CN1784099A - 电激发光元件 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电激发光元件，在阳极及阴极之间具备含有多层发光层的发光元件层。此发光元件层具备2层以上的含有空穴输送性化合物的有机层，多层发光层中的1层以上含有空穴输送性化合物，在含有上述空穴输送性化合物的有机层中，形成于最接近电子注入电极的层的空穴输送性化合物的含有浓度比形成于最接近空穴注入电极的层的还小。在含有上述空穴输送性化合物的有机层存在有3层以上的情况下，可设定：各层的空穴输送性化合物的含有浓度，距离空穴注入电极愈远则该层的浓度愈低。由此，可容易使多层的各层发光层的空穴及电子的供应量及供应时机达到最优化，而容易使发光层的任一层进行一致的发光。

Description

电激发光元件

技术领域

本发明涉及电激发光(Electroluminescence：EL)元件的构成。

背景技术

近年来，对于平面显示装置及光源等显示元件，自发光型的电激发光元件受到极大瞩目，尤其是通过采用的有机化合物材料可发出多种色彩的发光色、且可达到高亮度的发光的有机电激发光元件，该相关研究正积极地进行。

有机电激发光元件是在空穴注入电极(阳极)及电子注入电极(阴极)之间设置含有发光层的发光元件层，在发光元件层中，从阳极所注入的空穴与从阴极所注入的电子再结合(Recombination)，因再结合的能量所激发的发光分子会在返回基态(ground state)时发光，因此可利用此发光来加以显示。

如上所述，在有机电激发光元件中，可通过所采用的有机发光分子来获得种种色彩的光线。然而，目前也存在例如白色等无法通过单一的有机发光材料来加以实现的色彩。对于上述色彩的光，是通过组合多种色彩的光来加以实现。关于上述白色，也有人提出，在1个元件内叠层形成具有互补色关系的黄色发光层及蓝色发光层，并通过在各层所获得的黄色光及蓝色光的加色来实现白色光。然而，难以使多层发光层的各层进行有效率的发光，并且发光色与基准白色之间的差距也不小。

此外，有机电激发光元件一般虽可进行高亮度的发光，但是仍存在发光分子等的有机材料的耐久性等问题，作为元件的寿命仍嫌不足。在叠层多层发光层来获得加色光时，可预测到例如发光效率最低的发光层或是注入电流较大的发光层比其它的发光层恶化更快，而元件寿命取决于寿命最短的发光层。因此，对于所有的发光色，不仅需对各种发光色开发出可达到更长寿命及更高的发光效率的有机发光材料，并且须达到元件构造等的最优化。

发明内容

本发明是关于，即使是具备多层发光层的电激发光元件，也可使发光层有效率地发光并实现长寿命的元件的技术。

本发明为一种电激发光元件，在空穴注入电极及电子注入电极之间具备含有多层发光层的发光元件层，其中，上述发光元件层具备2层以上的含有空穴输送性化合物的有机层，上述多层发光层中的1层以上构成含有上述空穴输送性化合物的上述有机层，在上述有机层中，形成于最接近上述电子注入电极的层的上述空穴输送性化合物的含有浓度比形成于最接近上述空穴注入电极的层的还小。

关于本发明的其它方式，在上述电激发光元件中，含有上述空穴输送性化合物的有机层存在3层以上；上述有机层的上述空穴输送性化合物的含有浓度，距离上述空穴注入电极愈远，该层的浓度愈低。

此外，上述空穴输送性化合物例如为胺衍生物化合物。

关于本发明的其它方式，在上述电激发光元件中，该多层发光层具备：配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及配置于该第1发光层与上述电子注入电极之间的第2发光层；在上述第1发光层及上述空穴注入电极之间至少具备空穴输送层；以上述空穴输送层的上述空穴输送性化合物的含有浓度设为Chi，以上述第1发光层的上述空穴输送性化合物的含有浓度设为Cem1，以上述第2发光层的上述空穴输送性化合物的含有浓度设为Cem2时，满足Cem1-Cem2＞Chi-Cem1的关系。

关于本发明的其它方式，在上述电激发光元件中，在上述多层发光层中，至少配置于最接近空穴注入电极的第1发光层以及形成于最接近该第1发光层的发光层，各含有相同的空穴输送性化合物。

如此，在多层的有机层各自含有空穴输送性化合物时，愈接近空穴注入电极之侧的有机层，该空穴输送性化合物的含有浓度愈高，愈远的有机层则含有浓度愈低，由此，可容易地对形成于空穴注入电极及电子注入电极之间的多层发光层分别输送必要且充分的量的空穴。

关于本发明的其它方式，在上述电激发光元件中，在上述多层发光层中，在最接近空穴注入电极处具备第1发光层，在该第1发光层与上述电子注入电极之间具备第2发光层；在上述第1发光层与上述空穴注入电极之间至少具备空穴输送层；在上述第2发光层与上述电子注入电极之间至少具备电子输送层；上述电子输送层、上述第2发光层及上述第1发光层的电子输送性化合物的含有浓度，距离上述电子输送层愈远，该层的浓度愈低。

通过满足上述的关系，在设置有多层发光层的元件中，不仅是空穴，还可容易地对各个发光层均等地注入电子。

关于本发明的其它方式，在上述电激发光元件中，在上述多层发光层中，在配置于最接近空穴注入电极的第1发光层与该空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层及空穴注入层；在上述多层发光层中，在配置于最接近电子注入电极的第2发光层与该电子注入电极之间，至少具备电子输送层；以上述空穴注入层的膜厚设为Lhi、空穴迁移率设为μhi，以上述空穴输送层的膜厚设为Lht、空穴迁移率设为μht，以上述第1发光层的膜厚设为Lem1、空穴迁移率设为μhem1，以上述第2发光层的膜厚设为Lem2、电子迁移率设为μhem2，以上述电子输送层的膜厚设为Let、电子迁移率设为μet时，满足(Lhi/μhi)+(Lht/μht)+(Lem1/μhem1)＝α{(Lem2/μhem2)+(Let/μet)}的关系，α满足0.5＜α＜2.5。

