DE112012007314B3

DE112012007314B3 - Lichtemittierendes Element

Info

Publication number: DE112012007314B3
Application number: DE112012007314.2T
Authority: DE
Inventors: Shunpei Yamazaki; Satoshi Seo; Satoko Shitagaki; Nobuharu Ohsawa; Hideko Inoue; Hiroshi Kadoma; Harue Osaka
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: JP2017038079A; CN105702873B; JP2022020818A; US20120248421A1; KR102128592B1; US20150021579A1; KR20190071002A; TWI553934B; CN103518268A; JP6415511B2; TWI517472B; JP2023118841A; KR20200078708A; DE112012001504T5; CN103518268B; JP2019036739A; KR102255816B1; TW201244211A; US8853680B2; JP6691587B2

Abstract

Ein lichtemittierendes Element mit einer extrem hohen Effizienz von ungefähr 25% wird bereitgestellt. Das lichtemittierende Element umfasst eine lichtemittierende Schicht, welche einen phosphoreszierenden Gast, einen Wirt vom n-Typ, und einen Gast vom p-Typ, wobei die lichtemittierende Schicht zwischen einer Schicht vom n-Typ , welche den Wirt vom n-Typ enthält, und einer Schicht vom p-Typ, welchen den Gast vom p-Typ enthält, angeordnet ist, und wobei der Wirt vom n-Typ um der Gast vom p-Typ in der Lage sind einen Exciplex in der lichtemittierenden Schicht zu bilden. Das lichtemittierende Element zeigt eine extrem hohe Emissionseffizienz (Leistungseffizienz von 74,3 Im/W, externe Quanteneffizienz von 24,5%, Energieeffizienz von 19,3 %) bei einer niedrigen Antriebsspannung (2,6 V) bei welcher eine Leuchtdichte von 1200 cd/m² erzielbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft lichtemittierende Elemente, welche ein organisches Elektrolumineszenz (EL)-Phänomen einsetzen (im Folgenden werden solche lichtemittierende Elemente auch als EL-Elemente bezeichnet).
Stand der Technik
Organische EL-Elemente wurden aktiv erforscht und entwickelt. In einer elementaren Struktur eines organischen EL-Elementes ist eine Schicht enthaltend eine lumineszente organische Verbindung (im Folgenden auch als lichtemittierende Schicht bezeichnet) zwischen einem Elektrodenpaar angeordnet. Organische EL-Elemente haben als Flachbildschirm der nächsten Generation Aufmerksamkeit erweckt, aufgrund von Eigenschaften, dass sie dünner und leichter hergestellt werden können und schnelle Ansprechzeiten zur Eingabe von Signalen besitzen, und der Eigenschaft eines Gleichstrom-Niederspannungsbetriebs. Zusätzlich weist ein Display, welches solch ein lichtemittierendes Element einsetzt, das Merkmal auf, dass es einen ausgezeichneten Kontrast und Bildqualität aufweist, und einen weiten Blickwinkel besitzt. Da es des Weiteren eine plane Lichtquelle ist, hat man versucht, das organische EL-Element als eine Lichtquelle einzusetzen, wie als Hintergrundbeleuchtung eines Flüssigkristalldisplays und als eine Beleuchtungseinrichtung.
Der Emissionsmechanismus des organischen EL-Elementes ist eine Träger-Injektions-Art. Das heißt, durch Anlegen von Spannung werden durch eine lichtemittierende Schicht, welche zwischen Elektroden angeordnet ist, Elektronen und Löcher, welche von den Elektroden injiziert werden, rekombiniert, so dass eine lichtemittierende Substanz angeregt wird und Licht wird emittiert, wenn sich der angeregte Zustand in den Grundzustand entspannt. Es gibt zwei Arten von angeregten Zuständen: ein Singulett-Zustand (S*) und ein Triplett-Zustand (T*). Das Verhältnis der statistischen Erzeugung der angeregten Zustände wird als S*:T* = 1:3 angegeben.
Im Allgemeinen ist der Grundzustand einer lichtemittierenden organischen Verbindung ein Singulett-Zustand. Daher wird die Lichtemission von dem angeregten Singulett-Zustand als Fluoreszenz bezeichnet, da sie durch den Elektronenübergang zwischen Vielfachen des gleichen Spins auftritt. Auf der anderen Seite wird Lichtemission von dem angeregten Triplett-Zustand als Phosphoreszenz bezeichnet, bei welcher der Elektronenübergang zwischen Vielfachen mit unterschiedlichem Spin auftritt. Hierbei wird bei einer Verbindung, welche fluoreszent emittiert
(im Folgenden als eine fluoreszierende Verbindung bezeichnet), Phosphoreszenz im Allgemeinen bei Raumtemperatur nicht beobachtet, und es wird nur Fluoreszenz beobachtet. Folglich wird angenommen, dass die interne Quanteneffizienz (das Verhältnis der erzeugten Photonen zu den injizierten Trägern) in einem lichtemittierenden Element, enthaltend eine fluoreszierende Verbindung, eine theoretische Grenze von 25 % aufweist, basierend auf dem obigen Verhältnis des Singulett-Zustandes zu dem Triplett-Zustand (= 1:3).
Wenn auf der anderen Seite eine Verbindung verwendet wird, welche phosphoreszent emittiert (im Folgenden als eine phosphoreszierende Verbindung bezeichnet), kann theoretische eine interne Quanteneffizienz von 100 % erzielt werden. Das heißt, es kann eine höhere Emissionsausbeute erzielt werden, als bei der Verwendung einer fluoreszierenden Verbindung. Aus diesen Gründen wurde in den letzten Jahren ein lichtemittierendes Element enthaltend eine phosphoreszierende Verbindung aktiv entwickelt, um ein sehr effizientes lichtemittierendes Element zu erhalten.
Als phosphoreszierende Verbindung hat ein organometallischer Komplex mit Iridium oder dergleichen als zentrales Metall aufgrund der hohen Phosphoreszenz-Quantenausbeute besondere Aufmerksamkeit erlangt; organometallische Komplexe, welche Iridium als ein zentrales Metall aufweisen, sind zum Beispiel in den Patentdokumenten 1 und 2 sowie im Nicht-Patentdokument 1 als phosphoreszierende Materialien offenbart.
Wenn eine lichtemittierende Schicht eines lichtemittierenden Elementes unter Verwendung einer oben beschriebenen phosphoreszierenden Verbindung gebildet wird, wird die lichtemittierende Schicht häufig so gebildet, dass die phosphoreszierende Verbindung in einer Matrix einer anderen Verbindung dispergiert ist, um Konzentrations-Quenchen oder Quenchen aufgrund von Triplett-Triplett-Annihilation in der phosphoreszierenden Verbindung zu unterdrücken. Hierbei wird die Verbindung, welche als Matrix dient, als Wirtsmaterial, und die Verbindung, welche in der Matrix dispergiert ist, wie eine phosphoreszierende Verbindung, als Gastmaterial bezeichnet.
Es gibt im Allgemeinen verschiedene elementare Verfahren der Lichtemission in solch einem lichtemittierenden Element unter Verwendung einer phosphoreszierenden Verbindung als ein Gastmaterial, und Beschreibungen der elementaren Verfahren sind nachfolgend angeführt.
(1) Der Fall, bei dem ein Elektron und ein Loch in einem Gastmolekül rekombinieren und das Gastmolekül angeregt wird (direktes Rekombinations-Verfahren)
(1-1) Wenn der angeregte Zustand des Gastmoleküls ein angeregter Triplett-Zustand ist, emittiert das Gastmolekül phosphoreszent.
(1-2) Wenn der angeregte Zustand des Gastmoleküls ein angeregter Singulett-Zustand ist, unterläuft das Gastmolekül in dem angeregten Singulett-Zustand ein Intersystem-Crossing in einen angeregten Triplett-Zustand und emittiert phosphoreszent.
In anderen Worten kann bei dem direkten Rekombinations-Verfahren in (1) eine hohe Emissionseffizienz erzielt werden, solange die Effizienz des Intersystem-Crossings und die Phosphoreszenz-Quantenausbeute des Gastmoleküls hoch sind.
(2) Der Fall, bei dem ein Elektron und ein Loch in einem Wirtsmolekül rekombinieren und das Wirtsmolekül in einen angeregten Zustand versetzt wird (Energietransferverfahren bzw. Energieübertragungsverfahren).
(2-1) Wenn der angeregte Zustand des Wirtsmoleküls ein angeregter Triplett-Zustand ist und das Niveau einer Triplett-Anregungsenergie (T₁-Niveau) des Wirtsmoleküls höher ist als das des Gastmoleküls, wird die Anregungsenergie von dem Wirtsmolekül auf das Gastmolekül übertragen und daher wird das Gastmolekül in einen angeregten Triplett-Zustand überführt. Das Gastmolekül in dem angeregten Triplett-Zustand emittiert phosphoreszent. Es sollte festgehalten werden, dass es notwendig ist, die umgekehrte Energieübertragung von dem Triplett-Anregungsenergieniveau (T1-Niveau) der Gastmaterialien zu berücksichtigen. Daher muss das T1-Niveau der Wirtsmoleküle höher sein als das der Gastmoleküle.
(2-2) Wenn der angeregte Zustand des Wirtsmoleküls ein angeregter Singulett-Zustand ist und das S1-Niveau des Wirtsmaterials höher ist als das S1-Niveau und das T1-Niveau des Gastmoleküls, wird die Anregungsenergie von dem Wirtsmolekül auf das Gastmolekül übertragen, und daher wird das Gastmolekül in einen angeregten Singulett-Zustand oder einen angeregten Triplett-Zustand überführt. Das Gastmolekül emittiert in dem angeregten Triplett-Zustand phosphoreszent. Zusätzlich unterläuft das Gastmolekül in dem angeregten Singulett-Zustand Intersystem-Crossing in einen angeregten Triplett-Zustand und emittiert phosphoreszent.
In anderen Worten, ist es bei dem Energieübertragungsverfahren in (2) wichtig, dass nicht nur die Triplett-Anregungsenergie, sondern auch die Singulett-Anregungsenergie der Wirtsmoleküle auf die Gastmoleküle übertragen werden kann.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Energieübertragungsverfahren wird die Emissionseffizienz verringt, wenn das Wirtsmolekül selbst deaktiviert wird, indem die Anregungsenergie als Licht oder Wärme emittiert wird, bevor die Anregungsenergie des Wirtsmoleküls auf das Gastmolekül übertragen wird.
<Energieübertragungsverfahren>
Energieübertragungsverfahren zwischen Molekülen wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Zunächst werden als ein Mechanismus der Energieübertragung zwischen Molekülen die folgenden zwei Mechanismen vorgeschlagen. Ein Molekül, welches Anregungsenergie bereitstellt, wird als Wirtsmolekül bezeichnet, während ein Molekül, welches die Anregungsenergie erhält, als Gastmolekül bezeichnet wird.
<<Förster-Mechanismus (Dipol-Dipol-Interaktion)>>
Bei dem Förster-Mechanismus (auch als Förster-Resonanz-Energietransfer bezeichnet) ist kein direkter intermolekularer Kontakt für die Energieübertragung notwendig. Durch ein Resonanzphänomen dipolarer Oszillation zwischen einem Wirtsmolekül und einem Gastmolekül erfolgt die Energieübertragung. Durch das Resonanzphänomen der dipolaren Oszillation stellt das Wirtsmolekül dem Gastmolekül Energie zur Verfügung und daher wird das Wirtsmolekül in einen Grundzustand versetzt und das Gastmolekül wird in einen angeregten Zustand versetzt. Die Geschwindigkeitskonstante k_h*→g des Förster-Mechanismus wird durch die Formel (1) ausgedrückt.
[Formel (1)] $k_{h * \to g} = \frac{9000 c^{4} K^{2} ϕ ln 10}{128 π^{5} n^{4} N τ R^{6}} \int \frac{f'_{h} (v) ε_{g} (v)}{v^{4}} d v \dots$
In der Formel (1) bezeichnet v eine Frequenz, f'_h(v) bezeichnet ein normalisiertes Emissionsspektrum eines Wirtsmoleküls (ein Fluoreszenzspektrum bei der Energieübertragung von einem angeregten Singulett-Zustand und ein Phosphoreszenzspektrum bei der Energieübertragung von einem angeregten Triplett-Zustand), ε_g(v) bezeichnet einen molaren Absorptionskoeffizienten eines Gastmoleküls, N bezeichnet die Avogadro'sche Zahl, n bezeichnet einen Brechungsindex eines Mediums, R bezeichnet einen intermolekularen Abstand zwischen dem Wirtsmolekül und dem Gastmolekül, τ bezeichnet eine gemessene Lebensdauer eines Anregungszustandes (Fluoreszenzlebensdauer oder Phosphoreszenzlebensdauer), c bezeichnet die Lichtgeschwindigkeit, ϕ bezeichnet eine Lumineszenzquantenausbeute (eine Fluoreszenzquantenausbeute bei der Energieübertragung von einem angeregten Singulett-Zustand und eine Phosphoreszenzquantenausbeute bei der Energieübertragung von einem angeregten Triplett-Zustand) und K² bezeichnet einen Koeffizienten (0 bis 4) der Orientierung eines Übergangsdipolmoments zwischen dem Wirtsmolekül und dem Gastmolekül. Es sollte festgehalten werden, dass K² = 2/3 in statistischer Orientierung.
<<Dexter-Mechanismus (Elektronenaustauschinteraktion)>>
Bei dem Dexter-Mechanismus (auch als Dexter-Elektronentransfer bezeichnet) befinden sich ein Wirtsmolekül und ein Gastmolekül in der Nähe eines kontakteffektiven Bereichs, in dem ihre Orbitals überlappen, und das Wirtsmolekül, welches sich in einem angeregten Zustand befindet, und das Gastmolekül, welches sich in einem Grundzustand befindet, tauschen ihre Elektronen aus, was zu einer Energieübertragung führt. Die Geschwindigkeitskonstante k_h* _→g des Dexter-Mechanismus wird durch die Formel (2) ausgedrückt.
[Formel (2)] $k_{h * \to g} = (\frac{2 π}{h}) K^{2} e x p (- \frac{2 R}{L}) \int f'_{h} (v) ε'_{g} (v) d v \dots$
In der Formel (2), bezeichnet h die Planck'sche Konstante, K bezeichnet eine Konstante mit einer Energiedimension, v bezeichnet die Frequenz, f'_h(v) bezeichnet ein normalisiertes Emissionsspektrum eines Wirtsmoleküls (ein Fluoreszenzspektrum bei der Energieübertragung von einem angeregten Singulett-Zustand und ein Phosphoreszenzspektrum bei der Energieübertragung von einem angeregten Triplett-Zustand), ε'_g(v) bezeichnet ein normalisiertes Absorptionsspektrum eines Gastmoleküls, L bezeichnet einen wirksamen Molekularradius, und R bezeichnet den intermolekularen Abstand zwischen dem Wirtsmolekül und dem Gastmolekül.
Hierbei soll die Effizienz der Energieübertragung von dem Wirtsmolekül auf das Gastmolekül (Energietransfereffizienz Φ_ET) durch die Formel (3) ausgedrückt werden. In der Formel bezeichnet k_r eine Geschwindigkeitskonstante eines Lichtemissionsverfahrens (Fluoreszenz bei der Energieübertragung von einem angeregten Singulett-Zustand und Phosphoreszenz bei der Energieübertragung von einem angeregten Triplett-Zustands) eines Wirtsmoleküls, k_n bezeichnet eine Geschwindigkeitskonstante eines Nicht-Lichtemissionsverfahrens (thermische Deaktivierung oder Intersystem-Crossing) eines Wirtsmoleküls und τ bezeichnet eine gemessene Lebensdauer eines angeregten Zustandes eines Wirtsmoleküls.
[Formel (3)] $Φ_{E T} = \frac{k_{h * \to g}}{k_{r} + k_{n} + k_{h * \to g}} = \frac{k_{h * \to g}}{(\frac{1}{τ}) + k_{h * \to g}} \dots$
Zunächst kann gemäß der Formel (3) die Energietransfereffizienz Φ_ET erhöht werden, indem die Geschwindigkeitskonstante k_h*→g der Energieübertragung weiter erhöht wird, im Vergleich mit einer anderen konkurrierenden Geschwindigkeitskonstante kr + kn (= 1/τ). Um die Geschwindigkeitskonstante k_h*→g der Energieübertragung, basierend auf den Formeln (1) und (2), bei dem Förster-Mechanismus und dem Dexter-Mechanismus, zu erhöhen, ist es bevorzugt, dass ein Emissionsspektrum eines Wirtsmoleküls (ein Fluoreszenzspektrum bei der Energieübertragung von einem angeregten Singulett-Zustand und einem Phosphoreszenzspektrum bei einer Energieübertragung von einem angeregten Triplett-Zustand) mit einem Absorptionsspektrum eines Gastmoleküls deutlich überlappt (ein Energieunterschied zwischen einem angeregten Triplett-Zustand und einem Grundzustand in dem normalen Fall der Phosphoreszenz).
Referenzen

Patentdokument 1: WO 00/70655 A2 .
Patentdokument 2: US 2008/0217608 A1
Nicht-Patentdokument 1: Y. Hino et al.; Jpn. J. Appl. Phys. 2005, 44, 2790-2794.

