CN1674737A - 有机电致发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驱动电压低且长寿命的有机电致发光元件以及驱动电压低且可以得到所期望的发光色的有机电致发光元件。有机EL元件(100)具有在基板(1)上顺序层叠空穴注入电极(2)、空穴注入层(3a)、空穴输送层(4)、发光层(5)、电子注入限制层(6)、电子输送层(7)及电子注入电极(8)的结构。使用与电子输送层(7)相比电子移动度低或最低空分子轨道(LUMO)的能级低的材料作为电子注入限制层(6)。

Description

有机电致发光元件
技术领域
本发明涉及有机电致发光元件。
背景技术
近年来，随着信息设备的多样化，与通常使用的CRT(阴极线管)相比，对消耗电力少的平面显示元件的需求日益多起来。作为这样的平面显示元件之一，具有高效率、薄型、轻量、低视野角依赖性等特征的有机电致发光(以下简称为“有机EL”)元件倍受注目。
有机EL元件具有在空穴注入电极和电子注入电极之间依次形成空穴输送层、发光层及电子输送层的层叠构造。
在现有的有机EL元件中，例如通常广泛使用三(8-羟基喹啉)铝(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum：以下简记为Alq3)等作为电子输送层。
但是，上述Alq3的电子移动度低。因此，在使用Alq3作为电子输送层的情况下，当想要将充分的电子注入到发光层时，驱动电压变高，消耗电力变大。
非专利文献1报告了一种作为具有比Alq3的电子移动度高的材料的菲绕啉衍生物。而且，非专利文献2也报告了一种作为具有比Alq3的电子移动度高的材料的Siloles衍生物。通过将这些电子移动度高的有机材料用于电子输送层中，可以大大地降低驱动电压。
[非专利文献1]Appl.Phys.Lett.，Vol.76，No.2，10 January 2000，p197～199
[非专利文献2]Appl，Phys.Lett.，Vol.80，No.2，14 January 2002，p189～191
但是，当使用上述非专利文献1及非专利文献2所记载那样的电子移动度高的材料作为电子输送层时，有机EL元件内的电子和空穴的再结合区域移向空穴注入电极侧，到达空穴输送层的电子的量变多。通常用作空穴输送层材料的三苯基胺衍生物在收纳电子时变得非常不稳定且恶化。其结果是，有机EL元件的发光寿命变短。
再者，在具有二层以上的发光层的有机EL元件中，当电子和空穴的再结合区域向空穴注入电极侧移动时，空穴注入电极侧的发光层中的发光强度与电子注入电极侧的发光层中的发光强度相比变高，得不到所期望的发光色。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驱动电压低且长寿命的有机电致发光元件。
本发明的其它目的在于提供一种驱动电压低且可以得到所期望的发光色的有机电致发光元件。
本发明的有机电致发光元件，顺序具备空穴注入电极、发光层和电子注入电极，在发光层和电子注入电极之间还具备促进电子输送的电子输送层和限制电子移动的电子限制层。
本发明的有机电致发光元件，在发光层和电子注入电极之间设置有促进电子输送的电子输送层。由此，因为可以将电子有效地注入到发光层，所以可以降低有机电致发光元件的驱动电压。
再者，在发光层和电子注入电极之间设置有限制电子移动的电子限制层。由此，限制从电子注入电极向发光层要注入的电子的移动，空穴和电子的再结合区域向电子注入电极侧移动。因此，不与空穴再结合而通过发光层到达空穴注入电极侧的层的电子减少。其结果是，可防止因电子造成的空穴注入电极侧的层的劣化，可延长有机电致发光元件的发光寿命。
此外，作为电子限制层的材料，选择相比于电子输送层的材料而具有低电子移动度的材料。
电子限制层可以设置在发光层和电子输送层之间。此时，利用电子输送层促进电子的输送，降低有机电致发光元件的驱动电压。而且，利用电子限制层可防止空穴注入电极侧的层的劣化，延长有机电致发光元件的发光寿命。
电子限制层可以设置在电子输送层和电子注入电极之间。此时，利用电子输送层促进电子的输送，降低有机电致发光元件的驱动电压。而且，利用电子限制层可防止空穴注入电极侧的层的劣化，延长有机电致发光元件的发光寿命。
电子限制层的最低空分子轨道的能级可比电子输送层的最低空分子轨道的能级低。此时，由于确实可以限制从电子输送层要注入电子限制层的电子，所以可防止因电子造成的空穴注入电极侧的层的劣化。由此，可延长有机电致发光元件的发光寿命。
电子限制层包括具有式(1)表示的分子结构的有机化合物，式(1)中的R1～R3可以相同或不同，可以是氢原子、卤原子或者烷基。此时，由于电子限制层的最低空分子轨道的能级变低并且电子限制层的电子移动度也变低，所以充分地抑制电子到达空穴注入电极侧的层，可充分延长有机电致发光元件的发光寿命。
电子限制层可包括具有式(2)表示的分子结构的三(8-羟基喹啉)铝(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)。此时，由于电子限制层的最低空分子轨道的能级变低并且电子限制层的电子移动度也变低，所以充分地抑制电子到达空穴注入电极侧的层，可充分延长有机电致发光元件的发光寿命。
Figure A20051006404500112
电子限制层可包括具有式(3)表示的分子结构的有机化合物，式(3)中的R4～R7可以相同或不同，可以是氢原子、卤原子或者烷基。此时，由于电子限制层的最低空分子轨道的能级变低并且电子限制层的电子移动度也变低，所以充分地抑制电子到达空穴注入电极侧的层，可充分延长有机电致发光元件的发光寿命。
Figure A20051006404500121
电子限制层可包括蒽衍生物。此时，由于电子限制层的最低空分子轨道的能级变低并且电子限制层的电子移动度也变低，所以充分地抑制电子到达空穴注入电极侧的层，可充分延长有机电致发光元件的发光寿命。
电子限制层可包括具有式(4)表示的分子结构的叔丁基取代二萘基蒽。此时，由于电子限制层的最低空分子轨道的能级变低并且电子限制层的电子移动度也变低，所以充分地抑制电子到达空穴注入电极侧的层，可充分延长有机电致发光元件的发光寿命。
电子输送层可包括菲绕啉化合物。此时，由于充分地促进电子的移动，所以可以使有机电致发光元件的驱动电压充分地降低。
电子输送层可包括具有式(5)表示的分子结构的1，10-菲绕啉或其衍生物。此时，由于充分地促进电子的移动，所以可以使有机电致发光元件的驱动电压充分地降低。
Figure A20051006404500131
电子输送层可包括具有式(6)表示的分子结构的菲绕啉衍生物，式(6)中的R8～R11可以相同或不同，可以是氢原子、卤原子、脂肪族取代基或者芳香族取代基。此时，由于充分地促进电子的移动，所以可以使有机电致发光元件的驱动电压充分地降低。
Figure A20051006404500132
电子输送层可包括具有式(7)表示的分子结构的2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲绕啉(2，9-Dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline)。此时，由于充分地促进电子的移动，所以可以使有机电致发光元件的驱动电压充分地降低。
Figure A20051006404500133
电子输送层可包括具有式(8)表示的分子结构的Siloles衍生物，式(8)中的R12～R15可以相同或不同，可以是氢原子、卤原子、脂肪族取代基或者芳香族取代基。此时，由于充分地促进电子的移动，所以可以使有机电致发光元件的驱动电压充分地降低。
Figure A20051006404500141
发光层可包括基质材料和发光掺杂剂。此时，可提高有机电致发光元件的发光效率。
基质材料可以包括蒽衍生物、铝配位化合物、红荧烯衍生物和芳基胺衍生物中的任一种。此时，可提高有机电致发光元件的发光效率。
发光掺杂剂可包括将三重态激发能变换为发光的材料。此时，可进一步提高有机电致发光元件的发光效率。
基质材料可包含由式(4)表示的叔丁基取代二萘基蒽(tert-butylsubstituted dinaphthylanthracene)，掺杂剂可包括由式(9)表示的1，4，7，10-四叔丁基苝(1，4，7，10-Tetra-tert-butylPerylene)。此时可高效发出蓝色光。
