TWI638583B - 發光元件,發光裝置,與電子設備 - Google Patents

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TWI638583B
TWI638583B TW104102086A TW104102086A TWI638583B TW I638583 B TWI638583 B TW I638583B TW 104102086 A TW104102086 A TW 104102086A TW 104102086 A TW104102086 A TW 104102086A TW I638583 B TWI638583 B TW I638583B
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鈴木恆德
瀨尾哲史
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半導體能源研究所股份有限公司
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    • HELECTRICITY
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Abstract

在一對電極之間具有EL層的發光元件中,EL層在用作陽極的電極和具有發光性的第四層(發光層)之間至少包括具有電洞注入性的第一層(電洞注入層)、具有電洞傳輸性的第二層(第一電洞傳輸層)、及具有電洞傳輸性的第三層(第二電洞傳輸層)。第二層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)的絕對值比第一層及第三層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)的絕對值大。藉由此結構,降低從用作陽極的電極一側注入的電洞的傳輸速度,以提高發光元件的發光效率。

Description

發光元件,發光裝置,與電子設備
本發明涉及在一對電極之間夾著發光物質而成的電流激發型發光元件,具有這種發光元件的發光裝置、以及電子設備。
近年來,對於利用電致發光(electroluminescence)的發光元件進行積極的研究開發。這種發光元件的基本結構是在一對電極之間夾著含有發光物質的層。藉由對該元件施加電壓,可以獲得來自發光物質的發光。
這種發光元件是自發光型元件,具有如下優點:即其像素的可見度高於液晶顯示器並且不需要背光等。由此,被認為適合用作平面顯示元件。此外,這種發光元件的重要優點是能夠製造成薄型且輕量。而且,非常快的回應速度也是其特徵之一。
進而,這種發光元件因為可以形成為膜狀,所以可以藉由形成大面積的元件,容易獲得面發光。當使用以白熾燈或LED為典型的點光源或以螢光燈為典型的線光源 時,該特徵是很難獲得的,因而,作為能夠應用於照明等的面光源的利用價值也高。
該利用電致發光的發光元件可以根據發光物質是有機化合物還是無機化合物而被大致分類。在本發明中,使用有機化合物作為發光物質。在此情況下,藉由對發光元件施加電壓,電子及電洞分別從一對電極注入到包含具有發光有機化合物的層,而電流流過。而且,這些載流子(電子和電洞)的重新結合引起發光有機化合物處於激發態,並且從激發態回到基態時發光。
由於這樣的機制,這種發光元件被稱為電流激發型發光元件。注意,作為有機化合物所形成的激發態可以採用單重激發態或三重激發態。從單重激發態發射的光被稱為螢光,而從三重激發態發射的光被稱為磷光。
對於這種發光元件,在改善其元件特性方面上存在依賴於物質的許多問題,為了解決這些問題,進行元件結構的改進、物質的開發等。
例如,在非專利文獻1:Tetsuo Tsutsui以及其他八名,Japanese Journal of Applied Physics,vol.38,L1502-1504(1999)中,藉由提供電洞阻擋層,使利用磷光物質的發光元件有效地發光。但是,如非專利文獻1所述,有如下問題:電洞阻擋層沒有耐久性,並且發光元件的使用壽命極短。
鑒於上述問題,本發明的目的在於藉由形成具有與現有結構不同的元件結構的發光元件,來提供一種發光元件,其發光效率高,且使用壽命比現有的發光元件的使用壽命長。本發明的目的還在於提供發光效率高的發光裝置以及電子設備。
本發明的一個面向為在一對電極之間包括EL層的發光元件,其中EL層在用作陽極的電極和具有發光性的第四層(發光層)之間至少包括具有電洞注入性的第一層(電洞注入層)、具有電洞傳輸性的第二層(第一電洞傳輸層)、以及具有電洞傳輸性的第三層(第二電洞傳輸層),並且第二層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)的絕對值比第一層及第三層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)的絕對值大。
注意,在上述結構中,第二層的HOMO能級的絕對值比第一層及第三層的HOMO能級的絕對值大0.1eV或以上。
此外,本發明的另一個面向是在一對電極之間包括EL層的發光元件,其中EL層在用作陽極的電極和第四層(發光層)之間至少包括第一層(電洞注入層)、第二層(第一電洞傳輸層)、以及第三層(第二電洞傳輸層),第二層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)的絕對值比第一層及第三層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)的絕對值小。
注意,在上述結構中,第二層的HOMO能級的絕對值比第一層及第三層的HOMO能級的絕對值小0.1eV或以上。
就是說,藉由形成上述兩種結構之一的發光元件,可以降低從用作陽極的電極一側注入的電洞的傳輸速度,因此可以提高發光元件的發光效率。
此外,除了上述各種結構以外,EL層在用作陰極的電極和第四層(發光層)之間至少包括控制電子傳輸的第五層(載流子控制層)。第五層包括具有電子傳輸性的第一有機化合物和具有電洞傳輸性的第二有機化合物,且第二有機化合物的含量低於整體的50%(質量比)。注意,更佳將濃度控制為第二有機化合物的含量為整體的大於或等於1重量%至小於或等於20重量%。
在上述結構中,當第五層(載流子控制層)動力地作用時,第二有機化合物的最低空軌域能級(LUMO能級)的絕對值和第一有機化合物的最低空軌域能級(LUMO能級)的絕對值的差異為0.3eV或以下。當將第一有機化合物的偶極矩設定為P1,而將第二有機化合物的偶極矩設定為P2時,滿足P1/P2≧3的關係。
在上述結構中,較佳使用金屬錯合物作為第一有機化合物,而使用芳香胺化合物作為第二有機化合物。
此外,除了上述結構以外,當第五層(載流子控制層)熱力地作用時,第五層包括具有電子傳輸性的第一有機化合物和具有電子陷阱性的第二有機化合物,且第二有機化合物的含量低於整體的50%(質量比)。注意,更佳將濃度控制為第二有機化合物的含量為整體的大於或等於0.1重量%至小於或等於5重量%。此外,第二有機化合物的 LUMO能級的絕對值較佳比第一有機化合物的LUMO能級的絕對值大0.3eV或以上。再者,較佳的是,使用金屬錯合物作為第一有機化合物,而使用香豆素衍生物或喹吖啶酮衍生物作為第二有機化合物。
另外,在上述結構中,第五層的厚度較佳為大於或等於5nm且小於或等於20nm。
注意,在上述各種結構中,第四層(發光層)較佳包含具有電子傳輸性的物質。
此外,本發明在其範圍內也包括具有上述發光元件的發光裝置、以及具有發光裝置的電子設備。在本發明說明中的發光裝置指的是圖像顯示裝置、或光源(包括照明裝置)。此外,發光裝置還包括如下所有的模組:在發光裝置中安裝有連接器例如FPC(撓性印刷電路)、TAB(帶式自動鍵合)帶或TCP(載帶封裝)的模組;在TAB帶或TCP前端上提供有印刷線路板的模組;或藉由COG(晶玻接裝,chip on glass)方式將IC(積體電路)直接安裝在發光裝置上的模組等。
由於根據本發明可以降低發光元件的載流子的電洞的傳輸速度,因此可以提高發光層中的重新結合的機率,以可以提高發光元件的發光效率。再者,藉由將能夠降低電子的傳輸速度的結構與上述結構組合,可以獲得效率高且使用壽命長的發光元件。此外,藉由將本發明的發光元件應用於發光裝置及電子設備,可以獲得減少了耗電量的發光裝置及電子設備。
101‧‧‧基板
102‧‧‧第一電極
103‧‧‧EL層
104‧‧‧第二電極
111‧‧‧第一層(電洞注入層)
112‧‧‧第二層(電洞傳輸層)
113‧‧‧第三層(電洞傳輸層)
114‧‧‧第四層(發光層)
115‧‧‧第五層(電子傳輸層)
116‧‧‧第六層(電子注入層)
117‧‧‧第七層(載流子控制層)
201‧‧‧第一有機化合物
202‧‧‧第二有機化合物
801‧‧‧第一電極
802‧‧‧第二電極
803‧‧‧EL層
804‧‧‧EL層
805‧‧‧電荷產生層
901‧‧‧源極側驅動電路
902‧‧‧像素部
903‧‧‧閘極側驅動電路
904‧‧‧密封基板
905‧‧‧密封劑
907‧‧‧空間
908‧‧‧佈線
909‧‧‧FPC(撓性印刷電路)
910‧‧‧元件基板
911‧‧‧開關TFT
912‧‧‧電流控制TFT
913‧‧‧電極
914‧‧‧絕緣物
916‧‧‧EL層
917‧‧‧電極
918‧‧‧發光元件
923‧‧‧N通道型TFT
924‧‧‧P通道型TFT
1001‧‧‧基板
1002‧‧‧第一電極
1003‧‧‧第二電極
1004‧‧‧EL層
1005‧‧‧絕緣層
1006‧‧‧隔斷層
1201‧‧‧框體
1202‧‧‧液晶層
1203‧‧‧背光
1204‧‧‧框體
1205‧‧‧驅動器IC
1206‧‧‧端子
1301‧‧‧框體
1302‧‧‧光源
1401‧‧‧照明裝置
1402‧‧‧電視裝置
1501‧‧‧玻璃基板
1502‧‧‧第一電極
1503‧‧‧EL層
1504‧‧‧第二電極
1511‧‧‧第一層(電洞注入層)
1512‧‧‧第二層(電洞傳輸層)
1513‧‧‧第三層(電洞傳輸層)
1514‧‧‧第四層(發光層)
1515‧‧‧第五層(電子傳輸層)
1516‧‧‧第六層(電子注入層)
1601‧‧‧玻璃基板
1602‧‧‧第一電極
1603‧‧‧EL層
1604‧‧‧第二電極
1611‧‧‧第一層(電洞注入層)
1612‧‧‧第二層(電洞傳輸層)
1613‧‧‧第三層(電洞傳輸層)
1614‧‧‧第四層(發光層)
1615‧‧‧第五層(電子傳輸層)
1616‧‧‧第六層(電子注入層)
1617‧‧‧第七層(載流子控制層)
9101‧‧‧框體
9102‧‧‧支撐體
9103‧‧‧顯示部
9104‧‧‧揚聲器部
9105‧‧‧視頻輸入端子
9201‧‧‧主體
9202‧‧‧框體
9203‧‧‧顯示部
9204‧‧‧鍵盤
9205‧‧‧外部連接埠
9206‧‧‧定位裝置
9401‧‧‧主體
9402‧‧‧框體
9403‧‧‧顯示部
9404‧‧‧聲音輸入部
9405‧‧‧聲音輸出部
9406‧‧‧操作鍵
9407‧‧‧外部連接埠
9408‧‧‧天線
9501‧‧‧主體
9502‧‧‧顯示部
9503‧‧‧框體
9504‧‧‧外部連接埠
9505‧‧‧遙控接收部
9506‧‧‧影像接收部
9507‧‧‧電池
9508‧‧‧聲音輸入部
9509‧‧‧操作鍵
9510‧‧‧目鏡部
在圖式中:圖1A和1B是示出實施方式1中的發光元件的能帶結構的圖;圖2A和2B是示出實施方式1中的發光元件的疊層結構的圖;圖3A至3C是示出實施方式1中的發光元件的發光方式的圖;圖4A和4B是示出實施方式2中的發光元件的能帶結構的圖;圖5A和5B是示出實施方式2中的發光元件的疊層結構的圖;圖6A和6B是示出實施方式2中的發光元件的發光方式的圖;圖7是示出實施方式2中的發光元件的能帶結構的圖;圖8是示出實施方式3中的發光元件的疊層結構的圖;圖9A和9B是示出實施方式4中的主動矩陣型發光裝置的圖;圖10A和10B是示出實施方式4中的被動矩陣型發光裝置的圖;圖11A至11D是示出實施方式5中的電子設備的 圖;圖12是將本發明的發光裝置用作背光的液晶顯示裝置的圖;圖13是示出使用本發明的發光裝置的檯燈的圖;圖14是示出使用本發明的發光裝置的室內照明裝置的圖;圖15A和15B是示出實施例1中的發光元件的元件結構的圖;圖16A和16B是示出實施例2中的發光元件的元件結構的圖;圖17是示出發光元件1至4的電流密度-亮度特性的圖;圖18是示出發光元件1至4的電壓-亮度特性的圖;圖19是示出發光元件1至4的亮度-電流效率特性的圖;圖20是示出發光元件1至3的發射光譜的圖;圖21是示出發光元件5至8的電流密度-亮度特性的圖;圖22是示出發光元件5至8的電壓-亮度特性的圖;圖23是示出發光元件5至8的亮度-電流效率特性的圖;圖24是示出發光元件5至7的發射光譜的圖;圖25是示出發光元件5至8利用恆電流驅動的連續發光測試結果的圖; 圖26是示出發光元件9至12的電流密度-亮度特性的圖;圖27是示出發光元件9至12的電壓-亮度特性的圖;圖28是示出發光元件9至12的亮度-電流效率特性的圖;圖29是示出發光元件9至11的發射光譜的圖;圖30是示出發光元件9至12利用恆電流驅動的連續發光測試結果的圖;圖31是示出YGASF的CV特性的曲線圖;圖32是示出YGABP的CV特性的曲線圖;圖33是示出TCTA的CV特性的曲線圖;圖34是示出NPB的CV特性的曲線圖;圖35是示出DNTPD的CV特性的曲線圖;圖36是示出Alq的CV特性的曲線圖;圖37是示出DPQd的CV特性的曲線圖;圖38是示出2PCAPA的CV特性的曲線圖。
下面,將參照圖式說明本發明的實施方式。但是,本發明不局限於如下說明,而其方式及詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍下可以被變換為各種各樣的形式。因此,本發明不應該被解釋為僅限定在實施方式所記載的內容中。
[實施方式1]
在本實施方式1中,說明本發明的發光元件,該發光元件具有降低發光元件的載流子的電洞的傳輸速度的結構。
本實施方式1中的發光元件由用作陽極的第一電極、用作陰極的第二電極、以及提供在第一電極和第二電極之間的EL層構成。EL層至少包括從第一電極一側按順序層疊的電洞注入層、第一電洞傳輸層、第二電洞傳輸層、以及發光層,並且第一電洞傳輸層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比電洞注入層及第二電洞傳輸層的HOMO能級深(絕對值較大)或淺(絕對值較小)。其他層並沒有特別的限制。此外,在本實施方式1的發光元件中,當藉由以第一電極102的電位比第二電極104的電位高的方式對它們分別施加電壓時,可以獲得發光。
於是,說明如下情況:如圖1A與1B所示,EL層103從第一電極102一側包括第一層(電洞注入層)111、第二層(第一電洞傳輸層)112、第三層(第二電洞傳輸層)113、第四層(發光層)114、第五層(電子傳輸層)115、第六層(電子注入層)116。
在圖1A的發光元件的EL層103中,第二層(第一電洞傳輸層)112的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比第一層(電洞注入層)111及第三層(第二電洞傳輸層113)的HOMO能級深(絕對值較大)。藉由採用這種結構,可以降低從第 一電極102注入的電洞到達第四層(發光層)114的傳輸速度。在此情況下,具體而言,第二層112的HOMO能級的絕對值比第一層111及第三層113的HOMO能級的絕對值大0.1eV或以上。
另一方面,在圖1B的發光元件的EL層103中,第二層(第一電洞傳輸層)112的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比第一層(電洞注入層)111及第三層(第二電洞傳輸層)113的HOMO能級淺(絕對值較小)。藉由採用這種結構,也可以與圖1A的所示的情況同樣地降低從第一電極102注入的電洞到達第四層(發光層)114的傳輸速度。在此情況下,具體而言,第二層112的HOMO能級的絕對值較佳比第一層111及第三層113的HOMO能級的絕對值小0.1eV或以上。
注意,由於當採用圖1A或1B的結構時都可以降低從第一電極102注入的電洞的傳輸速度,因此改善發光元件中的載流子平衡,可以實現元件的高效率化。此外,根據用於第一層(電洞注入層)111、第二層(第一電洞傳輸層)112、以及第三層(第二電洞傳輸層)113的物質的HOMO能級而採用圖1A或1B的元件結構。
此外,特別是在第四層(發光層)114包含具有電子傳輸性的物質的情況下,本發明的結構(如圖1A或1B的結構)有效。在第四層(發光層)114包含具有電子傳輸性的物質的情況下,發光區域位於第四層(發光層)114和第三層(第二電洞傳輸層)113的介面附近。而且,若是在該介面 附近因過剩的電洞而生成陽離子,發光效率明顯地降低,因為陽離子成為淬滅劑的作用。然而,在本發明的結構中控制電洞的傳輸速度,因此可以抑制在第四層(發光層)114周邊發生的陽離子生成,以抑制發光效率的降低。由此,可以形成發光效率高的發光元件。
參照圖2A和2B說明本實施方式1的發光元件的結構。基板101用作發光元件的支撐體。作為基板101,例如可以使用玻璃、石英、塑膠等。
注意,可以將上述基板101留在利用本發明的發光元件的產品的發光裝置或電子設備中,但是也可以不留在最終產品中而只具有發光元件的製造工序中的支撐體的作用。
