材料(有机化合物142_1及有机化合物142_2)的S1能级(SPH1及SPH2)低,所以可以以更低的激发能量形成主体材料142的激发态。由此,可以降低发光元件的驱动电压。
然后,通过将激基复合物的SPE及TPE的双方的能量转移到客体材料141(磷光材料)的T1能级而得到发光(参照图4C的路径E4、E5)。
激基复合物的T1能级(TPE)优选比客体材料141的T1能级(TPG)高。由此,可以将所产生的激基复合物的单重激发能量及三重激发能量从激基复合物的S1能级(SPE)及T1能级(TPE)转移到客体材料141的T1能级(TPG)。
为了使激发能量高效地从激基复合物转移到客体材料141,激基复合物的T1能级(TPE)优选等于或低于形成激基复合物的各有机化合物(有机化合物142_1及有机化合物142_2)的T1能级(TPH1及TPH2)。由此,不容易产生各有机化合物(有机化合物142_1及有机化合物142_2)所导致的激基复合物的三重激发能量的猝灭,而高效地发生从激基复合物向客体材料141的能量转移。
另外,为了使有机化合物142_1与有机化合物142_2高效地形成激基复合物,优选有机化合物142_1及有机化合物142_2中的一个的HOMO能级高于另一个的HOMO能级,其中一个的LUMO能级高于另一个的LUMO能级。例如,在有机化合物142_1具有空穴传输性且有机化合物142_2具有电子传输性的情况下,优选有机化合物142_1的HOMO能级高于有机化合物142_2的HOMO能级且有机化合物142_1的LUMO能级高于有机化合物142_2的LUMO能级。或者,在有机化合物142_2具有空穴传输性且有机化合物142_1具有电子传输性的情况下,优选有机化合物142_2的HOMO能级高于有机化合物142_1的HOMO能级且有机化合物142_2的LUMO能级高于有机化合物142_1的LUMO能级。具体而言,有机化合物142_1的HOMO能级与有机化合物142_2的HOMO能级的能量差优选为0.05eV以上,更优选为0.1eV以上,进一步优选为0.2eV以上。另外,有机化合物142_1的LUMO能级与有机化合物142_2的LUMO能级的能量差优选为0.05eV以上,更优选为0.1eV以上,进一步优选为0.2eV以上。
在有机化合物142_1与有机化合物142_2的组合是具有空穴传输性的化合物与具有电子传输性的化合物的组合时,通过调整其混合比而容易地控制载流子平衡。具体而言,优选具有空穴传输性的化合物:具有电子传输性的化合物在1:9至9:1(重量比)的范围内。另外,当具有该结构时,可以容易地控制载流子平衡,由此也可以容易地对载流子复合区域进行控制。
通过使发光层140具有上述结构,可以高效地获得来自发光层140的客体材料141(磷光材料)的发光。
在本说明书等中,有时将上述路径E3至E5的过程称为ExTET(Exciplex-TripletEnergy Transfer:激基复合物-三重态能量转移)。换言之,在发光层140中,产生从激基复合物到客体材料141的激发能量的供应。在此情况下,不一定必须使从TPE向SPE的反系间窜跃的效率及由SPE的发光量子产率高,因此可以选择的材料更多。
优选的是,与来自发光层140的发光相比,来自发光层170的发光在更短波长一侧具有发光峰值。使用呈现短波长的发光的磷光材料的发光元件有亮度劣化快的趋势。于是,通过作为短波长的发光采用荧光发光可以提供一种亮度劣化小的发光元件。
<可用于发光层的材料的例子>
接下来,对可用于发光层120、发光层140及发光层170的材料进行说明。
《可用于发光层120的材料》
在发光层120中,主体材料122的重量比最大,客体材料121(荧光材料)分散在主体材料122中。优选的是,主体材料122的S1能级高于客体材料121(荧光材料)的S1能级,主体材料122的T1能级低于客体材料121(荧光材料)的T1能级。
在发光层120中,对客体材料121没有特别的限制,但是优选使用蒽衍生物、并四苯衍生物、衍生物、菲衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物、二苯乙烯衍生物、吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、吩恶嗪衍生物、吩噻嗪衍生物等,可以适当地使用实施方式1所示的荧光化合物。
虽然对能够用于发光层120中的主体材料122的材料没有特别的限制,但是例如可以举出:三(8-羟基喹啉)铝(III)(简称:Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(III)(简称:Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(II)(简称:BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(III)(简称:BAlq)、双(8-羟基喹啉)锌(II)(简称:Znq)、双[2-(2-苯并恶唑基)苯酚]锌(II)(简称:ZnPBO)、双[2-(2-苯并噻唑基)苯酚]锌(II)(简称:ZnBTZ)等金属配合物;2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(简称:PBD)、1,3-双[5-(对叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(简称:OXD-7)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(简称:TAZ)、2,2',2”-(1,3,5-苯三基)三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(简称:TPBI)、红菲绕啉(简称:BPhen)、浴铜灵(简称:BCP)、9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称:CO11)等杂环化合物;4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称:NPB或α-NPD)、N,N’-双(3-甲基苯基)-N,N’-二苯基-[1,1’-联苯]-4,4’-二胺(简称:TPD)、4,4’-双[N-(螺-9,9’-联芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称:BSPB)等芳香胺化合物。另外,可以举出蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、衍生物、二苯并[g,p]衍生物等稠合多环芳香化合物(condensed polycyclic aromatic compound)。具体地,可以举出9,10-二苯基蒽(简称:DPAnth)、N,N-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称:CzA1PA)、4-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称:DPhPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称:YGAPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称:PCAPA)、N,9-二苯基-N-{4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯基}-9H-咔唑-3-胺(简称:PCAPBA)、N,9-二苯基-N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-9H-咔唑-3-胺(简称:2PCAPA)、6,12-二甲氧基-5,11-二苯N,N,N’,N’,N”,N”,N”’,N”’-八苯基二苯并[g,p]-2,7,10,15-四胺(简称:DBC1)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称:CzPA)、3,6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称:DPCzPA)、9,10-双(3,5-二苯基苯基)蒽(简称:DPPA)、9,10-二(2-萘基)蒽(简称:DNA)、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(简称:t-BuDNA)、9,9'-联蒽(简称:BANT)、9,9'-(二苯乙烯-3,3'-二基)二菲(简称:DPNS)、9,9'-(二苯乙烯-4,4'-二基)二菲(简称:DPNS2)以及3,3',3”-(苯-1,3,5-三基)三芘(简称:TPB3)等。此外,可以从这些物质及已知的物质中选择一种或多种具有比上述客体材料121的能隙大的能隙的物质。
发光层120也可以由两层以上的多个层形成。例如,在从空穴传输层一侧依次层叠第一发光层和第二发光层来形成发光层120的情况下,可以将具有空穴传输性的物质用作第一发光层的主体材料,并且将具有电子传输性的物质用作第二发光层的主体材料。
另外,在发光层120中,主体材料122可以由一种化合物构成,也可以由多个化合物构成。或者,发光层120也可以包含主体材料122及客体材料121以外的材料。
《可用于发光层140的材料》
在发光层140的材料重量比中,主体材料142所占比例最大,客体材料141(磷光材料)分散于主体材料142中。发光层140的主体材料142(有机化合物142_1和有机化合物142_2)的T1能级优选高于客体材料141的T1能级。
作为有机化合物142_1,除了锌、铝类金属配合物以外还可以举出噁二唑衍生物、三唑衍生物、苯并咪唑衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、二苯并噻吩衍生物、二苯并呋喃衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、吡啶衍生物、联吡啶衍生物、菲罗啉衍生物等。作为其他例子,可以举出芳香胺或咔唑衍生物等。具体而言,可以使用实施方式1所示的电子传输性材料及空穴传输性材料。
