發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供外量子效率高的發(fā)光元件。本發(fā)明提供驅(qū)動(dòng)電壓低的發(fā)光元件。本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括一對(duì)電極之間的包含磷光化合物、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物的發(fā)光層。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（受激復(fù)合物）。激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與位于磷光化合物的吸收光譜的最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的吸收帶重疊。激基復(fù)合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)于或等于位于磷光化合物的吸收光譜的最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的吸收帶的峰值波長(zhǎng)。
【專利說明】發(fā)光元件 【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001]本發(fā)明涉及一種利用有機(jī)電致發(fā)光(EL:electroluminescence)現(xiàn)象的發(fā)光元件(以下，該發(fā)光元件也稱為有機(jī)EL元件)。 【背景技術(shù)】 [0002]對(duì)有機(jī)EL元件積極地進(jìn)行研究開發(fā)。在有機(jī)EL元件的基本結(jié)構(gòu)中，包含發(fā)光性有機(jī)化合物的層(以下，也稱為發(fā)光層)夾在一對(duì)電極之間。該有機(jī)EL元件由于具有可實(shí)現(xiàn)薄型輕量化、能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行高速響應(yīng)、能夠?qū)崿F(xiàn)直流低電壓驅(qū)動(dòng)的特性，所以作為下一代的平板顯示元件受到關(guān)注。此外，使用這種發(fā)光元件的顯示器具有優(yōu)異的對(duì)比度和圖像質(zhì)量以及廣視角的特征。再者，作為面光源，有機(jī)EL元件被期望應(yīng)用于液晶顯示器的背光燈、照明裝置等的光源。 [0003]有機(jī)EL元件的發(fā)光機(jī)理屬于載流子注入型。換言之，通過對(duì)夾在電極之間的發(fā)光層施加電壓，從電極注入的電子和空穴復(fù)合，以使發(fā)光物質(zhì)激發(fā)，并且當(dāng)該激發(fā)態(tài)馳豫至基態(tài)時(shí)發(fā)光。作為激發(fā)態(tài)有兩種類型:單重激發(fā)態(tài)(S*)和三重激發(fā)態(tài)(T*)。在發(fā)光元件中，激發(fā)態(tài)的統(tǒng)計(jì)學(xué)上的生成比例被認(rèn)為是s*:f=l:3。 [0004]通常，發(fā)光性有機(jī)化合物的基態(tài)是單重態(tài)。因此，來自單重激發(fā)態(tài)(S*)的發(fā)光因是在相同的自旋多重態(tài)之間的電子躍遷而被稱為熒光。另一方面，來自三重激發(fā)態(tài)(T*)的發(fā)光被稱為磷光，其中不同的自旋多重態(tài)之間發(fā)生電子躍遷。在此，在發(fā)射熒光的化合物(以下，稱為熒光化合物)中，通常，在室溫下無法觀察到磷光，且只能觀察到熒光。因此，基于S*:f=l:3，包括熒光化合物的發(fā)光元件中的內(nèi)量子效率(所生成的光子與所注入的載流子之比)的理論上的極限被認(rèn)為是25%。 [0005]另一方面，當(dāng)使用發(fā)射磷光的化合物(以下稱為磷光化合物)時(shí)，在理論上可獲得100%的內(nèi)量子效率。換言之，與使用熒光化合物的情況相比，可以得到高發(fā)光效率。根據(jù)上述理由，為了實(shí)現(xiàn)高效率的發(fā)光元件，近年來積極地開發(fā)出包括磷光化合物的發(fā)光元件。作為磷光化合物，以銥等為中心金屬的有機(jī)金屬配合物由于其高磷光量子產(chǎn)率而已特別受到關(guān)注；例如，專利文獻(xiàn)I公開了以銥為中心金屬的有機(jī)金屬配合物作為磷光材料。 [0006]當(dāng)使用上述磷光化合物形成發(fā)光元件的發(fā)光層時(shí)，為了抑制磷光化合物的濃度猝滅或者由三重態(tài)-三重態(tài)湮滅導(dǎo)致的猝滅，通常以使該磷光化合物分散在其它化合物的基質(zhì)中的方式形成發(fā)光層。在此，用作基質(zhì)的化合物被稱為主體材料，分散在基質(zhì)中的化合物諸如磷光化合物被稱為客體材料。 [參考文獻(xiàn)] [專利文獻(xiàn)] [0007][專利文獻(xiàn)I]國(guó)際公開W000/70655號(hào)小冊(cè)子
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]然而，一般被認(rèn)為有機(jī)EL元件的光取出效率為20%至30%左右。因此，當(dāng)考慮到由于反射電極及透明電極的光吸收時(shí)，包括磷光化合物的發(fā)光元件的外量子效率的極限為25%左右。
[0009]此外，如上所述那樣，有機(jī)EL元件被考慮應(yīng)用到顯示器及照明。此時(shí)，可實(shí)現(xiàn)的目的之一是耗電量的降低。為了降低耗電量，需要降低有機(jī)EL元件的驅(qū)動(dòng)電壓。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的目的是提供一種外量子效率高的發(fā)光兀件。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另一個(gè)目的是提供一種驅(qū)動(dòng)電壓低的發(fā)光元件。