基质材料可包含由式(10)表示的N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-联苯胺(N，N’-Di(1-naphthyl)-N，N’-diphenyl-benzidine)，发光掺杂剂可包括由式(11)表示的5，12-二(4-叔丁基苯基)-萘并萘(5，12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene)。此时可高效发出绿色光。由于作为基质材料使用空穴输送性的材料，所以在发光层中空穴有效地被输送。由此，减少不与空穴再结合而通过发光层到达空穴注入电极侧的层的电子。结果可防止因电子造成的空穴注入电极侧的层的劣化，可延长有机电致发光元件的发光寿命。
Figure A20051006404500152
发光层可以含有一层或多层。这时，通过选择一层或多层的材料，可以得到所期望的发光色。
发光层包括短波长发光层和长波长发光层，短波长发光层所产生的峰波长中的至少一种比500nm小，长波长发光层所产生的峰波长中的至少一种比500nm大。这时，通过调整电子限制层的膜厚，可以控制空穴和电子的再结合区域的位置。由此，可以调整在短波长发光层及长波长发光层中发光的比率，可以得到所期望的发光色。
有机电致发光元件在空穴注入电极和上述发光层之间还可以具备促进输送空穴的空穴输送层。这时，因为可以将空穴效率良好地输送到发光层，所以可以提高有机电致发光元件的发光效率。
基质材料和上述空穴输送层可以是相同的有机化合物。这时，因为可以降低空穴到发光层的注入障碍，所以可以效率更好地将空穴注入到发光层。
空穴输送层可以含有芳基胺衍生物。这时，因为提高空穴输送层的空穴输送性，所以可以效率更好地将空穴注入到发光层。
空穴输送层可以含有用式(10)表示的N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-联苯胺(N，N’-Di(1-naphthyl)-N，N’-diphenyl-benzidine)。这时，因为提高空穴输送层的空穴输送性，所以可以效率更好地将空穴注入到发光层。
Figure A20051006404500161
发明效果
在本发明的有机电致发光元件中，通过设置促进电子的输送的电子输送层和限制电子的移动的电子限制层，可降低驱动电压并且延长寿命。此外，通过设置短波长发光层和长波长发光层，可得到所希望的发光色。
附图说明
图1是表示第一实施方式的有机EL元件的一例的示意性剖面图。
图2是表示第二实施方式的有机EL元件的一例的示意性剖面图。
图3是表示使用第一实施方式的有机EL元件的有机EL显示装置的一例的示意性剖面图。
图4是图3的有机EL显示装置的A-A线剖面图。
图5表示实施例2、实施例3和比较例3的发光特性的曲线图。
符号说明：1基板，2空穴注入电极，3a、3b空穴注入层，4空穴输送层，5发光层，6电子限制层，7电子输送层，8电子注入电极，100有机电致发光元件。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式的有机EL元件的一例的示意性剖面图。
在制作图1所示的有机EL元件100时，首先在基板上，形成例如由铟锡氧化物(ITO)等的透明导电膜形成的空穴注入电极2，在该空穴注入电极2上，顺序形成空穴注入层3a、空穴输送层4、发光层5、电子限制层6和电子输送层7。在该电子输送层7上形成例如由铝等形成的电子注入电极8。
基板1是由玻璃或者塑料等构成的透明基板。
空穴注入层3a例如是通过等离子体CVD法(等离子体化学气相成长法)形成的由CFx(氟化碳)构成。空穴注入层3a的厚度优选为0.5nm以上5nm以下。此时，可将空穴有效地注入发光层5。由此，能够抑制有机EL元件100的驱动电压的上升。
此外，在空穴注入电极2和空穴注入层3a之间，可形成例如由CuPc(铜酞菁)构成的另一空穴注入层3b。在此情况下，可进一步有效地将空穴注入发光层5。
空穴输送层4例如由用下述式(10)表示的N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-联苯胺(N，N’-Di(1-naphthyl)-N，N’-diphenyl-benzidine)(以下简称为NPB)等的有机材料构成。
发光层5以例如由下述式(4)表示的叔丁基取代二萘基蒽(tert-butyl substituted dinaphthylanthracene)(以下，简称为TBADN)作为基质材料，将由下述式(9)表示的1，4，7，10-叔丁基苝(1，4，7，10-Tetra-tert-butylPerylene)(以下简称为TBP)形成为发光掺杂剂。
作为电子限制层6，优选使用电子移动度低的材料或者最低空分子轨道(LUMO)的能级低的材料。在本实施方式中，作为电子限制层6的材料，选择与电子输送层7的材料相比而电子移动度低的材料或者最低空分子轨道(LUMO)的能级低的材料。例如可使用具有由下述式(1)表示的结构的有机化合物。
在式(1)中，R1～R3可相互相同、也可相互不同，可位于式(1)中的喹啉环的任一位置。式(1)中的R1～R3是氢原子、卤原子或者碳原子数为4以下的烷基。
在本实施方式中，电子限制层6由用下述式(2)表示的三(8-羟基喹啉)铝(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)(以下简称为Alq3)构成。Alq3的电子移动度是10-6cm2/Vs，LUMO的能级约为-3.0eV。
Figure A20051006404500183
而且，作为电子限制层6，可使用具有由下述式(3)表示的结构的有机化合物。
Figure A20051006404500191
在式(3)中，R4～R7可相互相同，也可相互不同，可位于苯环或喹啉环的任一位置。式(3)中的R4～R7是氢原子、卤原子或者碳原子数为4以下的烷基。
作为电子输送层7，优选使用电子移动度高的材料或者最低空分子轨道(LUMO)的能级高的材料。在本实施方式中，作为电子输送层7的材料，选择与电子限制层6的材料相比而电子移动度高的材料或者最低空分子轨道(LUMO)的能级高的材料。例如可使用菲绕啉化合物。作为电子输送层7材料使用的菲绕啉化合物，优选为例如由下述式(5)表示的1，10-菲绕啉(1，10-phenanthroline)或其衍生物。
Figure A20051006404500192
作为用于电子输送层7的材料而使用的1，10-菲绕啉化合物的衍生物，优选使用例如具有由下述式(6)表示的结构的化合物。
在式(6)中，R8～R11可相互相同，也可相互不同，式(6)中的R8～R11表示氢原子、卤原子、脂肪族取代基或者芳香族取代基，R10和R11可在式(6)的苯环的邻位、间位和对位的任一位置。作为式(6)的R8～R11的脂肪族取代基，例举如甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、叔丁基等，作为芳香族取代基，例举如苯基、1-萘基、2-萘基、9-蒽基、2-噻吩基、2-吡啶基、3-吡啶基等。
在本实施方式中，电子输送层7由例如用下述式(7)表示的2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲绕啉(2，9-Dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline)(以下简称为BCP)构成。BCP的LUMO的能级约为-2.7eV。
Figure A20051006404500202
而且，作为电子输送层7，可以使用由下述式(8)表示的Siloles衍生物。
Figure A20051006404500203
在式(8)中，R12～R15可相互相同，也可相互不同，式(8)中的R12～R15表示氢原子、卤原子、脂肪族取代基或者芳香族取代基，作为式(8)中的R12～R15的脂肪族取代基，例举如甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、叔丁基等。作为芳香族取代基，例举如苯基、1-萘基、2-萘基、9-蒽基、2-噻吩基、2-吡啶基、3-吡啶基、2-(2-苯基)吡啶基、2，2-二吡啶基-6-基等。
在上述有机EL元件100中，通过在空穴注入电极2和电子注入电极8之间施加电压，有机EL元件100的发光层5进行发光，从基板1的背面射出光。
在本实施方式的有机EL元件100中，作为电子输送层7使用具有高电子移动度的BCP。由此，可以效率良好地向发光层5注入电子。结果，驱动电压变低，降低有机EL元件100的消耗功率。
此外，在发光层5和电子输送层7之间设置有由与电子输送层7相比而具有低电子移动度且最低空分子轨道(LUMO)的能级低的Alq3构成的电子限制层6。由此，利用电子限制层6限制从电子输送层7通过电子限制层6向发光层5注入的电子的移动，空穴和电子的再结合区域向电子注入电极8侧移动。因此，不与空穴结合而通过发光层5到达空穴输送层4的电子减少。结果可防止因电子造成的空穴输送层4的劣化，可延长有机EL元件100的发光寿命。