作為形成在基板101上的第一電極102,較佳使用功函數大的(具體地,4.0eV或以上)的金屬、合金、導電化合物、以及它們的混合物等。具體而言,例如可以舉出氧化銦-氧化錫(ITO:氧化銦錫)、含有矽或氧化矽的氧化銦錫、氧化銦-氧化鋅(IZO:氧化銦鋅)、含有氧化鎢及氧化鋅的氧化銦(IWZO)等。另外,可以舉出金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、Ti(鈦)或金屬材料的氮化物(例如,氮化鈦)等。
通常藉由濺射法沉積這些材料。例如,可以藉由使用相對於氧化銦添加1wt%至20wt%的氧化鋅的靶且利用濺射法來形成氧化銦鋅(IZO)。此外,可以藉由使用相對於 氧化銦添加有0.5wt%至5wt%的氧化鎢和0.1wt%至1wt%的氧化鋅的靶且利用濺射法,來沉積含有氧化鎢和氧化鋅的氧化銦(IWZO)。除了上述方法之外,還可以應用溶膠-凝膠法等、噴墨法、旋塗法等製造。
另外,在形成在第一電極102上的EL層103中,當使用下述複合材料做為與第一電極102接觸的第一層111的材料的情況下,可以與功函數的大小無關地使用各種金屬、合金、導電化合物、以及這些的混合物等作為用於第一電極102的物質。例如,還可以使用鋁(Al)、銀(Ag)、包含鋁的合金(AlSi)等。
此外,還可以使用屬於元素週期表中第1族或第2族的元素(其為功函數小的材料),即鹼金屬如鋰(Li)或銫(Cs)等;鹼土金屬如鎂(Mg)、鈣(Ca)或鍶(Sr)等;包含這些金屬的合金(MgAg、AlLi);稀土金屬如銪(Eu)、鐿(Yb)等;以及這些上述金屬的合金等。
注意,在使用鹼金屬、鹼土金屬、以及包含這些金屬的合金形成第一電極102的情況下,可以採用真空蒸鍍法或濺射法。再者,在使用銀膏等的情況下,可以採用塗敷法或噴墨法等。
可以使用已知的物質作為形成在第一電極102上的EL層103,亦可以採用任一低分子化合物及高分子化合物。注意,用於形成EL層103的物質不僅只包括由有機化合物構成的結構,亦包括含無機化合物做為一部分的結構。
藉由將包含具有高電洞注入性的物質而成的電洞注入層、包含具有高電洞傳輸性的物質而成的電洞傳輸層、由發光物質構成的發光層、包含具有高電子傳輸性的物質而成的電子傳輸層、包含具有高電子注入性的物質而成的電子注入層等適當地組合而層疊,來形成EL層103。
但是,在本實施方式1中,EL層103需要如下結構:至少包括從第一電極102一側按順序層疊的電洞注入層、第一電洞傳輸層、第二電洞傳輸層、以及發光層,並且第一電洞傳輸層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比電洞注入層及第二電洞傳輸層的HOMO能級深(絕對值較大)。
圖2A和2B說明如下情況:EL層103與圖1A和1B同樣地從第一電極102一側層疊第一層(電洞注入層)111、第二層(第一電洞傳輸層)112、第三層(第二電洞傳輸層)113、第四層(發光層)114、第五層(電子傳輸層)115、以及第六層(電子注入層)116而成。
電洞注入層的第一層111是包含具有高電洞注入性的物質的電洞注入層。作為具有高電洞注入性的物質,可以使用鉬氧化物、釩氧化物、釕氧化物、鎢氧化物、錳氧化物等。另外,作為低分子有機化合物,也可以使用酞菁類化合物諸如酞菁(縮寫:H2Pc)、銅(II)酞菁(縮寫:CuPc)、釩氧酞菁(縮寫:VOPc)等。
此外,低分子有機化合物的例子有芳香胺化合物等,諸如4,4',4"-三(N,N-二苯基胺基)-三苯胺(縮寫: TDATA)、4,4',4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基胺基]-三苯胺(縮寫:MTDATA)、4,4'-雙[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:DPAB)、4,4'-雙(N-{4-[N'-(3-甲基苯基)-N'-苯基胺基]苯基}-N-苯基胺基)聯苯(縮寫:DNTPD)、1,3,5-三[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]苯(縮寫:DPA3B)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基胺基]-9-苯基咔唑(縮寫:PCzPCA1)、3,6-二[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基胺基]-9-苯基咔唑(縮寫:PCzPCA2)、以及3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)胺基]-9-苯基咔唑(縮寫:PCzPCN1)等。
再者,還可以使用高分子化合物(低聚物、樹枝狀聚合物、聚合物等)。例如,可以舉出以下高分子化合物:聚(N-乙烯基咔唑)(縮寫:PVK);聚(4-乙烯基三苯胺)(縮寫:PVTPA);聚[N-(4-{N'-[4-(4-二苯基胺基)苯基]苯基-N'-苯基胺基}苯基)甲基丙烯醯胺](縮寫:PTPDMA);以及聚[N,N'-雙(4-丁基苯基)-N,N'-雙(苯基)聯苯胺](縮寫:聚-TPD)等。另外,還可以使用添加了酸的高分子化合物諸如聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)、以及聚苯胺/聚(苯乙烯磺酸)(PAni/PSS)等。
作為第一層111的材料,可以使用使具有高電洞傳輸性的物質包含具有受體(acceptor)性的物質的複合材料。注意,藉由使用使具有高電洞傳輸性的物質包含具有受體性的物質的複合材料,可以與其功函數無關地選擇用於形成電極的材料。換句話說,除了功函數大的材料之外,還 可以使用功函數小的材料作為第一電極102。這樣複合材料可以藉由具有高電洞傳輸性的物質和受體物質的共蒸鍍來形成。注意,在本發明說明中,複合指的不僅是兩種材料混合的狀態,亦指混合多種材料而在材料之間可發生電荷接收的狀態。
可以使用各種化合物作為用於複合材料的有機化合物,例如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烴、以及高分子化合物(低聚物、樹枝狀聚合物、以及聚合物等)等。注意,較佳使用具有高電洞傳輸性的有機化合物作為用於複合材料的有機化合物。具體地說,較佳使用電洞遷移率為10-6cm2/Vs或以上的物質。然而,只要是其電洞傳輸性比電子傳輸性高的物質,就可以使用除此之外的其他物質。下面,具體地舉出能夠用於複合材料的有機化合物。
可以使用如下材料作為能夠用於複合材料的有機化合物,例如芳香胺化合物諸如MTDATA、TDATA、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1、4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB或α-NPD)、以及N,N'-雙(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基-[1,1'-聯苯基]-4,4'-二胺(縮寫:TPD)等;或者咔唑衍生物諸如4,4'-雙(N-咔唑基)-聯苯(縮寫:CBP)、1,3,5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(縮寫:TCPB)、9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫:CzPA)、以及1,4-雙[4-(N-咔唑基)苯基]-2,3,5,6-四苯基苯等。
此外,可以舉出芳香烴化合物,諸如2-第三丁基- 9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫:t-BuDNA)、2-第三丁基-9,10-二(1-萘基)蒽、9,10-雙(3,5-二苯基苯基)蒽(縮寫:DPPA)、2-第三丁基-9,10-雙(4-苯基苯基)蒽(縮寫t-BuDBA)、9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫:DNA)、9,10-二苯基蒽(縮寫:DPAnth)、2-第三丁基蒽(縮寫:t-BuAnth)、9,10-雙(4-甲基-1-萘基)蒽(縮寫:DMNA)、9,10-雙[2-(1-萘基)苯基]-2-第三丁基-蒽、9,10-雙[2-(1-萘基)苯基]蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(1-萘基)蒽等。
而且,還可以舉出芳香烴化合物,諸如2,3,6,7-四甲基-9,10-二(2-萘基)蒽、9,9'-聯蒽、10,10'-二苯基-9,9'-聯蒽、10,10'-雙(2-苯基苯基)-9,9'-聯蒽、10,10'-雙[(2,3,4,5,6-五苯基)苯基]-9,9'-聯蒽、蒽、稠四苯、紅熒烯、苝、2,5,8,11-四(第三丁基)苝、稠五苯、蔻、4,4'-雙(2,2-二苯基乙烯基)聯苯(縮寫:DPVBi)、以及9,10-雙[4-(2,2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(縮寫:DPVPA)等。
此外,作為具有受體性的物質,可以舉出7,7,8,8-四氰-2,3,5,6-四氟醌二甲烷(縮寫:F4-TCNQ)、氯醌等的有機化合物、以及過渡金屬氧化物。另外,還可以舉出屬於元素週期表中的第4族至第8族元素的金屬的氧化物。具體地說,較佳使用氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化錳以及氧化錸,因為它們的電子接受性高。其中,氧化鉬是尤其較佳的,因為氧化鉬在大氣中也穩定而且吸濕性低,就容易處理。
此外,第一層111也可以使用利用上述高分子化合物 諸如PVK、PVTPA、PTPDMA、或聚-TPD等、以及上述具有受體性的物質形成的複合材料。
第一電洞傳輸層的第二層112、以及第二電洞傳輸層的第三層113是包含具有高電洞傳輸性的物質的層。作為具有高電洞傳輸性的物質,可以使用芳香胺化合物諸如低分子有機化合物的NPB(或α-NPD)、TPD、4,4'-雙[N-(9,9'-二甲基茀-2-基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:DFLDPBi)、以及4,4'-雙[N-(螺-9,9'-聯茀-2-基)-N-苯基胺基]-1,1'-聯苯(縮寫:BSPB)等、4,4'-雙(N-咔唑基)聯苯(縮寫:CBP)、2,7-二(N-咔唑基)-螺-9,9'-聯茀(縮寫:SFDCz)、4,4',4"-三[N-(3-甲基苯)-N-苯基胺基]三苯胺(縮寫:MTDATA)、N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9,9'-聯茀-2-胺(縮寫:YGASF)、N,N'-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基聯苯-4,4'-二胺(縮寫:YGABP)、1,3,5-三(N-咔唑基)苯(縮寫:TCzB)、4,4',4"-三(N-咔唑基)三苯胺(縮寫:TCTA)、4,4'-雙(N-{4-[N'-(3-甲基苯)-N'-苯基胺基]苯基}-N-苯基胺基)聯苯(縮寫:DNTPD)、以及高分子化合物的PVK、PVTPA、PTPDMA、聚-TPD。
注意,上述物質主要具有10-6cm2/Vs或以上的電洞遷移率。但是,只要是其電洞傳輸性比電子傳輸性高的物質,就可以使用所屬物質之外的已知物質。
在本實施方式1中,可以將上述物質用於第一層111、第二層112、以及第三層113。但是,需要根據各種物質的最高佔據軌域能級(HOMO能級)選擇所使用的物 質,以將用於第二層112的物質的HOMO能級設定為比用於第一層111及第三層113的物質的HOMO能級深(絕對值較大)或淺(絕對值較小)。
注意,在上述物質中,NPB的HOMO能級為-5.27[eV]、YGASF的HOMO能級為-5.44[eV]、YGABP的HOMO能級為-5.40[eV]、TCTA的HOMO能級為-5.38[eV]。因此,在實現圖1A所示的結構的情況下,例如採用如下組合:可以將HOMO能級為-5.27的NPB和氧化鉬的複合材料用於第一層111,將HOMO能級為-5.44的YGASF用於第二層112,並將HOMO能級為-5.27的NPB用於第三層113。
另一方面,在上述材料中,NPB的HOMO能級為-5.27[eV]、DNTPD的HOMO能級為-5.06[eV]。因此,在實現圖1B所示的結構的情況下,例如將HOMO能級為-5.27的NPB和氧化鉬的複合材料用於第一層111,將HOMO能級為-5.06的DNTPD用於第二層112,並將HOMO能級為-5.27的NPB用於第三層113。
注意,藉由採用上述結構,由第一層111、第二層112、以及第三層113形成帶隙,因此可以抑制從第一電極102注入的電洞的傳輸速度。從而還可以控制對於第四層114的電洞注入量。
第四層114是包含高發光性的物質的發光層。作為第四層114,可以使用如下低分子有機化合物。
作為發射藍光的發光物質,可以舉出N,N'-雙[4-(9H- 咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基二苯乙烯-4,4'-二胺(縮寫:YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(10-苯基-9-蒽基)三苯基胺(縮寫:YGAPA)等。
作為發射綠光的發光物質,可以舉出N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCAPA)、N-[9,10-雙(1,1'-聯苯-2-基)-2-蒽基]-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCABPhA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(縮寫:2DPAPA)、N-[9,10-雙(1,1'-聯苯-2-基)-2-蒽基]-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(縮寫:2DPABPhA)、N-[9,10-雙(1,1'-聯苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(縮寫:2YGABPhA)、N,N,9-三苯基蒽-9-胺(縮寫:DPhAPhA)等。
作為發射黃光的發光物質,可以舉出紅熒烯、5,12-雙(1,1'-聯苯-4-基)-6,11-二苯基稠四苯(縮寫:BPT)等。作為發射紅光的發光物質,可以舉出N,N,N',N'-四(4-甲基苯基)稠四苯-5,11-二胺(縮寫:p-mPhTD)、7,13-二苯基-N,N,N',N'-四(4-甲基苯基)苊并[1,2-a]丙二烯合茀-3,10-二胺(縮寫:p-mPhAFD)等。
此外,第四層114也可以採用將上述具有高發光性的物質分散在其他物質中的結構。注意,在分散的情況下,分散物質的濃度較佳為整體的20%或以下。另外,可以使用已知物質作為使發光物質分散的物質,但較佳使用,與發光物質相比,最低空軌域能級(LUMO能級)較深(其絕對值較大),且最高佔據軌域能級(HOMO能級)較淺(其絕對 值較小)的物質。
具體地說,可以使用金屬錯合物諸如三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Alq)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Almq3)、雙(10-羥基苯并[h]喹啉)鈹(II)(縮寫:BeBq2)、雙(2-甲基-8-羥基喹啉)(4-苯基苯酚)鋁(III)(縮寫:BAlq)、雙(8-羥基喹啉)鋅(II)(縮寫:Znq)、雙[2-(2-苯并噁唑基)苯酚]鋅(II)(縮寫:Zn(BOX)2)、以及雙2-(2-苯并噻唑基)苯酚]鋅(II)(縮寫:Zn(BTZ)2)等。
此外,還可以使用雜環化合物諸如2-(4-聯苯基)-5-(4-第三丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(縮寫:PBD)、1,3-雙[5-(對-第三丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(縮寫:OXD-7)、3-(4-聯苯基)-4-苯基-5-(4-第三丁基苯基)-1,2,4-三唑(縮寫:TAZ)、2,2',2"-(1,3,5-苯三基)-三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(縮寫:TPBI)、紅啡啉(縮寫:BPhen)、以及浴銅靈(縮寫:BCP)等。
此外,還可以使用縮合芳族化合物如9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫:CzPA)、3,6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(縮寫:DPCzPA)、9,10-雙(3,5-二苯基苯基)蒽(縮寫:DPPA)、9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫:DNA)、2-第三丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫t-BuDNA)、9,9'-聯蒽(縮寫:BANT)、9,9'-(二苯乙烯-3,3'-二基)二菲(縮寫:DPNS)、9,9'-(二苯乙烯-4,4'-二基)二菲(縮寫:DPNS2)、以及3,3',3"-(苯-1,3,5-三基)三芘(縮寫:TPB3)等。