[0011]注意，以下所公開的發(fā)明的目的是解決上述目的中的至少一個(gè)。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括一對(duì)電極之間的包含磷光化合物、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物的發(fā)光層，其中，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(exciplex)，激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與位于磷光化合物的吸收光譜的最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的吸收帶重疊，并且，激基復(fù)合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)于或等于位于磷光化合物的吸收光譜的最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的吸收帶的峰值波長(zhǎng)。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式是一種發(fā)光兀件，該發(fā)光兀件包括一對(duì)電極之間的包含磷光化合物、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物的發(fā)光層，其中，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，激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與位于磷光化合物的吸收光譜的最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的吸收帶重疊，并且，激基復(fù)合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)和磷光化合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)之間的差異為30nm或更小。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式是一種發(fā)光兀件，該發(fā)光兀件包括:一對(duì)電極之間的包含磷光化合物、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物的發(fā)光層，其中，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，激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與位于磷光化合物的吸收光譜的最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的吸收帶重疊，并且，激基復(fù)合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)于或等于位于磷光化合物的吸收光譜的最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的吸收帶的峰值波長(zhǎng)且短于或等于磷光化合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)。再者，激基復(fù)合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)與磷光化合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)之間的差異優(yōu)選為30nm或更小。
[0015]另外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是上述發(fā)光元件，其中由第一有機(jī)化合物的單重態(tài)激子形成激基復(fù)合物。
[0016]另外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是上述發(fā)光元件，其中由第一有機(jī)化合物的陰離子及第二有機(jī)化合物的陽(yáng)離子形成激基復(fù)合物。
[0017]在上述發(fā)光元件中，優(yōu)選的是，激基復(fù)合物的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到磷光化合物，以使該磷光化合物發(fā)射磷光。
[0018]在上述發(fā)光元件中，優(yōu)選的是，第一 有機(jī)化合物和第二有機(jī)化合物中的至少一個(gè)是熒光化合物。
[0019]在上述發(fā)光元件中，優(yōu)選的是，磷光化合物是有機(jī)金屬配合物。
[0020]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光元件可以應(yīng)用于發(fā)光裝置、電子設(shè)備及照明裝置。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，能夠提供一種外量子效率高的發(fā)光元件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，能夠提供一種驅(qū)動(dòng)電壓低的發(fā)光元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1示出根據(jù)實(shí)施例1的吸收光譜及發(fā)射光譜；圖2示出根據(jù)實(shí)施例1的吸收光譜及發(fā)射光譜； 圖3示出根據(jù)實(shí)施例1的吸收光譜及發(fā)射光譜； 圖4示出根據(jù)實(shí)施例1的吸收光譜及發(fā)射光譜； 圖5示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的概念； 圖6示出在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中應(yīng)用的激基復(fù)合物的能級(jí)； 圖7A至圖7C都示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光元件； 圖8示出實(shí)施例2的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)； 圖9示出實(shí)施例2的發(fā)光元件的電壓-亮度特性； 圖10示出實(shí)施例2的發(fā)光元件的電壓-電流特性； 圖11示出實(shí)施例2的發(fā)光元件的亮度-功率效率特性； 圖12示出實(shí)施例2的發(fā)光元件的亮度-外量子效率特性； 圖13示出實(shí)施例2的發(fā)光元件的發(fā)射光譜； 圖14示出實(shí)施例2的發(fā)光元件的可靠性測(cè)試的結(jié)果； 圖15示出根據(jù)實(shí)施例3的激基復(fù)合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)和物質(zhì)X的HOMO能級(jí)的關(guān)系; 圖16示出根據(jù)實(shí)施例3的激基復(fù)合物的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)和發(fā)光元件的外量子效率的關(guān)系； 圖17示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的計(jì)算結(jié)果； 圖18A1、圖18A2、圖18B1、圖18B2、圖18C1及圖18C2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的計(jì)算結(jié)果。 