此时，虽然利用电子限制层6限制电流，但由于电子输送层7具有高的电子移动度，所以在整个有机EL元件100流动的电流几乎不减少。这样，通过组合具有高的电子移动度的电子输送层7和具有低的电子移动度的电子限制层6，可确保降低驱动电压并延长有机EL元件100的长寿命化。
另外，优选电子输送层7的电子移动度为10-5cm2/Vs以上，更优选为10-4cm2/Vs以上。此时，由于可使电子向发光层5的注入量充分地增加，所以可大幅度地降低驱动电压。
电子限制层6和电子输送层7的电子移动度之差优选为10倍以上。此时，由于可以充分地限制电子向发光层5的注入量，所以可以大幅度地延长有机EL元件100的发光寿命。
优选电子限制层6的膜厚为20nm以下，更优选为10nm以下，进一步优选为5nm以下。此时，由于可充分地增加电子的注入量，所以可以大幅度降低驱动电压。
这样，根据本实施方式的有机EL元件100，通过在发光层5上形成电子限制层6和电子输送层7，可降低驱动电压并延长发光寿命。
此外，在本实施方式的有机EL元件100中，虽然在发光层5上顺序形成有电子限制层6和电子输送层7，但是也可以在发光层5上顺序形成有电子输送层7和电子限制层6。
而且，也可以取代电子限制层6和电子输送层7而在发光层5上形成电子限制层6的材料和电子输送层7的材料混合存在的电子限制输送层67。此时，优选电子限制输送层67中的电子输送限制层6的材料的含有率在40重量％以下，更优选为30重量％以下。因此，优选电子限制输送层67中的电子输送层7的材料的含有率在60重量％以上，更优选为70重量％以上。由此，可不降低发光效率而降低驱动电压并且延长发光寿命。
此外，作为电子限制层6的材料，不限于上述材料，可以使用与电子输送层7相比具有低的电子移动度的其它有机材料或者最低空分子轨道(LUMO)的能级低的其它有机材料。例如，可使用蒽衍生物。在本实施方式中，作为用作电子限制层6材料的蒽衍生物，优选是TBADN。
作为电子输送层7的材料，不限于上述材料，可以使用与电子限制层6相比而具有高的电子移动度的其它有机材料或者最低空分子轨道(LUMO)的能级高的其它有机材料。
在上述实施方式中，虽然发光层5发蓝色光，但也可以使发光层5发橙色光，也可发绿色光，也可发红色光。
在发橙色光的情况下，发光层5例如将NPB作为基质材料，将由下述式(12)表示的5，12-二(4-(6-甲基苯并噻唑-2-基)苯基)6，11-二苯基萘并萘(5，12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6，11-diphenylnaphthacene)(以下简称为DBzR)作为发光掺杂剂。
此外，在此情况下，由于空穴输送层4和发光层5的基质材料相同，所以可减小空穴到发光层5的注入障碍，可更有效地将空穴注入到发光层5。
此外，由于作为基质材料使用作为空穴输送层4材料的NPB，所以发光层5承担输送空穴的任务。此时，由于更有效地输送空穴，所以提高有机EL元件100的发光效率。由于空穴和电子的再结合区域向电子限制层6侧移动，所以不与空穴再结合而到达空穴输送层4的电子减少。由此，可防止空穴输送层4的劣化，可延长有机EL元件100的寿命。
在发绿色光的情况下，发光层5可将TBADN作为基质材料，将由下述式(11)表示的5，12-二(4-叔丁基苯基)-萘并萘(5，12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene)(以下简称为tBuDPN)或者由下述式(13)表示的3-(2-苯并噻唑基)-7-(二乙基胺基)香豆素(3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin)(以下简称为香豆素6)形成为发光掺杂剂。
在发红色光的情况下，发光层5将例如Alq3作为基质材料，将由下述式(14)表示的红荧烯(Rubrene)作为辅助掺杂剂，将由下述式(15)表示的(2-(1，1-二甲基乙基)-6-(2-(2，3，6，7-四氢-1，1，7，7-四甲基-1II，5II-苯并[ij]醌亚胺-9-基)乙烯基)-4H-吡喃-4-叉)丙烷二腈((2-(1，1-Dimethylethyl)-6-(2-(2，3，6，7-tetrahydro-1，1，7，7-tetramethyl-1II，5II-benzo[i j]quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4-ylidene)propanedinitrile)(以下简称为DCJTB)形成为发光掺杂剂。此时，发光掺杂剂发光，辅助掺杂剂具有通过促进能量从基质材料向发光掺杂剂的移动而辅助发光掺杂剂的发光的作用。此外，也可以不掺杂辅助掺杂剂。
而且，作为发光层5，可使用能将三重态激发能变换为发光的材料(以下称为三重态发光材料)。此时，可提高有机EL元件100的发光效率。
(第二实施方式)
图2是表示本发明第二实施方式的有机EL元件的示意性剖面图。第二实施方式中的有机EL元件101，除去将图1的有机EL元件100的发光层5替换为可得到橙色发光的橙色发光层5a及可得到蓝色发光的蓝色发光层5b这点以外，其余与第一实施方式的有机EL元件100具有同样的构成。
橙色发光层5a，例如以NPB作为基质材料，以tBuDPN作为辅助掺杂剂，以DBzR作为发光掺杂剂而形成。此时，发光掺杂剂发光，辅助掺杂剂具有通过促进能量从基质材料向发光掺杂剂的移动而辅助发光掺杂剂的发光的作用。由此，橙色发光层5a产生具有比500nm大而比650nm小的峰波长的橙色光。
另外，在此情况下，由于空穴输送层4和橙色发光层5a的基质材料相同，所以可减小空穴向橙色发光层5a的注入障碍，可更有效地将空穴注入发光层5。
此外，由于作为基质材料使用作为空穴输送层4材料的NPB，所以橙色发光层5a担负着将空穴向蓝色发光层5b输送的任务。此时，空穴可更有效地向蓝色发光层5b输送，所以提高有机EL元件101的发光效率。此外，由于空穴和电子的再结合区域向着蓝色发光层5b侧移动，减少不与空穴再结合而到达空穴输送层4的电子。由此，可防止空穴输送层4的劣化。可实现有机EL元件101的长寿命化。
蓝色发光层5b是例如将TBADN作为基质材料，将NPB作为辅助掺杂剂，将TBP作为发光掺杂剂而形成。此时，发光掺杂剂发光，辅助掺杂剂具有通过促进载流子的输送而辅助发光掺杂剂的发光的作用。由此，蓝色发光层5b产生具有比400nm大而比500nm小的峰波长的蓝色光。
而且，在橙色发光层5a及蓝色发光层5b中，可不掺杂辅助掺杂剂。
在本实施方式的有机EL元件101中，作为电子输送层7使用具有高的电子移动度的BCP。由此，可更有效地将电子注入发光层5。其结果是，降低驱动电压，减少有机EL元件101的消耗功率。
此外，在蓝色发光层5b和电子输送层7之间设置有由与电子输送层7相比而具有低的电子移动度且最低空分子轨道(LUMO)的能级低的Alq3构成的电子限制层6。由此，限制向橙色发光层5a和蓝色发光层5b注入的电子的移动，空穴和电子的再结合区域向电子注入电极8侧移动。此时，通过调整电子限制层6的膜厚，可以控制空穴和电子的再结合区域的位置。由此，可调整橙色发光层5a和蓝色发光层5b的发光比率，可以得到所期望的发光色。
此时，虽然利用电子限制层6限制电流，但由于电子输送层7具有高的电子移动度，所以在整个有机EL元件101流动的电流几乎不减少。这样，通过组合具有高的电子移动度的电子输送层7和具有低的电子移动度的电子限制层6，可确保降低驱动电压并得到所希望的发光色。
另外，优选电子输送层7的电子移动度在10-5cm2/Vs以上，更优选为10-4cm2/Vs以上。此时，由于可使电子向橙色发光层5a和蓝色发光层5b的注入量充分地增加，所以可大幅度地降低驱动电压。
电子限制层6和电子输送层7的电子移动度之差优选为10倍以上。此时，由于可以充分地限制电子向橙色发光层5a和蓝色发光层5b的注入量，所以可以容易得到所希望的发光色。
优选电子限制层6的膜厚为20nm以下，更优选为10nm以下，进一步优选为5nm以下。此时，由于可充分地增加电子的注入量，所以可以大幅度降低驱动电压。
这样，根据本实施方式的有机EL元件101，通过在蓝色发光层5b上形成电子限制层6和电子输送层7，可降低驱动电压并得到所希望的发光色。
另外，通过橙色发光层5a和蓝色发光层5b发光，可得到白色光。此时，在可得到白色发光的有机EL元件上设置红色、绿色和蓝色的滤光器，可得到光的三原色的显示(RGB显示)，实现彩色显示。
在本实施方式的有机EL元件101中，在蓝色发光层5b上顺序形成电子限制层6和电子输送层7，也可以是在蓝色发光层5b上顺序形成电子输送层7和电子限制层6。也可以取代电子限制层6和电子输送层7而在蓝色发光层5b上形成电子限制层6的材料和电子输送层7的材料混合存在的层。
