發(fā)光元件、發(fā)光裝置、電子設(shè)備及照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種外部量子效率高的發(fā)光元件。提供一種壽命長的發(fā)光元件。一種發(fā)光元件，在一對(duì)電極之間具有發(fā)光層。發(fā)光層至少包含磷光化合物、具有電子傳輸性的第一有機(jī)化合物（主體材料）及具有空穴傳輸性的第二有機(jī)化合物（輔助材料）。發(fā)光層具有第一發(fā)光層和第二發(fā)光層的疊層結(jié)構(gòu)，并且，相比第二發(fā)光層，第一發(fā)光層包含更高比例的第二有機(jī)化合物。另外，在發(fā)光層（第一發(fā)光層及第二發(fā)光層）中，第一有機(jī)化合物和第二有機(jī)化合物的組合形成激基復(fù)合物。
【專利說明】發(fā)光元件、發(fā)光裝置、電子設(shè)備及照明裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的一個(gè)方式涉及一種通過施加電場來能夠提供發(fā)光的有機(jī)化合物設(shè)置在 一對(duì)電極之間的發(fā)光元件，另外，還涉及一種具有這種發(fā)光元件的發(fā)光裝置、電子設(shè)備以及 照明裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 具有如薄型、輕量、高速響應(yīng)性及低電壓直流驅(qū)動(dòng)等的特征的包含有機(jī)化合物作 為發(fā)光體的發(fā)光元件被期待應(yīng)用于下一代平板顯示器。一般來說，與現(xiàn)有的液晶顯示裝置 相比，其中發(fā)光元件配置為矩陣狀的顯示裝置被認(rèn)為具有視角寬且可見度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 發(fā)光元件的發(fā)光機(jī)理被認(rèn)為如下：當(dāng)在夾有包含發(fā)光體的EL層的一對(duì)電極之間 施加電壓時(shí)，從陰極注入的電子和從陽極注入的空穴在EL層的發(fā)光中心復(fù)合來形成分子 激子，并當(dāng)該分子激子返回到基態(tài)時(shí)放出能量且發(fā)射光。單重激發(fā)態(tài)和三重激發(fā)態(tài)作為激 發(fā)態(tài)已被了解，并且被認(rèn)為經(jīng)過上述任一種激發(fā)態(tài)都可以獲得發(fā)光。
[0004] 為了提高這種發(fā)光元件的元件特性，已積極地進(jìn)行元件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、材料的開發(fā) 等(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0005] [專利文獻(xiàn)1]日本專利申請(qǐng)公開2010-182699號(hào)公報(bào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 然而，據(jù)說現(xiàn)狀的發(fā)光元件的光取出效率為20%至30%左右。即使考慮到由反射 電極或透明電極的光吸收，包含磷光化合物的發(fā)光元件的外部量子效率也有25%左右的極 限。
[0007] 在本發(fā)明的一個(gè)方式中，提供一種具有高外部量子效率的發(fā)光元件。在本發(fā)明的 另一個(gè)方式中，提供一種壽命長的發(fā)光元件。
[0008] 本發(fā)明的一個(gè)方式是一種發(fā)光元件，該發(fā)光元件在一對(duì)電極之間具有發(fā)光層。該 發(fā)光層至少包含磷光化合物、具有電子傳輸性的第一有機(jī)化合物(主體材料）以及具有空穴 傳輸性的第二有機(jī)化合物(輔助材料)。發(fā)光層具有包括第一發(fā)光層和第二發(fā)光層的疊層結(jié) 構(gòu)，并且，相比第二發(fā)光層，第一發(fā)光層包含更高比例的第二有機(jī)化合物。在發(fā)光層(第一發(fā) 光層及第二發(fā)光層）中，第一有機(jī)化合物和第二有機(jī)化合物的組合形成激基復(fù)合物。
[0009] 本發(fā)明的其他方式是一種發(fā)光元件，該發(fā)光元件具有在陽極與陰極之間的發(fā)光 層、在陽極與發(fā)光層之間的空穴傳輸層以及在陰極與發(fā)光層之間的電子傳輸層。該發(fā)光層 是第一發(fā)光層和第二發(fā)光層的疊層，該第一發(fā)光層至少包含磷光化合物、具有電子傳輸性 的第一有機(jī)化合物及具有空穴傳輸性的第二有機(jī)化合物且接觸于空穴傳輸層，該第二發(fā)光 層至少包含磷光化合物、具有電子傳輸性的第一有機(jī)化合物及具有空穴傳輸性的第二有機(jī) 化合物且接觸于電子傳輸層。第一有機(jī)化合物和第二有機(jī)化合物形成激基復(fù)合物。相比第 二發(fā)光層，第一發(fā)光層包含更高比例的第二有機(jī)化合物。