此外,可以將多種物質用來分散發光物質。例如,為了抑制結晶化,還可以添加用來抑制結晶化的物質,例如,紅熒烯。再者,為了更有效地將能量轉移至發光物質,也可以添加NPB或Alq等。像這樣,當高發光性的物質分散在其他物質中時,可以抑制第四層114的結晶化。再者,還可以抑制起因於高濃度的發光性的物質所引起的濃度淬滅。
另外,尤其更佳的是,使用上述物質中的具有電子傳輸性的物質使發光物質分散來形成第四層114。具體而言,可以使用上述金屬錯合物、雜環化合物、縮合芳族化合物之中的CzPA、DNA、t-BuDNA。還可以使用下述高分子化合物作為第五層115的物質。
此外,也可以將下述高分子化合物用作第四層114。
作為發射藍光的發光材料,可以舉出聚(9,9-二辛基茀-2,7-二基)(縮寫:POF)、聚[(9,9-二辛基茀-2,7-二基)-共聚-(2,5-二甲氧基苯-1,4-二基)](縮寫:PF-DMOP),聚{(9,9-二辛基茀-2,7-二基)-共聚-[N,N'-二-(對-丁基苯基)-1,4-二胺基苯]}(縮寫:TAB-PFH)等。
作為發射綠光的發光材料,可以舉出聚(對-苯撐乙烯)(縮寫:PPV)、聚[(9,9-二己基茀-2,7-二基)-交替共聚-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,7-二基)](縮寫:PFBT)、聚[(9,9-二辛基-2,7-二乙烯亞茀)-交替共聚-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撐)]等。
作為發射橙光至紅光的發光材料,可以舉出聚[2-甲 氧基-5-(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撐乙烯](縮寫:MEH-PPV)、聚(3-丁基噻吩-2,5-二基)(縮寫:R4-PAT)、聚{[9,9-二己基-2,7-雙(1-氰基乙烯)亞茀]-交替共聚-[2,5-二(N,N'-二苯基胺基)-1,4-苯撐]}、聚{[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-雙(1-氰基乙烯苯撐)]-交替共聚-[2,5-雙(N,N'-二苯基胺基)-1,4-苯撐]}(縮寫:CN-PPV-DPD)等。
第五層115是電子傳輸層,包含具有高電子傳輸性的物質。例如,對於第五層115,可以使用金屬錯合物諸如Alq、Almq3、BeBq2、BAlq、Znq、ZnPBO及ZnBTZ等作為低分子有機化合物。除了金屬錯合物之外,還可以使用雜環化合物諸如PBD、OXD-7、TAZ、TPBI、BPhen及BCP等。在此提到的物質主要是電子遷移率為10-6cm2/Vs或以上的物質。注意,只要是其電子傳輸性高於電洞傳輸性,就可以使用上述物質之外的其他物質作為電子傳輸層。另外,除了單層結構之外,電子傳輸層還可以是由上述物質構成的兩層以上的疊層。
作為第五層115,也可以使用高分子化合物。例如,使用聚[(9,9-二己基茀-2,7-二基)-共聚-(吡啶-3,5-二基)](縮寫PF-Py)、聚[(9,9-二辛基茀-2,7-二基)-共聚-(2,2'-聯吡啶-6,6'-二基)](縮寫:PF-BPy)等。
此外,第六層116是電子注入層,包含具有高電子注入性的物質。作為第六層116,可以使用如氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)和氟化鈣(CaF2)等的鹼金屬、鹼土金屬、或它們的化合物。此外,還可以使用包含鹼金屬、鹼土金屬、 或它們的化合物的具有電子傳輸性的物質,具體地說,使用含鎂(Mg)的Alq等。此時,來自第二電極104的電子注入會更高效率地進行。
作為第二電極104,可以使用功函數小的(具體地說,3.8eV或以下)的金屬、合金、導電化合物、或它們的混合物等。作為這種陰極材料的具體例子,可以舉出屬於元素週期表中的第1族或第2族的元素,即鹼金屬諸如鋰(Li)及銫(Cs)等;鹼土金屬諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)及鍶(Sr)等;含有這些元素的合金(MgAg、AlLi);稀土金屬諸如銪(Eu)及鐿(Yb)等;以及含有這些元素的合金等。
注意,在使用鹼金屬、鹼土金屬、包含它們的合金形成第二電極104的情況下,可以採用真空蒸鍍法或濺射法。此外,在使用銀膏等的情況下,可以採用塗敷法或噴墨法等。
注意,藉由提供第六層116,可以與功函數的大小無關地使用各種導電材料諸如Al、Ag、ITO、含有矽或氧化矽的氧化銦錫等來形成第二電極104。藉由濺射法、噴墨法、或旋塗法等形成這種導電材料。
此外,作為按順序層疊第一層111、第二層112、第三層113、第四層114、第五層115、以及第六層116而形成的EL層103的製造方法,不論乾式法或濕式法,可以使用各種方法。例如,可以採用真空蒸鍍法、噴墨法、旋塗法等。此外,還可以在每個層中採用不同的方法而形成。
除了濺射法及真空蒸鍍法等的乾式法之外,還可以使用金屬材料的膏劑的溶膠-凝膠法等的濕式法形成第二電極104。
在上述本發明的發光元件中,第一電極102和第二電極104之間產生的電位差引起電流流過,而藉由電洞和電子在EL層103中重新結合,使得發光元件發光。而且,該光經過第一電極102或第二電極104中的任何一方或雙方被提取到外部。因而,第一電極102或第二電極104中的任何一方或雙方成為具有透光性的電極。
注意,當只有第一電極102具有透光性時,如圖3A所示,EL層103中產生的光經過第一電極102從基板101一側被提取。此外,當只有第二電極104具有透光性時,如圖3B所示,在EL層103中產生的光經過第二電極104從與基板101相反一側被提取。再者,當第一電極102及第二電極104都具有透光性時,如圖3C中所示,在EL層103中產生的光經過第一電極102和第二電極104從基板101一側和與基板101相反一側的雙方被提取。
注意,提供在第一電極102和第二電極104之間的層的結構不局限於上述結構。可以採用上述以外的結構,只要其結構中至少包括電洞注入層的第一層111、第一電洞傳輸層的第二層112、第二電洞傳輸層的第三層113、以及發光層的第四層114,並且選擇用於第二層112的物質的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比用於第一層111及第三層113的物質的HOMO能級深(絕對值較大)或淺(絕對 值較小)的物質。
此外,如圖2B所示,也可以採用在基板101上按順序層疊用作陰極的第二電極104、EL層103、用作陽極的第一電極102的結構。注意,此時的EL層103採用如下結構,即在第二電極104上按順序層疊第六層116、第五層115、第四層114、第三層113、第二層112、以及第一層111。
注意,藉由使用本發明的發光元件,可以製造被動矩陣型發光裝置或由薄膜電晶體(TFT)控制發光元件的驅動的主動矩陣型發光裝置。
注意,當製造主動矩陣型發光裝置時的TFT的結構並沒有特別限制。例如,可以適當地採用交錯型和反交錯型TFT。另外,形成在TFT基板上的驅動電路既可以由N型和P型TFT構成,又可以由其中的任何一種構成。再者,用於TFT的半導體膜的結晶性也並沒有特別限制,而可以使用非晶半導體膜或結晶半導體膜。
實施方式1所示的發光元件藉由使用提供在第一電極102和發光層的第四層114之間的第一層111、第二層112、以及第三層113形成帶隙,來可以抑制從第一電極102注入的電洞的傳輸速度。因此,可以控制對第四層114的電洞注入量。由此,可以提高發光元件整體的載流子平衡,以形成高效率的元件。
[實施方式2]
在本實施方式2中說明本發明的發光元件,其中除了降低實施方式1所示的電洞的傳輸速度的結構之外,還可以具有降低電子的傳輸速度的結構。
實施方式2中的發光元件由第一電極、第二電極、以及提供在第一電極和第二電極之間的EL層構成。EL層至少包括從第一電極一側按順序層疊的電洞傳輸層、第一電洞傳輸層、第二電洞傳輸層、發光層、以及載流子控制層,並且提供為第一電洞傳輸層的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比電洞傳輸層及第二電洞傳輸層的HOMO能級深(絕對值較大)或淺(絕對值較小),即可。其他層並沒有特別限制。
於是,說明如圖4A和4B所示,EL層103的結構具有如下結構的情況:從第一電極102一側包括第一層(電洞注入層)111、第二層(第一電洞傳輸層)112、第三層(第二電洞傳輸層)113、第四層(發光層)114、第七層(載流子控制層)117、第五層(電子傳輸層)115、第六層(電子注入層)116。
在圖4A所示的發光元件的EL層103中,第二層(第一電洞傳輸層)112的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比第一層(電洞注入層)111及第三層(第二電洞傳輸層)113的HOMO能級深(絕對值較大)。藉由採用這種結構,可以降低從第一電極102注入的電洞到達第四層(發光層114)的傳輸速度。在此情況下,具體而言,第二層112的HOMO能級的絕對值較佳比第一層111及第三層113的HOMO 能級的絕對值大0.1eV或以上。
另一方面,在圖4B所示的發光元件的EL層103中,第二層(第一電洞傳輸層)112的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比第一層(電洞傳輸層)111及第三層(第二電洞傳輸層)113的HOMO能級淺(絕對值較小)。當採用這種結構時,也可以與圖4A的所示的情況同樣地降低從第一電極102注入的電洞到達第四層(發光層)114的傳輸速度。在此情況下,具體而言,第二層112的HOMO能級的絕對值較佳比第一層111及第三層113的HOMO能級的絕對值小0.1eV或以上。
注意,在採用圖4A和4B的結構的情況下,都可以降低從第一電極102注入的電洞的傳輸速度。
此外,在採用圖4A和4B的結構的情況下,都可以藉由在第一電極102和第四層(發光層)114之間提供第七層(載流子控制層)117來降低電子從第二電極104注入到達第四層(發光層)114的傳輸速度。
由此,在第四層(發光層)114中重新結合的載流子(電子和電洞)的平衡提高,從而可以實現元件的高效率化。注意,根據用於第一層(電洞注入層)111、第二層(第一電洞傳輸層)112、以及第三層(第二電洞傳輸層)113的物質的HOMO能級,採用圖4A和4B中的任一種結構。
此外,在第四層(發光層)114包含具有電子傳輸性的物質的情況下,圖4A和4B所示那樣的本發明的結構特別有效。在第四層(發光層)114包含具有電子傳輸性的物 質的情況下,發光區域為第四層(發光層)114和第三層(第二電洞傳輸層)113的介面附近。而且,若是因過剩的電洞而在該介面附近生成陽離子,發光效率明顯地降低,因為陽離子具有淬滅劑的作用。然而,由於在本發明的結構中降低電洞的傳輸速度,因此可以抑制第四層(發光層)114周邊的陽離子生成,以抑制發光效率的降低。由此,可以形成發光效率高的發光元件。
在本實施方式2中,第一電極102用作陽極,而第二電極104用作陰極。就是說,當以將第一電極102的電位設定為高於第二電極104的電位的方式分別施加電壓時,可以獲得發光。
接著,參照圖5A和5B說明本實施方式2中的發光元件的結構。基板101用作發光元件的支撐體。此外,作為基板101,例如玻璃、石英、塑膠等可以使用。
作為形成在基板101上的第一電極102,較佳使用功函數大(具體地說,4.0eV或以上)的金屬、合金、導電化合物、以及這些的混合物等。可以使用與實施方式1同樣的材料。
此外,形成在第一電極102上的EL層103中,從第一電極102一側按順序層疊的第一層(電洞注入層)111、第二層(電洞傳輸層)112、第三層(電洞傳輸層)113、第四層(發光層)114的結構、製造方法、以及能夠用於各種層的材料與實施方式1同樣,因此在本實施方式2中省略其說明。
本實施方式2的特徵在於:除了實施方式1所說明的結構以外,還可以在第四層(發光層)114和第二電極104之間提供降低載流子(電子)的傳輸速度的第七層(下面,稱為載流子控制層)117。作為載流子控制層的結構,可以使用兩種方法(動力地控制載流子的傳輸速度的方法、以及熱力地控制載流子的傳輸速度的方法)。
作為第一方法,說明利用第七層(載流子控制層)117動力地降低載流子(電子)的傳輸速度的情況。圖6A和6B示出其示意圖。
在第一電極102和第二電極104之間具有EL層103,構成EL層103的多個層從第一電極102一側按順序形成第一層(電洞注入層)111、第二層(電洞傳輸層)112、第三層(電洞傳輸層)113、第四層(發光層)114、第七層(載流子控制層)117、第五層(電子傳輸層)115、第六層(電子注入層)116。
第七層(載流子控制層)117由兩種以上有機化合物構成。在此,說明如圖6B所示,第七層(載流子控制層)117由第一有機化合物201和第二有機化合物202構成的情況。注意,將具有高電子傳輸性的有機化合物(具有電子傳輸性的有機化合物)用作第一有機化合物201,而將具有高電洞傳輸性的有機化合物(具有電洞傳輸性的有機化合物)用作第二有機化合物202。
此外,用於第二有機化合物202和第一有機化合物201的LUMO能級彼此近似。具體而言,第二有機化合物 202的最低空軌域能級(LUMO能級)的絕對值和第一有機化合物201的LUMO能級的絕對值的差異較佳為0.3eV或以下,更佳為0.2eV或以下。就是說,較佳地是,載流子電子在第一有機化合物201和第二有機化合物202之間容易傳輸。
在此情況下,因為第二有機化合物202具有與第一有機化合物201近似的LUMO能級,所以會被注入電子。從具有電子傳輸性的第一有機化合物201到具有電洞傳輸性的第二有機化合物202注入電子的速度(v1)、或者從第二有機化合物202到第一有機化合物201注入電子的速度(v2)比在第一有機化合物201之間注入電子的速度(v)小。
因此,藉由使用具有電子傳輸性的第一有機化合物201和具有電洞傳輸性的第二化合物202形成第七層117,與只使用第一有機化合物201形成的情況相比,可以降低第七層117的電子傳輸速度。就是說,藉由使用第一有機化合物201和第二有機化合物202形成第七層117,可以降低第七層117的載流子(電子)的傳輸速度。
注意,在使用第一有機化合物201和第二有機化合物202形成第七層117的情況下,較佳將濃度控制為第二有機化合物202的含量低於整體的50%(質量比)。更佳將濃度控制為第二有機化合物202的含量為整體的大於或等於1重量%且小於或等於20重量%。
作為包含在第七層117中的第一有機化合物201,具體而言,可以使用金屬錯合物諸如Alq、Almq3、BeBq2、 BAlq、Znq、ZnPBO和ZnBTZ等;雜環化合物諸如PBD、OXD-7、TAZ、TPBI、BPhen和BCP等;或者縮合芳族化合物諸如CzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t-BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2和TPB3等。此外,還可以使用高分子化合物,諸如聚[(9,9-二己基茀-2,7-二基)-共聚-(吡啶-3,5-二基)](縮寫:PF-Py)、聚[(9,9-二辛基茀-2,7-二基)-共聚-(2,2’-聯吡啶-6,6'-二基)](縮寫:PF-BPy)等。
此外,作為包含在第七層117中的第二有機化合物202,具體而言,可以使用縮合芳烴諸如9,10-二苯基蒽(縮寫:DPAnth)和6,12-二甲氧基-5,11-二苯基;芳香胺化合物諸如N,N-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(縮寫:CzAlPA)、4-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(縮寫:DPhPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(縮寫:PCAPA)、N,9-二苯基-N-{4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯基}-9H-咔唑-3-胺(縮寫:PCAPBA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCAPA)、NPB(或α-NPD)、TPD、DFLDPBi和BSPB等。此外,也可以使用高分子化合物諸如PVK、PVTPA、PTPDMA和聚-TPD等。
藉由組合上述材料形成第七層117,抑制了從第一有機化合物201到第二有機化合物202的電子傳輸或者從第二有機化合物202到第一有機化合物201的電子傳輸,就可以抑制第七層117的電子傳輸速度。此外,由於第七層 117具有第二有機化合物202分散在第一有機化合物201中的結構,因此不容易隨時間引起結晶化或凝聚。因而,上述對電子傳輸的抑制效果也不容易隨時間發生變化。結果,載流子平衡就不容易隨時間變化。這就使發光元件的使用壽命得到了改善,換句話說,可靠性得到了改善。
注意,在上述組合中,較佳組合作為第一有機化合物201的金屬錯合物和作為第二有機化合物202的芳香胺化合物。金屬錯合物的電子傳輸性高且偶極矩大,而芳香胺化合物的電洞傳輸性高且偶極矩相對小。像這樣,藉由組合偶極矩彼此相差很大的物質,使得上述對電子傳輸的抑制效果更加顯著。具體地說,當第一有機化合物201的偶極矩為P1而第二有機化合物202的偶極矩為P2時,滿足P1/P2≧3的組合是較佳的。