通过设定α在满足0.5至2.5的范围，可在同样的时机上容易使电子到达第1发光层以及使空穴到达第2发光层。因此，可防止电子与空穴仅在一边的发光层集中性地复合来产生发光、而在另一边的发光层上不发光的不一致的现象。

根据本发明，在多层的有机层含有共通的电荷输送性化合物时，使该电荷输送性化合物的含有量(浓度)具备梯度，在最被要求输送能力的电极的附近的有机层提高该含有量，并随着距离电极愈远而降低含有量。在至少对电极的距离为不同的2层有机层中，提高较接近电极的层的电荷输送性化合物的浓度。由此，即使存在形成于电极附近的发光层以及形成于较此为远处的发光层的情况，也可各自确实地将电子及空穴输送至两边的发光层，而容易进行再结合。因此，可提升各个发光层的发光均衡性，实现所要的色彩的加色光，此外也容易实现高效率长寿命的元件。

关于本发明的其它方式，为一种电激发光元件，在空穴注入电极及电子注入电极之间具备含有机化合物的发光元件层，其中，上述发光元件层具备多层发光层，在该多层发光层中，在配置于最接近空穴注入电极的第1发光层与该空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层；在上述多层发光层中，在配置于最接近电子注入电极的第2发光层与该电子注入电极之间，至少具备电子输送层；以从上述空穴注入电极所注入的空穴通过上述空穴输送层及上述第1发光层而到达上述第2发光层为止的该空穴的所需时间为Th，及从上述电子注入电极所注入的电子通过上述电子输送层及上述第2发光层而到达上述第1发光层为止的该电子的所需时间为Te，两者的比值Th/Te满足0.5＜(Th/Te)＜2.5。

关于本发明的其它方式，上述比值Th/Te满足1≤(Th/Te)＜2。

如此，将空穴或是电子到达各个发光层为止的所需时间的比例设定为满足上述般的例如0.5至2.5的范围，由此，可在同样的时机容易使电子到达第1发光层以及使空穴到达第2发光层。因此，可防止电子与空穴仅在一边的发光层上集中性地再结合来产生发光、而在另一边的发光层不发光的不一致的现象，而容易使多层发光层分别均衡地发光。此外，若设定所需时间的比为1以上且未满2，则可确实且有效率地使叠层构造的多层发光层的任何一层发光。

关于本发明的其它方式，上述第1发光层具备空穴输送功能，上述第2发光层具备电子输送功能。

通过满足上述般的关系，可在设置有多层发光层的元件中容易地将空穴及电子均等地注入于各个发光层而发光。

发明的效果

根据本发明，可提升所叠层的多层发光层的发光均衡性，而能实现目的色彩的加色光，此外也容易实现高效率且长寿命的元件。

附图说明

图1显示了本发明的实施形式的电激发光元件的概略剖面构造。

图2显示了采用本发明实施形式的电激发光元件的彩色显示装置的一部分概略剖面构造。

图3显示了第1实施例的电激发光元件的发光光谱。

图4显示了第1-2比较例的电激发光元件的发光光谱。

图5显示了第2-2比较例的电激发光元件的发光光谱。

主要元件符号说明

100基板                       160层间绝缘层

180平坦化绝缘层               200发光元件层

220空穴注入电极(阳极)         240电子注入电极(阴极)

242电子注入层                 244金属层

300发光元件层                 310空穴注入层

320空穴输送层                 330第1发光层

340第2发光层                  350电子输送层

360电子注入层                 500电激发光元件

CF彩色滤光片

具体实施方式

以下参照附图来说明本发明的实施形式(以下称为实施形式)。图1显示在第1电极及第2电极之间具备多层发光层的本实施形式的电激发光元件500的概略剖面构造。

第1及第2电极，一边为空穴注入电极(阳极)220，另一边为电子注入电极(阴极)240，在图1的例子中，在基板之侧形成阳极220，而阴极240则形成在阳极220相对向，其间包夹具有有机化合物的发光元件层300。

发光元件层300具备含有空穴输送性化合物的多层的有机层。此外，此发光元件层300具备多层发光层，在该多层发光层中，在配置于最接近阳极220的第1发光层330该阳极220之间，至少具备空穴输送层320。在多层发光层中，在配置于最接近阴极240的第2发光层340及该阴极240之间，至少具备电子输送层350。发光元件层300的构成是依据所采用的有机材料等而有种种不同，在图1的例子中，是从阳极220之侧开始，依序叠层空穴注入层310、空穴输送层320、第1发光层330、第2发光层340及电子输送层350。

此外，在本实施形式中，为了实现依据加色的白色发光，采用橘色发光层及蓝色发光层来作为发光层，并分别设定为第1发光层330及第2发光层340。虽然并不限定于从空穴输送层之侧依序叠层橘色发光层及蓝色发光层来构成，但是较理想的是，在多层发光层中，将空穴输送功能较高的发光层设置在阳极220之侧来作为第1发光层330，将电子输送功能较高的发光层设置在阴极240之侧来作为第2发光层340。

发光层并不限定于2层，也可为3层以上，在此情况下，在多层发光层中，在最接近阳极220(距离阴极240较远)的第1发光层330以及最接近阴极240(距离阳极220较远)的第2发光层340之间，设置第3、第4、.....、第n发光层。设置在第1及第2发光层的中间的发光层彼此之间或是在与第1或第2发光层之间的层间，可形成具有发光以外的其它功能层。