[0010] 另外，在上述各方式中，與第一有機(jī)化合物(主體材料）和第二有機(jī)化合物(輔助材 料）的每一個(gè)的發(fā)光波長(熒光波長）相比，由第一和第二有機(jī)化合物(主體和輔助材料）形 成的激基復(fù)合物的發(fā)光波長位于長波長一側(cè)。因此，通過形成激基復(fù)合物，第一有機(jī)化合物 (主體材料)的熒光光譜和第二有機(jī)化合物(輔助材料)的熒光光譜可變換為位于更長波長一 側(cè)的發(fā)射光譜。
[0011] 因此，由于在發(fā)光層中的激基復(fù)合物的形成，本發(fā)明的一個(gè)方式的發(fā)光元件可以 利用與第一和第二有機(jī)化合物的各發(fā)光波長(熒光波長）相比位于長波長一側(cè)的激基復(fù)合 物的發(fā)射光譜與磷光化合物(客體材料）的吸收光譜的重疊來轉(zhuǎn)移能量，由此該發(fā)光元件可 以得到高能量轉(zhuǎn)移效率和高外部量子效率。
[0012] 另外，在上述方式中，發(fā)光層中的第一發(fā)光層與第二發(fā)光層也可以包含相同的磷 光化合物或者不同的磷光化合物。注意，當(dāng)包含不同的磷光化合物時(shí)，從第一發(fā)光層發(fā)射的 光具有比從第二發(fā)光層發(fā)射的光短的波長。
[0013] 另外，在上述方式中，激基復(fù)合物也可以由第一有機(jī)化合物的陰離子及第二有機(jī) 化合物的陽離子形成。
[0014] 在上述方式中，磷光化合物也可以是有機(jī)金屬配合物，第一有機(jī)化合物也可以主 要是具有KT 6CmVVs或更高的電子迀移率的電子傳輸材料，尤其是缺π電子型雜芳族化合 物，并且第二有機(jī)化合物也可以主要是具有KT 6CmVVs或更高的空穴迀移率的空穴傳輸材 料，尤其是富電子型雜芳族化合物或芳香胺化合物。
[0015] 此外，本發(fā)明除了具有發(fā)光元件的發(fā)光裝置之外在其范圍內(nèi)還包括具有發(fā)光裝 置的電子設(shè)備及照明裝置。本說明書中的發(fā)光裝置是指圖像顯示裝置及光源(例如，照明 裝置)。另外，發(fā)光裝置包括如下所有模塊：連接器諸如柔性印刷電路（Flexible printed circuit :FPC)或載帶封裝（Tape Carrier Package :TCP)安裝在發(fā)光裝置的模塊；印刷線 路板設(shè)置在TCP端部的模塊；以及集成電路（IC)通過玻璃上芯片（Chip On Glass :COG)方 式直接安裝在發(fā)光裝置上的模塊。
[0016] 另外，由于在發(fā)光層中的激基復(fù)合物的形成，本發(fā)明的一個(gè)方式的發(fā)光元件可以 利用與第一和第二有機(jī)化合物的各發(fā)光波長(熒光波長）相比位于長波長一側(cè)的激基復(fù)合 物的發(fā)射光譜與磷光化合物(客體材料）的吸收光譜的重疊來轉(zhuǎn)移能量，由此該發(fā)光元件可 以得到高能量轉(zhuǎn)移效率和高外部量子效率。
[0017] 再者，本發(fā)明的一個(gè)方式中的發(fā)光層具有包括第一發(fā)光層和第二發(fā)光層的疊層結(jié) 構(gòu)。第一發(fā)光層和第二發(fā)光層都包含具有電子傳輸性的第一有機(jī)化合物(主體材料)和具有 空穴傳輸性的第二有機(jī)化合物(輔助材料)，并且相比第二發(fā)光層，該第一發(fā)光層包含更高 比例的第二有機(jī)化合物(輔助材料)。由此，在發(fā)光層內(nèi)可以使載流子(空穴和電子)平衡，并 且在發(fā)光層中形成的激子可以分布在第一發(fā)光層與第二發(fā)光層之間的界面處。這可以防止 發(fā)光層因激子密度的局部增高而劣化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖IA和IB表示本發(fā)明的一個(gè)方式的概念。
[0019] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的計(jì)算結(jié)果。
[0020] 圖3A1、3A2、3B1、3B2、3C1和3C2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的計(jì)算結(jié)果。
[0021] 圖4表示對(duì)本發(fā)明的一個(gè)方式中應(yīng)用的激基復(fù)合物的能級(jí)。
[0022] 圖5表示發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。
[0023] 圖6A和6B都表示發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。
[0024] 圖7表示發(fā)光裝置。
[0025] 圖8A和8B表示發(fā)光裝置。
[0026] 圖9A至9D表不電子設(shè)備。