例如金屬錯合物的Alq的偶極矩為9.40德拜(debye),而芳香胺化合物的2PCAPA的偶極矩為1.15德拜。因而,較佳的是,當一種具有電子傳輸性的有機化合物如金屬錯合物被用作第一有機化合物201,而具有電洞傳輸性的有機化合物如芳香胺化合物被用作第二有機化合物202時,滿足P1/P2≧3。
此外,包含在第七層117中的第二有機化合物202的發光顏色與包含在第四層(發光層)114中的具有高發光性的物質的發光顏色較佳為相似顏色。具體地說,第二有機化合物202的發射光譜峰值與具有高發光性的物質的發射光譜峰值之間的差異較佳在30nm以內。藉由將差異設定 在30nm以內,第二有機化合物202的發光顏色與具有高發光性的物質的發光顏色為相似顏色。因而,即使因電壓等的變化而第二有機化合物202發光,也可以抑制發光顏色的改變。
作為第二方法,說明利用第七層(載流子控制層)117熱力地降低載流子(電子)的傳輸速度的情況。圖7示出其示意圖(帶隙圖)。
在第一電極102和第二電極104之間具有EL層103,構成EL層103的多個層從第一電極102一側按順序形成第一層(電洞注入層)111、第二層(電洞傳輸層)112、第三層(電洞傳輸層)113、第四層(發光層)114、第七層(載流子控制層)117、第五層(電子傳輸層)115、第六層(電子注入層)116。
第七層(載流子控制層)117由兩種以上有機化合物構成。在此,說明第七層(載流子控制層)117由第一有機化合物和第二有機化合物構成的情況。注意,將具有高電子傳輸性的有機化合物(具有電子傳輸性的有機化合物)用作第一有機化合物,而將具有高電子陷阱功能的有機化合物(具有電洞傳輸性的有機化合物)用作第二有機化合物。
此外,用於第二有機化合物和第一有機化合物具有LUMO能級。具體而言,第二有機化合物的最低空軌域能級(LUMO能級)的絕對值較佳比第一有機化合物的LUMO能級的絕對值大0.3eV或以上。
如圖7所示,從第一電極102注入的電洞經過第一層 111、第二層112、第三層113,然後注入到第四層(發光層)114中。另一方面,從第二電極104注入的電子經過第六層116、第五層115,然後注入到第七層(載流子控制層)117中。由於第七層117由具有電子傳輸性的第一有機化合物201和具有電子陷阱性的第二有機化合物202構成,因此注入到第七層117中的電子進入第二有機化合物202的LUMO能級,而不進入第一有機化合物201的LUMO能級。從而可以降低電子的傳輸速度。
因此,藉由使用具有電子傳輸性的第一有機化合物和具有電子陷阱性的第二化合物形成第七層117,與只使用第一有機化合物201形成的情況相比,可以降低第七層117的電子傳輸速度。就是說,藉由使用第一有機化合物201和第二有機化合物202形成第七層117,可以降低第七層117的載流子(電子)的傳輸速度。
注意,在使用第一有機化合物和第二有機化合物形成第七層117的情況下,控制濃度使第二有機化合物202的含量較佳低於整體的50%(質量比)。更佳將濃度控制為第二有機化合物的含量為整體的大於或等於0.1重量%且小於或等於5重量%。
作為包含在第七層117中的第一有機化合物,具體而言,可以使用金屬錯合物諸如Alq、Almq3、BeBq2、BAlq、Znq、ZnPBO和ZnBTZ等;雜環化合物諸如PBD、OXD-7、TAZ、TPBI、BPhen和BCP等;或者縮合芳族化合物諸如CzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t- BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2和TPB3等。
此外,還可以使用高分子化合物,諸如聚[(9,9-二己基茀-2,7-二基)-共聚-(吡啶-3,5-二基)](縮寫:PF-Py)、聚[(9,9-二辛基茀-2,7-二基)-共聚-(2,2'-聯吡啶-6,6'-二基)](縮寫:PF-BPy)等。尤其是,較佳採用對於電子穩定的金屬錯合物。
另外,作為包含在第七層117中的第二有機化合物,可以使用如下所示的物質。注意,第二有機化合物本身可以發光,但是此時較佳第四層(發光層)114和第二有機化合物的發光顏色是相似的顏色,以保持發光元件的顏色純度。
例如,當包含在第四層114中的有機化合物是發射藍光的有機化合物如YGA2S或YGAPA時,第二有機化合物較佳是發射藍至藍綠光的物質如吖啶酮、香豆素102、香豆素6H、香豆素480D或香豆素30等。
此外,當包含在第四層(發光層)114中的有機化合物是發射綠光的有機化合物如2PCAPA、2PCABPhA、2DPAPA、2DPABPhA、2YGABPhA或DPhAPhA時,第二有機化合物202較佳是發射藍綠至黃綠光的物質如N,N'-二甲基喹吖啶酮(縮寫:DMQd)、N,N'-二苯基喹吖啶酮(縮寫:DPQd)、9,18-二氫苯并[h]苯并[7,8]喹啉并[2,3-b]吖啶-7,16-二酮(縮寫:DMNQd-1)、9,18-二甲基-9,18-二氫苯并[h]苯并[7,8]喹啉并[2,3-b]吖啶-7,16-二酮(縮寫:DMNQd-2)、香豆素30、香豆素6、香豆素545T或香豆素 153等。
此外,當包含在第四層(發光層)114中的有機化合物是發射黃光的有機化合物如紅熒烯、BPT時,第二有機化合物較佳是發射黃綠至橙黃光的物質如DMQd、(2-{2-[4-(9H-咔喹-9-基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-哌喃-4-亞基)丙二腈(縮寫:DCMCz)等
此外,當包含在第四層(發光層)114中的有機化合物是發射紅光的有機化合物如p-mPhTD或p-mPhAFD時,第二有機化合物202較佳是發射橙至紅光的物質如(2-{2-[4-(二甲基胺基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-哌喃-4-亞基)丙二腈(縮寫:DCM1)、{2-甲基-6-[2-(2,3,6,7-四氫-1H,5H-苯并[ij]喹-9-基)乙烯基]-4H-哌喃-4-亞基}丙二腈(縮寫:DCM2)、{2-(1,1-二甲基乙基)-6-[2-(2,3,6,7-四氫-1,1,7,7-四甲基-1H,5H-苯并[ij]喹-9-基)乙烯基]-4H-哌喃-4-亞基}丙二腈(縮寫:DCJTB)、尼祿紅(Nile red)等。
此外,較佳地,當第四層(發光層)114的發光材料是磷光材料時,第二有機化合物也是磷光材料。例如,當發光材料是上述發射紅光的Ir(btp)2(acac)時,可以使用發射紅光的磷光材料如(乙醯丙酮)雙[2,3-雙(4-氟苯基)喹啉]銥(III)(縮寫:Ir(Fdpq)2(acac))等作為第二有機化合物。注意,這種化合物是在用於發光元件的化合物中的具有低LUMO能級的化合物。因此,藉由將這種化合物添加到第一有機化合物201中,可以獲得優質的電子陷阱性。
作為第二有機化合物,在如上例示的化合物之中尤其 較佳使用喹吖啶酮衍生物如DMQd、DPQd、DMNQd-1和DMNQd-2,因為它們是化學穩定的。即,當應用喹吖啶酮衍生物時,可以尤其延長發光元件的使用壽命。此外,因為喹吖啶酮衍生物發射綠光,所以本發明的發光元件的元件結構對發射綠光的發光元件尤其有效。在製造全彩色顯示器中,綠光要求最高的亮度水準,因此發生其退化速度比其他發光顏色更快的情形。然而,這種問題可以藉由應用本發明而改善。
注意,如上所述,第二有機化合物的LUMO能級的絕對值較佳比第一有機化合物的LUMO能級的絕對值大0.3eV或以上。從而,根據使用的第二有機化合物的種類,以滿足上述條件的方式適當地選擇第一有機化合物即可。
再者,較佳包含在第四層114中的具有高發光性的化合物和包含在第七層117中的第二有機化合物的發光顏色是相似的顏色。因此,較佳具有高發光性的物質的發射光譜和第二有機化合物的發射光譜之間的峰值差異在30nm以內。藉由將峰值差異設定在30nm以內時,具有高發光性的物質和第二有機化合物的發光顏色成為相似的顏色。因此,即使當第二有機化合物因電壓等變化而發光時,也可以抑制發光顏色的變化。
但是,第二有機化合物不一定必須發光。例如,當具有高發光性的物質的發光效率較高時,較佳控制在第七層117中的第二有機化合物的濃度以致僅可以獲得具有高發 光性的物質的發光(將第二有機化合物的濃度設定得稍微低,以可以抑制第二有機化合物的發光)。在此情況下,具有高發光性的物質和第二有機化合物的發光顏色是相似的顏色(即,它們具有幾乎相同水準的能隙)。因此,不容易發生從具有高發光性的物質到第二有機化合物的能量傳輸,可以獲得高發光效率。
注意,在此情況下,第二有機化合物較佳是香豆素衍生物如香豆素102、香豆素6H、香豆素480D、香豆素30、香豆素6、香豆素545T和香豆素153等。香豆素衍生物的電子陷阱性較低,因此被添加到第一有機化合物中的香豆素衍生物的濃度可以較高。即,可以獲得容易調節濃度並控制具有所希望的性質的載流子傳輸的層。此外,因為香豆素衍生物具有高發光效率,所以即使第二有機化合物發光,也可以抑制發光元件整體的發光效率的降低。
注意,藉由採用上述兩種方法(動力地控制載流子的傳輸的方法、熱力地控制載流子的傳輸的方法)形成本發明的第七層117,但是較佳在採用任何結構的情況下都將第七層117的厚度設定為大於或等於5nm且小於或等於20nm。當厚度變厚時,因為載流子的傳輸速度過降低而驅動電壓提高,當厚度變薄時,可能會損害控制載流子的傳輸的功能。
此外,本發明中的第七層117用來控制電子的傳輸速度,所以第七層117可形成在第二電極104和第四層(發光層)114之間。更佳與第四層(發光層)114接觸地形成。 藉由與第四層(發光層)114接觸地提供來可以直接控制第四層(發光層)114的電子注入,從而進一步抑制第四層(發光層)114中的載流子平衡隨時間變化,以可以對於元件的使用壽命獲得更大效果。
注意,在以與第四層(發光層)114接觸的方式形成第七層117的情況下,包含在第七層117中的第一有機化合物和包含在第四層(發光層)114中的大部分的有機化合物較佳互不相同。特別是,在第四層(發光層)114的結構包含其中分散有具有高發光性的物質(第三有機化合物)的物質和具有高發光性的物質(第四有機化合物)的情況下,第三有機化合物和第一有機化合物較佳互不相同。藉由採用這種結構,從第七層117到第四層(發光層)114的載流子(電子)的傳輸也在第一有機化合物和第三有機化合物之間被抑制,進一步提高提供第七層117而發揮的效果。
此外,第七層117包含兩種以上物質,因此藉由控制物質組合、混合比、及厚度等,可以精密地控制載流子平衡。從而,比現有技術容易地控制載流子平衡。再者,使用第七層117中的混合比低的有機化合物控制載流子傳輸,所以與使用單一物質進行控制的情況相比,不容易發生載流子平衡的變化。由此,載流子平衡不容易隨時間發生變化,可以實現發光元件的使用壽命的延長。
在EL層103中的第七層(載流子控制層)117上,按順序層疊第五層(電子傳輸層)115、第六層(電子注入層)116。這些層的結構、製造方法以及能夠用於各種層的 材料與實施方式1同樣,所以在實施方式2中省略其說明。
接著,在第六層(電子注入層)116上形成第二電極104。注意,第二電極104的製造方法、以及能夠使用的材料也與實施方式1同樣,所以在實施方式2中省略其說明。
在實施方式2中,當只有第一電極102具有透光性時,如圖3A所示,EL層103中產生的光經過第一電極102從基板101一側被提取。此外,當只有第二電極104具有透光性時,如圖3B所示,在EL層103中產生的光經過第二電極104從與基板101相反一側被提取。再者,當第一電極102及第二電極104都具有透光性時,如圖3C中所示,在EL層103中產生的光經過第一電極102和第二電極104從基板101一側和與基板101相反一側被提取。
注意,提供在第一電極102和第二電極104之間的層的結構不局限於上述結構。但是,可以採用上述以外的結構,只要其結構中至少包括電洞注入層的第一層111、第一電洞傳輸層的第二層112以及第二電洞傳輸層的第三層113、發光層的第四層114、以及載流子控制層的第七層117,並且選擇用於第二層112的物質的最高佔據軌域能級(HOMO能級)比用於第一層111及第三層113的物質的HOMO能級深(絕對值較大)或淺(絕對值較小)的物質。
此外,如圖5B所示,也可以採用在基板101上按順 序層疊用作陰極的第二電極104、EL層103、用作陽極的第一電極102的結構。注意,此時的EL層103採用如下結構,即在第二電極104上按順序層疊第六層116、第五層115、第七層117、第四層114、第三層113、第二層112、以及第一層111。
注意,藉由使用本發明的發光元件,可以製造被動矩陣型發光裝置及由薄膜電晶體(TFT)控制發光元件的驅動的主動矩陣型發光裝置。
注意,當製造主動矩陣型發光裝置時的TFT的結構並沒有特別限制。例如,可以適當地採用交錯型和反交錯型TFT。另外,形成在TFT基板上的驅動電路既可以由N型和P型TFT構成,又可以由其中任何一種構成。再者,用於TFT的半導體膜的結晶性也並沒有特別限制,而可以使用非晶半導體膜或結晶半導體膜。
實施方式2所示的發光元件藉由使用提供在第一電極102和發光層的第四層114之間的第一層111、第二層112、以及第三層113形成帶隙,來可以抑制從第一電極102注入的電洞的傳輸速度。因此,可以抑制在第四層(發光層)114周邊的陽離子的生成來提高發光元件整體的載流子平衡。由此可以形成高效率的元件。
另一方面,藉由第二電極104和第四層(發光層)114之間提供第七層117來降低載流子(電子)的傳輸速度,可以將以往因傳輸速度高而形成在第四層(發光層)114和第三層(電洞傳輸層)113的介面附近的發光區域形成在與以 前相比第四層(發光層)114中的更中間。
此外,藉由提供第七層117來降低載流子(電子)的傳輸速度,可以防止無助於發光地從第四層(發光層)114到達第三層(電洞傳輸層)113的載流子(電子)所引起的第三層(電洞傳輸層)113的退化。再者,藉由降低載流子(電子)的傳輸速度,不但控制對於第四層(發光層)114的載流子注入量,而且可以抑制該被控制的載流子(電子)注入量隨時間發生變化,因此可以防止因隨時間引起的平衡退化而降低重新結合的機率。從而,還可以實現提高元件的使用壽命(抑制亮度的隨時間發生的退化)。
在採用本實施方式所示的結構的情況下,因為控制注入到第四層114中的電洞及電子的傳輸速度以降低其速度,所以在第四層114中的載流子平衡提高的同時重新結合的機率也提高,以可以提高發光效率。
注意,在本實施方式2中,可以適當地組合實施方式1所示的結構而使用。
[實施方式3]
在本實施方式3中,參照圖8來說明一種發光元件,其中包括多個實施方式1及實施方式2所示的發光元件的EL層(下面,稱為疊層型元件)。該發光元件是在第一電極801和第二電極802之間具有多個EL層(第一EL層803、第二EL層804)的疊層型發光元件。注意,本實施方式3示出具有兩個EL層的情況,也可以具有三層或以 上。
在實施方式3中,第一電極801用作陽極,而第二電極802用作陰極。第一電極801及第二電極802可以採用與實施方式1同樣的結構。此外,作為多個EL層(第一EL層803、第二EL層804),可以採用與實施方式1及實施方式2所示的EL層同樣的結構。第一EL層803和第二EL層804可以具有相同的結構或不同的結構,且可類似於實施方式1或實施方式2的結構。
另外,多個EL層(第一EL層803與第二EL層804)之間提供有電荷產生層805。電荷產生層805具有當對第一電極801和第二電極802施加電壓時將電子注入到一方EL層,而將電洞注入到另一方EL層的功能。在本實施方式3中,當對第一電極801施加電壓以使得其電位比第二電極802的電位高時,從電荷產生層805到第一EL層803被注入電子,而到第二EL層804被注入電洞。
注意,考慮到光的提取效率,電荷產生層805較佳具有透光性。此外,即使其導電率比第一電極801和第二電極802低,電荷發光層805也起作用。
電荷產生層805可以採用具有高電洞傳輸性的物質添加有受體物質的結構或具有高電子傳輸性的物質添加有供體(donor)物質的結構。此外,還可以採用這兩種結構的疊層。
在採用具有高電洞傳輸性的物質添加有受體物質的結構的情況下,作為具有高電洞傳輸性的物質,例如可以使 用芳族胺化合物如4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB或α-NPD)、N,N'-雙(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基-[1,1'-聯苯]-4,4'-二胺(縮寫:TPD)、4,4',4"-三(N,N-二苯基胺基)三苯基胺(縮寫:TDATA)、4,4',4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基胺基]三苯基胺(縮寫:MTDATA)、或4,4'-雙[N-(螺-9,9'-聯茀-2-基)-N-苯基胺基]-1,1'-聯苯(縮寫:BSPB)等。上述材料分別為主要具有10-6cm2/(V.s)或以上的電洞遷移率的物質。但也可以使用除此之外的其他材料,而只要其電洞傳輸性高於電子傳輸性。
作為受體物質,可舉出7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟醌二甲烷(縮寫;F4-TCNQ)、氯醌等。另外,可舉出過渡金屬氧化物。另外,可舉出屬於週期表中的第4族至第8族的金屬的氧化物。具體地,氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化錳、和氧化錸是較佳的,因為它們具有高電子接受性。其中,氧化鉬是尤其較佳的,因為它在大氣中穩定並且其吸濕性低,就容易處理。