Offenbarung der Erfindung
Wie oben ausgeführt, ist es möglich, ein hocheffizientes lichtemittierendes Element unter Verwendung einer phosphoreszierenden Verbindung zu erhalten. Das Energieübertragungsverfahren lehrt, dass eine beträchtliche Überlappung zwischen einem Emissionsspektrum eines Wirtsmoleküls und dem Absoprtionsspektrum eines Gastmoleküls notwendig ist, um ein hocheffizientes lichtemittierendes Element zu erhalten. Des Weiteren sollte das T1-Niveau des Wirtsmoleküls höher sein als das des Gastmoleküls, um die umgekehrte Energieübertragung des Gastmoleküls zu dem T1-Niveau des Wirtsmoleküls zu unterdrücken.
Phosphoreszierende organometallische Komplexe (z.B. Iridiumkomplexe), welche als ein phosphoreszierendes Gastmolekül verwendet werden, weisen im Allgemeinen eine Absorption auf, welche von dem Triplett MLCT (Metall-to-Ligand Charge-Transfer) Übergang in einem Bereich einer relativ langen Wellenlänge stammt. Ihre Anregungsspektren legen nahe, dass diese Absorption in einem Bereich langer Wellenlänge (hauptsächlich bei ungefähr 450 nm angeordnet) wesentlich zu der Emission des Gastmoleküls beiträgt. Daher ist es bevorzugt, dass diese Absorption in einem Bereich langer Wellenlänge möglichst mit den Phosphoreszenzspektren des Wirtsmoleküls überlappt. Dies liegt daran, dass solch eine große Überlappung es ermöglicht, dass die Energieübertragung von dem angeregten Triplett-Zustand des Wirtsmoleküls effizient stattfindet, was zu einer effizienten Bildung des angeregten Triplett-Zustandes des Gastmoleküls führt.
Auf der anderen Seite wird das Fluoreszenzspektrum, welches dem S1-Niveau entspricht, in einem Bereich sehr kurzer Wellenlängen beobachtet im Vergleich mit dem Phosphoreszenzspektrum, welches dem T1-Niveau entspricht, da das S1-Niveau des Wirtsmoleküls höher ist als das T1-Niveau. Das bedeutet eine Verringerung der Überlappung des Fluoreszenzspektrums des Wirtsmoleküls mit der Absorption (welche von dem Triplett-MLCT Übergang resultiert) des Gastmoleküls, welche in einem Bereich langer Wellenlänge auftritt. Daher ist es unmöglich, den Energietransfer bzw. Energieübertragung von dem angeregten Singulettzustand des Wirtsmoleküls auf das Gastmolekül ausreichend zu verwenden.
Das heißt, die herkömmlichen Phosphoreszenzlicht emittierenden Elemente weisen eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit auf, dass die Energieübertragung von dem angeregten Singulett-Zustand des Wirtsmoleküls auf das phosphoreszierende Gastmolekül auftritt, um den angeregten Singulett-Zustand des Gastmoleküls zu bilden, welcher nachfolgend durch das Intersystem Crossing in den angeregten Triplett-Zustand umgewandelt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme durchgeführt und eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein lichtemittierendes Element zur Verfügung, welches auf einem neuartigen Konzept basiert. Zusätzlich stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein lichtemittierendes Element mit einer hohen externen Quanteneffizienz zur Verfügung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein lichtemittierendes Element, umfassend: eine erste Elektrode; eine Lochinjektionsschicht auf der ersten Elektrode eine erste Schicht auf der Lochinjektionsschicht, wobei die erste Schicht eine erste organische Verbindung mit einer Lochtransporteigenschaft enthält; eine lichtemittierende Schicht auf der ersten Schicht, wobei die lichtemittierende Schicht die erste organische Verbindung, eine zweite organische Verbindung, welche eine Elektronentransporteigenschaft aufweist, und eine Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft enthält; eine zweite Schicht auf der lichtemittierenden Schicht, wobei die zweite Schicht die zweite organische Verbindung enthält; eine Elektroneninjektionsschicht auf der zweiten Schicht; und eine zweite Elektrode auf der Elektroneninjektionsschicht, wobei die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung so gewählt sind, dass diese einen Exciplex bilden, und wobei ein Absorptionsband der Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft, welches an der Seite der längsten Wellenlänge liegt, mit einer Emission des Exciplexes überlappt.
In der obigen Ausführungsform weist die erste organische Verbindung eine Elektronentransporteigenschaft auf, welche besser ist als seine Lochtransporteigenschaft, und die zweite organische Verbindung weist eine Lochtransporteigenschaft auf, welche besser ist als seine Elektronentransporteigenschaft. Die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung sind Materialien, welche einen Exciplex (einen angeregten Komplex) bilden. In dieser Struktur wird der Gast durch die Energieübertragung von dem Exciplex auf den Gast angeregt und die Lichtemission wird von dem angeregten Zustand des Gasts erhalten. Es sollte festgehalten werden, dass eine andere Schicht als die lichtemittierende Schicht in der Lage sein kann, Licht in Reaktion auf das Einbringen von elektrischem Strom zu emittieren.
Man nimmt an, dass Exciplexe einen geringen Energieunterschied zwischen der Singulett-Anregungsenergie und der Triplett-Anregungsenergie besitzen. In anderen Worten tritt eine Emission von einem angeregten Singulett-Zustand und einem angeregten Triplett-Zustand in Wellenlängenbereichen auf, die sehr nahe zueinander sind. Da die Emission von Exciplexen zusätzlich in dem Bereich längerer Wellenlängen als die ihrer Monomerzustände beobachtet wird, ist es möglich, die Überlappung zwischen der Absorption der phosphoreszierenden Verbindung, welche in einem Bereich langer Wellenlängen auftreten und von dem Triplett-MLCT Übergang stammen, und der Emission der Exciplexe zu erhöhen. Das bedeutet, dass Energie effizient sowohl von dem Singulett-Zustand als auch dem Triplett-Zustand der Exciplexe auf die phosphoreszierenden Verbindungen übertragen werden kann, was zu der Verbesserung der Effizienz der lichtemittierenden Elemente beiträgt.
Des Weiteren besitzen Exciplexe keinen Grundzustand. Daher gibt es keinen Prozess einer umgekehrten Energieübertragung von dem Triplett-Zustand des Gastmoleküls zu dem Exciplex des Wirtsmoleküls, und die Verringerung der Effizienz des lichtemittierenden Elements, welche durch diesen Prozess bewirkt wird, kann vernachlässigt werden.
In der Beschreibung wird, gemäß den Merkmalen der Elektronentransporteigenschaft oder der Lochtransporteigenschaft der ersten organischen Verbindung und der zweiten organischen Verbindung, auf die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung auch als Wirt vom n-Typ beziehungsweise Wirt vom p-Typ Bezug genommen. Der Wirt vom n-Typ und der Wirt vom p-Typ kann ein Material sein, welches fluoreszent emittiert. Die Verhältnisse des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ betragen in der lichtemittierenden Schicht vorzugsweise 10% oder mehr.
Ein Bereich, in welchem sich die Anteile des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ kontinuierlich verändern, kann zwischen der ersten Schicht und der lichtemittierenden Schicht oder zwischen der zweiten Schicht und der lichtemittierenden Schicht bereitgestellt werden. Es sollte festgehalten werden, dass die Verhältnisse des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ auch so eingestellt werden können, dass sie sich kontinuierlich verändern.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind lichtemittierende Elemente gemäß dem Wortlaut der Ansprüche 4 bis 6.
Bei den zuvor genannten lichtemittierenden Elementen ist es bevorzugt, dass die phosphoreszierende Verbindung Iridium enthält. Die phosphoreszierende Verbindung kann neben der lichtemittierenden Schicht in der ersten Schicht, der zweiten Schicht, einem Bereich zwischen der lichtemittierenden Schicht und der ersten Schicht oder einem Bereich zwischen der lichtemittierenden Schicht und der zweiten Schicht enthalten sein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die lichtemittierende Schicht Wirtsmoleküle vom n-Typ, Wirtsmoleküle vom p-Typ und Gastmoleküle. Es ist nicht notwendig darauf hinzuweisen, dass die Moleküle nicht notwendigerweise regelmäßig angeordnet sind und auch auf eine fast unregelmäßige Weise angeordnet sein können. Insbesondere wenn die lichtemittierende Schicht als eine Dünnschicht gebildet ist, mit einer Dicke von 50nm oder weniger, ist sie vorzugsweise amorph und daher ist eine Kombination auf Materialien, die kaum kristallisieren, bevorzugt. Des Weiteren können der Wirt vom n-Typ und der Wirt vom p-Typ zwei oder mehr unterschiedliche Arten von Verbindungen enthalten.
Das lichtemittierende Element gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auf eine lichtemittierende Einrichtung, eine elektronische Einrichtung und eine Beleuchtungseinrichtung angewendet werden.
Eine geeignete Kombination des Wirtsmoleküls vom n-Typ und des Wirtsmoleküls vom p-Typ bildet ein Exciplex, wenn sie in einen angeregten Zustand gebracht werden. Es sollte festgehalten werden, dass es eine notwendige Voraussetzung für die Bildung eines Exciplex ist, dass das HOMO-Niveau des Wirts vom n-Typ < das HOMO-Niveau des Wirts vom p-Typ < das LUMO-Niveau des Wirts vom n-Typ < das LUMO-Niveau des Wirts vom p-Typ ist, dies ist jedoch keine ausreichende Bedingung. Zum Beispiel erfüllen Alq₃ und NPB die obige Bedingung, formen jedoch keine Exciplex.
Im Gegensatz dazu können in dem Fall, dass der Wirt vom n-Typ und der Wirt vom p-Typ einen Exciplex bilden, die Gastmoleküle auch durch das Verfahren der Energieübertragung von dem Singulett- und Triplett-Zustand des Exciplexes auf das Gastmolekül angeregt werden, wie oben erwähnt, was eine Zunahme der Emissionseffizienz im Vergleich mit den herkömmlichen phosphoreszierenden lichtemittierenden Elementen ermöglicht.
In dem Fall, dass ein lichtemittierendes Element einen Übergang verschiedener Schichten aufweist, bewirkt eine an der Grenzfläche erzeugte Energielücke eine Zunahme der Betriebsspannung und eine Verringerung der Leistungseffizienz (siehe Patentdokument 3). Es ist daher bevorzugt, die Anzahl der Übergänge unterschiedlicher Materialien in einem lichtemittierenden Element zu verringern.
In jeder der obigen Ausführungsformen dient die Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht, welche eine Mischung des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ enthält, und der Wirtsschicht vom n-Typ als eine Barriere für Löcher, dient aber kaum als ein Hindernis für die Elektronen. Die Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Wirtsschicht vom p-Typ dient als eine Barriere für Elektronen, dient aber kaum als ein Hindernis für die Löcher. Daher werden die Elektronen und Löcher in der lichtemittierenden Schicht oder zwischen der Wirtsschicht vom n-Typ und der Wirtsschicht vom p-Typ eingesperrt beziehungsweise auf diese beschränkt. Als ein Ergebnis können die Elektronen und die Löcher daran gehindert werden, die Anode beziehungsweise Kathode zu erreichen, wodurch die Emissionseffizienz verbessert werden kann. Im Allgemeinen stellen Exciplexe breite Emissionsspektren zur Verfügung. Da, auf der anderen Seite, das Gastmolekül in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Licht emittiert, können Emissionsspektren mit einer kleinen Halbwertsbreite erhalten werden, welche die die Bildung eines lichtemittierenden Elements zulassen, das in der Lage ist, Licht mit einer ausgezeichneten Farbreinheit zu emittieren
Referenz
Patentdokument 3: US-Patent Nr. US 7572522 B2 .
Figurenliste

1A bis 1I zeigen konzeptionelle Darstellungen lichtemittierender Elemente.
2A bis 2D zeigen ein Prinzip der vorliegenden Erfindung.
3A bis 3E zeigen Beispiele einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A bis 4C zeigen Beispiele einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A und 5B zeigen Beispiele einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A und 6B zeigen ein Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A bis 7C zeigen die Charakteristiken eines lichtemittierenden Elements, welches in Beispiel 1 erhalten wurde.
8A bis 8C zeigen die Charakteristiken eines lichtemittierenden Elements, welches in Beispiel 2 erhalten wurde.

