發(fā)光元件、發(fā)光器件和電子器件的制作方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請?zhí)枮?00980134880.9、申請日為2009年8月6日、發(fā)明名稱為"發(fā)光元 件、發(fā)光器件和電子器件"的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及發(fā)光元件，該發(fā)光元件在一對電極之間包含含有有機化合物的層。此 外，本發(fā)明涉及使用該發(fā)光元件的發(fā)光器件。此外，本發(fā)明涉及使用該發(fā)光器件的電子器 件。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來，已活躍地開發(fā)了使用發(fā)光有機化合物或無機化合物作為發(fā)光材料的發(fā)光 元件。特別是，稱為EL元件的發(fā)光元件具有簡單的結(jié)構(gòu)，其中在電極之間提供含有發(fā)光材料 的發(fā)光層。因此，作為下一代平板顯示元件，由于其特性例如薄的形狀、輕的重量、高的響應(yīng) 速度和低電壓下的直流驅(qū)動，發(fā)光元件已引起注意。此外，使用這種發(fā)光元件的顯示器在對 比度、圖像質(zhì)量和寬視角方面是出色的。此外，由于這些發(fā)光元件是平面光源，考慮將這些 發(fā)光元件用作光源例如液晶顯示器的背光和照明設(shè)備。
[0004] 在使用發(fā)光有機化合物作為發(fā)光材料的情況下，發(fā)光元件的發(fā)光機理是載流子注 入型。即，通過對插在電極之間的發(fā)光層施加電壓，從電極注入的載流子（空穴和電子)復(fù) 合，并使得發(fā)光材料處于激發(fā)態(tài)。當(dāng)激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時發(fā)光。作為激發(fā)態(tài)的類型，單線態(tài)激 發(fā)態(tài)(S，和三線態(tài)激發(fā)態(tài)(T，是可能的。此外，在發(fā)光元件中其統(tǒng)計生成比被視為#:!" = 1:3〇
[0005] 通常，發(fā)光有機化合物的基態(tài)是單線態(tài)激發(fā)態(tài)。因此，從單線態(tài)激發(fā)態(tài)(S，的發(fā)光 被稱為熒光，這是由于相同多重性之間的電子躍迀。另一方面，從三線態(tài)激發(fā)態(tài)(Τ，的發(fā)光 被稱為磷光，這是因為不同多重性之間的電子躍迀。在此，在發(fā)射熒光的化合物（下文中稱 為熒光化合物）中，通常在室溫下觀察不到磷光，而僅僅觀察到熒光。因此，基于S^f=I :3， 認(rèn)為使用熒光化合物的發(fā)光元件中的內(nèi)量子效率(生成的光子與注入的載流子之比）具有 25 %的理論極限。
[0006] 另一方面，當(dāng)使用發(fā)射磷光的化合物（下文中稱為磷光化合物)時，理論上內(nèi)量子 效率可以為75至100%。即，可以獲得高達熒光化合物的3至4倍的發(fā)光效率。由于這些原因， 為了獲得具有高的效率的發(fā)光元件，已提出了使用磷光化合物的發(fā)光元件(例如，參見非專 利文獻1和2)。注意，非專利文獻1使用銥配合物作為磷光化合物，其中配體是2-苯基吡啶 (IHppy) 3)，而非專利文獻2使用銥配合物作為磷光化合物，其中配體是2-(2'_苯并[4,5_ a]噻吩基)吡啶（[btp2lr(acac)])。
[0007] 此外，公開了使用發(fā)光層的發(fā)光元件，該發(fā)光層含有有機低分子空穴傳輸物質(zhì)和 有機低分子電子傳輸物質(zhì)作為磷光摻雜劑的主體材料，以便改善使用磷光化合物的發(fā)光元 件的壽命和效率(參見專利文獻1)。
[0008] 使用高效率發(fā)光元件的優(yōu)勢之一是可以降低使用發(fā)光元件的電子器件的功率消 耗。最近已討論了能量問題，并且功率消耗正在成為影響消費者購買方式的主要因素；因 而，功率消耗是非常重要的要素。
[0009] [引文列表]
[0010] [專利文獻]
[0011] [專利文獻1]PCT國際申請No. 2004-515895的日文翻譯 [0012][非專利文獻]
[0013] [非專利文獻l]Tetsuo TSUTSUI和其他八人，Japanese Journal of Applied Physics V〇1.38，L1502至L1504(1999)