作为有机化合物142_2,优选使用可以与有机化合物142_1组合形成激基复合物的材料。具体而言,可以使用实施方式1所示的电子传输性材料及空穴传输性材料。此时,优选以有机化合物142_1与有机化合物142_2所形成的激基复合物的发光峰值与客体材料141(磷光材料)的三重MLCT(从金属到配体的电荷转移:Metal to Ligand Charge Transfer)跃迁的吸收带(具体为最长波长一侧的吸收带)重叠的方式选择有机化合物142_1、有机化合物142_2及客体材料141(磷光材料)。由此,可以实现一种发光效率得到显著提高的发光元件。注意,在使用热活化延迟荧光材料代替磷光材料的情况下,最长波长一侧的吸收带优选为单重态的吸收带。
作为客体材料141(磷光材料),可以举出铱、铑、铂类有机金属配合物或金属配合物,其中优选的是有机铱配合物,例如铱类邻位金属配合物。作为邻位金属化的配体,可以举出4H-三唑配体、1H-三唑配体、咪唑配体、吡啶配体、嘧啶配体、吡嗪配体或异喹啉配体等。作为金属配合物可以举出具有卟啉配体的铂配合物等。具体而言,可以使用在实施方式1中作为客体材料132所例示的材料。
作为发光层140所包含的发光材料,使用能够将三重激发能量转换为发光的材料即可。作为该能够将三重激发能量转换为发光的材料,除了磷光材料之外,可以举出热活化延迟荧光材料。因此,可以将有关磷光材料的记载看作有关热活化延迟荧光材料的记载。
另外,显示热活化延迟荧光的材料既可以是能够单独从三重激发态通过反系间窜跃生成单重激发态的材料,又可以由形成激基复合物(也称为Exciplex)的多个材料构成。
当热活化延迟荧光材料由一种材料构成时,具体而言,可以使用实施方式1所示的热活化延迟荧光材料。
当作为主体材料使用热活化延迟荧光材料时,优选组合形成激基复合物的两种化合物而使用。此时,特别优选使用上述容易接收电子的化合物及容易接收空穴的化合物的组合,该组合形成激基复合物。
《可以用于发光层170的材料》
作为可以用于发光层170的材料,可以应用能够用于实施方式1所示的发光层的材料。由此可以制造发光效率高的发光元件。
另外,对包含在发光层120、发光层140及发光层170的发光材料的发光颜色没有限制,它们可以分别相同或不同。来自各材料的发光被混合并提取到元件的外部,因此例如当两个发光颜色处于呈现互补色的关系时,发光元件可以提供白色光。当考虑发光元件的可靠性时,包含在发光层120的发光材料的发光峰波长优选比包含在发光层170的发光材料短。
另外,可以利用蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法、凹版印刷等的方法形成发光单元106、发光单元108、发光单元110及电荷产生层115。
本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而使用。
(实施方式3)
图5A是示出发光装置的俯视图,图5B是沿图5A中的A-B以及C-D切割的截面图。该发光装置包括以虚线表示的用来控制发光元件的发光的驱动电路部(源极一侧驱动电路)601、像素部602以及驱动电路部(栅极一侧驱动电路)603。另外,附图标记604是密封衬底,附图标记625是干燥剂,附图标记605是密封剂,由密封剂605围绕的内侧是空间607。
另外,引导布线608是用来传送输入到源极一侧驱动电路601及栅极一侧驱动电路603的信号的布线,并且从用作外部输入端子的FPC(柔性印刷电路)609接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。另外,虽然在此只图示FPC,但是该FPC也可以安装有印刷线路板(PWB:Printed Wiring Board)。本说明书中的发光装置不仅包括发光装置主体,并且还包括安装有FPC或PWB的发光装置。
接下来,参照图5B说明上述发光装置的截面结构。在元件衬底610上形成有驱动电路部及像素部,在此示出作为驱动电路部的源极一侧驱动电路601及像素部602中的一个像素。
另外,在源极一侧驱动电路601中,形成组合n沟道TFT623和p沟道TFT624的CMOS电路。此外,驱动电路也可以使用各种CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路形成。另外,在本实施方式中,虽然示出将驱动电路形成于衬底上的驱动器一体型,但不需要必须采用该结构,也可以将驱动电路形成于外部而不形成于衬底上。
此外,像素部602由包括开关用TFT611、电流控制用TFT612、电连接于该电流控制用TFT612的漏极的第一电极613的像素形成。另外,以覆盖第一电极613的端部的方式形成有绝缘物614。绝缘物614可以使用正型光敏树脂膜来形成。
另外,为了提高形成于绝缘物614上的膜的覆盖率,将绝缘物614的上端部或下端部形成为具有曲率的曲面。例如,在作为绝缘物614的材料使用光敏丙烯酸树脂的情况下,优选仅使绝缘物614的上端部具有曲面。该曲面的曲率半径为0.2μm以上且0.3μm以下。此外,作为绝缘物614,可以使用负型光敏材料或正型光敏材料。
在第一电极613上形成有EL层616及第二电极617。在此,作为用作阳极的第一电极613的材料优选使用功函数大的材料。例如,除了ITO膜、包含硅的铟锡氧化物膜、包含2wt%以上且20wt%以下的氧化锌的氧化铟膜、氮化钛膜、铬膜、钨膜、Zn膜、Pt膜等的单层膜以外,还可以使用由氮化钛膜和以铝为主要成分的膜构成的叠层以及由氮化钛膜、以铝为主要成分的膜和氮化钛膜构成的三层结构等。注意,当采用叠层结构时,布线电阻也低,可以得到良好的欧姆接触,并且可以将其用作阳极。
另外,EL层616通过使用蒸镀掩模的蒸镀法、喷墨法、旋涂法等各种方法形成。作为构成EL层616的材料,也可以使用低分子化合物、或者高分子化合物(包含低聚物、树枝状聚合物)。
另外,作为形成在EL层616上并用作阴极的第二电极617的材料,优选使用功函数小的材料(Al、Mg、Li、Ca、或它们的合金及化合物、MgAg、MgIn、AlLi等)。注意,当使产生在EL层616中的光透过第二电极617时,作为第二电极617优选使用由厚度度减薄了的金属薄膜和透明导电膜(ITO、包含2wt%以上且20wt%以下的氧化锌的氧化铟、包含硅的铟锡氧化物、氧化锌(ZnO)等)构成的叠层。
此外,发光元件618由第一电极613、EL层616、第二电极617形成。该发光元件618优选具有实施方式1及实施方式2所示的结构。另外,像素部包括多个发光元件,本实施方式的发光装置也可以包括具有实施方式1及实施方式2所说明的结构的发光元件和具有其他结构的发光元件的双方。
再者,通过利用密封剂605将密封衬底604与元件衬底610贴合在一起,在由元件衬底610、密封衬底604及密封剂605围绕的空间607中设置有发光元件618。另外,在空间607中填充有填充剂,除了填充有惰性气体(氮、氩等)以外,还有时填充有树脂或干燥材料、或者树脂与干燥材料的双方。
作为密封剂605,优选使用环氧类树脂或玻璃粉。另外,这些材料优选是尽量不使水分、氧透过的材料。此外,作为用于密封衬底604的材料,除了玻璃衬底、石英衬底之外,还可以使用由FRP(Fiber Reinforced Plastics:纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯或丙烯酸树脂等构成的塑料衬底。
通过上述方法可以得到使用实施方式1及实施方式2中说明的发光元件的发光装置。
<发光装置的结构实例1>
在图6中,作为发光装置的一个例子示出形成有呈现白色发光的发光元件及着色层(滤色片)的发光装置的例子。
图6A示出衬底1001、基底绝缘膜1002、栅极绝缘膜1003、栅电极1006、1007、1008、第一层间绝缘膜1020、第二层间绝缘膜1021、周边部1042、像素部1040、驱动电路部1041、发光元件的第一电极1024W、1024R、1024G、1024B、分隔壁1026、EL层1028、发光元件的第二电极1029、密封衬底1031、密封剂1032等。
另外,在图6A和图6B中将着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)设置于透明基材1033上。另外,还可以设置黑色层(黑矩阵)1035。对设置有着色层及黑色层的透明基材1033进行对准将其固定在衬底1001上。此外,着色层及黑色层由覆盖层1036覆盖。另外,图6A示出光不透过着色层而透射到外部的发光层及光透过各颜色的着色层而透射到外部的发光层,不透过着色层的光成为白色光且透过着色层的光成为红色光、蓝色光、绿色光,因此能够以四个颜色的像素呈现图像。
图6B示出将红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B形成在栅极绝缘膜1003与第一层间绝缘膜1020之间的例子。如图6B所示,也可以将着色层设置在衬底1001与密封衬底1031之间。
另外,虽然作为上述说明的发光装置采用从形成有TFT的衬底1001一侧取出发光的结构(底部发射型)的发光装置,但是也可以采用从密封衬底1031一侧取出发光的结构(顶部发射型)的发光装置。
<发光装置的结构实例2>
图7示出顶部发射型发光装置的截面图。在此情况下,衬底1001可以使用不使光透过的衬底。直到制造连接TFT与发光元件的阳极的连接电极为止的工序与底部发射型发光装置同样地进行。然后,以覆盖电极1022的方式形成第三层间绝缘膜1037。该第三层间绝缘膜1037也可以具有平坦化的功能。第三层间绝缘膜1037可以使用与第二层间绝缘膜1021相同的材料或其他各种材料形成。
虽然发光元件的第一下部电极1025W、1025R、1025G、1025B在这里都为阳极,但是也可以为阴极。另外,在图7所示的顶部发射型的发光装置中,优选下部电极1025W、1025R、1025G、1025B为反射电极。另外,优选第二电极1029具有发射光及使光透过的功能。另外,优选在第二电极1029与下部电极1025W、1025R、1025G、1025B间采用微腔结构,来放大特定波长的光。EL层1028的结构采用如实施方式2所说明那样的结构,并且采用能够得到白色发光的元件结构。
在图6A、图6B和图7中,通过使用多个发光层或者使用多个发光单元等来实现能够得到白色发光的EL层的结构,即可。注意,获得白色发光的结构不局限于此。