Beste Art zur Durchführung der Erfindung
Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte festgehalten werden, dass die Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist, und Fachleuten auf diesem Gebiet ist klar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne sich von dem Umfang und dem Geist der Erfindung zu entfernen. Daher sollte die Erfindung nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die Beschreibung in den folgenden Ausführungsformen beschränkt ist. Es sollte festgehalten werden, dass in den nachfolgend beschriebenen Strukturen der Erfindung die gleichen Teile oder Teile mit ähnlichen Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnet werden und die Beschreibung dieser Teile wird nicht wiederholt.
(Ausführungsform 1)
Ein lichtemittierendes Element 101a, welches nachfolgend zur Veranschaulichung der Lichtemission in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, umfasst eine Wirtsschicht 103 vom n-Typ, enthaltend einen Wirt vom n-Typ, eine Wirtsschicht 104 vom p-Typ, enthaltend einen Wirt vom p-Typ, und eine Schicht, enthaltend sowohl den Wirt vom n-Typ als auch den Wirt vom p-Typ (im Folgenden als lichtemittierende Schicht 102 bezeichnet), welche zwischen diesen angeordnet ist, wie in 1A dargestellt. Gastmoleküle 105 sind in der lichtemittierenden Schicht 102 dispergiert.
1B zeigt die Verteilung der Konzentration des Wirts vom n-Typ (in der Darstellung durch „N“ bezeichnet) und die Konzentration des Wirts vom p-Typ (in der Darstellung durch „P“ bezeichnet) in dem lichtemittierenden Element 101a. In der lichtemittierenden Schicht 102 des lichtemittierenden Elements 101a beträgt die Konzentration des Wirts vom n-Typ 80% und die Konzentration des Wirts vom p-Typ 20%. In anderen Worten beträgt das Verhältnis des Wirts vom n-Typ zu dem Wirt vom p-Typ 4:1. Dieses Verhältnis kann unter Berücksichtigung der Transporteigenschaften des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ oder dergleichen bestimmt werden, es ist jedoch bevorzugt, dass die Konzentrationen des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ in der lichtemittierenden Schicht jeweils 10 % oder mehr betragen.
Die Gastmoleküle 105 sind in der lichtemittierenden Schicht 102 dispergiert, wie in der 1C dargestellt, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Die Gastmoleküle 105 können teilweise in der Wirtsschicht 103 vom n-Typ oder teilweise in der Wirtsschicht 104 vom p-Typ dispergiert sein. Es sollte festgehalten werden, dass „G“ in den Darstellungen die Konzentrationsverteilung der Gastmoleküle darstellt.
In der Wirtsschicht 103 vom n-Typ ist die Konzentration des Wirts vom p-Typ extrem gering und beträgt 0,1% oder weniger, und in der Wirtsschicht 104 vom p-Typ ist die Konzentration des Wirts vom n-Typ extrem gering und beträgt 0,1% oder weniger. Natürlich ist es nicht notwendig, dass sich die Konzentrationen an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ drastisch ändern.
1D zeigt ein Beispiel eines anderen lichtemittierenden Elementes 1b in dieser Ausführungsform. Das lichtemittierende Element 101b umfasst eine Wirtsschicht 103 vom n-Typ, eine Wirtsschicht 104 vom p-Typ, und eine lichtemittierende Schicht 102, welche denen des lichtemittierenden Elements 101a ähnlich sind. Zusätzlich sind Gastmoleküle 105 in der lichtemittierenden Schicht 102 dispergiert.
Die Unterschiede zu dem lichtemittierenden Element 101a sind, dass ein Bereich, in welchem sich die Konzentration des Wirts vom n-Typ und die Konzentration des Wirts vom p-Typ allmählich ändert (im Folgenden als Übergangsbereich 106 vom n-Typ bezeichnet) zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ bereitgestellt ist, und dass ein Bereich, in welchem sich die Konzentration des Wirts vom n-Typ und die Konzentration des Wirts vom p-Typ allmählich ändert (im Folgenden als Übergangsbereich 107 vom p-Typ bezeichnet) zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ bereitgestellt ist.
Es sollte festgehalten werden, dass das lichtemittierende Element 101b nicht notwendigerweise sowohl den Übergangsbereich 106 vom n-Typ als auch den Übergangsbereich 107 vom p-Typ aufweisen muss. In einigen Fällen können der Übergangsbereich 106 vom n-Typ und der Übergangsbereich 107 vom p-Typ eine lichtemittierende Funktion aufweisen. Daher müssen der Übergangsbereich 106 vom n-Typ und der Übergangsbereich 107 vom p-Typ als eine lichtemittierende Schicht im weitesten Sinn verstanden werden. In diesem Fall kann die lichtemittierende Schicht 102 als eine lichtemittierende Hauptschicht verstanden werden. Der Übergangsbereich 106 vom n-Typ und der Übergangsbereich 107 vom p-Typ können jeweils eine Dicke von 1 nm bis 50 nm aufweisen.
1E zeigt die Verteilung der Konzentrationen des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ und die Konzentrationen des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ ändern sich kontinuierlich in dem Übergangsbereich 106 vom n-Typ und dem Übergangsbereich 107 vom p-Typ. Zusätzlich können, wie in 1F dargestellt ist, Gastmoleküle 105 bereitgestellt sein, um nicht nur in der lichtemittierenden Schicht 102 enthalten zu sein, sondern auch in dem Übergangsbereich 106 vom n-Typ und dem Übergangsbereich 107 vom p-Typ, und können des Weiteren bereitgestellt sein, um teilweise in der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und in der Wirtschicht 104 vom p-Typ enthalten zu sein. Es ist nicht notwendig auszuführen, dass die Gastmoleküle auch nur in der lichtemittierenden Schicht 102 bereitgestellt sein können.
1C zeigt ein Beispiel eines anderen lichtemittierenden Elementes 1c in dieser Ausführungsform. Bei dem lichtemittierende Element 101c ändert sich die Konzentration des Wirts vom n-Typ und die Konzentration des Wirts vom p-Typ kontinuierlich in einem Bereich, der zwischen der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ liegt, wie in der 1H dargestellt. In diesem Fall ist es schwierig eine lichtemittierende Schicht (oder lichtemittierende Hauptschicht) zu definieren, wie bei dem lichtemittierenden Element 101a und dem lichtemittierenden Element 101b; ein Bereich in dem der Wirt vom n-Typ und der Wirt vom p-Typ gemischt sind und die Konzentrationen des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ jeweils 10% oder mehr betragen, kann jedoch als eine lichtemittierende Schicht im weitesten Sinne betrachtet werden.
Die Konzentration des Gasts kann so eingestellt werden, dass der Gast im weitesten Sinne in der lichtemittierenden Schicht enthalten ist, wie in 1I dargestellt. Es sollte festgehalten werden, dass in jeder der 1A bis 1I, die Wirtsschicht 104 vom p-Typ auf der Wirtsschicht 103 vom n-Typ bereitgestellt ist, wobei die lichtemittierende Schicht 102 zwischen diesen liegt. Diese Struktur wird jedoch zur Vereinfachung zur Verfügung gestellt, und es wird anerkannt werden, dass die umgekehrte Struktur auch in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bei welcher die Wirtsschicht 103 vom n-Typ auf der Wirtsschicht 104 vom p-Typ bereitgestellt ist.
Energieniveaus des obigen lichtemittierenden Elements 101a werden unter Bezugnahme auf die 2A beschrieben. Wie oben angegeben weisen die HOMO-Niveaus und die LUMO-Niveaus des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ die folgende Beziehung auf: HOMO-Niveau des Wirts vom n-Typ < HOMO-Niveau des Wirts vom p-Typ < LUMO-Niveau des Wirts vom n-Typ < LUMO-Niveau des Wirts vom p-Typ.
Auf der anderen Seite kann in der lichtemittierenden Schicht 102, in welcher der Wirt vom n-Typ und der Wirt vom p-Typ vermischt sind, festgestellt werden, dass von dem Gesichtspunkt der Trägerübertragung bzw. -transfer, das HOMO-Niveau dem HOMO-Niveau des Wirts vom p-Typ entspricht und das LUMO-Niveau entspricht dem LUMO-Niveau des Wirts vom n-Typ, da Löcher und Elektronen unter Verwendung des HOMO-Niveaus des Wirts vom p-Typ und des LUMO-Niveaus des Wirts vom p-Typ übertragen werden. Als ein Ergebnis gibt es an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ eine Lücke zwischen den LUMO-Niveaus, welche als Barriere für die Elektronenübertragung dient. Ähnlich gibt es an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ eine Lücke zwischen den HOMO-Niveaus, welche als Barriere für die Lochübertragung dient.
Auf der anderen Seite sind an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ die HOMO-Niveaus gleich und daher gibt es keine Barriere für die Lochübertragung und an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ sind die HOMO-Niveaus gleich und daher gibt es keine Barriere für die Elektronenübertragung.
Als ein Ergebnis werden die Elektronen einfach von der Wirtsschicht 103 vom n-Typ zu der lichtemittierenden Schicht 102 übertragen. Die Lücke zwischen den LUMO-Niveaus der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ hindert jedoch die Elektronenübertragung von der lichtemittierenden Schicht 102 in die Wirtsschicht 104 vom p-Typ.
Ähnlich werden Löcher leicht von der Wirtsschicht 104 vom p-Typ in die lichtemittierende Schicht 102 übertragen, die Lücke zwischen den HOMO-Niveaus der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ hindert die Übertragung von Löchern aus der lichtemittierenden Schicht 102 in die Wirtsschicht 103 vom n-Typ. Als ein Ergebnis können Elektronen und Löcher in der lichtemittierenden Schicht 102 eingesperrt werden.
Die Energieniveaus des obigen lichtemittierenden Elements 101b werden unter Bezugnahme auf 2B beschrieben. Obwohl die HOMO-Niveaus und die LUMO-Niveaus der lichtemittierenden Schicht 102, der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ, die gleiche wie die in 2A sind, sollten der Übergangsbereich 106 vom n-Typ und der Übergangsbereich 107 vom p-Typ bemerkt werden. In diesen Bereichen verändert sich die Konzentration des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ kontinuierlich.
Anders als in dem Fall, dass sich das Leitungsband und das Valenzband eines anorganischen Halbleitermaterials (z.B. Ga_xIn_1-xN (0 < x < 1)) kontinuierlich mit einer Änderung der Zusammensetzung verändern, verändern sich das LUMO-Niveau und das HOMO-Niveau einer gemischten organischen Verbindung kaum. Dies liegt daran, dass die elektrische Leitung einer organischen Verbindung eine Hopping-Leitung ist, welche sich von der elektrischen Leitung eines anorganischen Halbleiters unterscheidet.
Wenn sich die Konzentration des Wirts vom n-Typ verringert und die Konzentration des Wirts vom p-Typ erhöht, werden die Elektronen zum Beispiel eher nicht übertragen, was nicht daran liegt, dass das sich das LUMO-Niveau kontinuierlich erhöht, sondern da sich die Wahrscheinlichkeit der Übertragung verringert, aufgrund einer Erhöhung des Abstands zwischen den Wirtsmolekülen vom n-Typ und da zusätzliche Energie für das Hopping auf ein LUMO-Niveau eines benachbarten Wirts vom p-Typ notwendig ist, der ein höheres LUMO-Niveau als der Wirt vom n-Typ aufweist.
Daher befindet sich in dem Übergangsbereich 106 vom n-Typ das HOMO in einem gemischten Zustand der HOMOs des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ und insbesondere neigt das HOMO eher dazu dem HOMO des Wirts vom p-Typ in einem Bereich in der Nähe der lichtemittierenden Schicht 102 zu entsprechen und neigt eher dazu dem HOMO des Wirts vom n-Typ in einem Bereich in der Nähe der Wirtsschicht 103 vom n-Typ zu entsprechen.
Auch in der Anwesenheit des Übergangsbereichs 106 vom p-Typ und des Übergangsbereichs 107 vom p-Typ, wie oben beschrieben, gibt es an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ eine Lücke zwischen den LUMO-Niveaus, welche als eine Barriere für die Elektronenübertragung dient, und an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ gibt es eine Lücke zwischen den HOMO-Niveaus, welche als eine Barriere für die Lochübertragung dient. Dies entspricht der 2A.
Es sollte festgehalten werden, dass eine Grenzfläche mit einer drastischen Konzentrationsänderung, wie in 2A, zu einem Problem der hohen Wahrscheinlichkeit der Zerstörung der Grenzfläche führt, da Elektronen zum Beispiel dazu neigen an der Grenzfläche konzentriert zu werden. Im Gegensatz dazu, führt eine undeutliche Grenzfläche, wie in 2B, nicht zu einer Zerstörung eines spezifischen Bereichs, da die Elektronen in probabilistisch bestimmten Bereichen bleiben. In anderen Worten ist es möglich die Zerstörung des lichtemittierenden Elements zu unterdrücken, wodurch dessen Zuverlässigkeit erhöht wird.
Auf der anderen Seite sind an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und dem Übergangsbereich 107 vom p-Typ und an der Grenzfläche zwischen dem Übergangsbereich 107 vom p-Typ und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ die HOMO-Niveaus gleich und daher gibt es keine Barriere für die Lochübertragung, und an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und dem Übergangsbereich 106 vom n-Typ und an der Grenzfläche zwischen dem Übergangsbereich 106 vom n-Typ und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ sind die LUMO-Niveaus gleich und daher gibt es keine Barriere für die Elektronenübertragung.
Als ein Ergebnis werden die Elektronen einfach von der Wirtsschicht 103 vom n-Typ zu der lichtemittierenden Schicht 102 übertragen, die Lücke zwischen den LUMO-Niveaus des Übergangsbereichs 107 vom p-Typ hindert jedoch die Elektronenübertragung von der lichtemittierenden Schicht 102 zu der Wirtsschicht 104 vom p-Typ. Ähnlich werden die Löcher einfach von der Wirtsschicht 104 vom p-Typ zu der lichtemittierenden Schicht 102 übertragen, die Lücke zwischen den HOMO-Niveaus des Übergangsbereichs 106 vom n-Typ hindert jedoch die Lochübertragung von der lichtemittierenden Schicht 102 zu der Wirtsschicht 103 vom n-Typ .
Als ein Ergebnis können Löcher und Elektronen in der lichtemittierenden Schicht 102 eingesperrt werden. Bei dem lichtemittierenden Element 101c, bei welchem sich die Konzentration des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ kontinuierlich zwischen der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ ändert, kann ähnlich angenommen werden, dass Elektronen und Löcher effektiv zwischen der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ eingesperrt werden.
Nachfolgend werden die Anregungsverfahren bzw. -prozesse der Gastmoleküle 105 beschrieben. Das lichtemittierende Element 101a wird hierbei als ein Beispiel in der Beschreibung verwendet; das gleiche trifft auch auf das lichtemittierende Element 101b und lichtemittierende Element 101c zu. Wie oben beschrieben umfassen die Anregungsverfahren das direkte Rekombinationsverfahren und das Energieübertragungsverfahren.
2C zeigt das direkte Rekombinationsverfahren, bei welchem Elektronen in das LUMO der lichtemittierenden Schicht 102 von der Wirtsschicht 103 vom n-Typ, welche mit der Kathode verbunden ist, injiziert werden, und Löcher werden in das HOMO der lichtemittierenden Schicht 102 von der Wirtsschicht 104 vom p-Typ, welche mit der Anode verbunden ist, injiziert. Da Gastmoleküle 105 in der lichtemittierenden Schicht 102 vorhanden sind, können die Gastmoleküle durch die Injektion von Elektronen und Löchern in das LUMO und das HOMO der Gastmoleküle unter geeigneten Bedingungen in einen angeregten Zustand werden (ein intramolekulares Exziton) überführt werden.
Es ist jedoch technisch schwierig Elektronen und Löcher effizient in das LUMO und HOMO der Gastmoleküle zu injizieren, die in der lichtemittierenden Schicht 102 dünn verteilt sind, daher ist die Wahrscheinlichkeit des Verfahrens nicht hoch genug. Die Effizienz kann erhöht werden, indem das LUMO des Gasts so eingestellt wird, dass es um 0,1 eV bis 0,3 eV niedriger ist, als das LUMO des Wirts vom n-Typ, so dass die Gastmoleküle vorzugsweise Elektronen einfangen. Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, indem das HOMO des Gasts so eingestellt wird, dass es um 0,1 eV bis 0,3 eV höher ist, als das HOMO des Wirts vom p-Typ. Es sollte festgehalten
werden, dass das HOMO des Gasts niedriger ist, als das des Wirts vom p-Typ in 2C. Das Elektron wird jedoch effizient eingefangen, da das LUMO des Gasts ausreichend niedriger ist, als das des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ.
Es ist nicht bevorzugt das LUMO des Gasts so einzustellen, das es um 0,5 eV oder mehr niedriger ist als das LUMO des Wirts vom n-Typ (oder das HOMO des Gasts so einzustellen, das es um 0,5 eV oder mehr höher ist als das HOMO des Wirts vom p-Typ), da, obwohl die Wahrscheinlichkeit Elektronen (Löcher) einzufangen zunimmt, sich die Leitfähigkeit der lichtemittierenden Schicht 102 verringert und nur die Gastmoleküle auf der Kathodenseite (Anodenseite) lokal angeregt werden.