此外，橙色发光层5a例如可将由下述式(16)表示的4，4’-二(咔唑-9-基)-联苯(4，4’-Bis(carbazol-9-yl)-biphenyl：以下简称为CBP)作为基质材料，可将由下述式(17)表示的三(2-苯基喹啉)铱(Tris(2-phenylquinoline)iridium：以下简称为Ir(phq)3)作为发光掺杂剂。此时，由于Ir(phq)3是三重态发光材料，所以可提高有机EL元件101的发光效率。
Figure A20051006404500271
Figure A20051006404500272
在本实施方式中，橙色发光层5a相当于长波长发光层，蓝色发光层5b相当于短波长发光层。
(第三实施方式)
图3是使用有机EL元件的有机EL显示装置的一例的示意性平面图。图4是图3的有机EL显示装置的A-A线剖面图。
在图3和图4的有机EL显示装置中，发红色光的有机EL元件100R、发绿色光的有机EL元件100G和发蓝色光的有机EL元件100B配置为矩阵状。
各有机EL元件100R、100G、100B与图1的有机EL元件100具有同样的构成，作为发光层5分别具有发红色光的红色发光层5R、发绿色光的绿色发光层5G和发蓝色光的蓝色发光层5B。各发光层5R、5G、5B所用的材料可用在第一实施方式中说明的材料。
以下更详细说明本实施方式的有机EL显示装置。
在图3中，从左顺序设置有有机EL元件100R、有机EL元件100G和有机EL元件100B。
各有机EL元件100R、100G和100B的构成在平面图中是同样的。各有机EL元件100R、100G和100B形成在由行方向延伸的2条栅极信号线51和列方向延伸的2条漏极信号线(数据线)52围成的区域。在各有机EL元件的区域内，在栅极信号线51和漏极信号线52的交点附近形成作为开关元件的第一TFT130，在中央附近形成驱动各有机EL元件100R、100G和100B的第二TFT140。而且，在各有机EL元件100R、100G和100B的区域内形成辅助电容70及由ITO形成的空穴注入电极2。在空穴注入电极2的区域岛状地形成各有机EL元件100R、100G和100B。
第一TFT130的漏极，经由漏极电极13d连接于漏极信号线52，第一TFT130的源极，经由源极电极13s连接于电极55。第一TFT130的栅极电极111从栅极信号线51延伸。
辅助电容70由接受电源电压Vsc的SC线54和与有源层11(参照图4)一体的电极55构成。
第二TFT140的漏极，经由漏极电极43d与各有机EL元件的空穴注入电极2连接，第二TFT140的源极，经由源极电极43s与列方向延伸的电源线53连接。第二TFT140的栅极电极41与电极55连接。
如图4所示，在玻璃基板10上形成由多晶硅等构成的有源层11，该有源层的一部分成为用于驱动有机EL元件的第二TFT140。在有源层11上经由栅极氧化膜(未图示)形成双栅极结构的栅极电极41，覆盖栅极电极41地在有源层11上形成层间绝缘膜13和第一平坦化层15。作为第一平坦化层15的材料，例如可使用丙烯酸树脂。在第一平坦化层15上，在各个有机EL元件形成透明的空穴注入电极2。覆盖空穴注入电极2地在第一平坦化层15上形成绝缘性的第二平坦化层18。第二TFT140形成在第二平坦化层18之下。
以覆盖空穴注入电极2及第二平坦化层18的方式在全体区域上形成空穴输送层4。
在有机EL元件100R、有机EL元件100G及有机EL元件100B的空穴输送层4上分别形成沿列方向延伸的条纹状的红色发光层5R、绿色发光层5G及蓝色发光层5B。
条纹状的红色发光层5R、绿色发光层5G及蓝色发光层5B间的边界在第二平坦化层18上的表面上设置在与玻璃基板10平行的区域内。
在有机EL元件100R、有机EL元件100G及有机EL元件100B的红色发光层5R、绿色发光层5G及蓝色发光层5B上，分别形成沿列方向延伸的条纹状的电子限制层6及沿列方向的条纹状的的电子输送层7。
电子限制层6例如由具有与第一及第二实施方式同样低的电子移动度的Alq3构成。电子输送层7例如由具有与第一及第二实施方式同样高的电子移动度的BCP构成。
而且，在各电子输送层7上形成电子注入电极8。在电子注入电极8上形成由树脂等构成的保护层34。
在上述有机EL显示装置中，当选择信号输出到栅极信号线51中时，第一TFT130接通，这时，按照给予漏极信号线52的电压值(数据信号)，对辅助电容70充电。第二TFT140的栅极电极41接受适应充电至辅助电容70的电荷的电压。由此，控制从电源线53供给到各有机EL元件100R、100G、100B的电流，各有机EL元件100R、100G、100B以适应所供给的电流的亮度发光。
在本实施方式的有机EL显示装置的各有机EL元件100R、100G、100B中，使用具有高电子移动度的BCP作为电子输送层7。由此，可以高效率地将电子注入到红色发光层5R、绿色发光层5G及蓝色发光层5B中。其结果是，各有机EL元件100R、100G、100B的驱动电压变低且有机EL显示装置的消耗电力降低。
再者，红色发光层5R、绿色发光层5G及蓝色发光层5B和电子输送层7之间设置有由具有比电子输送层7低的电子移动度的Alq3构成的电子限制层6。由此，限制电子从电子输送层7经过电子限制层6注入到红色发光层5R、绿色发光层5G及蓝色发光层5B，空穴和电子的再结合区域移向电子注入电极8侧。因此，降低了不与空穴再结合且到达空穴输送层4的电子。其结果是，可以防止因电子造成的空穴输送层4的恶化，可以延长各有机EL元件100R、100G、100B的发光寿命。
这时，通过电子限制层6限制电流，但因为电子输送层7具有高的电子移动度，所以流向各有机EL元件100R、100G、100B的电流几乎没有降低。这样，通过组合具有高的电子移动度的电子输送层7及具有低的电子移动度的电子限制层6，在保持低驱动电压的同时可以实现各有机EL元件100R、100G、100B的长寿命化。其结果是，得到消耗电力少且发光寿命长的全色显示。
(其它实施方式)
就发光层5的基质材料而言，不限于在上述实施方式中说明的材料，例如可以使用三(8-羟基喹啉)铝等金属螯合物化ォキシノイド化合物、二芳基丁二烯衍生物、均二苯乙烯衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并噻唑衍生物、CBP、三唑系化合物、咪唑系化合物、噁二唑系化合物、蒽或芘、苝等缩合环衍生物、吡嗪、萘啶、喹喔啉、吡咯并吡啶、嘧啶、噻吩、噻吨等多环衍生物、苯并羟基喹啉金属配位化合物、二吡啶金属配位化合物、若丹明金属配位化合物、甲亚胺金属配位化合物、二苯乙烯基苯衍生物、四苯基丁二烯衍生物、二苯乙烯衍生物、醛连氮衍生物、香豆素衍生物、邻苯二甲酰亚胺衍生物、萘二甲酰亚胺衍生物、ペリノン衍生物、吡咯并吡咯衍生物、环戊二烯衍生物、咪唑衍生物、噁唑衍生物、噻唑衍生物、噁二唑衍生物、噻二唑衍生物、三唑衍生物等唑衍生物及其金属配位化合物、苯并噁唑、苯并咪唑、苯并噻唑等苯并唑衍生物及其金属衍生物、三苯基胺衍生物或咔唑衍生物等胺衍生物、部花青(merocyanine)衍生物、卟啉衍生物、三(2-苯基吡啶)铱配位化合物等磷光材料、聚亚苯基亚乙烯基衍生物、聚对苯撑衍生物、聚噻吩衍生物等。
就发光掺杂材料而言，例如可以使用将蒽、苝等缩合多环芳香族烃、7-二甲基氨基-4-甲基香豆素等香豆素衍生物、二(二异丙基苯基)苝四羧酸酰亚胺等萘二甲酰亚胺衍生物、ペリノン衍生物、乙酰丙酮或苯酰丙酮和菲绕啉等作为配位子的Eu配位化合物等稀土类配位化合物、二氰基甲撑吡喃衍生物、二氰基甲撑噻喃衍生物、镁酞菁、铝氯酞菁等金属酞菁衍生物、卟啉衍生物、若丹明衍生物、デアザフラピン衍生物、香豆素衍生物、噁嗪、噻吨衍生物、菁色素衍生物、荧光素衍生物、吖啶衍生物、喹吖啶衍生物、吡咯并吡咯衍生物、喹唑啉衍生物、吡咯并吡啶衍生物、スクアリリウム衍生物、紫蒽酮衍生物、吩嗪衍生物、吖啶衍生物、ジアザフラビン衍生物、甲撑吡咯衍生物及其金属配位化合物、吩噁嗪衍生物、吩噁嗪酮衍生物、噻二唑芘(チアジアゾロピレン)衍生物、三(2-苯基吡啶)铱配位化合物、三(2-苯基吡啶基)铱配位化合物、三[2-(2-苯硫基)吡啶基]铱配位化合物、三[2-(2-苯并苯硫基)吡啶基]铱配位化合物、三(2-苯基苯并噻唑)铱配位化合物、三(2-苯基苯并噁唑)铱配位化合物、三苯并喹啉铱配位化合物、二(2-苯基吡啶基)(乙酰丙酮)铱配位化合物、二[2-(2-苯硫基)吡啶基]铱配位化合物、二[2-(2-苯并苯硫基)吡啶基](乙酰丙酮)铱配位化合物、二(2-苯基苯并噻唑)(乙酰丙酮)铱配位化合物等。
实施例
以下，制造实施例及比较例的有机EL元件，测定所制作的有机EL元件的发光特性。
(实施例1及比较例1、2的比较)
(实施例1)