另一方面,在採用具有高電子傳輸性的物質添加有供體物質的情況下,作為具有高電子傳輸性的物質,例如可以使用具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金屬錯合物等,例如三(8-羥基喹啉)鋁(縮寫:Alq)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(縮寫:Almq3)、雙(10-羥基苯并[h]喹啉)鈹(縮寫:BeBq2)、雙(2-甲基-8-羥基唑啉)(4-苯基苯酚)鋁(縮寫:BAlq)等。另外,也可以使用具有噁唑基配體或噻唑基配體的金屬錯合物等,如雙[2-(2-苯并唑基)苯酚]鋅(II)(縮 寫:Zn(BOX)2)、雙[2-(2-苯并噻唑基)苯酚]鋅(II)(縮寫:Zn(BTZ)2)等。除了金屬錯合物以外,也可使用2-(4-聯苯基)-5-(4-第三丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(縮寫:PBD)、1,3-雙[5-(對第三丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(縮寫:OXD-7)、3-(4-聯苯基)-4-苯基-5-(4-第三丁基苯基)-1,2,4-三唑(縮寫:TAZ)、紅啡啉(縮寫:BPhen)、浴銅靈(縮寫:BCP)等。這裏所述的物質分別為主要具有10-6cm2/(V.s)或以上的電子遷移率的物質。然而可以使用除上述之外的其他物質,只要其為電子的傳輸性比電洞傳輸性高的物質就可以。
此外,作為供體物質,可以使用鹼金屬、鹼土金屬、稀土金屬、屬於元素週期表中的第13族的金屬及其氧化物、或碳酸鹽。具體而言,較佳使用鋰(Li)、銫(Cs)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鐿(Yb)、銦(In)、氧化鋰、碳酸銫等。另外,也可以將有機化合物如四硫雜稠四苯(tetrathianaphthacene)用作供體物質。
注意,藉由使用上述材料形成電荷產生層805,可以抑制當層疊EL層時的驅動電壓的上升。
在本實施方式3中,雖然說明了具有兩個EL層的發光元件,然而,也可以採用層疊有三個或以上的EL層的發光元件。如根據實施方式3的發光元件,可以藉由由電荷產生層使多個EL層間隔並將它們配置在一對電極之間,在保持低電流密度的同時,可以在高亮度區域中發光,從而可以實現使用壽命長的元件。此外,在採用照明 作為應用例子時,因為可以減少因電極材料的電阻導致的電壓下降,所以可以實現大面積的均勻發光。此外,可以實現能夠進行低電壓驅動的低耗電量的發光裝置。
另外,藉由使各個EL層的發光顏色不相同,可以在發光元件的整體上獲得所希望顏色的發光。例如,在具有兩個EL層的發光元件中,藉由使第一EL層的發光顏色和第二EL層的發光顏色為補色,也可以獲得在發光元件的整體上進行白色發光的發光元件。注意,補色是指當顏色混合時呈現無彩色者。也就是說,若將發光顏色為補色的物質所發出的光混合,可以獲得白色發光。
而且,具有三個EL層的發光元件也與上述情況類似,例如,在第一EL層的發光顏色為紅色、第二EL層的發光顏色為綠色、第三EL層的發光顏色為藍色的情況下,在發光元件的整體上可以獲得白色發光。
注意,在本實施方式3中,可以適當地組合實施方式1及實施方式2所示的結構而使用。
[實施方式4]
在本實施方式4中,參照圖9A和9B說明其像素部具有本發明的發光元件的發光裝置。圖9A是示出發光裝置的俯視圖,而圖9B是沿著線A-A'以及B-B'截斷圖9A而獲得的截面圖。
在圖9A中,由虛線表示的元件符號901是驅動電路部(源極側驅動電路)、由虛線表示的元件符號902是像素 部、由虛線表示的元件符號903是驅動電路部(閘極側驅動電路)。此外,元件符號904表示密封基板,元件符號905表示密封劑,由密封劑905圍繞的內側成為空間907。
另外,引導佈線908是用來傳送被輸入到源極側驅動電路901及閘極側驅動電路903的信號的佈線,從作為外部輸入端子的FPC(撓性印刷電路)909接收視頻信號、時鐘信號、起始信號、重定信號等。另外,雖然這裏僅圖示了FPC,但該FPC也可以安裝有印刷線路板(PWB)。本發明說明中的發光裝置除了發光裝置主體以外,還包括安裝有FPC或PWB的狀態。
接下來,參照圖9B說明截面結構。在元件基板910上形成有驅動電路部及像素部,這裏示出了作為驅動電路部的源極側驅動電路901和像素部902中的一個像素。另外,在源極側驅動電路901中,形成組合了N通道型TFT 923和P通道型TFT 924的CMOS電路。此外,驅動電路也可以使用各種CMOS電路、PMOS電路或者NMOS電路來形成。此外,雖然在本實施方式中示出了在基板上形成驅動電路的驅動器一體型,但是這並不是必須的,也可以將驅動電路形成在外部而不是形成在基板上。
此外,像素部902由多個包括開關TFT 911、電流控制TFT 912、電連接到其汲極的第一電極913的像素形成。另外,以覆蓋第一電極913的端部的方式形成絕緣物914。
此外,較佳地是,為獲得良好的被覆性而在絕緣物914的上端部或下端部形成具有曲率的曲面。例如,藉由使用正型感光性丙烯酸系物作為絕緣物914的材料的情況下,可以只使絕緣物914的上端部成為具有曲率半徑(大於或等於0.2μm且小於或等於3μm)的曲面。此外,作為絕緣物914,可以使用藉由照射光而對蝕刻劑呈不溶解性的負型感光材料及藉由照射光而對蝕刻劑呈溶解性的正型感光材料。
在第一電極913上分別形成有EL層916以及第二電極917。在此裏,作為用於第一電極913的材料,可以使用各種金屬、合金、導電化合物、以及這些的混合物。在將第一電極913用作陽極的情況下,較佳使用功函數大的(功函數為4.0eV或以上)的金屬、合金、導電化合物、以及這些的混合物等。例如,除了含矽的氧化銦錫膜、氧化銦鋅膜、氮化鈦膜、鉻膜、鎢膜、Zn膜、Pt膜等的單層膜之外,還可以使用疊層膜,如氮化鈦膜和以鋁為主要成分的膜的疊層;以及氮化鈦膜、以鋁為主要成分的膜和氮化鈦膜的三層結構等。另外,當採用疊層結構時,作為佈線的電阻也低,可以實現良好的歐姆接觸,並且可以使第一電極913發揮作為陽極的功能。
此外,EL層916藉由使用蒸鍍掩模的蒸鍍法、噴墨法、旋塗法等各種方法來形成。EL層916可以具有實施方式1或實施方式2中所示的結構。此外,作為構成EL層916的其他材料,也可以使用低分子化合物或高分子化 合物(包括低聚物、樹枝狀聚合物)。另外,作為用於EL層的材料,不僅可以使用有機化合物,還可以使用無機化合物。
另外,作為用於第二電極917的材料,可以使用各種金屬、合金、導電化合物、以及這些的混合物。在將第二電極917用作陰極的情況下,較佳使用功函數小的(功函數為3.8eV或以下)的金屬、合金、導電化合物、以及這些的混合物等。例如,可以舉出屬於元素週期表中的第1族或第2族的元素,即鋰(Li)或銫(Cs)等的鹼金屬;鎂(Mg)、鈣(Ca)或鍶(Sr)等的鹼土金屬;以及包含這些的合金(MgAg、AlLi)等。
注意,當採用在EL層916產生的光透過第二電極917的結構時,作為第二電極917,還可以使用低厚度的金屬薄膜和透明導電膜(氧化銦錫(ITO)、含矽或氧化矽的氧化銦錫、氧化銦鋅(IZO)、含氧化鎢及氧化鋅的氧化銦(IWZO)等)的疊層。
另外,藉由使用密封劑905將密封基板904和元件基板910貼合在一起,形成在由元件基板910、密封基板904以及密封劑905圍繞而成的空間907中具有發光元件918的結構。另外,在空間907中填充有填充劑,除了填充惰性氣體(氮或氬等)的情況以外,還有填充密封劑905的情況。
另外,密封劑905較佳使用環氧類樹脂。此外,這些材料較佳為盡可能地不透過水分、氧的材料。此外,作為 用於密封基板904的材料,除了玻璃基板、石英基板以外,還可以使用由FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics:玻璃纖維強化塑膠)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯或丙烯酸系物等構成的塑膠基板。
以上述方式,可以獲得具有本發明的發光元件的主動矩陣型發光裝置。
此外,本發明的發光元件不僅用於上述主動矩陣型發光裝置,而且還可以用於被動矩陣型發光裝置。圖10A和10B示出使用本發明的發光元件的被動矩陣型發光裝置的透視圖及截面圖。注意,圖10A是示出發光裝置的透視圖,而圖10B是沿著線X-Y截斷圖10A而獲得的截面圖。
在圖10A和10B中,在基板1001上,在第一電極1002和第二電極1003之間提供有EL層1004。第一電極1002的端部被絕緣層1005覆蓋。並且,在絕緣層1005上提供有隔斷層(partition layer)1006。隔斷層1006的側壁傾斜,其隨著接近於基板表面,一方側壁和另一方側壁之間的間隔變窄。換言之,隔斷層1006的短邊方向的截面為梯形,梯形底邊(與絕緣層1005的表面平行且與絕緣層1005接觸的邊)比梯形上邊(與絕緣層1005的表面平行且不與絕緣層1005接觸的邊)短。像這樣,藉由提供隔斷層1006,可以防止起因於靜電等的發光元件的缺陷。
以上述方式,可以獲得具有本發明的發光元件的被動矩陣型發光裝置。
注意,本實施方式所示的發光裝置(主動矩陣型發光裝置、被動矩陣型發光裝置)都使用本發明的具有高發光效率的發光元件形成,所以可以獲得減少了耗電量的發光裝置。
注意,在實施方式4中,可以適當地組合實施方式1至3所示的結構而使用。
[實施方式5]
在本實施方式5中,對於在其一部分包括實施方式4中所示的本發明的發光裝置的本發明的電子設備進行說明。作為這種電子設備,可以舉出攝影機如視訊攝影機或數位攝影機等、護目鏡型顯示器、導航系統、聲音再現裝置(汽車音響、組合音響等)、電腦、遊戲機、可攜式資訊終端(移動式電腦、行動電話、可攜式遊戲機或電子圖書等)、具有記錄介質的圖像再現裝置(具體為再現數位通用光碟(DVD)等記錄介質且具有可以顯示其圖像的顯示裝置的裝置)等。圖11A至11D示出這些電子設備的具體例子。
圖11A是根據本發明的電視裝置,包括框體9101、支撐台9102、顯示部9103、揚聲器部9104、視頻輸入端子9105等。在該電視裝置中,顯示部9103可以應用本發明的發光裝置。本發明的發光裝置具有可以獲得高發光效率的特徵,因此藉由應用本發明的發光裝置,可以獲得減少了耗電量的電視裝置。
圖11B是根據本發明的電腦,包括主體9201、框體9202、顯示部9203、鍵盤9204、外部連接埠9205、定位裝置9206等。在該電腦中,顯示部9203可以應用本發明的發光裝置。本發明的發光裝置具有可以獲得高發光效率的特徵,因此藉由應用本發明的發光裝置,可以獲得減少了耗電量的電腦。
圖11C是根據本發明的行動電話,包括主體9401、框體9402、顯示部9403、聲音輸入部9404、聲音輸出部9405、操作鍵9406、外部連接埠9407、天線9408等。在該行動電話中,顯示部9403可以應用本發明的發光裝置。本發明的發光裝置具有可以獲得高發光效率的特徵,因此藉由應用本發明的發光裝置,可以獲得減少了耗電量的行動電話。
圖11D是根據本發明的攝影機,包括主體9501、顯示部9502、框體9503、外部連接埠9504、遙控接收部9505、影像接收部9506、電池9507、聲音輸入部9508、操作鍵9509、目鏡部9510等。在該攝影機中,顯示部9502可以應用本發明的發光裝置。本發明的發光裝置具有可以獲得高發光效率的特徵,因此藉由應用本發明的發光裝置,可以獲得減少了耗電量的攝影機。
如上所述,本發明的發光裝置的應用範圍很廣泛,將該發光裝置可以應用於各種領域的電子設備。藉由使用本發明的發光裝置,可以獲得減少了耗電量的電子設備。
此外,本發明的發光裝置也可以用作照明裝置。圖 12是將本發明的發光裝置用作背光的液晶顯示裝置的一個例子。圖12所示的液晶顯示裝置包括框體1201、液晶層1202、背光1203以及框體1204,液晶層1202與驅動器IC 1205連接。此外,作為背光1203使用本發明的發光裝置,藉由端子1206供應電流。
藉由將本發明的發光裝置用作液晶顯示裝置的背光,可以獲得耗電量低的背光。此外,本發明的發光裝置是面發光的照明裝置,也可以實現大面積化,因此可以獲得實現低耗電量和大面積的液晶顯示裝置。
圖13是將應用本發明的發光裝置用作作為照明裝置的檯燈的例子。圖13所示的檯燈包括框體1301和光源1302,將本發明的發光裝置用作光源1302。本發明的發光裝置具有高發光效率的發光元件,所以可以用作低耗電量的檯燈。
圖14為將應用本發明的發光裝置用作室內照明裝置1401的例子。由於本發明的發光裝置也可以實現大面積化,所以可以用作大面積的照明裝置。此外,本發明的發光裝置由於具有高發光效率的發光元件,因此可以用作低耗電量的照明裝置。像這樣,可以在將應用本發明的發光裝置用作室內照明裝置1401的房間內設置如圖11A所說明的本發明的電視裝置1402,來欣賞廣播或電影。
注意,在本實施方式5中,可以適當地組合實施方式1至5所示的結構而使用。
[實施例1]
在本實施例1中,作為本發明的發光元件,示出具有實施方式1所說明的結構的發光元件的製造方法及元件特性的測定結果。注意,圖15A示出本實施例所示的發光元件(發光元件1至發光元件3)的元件結構,而圖15B示出發光元件4的元件結構,以與上述發光元件比較。此外,下面示出本實施例1中使用的有機化合物的結構式。
(發光元件1的製造)
發光元件1是具有在實施方式1中參照圖1A進行說明的結構的發光元件。具體而言,它是當圖15A中的第二層1512的HOMO能級比第一層1511及第三層1513的HOMO能級深(絕對值較大)時的發光元件。
首先,在玻璃基板1501上藉由濺射法沉積包含氧化矽的氧化銦錫,來形成第一電極1502。注意,第一電極1502的厚度為110nm,而電極面積為2mm×2mm。
接著,在第一電極1502上形成層疊有多個層的EL層1503。在本實施例中,EL層1503具有按順序層疊電洞注入層的第一層1511、電洞傳輸層的第二層1512、電洞傳輸層的第三層1513、發光層的第四層1514、電子傳輸層 的第五層1515、電子注入層的第六層1516的結構。
在以將形成有第一電極1502的面成為下面的方式將形成有第一電極1502的基板固定在提供在真空蒸鍍裝置內的基板支架,並減壓到10-4Pa左右,然後在第一電極1502上進行4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB)和氧化鉬(VI)的共蒸鍍,從而形成電洞注入層的第一層1511。使其厚度為30nm,並且控制蒸鍍速率以使NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4:1(=NPB:氧化鉬)。注意,共蒸鍍法為一種蒸鍍法,其中藉由在一個處理室內同時使用多個蒸發源來執行蒸鍍。
接著,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,在第一層1511上沉積厚度為10nm的N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9,9'-聯茀-2-胺(縮寫:YGASF),從而形成電洞傳輸層的第二層1512。
接著,藉由使用電阻加熱的蒸鍍法,在第二層1512上沉積厚度為20nm的4,4'-雙N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB),從而形成電洞傳輸層的第三層1513。
接著,在第三層1513上形成發光層的第四層1514。藉由進行9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫:CzPA)和N,N'-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基二苯乙烯-4,4'-二胺(縮寫:YGA2S)的共蒸鍍,來形成厚度為30nm的第四層1514。在此,控制蒸鍍速率以使CzPA和YGA2S的重量比為1:0.04(=CzPA:YGA2S)。
再者,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,在第四層1514 上沉積厚度為20nm的三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Alq),並在其上沉積厚度為10nm的紅啡啉(縮寫:BPhen),從而形成電子傳輸層的第五層1515。
藉由在第五層1515上沉積厚度為1nm的氟化鋰(LiF),形成電子注入層的第六層1516。
最後,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法沉積厚度為200nm的鋁,來形成第二電極1504,從而形成發光元件1。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封藉由上述步驟獲得的本發明的發光元件1。然後,測定這種發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖17示出發光元件1的電流密度-亮度特性。圖18示出電壓-亮度特性。圖19示出亮度-電流效率特性。圖20示出當流過1mA的電流時的發射光譜。
當發光元件1的亮度為1000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.16,y=0.18),並呈現源自YGA2S的藍光。另外,當亮度為1000cd/m2時的電流效率為5.4cd/A,呈現高效率。當亮度為1000cd/m2時的驅動電壓為5.6V。