空穴输送层320及电子输送层350并不限定于单层构造，任一层均可采用多层构造。此外也各可省略空穴输送层320及电子输送层350，在省略空穴输送层320时，可设定第1发光层330兼具空穴输送层的功能，在省略电子输送层350时，可设定第2发光层340兼具电子输送层的功能。对于空穴注入层310，也不限定于单层构造，而可采用多层构造，此外，在从阳极220至空穴输送层320的空穴注入阻障较小的情况下，可省略空穴注入层310。

关于阳极220，例如可采用导电性金属氧化物材料，具体而言有ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)及IZO(Indium Zinc Oxide，氧化铟锌)等透明导电性材料。阴极240是由以功函数较大的金属材料为主体的金属层244以及用来降低对电子输送层350的电子输送阻障的电子注入层242所组成的叠层构造所构成。关于金属层244，例如可采用Al、Ag、MgAl合金、MgAg合金、LiAl合金、LiAg合金等。而在从阴极240往电子输送层350的电子输送阻障较小的情况下，也可省略电子注入层242，电子注入层242例如可采用氟化锂(LiF)、锂(Li)等。

空穴注入层310可采用CuPc(酞菁铜络合物)及CFx(x为任意数)等。

空穴输送层320含有极高浓度的空穴输送性化合物(例如100质量％)。关于空穴输送性化合物，例如可采用空穴迁移率较高的胺衍生物化合物，更具体而言为芳香族胺衍生物化合物。此芳香族胺衍生物化合物主要为三苯基胺(Triphenyl Amine)或是该衍生物的双聚物，或是2以上的多聚物等。具体而言，例如有TPD(N，N′-bis(3-methylphenyl)-N，N′-diphenyl-(1，1′-biphenyl)-4，4′-diamine)(TPD(N，N′-双(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基-(1，1′-联苯基)-4，4′-二胺))、NPB(N，N′-bis(1-naphthyl)-N，N′-diphenyl-(1，1′-biphenyl)-4，4′-diamine)(NPB(N，N′-双(1-萘基)-N，N′-二苯基-(1，1′-联苯基)-4，4′-二胺))、1-TNATA(4，4′，4″-tris[1-naphthyl(phenyl)amino]-triphenylamine)(1-TNATA(4，4′，4″-三[1-萘基(苯基)胺基]-三苯基胺))等。

电子输送层350含有极高浓度的电子输送性化合物(例如100质量％)。关于电子输送性化合物，例如可采用铝羟基喹啉(Quinolinol)络合物(Alq)等的电子迁移率较高的有机金属络合物以及邻二氮杂菲(Phenanthroline)等含氮杂环化合物。

在图1的例子中，在多层发光层中最接近阳极的第1发光层330是在单层构造的空穴输送层320上连续形成，此第1发光层330含有相对较高浓度的空穴输送性化合物。具体而言，第1发光层330采用空穴输送性化合物为主材料，采用橘色的发光材料来作为掺杂材料，并将大约10质量％或是其以下的浓度的该掺杂材料掺杂于空穴输送性主材料来加以形成。也就是，在第1发光层330中，含有空穴输送性化合物的浓度大约为100质量％至80质量％以上(例如约90质量％)的空穴输送性化合物。空穴输送性化合物可采用上述空穴输送层320所采用的芳香族胺衍生物化合物。对于橘色的发光材料(掺杂材料)并无特别限定，例如可采用红萤烯(Rubrene(5，6，11，12-tetraphenylnaphthacene))及DBzR(5，12-bis(4-(6-methylbenzothiazole-2-yl)phenyl)-6，11-diphenyl naphthacene)(DBzR(5，12-双(4-(6-甲基苯唑-2-基)苯基)-6，11-二苯基萘并萘))。在掺杂材料具备发光功能以及较高的空穴输送性的情况下，可视为第1发光层330的空穴输送性化合物的浓度几乎为100质量％。

在图1的例子中，在多层发光层中最接近阴极240的第2发光层340形成在上述第1发光层330正上方，而与第1发光层330及电子输送层350两者接触。第2发光层340至少包含高浓度的电子输送性化合物，在本实施形式中，是采用上述空穴输送性化合物及电子输送性化合物两者来作为主材料，并采用蓝色的发光材料来作为掺杂材料。此掺杂材料可由例如10％或是其以下的浓度来对主材料进行掺杂。

第2发光层340的空穴输送性的主材料可与上述第1发光层330相同，采用芳香族胺衍生物化合物，对于电子输送性的主材料，除了上述电子输送层350所采用的有机金属络合物化合物之外，也可采用多环芳香族化合物。金属络合物化合物例如可采用如上所述的铝羟基喹啉络合物及该衍生物。多环芳香族化合物例如可采用蒽(Anthracene)系列化合物。

关于此蒽系列化合物的一例，例如有ADN(9，10-di(2-naphthyl)anthracene)(AND(9，10-二(2-萘基)蒽))等。上述多环芳香族化合物例如可采用具备电子输送性及空穴输送性、且作为第1发光层330的助掺杂剂等。在此情况下的助掺杂剂，例如可采用DPN(5，12-diphenyl naphthacene)(DPN(5，12-二苯基萘并萘))等。对于蓝色的发光材料(掺杂材料)并无特别限定，例如可采用二萘嵌苯(Perylene)系列化合物及芘(Pyrene)系列化合物。

第2发光层340的空穴输送性化合物的浓度可设定在0质量％至50质量％。此外，电子输送性化合物的浓度可设定在100质量％至50质量％。此外，在例如采用如Alq₃般的具有电子输送功能及发光功能的化合物来作为第2发光层340时，可单独采用100质量％的电子输送性发光化合物。