[0014] [非專利文獻2]Chihaya ADACHI和其他五人，Applied Physics Letters，Vol · 78， No.11，pp.1622-1624(2001)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 根據(jù)上述非專利文獻I中的報道，當(dāng)在恒流驅(qū)動下將初始亮度設(shè)為500cd/m2時，亮 度的半減期為約170小時，因此，存在元件的壽命問題。另外，非專利文獻1報道了其中浴銅 靈(縮寫:BCP)用作空穴阻擋層時的壽命問題，因為BCP的穩(wěn)定性不足。
[0016] 然而，如果將BCP從非專利文獻1的元件結(jié)構(gòu)中去除，則不能獲得高效的發(fā)光。這是 因為在非專利文獻1的發(fā)光層的主體材料中使用的4,4'_二(N-咔唑基)聯(lián)苯(縮寫:CBP)具 有強的空穴傳輸性能，如果BCP不用作空穴阻擋層，空穴將穿過電子傳輸層。此外，BCP具有 阻擋發(fā)光層中產(chǎn)生的激發(fā)能(在該情況下為三線態(tài)激發(fā)能）的功能。因而，采用非專利文獻1 的元件結(jié)構(gòu)，雖然由于BCP而能夠獲得高效率，但是由于BCP而不能夠獲得具有長壽命的發(fā) 光元件。
[0017] 另一方面，專利文獻1報道了在元件壽命和效率方面的改進。然而，不能有效地利 用磷光化合物。實際上，專利文獻1的發(fā)光元件使用銥配合物（[btp 2Ir(acaC)])，它也用于 非專利文獻2中，并且效率為約0.9cd/A至2.0cd/A，這仍然低于非專利文獻2中所述的效率。
[0018] 由于以上原因，可以看出非常難以既獲得高的發(fā)光效率又獲得長的壽命。因此，實 際上，已在一定程度上犧牲效率的情況下保證發(fā)光元件的壽命。
[0019] 此外，當(dāng)考慮到實際使用的是應(yīng)用這種發(fā)光元件的電子器件時，其功率消耗會是 重要的要素。因此，作為影響功率消耗的因素，不僅發(fā)光效率而且元件的降低的驅(qū)動電壓都 變得非常重要。
[0020] 因此，本發(fā)明的一個目的是提供具有高的發(fā)光效率、長的壽命和降低的驅(qū)動電壓 的發(fā)光元件。本發(fā)明的另一目的是通過使用該發(fā)光元件制造發(fā)光器件而提供具有低的功率 消耗和長的壽命的發(fā)光器件。此外，本發(fā)明的再一個目的是通過將這樣的發(fā)光器件應(yīng)用于 電子器件而提供具有低的功率消耗和長的壽命的電子器件。
[0021] 為了解決以上問題，本發(fā)明人提供了包括多個發(fā)光層的發(fā)光元件，每個發(fā)光層在 陽極和陰極之間包括主體材料、空穴傳輸材料和發(fā)光材料，其中最接近陽極的發(fā)光層的空 穴傳輸材料的濃度高于最接近陰極的發(fā)光層的空穴傳輸材料的濃度。
[0022] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是包括陽極、陰極以及陽極和陰極之間的多個 發(fā)光層的發(fā)光元件，所述發(fā)光層彼此接觸以形成疊置結(jié)構(gòu)，其中形成多個發(fā)光層，該多個發(fā) 光層中與陽極最接近的是第一發(fā)光層，該多個發(fā)光層中與陰極最接近的是第二發(fā)光層，第 一發(fā)光層包括主體材料、空穴傳輸材料和發(fā)光材料，并且第二發(fā)光層包括主體材料、空穴傳 輸材料和發(fā)光材料，該第二發(fā)光層的空穴傳輸材料具有比第一發(fā)光層的空穴傳輸材料低的 濃度。
[0023]具有這樣的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件具有高的發(fā)光效率、長的壽命和降低的驅(qū)動電壓。 [0024]注意，在具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件中，優(yōu)選的是，多個發(fā)光層中具有最高的空穴傳 輸材料濃度的發(fā)光層具有小于或等于1的空穴傳輸材料與主體材料的質(zhì)量比。這是因為優(yōu) 先進行電子向主體材料的注入。此外，優(yōu)選的是多個發(fā)光層中具有最低的空穴傳輸材料濃 度的發(fā)光層具有大于或等于0.05的空穴傳輸材料與主體材料的質(zhì)量比。這是因為順利地進 行空穴向發(fā)光層的注入。
[0025]也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中在第一發(fā)光 層中空穴傳輸材料與主體材料的質(zhì)量比小于或等于1，且在第二發(fā)光層中空穴傳輸材料與 主體材料的質(zhì)量比大于或等于0.05。