在实施例1中，如下述那样制作具有图1的构造且发蓝色光的有机EL元件。
在由玻璃制成的基板1上形成由铟-锡氧化物(ITO)构成的空穴注入电极2。接着，利用等离子体CVD法，在空穴注入电极2上形成由CFX(氟化碳)构成的空穴注入层3a。等离子体CVD中的等离子体放电时间为15秒。
而且，在空穴注入层3a上利用真空蒸镀法依次形成空穴输送层4、发光层5、电子限制层6及电子输送层7。
空穴输送层4由膜厚150nm的NPB构成。发光层5具有的膜厚为30nm，通过将由TBP构成的发光掺杂剂1重量％添加到由TBADN构成的基质材料中形成。电子限制层6由膜厚3nm的Alq3构成。电子输送层7由膜厚7nm的BCP构成。
然后，在电子输送层7上形成由1nm的氟化锂膜及200nm的铝膜的层叠构造构成的电子注入电极8。
测定如以上那样制作的有机EL元件的10mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率及发光寿命。另外，实施例1及后述的比较例1、2的发光寿命是测定了测定开始时的亮度3000cd/m2减半的时间。
其结果是：实施例1的有机EL元件的驱动电压为4.2V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.14，0.13)，发光效率为5.8cd/A，发光寿命为130小时。
(比较例1)
在比较例1中，除了电子限制层6的膜厚设为10nm、没有设置电子输送层7以外，制作具有与实施例1相同构造的有机EL元件。
测定比较例1的有机EL元件的10mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率及发光寿命。
其结果是，比较例1的有机EL元件的驱动电压为6.2V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.14，0.14)，发光效率为4.0cd/A，发光寿命为150小时。
(比较例2)
在比较例2中，除了电子输送层7的膜厚设为10nm、没有设置电子限制层6以外，制作具有与实施例1相同构造的有机EL元件。
测定比较例2的有机EL元件的10mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率及发光寿命。
其结果是：比较例2的有机EL元件的驱动电压为3.8V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.14，0.13)，发光效率为5.4cd/A，发光寿命为60小时。
(评价)
表1表示实施例1、比较例1及比较例2的有机EL元件的各层的条件。表2表示实施例1、比较例1及比较例2中的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率及发光寿命的测定结果。
表1
  空穴注入层(CFX)等离子体放电时间[秒]   空穴输送层(NPB)[nm]     发光层(TBADN+TBP)   电子限制层(Alq3)[nm]   电子输送层(BCP)[nm]
  膜厚[nm]   TBP添加量[％]
实施例1     15     150     30     1     3     7
比较例1     15     150     30     1     10     -
比较例2     15     150     30     1     -     10
表2
  驱动电压[V]       CIE色度坐标[x，y]   发光效率[cd/A]   发光寿命[h]
  实施例1     4.2     (0.14，0.13)     5.8     130
  比较例1     6.2     (0.14，0.14)     4.0     150
  比较例2     3.8     (0.14，0.13)     5.4     60
如表2所示，实施例1的有机EL元件的驱动电压与比较例1的有机EL元件相比变低。
在实施例1的有机EL元件中，在电子限制层6和电子注入电极8之间设置有由具有高的电子移动度的BCP构成的电子输送层7。通常认为：该电子输送层7促进电子的移动，实施例1的有机EL元件的驱动电压变低。
另一方面，在比较例1的有机EL元件中，没有设置由具有高的电子移动度的BCP构成的电子输送层7，而只设置了由具有低的电子移动度的Alq3构成的电子限制层6。通常认为：通过该电子限制层6抑制电子的移动，比较例1的驱动电压变高。
因此，实施例1的有机EL元件的发光效率与比较例1的有机EL元件相比变高。而且，实施例1的有机EL元件的发光寿命几乎与比较例1的有机EL元件相等。这样可以说：在实施例1的有机EL元件中，通过设置由BCP构成的电子输送层7，特性几乎没有降低。
再者，如表2所示，实施例1的有机EL元件的发光寿命与比较例2的有机EL元件相比已充分延长。
在实施例1的有机EL元件中，在电子输送层7和发光层5之间设置有由Alq3构成的电子限制层6。利用该电子限制层6限制从电子输送层7注入到发光层5的电子的移动。由此认为：电子和空穴的再结合区域向电子注入电极8侧移动，不与空穴结合而通过发光层5到达空穴输送层4的电子减少。其结果认为：可防止空穴输送层4的劣化，可延长实施例1的有机EL元件的发光寿命。
另一方面，在比较例2的有机EL元件中，没有设置电子限制层6。因此认为：电子和空穴的再结合区域位于空穴注入电极2侧，没有与空穴再结合而通过发光层5到达空穴输送层4的电子增加。其结果认为：空穴输送层4恶化，发光寿命变短。
因此，实施例1的有机EL元件的驱动电压及发光效率几乎与比较例3的有机EL元件相等。这样可以说：在实施例1的有机EL元件中，通过设置由Alq3构成的电子限制层6，特性几乎没有降低。
再者，如表2所示，实施例1的有机EL元件的CIE色度坐标几乎与比较例1及比较例2的有机EL元件相等。
如以上那样，通过使用电子移动度低的材料或最低空分子轨道(LUMO)的能级低的材料作为电子限制层6、使用电子移动度高的材料作为电子输送层7，不会降低有机EL元件的发光特性，可以降低驱动电压且可以延长发光寿命。
(实施例2～5及比较例3的比较)
(实施例2)
在实施例2中，如下述那样制作具有图2的构造的有机EL元件。
在由玻璃制成的基板1上形成由铟-锡氧化物(ITO)构成的空穴注入电极2。接着，利用等离子体CVD法，在空穴注入电极2上形成由CFX(氟化碳)构成的空穴注入层3a。等离子体CVD中的等离子体放电时间为15秒。
而且，在空穴注入层3a上利用真空蒸镀法依次形成空穴输送层4、橙色发光层5a、蓝色发光层5b、电子限制层6及电子输送层7。
空穴输送层4由膜厚150nm的NPB构成。橙色发光层5a具有的膜厚为60nm，通过将由tBuDPN构成的第一掺杂剂10重量％、由DBzR构成的第二掺杂剂3重量％添加到由NPB构成的基质材料中形成。
蓝色发光层5b具有的膜厚为50nm，通过将由NPB构成的第一掺杂剂20重量％、由TBP构成的第二掺杂剂1重量％添加到由TBADN构成的基质材料中形成。
电子限制层6由膜厚3nm的Alq3构成。电子输送层7由膜厚7nm的BCP构成。
然后，在电子输送层7上形成由1nm的氟化锂膜及200nm的铝膜的层叠构造构成的电子注入电极8。
测定如以上那样制作的有机EL元件的10mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标及发光效率。
其结果是：实施例2的有机EL元件的驱动电压为5.1V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.400，0.395)，发光效率为15.2cd/A。
(实施例3)
在实施例3中，除了电子限制层6的膜厚为5nm以外，其它与实施例2一样，制作了有机EL元件。
测定实施例3的有机EL元件的10mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标及发光效率。
其结果是：实施例2的有机EL元件的驱动电压为5.5V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.354，0.366)，发光效率为14.1cd/A。
(实施例4)
在实施例4中，除了电子限制层6的材料为TBADN以外，其它与实施例2一样，制作了有机EL元件。
测定实施例4的有机EL元件的20mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标及发光效率。
其结果是：实施例4的有机EL元件的驱动电压为5.2V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.392，0.390)，发光效率为13.6cd/A。