2D zeigt die Bildung des Exciplexes durch eine geeignete Auswahl des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung. In den Fällen, in denen Elektronen und Löcher auf die oben beschriebene Weise in die lichtemittierende Schicht 102 injiziert werden, ist, im Vergleich mit der Wahrscheinlichkeit, dass die Elektronen und Löcher in den Gastmolekülen aufeinandertreffen, die Wahrscheinlichkeit, dass sie in den Wirtsmolekülen vom n-Typ und Wirtsmolekülen vom p-Typ in der lichtemittierenden Schicht aufeinandertreffen, hoch. In solch einem Fall wird ein Exciplex gebildet. Hier wird ein Exciplex im Detail beschrieben.
Der Exciplex wird durch eine Interaktion zwischen unähnlichen Molekülen in angeregten Zuständen gebildet. Der Exciplex ist im Allgemeinen dafür bekannt, dass er einfach zwischen einer organischen Verbindung mit einem relativ tiefen LUMO-Niveau (einem Wirt vom n-Typ) und einer organischen Verbindung mit einem relativ flachen HOMO-Niveau (einem Wirt vom p-Typ) gebildet wird.
Eine Emissionswellenlänge des Exciplex hängt von einem Energieunterschied zwischen dem HOMO-Niveau und dem LUMO-Niveau des Wirts vom n-Typ beziehungsweise des Wirts vom p-Typ ab. Wenn der Energieunterschied groß ist, ist die Emissionswellenlänge kurz. Wenn der Exciplex durch Moleküle des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ gebildet wird, stammt das LUMO-Niveau und das HOMO-Niveau des Exciplexes von dem Wirt vom n-Typ beziehungsweise dem Wirts vom p-Typ.
Daher ist der Energieunterschied des Exciplexes kleiner als der Energieunterschied des Wirts vom n-Typ und der Energieunterschied des Wirts vom p-Typ. In anderen Worten ist die Emissionswellenlänge des Exciplexes länger als die Emissionswellenlänge des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ.
Das Herstellungsverfahren des Exciplex kann grob in zwei Verfahren unterteilt werden.
<<Elektroplex>>
In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck „Elektroplex“ ein Exciplex, welcher direkt von dem Wirt vom n-Typ im Grundzustand und dem Wirt vom p-Typ im Grundzustand gebildet wird. Zum Beispiel ist ein Elektroplex ein Exciplex, welcher direkt von einem Anion des Wirts vom n-Typ und einem Kation des Wirts vom p-Typ gebildet wird.
Wie oben beschrieben wird bei dem Energieübertragungsverfahren des Lichtemissionsverfahrens einer herkömmlichen organischen Verbindung, ein Elektron und ein Loch in einem Wirtsmolekül rekombiniert (was zur Anregung führt) und die Anregungsenergie wird von dem Wirtsmaterial in dem angeregten Zustand auf ein Gastmolekül übertragen, wodurch das Gastmolekül in einen angeregten Zustand versetzt wird, um Licht zu emittieren.
Zu diesem Zeitpunkt kann das Wirtsmolekül, bevor die Anregungsenergie von dem Wirtsmolekül auf das Gastmolekül übertragen wird, selbst Licht emittieren oder die Anregungsenergie kann in thermische Energie umgewandelt werden, was zu einer Deaktivierung der Anregungsenergie führt. Insbesondere ist, wenn sich das Wirtsmolekül in einem angeregten Singulett-Zustand befindet, die Anregungslebensdauer kürzer, als wenn es sich im angeregten Triplett-Zustand befindet, was leicht zu einer Deaktivierung der Singulett-Anregungsenergie führt. Die Deaktivierung der Anregungsenergie ist einer der Gründe einer Verringerung der Lebensdauer des lichtemittierenden Elementes.
Wenn jedoch ein Elektroplex von dem Wirtsmolekül vom n-Typ und dem Wirtsmolekül vom p-Typ, welche Trägern (Kation oder Anion) aufweisen, gebildet wird; kann die Bildung eines Singulett-Exzitons mit einer kurzen Anregungslebensdauer unterdrückt werden. In anderen Worten es gibt ein Verfahren, bei welchem ein Exciplex direkt ohne Bildung eines Singulett-Exzitons gebildet wird. Daher kann die Deaktivierung der Singulett-Anregungsenergie des Wirtsmoleküls vom n-Typ oder des Wirtsmoleküls vom p-Typ verhindert werden. Demzufolge kann ein lichtemittierendes Element mit langer Lebensdauer erhalten werden.
Es ist ein neuartiges Konzept, ein lichtemittierendes Element mit einer hohen Emissionseffizienz zu erhalten, indem die Erzeugung des angeregten Singulett-Zustands eines Wirtsmoleküls unterdrückt wird, und die Energie von einem Elektroplex, welches an dessen Stelle gebildet wurde, auf ein Gastmolekül auf die oben beschriebene Weise übertragen wird.
«Bildung eines Exciplex durch ein Exziton»
Als ein weiteres Verfahren gibt es ein elementares Verfahren, bei welchem eines der Wirtsmoleküle vom n-Typ und p-Typ ein Singulett-Exziton bildet und dann mit dem anderen im Grundzustand interagiert, um ein Exciplex zu bilden. Anders als ein Elektroplex, wird ein angeregter Singulett-Zustand des Wirtsmoleküls vom n-Typ oder des Wirtsmoleküls vom p-Typ in diesem Fall temporär erzeugt, wird jedoch schnell in ein Exciplex umgewandelt und daher kann die Deaktivierung der Singulett-Anregungsenergie verhindert werden. Daher ist es möglich die Deaktivierung der Anregungsenergie des Wirtsmoleküls zu verhindern.
Es sollte festgehalten werden, dass, wenn der Unterschied zwischen den HOMO-Niveaus der Wirte vom n-Typ und vom p-Typ und der Unterschied zwischen den LUMO-Niveaus der Wirte vom n-Typ und vom p-Typ groß ist (insbesondere 0,3 eV oder mehr), Elektronen vorzugsweise in das Wirtsmolekül vom n-Typ injiziert werden und Löcher vorzugsweise in das Wirtsmolekül vom p-Typ injiziert werden. In diesem Fall nimmt man an, dass das Verfahren, bei welchem ein Elektroplex gebildet wird, Vorrang gegenüber dem Verfahren hat, bei welchem ein Exciplex durch ein Singulett-Exziton gebildet wird.
Es sollte festgehalten werden, dass es zur Steigerung der Effizienz des Energieübertragungsverfahrens bevorzugt ist, dass bei dem Förster-Mechanismus oder dem Dexter-Mechanismus, welche oben beschrieben sind, die Überlappung zwischen dem Emissionsspektrum eines Elektroplexes und/oder eines Exciplexes und dem Absorptionsspektrum eines Gasts größer ist, als die Überlappung zwischen dem Emissionsspektrum eines Wirts vom n-Typ (Wirts vom p-Typ) allein (oder der entsprechende Energieunterschied) und dem Absorptionsspektrum des Gasts, unter Berücksichtigung der Bedeutung der Absorption des MLCT Übergangs.
Um zusätzlich die Energieüberragungseffizienz zu erhöhen, ist es bevorzugt, die Konzentration des Gasts in solch einem Maße zu erhöhen, dass kein Konzentrations-Quenchen erfolgt, und es ist bevorzugt, das die Konzentration des Gastes zu der Gesamtanzahl des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ 1 Gew.-% bis 9 Gew.-% beträgt.
Es sollte festgehalten werden, dass unabhängig davon, ob das Anregungsverfahren das direkte Rekombinationsverfahren oder das Energieübertragungsverfahren ist, noch kein Konzept bekannt ist, bei welchem Gastmoleküle in den Wirten vom n-Typ und p-Typ durch Energieübertragung von dem Exciplex und/oder Elektroplex der Wirte vom n-Typ und p-Typ auf die Gastmoleküle angeregt werden. In der Beschreibung wird dieses Konzept als „Guest Coupled with Complementary Hosts“ (GCCH) bezeichnet. Dieses Konzept ermöglicht nicht nur das gleichzeitige Einsperren der Träger und die Verringerung der Barriere der Trägerinjektion in die lichtemittierende Schicht, sondern erlaubt auch die Verwendung des Energieübertragungsverfahrens sowohl von dem angeregten Singulett-Zustand, als auch dem angeregten Triplett-Zustand, was zu der Bildung eines hocheffizienten lichtemittierenden Elementes (d.h. die Leistungseffizienz ist ausgesprochen hoch) bei niedriger Antriebsspannung führt.
(Ausführungsform 2)
3A zeigt ein Beispiel einer lichtemittierenden Einrichtung dieser Ausführungsform. Die in 3A dargestellte lichtemittierende Einrichtung, ist eine, bei welcher ein lichtemittierendes Element 101, welches in der Ausführungsform 1 beschrieben ist (wie das lichtemittierende Element 101a, das lichtemittierende Element 101b oder das lichtemittierende Element 101c, welche in der Ausführungsform 1 beschrieben sind) zwischen einer Kathode 108 und einer Anode 109 angeordnet ist. Es sollte festgehalten werden, dass die Kathode 108 und die Anode 109 vorzugsweise transparent sind. Diese lichtemittierende Einrichtung kann vorzugsweise auf einem geeigneten Substrat bereitgestellt werden.
In dem lichtemittierenden Element 101 dienen die Wirtsschicht 103 vom n-Typ und die Wirtsschicht 104 vom p-Typ zwischen denen die lichtemittierende Schicht 102 angeordnet ist, als seine Elektronentransportschicht beziehungsweise eine Lochtransportschicht und dienen dazu, Löcher und Elektronen zu blockieren, wie oben beschrieben. Daher brauchen Schichten, welche einer Elektronentransportschicht und einer Lochtransportschicht entsprechen, nicht zusätzlich bereitgestellt werden. Demzufolge kann das in 3A dargestellte Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Einrichtung vereinfacht werden.
Das lichtemittierende Element 101 umfasst einen Gast, einen Wirt vom n-Typ und einen Wirt vom p-Typ, wie in der Ausführungsform 1 beschrieben. Zwei oder mehr Arten von Substanzen können als Wirt vom n-Typ (oder Wirt vom n-Typ) verwendet werden.
Als der Gast ist ein organometallischer Komplex bevorzugt und insbesondere ist ein Iridiumkomplex bevorzugt. Unter Berücksichtigung der Energieübertragung aufgrund des oben beschriebenen Förster-Mechanismus, beträgt der molare Absorptionskoeffizient des Absorptionsbandes der phosphoreszierenden Verbindung, welches an der Seite der längsten Wellenlänge angeordnet ist, vorzugsweise 2000 M^-1·cm^-1 oder mehr, noch bevorzugter 5000 M^-1·cm^-1 oder mehr.
Beispiele der Verbindungen mit solch einem hohen molaren Absorptionskoeffizienten sind Bis(3,5-dimethyl-2-phenylpyrazinato)(dipivaloylmethanato)iridium(III) (Abkürzung: [Ir(mppr-Me)₂(dpm)], siehe die erste nachfolgende chemische Formel), (Acetylacetonato)bis(4,6-diphenylpyrimidinato)iridium(III) (Abkürzung: [Ir(dppm)₂(acac)], siehe die zweite nachfolgende chemische Formel) und dergleichen. Insbesondere wenn ein Material mit einem molaren Absorptionskoeffizienten von 5000 M^-1·cm^-1 oder mehr, wie [Ir(dppm)₂(acac)], verwendet wird, kann ein lichtemittierendes Element, da eine externe Quanteneffizienz von 30 % erzielen kann, erhalten werden.
(Chemische Formel 1)
[Ir(mppr-Me)₂(dpm)]
(Chemische Formel 2)
Ir(dppm)₂(acac)
Der Wirt vom n-Typ wird durch eine Verbindung mit einem heteroaromatischen Ring mit π-Elektronenmangel dargestellt. Das heißt, eine Verbindung mit einem 6-gliedrigen aromatischen Ring, welcher ein Heteroatom (Sicktoff, Phosphor) mit einer größeren Elektronegativität als Kohlenstoff als ein konstituierendes Element des Ringes aufweist. Zum Beispiel kann der Wirt vom n-Typ eine der Verbindungen sein, welche ein Benzochinoxalingerüst (Benzochinoxalinderivativ) aufweist, das leicht Elektronen aufnimmt, wie 2-[3-(Dibenzothiophen-4-yl)phenyl]dibenzo[f,h]chinoxalin (Abkürzung: 2mDBTPDBq-II), 2-[4-(Dibenzothiophen-4-yl)phenyl]dibenzo[f,h]chinoxalin (Abkürzung: 2DBTPDBq-II), 2-[4-(3,6-Diphenyl-9H-carbazol-9-yl)phenyl]dibenzo[f,h]chinoxalin (Abkürzung: 2CzPDBq-III), 7-[3-(Dibenzothiophen-4-yl)phenyl]dibenzo[f,h]chinoxalin (Abkürzung: 7mDBTPDBq-II) und 6-[3-(Dibenzothiophen-4-yl)phenyl]dibenzo[f,h]chinoxalin (Abkürzung: 6mDBTPDBq-II).
Der Wirt vom p-Typ wird durch ein aromatisches Amin (eine Verbindung, bei welcher wenigstens ein aromatischer Ring an ein Stickstoff gebunden ist) oder ein Carbazolderivat dargestellt.
Zum Beispiel kann der Wirt vom p-Typ jede Verbindung sein, die leicht Löcher aufnimmt, wie 4,4'-Di(1-naphthyl)-4"-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)triphenylamin (Abkürzung: PCBNBB), 4,4'-Bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl (Abkürzung: NPB oder α-NPD) und 4-Phenyl-4'-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)triphenylamin (Abkürzung: PCBA1BP). Es sollte festgehalten werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Verbindungen beschränkt ist, so lange die Kombination des Wirts vom n-Typ und des Wirts vom p-Typ ein Exciplex bilden.
Die Anode 109 wird vorzugsweise unter Verwendung von Metallen, Legierungen, leitfähigen Verbindungen, deren Mischungen und dergleichen gebildet, welche eine hohe Austrittsarbeit aufweisen (insbesondere 4,0 eV oder mehr). Spezifische Beispiel umfassen Indiumoxid-Zinnoxid (ITO: Indiumzinnoxid), Indiumoxid-Zinnoxid enthaltend Silizium oder Siliziumoxid, Indiumoxid-Zinkoxid (Indiumzinkoxid), Indiumoxid enthaltend Wolframoxid und Zinkoxid (IWZO) und dergleichen. Filme dieser leitfähigen Metalloxide werden im Allgemeinen durch ein Sputterverfahren gebildet, können aber auch durch Anwendung eines Sol-Gel-Verfahrens oder dergleichen gebildet werden.
Zum Beispiel kann ein Indiumoxid-Zinnoxidfilm durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets gebildet werden, bei welchem Zinkoxid zu Indiumoxid mit 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% zugegeben wird. Des Weiteren kann ein IWZO-Film durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets gebildet werden, bei welchem Wolframoxid zu Indiumoxid mit 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% zugegeben wird und Zinkoxid zu Indiumoxid mit 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugegeben wird. Andere Beispiel sind Graphen, Gold, Platin, Nickel, Wolfram, Chrom, Molybdän, Eisen, Kobalt, Kupfer, Palladium, Nitride von Metallmaterialien (z.B. Titannitrid) und dergleichen.
Es sollte festgehalten werden, dass wenn eine Schicht, die in dem lichtemittierenden Element 101 enthalten ist und in Kontakt mit der Anode gebildet wird, unter Verwendung eines nachfolgend beschriebenen Verbundmaterials, das durch Kombinieren einer organischen Verbindung und eines Elektronenakzeptors (ein Akzeptor) gebildet wird, als eine für die Anode verwendete Substanz gebildet wird, jedes einer Vielzahl von Metallen, Legierungen, elektrisch leitfähigen Verbindungen, deren Mischungen und dergleichen unabhängig von der Austrittsarbeit verwendet werden kann; z.B. kann auch Aluminium, Silber, eine aluminiumhaltige Legierung (z.B. Al-Si) oder dergleichen verwendet werden. Die Anode kann zum Beispiel durch ein Sputterverfahren, ein Verdampfungsverfahren (einschließlich eines Vakuumverdampfungsverfahrens) gebildet werden.
Die Kathode 108 wird vorzugsweise unter Verwendung von Metallen, Legierungen, elektrisch leitfähigen Verbindungen, deren Mischungen und dergleichen gebildet, welche eine niedrige Austrittsarbeit aufweisen (vorzugsweise 3,8 eV oder weniger). Spezifische Beispiele dieser umfassen Elemente, die zu den Gruppen 1 und 2 des Periodensystems gehören, d.h. Alkalimetalle, wie Lithium und Cäsium, Erdalkalimetalle, wie Calcium und Strontium, Magnesium, deren Legierungen (z.B. Mg-Ag und Al-Li), Seltenerdmetalle, wie Europium und Ytterbium, deren Legierungen, Aluminium, Silber und dergleichen.
Wenn eine in dem lichtemittierenden Element 101 enthaltene und in Kontakt mit der Kathode 108 gebildete Schicht unter Verwendung eines später beschriebenen Verbundmaterials, gebildet durch Kombinieren einer organischen Verbindung und eines Elektronendonators (ein Donator), gebildet wird, können eine Vielzahl von leitfähigen Materialien, wie Al, Ag, ITO und Indiumoxid-Zinnoxid enthaltend Silizium oder Siliziumoxid, verwendet werden, unabhängig von der Austrittsarbeit. Es sollte festgehalten werden, dass, wenn die Kathode gebildet wird, ein Vakuumverdampfungsverfahren oder ein Sputterverfahren verwendet werden kann. In dem Fall, dass eine Silberpaste oder dergleichen verwendet wird, kann ein Beschichtungsverfahren, ein Tintenstrahlverfahren oder dergleichen verwendet werden.
3B zeigt ein Beispiel einer lichtemittierenden Einrichtung dieser Ausführungsform. Die in 3B dargestellte lichtemittierende Einrichtung ist eine, bei welcher eine Elektroneninjektionsschicht 113 zwischen dem lichtemittierenden Element 101 und der Kathode 108 bereitgestellt ist, und eine Lochinjektionsschicht 114 zwischen dem lichtemittierenden Element 101 und der Anode 109 in der in 3A dargestellten lichtemittierenden Einrichtung bereitgestellt ist.
Wenn die Elektroneninjektionsschicht 113 und die Lochinjektionsschicht 114 bereitgestellt werden, können Elektronen und Löcher von der Kathode 108 und der Anode 109 effizient in das lichtemittierende Element injiziert werden, wodurch die Energieeffizienz erhöht werden kann. Hierbei wird ein Stapel des lichtemittierenden Elementes 101, der Elektroneninjektionsschicht 113 und der lochinjektionsschicht 114 als eine EL-Schicht 110 bezeichnet.
Die Lochinjektionsschicht 114 ist eine Schicht, welche eine Substanz mit einer hohen Lochinjektionseigenschaft enthält. Als die Substanz mit einer hohen Lochinjektionsschicht kann ein Metalloxid, wie Molybdänoxid, Titanoxid, Vanadiumoxid, Rheniumoxid, Rutheniumoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Silberoxid, Wolframoxid oder Manganoxid verwendet werden. Alternativ kann eine auf Phthalocyanin basierende Verbindung, wie Phthalocyanin (Abkürzung: H₂Pc) oder Kupfer(II)phthalocyanin (Abkürzung: CuPc), verwendet werden.