(發光元件2的製造)
發光元件2是與發光元件1同樣地具有在實施方式1中參照圖1A說明的結構的發光元件。具體而言,它是在圖15A和15B中的第二層1512的HOMO能級比第一層1511及第三層1513的HOMO能級深(絕對值較大)的情況 下的發光元件。
除了使用4,4',4"-三(N-咔唑基)三苯胺(縮寫:TCTA)代替用於發光元件1的第二層1512的YGASF的步驟之外,發光元件2的製造步驟與發光元件1的製造步驟同樣地進行。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封所獲得的本發明的發光元件2。然後,測定該發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖17示出發光元件2的電流密度-亮度特性。圖18示出電壓-亮度特性。圖19示出亮度-電流效率特性。圖20示出當流過1mA的電流時的發射光譜。
當發光元件2的亮度為1000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.16,y=0.18),並呈現源自YGA2S的藍光。另外,當亮度為1000cd/m2時的電流效率為7.7cd/A,呈現高效率。當亮度為1000cd/m2時的驅動電壓為6.4V。
(發光元件3的製造)
發光元件3與發光元件1及發光元件2不同,是具有在實施方式1中參照圖1B說明的結構的發光元件。具體而言,它是在圖15A中的第二層1512的HOMO能級比第一層1511及第三層1513的HOMO能級淺(絕對值較小)的情況下的發光元件。
發光元件3使用4,4'-雙(N-{4-[N'-(3-甲基苯基)-N'-苯 基胺基]苯基}-N-苯基胺基)聯苯(縮寫:DNTPD)代替用於發光元件1的第二層1512的YGASF與發光元件1同樣地製造。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封所獲得的本發明的發光元件3。然後,測定該發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖17示出發光元件3的電流密度-亮度特性。圖18示出電壓-亮度特性。圖19示出亮度-電流效率特性。圖20示出當流過1mA的電流時的發射光譜。
當發光元件3的亮度為1000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.16,y=0.17),並呈現源自YGA2S的藍光。另外,當亮度為1000cd/m2時的電流效率為5.1cd/A,呈現高效率。當亮度為1000cd/m2時的驅動電壓為5.2V。
(發光元件4的製造)
接著,製造具有圖15B所示的結構的發光元件4(不提供上述發光元件1至發光元件3中的第二層1512的結構)作為用來比較的發光元件。下面示出其製造方法。
首先,在玻璃基板1501上藉由濺射法沉積包含氧化矽的氧化銦錫,來形成第一電極1502。注意,第一電極1502的厚度為110nm,而電極面積為2mm×2mm。
在以將形成有第一電極1502的面成為下面的方式將形成有第一電極1502的基板固定在提供在真空蒸鍍裝置 內的基板支架,並減壓到10-4Pa左右,然後在第一電極1502上進行4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB)和氧化鉬(VI)的共蒸鍍,從而形成電洞注入層的第一層1511。其厚度為30nm,並且控制蒸鍍速率以使NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4:1(=NPB:氧化鉬)。注意,共蒸鍍法為一種蒸鍍法,其中藉由在一個處理室內同時使用多個蒸發源來執行蒸鍍。
接著,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法沉積厚度為30nm的4,4'-二[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB),從而形成電洞傳輸層的第三層1513。
然後,在第三層1513上形成發光層的第四層1514。藉由進行(縮寫:CzPA)和N,N'-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基二苯乙烯-4,4'-二胺(縮寫:YGA2S)的共蒸鍍,來形成厚度為30nm的第四層1514。在此,控制蒸鍍速率以使CzPA和YGA2S的重量比為1:0.04(=CzPA:YGA2S)。
再者,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,在第四層1514上沉積厚度為20nm的三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Alq),並在其上沉積10nm厚的紅啡啉(縮寫:BPhen),從而形成電子傳輸層的第五層1515。
接著,藉由在第五層1515上沉積1nm厚的氟化鋰(LiF),形成電子注入層的第六層1516。
最後,藉由使用電阻加熱的蒸鍍法沉積厚度為200nm的鋁,來形成第二電極1504,從而製造發光元件4。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封藉由上述步驟獲得的發光元件4。然後,測定這種發光元件4的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖17示出發光元件4的電流密度-亮度特性。圖18示出電壓-亮度特性。圖19示出亮度-電流效率特性。
當發光元件4的亮度為1000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.16,y=0.17),並與發光元件1至3同樣地呈現源自YGA2S的藍光。另外,發光元件4的電流效率為3.6cd/A,當與發光元件1至發光元件3的電流效率進行比較時,可得知其電流效率比發光元件1至發光元件3的電流效率低。
如上所述,可得知發光元件1至發光元件3是與發光元件4相比高效率的發光元件。因此,藉由應用本發明,可以獲得高效率的發光元件。
[實施例2]
在本實施例2中,作為本發明的發光元件,示出具有實施方式2所說明的結構的發光元件的製造方法及元件特性的測定結果。注意,圖16A示出本實施例所示的發光元件(發光元件5至發光元件7)的元件結構,而圖16B示出與該發光元件進行比較的發光元件8的元件結構。此外,下面示出用於實施例2的有機化合物的結構式。注意,對於實施例1所示的有機化合物可參照實施例1得知,而這 裏省略其說明。
(發光元件5的製造)
發光元件5是具有在實施方式2中參照圖4A進行說明的結構的發光元件。具體而言,它是當圖16A中的第二層1612的HOMO能級比第一層1611及第三層1613的HOMO能級深(絕對值較大)時的發光元件。再者,如圖6A和6B的示意圖所示,發光元件5是當第七層動力地控制載流子(電子)時的發光元件。
首先,在玻璃基板1601上藉由濺射法沉積包含氧化矽的氧化銦錫,來形成第一電極1602。注意,第一電極1602的厚度為110nm,而電極面積為2mm×2mm。
接著,在第一電極1602上形成層疊有多個層的EL層1603。在本實施例中,EL層1603具有按順序層疊電洞注 入層的第一層1611、電洞傳輸層的第二層1612、電洞傳輸層的第三層1613、發光層的第四層1614、用來控制電子載流子的傳輸的載流子控制層的第七層1617、電子傳輸層的第五層1615、電子注入層的第六層1616的結構。
在以將形成有第一電極1602的面成為下面的方式將形成有第一電極1602的基板固定在提供在真空蒸鍍裝置內的基板支架,並減壓到10-4Pa左右,然後在第一電極1602上進行4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB)和氧化鉬(VI)的共蒸鍍,從而形成電洞注入層的第一層1611。其厚度為30nm,並且控制蒸鍍速率以使NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4:1(=NPB:氧化鉬)。注意,共蒸鍍法為一種蒸鍍法,其中藉由在一個處理室內同時使用多個蒸發源來執行蒸鍍。
接著,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,在第一層1611上沉積厚度為10nm的N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9,9'-聯茀-2-胺(縮寫:YGASF),從而形成電洞傳輸層的第二層1612。
接著,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,在第二層1612上沉積厚度為20nm的4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB),從而形成電洞傳輸層的第三層1613。
接著,在第三層1613上形成發光層的第四層1614。藉由進行9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫:CzPA)和N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCAPA)的共蒸鍍,來形成厚度為30nm的第四層 1614。在此,控制蒸鍍速率以使CzPA和2PCAPA的重量比為1:0.05(=CzPA:2PCAPA)。
再者,在第四層1614上進行三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Alq)和N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCAPA)的共蒸鍍,來形成厚度為10nm的用來控制電子載流子的傳輸的載流子控制層的第七層1617。在此,控制蒸鍍速率以使Alq和2PCAPA的重量比為1:0.1(=Alq:2PCAPA)。
然後,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法在第七層1617上沉積厚度為30nm的三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Alq),從而形成電子傳輸層的第五層1615。
接著,藉由在第五層1615上沉積厚度為1nm的氟化鋰(LiF),形成電子注入層的第六層1616。
最後,藉由使用電阻加熱的蒸鍍法沉積厚度為200nm的鋁,來形成第二電極1604,從而製造發光元件5。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封藉由上述步驟獲得的本發明的發光元件5。然後,測定該發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖21示出發光元件5的電流密度-亮度特性。圖22示出電壓-亮度特性。圖23示出亮度-電流效率特性。圖24示出當流過1mA的電流時的發射光譜。此外,圖25示出,對於發光元件5以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以 5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件5的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.29,y=0.63),並呈現源自2PCAPA的綠光。另外,當亮度為5000cd/m2時的電流效率為19cd/A,呈現高效率。當亮度為5000cd/m2時的驅動電壓為8.4V。
再者,對於發光元件5以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試。結果,發光元件5在1000小時之後也保持起始亮度的81%,就可得知它具有高效率,而且具有長的使用壽命。
(發光元件6的製造)
發光元件6是具有在實施方式2中參照圖4A進行說明的結構的發光元件。具體而言,它是當圖16A中的第二層1612的HOMO能級比第一層1611及第三層1613的HOMO能級深(絕對值較大)時的發光元件。再者,如圖7的示意圖所示,發光元件6是當第七層熱力地控制載流子(電子)時的發光元件。
除了作為用於發光元件5的第七層1617的Alq和2PCAPA的共蒸鍍膜採用Alq和N,N'-二苯基喹吖啶酮(縮寫:DPQd)的共蒸鍍膜之外,與發光元件5同樣地製造發光元件6。在此,控制蒸鍍速率以使Alq和DPQd的重量比為1:0.005(=Alq:DPQd)。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封所獲得的本發明的發光元件6。然後,測定該發光 元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖21示出發光元件6的電流密度-亮度特性。圖22示出電壓-亮度特性。圖23示出亮度-電流效率特性。圖24示出當流過1mA的電流時的發射光譜。此外,圖25示出,對於發光元件6以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件6的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.29,y=0.62),並呈現源自2PCAPA的綠光。另外,當亮度為5000cd/m2時的電流效率為15cd/A,呈現高效率。當亮度為5000cd/m2時的驅動電壓為9V。
再者,對於發光元件6以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試。結果,發光元件6在1000小時之後也保持起始亮度的80%,就可得知具有高效率,而且具有長的使用壽命。
(發光元件7的製造)
發光元件7是具有在實施方式2中參照圖4A進行說明的結構的發光元件。具體而言,它是當圖16A中的第二層1612的HOMO能級比第一層1611及第三層1613的HOMO能級深(絕對值較大)時的發光元件。再者,如圖6A和6B的示意圖所示,發光元件7是當第七層動力地控制載流子(電子)時的發光元件。
發光元件7使用N,N'-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基聯苯-4,4'-二胺(縮寫:YGABP)代替用於發光元件5的第二層1612的YGASF與發光元件5同樣地製造。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封所獲得的本發明的發光元件7。然後,測定該發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖21示出發光元件7的電流密度-亮度特性。圖22示出電壓-亮度特性。圖23示出亮度-電流效率特性。圖24示出當流過1mA的電流時的發射光譜。此外,圖25示出,對於發光元件7以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件7的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.29,y=0.63),並呈現源自2PCAPA的綠光。另外,當亮度為5000cd/m2時的電流效率為17cd/A,呈現高效率。當亮度為5000cd/m2時的驅動電壓為8.1V。
再者,對於發光元件7以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試。結果,發光元件7在1000小時之後也保持起始亮度的85%,就可得知具有高效率,而且具有長的使用壽命。
(發光元件8的製造)
接著,製造具有圖16B所示的結構的發光元件8(不 提供上述發光元件5至發光元件7中的第二層1612及第七層1617的結構)作為用來比較的發光元件。下面示出其製造方法。
首先,在玻璃基板1601上藉由濺射法沉積包含氧化矽的氧化銦錫,來形成第一電極1602。注意,第一電極1602的厚度為110nm,而電極面積為2mm×2mm。
接著,在以將形成有第一電極1602的面成為下面的方式將形成有第一電極1602的基板固定在提供在真空蒸鍍裝置內的基板支架,並減壓到10-4Pa左右,然後在第一電極1602上進行4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB)和氧化鉬(VI)的共蒸鍍,從而形成電洞注入層的第一層1611。其厚度為50nm,並且控制蒸鍍速率以使NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4:1(=NPB:氧化鉬)。注意,共蒸鍍法為一種蒸鍍法,其中藉由在一個處理室內同時使用多個蒸發源來執行蒸鍍。
接著,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,沉積厚度為10nm的4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB),從而形成電洞傳輸層的第三層1613。
接著,在第三層1613上形成發光層的第四層1614。藉由進行9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫:CzPA)和N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCAPA)的共蒸鍍,來形成厚度為40nm的第四層1614。在此,控制蒸鍍速率以使CzPA和2PCAPA的重量比為1:0.05(=CzPA:2PCAPA)。