(实施例5)
在实施例5中，除了电子限制层6的材料为TBADN以外，其它与实施例3一样，制作了有机EL元件。
测定实施例5的有机EL元件的20mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标及发光效率。
其结果是：实施例4的有机EL元件的驱动电压为5.7V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.332，0.331)，发光效率为12.4cd/A。
(比较例3)
在比较例3中，除了没有设置电子限制层6以外，其它与实施例2一样，制作了有机EL元件。
测定了比较例3的有机EL元件的20mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标及发光效率。
其结果是：比较例3的有机EL元件的驱动电压为4.5V，CIE色度坐标为(x，y)＝(0.464，0.441)，发光效率为15.6cd/A。
(评价)
表3表示实施例2～5及比较例3的有机EL元件的各层的条件。表4表示实施例2～5及比较例3的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率的测定结果。
表3
  空穴输送层(NPB)[nm]           橙色发光层(NPB+tBuDPN+DBzR)         蓝色发光层(TBADN+NPB+TBP)        电子限制层 电子输送层(BCP)[nm]
膜厚[nm] tBuDPN添加量[％] DBzR添加量[％] 膜厚[nm]   NPB添加量[％]   TBP添加量[％]  (Alq3)[nm] (TBADN)[nm]
实施例2   150   60     10     3   50   20     1     3     -     7
实施例3   150   60     10     3   50   20     1     5     -     7
实施例4   150   60     10     3   50   20     1     -     3     7
实施例5   150   60     10     3   50   20     1     -     5     7
比较例3   150   60     10     3   50   20     1     -     -     7
表4
  驱动电压[V]       CIE色度坐标[x，y]   发光效率[cd/A]
  实施例2     5.1     (0.400，0.395)     15.2
  实施例3     5.5     (0.354，0.366)     14.1
  实施例4     5.2     (0.392，0.390)     13.6
  实施例5     5.7     (0.332，0.331)     12.4
  比较例3     4.5     (0.464，0.441)     15.6
图5是表示实施例2、实施例3及比较例3的发光光谱的曲线图。在图5中，横轴表示波长，纵轴表示相对强度。
如图5所示，实施例2、实施例3及比较例3的有机EL元件的发光光谱在450nm附近显示第一峰值，在570nm附近显示第二峰值。
此处，实施例2的有机EL元件的第一峰值和第二峰值几乎相同。实施例3的有机EL元件的第一峰值比第二峰值大。比较例3的有机EL元件的第二峰值比第一峰值大。
这样，随着电子限制层6厚度的变化，第二峰值相对于第一峰值的大小发生变化。即，通过调整电子限制层6的厚度，可以调整橙色发光层5a和蓝色发光层5b的发光强度，可以得到所期望的白色光。
再者，如表4所示，实施例2及实施例3的有机EL元件的驱动电压与比较例3的有机EL元件相比几乎没有上升。再者，实施例2及实施例3的有机EL元件的发光效率几乎与比较例3相同。由此可以说：在实施例2及比较例3的有机EL元件中，通过设置由Alq3构成的电子限制层6，特性几乎没有降低。
如以上那样，通过使用电子移动度低的材料或最低空分子轨道(LUMO)的能级低的材料作为电子限制层6、使用电子移动度高的材料作为电子输送层7，不会降低有机EL元件的发光特性，可以降低驱动电压且得到所期望的发光色。
再者，如表4所示，在实施例4及实施例5的有机EL元件中，色度坐标发生变化。由此可知：使用TBADN作为电子限制层6的情况也与使用Alq3作为电子限制层6的情况相同，通过调整电子限制层6的膜厚，可以得到所期望的发光色。
(实施例6、7及比较例4、5的比较)
(实施例6)
实施例6的有机EL元件与实施例1的有机EL元件不同之处如下。
在实施例6中，在空穴注入电极2和空穴输送层3a之间利用真空蒸镀形成由CuPc(铜酞菁)构成的空穴输送层3b。另外，空穴输送层3b的膜厚为10nm，空穴输送层3a的膜厚为1nm。
发光层5的膜厚为40nm，通过将由tBuDPN构成的发光掺杂剂添加到由NPB构成的基质材料中来形成。这时，发光层5发出绿色光。
(实施例7)
实施例7的有机EL元件与实施例6的有机EL元件不同之处如下。
在实施例7中，代替电子限制层6及电子输送层7，在发光层5上利用真空蒸镀形成膜厚为10nm的电子限制输送层67。另外，电子限制输送层67相对于电子限制输送层67全体以含有Alq3为20重量％的方式形成。
(比较例4)
比较例4的有机EL元件与实施例6的有机EL元件不同之处如下。
在比较例4中，没有设置电子输送层7，电子限制层6的膜厚为10nm。
(比较例5)
比较例5的有机EL元件与实施例6的有机EL元件不同之处如下。
在比较例5中，没有设置电子限制层6，电子输送层7的膜厚为10nm。
(评价)
测定实施例6、7及比较例4、5的有机EL元件的20mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率、发光寿命、电力效率及外部量子效率。另外，发光寿命是测定了测定开始时的亮度1000cd/m2减半的时间。
表5表示实施例6、7及比较例4、5的有机EL元件的各层的条件。表6表示实施例6、7及比较例4、5的有机EL元件的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率、发光寿命、电力效率及外部量子效率的测定结果。
表5
       空穴注入层    空穴输送层(NPB)[nm]   发光层(NPB+tBuDPN)[nm]     电子限制输送层(BCP+Alq3)   电子限制层(Alq3)[nm]   电子输送层(BCP)[nm]
  CuPc[nm]    CFX[nm]    膜厚[nm]   Alq3含量[％]
实施例6     10     1     150     40     -     -     3     7
实施例7     10     1     150     40     10     20     -     -
比较例4     10     1     150     40     -     -     10     -
比较例5     10     1     150     40     -     -     -     10
表6
 驱动电压[V]     CIE色度坐标[x，y]   发光效率[cd/A]   发光寿命[h]  电力效率[Lm/W]  外部量子效率[％]
实施例6     4.62 (0.27，0.63)     10.51     4100     6.85     3.76
实施例7     5.17 (0.26，0.64)     9.45     3400     5.74     3.78
比较例4     6.51 (0.27，0.63)     8.23     5200     3.97     2.92
比较例5     4.39 (0.26，0.64)     11.53     2700     8.25     4.13
如表6所示，实施例6的有机EL元件与比较例4的有机EL元件相比，驱动电压大幅度降低的同时，发光效率、电力效率及外部量子效率得以提高。再者，实施例6的有机EL元件的发光效率、电力效率及外部量子效率与比较例5的有机EL元件相比，没怎么降低，驱动电压也几乎没有上升。再者，实施例6的有机EL元件的发光效率与比较例5的有机EL元件相比，大幅度地提高。即，在使用NPB及tBuDPN作为发光层5的材料且发绿色光的情况下，也可以得到与实施例1及实施例2的有机EL元件同样的效果。其结果可以说：设置电子限制层6，无论发光层5的材料如何，都是有效的。