【具體實(shí)施方式】 [0023]在實(shí)施方式中，將參照附圖進(jìn)行說明。注意，本發(fā)明不局限于以下說明，而所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí)就是其方式及詳細(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被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅局限在以下所示的實(shí)施方式所記載的內(nèi)容中。注意，在下面說明的發(fā)明結(jié)構(gòu)中，在不同的附圖中共同使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反復(fù)說明。 [0024]實(shí)施方式I 在本實(shí)施方式中，將說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光兀件。 [0025]本實(shí)施方式的發(fā)光兀件包括發(fā)光層，該發(fā)光層包含作為發(fā)光物質(zhì)的客體材料、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物。具體而言，作為客體材料使用磷光化合物。注意，在第一有機(jī)化合物和第二有機(jī)化合物的一個(gè)中，將包含在發(fā)光層中的含量多的材料稱為主體材料。 [0026]通過使用將客體材料分散在主體材料中的結(jié)構(gòu)，可以抑制發(fā)光層的晶化。此外，可以抑制因客體材料的高濃度而導(dǎo)致的濃度猝滅，從而可以使發(fā)光元件具有高發(fā)光效率。 [0027]此外，在本實(shí)施方式中，第一及第二有機(jī)化合物的每個(gè)三重激發(fā)態(tài)能級(jí)(T1能級(jí))優(yōu)選高于客體材料的T1能級(jí)。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)谝挥袡C(jī)化合物(或第二有機(jī)化合物)的T1能級(jí)低于客體材料的T1能級(jí)時(shí)，第一有機(jī)化合物(或第二有機(jī)化合物)使有助于發(fā)光的客體材料的三重激發(fā)態(tài)能級(jí)猝滅，由此導(dǎo)致發(fā)光效率的降低。
[0028]〈發(fā)光的基本過程〉
首先，對(duì)將磷光化合物用作客體材料的發(fā)光元件中的發(fā)光的一般的基本過程進(jìn)行說明。
[0029](I)對(duì)于在客體分子中電子和空穴復(fù)合，而客體分子激發(fā)的情況(直接復(fù)合過程)。 (1-1)當(dāng)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。
(1-2)當(dāng)客體分子的激發(fā)態(tài)為單重激發(fā)態(tài)時(shí)，處于單重激發(fā)態(tài)的客體分子系間跨越(intersystem crossing)到三重激發(fā)態(tài)而發(fā)射磷光。
[0030]換言之，在(I)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，如上所述，主體分子的T1能級(jí)優(yōu)選高于客體分子的T1能級(jí)。
[0031](2)對(duì)于在主體分子中電子和空穴復(fù)合，而主體分子激發(fā)的情況(能量轉(zhuǎn)移過程)。 (2-1)當(dāng)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T1
能級(jí)時(shí)，激發(fā)能量從主體分子轉(zhuǎn)移到客體分子，從而使客體分子成為三重激發(fā)態(tài)。處于三重激發(fā)態(tài)的客體分子發(fā)射磷光。此外，理論上有可能能量轉(zhuǎn)移到客體分子的單重激發(fā)能級(jí)(S1能級(jí))，但是由于在很多情況下客體分子的S1能級(jí)具有比主體分子的T1能級(jí)更高的能量，這不容易成為主要能量轉(zhuǎn)移過程；因此在此省略說明。
(2-2)當(dāng)主體分子的激發(fā)態(tài)為單重激發(fā)態(tài)，并且主體分子的S1能級(jí)高于客體分子的S1能級(jí)及T1能級(jí)時(shí)，激發(fā)能量從主體分子轉(zhuǎn)移到客體分子，從而使客體分子成為單重激發(fā)態(tài)或三重激發(fā)態(tài)。處于三重激發(fā)態(tài)的客體分子發(fā)射磷光。此外，處于單重激發(fā)態(tài)的客體分子系間跨越到三重激發(fā)態(tài)而發(fā)射磷光。
[0032]換言之，在(2)的能量轉(zhuǎn)移過程中，盡可能使主體分子的三重激發(fā)能及單重激發(fā)能都高效地轉(zhuǎn)移到客體分子是重要的。
[0033]從上述能量轉(zhuǎn)移過程來看，在主體分子的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到客體分子之前，當(dāng)主體分子本身將該激發(fā)能量作為光或熱釋放而失活時(shí)，發(fā)光效率降低。本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)在主體分子處于單重激發(fā)態(tài)時(shí)(上述(2-2))，與主體分子處于三重激發(fā)態(tài)時(shí)相比(上述(2-1))，能量不容易轉(zhuǎn)移到如磷光化合物等的客體分子，并且發(fā)光效率容易降低。因此，本發(fā)明人等將其作為課題。如下所述，考慮更詳細(xì)的能量轉(zhuǎn)移過程發(fā)現(xiàn)了其原因。
[0034]〈能量轉(zhuǎn)移過程〉
以下，詳細(xì)說明分子間的能量轉(zhuǎn)移過程。
[0035]首先，作為分子間的能量轉(zhuǎn)移機(jī)理，提倡以下兩個(gè)機(jī)理。將提供激發(fā)能量的分子記為主體分子，而將接受激發(fā)能量的分子記為客體分子。
[0036]《福斯特(Frstcr)機(jī)理(偶極-偶極相互作用)》
