發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】提供一種具有25%左右的極高的效率的發(fā)光元件。發(fā)光元件包括包含磷光客體、n型主體及p型主體的發(fā)光層，發(fā)光層夾在含n型主體的n型層與含p型主體的p型層之間，并且在發(fā)光層中n型主體和p型主體可以形成激基復(fù)合物。在實現(xiàn)1200cd/m2的亮度的低驅(qū)動電壓（2.6V）下，發(fā)光元件顯示極高的發(fā)光效率（74.3lm/W的功率效率，24.5%的外部量子效率，19.3%的能量效率）。
【專利說明】發(fā)光元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用有機電致發(fā)光(EL:Electroluminescence)現(xiàn)象的發(fā)光元件(以下，這種發(fā)光元件也稱為有機EL元件)。
【背景技術(shù)】
[0002]對有機EL元件積極地進行研究開發(fā)。在有機EL元件的基本結(jié)構(gòu)中，包含發(fā)光性有機化合物的層(以下，也稱為發(fā)光層)夾在一對電極之間。由于可實現(xiàn)薄型輕量化、能夠?qū)斎胄盘栠M行高速響應(yīng)且能夠?qū)崿F(xiàn)直流低電壓驅(qū)動等的特性，有機EL元件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)異的對比度和圖像質(zhì)量以及廣視角的特征。再者，由于有機EL元件為面光源，因此被期望應(yīng)用于液晶顯示器的背光燈和照明等的光源。
[0003]有機EL元件的發(fā)光機理是載流子注入型。換言之，通過對于夾在電極之間的發(fā)光層的電壓的施加，從電極注入的電子和空穴復(fù)合，以使發(fā)光物質(zhì)被激發(fā)，并且當(dāng)該激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時發(fā)射光。激發(fā)態(tài)的種類可能有兩種:單重激發(fā)態(tài)和三重激發(fā)態(tài)。此外，發(fā)光元件中的單重激發(fā)態(tài)和三重激發(fā)態(tài)的統(tǒng)計學(xué)上的生成比例被認為1:3。
[0004]通常，發(fā)光性有機化合物的基態(tài)是單重態(tài)。因此，來自單重激發(fā)態(tài)的發(fā)光被稱為熒光，因為該發(fā)光由于相同的自旋多重態(tài)之間的電子躍遷而發(fā)生。另一方面，來自三重激發(fā)態(tài)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，在室溫下觀察不到磷光，且只能觀察到熒光。因此，基于上述單重激發(fā)態(tài)和三重激發(fā)態(tài)的比例(=1:3)，包含熒光化合物的發(fā)光元件中的內(nèi)部量子效率(所生成的光子和所注入的載流子的比例)被認為具有25%的理論極限。
[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，內(nèi)部量子效率在理論上可提高到100%。換言之，與當(dāng)使用熒光化合物時相比，可以得到高發(fā)光效率。根據(jù)上述理由，為了實現(xiàn)高效率的發(fā)光元件，近年來積極地開發(fā)出包含磷光化合物的發(fā)光元件。
[0006]由于其高磷光量子效率，作為磷光化合物，具有銥等作為中心金屬的有機金屬配合物受到關(guān)注。例如，在專利文獻I中，作為磷光材料公開有具有銥作為中心金屬的有機金屬配合物。
[0007]當(dāng)使用上述磷光化合物形成發(fā)光元件的發(fā)光層時，為了抑制磷光化合物中的濃度猝滅或者由三重態(tài)-三重態(tài)湮滅導(dǎo)致的猝滅，經(jīng)常以該磷光化合物分散在另一種化合物的矩陣中的方式形成發(fā)光層。在此，用作矩陣的化合物被稱為主體，且分散在矩陣中的化合物諸如磷光化合物被稱為客體。
[0008]對于將磷光化合物用作客體的這種發(fā)光元件中的發(fā)光，通常有幾個基本過程，并以下對該基本過程進行說明。
[0009](I)在客體分子中電子和空穴復(fù)合、客體分子被激發(fā)的情況(直接復(fù)合過程)。
[0010](1-1)在客體分子的激發(fā)態(tài)為三重激發(fā)態(tài)時，客體分子發(fā)射磷光。
[0011](1-2)在客體分子的激發(fā)態(tài)為單重激發(fā)態(tài)時，處于單重激發(fā)態(tài)的客體分子經(jīng)過到三重激發(fā)態(tài)的系間跨越(intersystem crossing)而發(fā)射磷光。
[0012]換言之，(I)中的直接復(fù)合過程中，只要客體分子的系間跨越效率及磷光量子效率聞，就可以獲得聞發(fā)光效率。
[0013](2)在主體分子中電子和空穴復(fù)合、而主體分子處于激發(fā)態(tài)的情況(能量轉(zhuǎn)移過程)。
[0014](2-1)在主體分子的激發(fā)態(tài)為三重激發(fā)態(tài)且主體分子的三重激發(fā)能級(Tl能級)高于客體分子的Tl能級時，激發(fā)能量從主體分子轉(zhuǎn)移到客體分子，由此客體分子處于三重激發(fā)態(tài)。處于三重激發(fā)態(tài)的客體分子發(fā)射磷光。注意，需要考慮到對于主體分子的三重激發(fā)能級(Tl能級)的反向能量轉(zhuǎn)移。從而，主體分子的Tl能級需要比客體分子的Tl能級高。
[0015](2-2)在主體分子的激發(fā)態(tài)為單重激發(fā)態(tài)且主體分子的SI能級高于客體分子的SI能級及Tl能級時，激發(fā)能量從主體分子轉(zhuǎn)移到客體分子，由此客體分子處于單重激發(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)的客體分子經(jīng)過到三重激發(fā)態(tài)的系間跨越而發(fā)射磷光。
[0016]換言之，在(2)中的能量轉(zhuǎn)移過程中，不但三重激發(fā)能，而且主體分子的單重激發(fā)能高效地轉(zhuǎn)移到客體分子是顯著重要的。
[0017]鑒于上述能量轉(zhuǎn)移過程，在主體分子的激發(fā)能轉(zhuǎn)移到客體分子之前，當(dāng)主體分子本身通過作為光或熱發(fā) 射激發(fā)能量而發(fā)生失活時，發(fā)光效率降低。
[0018]〈能量轉(zhuǎn)移過程〉
[0019]以下，詳細說明分子間的能量轉(zhuǎn)移過程。
[0020]首先，作為分子間的能量轉(zhuǎn)移機理，提倡了以下兩個機理。提供激發(fā)能的分子被稱為主體分子，而接受激發(fā)能的分子被稱為客體分子。
[0021 ]《福斯特(Forster)機理(偶極-偶極相互作用)》