在采用如图7所示的顶部发射结构的情况下,可以使用设置有着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)的密封衬底1031进行密封。可以在密封衬底1031上设置有位于像素与像素之间的黑色层(黑矩阵)1035。着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)、黑色层(黑矩阵)也可以由覆盖层覆盖。另外,作为密封衬底1031使用具有透光性的衬底。
另外,虽然在此示出了以红色、绿色、蓝色、白色的四个颜色进行全彩色显示的例子,但并不局限于此,也可以以红色、绿色、蓝色的三个颜色进行全彩色显示。另外,也可以以红色、绿色、蓝色和黄色的四个颜色进行全彩色显示。
通过上述方法可以得到使用实施方式1及实施方式2中说明的发光元件的发光装置。
另外,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(实施方式4)
在本实施方式中,说明本发明的一个方式的电子设备。
因为本发明的一个方式是使用有机EL的发光元件,可以制造具有平面、发光效率高且可靠性高的电子设备。另外,通过本发明的一个方式,可以制造具有曲面、发光效率高且可靠性高的电子设备。另外,通过本发明的一个方式,可以形成具有柔性、发光效率高且可靠性高的电子设备。
作为电子设备,例如可以举出:电视装置;台式或笔记本型个人计算机;用于计算机等的显示器;数码相机;数码摄像机;数码相框;移动电话机;便携式游戏机;便携式信息终端;声音再现装置;弹珠机等大型游戏机等。
此外,本发明的一个方式的发光装置不管外光的强度如何都可以实现高可见度。因此,适用于便携式电子设备、穿戴式电子设备以及电子书阅读器等。
图8A和图8B所示的便携式信息终端900包括外壳901、外壳902、显示部903及铰链部905等。
外壳901与外壳902通过铰链部905连接在一起。便携式信息终端900可以从折叠状态(图8A)转换成如图8B所示的展开状态。由此,携带时的可携带性好,并且由于具有大显示区域,所以使用时的可见度高。
便携式信息终端900跨着由铰链部905连接的外壳901和外壳902设置有柔性显示部903。
可以将使用本发明的一个方式制造的发光装置用于显示部903。由此,可以以高成品率制造便携式信息终端。
显示部903可以显示文件信息、静态图像和动态图像等中的至少一个。当在显示部中显示文件信息时,可以将便携式信息终端900用作电子书阅读器。
当使便携式信息终端900展开时,显示部903被保持为大幅度弯曲的状态。例如,可以以包括以1mm以上且50mm以下,优选为5mm以上且30mm以下的曲率半径弯曲的部分的方式保持显示部903。显示部903的一部分跨着外壳901和外壳902连续地配置有像素,从而能够进行曲面显示。
显示部903被用作触摸面板,可以用手指或触屏笔等进行操作。
显示部903优选由一个柔性显示器构成。由此,可以跨着外壳901和外壳902进行连续的显示。此外,外壳901和外壳902也可以分别设置有显示器。
为了避免在使便携式信息终端900展开时外壳901和外壳902所形成的角度超过预定角度,铰链部905优选具有锁定机构。例如,锁定角度(达到该角度时不能再继续打开)优选为90°以上且小于180°,典型的是,可以为90°、120°、135°、150°或175°等。由此,可以提高便携式信息终端900的方便性、安全性和可靠性。
当铰链部905具有上述锁定机构时,可以抑制过大的力施加到显示部903,从而可以防止显示部903的损坏。由此,可以实现可靠性高的便携式信息终端。
外壳901和外壳902也可以包括电源按钮、操作按钮、外部连接端口、扬声器、麦克风等。
外壳901和外壳902中的任一个可以设置有无线通信模块,可以通过因特网、局域网(LAN)、无线保真(Wi-Fi:注册商标)等计算机网络进行数据收发。
图8C所示的便携式信息终端910包括外壳911、显示部912、操作按钮913、外部连接端口914、扬声器915、麦克风916、照相机917等。
可以将利用本发明的一个方式制造的发光装置用于显示部912。由此,可以以高成品率制造便携式信息终端。
在便携式信息终端910中,在显示部912中具有触摸传感器。通过用手指或触屏笔等触摸显示部912可以进行打电话或输入文字等各种操作。
另外,通过操作按钮913的操作,可以进行电源的ON、OFF工作或切换显示在显示部912上的图像的种类。例如,可以将电子邮件的编写画面切换为主菜单画面。
另外,通过在便携式信息终端910内部设置陀螺仪传感器或加速度传感器等检测装置,可以判断便携式信息终端910的方向(纵向或横向),而对显示部912的屏面显示方向进行自动切换。另外,屏面显示方向的切换也可以通过触摸显示部912、操作操作按钮913或者使用麦克风916输入声音来进行。
便携式信息终端910例如具有选自电话机、笔记本和信息阅读装置等中的一种或多种功能。具体地说,便携式信息终端910可以被用作智能手机。便携式信息终端910例如可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编辑、音乐播放、动画播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。
图8D所示的照相机920包括外壳921、显示部922、操作按钮923、快门按钮924等。另外,照相机920安装有可装卸的镜头926。
可以将利用本发明的一个方式制造的发光装置用于显示部922。由此,可以以高成品率制造照相机。
在此,虽然照相机920具有能够从外壳921拆卸下镜头926而交换的结构,但是镜头926和外壳921也可以被形成为一体。
通过按下快门按钮924,照相机920可以拍摄静态图像或动态图像。另外,也可以使显示部922具有触摸面板的功能,通过触摸显示部922进行摄像。
另外,照相机920还可以具备另外安装的闪光灯装置及取景器等。另外,这些构件也可以组装在外壳921中。
图9A至图9E是示出电子设备的图。这些电子设备包括外壳9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006、传感器9007(它具有测量如下因素的功能:力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)、麦克风9008等。
可以将利用本发明的一个方式制造的发光装置用于显示部9001。由此,可以以高成品率制造电子设备。
图9A至图9E所示的电子设备可以具有各种功能。例如,可以具有如下功能:将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上;触摸面板;显示日历、日期或时刻等;通过利用各种软件(程序)控制处理;进行无线通信;通过利用无线通信功能来连接到各种计算机网络;通过利用无线通信功能,进行各种数据的发送或接收;读出储存在记录媒体中的程序或数据来将其显示在显示部上等。注意,图9A至图9E所示的电子设备所具有的功能不局限于上述功能,而也可以具有其他的功能。
图9A是示出手表型便携式信息终端9200的立体图,图9B是示出手表型便携式信息终端9201的立体图。
图9A所示的便携式信息终端9200可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编辑、音乐播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。另外,显示部9001的显示面弯曲,可沿着其弯曲的显示面进行显示。另外,便携式信息终端9200可以进行基于通信标准的近距离无线通信。例如,通过与可进行无线通信的耳麦相互通信,可以进行免提通话。另外,便携式信息终端9200包括连接端子9006,可以通过连接器直接与其他信息终端进行数据的交换。另外,也可以通过连接端子9006进行充电。另外,充电动作也可以利用无线供电进行,而不通过连接端子9006。
图9B所示的便携式信息终端9201与图9A所示的便携式信息终端不同之处在于显示部9001的显示面不弯曲。此外,便携式信息终端9201的显示部的外形为非矩形(在图9B中为圆形状)。
图9C至图9E是示出能够折叠的便携式信息终端9202的立体图。另外,图9C是将便携式信息终端9202展开的状态的立体图,图9D是将便携式信息终端9202从展开的状态和折叠的状态中的一个转换成另一个时的中途的状态的立体图,图9E是将便携式信息终端9202折叠的状态的立体图。
便携式信息终端9202在折叠状态下可携带性好,而在展开状态下因为具有无缝拼接较大的显示区域所以显示的一览性强。便携式信息终端9202所包括的显示部9001被由铰链9055连结的三个外壳9000支撑。通过铰链9055使两个外壳9000之间弯曲,可以使便携式信息终端9202从展开的状态可逆性地变为折叠的状态。例如,能够使便携式信息终端9202以1mm以上且150mm以下的曲率半径弯曲。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(实施方式5)
在本实施方式中,参照图10和图11说明将本发明的一个方式的发光元件适用于各种照明装置的情况的例子。通过使用本发明的一个方式的发光元件,可以制造发光效率高且可靠性高的照明装置。
通过将本发明的一个方式的发光元件形成在具有柔性的衬底上,能够实现包括具有曲面的发光区域的电子设备或照明装置。
另外,还可以将应用了本发明的一个方式的发光元件的发光装置适用于汽车的照明,其中该照明被设置于挡风玻璃、天花板等。
图10A示出多功能终端3500的一个面的立体图,图10B示出多功能终端3500的另一个面的立体图。在多功能终端3500中,外壳3502组装有显示部3504、照相机3506、照明3508等。可以将本发明的一个方式的发光装置用于照明3508。
将包括本发明的一个方式的发光装置的照明3508用作面光源。因此,不同于以LED(Light Emitting Diode)为代表的点光源,能够得到指向性低的发光。例如,在将照明3508和照相机3506组合使用的情况下,可以在使照明3508点亮或闪烁的同时使用照相机3506来进行拍摄。因为照明3508具有面光源的功能,可以获得仿佛在自然光下拍摄般的照片。
注意,图10A及图10B所示的多功能终端3500与图9A至图9C所示的电子设备同样地可以具有各种各样的功能。
另外,可以在外壳3502的内部设置扬声器、传感器(该传感器具有测量如下因素的功能:力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)、麦克风等。另外,通过在多功能终端3500内部设置具有陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器的检测装置,可以判断多功能终端3500的方向(纵或横)而自动进行显示部3504的屏面显示的切换。