[0027] 圖IOA至IOC表不電子設(shè)備。
[0028] 圖11表示照明裝置。
[0029] 圖12表示發(fā)光元件1的結(jié)構(gòu)。
[0030] 圖13示出發(fā)光元件1的電流密度-亮度特性。
[0031] 圖14示出發(fā)光元件1的電壓-亮度特性。
[0032] 圖15示出發(fā)光元件1的亮度-電流效率特性。
[0033] 圖16示出發(fā)光元件1的電壓-電流特性。
[0034] 圖17示出發(fā)光元件1的發(fā)射光譜。
[0035] 圖18示出發(fā)光元件1的可靠性。
[0036] 圖19示出發(fā)光元件2的電流密度-亮度特性。
[0037] 圖20示出發(fā)光元件2的電壓-亮度特性。
[0038] 圖21示出發(fā)光元件2的亮度-電流效率特性。
[0039] 圖22示出發(fā)光元件2的電壓-電流特性。
[0040] 圖23示出發(fā)光元件2的發(fā)射光譜。
[0041] 圖24表示發(fā)光元件3的結(jié)構(gòu)。
[0042] 圖25示出發(fā)光元件3的電流密度-亮度特性。
[0043] 圖26示出發(fā)光元件3的電壓-亮度特性。 [0044] 圖27示出發(fā)光元件3的亮度-電流效率特性。
[0045] 圖28示出發(fā)光元件3的電壓-電流特性。
[0046] 圖29示出發(fā)光元件3的發(fā)射光譜。
[0047] 圖30示出發(fā)光元件4的電流密度-亮度特性。
[0048] 圖31示出發(fā)光元件4的電壓-亮度特性。
[0049] 圖32示出發(fā)光元件4的亮度-電流效率特性。
[0050] 圖33示出發(fā)光元件4的電壓-電流特性。
[0051] 圖34示出發(fā)光元件4的發(fā)射光譜。
[0052] 圖35示出發(fā)光元件4的可靠性。
[0053] 圖36示出發(fā)光元件5的電流密度-亮度特性。
[0054] 圖37示出發(fā)光元件5的電壓-亮度特性。
[0055] 圖38示出發(fā)光元件5的亮度-電流效率特性。
[0056] 圖39示出發(fā)光元件5的電壓-電流特性。
[0057] 圖40示出發(fā)光元件5的發(fā)射光譜。
[0058] 圖41示出發(fā)光元件5的可靠性。
[0059] 圖42示出發(fā)光元件6的電流密度-亮度特性。
[0060] 圖43示出發(fā)光元件6的電壓-亮度特性。
[0061] 圖44示出發(fā)光元件6的亮度-電流效率特性。
[0062] 圖45示出發(fā)光元件6的電壓-電流特性。
[0063] 圖46示出發(fā)光元件6的發(fā)射光譜。
[0064] 圖47示出發(fā)光元件6的可靠性。

【具體實(shí)施方式】
[0065] 下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。注意，本發(fā)明不局限于以下說明的內(nèi)容， 其方式及詳細(xì)內(nèi)容在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的情況下可以進(jìn)行各種各樣的改變和 修改。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在下面的實(shí)施方式的記載中。
[0066] (發(fā)光元件中的發(fā)光的基本過程） 首先，對(duì)使用磷光化合物作為客體材料的發(fā)光元件中的發(fā)光的一般基本過程進(jìn)行說 明。在此，提供激發(fā)能量的分子記為主體分子，而接受激發(fā)能量的分子記為客體分子。
[0067] (1)在客體分子中電子和空穴復(fù)合，并客體分子處于激發(fā)態(tài)(直接復(fù)合過程）的情 況。
[0068] (1-1)在客體分子的激發(fā)態(tài)為三重激發(fā)態(tài)時(shí)，客體分子發(fā)射磷光。
[0069] (1-2)在客體分子的激發(fā)態(tài)為單重激發(fā)態(tài)時(shí)，單重激發(fā)態(tài)的客體分子通過系間跨 越（intersystem crossing)到三重激發(fā)態(tài)并發(fā)射磷光。
[0070] 換言之，在（1)的直接復(fù)合過程中，只要客體分子的系間跨越效率及磷光量子產(chǎn)率 高，就可以獲得高發(fā)光效率。此外，主體分子的T 1能級(jí)優(yōu)選高于客體分子的T i能級(jí)。
[0071] (2)在主體分子中電子和空穴復(fù)合，并且主體分子處于激發(fā)態(tài)（能量轉(zhuǎn)移過程）的 情況。