[0022]福斯特機理(也稱為福斯特共振能量轉(zhuǎn)移(Forster resonance energytransfer))對于能量轉(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，由此主體分子處于基態(tài)，且客體分子處于激發(fā)態(tài)。公式(I)示出福斯特機理的速度常數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光兀件，包括: 第一電極； 所述第一電極上的第一層，該第一層包含其空穴傳輸性比其電子傳輸性高的第一有機化合物； 所述第一層上的發(fā)光層，該發(fā)光層包含磷光化合物、所述第一有機化合物以及其電子傳輸性比其空穴傳輸性高的第二有機化合物； 所述發(fā)光層上的第二層，該第二層包含所述第二有機化合物；以及 所述第二層上的第二電極， 其中，選擇所述第一有機化合物及所述第二有機化合物，以便在其間形成激基復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述磷光化合物是有機金屬配合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述磷光化合物包含銥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述第一有機化合物是芳香胺或咔唑衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述第二有機化合物具有η電子缺乏型芳雜環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中，所述π電子缺乏型芳雜環(huán)是具有其電負性大于碳的元素作為所述環(huán)的構(gòu)成元素的六元環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中，所述π電子缺乏型芳雜環(huán)是苯并喹喔啉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括所述第一電極與所述第一層之間的空穴傳輸層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括所述第二電極與所述第二層之間的電子傳輸層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件， 其中，所述第一層還包括所述第二有機化合物， 并且，在所述第一層中，在從所述第一電極到所述發(fā)光層的方向上所述第二有機化合物的濃度變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件， 其中，所述第二層還包括所述第一有機化合物， 并且，在所述第二層中，在從所述第二電極到所述發(fā)光層的方向上所述第一有機化合物的濃度變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中，在所述發(fā)光層中，在所述第一層到所述第二層的方向上所述第一有機化合物的濃度及所述第二有機化合物的濃度變化。
13.—種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的電子設(shè)備。
14.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所 述的發(fā)光元件的照明裝置。
15.—種發(fā)光兀件,包括: 第一電極； 所述第一電極上的第一 EL層； 所述第一 EL層上的電荷發(fā)生層； 所述電荷發(fā)生層上的第二 EL層；以及所述第二 EL層上的第二電極， 其中，所述第一 EL層和所述第二 EL層中的至少一個包括: 第一層，該第一層包含其空穴傳輸性比其電子傳輸性高的第一有機化合物； 包含其電子傳輸性比其空穴傳輸性高的第二有機化合物的第二層；以及 夾在所述第一層與所述第二層之間的發(fā)光層，該發(fā)光層包含磷光化合物、所述第一有機化合物以及第二有機化合物， 并且，選擇所述第一有機化合物及所述第二有機化合物，以便在其間形成激基復(fù)合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件，其中，所述磷光化合物是有機金屬配合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件，其中，所述磷光化合物包含銥。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件，其中，所述第一有機化合物是芳香胺或咔唑衍生物。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件，其中，所述第二有機化合物具有π電子缺乏型芳雜環(huán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光元件，其中，所述π電子缺乏型芳雜環(huán)是具有其電負性大于碳的元素作為所述環(huán)的構(gòu)成元素的六元環(huán)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光元件，其中，所述π電子缺乏型芳雜環(huán)是苯并喹喔啉。`
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件，其中，所述第一EL層和所述第二 EL層中的另一個發(fā)射熒光。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件，其中，所述第一EL層和所述第二 EL層中的另一個發(fā)射磷光。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件， 其中，所述第一層還包括所述第二有機化合物， 并且，在所述第一層中，在從所述第一電極到所述發(fā)光層的方向上所述第二有機化合物的濃度變化。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件， 其中，所述第二層還包括所述第一有機化合物， 并且，在所述第二層中，在從所述第二電極到所述發(fā)光層的方向上所述第一有機化合物的濃度變化。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件，其中，在所述發(fā)光層中，在所述第一層到所述第二層的方向上所述第一有機化合物的濃度及所述第二有機化合物的濃度變化。
27.一種包括根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件的電子設(shè)備。
28.—種包括根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光元件的照明裝置。
【文檔編號】H01L51/50GK103518268SQ201280015574
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】山崎舜平, 瀨尾哲史, 下垣智子, 大澤信晴, 井上英子, 門間裕史, 尾坂晴惠 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所