另外,也可以将显示部3504用作图像传感器。例如,通过用手掌或手指触摸显示部3504,来拍摄掌纹、指纹等,能够进行个人识别。另外,通过在显示部3504中设置发射近红外光的背光或感测光源,也能够拍摄手指静脉、手掌静脉等。注意,可以将本发明的一个方式的发光装置适用于显示部3504。
图10C示出安全灯(security light)3600的立体图。灯3600在外壳3602的外侧包括照明3608,并且,外壳3602组装有扬声器3610等。可以将本发明的一个方式的发光元件用于照明3608。
灯3600例如在抓住或握住照明3608时可以进行发光。另外,可以在外壳3602的内部设置有能够控制灯3600的发光方式的电子电路。作为该电子电路,例如可以为能够实现一次或间歇性的多次发光的电路或通过控制发光的电流值能够调整发光的光量的电路。另外,也可以组装在照明3608进行发光的同时从扬声器3610发出很大的警报音的电路。
灯3600因为能够向所有方向发射光,所以可以发射光或发出光和声音来恐吓歹徒等。另外,灯3600可以具备通过包括数码静态相机等照相机来具有摄像功能的功能。
图11是将发光元件用于室内照明装置8501的例子。另外,因为发光元件可以实现大面积化,所以也可以形成大面积的照明装置。另外,也可以通过使用具有曲面的外壳来形成发光区域具有曲面的照明装置8502。本实施方式所示的发光元件为薄膜状,所以外壳的设计的自由度高。因此,可以形成能够对应各种设计的照明装置。并且,室内的墙面也可以设置有大型的照明装置8503。此外,也可以在照明装置8501、照明装置8502、照明装置8503中设置触摸传感器,启动或关闭电源。
另外,通过将发光元件用于桌子的表面一侧,可以提供具有桌子的功能的照明装置8504。另外,通过将发光元件用于其他家具的一部分,可以提供具有家具的功能的照明装置。
如上所述,通过应用本发明的一个方式的发光装置,能够得到照明装置及电子设备。注意,不局限于本实施方式所示的照明装置及电子设备,可以应用于各种领域的电子设备。
本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而实施。
实施例1
在本实施例中,说明本发明的一个方式的电子器件之一的发光元件的制造实例以及该发光元件的特性。此外,说明用于空穴注入层的有机化合物及空穴注入层的折射率。图2A示出在本实施例中制造的元件结构的截面图。另外,表1示出详细的元件结构。另外,下面示出所使用的化合物的结构及简称。
[化学式7]
[表1]
[表2]
[表3]
发光元件5、9 | 发光元件6、10 | 发光元件7、11 | 发光元件8、12 | |
x<sub>2</sub> | 0 | 5 | 10 | 15 |
<折射率的测量>
对用于对比发光元件1至对比发光元件4、发光元件5至发光元件8以及发光元件9至发光元件12的空穴注入层111的有机化合物及空穴注入层111的折射率进行测量。折射率利用J.A.Woolam公司制造的旋转补偿器型的多入射角高速光谱椭偏仪(M-2000U)在室温下测量。在石英衬底上利用真空蒸镀法制造测量样品。测量n Ordinary及n Extraordinary,而算出n average。
图12示出对波长为532nm的光的各膜的折射率进行测量的结果。由图12可知,用于对比发光元件1至对比发光元件4的DBT3P-II的折射率最高。用于发光元件5至发光元件8的dmCBP是折射率低的有机化合物,即n Ordinary为1.75以下。另外,用于发光元件9至发光元件12的TAPC是折射率非常低的有机化合物,即n Ordinary为1.70以下。
此外,空穴注入层111被要求空穴注入性,所以优选包含电子供给性材料。作为电子供给性材料使用折射率高的MoO3的各发光元件的空穴注入层111被估计为具有高折射率。然而,由图12可知,对各有机化合物添加各发光元件的空穴注入层111的MoO3而成的膜的折射率稍微大于各有机化合物的折射率。就是说,通过作为空穴注入层111使用折射率低的有机化合物,即便作为具有电子供给性的材料使用折射率高的材料也可以得到折射率低的空穴注入层111。
此外,由图12可知,各发光元件的空穴注入层111的n Ordinary与nExtraordinary之差小于各有机化合物的膜。就是说,电子接收性材料的MoO3与有机化合物的混合膜与有机化合物膜相比各向异性下降。
<发光元件的制造>
《对比发光元件1至对比发光元件4的制造》
作为电极101,在玻璃衬底上形成厚度为70nm的ITSO膜。另外,电极101的面积为4mm2(2mm×2mm)。另外,ITSO膜的波长为532nm的光的折射率(n Ordinary)为2.07。
接着,作为空穴注入层111,在电极101上以1,3,5-三-(4-二苯并噻吩基)-苯(简称:DBT3P-II)与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为2:0.5且厚度为x1nm的方式进行共蒸镀。注意,x1的值根据各发光元件而不同,表2示出各发光元件中的x1的值。
接着,作为空穴传输层112,在空穴注入层111上以厚度为20nm的方式蒸镀PCCP。
接着,作为发光层130(1),在空穴传输层112上以4,6mCzP2Pm、PCCP及Ir(pbi-diBuCNp)3(面式异构体:经式异构体=3:2的混合物)的重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pbi-diBuCNp)3)为0.5:0.5:0.1且厚度为20nm的方式进行共蒸镀,然后,作为发光层130(2),以重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pbi-diBuCNp)3)为0.8:0.2:0.1且厚度为20nm的方式进行共蒸镀。注意,在发光层130(1)及发光层130(2)中,Ir(pbi-diBuCNp)3为呈现磷光发光的客体材料。
接着,作为第一电子传输层118(1),在发光层130(2)上以4,6mCzP2Pm的厚度为20nm的方式及进行共蒸镀。然后,作为第二电子传输层118(2),在第一电子传输层118(1)上以厚度为10nm的方式蒸镀红菲咯啉(简称:BPhen)。
接着,作为电子注入层119,在第二电子传输层118(2)上以厚度为1nm的方式蒸镀氟化锂(LiF)。
接着,作为电极102,在电子注入层119上以厚度为200nm的方式形成铝(Al)。
接着,在氮气氛的手套箱中,使用有机EL用密封剂将密封用玻璃衬底固定于形成有有机材料的玻璃衬底上,来密封对比发光元件1至对比发光元件4。具体而言,将密封剂涂敷于形成有有机材料的玻璃衬底上的有机材料的周围,贴合该衬底和密封用玻璃衬底,以6J/cm2照射波长为365nm的紫外光,并且以80℃进行1小时的加热处理。通过上述工序获得对比发光元件1至对比发光元件4。
《发光元件5至发光元件8的制造》
发光元件5至发光元件8与上述对比发光元件1至对比发光元件4的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111的制造工序,而其他工序与对比发光元件1至对比发光元件4相同。
作为空穴注入层111(1),在电极101上以dmCBP与MoO3的重量比(dmCBP:MoO3)为2:0.5且厚度为35nm的方式进行共蒸镀,然后以DBT3P-II与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为2:0.5且厚度为x2nm的方式进行共蒸镀。注意,x2的值根据各发光元件而不同,表3示出各发光元件中的x2的值。
《发光元件9至发光元件12的制造》
发光元件9至发光元件12与上述对比发光元件1至对比发光元件4的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111的制造工序,而其他工序与对比发光元件1至对比发光元件4相同。
作为空穴注入层111(1),在电极101上以TAPC与MoO3的重量比(TAPC:MoO3)为2:0.5且厚度为35nm的方式进行共蒸镀,然后,以DBT3P-II与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为2:0.5且厚度为x2nm的方式进行共蒸镀。注意,x2的值根据各发光元件而不同,表3示出各发光元件中的x2的值。
<发光元件的特性>
接着,测量上述对比发光元件1至对比发光元件4及发光元件5至发光元件12的特性。在亮度及CIE色度的测定中,利用色亮度计(由Topcon Technohouse公司制造的BM-5A),在电致发射光谱的测定中,利用多通道光谱分析仪(由日本滨松光子学株式会社制造的PMA-11)。各发光元件的测定在室温(保持为23℃的气氛)下进行。
图13示出所制造的发光元件中的对比发光元件1、发光元件5及发光元件9的电流效率-亮度特性。此外,图14示出电流密度-电压特性。另外,图15示出外量子效率-亮度特性。注意,图15所示的外量子效率是不经过视角校正且从发光元件的正面方向测量时的外量子效率。另外,作为空穴注入层111的有机化合物,对比发光元件1使用DBT3P-II,发光元件5使用dmCBP,发光元件9使用TAPC,并且空穴注入层111之外的部分都具有相同的元件结构。
由图14可知,对比发光元件1、发光元件5及发光元件9具有相同程度的电流密度-电压特性。因此,即便在空穴注入层111中使用折射率低的有机化合物也具有良好的空穴注入特性。
此外,由图13及图15可知,对比发光元件1、发光元件5及发光元件9具有超过100cd/A的高电流效率及超过30%的高外量子效率。另外,将折射率低的有机化合物的dmCBP和TAPC用于空穴注入层111的发光元件5及发光元件9与使用折射率高的材料的DBT3P-II的对比发光元件1相比呈现高效率。
此外,图16示出以25mA/cm2的电流密度使电流流过对比发光元件1、发光元件5及发光元件9时的发射光谱。从图16可知,对比发光元件1、发光元件5及发光元件9的发射光谱在515nm及550nm附近具有峰值,该峰值来源于包含在发光层130中的客体材料的Ir(pbi-diBuCNp)3的发光。