[0072] (2-1)在主體分子的激發(fā)態(tài)為三重激發(fā)態(tài)，并且主體分子的T1能級(jí)高于客體分子 的T 1能級(jí)時(shí)，激發(fā)能量從主體分子轉(zhuǎn)移到客體分子，因此，客體分子成為三重激發(fā)態(tài)。三重 激發(fā)態(tài)的客體分子發(fā)射磷光。此外，除非主體分子發(fā)射磷光，否則從主體分子的T 1能級(jí)到 客體分子的單重激發(fā)態(tài)能級(jí)（S1能級(jí)）的能量轉(zhuǎn)移被禁戒，不容易成為主要能量轉(zhuǎn)移過程； 因此，在此省略其說明。換言之，如下述算式（2-1)所示那樣，從三重激發(fā)態(tài)（3Η λ)的主體 分子到三重激發(fā)態(tài)（3G+)的客體分子的能量轉(zhuǎn)移是重要的(其中IG表示客體分子的單重基 態(tài)，IH表示主體分子的單重基態(tài))。
[0073] 3Η* +IG - 1H+3G* (2-1) (2-2)在主體分子的激發(fā)態(tài)為單重激發(fā)態(tài)時(shí)，并在主體分子的S1能級(jí)高于客體分子的 S1能級(jí)及T i能級(jí)的情況下，激發(fā)能量從主體分子轉(zhuǎn)移到客體分子，因此，客體分子成為單重 激發(fā)態(tài)或三重激發(fā)態(tài)。三重激發(fā)態(tài)的客體分子發(fā)射磷光。此外，單重激發(fā)態(tài)的客體分子通 過系間跨越到三重激發(fā)態(tài)，并發(fā)射磷光。
[0074] 換言之，可以存在如下述算式（2-2A)所示那樣能量從單重激發(fā)態(tài)（)的主體分 子轉(zhuǎn)移到單重激發(fā)態(tài)（IG+ )的客體分子，然后客體分子通過系間跨越成為三重激發(fā)態(tài)（3G 。的過程、以及如下述算式（2-2Β)所示那樣能量從單重激發(fā)態(tài)（ΠΓ)的主體分子直接轉(zhuǎn)移 到三重激發(fā)態(tài)（3G+)的客體分子的過程。
[0075] 1Η*+IG - 1H+1G* -(系間跨越）-1H+3G* (2-2Α) 1Η* +IG - 1H+3G* (2-2Β) 當(dāng)上述（2)中的所有能量轉(zhuǎn)移過程高效地產(chǎn)生時(shí)，主體分子的三重激發(fā)態(tài)能及單重激 發(fā)態(tài)能的雙方高效地轉(zhuǎn)換為客體分子的三重激發(fā)態(tài)（3G+)。因此，可以實(shí)現(xiàn)高效率的發(fā)光。 與此相反，在主體分子的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到客體分子之前，當(dāng)主體分子本身由于發(fā)射該激發(fā) 能量作為光或熱而失活時(shí)，發(fā)光效率降低。
[0076] 接著，對(duì)控制上述主體分子和客體分子之間的分子間能量轉(zhuǎn)移過程的因素進(jìn)行說 明。作為分子間能量轉(zhuǎn)移機(jī)理，已提出了以下兩個(gè)機(jī)理。
[0077] -個(gè)機(jī)理是福斯特（Raster)機(jī)理(偶極-偶極相互作用），其中能量轉(zhuǎn)移不需要 分子間的直接接觸，并通過主體分子和客體分子間的偶極振蕩的共振現(xiàn)象來轉(zhuǎn)移能量。通 過偶極振蕩的共振現(xiàn)象，主體分子給客體分子供應(yīng)能量，由此，主體分子成為基態(tài)，且客體 分子成為激發(fā)態(tài)。另外，以算式（1)示出福斯特機(jī)理的速率常數(shù)k h_g。
[0078] [算式 1]

【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)光裝置，包括： 陽極上的第一發(fā)光層，該第一發(fā)光層包含第一磯光化合物、具有電子傳輸性的第一有 機(jī)化合物和具有空穴傳輸性的第二有機(jī)化合物； 所述第一發(fā)光層上的第二發(fā)光層，該第二發(fā)光層包含第二磯光化合物、所述第一有機(jī) 化合物和所述第二有機(jī)化合物；W及 所述第二發(fā)光層上的陰極， 其中，所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物的激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與所述第 一磯光化合物和所述第二磯光化合物的每一個(gè)的吸收光譜重疊， 并且，與所述第二發(fā)光層的區(qū)域相比，所述第一發(fā)光層的區(qū)域包含更高比例的所述第 二有機(jī)化合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述第一磯光化合物與所述第二磯光化合 物不同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其中與從所述第二發(fā)光層發(fā)射的光相比，從所述 第一發(fā)光層發(fā)射的光具有更短的波長。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中與所述第一磯光化合物和所述第二磯光化 合物的每一個(gè)的所述吸收光譜的峰值相比，所述激基復(fù)合物的所述發(fā)射光譜的峰值具有更 長的波長。