如上所述，在本实施形式中，在具备2层的发光层330、340且至少在空穴输送层320及第1发光层330中含有空穴输送性化合物的情况下，第1发光层330的空穴输送性化合物的含有浓度设成比空穴输送层320的空穴输送性化合物的含有浓度更低或是相等。在第1发光层330所采用的发光材料同时具备发光功能及空穴输送功能两者的情况下，第1发光层330的空穴输送性化合物的含有浓度几乎为100质量％。而在第2发光层340中也可采用一部分的空穴输送性化合物，但是即使在采用时，该含有浓度也比第1发光层330的含有浓度更低。也就是，较理想的是，在含有空穴输送性化合物的多层的有机层中，设定距离阳极220愈远的层，其含有浓度愈低。在具备含有电子输送性化合物的多层的有机层时，可设定距离阴极240愈近的有机层，其电子输送性化合物的含有浓度愈高。

有机电激发光元件500通过以上的叠层构造所构成，各层是在玻璃或塑料薄膜等透明绝缘基板100的上方从阳极220开始依序叠层。阳极220例如可由溅镀法形成，发光元件层300及阴极240例如可通过真空蒸镀法来连续形成。在适用于以此有机电激发光元件500来作为显示装置的各个像素的显示元件(发光元件)、并且在各像素中设置晶体管以保持并控制各像素的显示内容的所谓的主动矩阵型显示装置的情况，在上述基板100及阳极220的层间，将构成晶体管等的各个像素电路的层加以形成。

在如此的构成中，从阳极220所注入的空穴被注入于空穴注入层310，高浓度地通过含有空穴输送性化合物的空穴输送层320，而到达第1发光层330。此外，由于含有高浓度的空穴输送性化合物来作为主材料，因此第1发光层330也具备空穴输送性，因此空穴通过第1发光层330而到达第2发光层340。

另一方面，从阴极240(从金属层244经过电子注入层360)所注入的电子高浓度地通过含有电子输送性化合物的电子输送层350，而到达第2发光层340。如上述般，由于第2发光层340也含有高浓度的电子输送性化合物而具备电子输送性，因此电子通过第2发光层340到达第1发光层330。

因此，在第1发光层330中，来自于阳极220的空穴与从阴极240经过第2发光层340而到达的电子再结合，并通过再结合的能量来激发掺杂剂的发光分子，而在返回基态时会获得发出橘色的光。在第2发光层340中，从阳极220经过第1发光层330而到达的空穴与来自阴极240的电子再结合，激发掺杂剂的发光分子，而在返回基态时会获得发出蓝色的光。在图1的例子中，于第2发光层340所获得的蓝色光与于第1发光层330所获得的橘色光均从透明的阳极220之侧经过由玻璃等透明绝缘材料所形成的基板100而往外部射出。因此，在外部，由于蓝色光与橘色光的加色，而可观察出白色光。

在本实施形式中，如上所述，在叠层含有空穴输送性化合物的多层的有机层来作为发光元件层300的情况下，设定为距离阳极220愈近的有机层，其空穴输送性化合物的含有浓度愈高。然而，尤其在以空穴输送层320的空穴输送性化合物的含有浓度为Chi，以第1发光层330的空穴输送性化合物的含有浓度为Cem1，以第2发光层340的空穴输送性化合物的含有浓度为Cem2时，较理想的是满足Cem1-Cem2＞Chi-Cem1的关系。

通过扩大第1发光层330与第2发光层340之间的浓度差，尤其是降低Cem2的浓度，可将第2发光层340的空穴输送性设定为比第1发光层330还低。若空穴穿过第2发光层340而到达阴极240时，则此空穴成为无效电流，而无益于发光。此外，即使在第2发光层340及阴极240的层间与电子再结合，也由于通常在发光层之外不存在发光分子，因此无益于发光。在采用具有电子输送性及发光功能的材料来作为电子输送层350时，则导致在非目的的电子输送层350产生发光，因而造成色纯度的降低。因此，较理想的是设定在上述般的浓度梯度。

在形成3层以上的发光层的情况下，如上所述，是在第1发光层330及第2发光层340之间又形成发光层。在此情况下，在第1发光层330中被要求较高的空穴输送能力，而较理想的是设定空穴输送性化合物的浓度例如为高达100质量％至90质量％左右。相对地，在第2发光层340中被要求较高的电子输送能力，电子输送性化合物设定成例如为100质量％至50质量％的较高浓度。对于位于第1发光层330及第2发光层340之间、且形成于最接近第1发光层330的发光层，由于必须将空穴传送至第2发光层340之侧，因此含有空穴输送性化合物。在这中间的发光层的空穴输送性化合物的含有浓度可设定为比第1发光层330还低，且比上述第2发光层340的含有浓度还高。最接近第1发光层330的发光层(在2层构造的发光层的情况下，为第2发光层340)以及该第1发光层330都可采用相同的空穴输送性化合物。通过采用相同的材料，可在例如以真空蒸镀法等来叠层发光元件层300的各层时，而容易地采用相同的蒸镀来源来有效率地形成发光层。

以下说明在上述浓度关系下所形成的本实施形式的电激发光元件的特性。首先，将从阳极220所注入且通过空穴注入层310、空穴输送层320及第1发光层330而到达第2发光层340为止的空穴的每单位距离的所需时间表示为Th。此外，从阴极240所注入且通过电子输送层350及第2发光层340而到达第1发光层330为止的电子的每单位距离的所需时间表示为Te，在如此的表示下，在达到上述般的最优化浓度的本实施形式的电激发光元件500中，比值(Th/Te)满足0.5＜(Th/Te)＜2.5的关系。较理想的是满足1≤(Th/Te)＜2，更理想的是满足1.3＜(Th/Te)＜1.7的关系。