此外,表4示出1000cd/m2附近的对比发光元件1至对比发光元件4及发光元件5至发光元件12的元件特性。表4所示的外量子效率是经过视角校正后的外量子效率。
[表4]
由上述结果可知,在本实施例中制造的对比发光元件1至对比发光元件4及发光元件5至发光元件12无论空穴注入层111的结构如何都呈现良好的驱动电压和发光效率。
<空穴注入层111的折射率与外量子效率的关系>
在图17中,使用表4所示的各元件的值表示用于各空穴注入层111的有机材料的色度x与外量子效率的关系。在图17中,作为“DBT3P-II”的曲线数据使用对比发光元件1至对比发光元件4的值,作为“dmCBP”的曲线数据使用发光元件5至发光元件8的值,作为“TAPC”的曲线数据使用发光元件9至发光元件12的值。在此,在对比发光元件1至对比发光元件4及发光元件5至发光元件12中,即使在空穴注入层111的厚度相同的情况下,根据所使用的有机化合物而折射率也不同,由此各发光元件的从发光区域到衬底的光程长变化。当光程长变化时,外量子效率也变化,因此,为了对空穴注入层111的折射率与外量子效率的关系进行评价,需要调整各发光元件的光程长,但是,在制造发光元件时调整EL层的厚度是困难的。
在使用相同发光材料的发光元件中,当各发光元件的从发光区域到衬底的光程长不同时,从该发光元件获得的发射光谱及色度有差异。另一方面,当从各发光元件获得同一色度时,从各发光元件提取的发射光谱被认为是同一的。就是说,当从各发光元件获得同一色度时,各发光元件的从发光区域到衬底的光程长可以说是同一的。因此,着眼于外量子效率与色度x或色度y的关系,可以对空穴注入层111的折射率与外量子效率的关系进行评价。
从图12可知,用于空穴注入层111的有机化合物按DBT3P-II>dmCBP>TAPC的顺序具有高折射率。由图17可知,用于空穴注入层111的有机化合物的折射率越低,外量子效率越高。这是因为:倏逝模式引起的光衰减得到减少,而光提取效率得到提高。
由此可知,通过在空穴注入层111中使用折射率低的有机化合物,可以在维持空穴注入特性的同时得到光提取效率高的发光元件。
<空穴注入层111中的电子供给性物质和电子接收性物质的体积比例与外量子效率的关系>
这里,对空穴注入层111中的相对于电子供给性物质的电子接收性物质(MoO3)的体积比例(以下,称为MoO3的体积比例)与外量子效率的关系进行调查。另外,表5示出详细的元件结构。另外,下面示出所使用的化合物的结构及简称。注意,关于其他有机化合物,可以参照上述化合物。
[化学式8]
[表5]
[表6]
发光元件13 | 发光元件14 | 发光元件15 | 发光元件16 | 发光元件17 | 发光元件18 | |
y | 0.25 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2 | 2.5 |
MoO<sub>3</sub>的体积比例 | 0.02 | 0.05 | 0.1 | 0.29 | 0.33 | 0.56 |
《发光元件13至发光元件18的制造》
发光元件13至发光元件18与上述对比发光元件1至对比发光元件4的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111和发光层130的制造工序,而其他工序与对比发光元件1至对比发光元件4相同。
作为空穴注入层111,在电极101上以DBT3P-II与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为3-y:y且厚度为40nm的方式进行共蒸镀。注意,y的值根据各发光元件而不同,表6示出各发光元件中的y的值。此外,表6还示出将重量比换算为MoO3的体积比例的结果。
接着,作为发光层130(1),在空穴传输层112上以4,6mCzP2Pm、PCCP及Ir(tBuppm)3的重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(tBuppm)3)为0.5:0.5:0.075且厚度为20nm的方式进行共蒸镀,然后,作为发光层130(2),以重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(tBuppm)3)为0.8:0.2:0.075且厚度为20nm的方式进行共蒸镀。注意,在发光层130(1)及发光层130(2)中,Ir(tBuppm)3是呈现磷光发光的客体材料。
<发光元件的特性>
接着,测量上述发光元件13至发光元件18的亮度-外量子效率特性。通过上述方法进行测量。
图18示出各元件的10000cd/m2附近的外量子效率与空穴注入层111中的MoO3的体积比例的关系。由图18可知,在相对于电子供给性物质的MoO3的体积比例大于0且0.3以下的区域中,外量子效率较高即呈现24%至26%的效率,但在大于0.3的区域中效率下降。这是因为:在MoO3的体积比例大于0.3的区域中,受到折射率大的电子接收性物质(MoO3)的影响而空穴注入层111的折射率变大,所以光提取效率下降。另一方面,在MoO3的体积比例大于0且0.3以下的区域中,折射率大的电子接收性物质(MoO3)的影响较小,其折射率小于电子接收性物质(MoO3)的电子供给性物质所具有的折射率强烈地影响到空穴注入层111的折射率,由此该区域具有高光提取效率。就是说,通过使用MoO3的体积比例大于0且0.3以下的浓度的空穴注入层111,可以制造光提取效率高的发光元件。
实施例2
在本实施例中,说明本发明的一个方式的电子器件的与实施例1不同的发光元件的制造实例以及该发光元件的特性。此外,说明用于空穴注入层111的有机化合物及空穴注入层的折射率。另外,表7示出详细的元件结构。下面示出所使用的化合物的结构及简称。注意,关于其他有机化合物,可以参照上述实施例1。
[化学式9]
[表7]
[表8]
对比发光元件19 | 对比发光元件20 | 对比发光元件21 | 对比发光元件22 | |
z<sub>1</sub> | 35 | 40 | 45 | 50 |
[表9]
发光元件23、27 | 发光元件24、28 | 发光元件25、29 | 发光元件26、30 | |
z<sub>2</sub> | 0 | 5 | 10 | 15 |
<折射率的测量>
测量用于对比发光元件19至对比发光元件22、发光元件23至发光元件26及发光元件27至发光元件30的空穴注入层111的有机化合物的折射率。与实施例1同样地进行折射率的测量。
图19示出对波长为532nm的光的各膜的折射率进行测量的结果。由图19可知,用于对比发光元件19至对比发光元件22的DBT3P-II的折射率最高。用于发光元件23至发光元件26的9-[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-9H-咔唑(简称:mCzFLP)是n Ordinary为1.75以下的折射率低的有机化合物。此外,用于发光元件27至发光元件30的4,4’-[双(9-苯基芴-9-基)]-三苯基胺(简称:FLP2A)是n Ordinary为1.75以下的折射率低的有机化合物。
另外,根据实施例1的结果可估计,发光元件23至发光元件30的空穴注入层111的mCzFLP或FLP2A与MoO3的混合膜具有与各有机化合物同样的折射率,与对比发光元件19至对比发光元件22的空穴注入层111的DBT3P-II与MoO3的混合膜相比具有低折射率。
<发光元件的制造>
《对比发光元件19至对比发光元件22的制造》
对比发光元件19至对比发光元件22与上述对比发光元件1至对比发光元件4的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111和发光层130的制造工序,而其他工序与对比发光元件1至对比发光元件4相同。
作为空穴注入层111在电极101上以DBT3P-II与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为2:0.5且厚度为z1nm的方式进行共蒸镀。注意,z1的值根据各发光元件而不同,表8示出各发光元件中的z1的值。
接着,作为发光层130(1),在空穴传输层112上以4,6mCzP2Pm、PCCP及Ir(ppy)3的重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)为0.5:0.5:0.1且厚度为20nm的方式进行共蒸镀,然后,作为发光层130(2),以重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)为0.8:0.2:0.1且厚度为20nm的方式进行共蒸镀。注意,在发光层130(1)及发光层130(2)中,Ir(ppy)3是呈现磷光发光的客体材料。
《发光元件23至发光元件26的制造》
发光元件23至发光元件26与上述对比发光元件19至对比发光元件22的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111的制造工序,而其他工序与对比发光元件19至对比发光元件22相同。
作为空穴注入层111(1),在电极101上以mCzFLP与MoO3的重量比(mCzFLP:MoO3)为2:0.5且厚度为35nm的方式进行共蒸镀,然后,以DBT3P-II与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为2:0.5且厚度为z2nm的方式进行共蒸镀。注意,z2的值根据各发光元件而不同,表9示出各发光元件中的z2的值。
《发光元件27至发光元件30的制造》
发光元件27至发光元件30与上述对比发光元件19至对比发光元件22的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111的制造工序,而其他工序与对比发光元件19至对比发光元件22相同。
作为空穴注入层111(1),在电极101上以FLP2A与MoO3的重量比(FLP2A:MoO3)为2:0.5且厚度为35nm的方式进行共蒸镀,然后,以DBT3P-II与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为2:0.5且厚度为z2nm的方式进行共蒸镀。注意,z2的值根据各发光元件而不同,表9示出各发光元件中的z2的值。
<发光元件的特性>
接着,测量上述对比发光元件19至对比发光元件22及发光元件23至发光元件30的特性。与实施例1同样地进行测量。