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中與所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化 合物的每一個(gè)的發(fā)射光譜的峰值相比，所述激基復(fù)合物的所述發(fā)射光譜的峰值具有更長的 波長。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述第一磯光化合物和所述第二磯光化合 物中的至少一個(gè)是有機(jī)金屬配合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述第一有機(jī)化合物是缺n電子型雜芳族 化合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述第二有機(jī)化合物是富n電子型雜芳族 化合物或芳香胺化合物。
9. 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置的電子設(shè)備。
10. -種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置的照明裝置。
11. 一種發(fā)光裝置，包括： 陽極與陰極之間的至少第一電致發(fā)光層和第二電致發(fā)光層，該第一電致發(fā)光層和該第 二電致發(fā)光層中的至少一個(gè)包括第一發(fā)光層和第二發(fā)光層；W及 所述第一電致發(fā)光層與所述第二電致發(fā)光層之間的電荷產(chǎn)生層， 其中，所述第一發(fā)光層包含第一磯光化合物、具有電子傳輸性的第一有機(jī)化合物和具 有空穴傳輸性的第二有機(jī)化合物， 所述第二發(fā)光層包含第二磯光化合物、所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物， 所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物的激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與所述第一磯 光化合物和所述第二磯光化合物的每一個(gè)的吸收光譜重疊， 并且，與所述第二發(fā)光層的區(qū)域相比，所述第一發(fā)光層的區(qū)域包含更高比例的所述第 二有機(jī)化合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其中所述第一磯光化合物與所述第二磯光化 合物不同。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置，其中與從所述第二發(fā)光層發(fā)射的光相比，從所 述第一發(fā)光層發(fā)射的光具有更短的波長。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其中與所述第一磯光化合物和所述第二磯光 化合物的每一個(gè)的所述吸收光譜的峰值相比，所述激基復(fù)合物的所述發(fā)射光譜的峰值具有 更長的波長。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其中與所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī) 化合物的每一個(gè)的發(fā)射光譜的峰值相比，所述激基復(fù)合物的所述發(fā)射光譜的峰值具有更長 的波長。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其中所述第一磯光化合物和所述第二磯光化 合物中的至少一個(gè)是有機(jī)金屬配合物。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其中所述第一有機(jī)化合物是缺n電子型雜芳 族化合物。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其中所述第二有機(jī)化合物是富31電子型雜芳 族化合物或芳香胺化合物。
19. 一種包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置的電子設(shè)備。
20. -種包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置的照明裝置。
【文檔編號(hào)】H05B33/12GK104471733SQ201380013869
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】瀨尾廣美, 下垣智子, 瀨尾哲史, 牛洼孝洋, 佐佐木俊毅, 上坂正吾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所