Andere Beispiele der Substanz, welche verwendet werden kann, sind aromatische Aminverbindungen und dergleichen, welche niedermolekulare Verbindungen sind, wie 4,4',4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamin (Abkürzung: TDATA), 4,4',4"-Tris[N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino]triphenylamin (Abkürzung: MTDATA), 4,4'-Bis[N-(4-diphenylaminophenyl)-N-phenylamino]biphenyl (Abkürzung: DPAB), 4,4'-Bis(N-{4-[N'-(3-methylphenyl)-N'-phenylamino]phenyl}-N-phenylamino)biphenyl (Abkürzung: DNTPD), 1,3,5-Tris[N-(4-diphenylaminophenyl)-N-phenylamino]benzol (Abkürzung: DPA3B), 3-[N-(9-Phenylcarbazol-3-yl)-N-phenylamino]-9-phenylcarbazol (Abkürzung: PCzPCA1), 3,6-Bis[N-(9-phenylcarbazol-3-yl)-N-phenylamino]-9-phenylcarbazol (Abkürzung: PCzPCA2) und 3-[N-(1-Naphthyl)-N-(9-phenylcarbazol-3-yl)amino]-9-phenylcarbazol (Abkürzung: PCzPCN1).
Noch andere Beispiele der Substanz, welche verwendet werden können, sind Polymere (z.B. Oligomere, Dendrimere und Polymere), wie Poly(N-vinylcarbazol) (Abkürzung: PVK), Poly(4-vinyltriphenylamin) (Abkürzung: PVTPA), Poly[N-(4-{N'-[4-(4-diphenylamino)phenyl]phenyl-N'-phenylamino}phenyl)methacrylamid] (Abkürzung: PTPDMA) und Poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidin] (Abkürzung: Poly-TPD) und hochmolekulare Verbindungen, zu welchen Säure hinzugefügt wird, wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT/PSS) und Polyanilin/Poly(styrolsulfonsäure) (PAni/PSS).
Für die Lochinjektionsschicht 114 kann das Verbundmaterial verwendet werden, welches durch Kombinieren einer organischen Verbindung und eines Elektronenakzeptors (Akzeptor) gebildet wird. Solch ein Verbundmaterial, in welchem Löcher in der organischen Verbindung durch den Elektronenakzeptor gebildet werden, weist hohe Lochinjektions- und Lochtransporteigenschaften auf. In diesem Fall ist die organische Verbindung vorzugsweise ein Material, welches ausgezeichnet beim Leiten von erzeugten Löchern ist (eine Substanz mit einer hohen Lochtransporteigenschaft).
Beispiele der organischen Verbindung, welche für das Verbundmaterial verwendet wird, können eine Vielzahl von Verbindungen sein, wie aromatische Aminverbindungen, Carbazolderivate, aromatische Kohlenwasserstoffe und Polymere (z.B. Oligomere, Dendrimere und Polymere). Die für das Verbundmaterial verwendete organische Verbindung ist vorzugsweise eine organische Verbindung mit einer hohen Lochtransporteigenschaft und ist insbesondere bevorzugt eine Substanz mit einer Lochbeweglichkeit von 10^-6 cm²/Vs oder mehr. Es sollte festgehalten werden, dass neben diesen Substanzen, jede Substanz verwendet werden kann, die eine Eigenschaft aufweist, mehr Löcher als Elektronen zu transportieren. Organische Verbindungen, die verwendet werden können, werden nachfolgend spezifisch beschrieben.
Beispiele der organischen Verbindung, welche als das aromatische Material verwendet werden können, sind aromatische Aminverbindungen, wie TDATA, MTDATA, DPAB, DNTPD, DPA3B, PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1, 4,4'-Bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl (Abkürzung: NPB oder α-NPD), N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin (Abkürzung: TPD) und 4-Phenyl-4'-(9-phenylfluoren-9-yl)triphenylamin (Abkürzung: BPAFLP), und Carbazolderivate, wie 4,4'-Di(N-carbazolyl)biphenyl (Abkürzung: CBP), 1,3,5-Tris[4-(N-carbazolyl)phenyl]benzol (Abkürzung: TCPB), 9-[4-(N-Carbazolyl)phenyl]-10-phenylanthracen (Abkürzung: CzPA), 9-Phenyl-3-[4-(10-phenyl-9-anthryl)phenyl]-9H-carbazol (Abkürzung: PczPA) und 1,4-Bis[4-(N-carbazolyl)phenyl]-2,3,5,6-tetraphenylbenzol.
Andere Beispiele der organischen Verbindung, welche verwendet werden kann, sind aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen, wie 2-Tert-butyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracen (Abkürzung: t-BuDNA), 2-Tert-butyl-9,10-di(1-naphthyl)anthracen, 9,10-Bis(3,5-diphenylphenyl)anthracen (Abkürzung: DPPA), 2-Tert-butyl-9,10-bis(4-phenylphenyl)anthracen (Abkürzung: t-BuDBA), 9,10-Di(2-naphthyl)anthracen (Abkürzung: DNA), 9,10-Diphenylanthracen (Abkürzung: DPAnth), 2-Tert-butylanthracen (Abkürzung: t-BuAnth), 9,10-Bis(4-methyl-1-naphthyl)anthracen (Abkürzung: DMNA), 9,10-Bis[2-(1-naphthyl)phenyl]-2-tert-butylanthracen, 9,10-Bis[2-(1-naphthyl)phenyl]anthracen und 2,3,6,7-Tetramethyl-9,10-di(1-naphthyl)anthracen.
Andere Beispiel der organischen Verbidnung, die verwendet werden kann, sind aromatische Kohlenwasserstoffe, wie 2,3,6,7-Tetramethyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracen, 9,9'-Bianthryl, 10,10'-Diphenyl-9,9'-bianthryl, 10,10'-Bis(2-phenylphenyl)-9,9'-bianthryl, 10,10'-Bis[(2,3,4,5,6-pentaphenyl)phenyl]-9,9'-bianthryl, Anthracen, Tetracen, Rubren, Perylen, 2,5,8,11-Tetra(tert-butyl)perylen, Pentacen, Coronen, 4,4'-Bis(2,2-diphenylvinyl)biphenyl (Abkürzung: DPVBi) und 9,10-Bis[4-(2,2-diphenylvinyl)phenyl]anthracen (Abkürzung: DPVPA).
Des Weiteren sind Beispiele des Elektronenakzeptors organische Verbindungen, wie 7,7,8,8-Tetracyano-2,3,5,6-tetrafluorchinodimethan (Abkürzung: F₄-TCNQ) und Chloranil, Oxide von Übergangsmetallen, Oxide von Metallen, die zur Gruppe 4 bis 8 des Periodensystems gehören, und dergleichen. Insbesondere sind Vanadiumoxid, Niobiumoxid, Tantaloxid, Chromoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Manganoxid und Rheniumoxid bevorzugt, aufgrund ihrer hohen Elektronen aufnehmenden Eigenschaft. Unter diesen ist Molybdänoxid besonders bevorzugt, da es an Luft stabil ist, eine geringe hygroskope Eigenschaft aufweist und einfach in der Handhabung ist.
Das Verbundmaterial kann unter Verwendung des oben beschriebenen Elektronenakzeptors und des oben beschriebenen Polymers, wie PVK, PVTPA, PTPDMA oder Poly-TPD, gebildet werden und kann für die Lochinjektionsschicht 114 verwendet werden.
Die Elektroneninjektionsschicht 113 ist eine Schicht, welche eine Substanz mit einer hohen Elektroneninjektionseigenschaft enthält. Beispiele der Substanz, welche für die Elektroneninjektionsschicht 113 verwendet werden können, sind Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen, wie Lithium, Cäsium, Calcium, Lithiumfluorid, Cäsiumfluorid, Calciumfluorid und Lithiumoxid, und Seltenerdmetallverbindungen, wie Erbiumfluorid
Für die Elektroneninjektionsschicht 113 kann auch eine Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft verwendet werden. Beispiele der Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft sind Metallkomplexe, wie Alq₃, Tris(4-methyl-8-chinolinolato)aluminum (Abkürzung: Almq₃), Bis(10-hydroxybenzo[h]chinolinato)beryllium (Abkürzung: BeBq₂), Balq, Zn(BOX)₂ und Bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazolato]zink (Abkürzung: Zn(BTZ)₂).
Andere Beispiele dieser sind heteroaromatische Verbindungen, wie 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol (Abkürzung: PBD), 1,3-Bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol-2-yl]benzol (Abkürzung: OXD-7), 3-(4-Tert-butylphenyl)-4-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazol (Abkürzung: TAZ), 3-(4-Tert-butylphenyl)-4-(4-ethylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazol (Abkürzung: p-EtTAZ), Bathophenanthrolin (Abkürzung: BPhen), Bathocuproin (Abkürzung: BCP), 4,4'-Bis(5-methylbenzoxazol-2-yl)stilben (Abkürzung: BzOs).
Noch andere Beispiele sind Polymere, wie Poly(2,5-pyridin-diyl) (Abkürzung: PPy), Poly[(9,9-dihexylfluoren-2,7-diyl)-co-(pyridin-3,5-diyl)] (Abkürzung: PF-Py) und Poly[(9,9-dioctylfluoren-2,7-diyl)-co-(2,2'-bipyridin-6,6'-diyl)] (Abkürzung: PF-BPy). Die hier genannten Substanzen sind hauptsächlich Substanzen mit einer Elektronenbeweglichkeit von 10^-6 cm²/Vs oder mehr.
Es sollte festgehalten werden, dass neben diesen Substanzen jede Substanz für die Elektroneninjektionsschicht 113 verwendet werden kann, die eine Eigenschaft aufweist, mehr Elektronen als Löcher zu leiten. Diese Substanzen mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft können für die unten beschriebene Elektronentransportschicht verwendet werden.
Alternativ kann ein Verbundmaterial, welches durch das Kombinieren einer organischen Verbindung und eines Elektonendonators (Donator) gebildet wird, für die Elektroneninjektionsschicht 113 verwendet werden. Solch ein Verbundmaterial, bei welchem Elektronen in der organischen Verbindung durch den Elektronendonator gebildet werden, weist hohe Elektroneninjektions- und Elektronentransporteigenschaften auf. Die organische Verbindung ist hierbei vorzugsweise ein Material, welches ausgezeichnet beim Leiten von erzeugten Elektronen ist, und insbesondere kann jede der obigen Substanzen (wie Metallkomplexe und heteroaromatische Verbindungen) für die Elektronentransportschicht verwendet werden.
Als der Elektronendonator kann eine Substanz verwendet werden, welche eine Elektronen abgebende Eigenschaft in Bezug auf die organische Verbindung zeigt. Bevorzugte spezifische Beispiele des Elektronendonators sind Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Seltenerdmetalle, wie Lithium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Erbium und Ytterbium. Jedes Alkalimetalloxid und Erdalkalioxid ist bevorzugt, wie Lithiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid und dergleichen, und eine Lewis-Base, wie Magnesiumoxid, oder eine organische Verbindung, wie Tetrathiafulvalen (Abkürzung: TTF), kann verwendet werden.
3C zeigt ein Beispiel einer lichtemittierenden Einrichtung dieser Ausführungsform. Die lichtemittierende Einrichtung, welche in 3C dargestellt ist, ist eine, bei welcher die eine Elektronentransportschicht 111 zwischen dem lichtemittierenden Element 101 und der Elektroneninjektionsschicht 113 bereitgestellt ist, und eine Lochtransportschicht 112 ist zwischen dem lichtemittierenden Element 101 und der Lochinjektionsschicht 114 in der lichtemittierenden Einrichtung, welche in 3B dargestellt ist, bereitgestellt.
Wie oben beschrieben dienen die Wirtsschicht 103 vom n-Typ und die Wirtsschicht 104 vom p-Typ auch als eine Elektronentransportschicht bzw. eine Lochtransportschicht. Um effizienter Elektronen und Löcher in das lichtemittierende Element 101 zu injizieren, ist es bevorzugt, dass die Elektronentransportschicht 111 und die Lochtransportschicht 112 zusätzlich bereitgestellt werden.
Die Elektronentransportschicht 111 ist eine Schicht, die eine Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft enthält. Für die Elektronentransportschicht 111 kann die oben beschriebene Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft verwendet werden. Die Elektronentransportschicht ist nicht auf eine einzelne Schicht beschränkt, und kann ein Stapel aus zwei oder mehr Schichten, welche eine der obigen Substanzen enthält, sein.
Die Lochtransportschicht 112 ist eine Schicht, die eine Substanz mit einer hohen Lochtransporteigenschaft enthält. Beispiele der Substanz mit einer hohen Lochtransporteigenschaft sind aromatische Aminverbindungen, wie NPB, TPD, BPAFLP, 4,4'-Bis[N-(9,9-dimethylfluoren-2-yl)-N-phenylamino]biphenyl (Abkürzung: DFLDPBi) und 4,4'-Bis[N-(spiro-9,9'-bifluoren-2-yl)-N-phenylamino]biphenyl (Abkürzung: BSPB). Die hier genannten Substanzen sind hauptsächlich Substanzen, welche eine Lochbeweglichkeit von 10^-6 cm²/Vs oder mehr aufweisen. Es sollte festgehalten werden, dass die Schicht, welche eine Substanz mit einer hohen Lochtransporteigenschaft enthält, nicht auf eine einzelne Schicht beschränkt ist, und ein Stapel aus zwei oder mehr Schichten, die jede der obigen Substanzen enthalten können, sein kann.
Für die Lochtransportschicht 112 kann ein Carbazolderivat, wie CBP, CzPA oder PczPA, oder ein Anthracenderivat, wie t-BuDNA, DNA oder DPAnth, verwendet werden. Für die Lochtransportschicht 112 kann auch eine hochmolekulare Verbindung, wie PVK, PVTPA, PTPDMA oder Poly-TPD verwendet werden.
Es sollte festgehalten werden, dass die Lochinjektionsschicht 114, die Lochtransportschicht 112, das lichtemittierende Element 101, die Elektronentransportschicht 111 und die Elektroneninjektionsschicht 113, welche oben genannt werden, jeweils durch ein Verfahren, wie ein Verdampfungsverfahren (einschließlich eines Vakuumverdampfungsverfahrens), ein Tintenstrahlverfahren oder ein Beschichtungsverfahren, gebildet werden können. Es sollte festgehalten werden, dass die EL-Schicht 110 nicht notwendigerweise alle diese Schichten enthalten muss.
Wie in 3D dargestellt, können zwischen der Anode 109 und der Kathode 108 eine Vielzahl von EL-Schichten 110a und 110b gestapelt sein. In diesem Fall enthalten die EL-Schicht 110a und 110b jeweils wenigstens ein lichtemittierendes Element, wie in 3A dargestellt, oder die EL-Schicht 110, welche in den 3A und 3B dargestellt ist. Eine Ladungserzeugungsschicht 115 ist zwischen der EL-Schicht 110a und der EL-Schicht 110b bereitgestellt, welche gestapelt sind. Die Ladungserzeugungsschicht 115 kann unter Verwendung der Substanz mit einer hohen Lochinjektionseigenschaft oder dem oben beschriebenen Verbundmaterial gebildet werden.
In dem Fall kann als die Schicht, welche ein anderes Material enthält, eine Schicht verwendet werden, enthaltend eine Elektronendonatorsubstanz und eine Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, eine Schicht gebildet aus einem transparenten leitfähigen Film oder dergleichen. Des Weiteren kann ein lichtemittierendes Element eine Struktur aufweisen, bei der Phosphoreszenz von einer der EL-Schichten und Fluoreszenz von der anderen der EL-Schichten erhalten wird. Die Phosphoreszenz kann erhalten werden, indem die oben beschriebenen Strukturen der EL-Schicht eingesetzt werden.
Indem des Weiteren die Emissionsfarben der EL-Schichten unterschiedlich gemacht werden, kann Licht mit einer gewünschten Farbe von dem lichtemittierenden Element als Gesamtes erhalten werden. Zum Beispiel sind die Emissionsfarben der EL-Schichten 110a und 110b komplementär, so dass die lichtemittierende Einrichtung als Gesamtes weißes Licht emittieren kann. Das gleiche triff auch auf ein lichtemittierendes Element mit drei oder mehr EL-Schichten zu.
Alternativ kann, wie in 3E dargestellt, eine EL-Schicht 110, enthaltend die Lochinjektionsschicht 114, die Lochtransportschicht 112, das lichtemittierende Element 101, die Elektronentransportschicht 111, eine Elektroneninjektions-Pufferschicht 116, eine Elektronenrelais-Schicht 117, und eine Verbundmaterialschicht 118, welche sich in Kontakt mit der zweiten Elektrode 108 befindet, zwischen der Anode 109 und der Kathode 108 gebildet sein.
Es ist bevorzugt die Verbundmaterialschicht 118 bereitzustellen, welche sich in Kontakt mit der Kathode 108 befindet, da in diesem Fall Beschädigungen an der EL-Schicht 110, insbesondere wenn die Kathode 108 durch ein Sputterverfahren gebildet wird, verringert werden können. Die Verbundmaterialschicht 118 kann unter Verwendung des oben beschriebenen Verbundmaterials gebildet werden, bei welchem eine organische Verbindung mit einer hohen Lochtransporteigenschaft eine Akzeptorsubstanz enthält.
Indem des Weiteren die Elektroneninjektions-Pufferschicht 116 bereitgestellt wird, kann eine Injektionsbarriere zwischen der Verbundmaterialschicht 118 und der Elektronentransportschicht 111 reduziert werden, daher können in der Verbundmaterialschicht 118 erzeugte Elektronen einfach in die Elektronentransportschicht 111 injiziert werden.
Als die Elektroneninjektions-Pufferschicht 116 kann eine Substanz mit einer hohen Elektroneninjektionseigenschaft verwendet werden, wie ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, ein Seltenerdmetall, eine Verbindung des obigen Metalls (z.B. eine Alkalimetallverbindung (einschließlich eines Oxids, wie Lithiumoxid, eines Halogenids und eines Carbonats, wie Lithiumcarbonat oder Cäsiumcarbonat), eine Erdalkalimetallverbindung (einschließlich eines Oxids, eines Halogenids und eines Carbonats) oder eine Seltenerdmetallverbindung (einschließlich eines Oxids, eines Halogenids und eines Carbonats).
Des Weiteren wird in einem Fall, in dem die Elektroneninjektions-Pufferschicht 116 eine Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft und eine Donatorsubstanz enthält, die Donatorsubstanz vorzugsweise zugegeben, so dass das Masseverhältnis der Donatorsubstanz zur der Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft in dem Bereich von 0,001:1 to 0,1:1 liegt. Als Substanz mit einer hohen Elektroneninjektionseigenschaft kann ein Material verwendet werden, welches dem oben beschriebenen Material für die Elektronentransporteigenschaft ähnlich ist.