图20示出所制造的发光元件中的对比发光元件19、发光元件23及发光元件27的电流效率-亮度特性。此外,图21示出电流密度-电压特性。另外,图22示出外量子效率-亮度特性。注意,图22所示的外量子效率是不经过视角校正且从发光元件的正面方向测量时的外量子效率。另外,作为空穴注入层111的有机化合物,对比发光元件19使用DBT3P-II,发光元件23使用mCzFLP,发光元件27使用FLP2A,并且空穴注入层111之外的部分都具有相同的元件结构。
由图21可知,对比发光元件19、发光元件23及发光元件27具有相同程度的电流密度-电压特性。因此,与实施例1同样,即便在空穴注入层111中使用折射率低的有机化合物也具有良好的空穴注入特性。
此外,由图20及图22可知,对比发光元件19、发光元件23及发光元件27具有大约为100cd/A的高电流效率及超过25%的高外量子效率。另外,将折射率低的有机化合物的mCzFLP和FLP2A用于空穴注入层111的发光元件23及发光元件27与使用折射率高的材料的DBT3P-II的对比发光元件19相比呈现高效率。
此外,图23示出以25mA/cm2的电流密度使电流流过对比发光元件19、发光元件23及发光元件27时的发射光谱。从图23可知,对比发光元件19、发光元件23及发光元件27的发射光谱在518nm附近具有峰值,该峰值来源于包含在发光层130中的客体材料的Ir(ppy)3的发光。
此外,表10示出1000cd/m2附近的对比发光元件19至对比发光元件22及发光元件23至发光元件30的元件特性。
[表10]
由上述结果可知,在本实施例中制造的对比发光元件19至对比发光元件22及发光元件23至发光元件30无论空穴注入层111的结构如何都呈现良好的驱动电压和发光效率。
<空穴注入层111的折射率与外量子效率的关系>
在图24中,使用表10所示的各元件的值表示用于各空穴注入层111的有机材料的色度x与外量子效率的关系。在图24中,作为“DBT3P-II”的曲线数据使用对比发光元件19至对比发光元件22的值,作为“mCzFLP”的曲线数据使用发光元件23至发光元件26的值,作为“FLP2A”的曲线数据使用发光元件27至发光元件30的值。
从图19可知,用于空穴注入层111的有机化合物按DBT3P-II>mCzFLP>FLP2A的顺序具有高折射率。由图24可知,与实施例1同样,用于空穴注入层111的有机化合物的折射率越低,外量子效率越高。这是因为:倏逝模式引起的光衰减得到减少,而光提取效率得到提高。
由此可知,通过在空穴注入层111中使用折射率低的有机化合物,可以在维持空穴注入特性的同时得到光提取效率高的发光元件。
实施例3
在本实施例中,说明本发明的一个方式的电子器件之一的发光元件的制造实例以及该发光元件的特性。此外,说明用于空穴注入层的有机化合物及空穴注入层的折射率。图2A示出在本实施例中制造的元件结构的截面图。另外,表11至表14示出详细的元件结构。另外,所使用的化合物的结构及简称可以参照上述实施方式及实施例。
[表11]
[表12]
[表13]
对比发光元件31 | 对比发光元件32 | 对比发光元件33 | 对比发光元件34 | |
x<sub>3</sub> | 35 | 40 | 45 | 50 |
[表14]
<折射率的测量>
测量用于对比发光元件31至对比发光元件34、发光元件35至发光元件38、发光元件39至发光元件42、发光元件43至发光元件46及对比发光元件47至对比发光元件50的空穴注入层111的有机化合物以及用于对比发光元件31至对比发光元件34、发光元件35至发光元件38、发光元件39至发光元件42、发光元件43至发光元件46及对比发光元件47至对比发光元件50的空穴注入层111的折射率。与实施例1所记载的方法同样地进行折射率的测量。
图25示出对波长为532nm的光的各膜的折射率进行测量的结果。由图25可知,用于对比发光元件31至对比发光元件34的DBT3P-II的折射率最高。用于发光元件35至发光元件38的CzC、用于发光元件39至发光元件42的CzSi、用于发光元件43至发光元件46的FATPA以及用于对比发光元件47至对比发光元件50的1,4-二(三苯基硅烷基)苯(简称:UGH-2)是折射率非常低的有机化合物,即n Ordinary都为1.70以下。
此外,空穴注入层111被要求空穴注入性,所以优选包含电子供给性材料。作为电子供给性材料使用折射率高的MoO3的各发光元件的空穴注入层111被估计为具有高折射率。然而,由图25可知,对各有机化合物添加各发光元件的空穴注入层111的MoO3而成的膜的折射率稍微大于各有机化合物的折射率。就是说,通过作为空穴注入层111使用折射率低的具有电子供给性的材料,即便对该具有电子供给性的材料混合折射率高的材料也可以得到折射率低的空穴注入层111。
此外,由图25可知,各发光元件的空穴注入层111的n Ordinary与nExtraordinary之差小于各有机化合物的膜。就是说,电子共给性材料的MoO3与有机化合物的混合膜与有机化合物膜相比各向异性下降。
另外,用于发光元件39至发光元件42的空穴注入层111的有机化合物的CzSi与MoO3的混合膜及用于对比发光元件47至对比发光元件50的空穴注入层111的有机化合物的UGH-2与MoO3的混合膜具有与各有机化合物同样的折射率,其折射率被估计为低于对比发光元件1至对比发光元件4的空穴注入层111的DBT3P-II与MoO3的混合膜。
<发光元件的制造>
《对比发光元件31至对比发光元件34的制造》
作为电极101,在玻璃衬底上形成厚度为70nm的ITSO膜。另外,电极101的面积为4mm2(2mm×2mm)。
接着,作为空穴注入层111,在电极101上以1,3,5-三-(4-二苯并噻吩基)-苯(简称:DBT3P-II)与MoO3的重量比(DBT3P-II:MoO3)为2:0.5且厚度为x3nm的方式进行共蒸镀。注意,x3的值根据各发光元件而不同,表13示出各发光元件中的x3的值。
接着,作为空穴传输层112,在空穴注入层111上以厚度为20nm的方式蒸镀PCCP。
接着,作为发光层130(1),在空穴传输层112上以4,6mCzP2Pm、PCCP及Ir(ppy)3的重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)为0.5:0.5:0.1且厚度为20nm的方式进行共蒸镀,然后,作为发光层130(2),以重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)为0.8:0.2:0.1且厚度为20nm的方式进行共蒸镀。注意,在发光层130(1)及发光层130(2)中,Ir(ppy)3是呈现磷光发光的客体材料。
接着,作为第一电子传输层118(1),在发光层130(2)上以4,6mCzP2Pm的厚度为20nm的方式及进行共蒸镀。然后,作为第二电子传输层118(2),在第一电子传输层118(1)上以厚度为10nm的方式蒸镀红菲咯啉(简称:BPhen)。
接着,作为电子注入层119,在第二电子传输层118(2)上以厚度为1nm的方式蒸镀氟化锂(LiF)。
接着,作为电极102,在电子注入层119上以厚度为200nm的方式形成铝(Al)。
接着,在氮气氛的手套箱中,使用有机EL用密封剂将密封用玻璃衬底固定于形成有有机材料的玻璃衬底上,来密封对比发光元件31至对比发光元件34。具体而言,将密封剂涂敷于形成有有机材料的玻璃衬底上的有机材料的周围,贴合该衬底和密封用玻璃衬底,以6J/cm2照射波长为365nm的紫外光,并且以80℃进行1小时的加热处理。通过上述工序获得对比发光元件31至对比发光元件34。
《发光元件35至发光元件46及对比发光元件47至对比发光元件50的制造》
发光元件35至发光元件46及对比发光元件47至对比发光元件50与上述对比发光元件31至对比发光元件34的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111的制造工序,而其他工序与对比发光元件31至对比发光元件34相同。详细的元件结构如表11至表14所示,因此省略详细的制造方法。
<发光元件的特性>
接着,测量上述对比发光元件31至对比发光元件34、发光元件35至发光元件46及对比发光元件47至对比发光元件50的特性。与实施例1同样地进行测量。
图26示出所制造的发光元件中的对比发光元件31、发光元件35、发光元件39、发光元件43及对比发光元件47的电流效率-亮度特性。此外,图27示出电流密度-电压特性。另外,图28示出外量子效率-亮度特性。注意,图28所示的外量子效率是不经过视角校正且从发光元件的正面方向测量时的外量子效率。另外,作为空穴注入层111的有机化合物,对比发光元件31使用DBT3P-II,发光元件35使用CzC,发光元件39使用CzSi,发光元件43使用FATPA,对比发光元件47使用UGH-2,并且空穴注入层111之外的部分都具有相同的元件结构。
由图26及图28可知,对比发光元件31、发光元件35、发光元件39、发光元件43及对比发光元件47具有超过90cd/A的高电流效率及超过25%的高外量子效率。另外,将折射率低的有机化合物用于空穴注入层111的发光元件35、发光元件39、发光元件43及对比发光元件47与使用折射率高的材料的DBT3P-II的对比发光元件31相比呈现高效率。由此可知,通过在空穴注入层111中使用折射率小的有机化合物,可以抑制倏逝波引起的光衰减。
此外,由图27可知,对比发光元件31、发光元件35、发光元件39及发光元件43具有相同程度的良好的电流密度-电压特性。另一方面,对比发光元件47与对比发光元件31、发光元件35、发光元件39及发光元件43相比电流密度-电压特性下降,空穴注入性较低。这是因为UGH-2在分子中不具有电子供给性基。因此,当在分子内具有电子供给性基时,即便将折射率小的材料用于空穴注入层111,也可以制造具有高空穴注入特性的空穴注入层111。
此外,图29示出以25mA/cm2的电流密度使电流流过对比发光元件31、发光元件35、发光元件39、发光元件43及对比发光元件47时的发射光谱。从图29可知,对比发光元件31、发光元件35、发光元件39、发光元件43及对比发光元件47的发射光谱在518nm附近具有峰值,该峰值来源于包含在发光层130中的客体材料的Ir(ppy)3的发光。