通过使空穴及电子的到达第1及第2发光层的所需时间的比值满足该关系，可使空穴及电子到达第1发光层330的时机与空穴及电子到达第2发光层340的时机变得更为接近。

若上述Th及Te的差距过大，例如Th为Te的2.5倍以上，则在距离阳极最近的第1发光层330中，即使空穴及电子在几乎相同的时机到达而产生发光，但是在空穴到达距离阴极240最近的第2发光层340时，由于电子已经通过电子输送性的第2发光层340，因此空穴及电子的再结合的机率降低，而不易产生发光。当然，若在相反的时机上，仅仅于第2发光层产生发光，而在第1发光层中不会发光。因此，若未最优化此所需时间的比值，则即使设置多层发光层，也仅在当中的一部分发光层发光，而无法获得均衡性佳的目的的加色光(在此为白色)。然而，通过满足上述所需时间的比值关系，例如设在1.3至1.7的范围，则到达时机达到一致，因而可使多层发光层分别均衡性地发光。在此，设定所需时间的比值Th/Te为1以上的更适当的理由之一是，不仅是空穴到达第2发光层340的到达时机的控制，而且也可通过在发光元件层300内尽可能加厚因受到下层的影响而导致凹凸较多的阳极之侧的层，而防止发光元件层300的断线并提升段差的包覆性。

在本实施形式中，可考虑电荷输送材料的电荷迁移率(cm²/Vs)及发光元件层300的各层的浓度(更理想的是也考虑厚度)，来加以调整上述所需时间Th、Te。在此，发光元件层300所采用的电荷输送材料(空穴输送材料、电子输送材料)一般而言具有10^-3至10^-6的范围的电荷迁移率(空穴迁移率、电子迁移率)，通常，该迁移率是在一定的高浓度时所获得的值。此外，若浓度增加则迁移率也增大。因此，可使各层所采用的电荷输送材料的含有浓度达到最优化，并且调整各层的厚度，由此可实现上述特性。

以下说明各层的电荷迁移率、厚度及浓度。

首先，在空穴输送层320的材料及第1发光层330的主材料中所采用的芳香族胺衍生物化合物的空穴迁移率为10^-3cm²/Vs至10^-4cm²/Vs(约100质量％的浓度时)。

在电子输送层350的材料及第2发光层340的主材料中所采用的有机金属络合物的电子迁移率为10^-4cm²/Vs至10^-6cm²/Vs(约100质量％的浓度时)。在采用多环芳香族化合物来作为此第2发光层340的电子输送性的主材料的情况下，此化合物具备电子及空穴两者的输送性，电子迁移率为10^-3cm²/Vs至10^-5cm²/Vs，空穴迁移率也为10^-3cm²/Vs至10^-5cm²/Vs。

可通过飞行时间法(TOF：Time ofFlight)来测得上述空穴迁移率及电子迁移率。具体而言，此TOF法是使测定的材料膜(在本实施形式中，为各层的有机化合物材料膜)在互为对向的电极之间，以大约100质量％的浓度来叠层而包夹，通过光激发而在与材料膜的一边的电极的界面上产生电荷载流子，而测定此电荷载流子到达所对向的另一边的电极的时间，由此来求得迁移率。

如上所示，在以大约100质量％的浓度来成膜时，具有空穴输送性而为人所知的有机化合物的空穴迁移率在10^-3cm²/Vs至10^-5cm²/Vs的范围，而在以大约100质量％的浓度来成膜时，具有电子输送性而为人所知的有机化合物的电子迁移率在10^-3cm²/Vs至10^-6cm²/Vs的范围。

接着说明各层的厚度，空穴注入层310为0.5nm至5.0nm(CFx的情况下)或是10nm至20nm(CuPc的情况下)。空穴输送层320为30nm至300nm，第1发光层330为10nm至150nm，第2发光层340为20nm至50nm，电子输送层350为10nm至30nm的厚度。

发光元件层300的电荷迁移率与各层的厚度的关系可由下列式(1)来表示，

(Lhi/μhi)+(Lht/μht)+(Lem1/μhem1)＝α{(Lem2/μhem2)+(Let/μet)}……式(1)

此外，α满足0.5＜α＜2.5的关系。在上述式(1)中，以空穴注入层310的膜厚为Lhi、空穴迁移率为μhi，以空穴输送层320的膜厚为Lht、空穴迁移率为μht，以第1发光层330的膜厚为Lem1、空穴迁移率为μhem1，以第2发光层340的膜厚为Lem2、电子迁移率为μhem2，以电子输送层350的膜厚为Let、电子迁移率为μet。此外，虽然α较理想的是满足1≤α＜2的关系，更理想的是位于1.3＜α＜1.7的范围内，但通过使α大于0.5且小于2.5，可容易获得使第1发光层330及第2发光层340两者均衡性地发光、且不易产生断线的长寿命的元件构造。

接下来说明使各层的厚度为固定、并改变电荷输送性化合物的浓度的6种有机电激发光元件500。对于第1实施例(实1)、第1-1比较例(比1-1)及第1-2比较例(比1-2)的电激发光元件500，仅第1发光层(EML1)的空穴输送性材料浓度及电子输送性材料浓度有所不同。对于第2实施例(＝实1)、第2-1比较例(比2-1)及第2-2比较例(比2-2)的电激发光元件500，仅第2发光层(EML2)的空穴输送性材料浓度及电子输送性材料浓度有所不同。

又，电激发光元件500是采用CuPc为空穴注入层(HIL)310(厚度10nm)，空穴输送层(HTL)320的膜厚形成为100nm，并采用芳香族胺化合物的一种的NPB。第1发光层(EML1)330的膜厚形成为合计30.9nm，主材料采用空穴输送性的NPB，掺杂剂采用DBzR，助掺杂剂采用DPN(5，12-diphenyl naphthacene)(DPN(5，12-二苯基萘并萘))(橘色发光层)。第2发光层(EML2)340的膜厚形成为41.0nm，主材料采用多环芳香族化合物，具体而言为蒽系列化合物的ADN(9，10-di(2-naphthyl)anthracene)(AND(9，10-二(2-萘基)蒽))，掺杂剂采用二萘嵌苯(Perylene)系列化合物，并添加NPB来作为空穴输送性化合物(蓝色发光层)。此外，电子输送层(ETL)350的膜厚形成为10nm，并采用Alq3(tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III)：铝羟基喹啉络合物)。为助掺杂剂的上述DPN具备空穴输送性及电子输送性的两极性，因此评估此DPN的浓度来作为第1发光层的电子输送性化合物浓度。