再者，可知得到如下的效果：代替电子限制层6及电子输送层7而设置将电子输送层6的材料和电子输送层7的材料混在一起的电子限制输送层67的实施例7的有机EL元件，与比较例4相比，在驱动电压降低的同时，发光特性得以提高，且与比较例5相比，发光寿命得以提高。
(实施例8、9及比较例6、7的比较)
(实施例8及实施例9)
实施例8及实施例9的有机EL元件与实施例7的有机EL元件不同之处如下。
在实施例8中，使用NPB作为发光层5的基质材料，使用DBzR作为发光掺杂剂。由此，实施例8的有机EL元件发出橙色光。另外，发光掺杂剂的添加量为3重量％。
在实施例9中，使用Alq3作为发光层5的基质材料，使用DCJTB作为发光掺杂剂。由此，实施例9的有机EL元件发出红色光。另外，发光掺杂剂的添加量为3重量％。
(比较例6及比较例7)
比较例6及比较例7的有机EL元件分别与实施例8及实施例9的有机EL元件不同之处如下。
在比较例6及比较例7中，代替电子限制输送层67而设置由BCP构成的电子输送层7。
(评价)
测定实施例8、9及比较例6、7的有机EL元件的20mA/cm2的CIE色度坐标、发光效率、发光寿命、电力效率及外部量子效率。另外，发光寿命是测定了测定开始时的亮度1000cd/m2减半的时间。
表7表示实施例8、9及比较例6、7的有机EL元件的各层的条件。表8表示实施例8、9及比较例6、7的有机EL元件的CIE色度坐标、发光效率、发光寿命、电力效率及外部量子效率的测定结果。
表7
空穴注入层 空穴输送层(NPB)[nm]     发光层(40nm) 电子限制输送层(BCP+Alq3) 电子输送层(BCP)[nm] 发光色
基质材料 发光掺杂剂
  CuPc[nm]  CFX[nm]   膜厚[nm] Alq3含量[％]
实施例8     10     1     150  NPB   DBzR     10     20     - 橙
比较例6     10     1     150  NPB   DBzR     -     -     10
实施例9     10     1     150  Alq3   DCJTB     10     20     - 红
比较例7     10     1     150  Alq3   DCJTB     -     -     10
表8
   CIE色度坐标[x，y]   发光效率[cd/A]   发光寿命[h]  电力效率[Lm/W]  外部量子效率[％]
实施例8 (0.48，0.46)     9.90     4000     6.20     4.68
比较例6 (0.47，0.46)     12.40     3600     8.88     5.58
实施例9 (0.63，0.37)     1.58     1800     0.58     0.56
比较例7 (0.62，0.37)     1.63     1580     0.60     0.58
如表8所示可知：设置有将电子限制层6的材料和电子输送层7的材料混在一起的电子限制输送层67的实施例8及实施例9的有机EL元件，分别与比较例6及比较例7的有机EL元件相比，外部量子效率不会大幅度降低，而得到发光寿命得以提高的效果。特别是实施例9的有机EL元件与比较例7的有机EL元件相比，发光特性几乎没有降低。
(实施例10～12及比较例8、9的比较)
(实施例10)
实施例10的有机EL元件与实施例2的有机EL元件不同之处如下。
在实施例10中，在空穴注入电极2和空穴输送层3a之间利用真空蒸镀形成由CuPc(铜酞菁)构成的空穴输送层3b。另外，空穴输送层3b的膜厚为10nm，空穴输送层3a的膜厚为1nm。
橙色发光层5a具有膜厚10nm，通过将由DBzR构成的发光掺杂剂3重量％添加到由NPB构成的基质材料中来形成。
蓝色发光层5b具有膜厚40nm，通过将由TBP构成的发光掺杂剂添加到由TBADN构成的基质材料中来形成。
(实施例11)
实施例11有机EL元件与实施例10的有机EL元件不同之处如下。
在实施例11中，在蓝色发光层5b上依次形成电子输送层7及电子限制层6。
(实施例12)
实施例12的有机EL元件与实施例10的有机EL元件不同之处如下。
在实施例12中，代替电子限制层6及电子输送层7，在蓝色发光层5b上利用真空蒸镀形成膜厚10nm的电子限制输送层67。另外，电子限制输送层67相对于电子限制输送层67全体以含有Alq3为20重量％的方式形成。
(比较例8)
比较例8有机EL元件与实施例10的有机EL元件不同之处如下。
在比较例8中，没有设置电子输送层7，电子限制层6的膜厚为10nm。
(比较例9)
比较例9有机EL元件与实施例10的有机EL元件不同之处如下。
在比较例9中，没有设置电子限制层6，电子输送层7的膜厚为10nm。
(评价)
测定实施例10～12及比较例8、9的有机EL元件的20mA/cm2的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率、发光寿命、电力效率及外部量子效率。另外，发光寿命是测定了测定开始时的亮度5000cd/m2减半的时间。
表9表示实施例10～12及比较例8、9的有机EL元件的各层的条件。表10表示实施例10～12及比较例8、9的有机EL元件的驱动电压、CIE色度坐标、发光效率、发光寿命及外部量子效率的测定结果。
表9
       空穴注入层  空穴输送层(NPB)[nm]    橙色发光层(NPB+DBzR)    蓝色发光层(TBADN+TBP)      电子限制输送层(BCP+Alq3) 电子限制层(Alq3)[nm] 电子输送层(BCP)[nm] 电子限制层(Alq3)[nm]
CuPc[nm] CFX[nm] 膜厚[nm]  DBzR添加量[％] 膜厚[nm]   TBP添加量[％] 膜厚[nm]   Alq3添加量[％]
实施例10     10     1   150   10     3   40   2   -   -   3     7   -
实施例11     10     1   150   10     3   40   2   -   -   -     7   3
实施例12     10     1   150   10     3   40   2   10   20   -     -   -
比较例8     10     1   150   10     3   40   2   -   -   10     -   -
比较例9     10     1   150   10     3   40   2   -   -   -     10   -
表10
 驱动电压[V]   CIE色度坐标[x，y]    发光效率[cd/A]  发光寿命[h]  电力效率[Lm/W] 外部量子效率[％]
实施例10     5.91  (0.30，0.36)     13.43     1350     7.13     6.99
实施例11     6.00  (0.31，0.37)     12.88     1670     6.26     6.74
实施例12     5.64  (0.34，0.41)     13.62     1150     7.58     6.55
比较例8     7.51  (0.35，0.38)     11.05     3025     4.62     5.45
比较例9     4.77  (0.34，0.41)     13.78     784     9.08     6.83
如表10所示，实施例10的有机EL元件与比较例8的有机EL元件相比，在驱动电压大幅度降低的同时，发光效率、电力效率及外部量子效率得以提高。再者，实施例10的有机EL元件的发光效率、电力效率及外部量子效率与比较例9的有机EL元件相比几乎相等，驱动电压的上升比较小。再者，实施例10的有机EL元件的发光寿命与比较例9的有机EL元件相比，大幅度地提高。由此可知：在利用两层发光层进行白色发光的有机EL元件中，通过设置电子限制层6，不会使发光特性降低，可以降低驱动电压且延长发光寿命。
再者，实施例11的有机EL元件的发光特性几乎与实施例10的有机EL元件的发光特性相等。由此可知：相反配置电子限制层6及电子输送层7的情况也得到同样的效果。
再者，可知得到如下的效果：代替电子限制层6及电子输送层7而设置将电子输送层6的材料和电子输送层7的材料混在一起的电子限制输送层67的实施例12的有机EL元件，与比较例8相比，在驱动电压降低的同时，发光特性得以提高，且与比较例9相比，发光寿命得以提高。
(实施例13及比较例10的比较)
(实施例13)
实施例13有机EL元件与实施例12的有机EL元件不同之处如下。
在实施例13中，使用CBP作为橙色发光层5a的基质材料，使用Ir(phq)3作为发光掺杂剂。另外发光掺杂剂的添加量为6重量％。