此外,表15示出1000cd/m2附近的对比发光元件31至对比发光元件34、发光元件35至发光元件46及对比发光元件47至对比发光元件50的元件特性。表15所示的外量子效率是经过视角校正后的外量子效率。
[表15]
由上述结果可知,在本实施例中制造的对比发光元件31至对比发光元件34、发光元件35至发光元件46及对比发光元件47至对比发光元件50无论空穴注入层111的结构如何都呈现良好的驱动电压和发光效率。
<发光元件的可靠性>
接着,在2mA恒电流下对对比发光元件31、发光元件35、发光元件39、发光元件43及对比发光元件47进行驱动测试。图30示出其结果。由图30可知,对比发光元件31、发光元件35、发光元件39及发光元件43的可靠性高于对比发光元件47。尤其是,发光元件43具有高可靠性。如上所述,因为用于对比发光元件31、发光元件35、发光元件39及发光元件43的空穴注入层111的有机化合物在分子内具有电子供给性基,所以可认为与用于对比发光元件47的UGH-2相比具有高空穴注入性。因此,空穴注入层111的空穴注入性越高,发光元件的可靠性越高。注意,在图30中,对比发光元件31、发光元件35及发光元件39的可靠性测试结果彼此重叠。
<空穴注入层111的折射率与外量子效率的关系>
在图31中,使用表15所示的各元件的值表示用于各空穴注入层111的有机材料的色度x与外量子效率的关系。在图31中,作为“DBT3P-II”的曲线数据使用对比发光元件31至对比发光元件34的值,作为“CzC”的曲线数据使用发光元件35至发光元件38的值,作为“CzSi”的曲线数据使用发光元件39至发光元件42的值,作为“FATPA”的曲线数据使用发光元件43至发光元件46的值,作为“UGH-2”的曲线数据使用对比发光元件47至对比发光元件50的值。
从图25可知,用于空穴注入层111的有机化合物的DBT3P-II具有超过1.80的高折射率,但是CzC、CzSi、FATPA及UGH-2是具有1.70以下的低折射率的有机化合物。从图31可知,与将DBT3P-II用于空穴注入层111的发光元件相比,将折射率低的有机化合物用于空穴注入层111的发光元件具有高外量子效率。这是因为:倏逝模式引起的光衰减得到减少,而光提取效率得到提高。
由此可知,通过在空穴注入层111中使用四芳基甲烷骨架和四芳基硅烷骨架中的任一个及具有电子供给性基的有机化合物,可以在维持空穴注入特性的同时得到光提取效率及可靠性高的发光元件。
实施例4
在本实施例中,说明本发明的一个方式的电子器件之一的发光元件的制造实例以及该发光元件的特性。此外,说明用于空穴注入层的有机化合物及空穴注入层的折射率。图2A示出在本实施例中制造的元件结构的截面图。另外,表16及表17示出详细的元件结构。下面示出所使用的化合物的结构及简称。注意,关于其他有机化合物,可以参照上述实施例及实施方式。注意,在本实施例所示的发光元件中,作为空穴注入层111不使用金属氧化物,仅由有机化合物构成空穴注入层111。
[化学式10]
[表16]
[表17]
<折射率的测量>
测量对比发光元件51至对比发光元件54、对比发光元件55至对比发光元件58、发光元件59至发光元件62及发光元件63至发光元件66的空穴注入层111的折射率。与实施例1所记载的方法同样地进行折射率的测量。表18示出波长为633nm的光的各膜的折射率(nOrdinary)的值。
[表18]
空穴注入层111(重量比) | n ordinary |
β-TNB:p-dopant(1:0.01) | 1.77 |
NPB:p-dopant(1:0.01) | 1.77 |
BPAFLP:p-dopant(1:0.01) | 1.73 |
TAPC:p-dopant(1:0.01) | 1.67 |
由表18可知,用于对比发光元件51至对比发光元件54的N,N,N’,N’-四-萘-2-基-联苯胺(简称:β-TNB)与p-dopant(从分析工房株式会社购买的材料)的混合膜及用于对比发光元件55至对比发光元件58的NPB与p-dopant的混合膜具有大于1.75的高折射率。另一方面,用于发光元件59至发光元件62的BPAFLP与p-dopant的混合膜及用于发光元件63至发光元件66的TAPC与p-dopant的混合膜具有低于1.75的低折射率。
<发光元件的制造>
《对比发光元件51至对比发光元件54的制造》
作为电极101,在玻璃衬底上形成厚度为70nm的ITSO膜。另外,电极101的面积为4mm2(2mm×2mm)。
接着,作为空穴注入层111,在电极101上以β-TNB与p-dopant的重量比(β-TNB:p-dopant)为1:0.01且厚度为60nm的方式进行共蒸镀。
接着,作为空穴传输层112,在空穴注入层111上以厚度为z1nm的方式蒸镀PCBBiF。注意,z1的值根据各发光元件而不同,表17示出各发光元件中的z1的值。
接着,作为发光层130(1),在空穴传输层112上以2mDBTBPDBq-II、PCBBiF及Ir(dppm)2(acac)的重量比(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dppm)2(acac))为0.7:0.3:0.06且厚度为20nm的方式进行共蒸镀,然后,作为发光层130(2),以重量比(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dppm)2(acac))为0.8:0.2:0.06且厚度为20nm的方式进行共蒸镀。注意,在发光层130(1)及发光层130(2)中,Ir(dppm)2(acac)是呈现磷光发光的客体材料。
接着,作为第一电子传输层118(1),在发光层130(2)上以2mDBTBPDBq-II的厚度为20nm的方式进行共蒸镀。然后,作为第二电子传输层118(2),在第一电子传输层118(1)上以厚度为20nm的方式蒸镀2,9-双(萘-2-基)-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(简称:NBPhen)。
接着,作为电子注入层119,在第二电子传输层118(2)上以厚度为1nm的方式蒸镀氟化锂(LiF)。
接着,作为电极102,在电子注入层119上以厚度为200nm的方式形成铝(Al)。
接着,在氮气氛的手套箱中,使用有机EL用密封剂将密封用玻璃衬底固定于形成有有机材料的玻璃衬底上,来密封对比发光元件51至对比发光元件54。具体而言,将密封剂涂敷于形成有有机材料的玻璃衬底上的有机材料的周围,贴合该衬底和密封用玻璃衬底,以6J/cm2照射波长为365nm的紫外光,并且以80℃进行1小时的加热处理。通过上述工序获得对比发光元件51至对比发光元件54。
《对比发光元件55至对比发光元件58及发光元件59至发光元件66的制造》
对比发光元件55至对比发光元件58及发光元件59至发光元件66与上述对比发光元件51至对比发光元件54的制造工序的不同之处仅在于空穴注入层111的制造工序,而其他工序与对比发光元件51至对比发光元件54相同。详细的元件结构如表16及表17所示,因此省略详细的制造方法。
<发光元件的特性>
接着,测量上述对比发光元件51至对比发光元件58及发光元件59至发光元件66的特性。与实施例1同样地进行测量。表19示出1000cd/m2附近的各元件的特性。表19所示的外量子效率是经过视角校正前的外量子效率。
[表19]
由上述结果可知,在本实施例中制造的对比发光元件51至对比发光元件58及发光元件59至发光元件66无论空穴注入层111的结构如何都呈现良好的驱动电压和发光效率。
<空穴注入层111的折射率与外量子效率的关系>
在图32中,使用表19所示的各元件的值表示用于各空穴注入层111的有机材料的色度y与外量子效率的关系。在图32中,作为“β-TNB”的曲线数据使用对比发光元件51至对比发光元件54的值,作为“NPB”的曲线数据使用对比发光元件55至对比发光元件58的值,作为“BPAFLP”的曲线数据使用发光元件59至发光元件62的值,作为“TAPC”的曲线数据使用发光元件63至发光元件66的值。
从表18可知,当将β-TNB及NPB用于空穴注入层111时,空穴注入层111具有超过1.75的高折射率,但是当将BPAFLP及TAPC用于空穴注入层111时,空穴注入层111具有1.75以下的低折射率。从图32可知,例如在对y色度0.435附近的各发光元件的外量子效率进行比较时,包括折射率低的空穴注入层111的发光元件具有更高的外量子效率。因此,在具有相同色度的情况下,包括折射率低的空穴注入层111的发光元件具有更高的发光效率。这是因为:倏逝模式引起的光衰减得到减少,而光提取效率得到提高。
(参考例1)
在本参考例中,说明在实施例1中使用的Ir(pbi-diBuCNp)3的合成方法。
<步骤1;4-氨基-3,5-二异丁基苯腈的合成>
将52g(280mmol)的4-氨基-3,5-二氯苯腈、125g(1226mmol)的异丁基硼酸、260g(1226mmol)的磷酸三钾、5.4g(13.1mmol)的2-二环己基膦基-2’,6’-二甲氧基联苯(S-phos)以及1500mL的甲苯放入到3000mL三口烧瓶中,对该烧瓶内进行氮气置换,在烧瓶内进行减压的同时进行搅拌,以使该混合物脱气。在脱气之后,添加4.8g(5.2mmol)的三(二亚苄基丙酮)二钯(0),在氮气流下以130℃搅拌12小时。在得到的反应溶液中加入甲苯,通过依次层叠有硅藻土(日本和光纯药工业株式会社、目录号码:531-16855)/硅酸镁(日本和光纯药工业株式会社、目录号码:540-00135)/氧化铝的助滤剂进行抽滤。浓缩所得到的滤液,得到油状物。通过硅胶柱层析法使所得到的油状物纯化。作为展开溶剂,使用甲苯。浓缩所得到的馏分,以95%的收率得到61g的黄色油状物。利用核磁共振法(NMR)确认到得到的黄色油状物为4-氨基-3,5-二异丁基苯腈。下述式(a-1)示出步骤1的合成方案。
[化学式11]
<步骤2;4-[N-(2-硝基苯基)氨基]-3,5-二异丁基苯腈的合成>
将30g(131mmol)的通过步骤1合成的4-氨基-3,5-二异丁基苯腈、86g(263mmol)的碳酸铯、380mL的二甲亚砜(DMSO)以及19g(131mmol)的2-氟硝基苯放入到1000mL三口烧瓶中,在氮气流下以120℃搅拌20小时。在经过指定时间之后,使用氯仿对反应溶液进行萃取,以得到粗产物。通过硅胶柱层析法使所得到的粗产物纯化。作为展开溶剂,使用己烷:乙酸乙酯=7:1。浓缩所得到的馏分,而得到橙色固体。对所得到的固体添加己烷并进行抽滤,以35%的收率得到16g的黄色固体。利用核磁共振法(NMR)确认到得到的黄色固体为4-[N-(2-硝基苯基)氨基]-3,5-二异丁基苯腈。下述式(a-2)示出步骤2的合成方案。