再者,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,在第四層1614上沉積厚度為30nm的三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Alq),從而形成電子傳輸層的第五層1615。
接著,藉由在第五層1615上沉積厚度為1nm的氟化鋰(LiF),形成電子注入層的第六層1616。
最後,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法沉積厚度為200nm的鋁,來形成第二電極1604,從而製造發光元件8。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封藉由上述步驟獲得的發光元件8。然後,測定這種發光元件8的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖21示出發光元件8的電流密度-亮度特性。圖22示出電壓-亮度特性。圖23示出亮度-電流效率特性。此外,圖25示出,對於發光元件8以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件8的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.30,y=0.62),而電流效率為13cd/A,並且它與發光元件5至發光元件7同樣地呈現源自2PCAPA的綠光。當將發光元件8的電流效率與發光元件5至發光元件7的電流效率進行比較時,可得知發光元件8的電流效率比發光元件5至發光元件7低。另外,當以5000cd/m2的起始亮度時的電流進行連續發光測試時,如圖25所示,其亮度在220小時之後降低至起始亮度的85%,並呈現比發光 元件5至發光元件7短的使用壽命。
根據上述可得知與發光元件8相比,發光元件5至發光元件7具有高效率,而且具有長的使用壽命。因此,藉由應用本發明,可以獲得具有高效率且其使用壽命長的發光元件。
[實施例3]
在本實施例3中,示出具有與在實施例2中圖16A所示的元件結構相同的結構的發光元件(發光元件9至發光元件11)的製造方法及元件特性的測定結果。注意,在本實施例中的說明中也參照圖16A和16B。此外,對於本實施例3中使用的有機化合物,參照實施例1或實施例2,而在此省略其說明。
(發光元件9的製造)
發光元件9是具有在實施方式2中參照圖4A進行說明的結構的發光元件。具體而言,它是當圖16A中的第二層1612的HOMO能級比第一層1611及第三層1613的HOMO能級深(絕對值較大)時的發光元件。再者,如圖6A和6B的示意圖所示,發光元件9是當第七層動力地控制載流子(電子)時的發光元件。
首先,在玻璃基板1601上藉由濺射法沉積包含氧化矽的氧化銦錫,來形成第一電極1602。注意,第一電極1602的厚度為110nm,而電極面積為2mm×2mm。
接著,在第一電極1602上形成層疊有多個層的EL層1603。在本實施例中,EL層1603具有按順序層疊電洞注入層的第一層1611、電洞傳輸層的第二層1612、電洞傳輸層的第三層1613、發光層的第四層1614、用來控制電子載流子的傳輸的載流子控制層的第七層1617、電子傳輸層的第五層1615、電子注入層的第六層1616的結構。
在以將形成有第一電極1602的面成為下面的方式將形成有第一電極1602的基板固定在提供在真空蒸鍍裝置內的基板支架,並減壓到10-4Pa左右,然後在第一電極1602上進行4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB)和氧化鉬(VI)的共蒸鍍,從而形成電洞注入層的第一層1611。其厚度為30nm,並且控制蒸鍍速率以使NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4:1(=NPB:氧化鉬)。注意,共蒸鍍法為一種蒸鍍法,其中藉由在一個處理室內同時使用多個蒸發源來執行蒸鍍。
接著,藉由使用電阻加熱的蒸鍍法,在第一層1611上沉積10nm厚的N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9,9'-聯茀-2-胺(縮寫:YGASF),從而形成電洞傳輸層的第二層1612。
接著,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法,在第二層1612上沉積厚度為20nm的4,4'-二[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB),從而形成電洞傳輸層的第三層1613。
接著,在第三層1613上形成發光層的第四層1614。藉由進行9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫:CzPA) 和N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCAPA)的共蒸鍍,來形成厚度為30nm的第四層1614。在此,控制蒸鍍速率以使CzPA和2PCAPA的重量比為1:0.05(=CzPA:2PCAPA)。
再者,在第四層1614上進行三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫:Alq)和N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫:2PCAPA)的共蒸鍍,來形成厚度為10nm的用來控制電子載流子的傳輸的載流子控制層的第七層1617。在此,控制蒸鍍速率以使Alq和2PCAPA的重量比為1:0.1(=Alq:2PCAPA)。
再者,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法在第七層1617上沉積厚度為30nm的紅啡啉(縮寫:BPhen),從而形成電子傳輸層的第五層1615。
接著,藉由在第五層1615上沉積厚度為1nm的氟化鋰(LiF),形成電子注入層的第六層1616。
最後,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法沉積厚度為200nm的鋁,來形成第二電極1604,從而製造發光元件9。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的藉由上述步驟獲得的本發明的發光元件9。然後,測定該發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖26示出發光元件9的電流密度-亮度特性。圖27示出電壓-亮度特性。圖28示出亮度-電流效率特性。圖29示出當流過1mA的電流時的發射光譜。此外,圖30示 出,對於發光元件9以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件9的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.29,y=0.63),並呈現源自2PCAPA的綠光。另外,當亮度為5000cd/m2時的電流效率為24cd/A,呈現非常高的效率。當亮度為5000cd/m2時的驅動電壓為5.4V。
再者,對於發光元件9以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試。結果,發光元件9在1000小時之後也保持起始亮度的71%,就可得知具有高效率,而且具有長的使用壽命。
(發光元件10的製造)
發光元件10是具有在實施方式2中參照圖4A進行說明的結構的發光元件。具體而言,它是當圖16A中的第二層1612的HOMO能級比第一層1611及第三層1613的HOMO能級深(絕對值較大)時的發光元件。再者,如圖7的示意圖所示,發光元件10是當第七層熱力地控制載流子(電子)時的發光元件。
除了作為用於發光元件9的第七層1617的Alq和2PCAPA的共蒸鍍膜採用Alq和N,N'-二苯基喹吖啶酮(縮寫:DPQd)的共蒸鍍膜之外,與發光元件9同樣地製造發光元件10。在此,控制蒸鍍速率以使Alq和DPQd的重量比為1:0.005(=Alq:DPQd)。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封所獲得的本發明的發光元件10。然後,測定該發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖26示出發光元件10的電流密度-亮度特性。圖27示出電壓-亮度特性。圖28示出亮度-電流效率特性。圖29示出當流過1mA的電流時的發射光譜。此外,圖30示出,對於發光元件10以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件10的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.28,y=0.62),並呈現源自2PCAPA的綠光。另外,當亮度為5000cd/m2時的電流效率為19cd/A,呈現非常高的效率c當亮度為5000cd/m2時的驅動電壓為6.4V。
再者,對於發光元件10以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試。結果,發光元件10在1000小時之後也保持起始亮度的80%,就可得知具有高效率,而且具有長的使用壽命。
(發光元件11的製造)
發光元件11是具有在實施方式2中參照圖4A進行說明的結構的發光元件。具體而言,它是當圖16A中的第二層1612的HOMO能級比第一層1611及第三層1613的HOMO能級深(絕對值較大)時的發光元件。再者,如圖 6A和6B的示意圖所示,發光元件11是當第七層動力地控制載流子(電子)時的發光元件。
除了將N,N'-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基聯苯-4,4'-二胺(縮寫:YGABP)作為用於發光元件9的第二層1612的YGASF之外,與發光元件9同樣地製造發光元件11。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封所獲得的本發明的發光元件11。然後,測定該發光元件的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖26示出發光元件11的電流密度-亮度特性。圖27示出電壓-亮度特性。圖28示出亮度-電流效率特性。圖29示出當流過1mA的電流時的發射光譜。此外,圖30示出,對於發光元件11以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件11的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.29,y=0.63),並呈現源自2PCAPA的綠光。另外,當亮度為5000cd/m2時的電流效率為22cd/A,呈現非常高的效率。當亮度為5000cd/m2時的驅動電壓為5.2V。
再者,對於發光元件11以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試。結果,發光元件11在1000小時之後也保持起始亮度的77%,就可得知具有高效率,而且具有長的使用壽命。
(發光元件12的製造)
接著,製造具有圖16B所示的結構的發光元件12(不提供上述發光元件9至發光元件11中的第二層1612及第七層1617的結構)作為用來比較的發光元件。下面示出其製造方法。
首先,在玻璃基板1601上藉由濺射法沉積包含氧化矽的氧化銦錫,來形成第一電極1602。注意,第一電極1602的厚度為110nm,而電極面積為2mm×2mm。
在以將形成有第一電極1602的面成為下面的方式將形成有第一電極1602的基板固定在提供在真空蒸鍍裝置內的基板支架,並減壓到10-4Pa左右,然後在第一電極1602上進行4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB)和氧化鉬(VI)的共蒸鍍,從而形成電洞注入層的第一層1611。其厚度為50nm,並且控制蒸鍍速率以使NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4:1(=NPB:氧化鉬)。注意,共蒸鍍法為一種蒸鍍法,其中藉由在一個處理室內同時使用多個蒸發源來執行蒸鍍。
接著,藉由使用電阻加熱的蒸鍍法,沉積厚度為10nm的4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫:NPB),從而形成電洞傳輸層的第三層1613。
接著,在第三層1613上形成發光層的第四層1614。藉由進行9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫:CzPA)和N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮 寫:2PCAPA)的共蒸鍍,來形成厚度為40nm的第四層1614。在此,控制蒸鍍速率以使CzPA和2PCAPA的重量比為1:0.05(=CzPA:2PCAPA)。
再者,藉由使用電阻加熱的蒸鍍法,在第四層1614上沉積厚度為30nm厚的紅啡啉(縮寫:BPhen),從而形成電子傳輸層的第五層1615。
接著,藉由在第五層1615上沉積厚度為1nm的氟化鋰(LiF),形成電子注入層的第六層1616。
最後,藉由利用電阻加熱的蒸鍍法沉積厚度為200nm的鋁,來形成第二電極1604,從而製造發光元件12。
在氮氣氛的手套式操作箱中,以不被暴露在大氣的方式密封藉由上述步驟獲得的發光元件12。然後,測定這種發光元件12的工作特性。注意,在室溫(保持為25℃的氣氛)下進行測定。
圖26示出發光元件12的電流密度-亮度特性。圖27示出電壓-亮度特性。圖28示出亮度-電流效率特性。此外,圖30示出,對於發光元件12以5000cd/m2的起始亮度進行利用恆電流驅動的連續發光測試而得到的結果(縱軸為當以5000cd/m2為100%時的相對亮度)。
當發光元件12的亮度為5000cd/m2時的CIE色度座標為(x=0.30,y=0.62),而電流效率為17cd/A,並且它與發光元件9至發光元件11同樣地呈現源自2PCAPA的綠光。當將發光元件12的電流效率與發光元件9至發光元件11的電流效率進行比較時,知道發光元件12的電流效 率比發光元件9至發光元件11低。另外,當以5000cd/m2的起始亮度時的電流進行連續發光測試時,如圖30所示,其亮度在180小時之後降低到起始亮度的70%,並呈現比發光元件9至發光元件11短的使用壽命。
根據上述就可得知與發光元件12相比,發光元件9至發光元件11具有高效率,而且具有長的使用壽命。因此,藉由應用本發明,可以獲得具有高效率且其使用壽命長的發光元件。
[實施例4]
在本實施例中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9,9'-二茀-2-胺(簡稱:YGASF)、N,N'-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基聯苯-4,4'-二胺(簡稱:YGABP)、4,4',4"-三(N-咔唑基)三苯胺(簡稱:TCTA)、以及4,4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(簡稱:NPB)的氧化特性,該YGASF、YGABP、TCTA、NPB用於實施例1、實施例2、及實施例3中所製造的發光元件(發光元件1至發光元件3、發光元件5至發光元件7、發光元件9至發光元件11)中用作電洞傳輸層的第二層(圖15A中的第二層1512,圖16A中的第二層1612)及第三層(圖15A和15B中的第三層1513,圖16A和16B中的第三層1613)。
此外,根據該測量結果,求得YGASF、YGABP、TCTA、NPB的LUMO能級。注意,使用電化學分析器(由 BAS Inc.生產,ALS 600A型或600C型)進行測量。
對於用於CV測量的溶液,使用脫水二甲基甲醯胺(DMF)(由Sigma-Aldrich Inc.生產,99.8%,目錄編號:22705-6)作為溶劑,將支持電解質過氯酸四正丁基銨(n-Bu4NClO4)(由Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.生產,目錄編號:T0836)溶解於溶劑中,並使其濃度為100mmol/L。再者,使測量的物件溶解,並使其濃度為10mmol/L。但是,不完全溶解時,其澄清液體使用於CV測量。另外,將鉑電極(PTE鉑電極,由BAS Inc.生產)用作工作電極,將鉑電極(VC-3 Pt相對電極(5cm),由BAS Inc.生產)用作輔助電極,將Ag/Ag+電極(RE5非水溶劑參考電極,由BAS Inc.生產)用作參考電極。注意,測量是在室溫(20℃至25℃)下進行的。
(參考電極相對於真空能級的位能的計算)
首先,算出在本實施例4中使用的參考電極(Ag/Ag+電極)的相對於真空能級的位能(eV)。也就是說,算出Ag/Ag+電極的費米能級。已知的是,在甲醇中的二茂鐵的氧化還原電位相對於標準氫電極為+0.610[V vs.SHE](參照文件:Christian R.Goldsmith et al.,J.Am.Chem.Soc.,Vol.124,No.1,p.83-96,2002)。另一方面,藉由利用在本實施例4中使用的參考電極來求得在甲醇中的二茂鐵的氧化還原電位,其結果是+0.20V[V vs.Ag/Ag+]。從而,可以得知在本實施例4中使用的參考電極的位能比標準氫電 極低0.41[eV]。