Als die Donatorsubstanz kann eine organische Verbindung verwendet werden kann, wie Tetrathianaphthacen (Abkürzung: TTN), Nickelocen oder Decamethylnickelocen, wie auch ein Alkalimetall, Erdalkalimetall, Seltenerdmetall, eine Verbindung des obigen Metalls (z.B. eine Alkalimetallverbindung (einschließlich eines Oxids, wie Lithiumoxid, eines Halogenids und eines Carbonats, wie Lithiumcarbonat oder Cäsiumcarbonat), eine Erdalkalimetallverbindung (einschließlich eines Oxids, wie Lithiumoxid, eines Halogenids und eines Carbonats) und eines Erdalkalimetalls (einschließlich eines Oxids, wie Lithiumoxid, eines Halogenids und eines Carbonats).
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Elektronenrelais-Schicht 117 zwischen der Elektroneninjektions-Pufferschicht 116 und der Verbundmaterialschicht 118 gebildet wird. Die Elektronenrelais-Schicht 117 wird nicht notwendigerweise bereitgestellt; indem die Elektronenrelais-Schicht 117 mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft bereitgestellt wird, können Elektronen schnell in die Elektroneninjektions-Pufferschicht 116 geleitet werden.
Die Struktur, bei welcher die Elektronenrelais-Schicht 117 zwischen der Verbundmaterialschicht 118 und der Elektroneninjektions-Pufferschicht 116 angeordnet ist, ist eine Struktur, bei welcher die in der Verbundmaterialsschicht 118 enthaltene Akzeptorsubstanz und die in der Elektroneninjektions-Pufferschicht 116 enthaltene Donatorsubstanz weniger dazu neigen miteinander zu interagieren, und daher beeinträchtigen sich ihre Funktionen kaum. Daher kann eine Erhöhung der Antriebsspannung verhindert werden.
Die Elektronenrelais-Schicht 117 enthält eine Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, und ist so ausgebildet, dass das LUMO-Niveau der Substanz mit hoher Elektronentransporteigenschaft zwischen dem LUMO-Niveau der Akzeptorsubstanz, welche in der Verbundmaterialschicht 118 enthalten ist, und dem LUMO-Niveau der Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, welche in der Elektronentransportschicht 111 enthalten ist, angeordnet ist.
In dem Fall, dass die Elektronenrelais-Schicht 117 eine Donatorsubstanz enthält, wird das Donatorniveau der Donatorsubstanz so gesteuert, dass es zwischen dem LUMO-Niveau der Akzeptorsubstanz, welche in der Verbundmaterialschicht 118 enthalten ist, und dem LUMO-Niveau der Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, welche in der Elektronentransportschicht 111 enthalten ist, liegt. Als ein spezifischer Wert des Energieniveaus beträgt das LUMO-Niveau der Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, welche in der Elektronenrelais-Schicht 117 enthalten ist, vorzugsweise -5,0 eV oder mehr, noch bevorzugter -5,0 eV oder mehr und -3,0 eV oder weniger.
Als die Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, welche in der Elektronenrelais-Schicht 117 enthalten ist, kann vorzugsweise ein auf Phthalocyanin basierendes Material oder ein Metallkomplex mit einer Metall-Sauerstoff-Bindung und ein aromatischer Ligand verwendet werden.
Als das auf Phthalocyanin basierende Material, welches in der Elektronenrelais-Schicht 707 enthalten ist, wird vorzugsweise jedes von CuPc, einem Phthalocyaninzinn(II)komplex (SnPc), einem Phthalocyaninzinkkomplex (ZnPc), Kobalt(II)phthalocyanin, β-Form (CoPc), Phthalocyanineisen (FePc) und Vanadyl 2,9,16,23-tetraphenoxy-29H,31H-phthalocyanin (PhO-VOPc) verwendet.
Als der Metallkomplex mit einer Metall-Sauerstoff-Bindung und einem aromatischen Liganden, welcher in der Elektronenrelais-Schicht 117 enthalten ist, wird vorzugsweise ein Metallkomplex mit einer Metall-Sauerstoff-Doppelbindung verwendet. Die Metall-Sauerstoff-Doppelbindung weist eine Akzeptoreigenschaft (eine Eigenschaft einfach Elektronen aufzunehmen) auf; daher können die Elektronen einfacher geleitet werden (abgegeben und aufgenommen). Des Weiteren wird der Metallkomplex mit einer Metall-Sauerstoff-Doppelbindung als stabil betrachtet. Daher ermöglicht die Verwendung des Metallkomplexes mit der Metall-Sauerstoff-Doppelbindung, dass die Lebensdauer der lichtemittierenden Einrichtung verbessert werden kann.
Als der Metallkomplex mit einer Metall-Sauerstoff-Bindung und einem aromatischen Liganden, ist ein auf Phthalocyanin basierendes Material bevorzugt. Insbesondere ist jedes von Vanadylphthalocyanin (VOPc), einem Phthalocyaninzinn(IV)oxidkomplex (SnOPc) und einem Phthalocyanintitanioxidkomplex (TiOPc) und dergleichen bevorzugt, da eine Akzeptoreigenschaft hoch ist.
Es sollte festgehalten werden, dass als die oben genannten auf Phthalocyanin basierenden Materialien, ein auf Phthalocyanin basierendes Material mit einer Phenoxygruppe bevorzugt ist. Insbesondere ist ein Phthalocyaninderivat mit einer Phenoxygruppe, wie PhO-VOPc bevorzugt. Das Phthalocyaninderivat mit einer Phenoxygruppe ist in einem Lösungsmittel löslich und weist daher den Vorteil auf, während der Bildung eines lichtemittierenden Elementes einfach in der Handhabung zu sein und den Vorteil die Wartung einer Vorrichtung, welche zur Filmherstellung verwendet wird, zu vereinfachen.
Die Elektronenrelais-Schicht 117 kann des Weiteren eine Donatorsubstanz enthalten. Als die Donatorsubstanz kann eine organische Verbindung, wie Tetrathianaphthacen (Abkürzung: TTN), Nickelocen oder Decamethylnickelocen verwendet werden, wie auch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, ein Seltenerdmetall und eine Verbindung des obigen Metalls (z.B. eine Alkalimetallverbindung (einschließlich eines Oxids, wie Lithiumoxid, eines Halogenids und eines Carbonats, wie Lithiumcarbonat oder Cäsiumcarbonat), eine Erdalkalimetallverbindung (einschließlich eines Oxids, eines Halogenids und eines Carbonats) und einer Seltenerdmetallverbindung (einschließlich eines Oxids, eines Halogenids und eines Carbonats)). Wenn solch eine Donatorsubstanz in der Elektronenrelais-Schicht 117 enthalten ist, können Elektronen einfach geleitet werden und das lichtemittierende Element kann bei niedriger Spannung betrieben werden.
In dem Fall, in dem eine Donatorsubstanz in der Elektronenrelais-Schicht 117 enthalten ist, kann neben den oben als Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft genannten Materialien, eine Substanz mit einem höheren LUMO-Niveau als das Akzeptorniveau der in der Verbundmaterialschicht 118 enthaltene Akzeptorsubstanz verwendet werden. Insbesondere ist es bevorzugt eine Substanz zu verwenden, mit einem LUMO-Niveau von -5,0 eV oder mehr, vorzugsweise von -5,0 eV oder mehr und -3,0 eV oder weniger. Als Beispiele solch einer Substanz werden ein Perylenderivat, eine stickstoffhaltige kondensierte aromatische Verbindung und dergleichen angeführt. Es sollte festgehalten werden, dass eine stickstoffhaltige kondensierte Verbindung aufgrund ihrer Stabilität vorzugsweise für die Elektronenrelais-Schicht 117 verwendet wird.
Spezifische Beispiele des Perylenderivats sind 3,4,9,10-Perylentetracarboxyldianhydrid (Abkürzung: PTCDA), 3,4,9,10-Perylentetracarboxyl-bis-benzimidazol (Abkürzung: PTCBI), N,N'-Dioctyl-3,4,9,10-perylentetracarboxyldiimid (Abkürzung: PTCDI-C8H), N,N'-Dihexyl-3,4,9,10-perylentetracarboxyldiimid (Abkürzung: Hex PTC) und dergleichen.
Spezifische Beispiele der stickstoffhaltigen kondensierten aromatischen Verbindung sind Pyrazino[2,3-f][1,10]phenanthrolin-2,3-dicarbonitril (Abkürzung: PPDN), 2,3,6,7,10,11-Hexacyano-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylen (Abkürzung: HAT(CN)₆), 2,3-Diphenylpyrido[2,3-b]pyrazin (Abkürzung: 2PYPR), 2,3-Bis(4-fluorphenyl)pyrido[2,3-b]pyrazin (Abkürzung: F2PYPR) und dergleichen.
Außerdem kann 7,7,8,8-Tetracyanochinodimethan (Abkürzung: TCNQ), 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid (Abkürzung: NTCDA), Perfluorpentacen, Kupferhexadecafluorphthalocyanin (Abkürzung: F₁₆CuPc), N,N'-Bis(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-pentadecafluoroctyl)-1,4,5,8-naphthalintetracarbonsäurediimid (Abkürzung: NTCDI-C8F), 3',4'-Dibutyl-5,5"-bis(dicyanomethylen)-5,5"-dihydro-2,2':5',2"-terthiophen (Abkürzung: DCMT), Methanofullerene (z.B. [6,6]-Phenyl C₆₁ Buttersäuremethylester) oder dergleichen verwendet werden.
Es sollte festgehalten werden, dass in dem Fall, in dem eine Donatorsubstanz in der Elektronenrelais-Schicht 117 enthalten ist, die Elektronenrelais-Schicht 117 durch solch ein Verfahren, wie Co-Verdampfung der Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft und der Donatorsubstanz, gebildet werden kann.
Es sollte festgehalten werden, dass wie oben beschrieben, die Wirtsschicht 103 vom n-Typ und die Wirtsschicht 104 vom p-Typ in dem lichtemittierenden Element 101 auch als eine Elektronentransportschicht beziehungsweise eine Lochtransportschicht dienen, daher müssen die Elektronentransportschicht 111 oder die Lochtransportschicht nicht unbedingt bereitgestellt werden. In diesem Fall dient die Wirtsschicht 103 vom n-Typ als die Elektronentransportschicht 111.
Bei der oben beschriebenen lichtemittierenden Einrichtung fließt ein Strom aufgrund eines Potentialunterschiedes zwischen der Anode und der Kathode und Löcher und Elektronen rekombinieren in der EL-Schicht 110 (oder 110a oder 110b), so dass Licht emittiert wird. Anschließend wird diese Lichtemission entweder durch die Anode oder die Kathode oder beide nach außen gesendet. Daher ist entweder die Anode oder die Kathode oder beide eine Elektrode mit einer Eigenschaft sichtbares Licht zu übertragen bzw. durchzulassen.
Es sollte festgehalten werden, dass eine Lochblockierungsschicht mit dem lichtemittierenden Element 101 kombiniert werden kann.
Unter Verwendung des in dieser Ausführungsform beschriebenen lichtemittierenden Elements kann eine lichtemittierende Einrichtung mit passiver Matrix oder eine lichtemittierende Einrichtung mit aktiver Matrix hergestellt werden, bei welcher die Ansteuerung des lichtemittierenden Elements mittels eines Transistors gesteuert wird. Des Weiteren kann die lichtemittierende Einrichtung in einer elektronischen Einrichtung, einer Beleuchtungseinrichtung oder dergleichen eingesetzt werden.
(Ausführungsform 3)
In dieser Ausführungsform werden Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung des lichtemittierenden Elements 101a oder dergleichen, welches in der Ausführungsform 1 beschrieben wurde, beschrieben. Eine Herstellungsvorrichtung bzw. -gerät, welches in 4A dargestellt ist, umfasst eine erste Verdampfungsquelle 202, eine zweite Verdampfungsquelle 203 und eine dritte Verdampfungsquelle 204 in einer Vakuumkammer 201. Die erste bis dritte Verdampfungsquelle 202 bis 204 weisen jeweils einen linearen Öffnungsbereich 223 auf, wie in der 4C dargestellt, und ermöglichen, das seine innere organische Verbindung durch ein Widerstandheizverfahren verdampfen kann.
Hierbei führen die erste Verdampfungsquelle 202, die zweite Verdampfungsquelle 203, und die dritte Verdampfungsquelle 204 dazu, dass der Wirt vom n-Typ, beziehungsweise der Wirt vom p-Typ verdampft. Die erste bis dritte Verdampfungsquelle 202 bis 204 kann jeweils mit einer Blende versehen sein. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Temperaturen der Verdampfungsquellen unabhängig gesteuert werden können, so dass die Dampfdrücke der organischen Verbindungen, wie gewünscht, gesteuert werden können. Zum Beispiel kann die Verdampfungsmenge des Wirts vom n-Typ so eingestellt werden, dass sie vier mal so groß ist wie die Verdampfungsmenge des Wirts vom p-Typ, und die Verdampfungsmenge des Gasts kann auf 1% der Verdampfungsmenge des Wirts vom p-Typ eingestellt werden.
Des Weiteren können die Öffnungsbereiche 223 der Verdampfungsquellen unterschiedliche Formen, Größen und dergleichen aufweisen, so dass zum Beispiel die organischen Verbindungen von der ersten Verdampfungsquelle 202 und der dritten Verdampfungsquelle 204 auf einen breiten Bereich gerichtet sind, wohingegen die organischen Verbindungen von der zweiten Verdampfungsquelle 203 auf einen engen Bereich gerichtet ist. Alternativ können die Öffnungsbereiche 223 der Verdampfungsquellen in unterschiedlichen Richtungen orientiert sein, wie in 4A dargestellt.
Im Inneren der Vakuumkammer 211 können ein oder mehrere Substrate, vorzugsweise zwei oder mehr Substrate (in 2A, Substrate 205 bis 207) angeordnet sein und mit einer geeigneten Geschwindigkeit von links nach rechts bewegt werden (d.h. in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zu der Orientierung der Öffnungsbereiche 223 der Verdampfungsquellen), wie dargestellt. Es sollte festgehalten werden, dass die Verdampfungsquellen unterschiedliche Anstände zu den Substraten 205 bis 207 aufweisen können.
In der in 4A dargestellten Herstellungsvorrichtung wird in einem durch das Bezugszeichen 208 gekennzeichneten Bereich der von der ersten Verdampfungsquelle 202 verdampfte Wirt vom n-Typ hauptsächlich abgeschieden. In einem durch das Bezugszeichen 209 gekennzeichneten Bereich wird der von der ersten Verdampfungsquelle 202 verdampfte Wirt vom n-Typ, der von der zweiten Verdampfungsquelle 203 verdampfte Gast und der von der dritten Verdampfungsquelle 204 verdampfte Wirt vom p-Typ mit einem bestimmten Verhältnis abgeschieden. Des Weiteren wird in einem durch das Bezugszeichen 210 gekennzeichneten Bereich der von der dritten Verdampfungsquelle 204 verdampfte Wirt vom p-Typ hauptsächlich abgeschieden.
Demzufolge wird, während die Substrate 205 bis 207 von rechts nach links bewegt werden, zunächst die Wirtsschicht 103 vom n-Typ gebildet, dann wird die lichtemittierende Schicht 102 gebildet und anschließend die Wirtsschicht 104 vom p-Typ gebildet. In einigen Fällen wird der Übergansbereich 106 vom n-Typ zwischen der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und der lichtemittierenden Schicht 102 gebildet und der Übergansbereich 107 vom p-Typ wird zwischen der Wirtsschicht 104 vom p-Typ und der lichtemittierenden Schicht 102 gebildet, wie be idem lichtemittierenden Element 101b. In anderen Fällen wird, wie bei dem lichtemittierenden Element 101c, keine klare Grenze zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Wirtsschicht vom p-Typ oder der Wirtsschicht vom n-Typ gebildet.
Eine in der 4B dargestellte Herstellungsvorrichtung wird erhalten, indem die in 4A dargestellte Herstellungsvorrichtung modifiziert wird. Das heißt die Herstellungsvorrichtung umfasst eine erste Verdampfungsquelle 212, eine zweite Verdampfungsquelle 213, eine dritte Verdampfungsquelle 214, eine vierte Verdampfungsquelle 215 und eine fünfte Verdampfungsquelle 216 in einer Vakuumkammer 211. Hierbei verdampfen die erste Verdampfungsquelle 212 und die zweite Verdampfungsquelle 213 den Wirt vom n-Typ; die dritte Verdampfungsquelle 214 führt dazu, dass der Gast verdampft; und die vierte Verdampfungsquelle 215 und die fünfte Verdampfungsquelle 216 führen dazu, dass der Wirt vom p-Typ verdampft.
Wie in dem Fall der in 4A dargestellten Herstellungsvorrichtung können Öffnungsbereiche 223 der Verdampfungsquellen unterschiedliche Formen, Größen und dergleichen aufweisen, an verschiedenen Positionen angeordnet sein oder in unterschiedlichen Richtungen orientiert sein. Im Inneren der Vakuumkammer 211 können ein oder mehrere Substrate, vorzugsweise zwei oder mehr Substrate (in 2B, Substrate 217 bis 217) angeordnet sein und mit einer geeigneten Geschwindigkeit von links nach rechts bewegt werden, wie dargestellt.
Bei der in 4B dargestellten Herstellungsvorrichtung wird in einem durch das Bezugszeichen 220 gekennzeichneten Bereich der von der ersten Verdampfungsquelle 212 verdampfte Wirt vom n-Typ hauptsächlich abgeschieden. In einem durch das Bezugszeichen 221 gekennzeichneten Bereich wird der von der zweiten Verdampfungsquelle 213 verdampfte Wirt vom n-Typ, der von der dritten Verdampfungsquelle 214 verdampfte Gast und der von der vierten Verdampfungsquelle 215 verdampfte Wirt vom p-Typ mit einem bestimmten Verhältnis abgeschieden. Des Weiteren wird in einem durch das Bezugszeichen 222 gekennzeichneten Bereich der von der fünften Verdampfungsquelle 216 verdampfte Wirt vom p-Typ hauptsächlich abgeschieden.
Die in 4B dargestellte Herstellungsvorrichtung kann drastische Konzentrationsänderungen an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 103 vom n-Typ und an der Grenzfläche zwischen der lichtemittierenden Schicht 102 und der Wirtsschicht 104 vom p-Typ bereitzustellen, wie in dem lichtemittierenden Element 101a.
(Ausführungsform 4)
In dieser Ausführungsform wird 2mDBTPDBq-II, welches als ein Wirt vom n-Typ verwendet werden kann, PCBNBB, welches als ein Wirt vom p-Typ verwendet werden kann, und ein Exciplex dieser beschrieben. Tabelle 1 zeigt die wesentlichen physikalischen Eigenschaften von 2mDBTPDBq-II, PCBNBB und [Ir(dppm)₂(acac)] und [Ir(mppr-Me)₂(dpm)], welche geeignete Gastmaterialien sind, wenn 2mDBTPDBq-II und PCBNBB verwendet werden. (Tabelle 1)