[化学式12]
<步骤3;4-[N-(2-氨基苯基)氨基]-3,5-二异丁基苯腈的合成>
将21g(60.0mmol)的通过步骤2合成的4-[N-(2-硝基苯基)氨基]-3,5-二异丁基苯腈、11mL(0.6mol)的水以及780mL的乙醇放入到2000mL三口烧瓶中,并进行搅拌。对该混合物添加57g(0.3mol)的氯化锡(II),在氮气流下以80℃搅拌7.5小时。在经过指定时间之后,将该混合物倒入400mL的2M氢氧化钠水溶液,在室温下搅拌16小时。对所析出的沉淀物进行抽滤而去除,用氯仿洗涤,以得到滤液。使用氯仿对所得到的滤液进行萃取。然后,浓缩所萃取的溶液,以100%的收率得到20g的白色固体。利用核磁共振法(NMR)确认到得到的白色固体为4-[N-(2-氨基苯基)氨基]-3,5-二异丁基苯腈。下述式(a-3)示出步骤3的合成方案。
[化学式13]
<步骤4;1-(4-氰-2,6-二异丁基苯基)-2-苯基-1H-苯并咪唑(简称:Hpbi-diBuCNp)的合成>
将20g(60.0mmol)的通过步骤3合成的4-[N-(2-氨基苯基)氨基]-3,5-二异丁基苯腈、200mL的乙腈以及6.4g(60.0mmol)的苯甲醛放入到1000mL茄形烧瓶中,以100℃搅拌1小时。对该混合物添加100mg(0.60mmol)的氯化铁(III),以100℃搅拌24小时。在经过指定时间之后,使用氯仿对反应溶液进行萃取,以得到油状物。在得到的油状物中加入甲苯,通过依次层叠有硅藻土/硅酸镁/氧化铝的助滤剂进行抽滤。浓缩所得到的滤液,得到油状物。通过硅胶柱层析法使所得到的油状物纯化。作为展开溶剂,使用甲苯。浓缩所得到的馏分,以得到固体。利用乙酸乙酯/己烷使该固体再结晶,以18%的收率得到4.3g的目的物的白色固体。利用核磁共振法(NMR)确认到得到的白色固体为1-(4-氰-2,6-二异丁基苯基)-2-苯基-1H-苯并咪唑(简称:Hpbi-diBuCNp)。下述式(a-4)示出步骤4的合成方案。
[化学式14]
<步骤5;三{2-[1-(4-氰-2,6-二异丁基苯基)-1H-苯并咪唑-2-基-κN3]苯基-κC}铱(III)(简称:Ir(pbi-diBuCNp)3)的合成>
将1.8g(4.4mmol)的通过步骤4合成的1-(4-氰-2,6-二异丁基苯基)-2-苯基-1H-苯并咪唑(简称:Hpbi-diBuCNp)以及0.43g(0.88mmol)的三(乙酰丙酮)铱(III)放入到安装有三通旋塞的反应容器中,以250℃加热39小时。将甲苯添加到所得到的反应混合物中,而去除不溶物。浓缩所得到的滤液,得到固体。通过硅胶柱层析法(使用中性硅胶)使所得到的固体纯化。作为展开溶剂,使用甲苯。浓缩所得到的馏分,以得到固体。利用乙酸乙酯/己烷使所得到的固体再结晶,以21%的收率得到0.26g的黄色固体。下述式(a-5)示出合成方案。
[化学式15]
利用核磁共振法(NMR)对通过上述步骤得到的黄色固体的质子(1H)进行了测量。从测量结果可知,在本参考例中得到了Ir(pbi-diBuCNp)3(面式异构体和经式异构体的混合物)。另外,通过1H-NMR确认到面式异构体和经式异构体的异构体混合物。异构体比例为面式异构体:经式异构体=3:2。
[符号说明]
10:衬底、11:电极、12:电极、15:衬底、20:有机半导体层、30:载流子传输层、40:功能层、50:电子器件、100:EL层、101:电极、102:电极、106:发光单元、108:发光单元、110:发光单元、111:空穴注入层、112:空穴传输层、113:电子传输层、114:电子注入层、115:电荷产生层、116:空穴注入层、117:空穴传输层、118:电子传输层、119:电子注入层、120:发光层、121:客体材料、122:主体材料、130:发光层、131:客体材料、131_1:有机化合物、131_2:有机化合物、132:主体材料、134:发光区域、140:发光层、141:客体材料、142:主体材料、142_1:有机化合物、142_2:有机化合物、150:发光元件、170:发光层、200:衬底、250:发光元件、252:发光元件、601:源极一侧驱动电路、602:像素部、603:栅极一侧驱动电路、604:密封衬底、605:密封剂、607:空间、608:布线、610:元件衬底、611:开关用TFT、612:电流控制用TFT、613:电极、614:绝缘物、616:EL层、617:电极、618:发光元件、623:n沟道TFT、624:p沟道TFT、900:便携式信息终端、901:外壳、902:外壳、903:显示部、905:铰链部、910:便携式信息终端、911:外壳、912:显示部、913:操作按钮、914:外部连接端口、915:扬声器、916:麦克风、917:照相机、920:照相机、921:外壳、922:显示部、923:操作按钮、924:快门按钮、926:镜头、1001:衬底、1002:基底绝缘膜、1003:栅极绝缘膜、1006:栅电极、1007:栅电极、1008:栅电极、1020:层间绝缘膜、1021:层间绝缘膜、1022:电极、1024B:电极、1024G:电极、1024R:电极、1024W:电极、1025B:下部电极、1025G:下部电极、1025R:下部电极、1025W:下部电极、1026:分隔壁、1028:EL层、1029:电极、1031:密封衬底、1032:密封剂、1033:基材、1034B:着色层、1034G:着色层、1034R:着色层、1036:保护层、1037:层间绝缘膜、1040:像素部、1041:驱动电路部、1042:周边部、3054:显示部、3500:多功能终端、3502:外壳、3504:显示部、3506:照相机、3508:照明、3600:灯、3602:外壳、3608:照明、3610:扬声器、8501:照明装置、8502:照明装置、8503:照明装置、8504:照明装置、9000:外壳、9001:显示部、9003:扬声器、9005:操作键、9006:连接端子、9007:传感器、9008:麦克风、9055:铰链、9200:便携式信息终端、9201:便携式信息终端、9202:便携式信息终端
Claims (22)
1.一种电子器件,包括:
第一电极;
第二电极;
第一层;以及
第二层,
其中,所述第一层设置在所述第一电极与所述第二层之间,
所述第二层设置在所述第一层与所述第二电极之间,
所述第一层包含第一物质和第一有机化合物,
所述第一物质具有电子接收性,
并且,所述第一有机化合物为薄膜时的折射率为1以上且1.75以下。
2.一种电子器件,包括:
第一电极与第二电极之间的第一层,
其中,所述第一层包含第一有机化合物及第一物质,
所述第一有机化合物具有第一骨架和电子供给性骨架,
并且,所述第一骨架为四芳基甲烷骨架或四芳基硅烷骨架。
3.一种电子器件,包括:
第一电极与第二电极之间的第一层、第二层及第三层,
其中,所述第一层设置在所述第一电极与所述第二层之间,
所述第二层设置在所述第一层与所述第三层之间,
所述第一层包含第一物质及第一有机化合物,
所述第一物质具有电子接收性,
所述第三层具有发射或吸收光的功能,
所述第一层的折射率低于所述第二层的折射率及所述第三折射率的双方,
并且,所述第一有机化合物为薄膜时的折射率为1以上且1.75以下。
4.根据权利要求2所述的电子器件,其中所述第一层的折射率为1以上且1.75以下。
5.根据权利要求2所述的电子器件,
其中所述四芳基甲烷骨架及所述四芳基硅烷骨架的芳基分别独立地是取代或未取代的碳原子数为6至13的芳基,
并且所述芳基彼此键合而形成环。
6.根据权利要求5所述的电子器件,
其中所述芳基分别独立地是取代或未取代的苯基,
并且所述苯基彼此键合而形成环。
7.根据权利要求2所述的电子器件,其中所述电子供给性骨架具有吡咯骨架、芳香胺骨架、吖啶骨架和氮杂卓骨架中的任一个。
8.根据权利要求2所述的电子器件,其中所述第一有机化合物的玻璃转移点(Tg)为100℃以上。
9.根据权利要求1或2所述的电子器件,其中所述第一层的折射率低于所述第二层的折射率。
10.根据权利要求1或3所述的电子器件,其中所述第一有机化合物具有电子供给性。
11.根据权利要求3所述的电子器件,其中所述第三层与所述第二层接触。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中所述第一层与所述第二层接触。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中所述第一层的折射率低于所述第一电极的折射率。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中相对于所述第一有机化合物的所述第一物质的体积比例为0.01以上且0.3以下。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中所述第一物质包含钛氧化物、钒氧化物、钽氧化物、钼氧化物、钨氧化物、铼氧化物、钌氧化物、铬氧化物、锆氧化物、铪氧化物和银氧化物中的任一个。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中所述第一物质是TCNQ、F4TCNQ和F6TCNNQ中的任一个。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中所述第一电极是阳极,所述第二电极是阴极。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中所述第二层具有发光功能。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件,其中所述第二层具有光电转换功能。
20.一种显示装置,包括:
权利要求1至权利要求3中任一项所述的电子器件;以及
滤色片和晶体管中的至少一个。
21.一种电子设备,包括:
权利要求20所述的显示装置;以及
外壳和触摸传感器中的至少一个。
22.一种照明装置,包括:
权利要求1至权利要求3中任一项所述的电子器件;以及
外壳和触摸传感器中的至少一个。
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