在此,已知的是,標準氫電極的相對於真空能級的位能差是-4.44eV(參照文獻:大西敏博、小山珠美,高分子EL材料(共立出版),p.64-67)。綜上所述,可以求得本實施例4所使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.44-0.41=-4.85[eV]。
(測量例1;YGASF)
在本測量例1中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量YGASF的氧化特性。其中的掃描速度為0.1V/sec。圖31示出其測量結果。注意,藉由將相對於參考電極的工作電極的電位從-0.18V掃描到+1.80V,然後從將它+1.80V掃描到-0.18V,來測量氧化特性。
從圖31可見,氧化峰值電位Epa為+0.63V,還原峰值電位Epc為+0.55V。從而,可算出+0.59V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示YGASF由+0.59[V vs.Ag/Ag+]的電能氧化,並且該電能相當於HOMO能級。在此,由於如上所述在本實施例4中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知YGASF的HOMO能級為-4.85-(+0.59)=-5.44[eV]。
(測量例2;YGABP)
在本測量例2中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量YGABP的氧化特性。其中的掃描速度為0.1V/sec。圖32 示出其測量結果。注意,藉由將相對於參考電極的工作電極的電位從-0.20V掃描到+1.00V,然後將它從+1.00V掃描到-0.20V,來測量氧化特性。
從圖32可見,氧化峰值電位Epa為+0.66V,還原峰值電位Epc為+0.50V。從而,可算出+0.58V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示YGABP由+0.58[V vs.Ag/Ag+]的電能氧化,並且該電能相當於HOMO能級。在此,由於如上所述在本實施例4中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知YGABP的HOMO能級為-4.85-(+0.58)=-5.43[eV]。
(測定例3;TCTA)
在本測定例3中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量TCTA的氧化特性。掃描速度為0.1V/sec。圖33示出其測定結果。注意,藉由將相對於參考電極的作用電極的電位從-0.10V掃描到+0.80V,然後將它從+0.80V掃描到-0.10V,來測量氧化特性。
從圖33可見,氧化峰值電位Epa為+0.57V,還原峰值電位Epc為+0.49V。從而,可算出+0.53V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示TCTA由+0.53[V vs.Ag/Ag+]的電能氧化,並且該電能相當於HOMO能級。在此,如上所述在本實施例4中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知TCTA的HOMO能級為-4.85-(+0.53)=-5.38[eV]。
(測定例4;NPB)
在本測定例4中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量NPB的氧化特性。掃描速度為0.1V/sec。圖34示出其測定結果。注意,藉由將相對於參考電極的作用電極的電位從-0.20V掃描到+0.80V,然後將它從+0.80V掃描到-0.20V,來測量氧化特性。
從圖34可見,氧化峰值電位Epa為+0.45V,還原峰值電位Epc為+0.39V。從而,可算出+0.42V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示NPB由+0.42[V vs.Ag/Ag+]的電能氧化,並且該電能相當於HOMO能級。在此,如上所述在本實施例4中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知NPB的HOMO能級為-4.85-(+0.42)=-5.27[eV]。
(測定例5;DNTPD)
在本測定例5中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量DNTPD的氧化特性。掃描速度為0.1V/sec。圖35示出其測定結果。注意,藉由將相對於參考電極的作用電極的電位從-0.05V掃描到+1.20V,然後將它從+1.20V掃描到-0.05V,來測量氧化特性。
從圖35可見,氧化峰值電位Epa為+0.26V,還原峰值電位Epc為+0.15V。從而,可求得+0.21V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示DNTPD由+0.21[V vs. Ag/Ag+]的電能氧化,並且該電能相當於HOMO能級。在此,如上所述在本實施例4中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知DNTPD的HOMO能級為-4.85-(+0.21)=-5.06[eV]。
注意,當對如上所述那樣求得的YGASF、YGABP、TCTA、NPB的HOMO能級進行比較時,可以得知YGASF的HOMO能級比NPB低0.17[eV],YGABP的HOMO能級比NPB低0.16[eV],TCTA的HOMO能級比NPB低0.16[eV]。此外,當將DNTPD的HOMO能級與NPB的HOMO能級進行比較時,DNTPD的HOMO能級比NPB高0.21[eV]。
由此,藉由使用YGASF、YGABP、TCTA、或DNTPD形成第一電洞傳輸層的第二層(圖15A中的第二層1512、圖16A中的第二層1612),並使用NPB形成第二電洞傳輸層的第三層(圖15A和15B中的第三層1513、圖16A和16B中的第三層1613),在第二層和第三層之間產生抑制電洞的傳輸的能帶。就是說,第二層(圖15A中的第二層1512、圖16A中的第二層1612)可以抑制注入到第三層的電洞(圖15A和15B中的第三層1513、圖16A和16B中的第三層1613),來降低電洞傳輸速度。
因此,可以說,本發明的發光元件的第一電洞傳輸層的第二層中使用YGASF、YGABP、TCTA或DNTPD的實施例1至實施例3的元件結構適合於本發明。
[實施例5]
在本實施例中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量三(8-羥基喹啉)鋁(III)(簡稱:Alq)、N,N'-二苯基喹吖啶酮(簡稱:DPQd)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(簡稱:2PCAPA)的還原特性,該Alq、DPQd、2PCAPA用於實施例2中所製造的發光元件(發光元件5至發光元件7)、及實施例3中所製造的發光元件(發光元件9至發光元件11)中用作控制電子載流子的遷移的載流子控制層的第七層(圖16A中的第七層1617)。此外,根據該測量結果,求得Alq、DPQd、2PCAPA的LUMO能級。注意,使用電化學分析器(由BAS Inc.生產,ALS 600A型或600C型)進行測量。
對於用於CV測量的溶液,使用脫水二甲基甲醯胺(DMF)(由Sigma-Aldrich Inc.生產,99.8%,目錄編號:22705-6)作為溶劑,將支持電解質過氯酸四正丁基銨(n-Bu4NClO4)(由Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.生產,目錄編號:T0836)溶解於溶劑中,並使其濃度為100mmol/L。再者,使測量的物件溶解,並使其濃度為10mmol/L。但是,不完全溶解時,其澄清液體使用於CV測量。另外,將鉑電極(由BAS Inc.生產,PTE鉑電極)用作工作電極,將鉑電極(由BAS Inc.生產,VC-3 Pt相對電極(5cm))用作輔助電極,將Ag/Ag+電極(由BAS Inc.生產,RE5非水溶劑參考電極)用作參考電極。注意,測量是在室溫(20℃至25℃)下進行的。
參考電極的相對於真空能級的位能的計算
首先,求得在本實施例5中使用的參考電極(Ag/Ag+電極)的相對於真空能級的位能(eV)。也就是說,求得Ag/Ag+電極的費米能級。已知的是,在甲醇中的二茂鐵的氧化還原電位相對於標準氫電極為+0.610[V vs.SHE](參照文件:Christian R.Goldsmith et al.,J.Am.Chem.Soc.,Vol.124,No.1,83-96,2002)。另一方面,藉由利用在本實施例5中使用的參考電極來求得在甲醇中的二茂鐵的氧化還原電位,其結果是+0.20V[V vs.Ag/Ag+]。從而,可以得知在本實施例5中使用的參考電極的位能比標準氫電極低0.41[eV]。
在此,已知的是,標準氫電極的相對於真空能級的位能差是-4.44eV(參照文獻:大西敏博、小山珠美,高分子EL材料(共立出版),p.64-67)。綜上所述,可以求得本實施例5所使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.44-0.41=-4.85[eV]。
(測定例6;Alq)
在本測定例6中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量Alq的還原特性。掃描速度為0.1V/sec。圖36示出其測定結果。注意,藉由將相對於參考電極的作用電極的電位從-0.69V掃描到-2.40V,然後將它從-2.40V掃描到-0.69V,來測量還原特性。
從圖36可見,還原峰值電位Epc為-2.20V,氧化峰值 電位Epa為-2.12V。從而,可求得-2.16V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示Alq由-2.16[V vs.Ag/Ag+]的電能還原,並且該電能相當於LUMO能級。在此,如上所述在本實施例5中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知Alq的LUMO能級為-4.85-(-2.16)=-2.69[eV]。
(測定例7;DPQd)
在本測定例7中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量DPQd的還原特性。掃描速度為0.1V/sec。圖37示出其測定結果。注意,藉由將相對於參考電極的作用電極的電位從-0.40V掃描到-2.10V,然後將它從-2.10V掃描到-0.40V,來測量還原特性。此外,DPQd的溶解性低,當製備濃度為10mmol/L的溶液時也產生沒溶解的DPQd,因此在沒溶解的DPQd沉澱的狀態下,提取澄清液體而將其使用於測定。
從圖37可見,還原峰值電位Epc為-1.69V,氧化峰值電位Epa為-1.63V。因此,可算出-1.66V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示DPQd由-1.66[V vs.Ag/Ag+]的電能還原,並且該電能相當於LUMO能級。在此,如上所述在本實施例5中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知DPQd的LUMO能級為-4.85-(-1.66)=-3.19[eV]。
(測定例8;2PCAPA)
在本測定例8中,藉由迴圈伏安測量法(CV)測量2PCAPA的還原特性。掃描速度為0.1V/sec。圖38示出其測定結果。注意,藉由將相對於參考電極的作用電極的電位從-0.41V掃描到-2.50V,然後將它從-2.50V掃描到-0.41V,來測量還原特性。
從圖38可見,還原峰值電位Epc為-2.21V,氧化峰值電位Epa為-2.14V。因此,可算出-2.18V的半波電位(Epc和Epa的中間電位)。這表示2PCAPA由-2.18[V vs.Ag/Ag+]的電能還原,並且該電能相當於LUMO能級。在此,如上所述在本實施例5中使用的參考電極的相對於真空能級的位能為-4.85[eV],因此可以得知2PCAPA的LUMO能級為-4.85-(-2.18)=-2.67[eV]。
藉由當對上述那樣得到的Alq和DPQd的LUMO能級進行比較時,可以得知DPQd的LUMO能級比Alq低0.50[eV]。這意味著,藉由將DPQd添加到Alq中,該DPQd作為電子陷阱發揮作用。這表示實施方式2所說明的第七層熱力地控制載流子(電子),並且利用電子傳輸材料的金屬錯合物(Alq)和具有電子陷阱性的喹吖啶酮衍生物(DPQd)形成第七層的情況。
此外,當對如上所述那樣求得的Alq和2PCAPA的LUMO能級進行比較時,可以得知2PCAPA的LUMO能級和Alq的LUMO能級的差異為0.02[eV]。這意味著,藉由將2PCAPA添加到Alq中,電子容易傳輸到2PCAPA, 從而層整體的電子傳輸速度降低。這表示在實施方式2中說明的第七層動力地控制載流子(電子)的傳輸的情況,即由電子傳輸材料的金屬錯合物(Alq)和具有電洞傳輸性的芳香胺化合物(2PCAPA)形成第七層的情況。
因此,可得知包括組合Alq和DPQd、以及Alq和2PCAPA而成的載流子控制層的元件結構適合於本發明。
本發明說明根據2007年9月27日在日本專利局受理的日本專利申請編號2007-250934而製作,所述全部申請內容併入本發明說明中。

Claims (13)

  1. 一種發光裝置,其包括:陰極;在該陰極上的EL層;以及在該EL層上的陽極,其中該EL層包括電洞注入層、第一電洞傳輸層、第二電洞傳輸層、發光層以及電子傳輸層,其中該第一電洞傳輸層包括第一有機化合物,以及該第二電洞傳輸層包括第二有機化合物,其中該發光層包括物質以及分散於該物質中的發光材料,其中該電洞注入層、該第一電洞傳輸層和該第二電洞傳輸層被置於該發光層與該陽極之間,其中該電子傳輸層被置於該發光層與該陰極之間,其中該第一電洞傳輸層被置於該電洞注入層與該第二電洞傳輸層之間,其中該第二電洞傳輸層被置於該第一電洞傳輸層與該發光層之間,其中該第一電洞傳輸層的最高佔據軌域能級的絕對值比該電洞注入層及該第二電洞傳輸層的最高佔據軌域能級的絕對值大,其中該電洞注入層與該陽極和該第一電洞傳輸層直接接觸,及其中該第二電洞傳輸層與該第一電洞傳輸層和該發光層直接接觸。
  2. 一種發光裝置,其包括:陰極;在該陰極上的第一EL層;在該第一EL層上的第二EL層;以及在該第二EL層上的陽極,其中該第二EL層包括電洞注入層、第一電洞傳輸層、第二電洞傳輸層、發光層以及電子傳輸層,其中該第一電洞傳輸層包括第一有機化合物,以及該第二電洞傳輸層包括第二有機化合物,其中該發光層包括物質以及分散於該物質中的發光材料,其中該電洞注入層、該第一電洞傳輸層和該第二電洞傳輸層被置於該發光層與該陽極之間,其中該電子傳輸層被置於該發光層與該陰極之間,其中該第一電洞傳輸層被置於該電洞注入層與該第二電洞傳輸層之間,其中該第二電洞傳輸層被置於該第一電洞傳輸層與該發光層之間,其中該第一電洞傳輸層的最高佔據軌域能級的絕對值比該電洞注入層及該第二電洞傳輸層的最高佔據軌域能級的絕對值大,其中該電洞注入層與該陽極和該第一電洞傳輸層直接接觸,及其中該第二電洞傳輸層與該第一電洞傳輸層和該發光層直接接觸。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項的發光裝置,其中該第一電洞傳輸層的該最高佔據軌域能級的該絕對值比該第二電洞傳輸層的該最高佔據軌域能級的該絕對值大0.1eV以上。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項的發光裝置,其中該第一電洞傳輸層的該最高佔據軌域能級的該絕對值比該電洞注入層的該最高佔據軌域能級的該絕對值大0.1eV以上。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項的發光裝置,其中該發光層包括具有電子傳輸性的該物質。
  6. 根據申請專利範圍第1或2項的發光裝置,其中該電洞注入層包括過渡金屬氧化物。
  7. 根據申請專利範圍第6項的發光裝置,其中該過渡金屬氧化物選自包含氧化鉬、氧化釩、氧化釕、氧化鎢、氧化錳的群組。
  8. 根據申請專利範圍第2項的發光裝置,其進一步包括被置於該第一EL層與該第二EL層之間的電荷產生層。
  9. 根據申請專利範圍第8項的發光裝置,其中該電荷產生層包括具有電洞傳輸性的物質和受體(acceptor)物質。
  10. 根據申請專利範圍第8項的發光裝置,其中該電荷產生層包括具有電子傳輸性的物質和供體(donor)物質。
  11. 一種包括申請專利範圍第1或2項的發光裝置的照明裝置。
  12. 一種包括申請專利範圍第1或2項的發光裝置的電子設備。
  13. 根據申請專利範圍第1或2項的發光裝置,其中該電洞注入層和該第二電洞傳輸層包含彼此不相同的材料。
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