表1

	HTL(100nm)	EML(30.9nm)			EML(41.0nm)			ETL(10nm)	发光效率(cd/A)
										NPB浓度	NPB浓度	DPN浓度	DBzR浓度	ADN浓度	NPB浓度	BD浓度	Alq浓度
	第1实施例	100％(100nm)	93.9％(29.0nm)	3.2％(1.0nm)	2.9％(0.9nm)	90.2％(37.0nm)	7.3％(3.0nm)	2.4％(1.0nm)										100％(10nm)	14
第1-1比较例									100％(100nm)	87.4％(27.0nm)	9.7％(3.0nm)	2.9％(0.9nm)	90.2％(37.0nm)	7.3％(3.0nm)	2.4％(1.0nm)	100％(10nm)	12
	第1-2比较例	100％(100nm)	77.7％(24.0nm)	19.4％(6.0nm)	2.9％(0.9nm)	90.2％(37.0nm)	7.3％(3.0nm)	2.4％(1.0nm)										100％(10nm)	10
第2实施例(＝实1)									100％(100nm)	93.9％(29.0nm)	3.2％(1.0nm)	2.9％(0.9nm)	90.2％(37.0nm)	7.3％(3.0nm)	2.4％(1.0nm)	100％(10nm)	14
	第2-1比较例	100％(100nm)	93.9％(29.0nm)	3.2％(1.0nm)	2.9％(0.9nm)	82.9％(34.0nm)	14.8％(6.0nm)	2.4％(1.0nm)										100％(10nm)	11
第2-2比较例									100％(100nm)	93.9％(29.0nm)	3.2％(1.0nm)	2.9％(0.9nm)	82.9％(34.0nm)	19.5％(8.0nm)	2.4％(1.0nm)	100％(10nm)	7

上述表1显示，第1实施例(实1)、第1-1比较例(比1-1)、第1-2比较例(比1-2)、第2实施例(实2)、第2-1比较例(比2-1)、第2-2比较例(比2-2)的各个电激发光元件的各层的浓度(重量％)、膜厚换算值(nm)及元件发光效率(cd/A)。

第1实施例的电激发光元件500的HTL/EML1/EML2/ETL的空穴输送性化合物(NPB)的浓度为100％/93.9％/7.3％/0％。

与此相比，第1-1比较例及第1-2比较例的HTL及EML2的NPB浓度同为100％及7.3％，而EML1的NPB浓度则成为较低的87.4％及77.7％。

此外，第1实施例的电激发光元件500的电子输送性化合物的浓度依HTL/EML1(DPN浓度)/EML2(ADN浓度)/ETL(Alq浓度)的顺序为0％/3.2％/90.2％/100％。相比于此第1-1比较例及第1-2比较例的元件，EHL及EML2的电子输送性化合物的浓度相同，但设置于之间的EML1的电子输送性化合物(DPN)的浓度为9.7％及19.4％而变得较高。第1实施例、第1-1比较例、第1-2比较例的发光效率各为14、12、10，随着第1发光层的空穴输送性化合物浓度的减少(随着电子输送性化合物浓度的增加)，发光效率降低。

在此，可对于含有多种材料的第1发光层及第2发光层以100％的浓度将显示出各自的固有迁移率的材料加以叠层，而以此情况下的厚度来换算而求得上述各例的各个电激发光元件500的α值，在第1实施例中，α＝1，在第1-2比较例中，α＝2.5。

依据厚度的换算基准的数值在上述表1中与浓度合并标记，在第1实施例中，从空穴输送层开始，依序为NPB(100nm)/NPB(2.9nm)+DPN(1.0nm)+DBzR(0.9nm)/AND(37.0nm)+NPB(3.0nm)+BD(1.0nm)/Alq(10nm)。

图3显示了此第1实施例的电激发光元件500(α＝1)的发光光谱强度，此图显示出第1发光层330及第2发光层340两者均衡性佳的发光，且获得目的的白色光，而发光效率为上述般的14cd/A(电力效率为6.11m/W)，因此具备优良的特性。

图4显示，在此3个例子中在第1发光层中的NPB浓度为最低的第1-2比较例的电激发光元件500(α＝2.5)的发光光谱强度。从图4中可得知，虽然第1发光层330发光，但是第2发光层340的发光亮度较低，2层发光的均衡性较差，而成为接近黄色的白色光。此外，发光效率为10cd/A(电力效率为4.61m/W)，是比第1实施例还低的值。

从图4中可得知，在第1-2比较例的元件中，在第2发光层中无法获得充分的发光，由此现象可推估，在第1发光层的空穴输送性材料的浓度较低时，从阳极往第2发光层340的空穴输送量不足，而不易使多层发光层均衡地发光。

接下来，第2-1比较例及第2-2比较例的电激发光元件500的HTL及EML1的NPB浓度各为100％及93.9％，虽与第2实施例(第1实施例)相同，但EML2的NPB浓度为14.6％及19.5％，比第1实施例的7.3％还高。关于发光效率，相比于第1实施例的14cd/A，在第2-1比较例及第2-2比较例的电激发光元件500中各为11cd/A及7cd/A(电力效率为3.2lm/W)，并随着第2发光层(EML2)中的电子输送性化合物的ADN的浓度的愈低(NPB浓度愈高)而下降。