在福斯特機(jī)理中，能量轉(zhuǎn)移不需要分子間的直接接觸。通過主體分子和客體分子間的偶極振蕩的共振現(xiàn)象發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。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，因此，主體分子成為基態(tài)，且客 體分子成為激發(fā)態(tài)。公式(I)示出福斯特機(jī)理的速度常數(shù)kh\g。
[公式I]
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光兀件，所述發(fā)光兀件包括: 包含磷光化合物、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物的發(fā)光層， 其中，使所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物形成激基復(fù)合物， 所述激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與所述磷光化合物的吸收光譜重疊， 并且，所述激基復(fù)合物的發(fā)射峰值波長(zhǎng)大于或等于所述磷光化合物的吸收峰值波長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，由所述第一有機(jī)化合物的單重態(tài)激子形成所述激基復(fù)合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，由所述第一有機(jī)化合物的陰離子及所述第二有機(jī)化合物的陽(yáng)離子形成所述激基復(fù)合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述激基復(fù)合物的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到所述磷光化合物，以使所述磷光化合物發(fā)射磷光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物中的至少一個(gè)為熒光化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述磷光化合物為有機(jī)金屬配合物。
7.一種發(fā)光兀件，所述發(fā)光兀件包括: 包含磷光化合物、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物的發(fā)光層， 其中，使所述第一有機(jī)化合物`和所述第二有機(jī)化合物形成激基復(fù)合物， 所述激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與所述磷光化合物的吸收光譜重疊， 并且，所述激基復(fù)合物的發(fā)射峰值波長(zhǎng)與所述磷光化合物的發(fā)射峰值波長(zhǎng)之間的差異為30nm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其中，由所述第一有機(jī)化合物的單重態(tài)激子形成所述激基復(fù)合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其中，由所述第一有機(jī)化合物的陰離子及所述第二有機(jī)化合物的陽(yáng)離子形成所述激基復(fù)合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其中，所述激基復(fù)合物的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到所述磷光化合物，以使所述磷光化合物發(fā)射磷光。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其中，所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物中的至少一個(gè)為熒光化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其中，所述磷光化合物為有機(jī)金屬配合物。
13.—種發(fā)光兀件,所述發(fā)光兀件包括: 包含磷光化合物、第一有機(jī)化合物及第二有機(jī)化合物的發(fā)光層， 其中，使所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物形成激基復(fù)合物， 所述激基復(fù)合物的發(fā)射光譜與所述磷光化合物的吸收光譜重疊， 并且，所述激基復(fù)合物的發(fā)射峰值波長(zhǎng)大于或等于所述磷光化合物的吸收峰值波長(zhǎng)且小于或等于所述磷光化合物的發(fā)射峰值波長(zhǎng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光元件，其中，所述激基復(fù)合物的發(fā)射峰值波長(zhǎng)與所述磷光化合物的發(fā)射峰值波長(zhǎng)之間的差異為30nm以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光元件，其中，由所述第一有機(jī)化合物的單重態(tài)激子形成所述激基復(fù)合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光元件，其中，由所述第一有機(jī)化合物的陰離子及所述第二有機(jī)化合物的陽(yáng)離子形成所述激基復(fù)合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光元件，其中，所述激基復(fù)合物的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到所述磷光化合物，以使所述磷光化合物發(fā)射磷光。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光元件，其中，所述第一有機(jī)化合物和所述第二有機(jī)化合物中的至少一個(gè)為熒光化合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所.述的發(fā)光元件，其中，所述磷光化合物為有機(jī)金屬配合物。
【文檔編號(hào)】C09K11/06GK103443950SQ201280014729
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月23日
【發(fā)明者】瀬尾哲史, 下垣智子, 大澤信晴, 井上英子, 鈴木邦彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所