Substanz LUMO- HOMO-Niveau T1-Niveau

(eV) (eV) (eV)

2mDBTPDBq-II -2,78 -5,88 2,54

PCBNBB -2,31 -5,46 2,40

[Ir(dppm)₂(acac)] -2,98 -5,56 2,22

[Ir(mppr-Me)₂(dpm)] -2,77 -5,50 2,26
In einem Bereich, in dem 2mDBTPDBq-II und PCBNBB gemischt sind, beträgt das LUMO-Niveau -2,78 eV und das HOMO-Niveau -5,46 eV. Diese Niveaus entsprechen dem LUMO-Niveau und dem HOMO-Niveau eines Exciplexes von 2mDBTPDBq-II beziehungsweise PCBNBB. Zusätzlich ist das LUMO-Niveau und das HOMO-Niveau von [Ir(mppr-Me)₂(dpm)], bei welchem es sich um das Gastmaterial handelt, im Wesentlichen auf demselben Niveau.
Auf der anderen Seite sind sowohl das LUMO-Niveau als auch das HOMO-Niveau von [Ir(dppm)₂(acac)] niedriger als die obigen, daher hat man herausgefunden, dass [lr(dppm)₂(acac)] dazu neigt, Elektronen einzufangen. Dies zeigt, dass die Wahrscheinlichkeit des direkten Rekombinationsverfahrens in dem Fall, dass [Ir(dppm)₂(acac)] als Gast verwendet wird, höher ist, als in dem Fall, dass [Ir(mppr-Me)₂(dpm)] verwendet wird.
Zusätzlich ist das Energieniveau (T1 level) von jedem aus [Ir(mppr-Me)₂(dpm)] und [Ir(dppm)₂(acac)] in dem angeregten Triplett-Zustand um 0,1 eV oder mehr niedriger als das Energieniveau von jedem aus 2mDBTPDBq-II und PCBNBB in dem angeregten Triplett-Zustand. Daher ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass [Ir(mppr-Me)₂(dpm)] oder [Ir(dppm)₂(acac)] in dem angeregten Triplett-Zustand seinen Zustand in den angeregten Triplett-Zustand von 2mDBTPDBq-II oder PCBNBB überträgt. Insbesondere ist das T1-Niveau von [Ir(dppm)₂(acac)] um 0,18 eV oder mehr niedriger, was anzeigt, dass [Ir(dppm)₂(acac)] eine höhere Emissionseffizienz als [Ir(mppr-Me)₂(dpm)] aufweist.
5A zeigt eine Molekularstruktur von 5A 2mDBTPDBq-II. Im Allgemeinen zieht das Heteroatom, wenn ein Heteroatom (d.h. ein Atom mit einer höheren Elektronegativität als Kohlenstoff), wie ein Stickstoffatom, zu den konstituierenden Atomen of eines sechsgliedrigen aromatischen Ringes, wie einem Benzolring, eingeführt wird, die π-Elektronen an dem Ring und der Ring neigt zu einem Elektronenmangel. In der Darstellung entspricht ein Bereich A, welcher von einer gepunkteten Linie umgeben ist, einem Bereich, welcher einen π-Elektronenmangel aufweist, und dieser Bereich neigt dazu Elektronen einzufangen. Heteroaromatische Verbindungen umfassend sechsgliedrige Ringe neigen dazu, als Wirt vom n-Typ zu dienen.
5B zeigt eine Molekularstruktur von PCBNBB. Im Allgemeinen gibt das Stickstoffatom, wenn ein Stickstoffatom, welches außerhalb eines aromatischen Ringes, wie einem Benzolring, angeordnet ist, an den Ring gebunden ist, ein einsames Elektronenpaar ab, wodurch ein Elektronenüberschuss entsteht und die Elektronen neigt abgegeben zu werden (d.h. Löcher werden eher eingefangen). In der Darstellung entspricht ein Bereich B, welcher von einer gepunkteten Linie umgeben ist, einem Bereich, welcher einen Überschuss an π-Elektronen aufweist, und dieser Bereich neigt dazu Elektronen abzugeben (oder Löcher einzufangen). Aromatische Aminverbindungen neigen dazu, als Wirt vom p-Typ zu dienen.
Es gibt relative große Lücken von 0,47 eV zwischen den LUMO-niveaus und 0,42 eV zwischen den den HOMO-Niveaus von 2mDBTPDBq-II und PCBNBB. Diese Lücken dienen als Barrieren für die Elektronen und Löcher und können verhindern, dass die Träger, welche nicht rekombinieren, in die lichtemittierende Schicht eindringen. Die Höhe solch einer Barriere beträgt vorzugsweise 03 eV oder mehr, noch bevorzugter 0,4 eV oder mehr.
Ob der Wirt vom n-Typ und der Wirt vom p-Typ ein Exciplex bilden oder nicht kann durch Messung der Photolumineszenz bestimmt werden. Wenn das Photolumineszenzspektrum eines Exciplex ein Absorptionsspektrum eines Gasts überlappt, lässt sich sagen, dass das Energieübertragungsverfahren aufgrund des Förster-Mechanismus wahrscheinlich ist.
Die 6A und 6B zeigen jeweils ein UV-Absorptionsspektrum (Absoprtionsspektrum 0) einer Dichlormethanlösung aus [Ir(dppm)₂(acac)]. Das Absorptionsspektrum wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung eines UV-Licht- Spektrophotometers (V-550, hergestellt von JASCO Corporation) in dem Zustand gemessen, in dem die Dichlormethanlösung (0,093 mmol/l) bei Raumtemperatur in eine Quarzzelle eingeführt wurde.
Zusätzlich zeigen die 6A und 6B jeweils auch ein Photolumineszenzspektrum einer Dünnschicht aus 2mDBTPDBq-II (Emissionsspektrum 1), ein Photolumineszenzspektrum einer Dünnschicht aus PCBNBB (Emissionsspektrum 2), und ein Photolumineszenzspektrum einer Dünnschicht aus einem gemischten Material aus 2mDBTPDBq-II und PCBNBB (Emissionsspektrum 3). Das Verhältnis von PCBNBB zu 2mDBTPDBq-II in der Dünnschicht des gemischten Materials betrug 0,8:0,2.
In 6A stellt die horizontale Achse die Wellenlänge (nm) dar und die vertikale Achse stellt den molaren Absorptionskoeffizienten ε (M^-1·cm^-1) und die Emissionsintensität (willkürliche Einheit) dar. In 6B stellt die horizontale Achse die Energie (eV) dar und die vertikale Achse stellt den molaren Absorptionskoeffizienten ε (M^-1·cm^-1) und die Emissionsintensität (willkürliche Einheit) dar.
Aus dem Absorptionsspektrum 0 in 6A wird deutlich, dass [Ir(dppm)₂(acac)] ein breites Absorptionsband bei ungefähr 520 nm aufweist. Man nimmt an, dass dieses Absorptionsband wesentlich zur Lichtemission.
Das Emissionsspektrum 3 zeigt einen Peak bei einer längeren Wellenlänge (niedrigeren Energie), als die Emissionsspektren 1 und 2. Zusätzlich befindet sich der Peak des Emissionsspektrums 3 näher an dem Absorptionsband von [Ir(dppm)₂(acac)] und als die Peaks der Emissionsspektren 1 und 2. Insbesondere beträgt der Unterschied zwischen dem Peak des Absorptionsspektrum 0 von [Ir(dppm)₂(acac)] und dem Peak des Emissionsspektrums 3 0.02 eV.
Man hat herausgefunden, dass das Emissionsspektrum des gemischten Materials aus 2mDBTPDBq-II und PCBNBB einen Peak bei einer längeren Wellenlänge (niedrigeren Energie) aufweist, als das Emissionsspektrum jeder organischen Verbindung allein. Dies zeigt, dass ein Exciplex durch Mischen von 2mDBTPDBq-II mit PCBNBB gebildet wird. Zusätzlich wird kein Peak beobachtet, der von 2mDBTPDBq-II oder PCBNBB stammt, was bedeutet, dass auch wenn 2mDBTPDBq-II und PCBNBB getrennt angeregt werden, diese unmittelbar ein Exciplex bilden.
Der Peak des Emissionsspektrums des gemischten Materials weist eine große Überlappung mit dem Absorptionsband in dem Absorptionsspektrum 0 von [Ir(dppm)₂(acac)] auf, von welchem man annimmt, dass es wesentlich zur Lichtemission beiträgt. Dies legt nahe, dass ein lichtemittierendes Element, enthaltend 2mDBTPDBq-II, PCBNBB und [Ir(dppm)₂(acac)], eine hohe Effizienz der Energieübertragung von einem Exiplex auf ein Gastmolekül aufweist.
(Beispiel 1)
In diesem Beispiel wurde ein lichtemittierendes Element einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt und seine Leistung überprüft. Bei dem lichtemittierenden Element dieses Beispiels wurde 2DBTPDBq-II als ein Wirt vom n-Typ verwendet und PCBA1 BP wurde als ein Gast vom p-Typ verwendet.
Das in diesem Beispiel hergestellt lichtemittierende Element weist eine Schichtstruktur auf, aus einer Kathode, einer Elektroneninjektionsschicht, einer Elektronentransportschicht, einer ersten Schicht (eine Wirtsschicht vom n-Typ), eine lichtemittierende Schicht (eine Schicht enthaltend den Wirt vom n-Typ und den Wirt vom p-Typ), eine zweite Schicht (eine Wirtsschicht vom p-Typ), eine Lochinjektionsschicht und eine Anode, in dieser Reihenfolge von oben zu einem Substrat.
Die chemischen Formeln (Strukturformeln) der in diesem Beispiel verwendeten Materialien, einschließlich der oben genannten, sind nachfolgend dargestellt. Es sollte festgehalten werden, dass die chemischen Formeln der oben bereits beschriebenen Materialien weggelassen werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des lichtemittierenden Elements dieses Beispiels wird nachfolgend beschrieben. Zunächst wurde ein Film aus Indiumzinnoxid enthaltend Siliziumoxid (ITSO) auf einem Glassubstrat durch ein Sputterverfahren gebildet, so dass die Anode gebildet wurde. Es sollte festgehalten werden, dass die Dicke auf 110 nm eingestellt wurde und dass die Elektrodenfläche auf 2 mm × 2 mm eingestellt wurde.
Nachfolgend wurde als eine Vorbehandlung zur Bildung des lichtemittierenden Elements auf dem Substrat, eine UV-Ozon-Behandlung für 370 Sekunden nach dem Waschen einer Oberfläche des Substrats mit Wasser durchgeführt und Backen bzw. Brennen bei 200 °C für eine Stunde wurde durchgeführt. Anschließend wurde das Substrat in eine Vakuumverdampfungsvorrichtung eingeführt, in welcher der Druck auf ungefähr 10^-4 Pa reduziert wurde, und wurde einem Vakuumbacken bei 170 °C für 30 Minuten in einer Heizkammer der Vakuumverdampfungsvorrichtung unterworfen und anschließend wurde das Substrat für ungefähr 30 Minuten abgekühlt.
Anschließend wurde das mit der Anode bereitgestellte Substrat an einem Substrathalter in der Vakuumverdampfungsvorrichtung befestigt, so das eine Oberfläche, auf welcher die Anode bereitgestellt war, nach unten zeigte. Anschließend wurden DBT3P-II und Molybdän(VI)oxid unter einem reduzierten Druck von ungefähr 10^-4 Pa co-verdampft, um die Lochinjektionsschicht auf der Anode zu bilden. Die Dicke der Lochinjektionsschicht wurde auf 40 nm eingestellt und das Gewichtsverhältnis von DBT3P-II zu Molybdänoxid wurde auf 4:2 eingestellt (=DBT3P-II : Molybdänoxid).
Danach wurde auf der Lochinjektionsschicht die zweite Schicht aus PCBA1BP mit einer Dicke von 20 nm durch ein Verdampfungsverfahren gebildet.
Des Weiteren wurden PCBA1BP, 2DBTPDBq-II und [Ir(dppm)₂(acac)] co-verdampft, um eine lichtemittierende Schicht auf der zweiten Schicht zu bilden. Hierbei wurde das Gewichtsverhältnis 2DBTPDBq-II zu PCBA1BP und [Ir(dppm)₂(acac)] auf 0,8:0,2:0.05 eingestellt. Die Dicke der lichtemittierenden Schicht wurde auf 40 nm eingestellt.
Des Weiteren wurde auf der lichtemittierenden Schicht ein Film aus 2mDBTPDBq-II mit einer Dicke von 10 nm durch ein Verdampfungsverfahren gebildet, um die erste Schicht zu bilden.
Dann wurde auf der ersten Schicht ein Film aus Bathophenanthrolin (Abkürzung: BPhen) mit einer Dicke von 20 nm gebildet, um die Elektronentransportschicht zu bilden.
Des Weiteren wurde auf der Elektronentransportschicht ein Film aus Lithiumfluorid (LiF) durch Verdampfung mit einer Dicke von 1 nm gebildet, um eine Elektroneninjektionsschicht zu bilden.
Zuletzt wurde ein Aluminiumfilm durch Verdampfung mit einer Dicke von 200 nm als die Kathode gebildet. Auf diese Weise wurde das lichtemittierende Element hergestellt. Es sollte festgehalten werden, dass bei allen obigen Verdampfungsschritten die Verdampfung durch ein Widerstandsheizverfahren durchgeführt wurde. Tabelle 2 zeigt die Elementstruktur des, wie oben beschrieben, erhaltenen lichtemittierenden Elements. (Tabelle 2)