图5显示了第2-2比较例的电激发光元件(α＝0.5)的发光光谱，与上述第1-2比较例相反，虽然第2发光层340发光，但是第1发光层330的发光亮度较低，2层发光的均衡性较差，而成为接近蓝色的白色光。从该结果中可推测出，若具备将来自电子输送层的电子输送至第1发光层的功能的第2发光层的电子输送性化合物浓度较低，则电子无法充分供应至第1发光层，而无法在第1发光层中充分地发光。

在此，在设定α值为1的上述有机电激发光元件中，设定空穴注入层310的厚度为10nm、迁移率μhi为10^-3cm²/Vs，空穴输送层320的厚度为100nm、迁移率μht为10^-3cm²/Vs，第1发光层330的厚度为30.9nm、迁移率μhem1为10^-3cm²/Vs，第2发光层340的厚度为41.0nm、迁移率μhem2为10^-3cm²/Vs，电子输送层350的厚度为10nm、迁移率μet为10^-4cm²/Vs。当然，膜厚及迁移率并不限定于这些组合，可通过制作出上述α值大于1且小于2.5的元件使多层发光层均衡且有效率地发光。

此外，从上述的比较中可得知，从阳极位于比第1发光层还远的第2发光层(在此为蓝色发光层)的空穴输送材料的浓度愈高，则发光效率愈低，此外发光均衡性也变差。从另一观点来说明，位于距离阳极较近的第1发光层中的空穴输送材料的浓度愈低，则往第2发光层的空穴输送能力下降，而导致效率的降低及发光均衡性的恶化。

此外，从阴极位于比第2发光层还远的第1发光层(在此为橘色发光层)的电子输送材料的浓度愈高，则发光效率愈低，此外发光均衡性也变差。从另一观点来说明，位于距离阴极较近的第2发光层中的电子输送材料的浓度愈低，则往第1发光层的电子输送能力下降，而导致效率的降低及发光均衡性的恶化。

下列表2显示，在上述第1实施例、第1-1比较例、第1-2比较例中，第1及第2发光层的空穴输送材料的浓度的差以及空穴输送层及第1发光层的空穴输送材料的浓度的差之间的关系。

表2

	Cem1-Cem2	Chi-Cem1	(Cem1-Cem2)/(Chi-Cem1)	发光效率(cd/A)
					第1(2)实施例	86.6	6.1	14.2	14
第1-1比较例	80.1	12.6	6.4	12
					第1-2比较例	70.4	22.3	3.2	10

如上所述，空穴输送材料的浓度较理想的是满足Cem1-Cem2＞Chi-Cem1，从上述第1实施例、第1-1比较例、第1-2比较例的结果中可得知，较理想的是(Cem1-Cem2)远比(Chi-Cem1)还大，理想的是6倍以上，更理想的是14倍左右(在第1实施例中为14.2倍)。

本实施形式的有机电激发光元件500不仅可使用于通过加色而将白色光射出至外部的白色型显示器及平面光源，也可适用于通过其它的加色而将任意色彩射出的显示器等。

此外，如图2所示，在白色有机电激发光元件500以及基板10之间，例如可在使晶体管绝缘的层间绝缘层160及用来使元件形成面达到平坦的平坦化绝缘层180之间，形成对应R、G、B的3色的彩色滤光片CF的任一种，而从有机电激发光元件500所射出的白色光成分中仅让所期望的R、G、B光成分穿透，由此可实现全彩的显示。此外，也可在一部分的像素不形成彩色滤光片，而通过R、G、B及W(白色)的4种色彩来进行彩色显示。彩色滤光片并不限定于R、G、B的3色，也可又设置Y(黄色)及M(洋红，Magenta)等。

Claims (18)

1.一种电激发光元件，在空穴注入电极与电子注入电极之间具备具有多层发光层的发光元件层，其中，

上述发光元件层具备2层以上的含有空穴输送性化合物的有机层，上述多层发光层中的1层以上构成含有上述空穴输送性化合物的上述有机层；

在上述有机层中，形成于最接近上述电子注入电极的层的上述空穴输送性化合物的含有浓度比形成于最接近上述空穴注入电极的层的还小。

2.如权利要求1所述的电激发光元件，其中，上述空穴输送性化合物为胺衍生物化合物。

3.如权利要求1所述的电激发光元件，其中，该多层发光层具备：配置于最接近空穴注入电极的第1发光层，及配置于该第1发光层及上述电子注入电极之间的第2发光层；

在上述第1发光层及上述空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层；

设上述空穴输送层的上述空穴输送性化合物的含有浓度为Chi，上述第1发光层的上述空穴输送性化合物的含有浓度为Cem1，上述第2发光层的上述空穴输送性化合物的含有浓度为Cem2时，满足下式的关系：

                   Cem1-Cem2＞Chi-Cem1。

4.如权利要求1所述的电激发光元件，其中，在该多层发光层中，至少配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及形成于最接近该第1发光层的发光层，分别含有相同的空穴输送性化合物。

5.如权利要求1所述的电激发光元件，其中，在上述多层发光层中，在最接近空穴注入电极处具备第1发光层，在该第1发光层及上述电子注入电极之间具备第2发光层；

在上述第1发光层及上述空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层；

在上述第2发光层及上述电子注入电极之间，至少具备电子输送层；

上述电子输送层、上述第2发光层及上述第1发光层的电子输送性化合物的含有浓度，距离上述电子输送层愈远，浓度愈低。

6.如权利要求1所述的电激发光元件，其中，在上述多层发光层中，在配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及该空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层及空穴注入层；