(比较例10)
比较例10有机EL元件与实施例13的有机EL元件不同之处如下。
在比较例10中，代替电子限制输送层67而设置由BCP构成的电子输送层7。
(评价)
测定实施例13及比较例10的有机EL元件的20mA/cm2的CIE色度坐标、发光效率、发光寿命、电力效率及外部量子效率。另外，发光寿命是测定了测定开始时的亮度5000cd/m2减半的时间。
表11表示实施例13及比较例10的有机EL元件的各层的条件。表12表示实施例13及比较例10的有机EL元件的CIE色度坐标、发光效率、发光寿命、电力效率及外部量子效率的测定结果。
表11
       空穴注入层   空穴输送层(NPB)[nm]     橙色发光层(CBP+Ir(phq)3)DBzR   蓝色发光层(TBADN+TBPTBP        电子限制输送层(BCP+Alq3)Alq3 电子输送层(BCP)[nm]
  CuPc[nm]   CFX[nm]
  膜厚[nm]  添加量[％]  膜厚[nm]  添加量[％]    膜厚[nm]   添加量[％]
实施例13     10     1     150     10     6   40     2     10     20     -
比较例10     10     1     150     10     6   40     2     -     -     10
表12
  CIE色度坐标[x，y]   发光效率[cd/A]  发光寿命[h]  电力效率[Lm/W] 外部量子效率[％]
实施例13 (0.31，0.39)     13.02     4050     5.47     7.76
比较例10 (0.33，0.39)     14.82     3500     5.96     8.16
如表12所示，实施例13的有机EL元件与比较例10的有机EL元件相比，没有使发光效率、电力效率及外部量子效率大幅度降低，而可以提高发光寿命。由此可知：在使用了三重态发光材料的有机EL元件中，通过设置将电子限制层6的材料和电子输送层7的材料混在一起的电子限制输送层67，可以不使发光特性降低却使发光寿命得以提高。
产业上的可利用性
本发明的有机电致发光元件可以有效地用于各光源或显示装置等中。

Claims (25)

1.一种有机电致发光元件，其特征在于：
顺序具备：空穴注入电极；
发光层；和
电子注入电极，
在所述发光层和所述电子注入电极之间还具备促进电子输送的电子输送层和限制电子移动的电子限制层。
2.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子限制层设置在所述发光层和所述电子输送层之间。
3.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子限制层设置在所述电子输送层和所述电子注入电极之间。
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：所述电子限制层的最低空分子轨道的能级比所述电子输送层的最低空分子轨道的能级低。
5.如权利要求1～4中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子限制层含有具有用式(1)表示的分子结构的有机化合物，式(1)中的R1～R3可相同或不同，是氢原子、卤原子或烷基，
6.如权利要求1～5中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子限制层含有具有用式(2)表示的分子结构的三(8-羟基喹啉)铝，
7.如权利要求1～4中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子限制层含有具有用式(3)表示的分子结构的有机化合物，式(3)中的R4～R7可相同或不同，是氢原子、卤原子或烷基，
8.如权利要求1～4中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子限制层含有蒽衍生物。
9.如权利要求8所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子限制层含有具有用式(4)表示的分子结构的叔丁基取代二萘基蒽，
10.如权利要求1～9中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子输送层含有菲绕啉化合物。
11.如权利要求1～10中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子输送层含有具有用式(5)表示的分子结构的1，10-菲绕啉化合物或其衍生物，
12.如权利要求1～11中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子输送层含有具有用式(6)表示的分子结构的菲绕啉衍生物，式(6)中的R8～R11可相同或不同，是氢原子、卤原子、脂肪族取代基或芳香族取代基，
Figure A2005100640450004C3
13.如权利要求1～12中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子输送层含有具有用式(7)表示的分子结构的2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲绕啉，
14.如权利要求1～13中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述电子输送层含有具有用式(8)表示的分子结构的Siloles衍生物，式(8)中的R12～R15可相同或不同，是氢原子、卤原子、脂肪族取代基或芳香族取代基，
15.如权利要求1～14中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述发光层含有基质材料和发光掺杂剂。
16.如权利要求15所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述基质材料含有蒽衍生物、铝配位化合物、红荧烯衍生物及芳基胺衍生物中的任一种。
17.如权利要求15或16所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述发光掺杂剂含有可以将三重态激发能量变换为发光的材料。
18.如权利要求15或16所述的有机电致发光元件，其特征在于：
所述基质材料含有用式(4)表示的叔丁基取代二萘基蒽，
所述发光掺杂剂含有用式(9)表示的1，4，7，10-四叔丁基苝，
19.如权利要求15或16所述的有机电致发光元件，其特征在于：
所述基质材料含有用式(10)表示的N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-联苯胺，
所述发光掺杂剂含有用式(11)表示的5，12-二(4-叔丁基苯基)萘并萘，
Figure A2005100640450006C2
20.如权利要求1～19中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述发光层含有一层或多层。
21.如权利要求20所述的有机电致发光元件，其特征在于：
所述发光层包括短波长发光层和长波长发光层，所述短波长发光层所产生的峰波长中的至少一个比500nm小，所述长波长发光层所产生的峰波长中的至少一个比500nm大。
22.如权利要求1～21中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：在所述空穴注入电极和所述发光层之间还具备促进空穴输送的空穴输送层。
23.如权利要求22所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述基质材料和所述空穴输送层是相同的有机化合物。
24.如权利要求22或23所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述空穴输送层含有芳基胺衍生物。
25.如权利要求22～24中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于：所述空穴输送层含有用式(10)表示的N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-联苯胺，
Figure A2005100640450008C1
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