Anode Lochinjektionsschicht Zweite Schicht Lichtemittierende Schicht

ITSO DBT3P-II:MoO_x PCBA1BP 2DBTPDBq-II:PCBA1BP:[Ir(dppm)₂(acac)]

(4:2) (0,8:0,2:0,05)

110 nm 40 nm 20 nm 40 nm

(Tabelle 2 Fortsetzung)

Erste Schicht Elektronen- transportschicht Elektronen- injektionsschicht Kathode

2DBTPDBq-II BPhen LiF AI

10 nm 20 nm 1 nm 200 nm
In einer Glove Box, welche eine Stickstoffatmosphäre enthielt, wurden das lichtemittierende Element abgedichtet, um der Luft nicht ausgesetzt zu werden. Anschließend wurden die Betriebseigenschaften des Elements gemessen. Es sollte festgehalten werden, dass die Messungen bei Raumtemperatur (in einer auf 25 °C gehaltenen Atmosphäre) durchgeführt wurden.
7A zeigt die Abhängigkeit der Stromdichte von der Leuchtdichte des erhaltenen lichtemittierenden Elements, 7B zeigt die Abhängigkeit der Spannung von der Leuchtdichte und 7C zeigt die Abhängigkeit der Leuchtdichte von der Stromausbeute. Tabelle 3 zeigt die wesentlichen Charakteristiken bzw. Eigenschaften des erhaltenen lichtemittierenden Elements. Die Spannung, die notwendig ist, um eine Leuchtdichte von ungefähr 1000 cd/m² zu erhalten, ist extreme gering (2,6 V). Das erhaltene lichtemittierende Element weist eine Leistungseffizienz von 70 % oder mehr auf und ist sehr effizient. (Tabelle 3)

Sapnnung Stromdichte Farbwert- Anteile Leuchtdichte Stromausbeute

(V) (mA/cm2) (x, y) (cd/m2) (cd/A)

2,6 1,88 (0,56, 0,44) 1154 61,5

(Tabelle 3 Fortsetzung)

Leistungseffizienz Externe Quanteneffizienz Energieeffizienz

(Im/W)

(%)

(%)

74,3 24,5 19,3
(Beispiel 2)
In diesem Beispiel wurde ein lichtemittierendes Element einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt und gemessen. In diesem Beispiel wurde ein lichtemittierendes Element unter Verwendung von 2mDBTPDBq-II als ein Wirt vom n-Typ und PCBA1BP als ein Gast vom p-Typ hergestellt.
Das in diesem Beispiel hergestellte lichtemittierende Element weist die gleiche Schichtstruktur auf, wie das lichtemittierende Element des Beispiels 1. Die oben bereits beschriebenen Materialien wurden verwendet. Des Weiteren wurde ein Herstellungsverfahren verwendet, welches dem in Beispiel 1 ähnlich war, mit der Ausnahme, dass sich der Wirt vom n-Typ unterscheidet (d.h. 2DBTPDBq-II aus Beispiel 1 wurde einfach durch 2mDBTPDBq-II ersetzt); daher werden die Einzelheiten hier weggelassen. Eine Struktur von 2mDBTPDBq-II ist nachfolgend dargestellt.
2mDBTPDBq-II

Tabelle 4 zeigt die Elementstruktur des erhaltenen lichtemittierenden Elements. (Tabelle 4)

Anode	Lochinjektionsschicht	Zweite Schicht	Lichtemittierende Schicht
ITSO	DBT3P-II:MoOx	PCBA1BP	2mDBTPDBq-II:PCBA1BP:[Ir(dppm)₂(acac)]
			2mDBTPDBq-II:PCBA1BP:[Ir(dppm)₂(acac)]
	(4:2)
			(0,8:0,2:0,05)
110 nm	40 nm	20 nm
			40 nm

(Tabelle 4 Fortsetzung)

Erste Schicht	Elektronen- transportschicht	Elektronen- injektionsschicht	Kathode
2mDBTPDBq-II	BPhen	LiF	AI
10 nm	20 nm	1 nm	200 nm

8A zeigt die Abhängigkeit der Stromdichte von der Leuchtdichte des erhaltenen lichtemittierenden Elements, 8B zeigt die Abhängigkeit der Spannung von der Leuchtdichte und 8C zeigt die Abhängigkeit der Leuchtdichte von der Stromausbeute. Tabelle 5 zeigt die wesentlichen Charakteristiken des erhaltenen lichtemittierenden Elements. Die Spannung, die notwendig ist, um eine Leuchtdichte von ungefähr 1000 cd/m² zu erhalten, ist extrem gering (2,7 V). Das erhaltene lichtemittierende Element weist eine externe Quanteneffizient von 25 % oder mehr auf und ist sehr effizient. Es wurde festgestellt, dass die obere Grenze der externen Quanteneffizienz herkömmlicher lichtemittierender Elemente ungefähr 20 % beträgt, bedingt durch die Lichtextraktionseffizienz. Das Konzept von GCCH erlaubt jedoch die Bildung eines lichtemittierenden Elements mit einer externen Quanteneffizienz von mehr als 25 %. (Tabelle 5)

Sapnnung Stromdichte Farbwert- Anteile Leuchtdichte Stromausbeute

(x, y)

(V) (mA/cm2) (cd/m2) (cd/A)

2,7 1,35 (0,57, 0,43) 845 62,6

(Tabelle 5 Fortsetzung)

Leistungseffizienz Externe Quanteneffizienz Energieeffizienz

(Im/W)

(%)

(%)

72,9 25,5 19,3
Bezugszeichenliste
101: lichtemittierendes Element, 101a: lichtemittierendes Element, 101b: lichtemittierendes Element, 101c: lichtemittierendes Element, 102: lichtemittierende Schicht, 103: Wirtsschicht vom n-Typ, 104: Wirtsschicht vom p-Typ, 105: Gastmolekül, 106: Übergangsbereich vom n-Typ , 107: Übergangsbereich vom p-Typ, 108: Kathode, 109: Anode, 110: EL-Schicht, 110a: EL-Schicht, 110b: EL-Schicht, 111: Elektronentransportschicht, 112: Lochtransportschicht, 113: Elektroneninjektionsschicht, 114: Lochinjektionsschicht, 115: Ladungserzeugungsschicht, 116: Elektroneninjektionspufferschicht, 117: Elektronenrelais-Schicht, 118: Verbundmaterialschicht, 201: Vakuumkammer, 202: erste Verdampfungsquelle, 203: zweite Verdampfungsquelle, 204: dritte Verdampfungsquelle, 205: Substrat, 206: Substrat, 207: Substrat, 211: Vakuumkammer, 212: erste Verdampfungsquelle, 213: zweite Verdampfungsquelle, 214: dritte Verdampfungsquelle, 215: vierte Verdampfungsquelle, 216: fünfte Verdampfungsquelle, 217: Substrat, 218: Substrat, 219: Substrat und 223: Öffnungsbereich.

Claims

Lichtemittierendes Element, umfassend: eine erste Elektrode; eine Lochinjektionsschicht auf der ersten Elektrode; eine erste Schicht auf der Lochinjektionsschicht, wobei die erste Schicht eine erste organische Verbindung mit einer Lochtransporteigenschaft enthält; eine lichtemittierende Schicht auf der ersten Schicht, wobei die lichtemittierende Schicht die erste organische Verbindung, eine zweite organische Verbindung, welche eine Elektronentransporteigenschaft aufweist, und eine Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft enthält; eine zweite Schicht auf der lichtemittierenden Schicht, wobei die zweite Schicht die zweite organische Verbindung enthält; eine Elektroneninjektionsschicht auf der zweiten Schicht; und eine zweite Elektrode auf der Elektroneninjektionsschicht, wobei die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung so gewählt sind, dass diese einen Exciplex bilden, und wobei ein Absorptionsband der Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft, welches an der Seite der längsten Wellenlänge liegt, mit einer Emission des Exciplexes überlappt.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Lochtransportschicht zwischen der Lochinjektionsschicht und der ersten Schicht.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Elektronentransportschicht zwischen der Elektroneninjektionsschicht und der zweiten Schicht.
Lichtemittierendes Element, umfassend: eine lichtemittierende Schicht, eine erste Schicht und eine zweite Schicht zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, wobei die erste Schicht zwischen der ersten Elektrode und der lichtemittierenden Schicht bereitgestellt ist, wobei die zweite Schicht zwischen der zweiten Elektrode und der lichtemittierenden Schicht bereitgestellt ist, wobei die lichtemittierende Schicht eine erste organische Verbindung mit einer Elektronentransporteigenschaft, eine zweite organische Verbindung mit einer Lochtransporteigenschaft und eine Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft enthält, wobei die erste Schicht die erste organische Verbindung enthält, wobei die erste Schicht die zweite organische Verbindung in einer Konzentration von 0,1% oder weniger enthält, wobei die zweite Schicht die zweite organische Verbindung enthält, wobei die zweite Schicht die erste organische Verbindung in einer Konzentration von 0,1% oder weniger enthält, wobei die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung so gewählt sind, dass diese einen Exciplex bilden, und wobei ein Absorptionsband der Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft, welches an der Seite der längsten Wellenlänge liegt, mit einer Emission des Exciplexes überlappt.
Lichtemittierendes Element, umfassend: eine erste Schicht und eine zweite Schicht zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, wobei die erste Schicht eine erste organische Verbindung enthält, wobei die erste Schicht eine zweite organische Verbindung in einer Konzentration von 0,1% oder weniger enthält, wobei die zweite Schicht die zweite organische Verbindung enthält, wobei die zweite Schicht die erste organische Verbindung in einer Konzentration von 0,1% oder weniger enthält, wobei ein Bereich, der die erste organische Verbindung mit einer Elektronentransporteigenschaft, die zweite organische Verbindung mit einer Lochtransporteigenschaft und eine Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft enthält, zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht bereitgestellt ist, wobei in dem Bereich die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung gemischt sind und eine Konzentration der ersten organischen Verbindung und eine Konzentration der zweiten organischen Verbindung jeweils 10% oder mehr beträgt, wobei die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung so gewählt sind, dass diese einen Exciplex bilden, und wobei ein Absorptionsband der Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft, welches an der Seite der längsten Wellenlänge liegt, mit einer Emission des Exciplexes überlappt.
Lichtemittierendes Element, umfassend: eine erste Elektrode; eine erste Elektrolumineszenzschicht auf der ersten Elektrode; eine Ladungserzeugungsschicht auf der ersten Elektrolumineszenzschicht; eine zweite Elektrolumineszenzschicht auf der Ladungserzeugungsschicht, und eine zweite Elektrode auf der zweiten Elektrolumineszenzschicht, wobei wenigstens eine der ersten Elektrolumineszenzschicht und der zweiten Elektrolumineszenzschicht umfasst: eine erste Schicht, enthaltend eine erste organische Verbindung mit einer Lochtransporteigenschaft; eine zweite Schicht, enthaltend eine zweite organische Verbindung mit einer Elektronentransporteigenschaft; und eine lichtemittierende Schicht, angeordnet zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht, wobei die lichtemittierende Schicht eine Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft, die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung enthält, wobei die erste organische Verbindung und die zweite organische Verbindung so gewählt sind, dass diese einen Exciplex bilden, und wobei ein Absorptionsband der Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft, welches an der Seite der längsten Wellenlänge liegt, mit einer Emission des Exciplexes überlappt.
Lichtemittierendes Element nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 6, wobei die Verbindung mit einer lichtemittierenden Eigenschaft einen organometallischen Komplex umfasst.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 7, wobei der organometallische Komplex Iridium enthält.
Lichtemittierendes Element nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 6, wobei die erste organische Verbindung ein organisches Amin oder ein Carbazolderivat ist.
Lichtemittierendes Element nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 6, wobei die zweite organische Verbindung einen heteroaromatischen Ring mit π-Elektronenmangel aufweist.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 6, wobei die eine der ersten Elektrolumineszenzschicht und der zweiten Elektrolumineszenzschicht fluoreszent emittiert und die andere der ersten Elektrolumineszenzschicht und der zweiten Elektrolumineszenzschicht phosphoreszent emittiert.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 6, wobei die erste Elektrolumineszenzschicht und die zweite Elektrolumineszenzschicht phosphoreszent emittieren.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 1 oder 6, wobei die erste Schicht des Weiteren die zweite organische Verbindung enthält, und wobei sich eine Konzentration der zweiten organischen Verbindung in der ersten Schicht in einer Richtung von der ersten Elektrode zu der lichtemittierenden Schicht verändert.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 1 oder 6, wobei die zweite Schicht des Weiteren die erste organische Verbindung enthält, und wobei sich eine Konzentration der ersten organischen Verbindung in der zweiten Schicht in einer Richtung von der zweiten Elektrode zu der lichtemittierenden Schicht verändert.
Lichtemittierendes Element nach Anspruch 1, wobei sich in der lichtemittierenden Schicht eine Konzentration der ersten organischen Verbindung und eine Konzentration der zweiten organischen Verbindung in einer Richtung von der ersten Schicht zur zweiten Schicht verändern.
Elektronische Einrichtung umfassend das lichtemittierende Element nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 6.
Beleuchtungseinrichtung umfassend das lichtemittierende Element nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 6.