在上述多层发光层中，在配置于最接近电子注入电极的第2发光层及该电子注入电极之间，至少具备电子输送层；

设上述空穴注入层的膜厚为Lhi、空穴迁移率为μhi，上述空穴输送层的膜厚为Lht、空穴迁移率为μht，上述第1发光层的膜厚为Lem1、空穴迁移率为μhem1，上述第2发光层的膜厚为Lem2、电子迁移率为μhem2，上述电子输送层的膜厚为Let、电子迁移率为μet时，满足下式的关系：

(Lhi/μhi)+(Lht/μht)+(Lem1/μhem1)＝α{(Lem2/μhem2)+(Let/μet)}

α满足0.5＜α＜2.5的关系。

7.如权利要求1所述的电激发光元件，其中，含有上述空穴输送性化合物的有机层存在3层以上；

上述有机层的上述空穴输送性化合物的含有浓度，距离上述空穴注入电极愈远的层，浓度愈低。

8.如权利要求7所述的电激发光元件，其中，上述空穴输送性化合物是胺衍生物化合物。

9.如权利要求7所述的电激发光元件，其中，该多层发光层具备：配置于最接近空穴注入电极处的第1发光层、及配置于该第1发光层及上述电子注入电极之间的第2发光层；

在上述第1发光层及上述空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层；

设上述空穴输送层的上述空穴输送性化合物的含有浓度为Chi，上述第1发光层的上述空穴输送性化合物的含有浓度为Cem1，上述第2发光层的上述空穴输送性化合物的含有浓度为Cem2时，满足下式的关系：

                  Cem1-Cem2＞Chi-Cem1。

10.如权利要求7项的电激发光元件，其中，在该多层发光层中，至少配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及形成于最接近该第1发光层的发光层，分别含有相同的空穴输送性化合物。

11.如权利要求7所述的电激发光元件，其中，在上述多层发光层中，在最接近空穴注入电极处具备第1发光层，在该第1发光层及上述电子注入电极之间具备第2发光层；

在上述第1发光层及上述空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层；

在上述第2发光层及上述电子注入电极之间，至少具备电子输送层；

上述电子输送层、上述第2发光层及上述第1发光层的电子输送性化合物的含有浓度，距离上述电子输送层愈远，浓度愈低。

12.如权利要求7所述的电激发光元件，其中，在上述多层发光层中，在配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及该空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层及空穴注入层；

在上述多层发光层中，在配置于最接近电子注入电极的第2发光层及该电子注入电极之间，至少具备电子输送层；

设上述空穴注入层的膜厚为Lhi、空穴迁移率为μhi，上述空穴输送层的膜厚为Lht、空穴迁移率为μht，上述第1发光层的膜厚为Lem1、空穴迁移率为μhem1，上述第2发光层的膜厚为Lem2、电子迁移率为μhem2，上述电子输送层的膜厚为Let、电子迁移率为μet时，满足下式的关系：

(Lhi/μhi)+(Lht/μht)+(Lem1/μhem1)＝α{(Lem2/μhem2)+(Let/μet)}

α满足0.5＜α＜2.5的关系。

13.一种电激发光元件，在空穴注入电极及电子注入电极之间，具备含有机化合物的发光元件层，其中，

上述发光元件层具备多层发光层，在该多层发光层中，在配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及该空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层；

在上述多层发光层中，在配置于最接近电子注入电极的第2发光层及该电子注入电极之间，至少具备电子输送层；

设从上述空穴注入电极所注入的空穴通过上述空穴输送层及上述第1发光层而到达上述第2发光层为止的该空穴的所需时间为Th，及从上述电子注入电极所注入的电子通过上述电子输送层及上述第2发光层而到达上述第1发光层为止的该电子的所需时间为Te时，两者的比值Th/Te满足下式的关系：

                  0.5＜(Th/Te)＜2.5。

14.如权利要求13所述的电激发光元件，其中，上述第1发光层具备空穴输送功能，上述第2发光层具备电子输送功能。

15.一种电激发光元件，在空穴注入电极及电子注入电极之间具备含有机化合物的发光元件层，其中，

上述发光元件层具备多层发光层，在该多层发光层中，在配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及该空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层；

在上述多层发光层中，在配置于最接近电子注入电极的第2发光层及该电子注入电极之间，至少具备电子输送层；

以从上述空穴注入电极所注入的空穴通过上述空穴输送层及上述第1发光层而到达上述第2发光层为止的该空穴的所需时间为Th，及

从上述电子注入电极所注入的电子通过上述电子输送层及上述第2发光层而到达上述第1发光层为止的该电子的所需时间为Te时，两者的比值Th/Te满足下式的关系：

                    1≤(Th/Te)＜2。

16.如权利要求15所述的电激发光元件，其中，上述第1发光层具备空穴输送功能，上述第2发光层具备电子输送功能。

17.一种电激发光元件，在空穴注入电极及电子注入电极之间具备含有机化合物的发光元件层，其中，

上述发光元件层具备多层发光层，在该多层发光层中，在配置于最接近空穴注入电极的第1发光层及该空穴注入电极之间，至少具备空穴输送层及空穴注入层；

在上述多层发光层中，在配置于最接近电子注入电极的第2发光层及该电子注入电极之间，至少具备电子输送层；

设上述空穴注入层的膜厚为Lhi、空穴迁移率为μhi，上述空穴输送层的膜厚为Lht、空穴迁移率为μht，上述第1发光层的膜厚为Lem1、空穴迁移率为μhem1，上述第2发光层的膜厚为Lem2、电子迁移率为μhem2，上述电子输送层的膜厚为Let、电子迁移率为μet时，满足下式的关系：

(Lhi/μhi)+(Lht/μht)+(Lem1/μhem1)＝α{(Lem2/μhem2)+(Let/μet)}

α满足0.5＜α＜2.5的关系。

18.如权利要求17所述的电激发光元件，其中，上述第1发光层具备空穴输送功能，上述第2发光层具备电子输送功能。

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