[0026] 此外，在具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件中，多個發(fā)光層完全發(fā)揮其作用，即使當(dāng)多個發(fā) 光層采用兩層結(jié)構(gòu)時。此外，優(yōu)選的是該多個發(fā)光層使用兩層結(jié)構(gòu)，因為該元件結(jié)構(gòu)簡單。
[0027] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是包括陽極、陰極以及陰極和陽極之間的第一 發(fā)光層和第二發(fā)光層的發(fā)光元件，所述第二發(fā)光層與第一發(fā)光層接觸并且比第一發(fā)光層更 接近陰極，其中第一發(fā)光層包括主體材料、空穴傳輸材料和發(fā)光材料，并且第二發(fā)光層包括 主體材料、空穴傳輸材料和發(fā)光材料，該第二發(fā)光層的空穴傳輸材料具有比第一發(fā)光層的 空穴傳輸材料低的濃度。
[0028] 本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中在第一發(fā)光層中空穴傳 輸材料與主體材料的質(zhì)量比小于或等于1，且在第二發(fā)光層中空穴傳輸材料與主體材料的 質(zhì)量比大于或等于0.05。
[0029]優(yōu)選的是發(fā)光元件具有以上結(jié)構(gòu)，因為在發(fā)光材料可以容易地俘獲電子的元件結(jié) 構(gòu)情況下，可以有效地降低驅(qū)動電壓。
[0030] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中發(fā)光材料的 LUMO能級比主體材料的LUMO能級以及空穴傳輸材料的LUMO能級低0.2eV或更多。
[0031] 此外，優(yōu)選的是發(fā)光元件具有以上結(jié)構(gòu)，其中主體材料是具有電子傳輸性能的材 料，因為加入空穴傳輸材料的效果是顯著的。作為具有電子傳輸性能的材料，通?？梢耘e出 雜芳族化合物或金屬配合物。
[0032] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中主體材料是 雜芳族化合物或金屬配合物。
[0033] 此外，具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件特別適合于將磷光化合物用作發(fā)光材料的情況， 其中該磷光化合物具有良好的載流子平衡并且使用該磷光化合物可以容易地由于發(fā)光層 的局域化（localization)而導(dǎo)致發(fā)光效率的降低(容易由于所謂的T-T湮滅而導(dǎo)致效率的 降低）。
[0034]也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中來自發(fā)光材 料的發(fā)光是磷光。
[0035]盡管包含具有吡嗪骨架的配體并且其中心金屬是屬于第9族或第10族的元素的有 機金屬配合物是磷光化合物并且表現(xiàn)出高的發(fā)光效率，該有機金屬配合物具有低的LUMO能 級并且容易俘獲電子;因而，發(fā)光元件的以上結(jié)構(gòu)適合使用。
[0036] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中發(fā)光材料是 有機金屬配合物，該有機金屬配合物包含具有吡嗪骨架的配體并且其中心金屬是屬于第9 族或第10族的元素。
[0037] 此外，在以上有機金屬配合物中，作為具有吡嗪骨架的配體，2-芳基吡嗪衍生物是 優(yōu)選的。
[0038]也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是發(fā)光元件，該發(fā)光元件的具有吡嗪骨架的配 體是2-芳基吡嗪衍生物。
[0039] 此外，在以上有機金屬配合物中，作為2-芳基吡嗪衍生物，2-苯基吡嗪衍生物是優(yōu) 選的。
[0040] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中2-芳基吡嗪 衍生物是2-苯基吡嗪衍生物。
[0041 ]此外，在以上有機金屬配合物中，作為2-苯基吡嗪衍生物，2，5-二苯基吡嗪衍生物 是優(yōu)選的。
[0042] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中2-苯基吡嗪 衍生物是2，5-二苯基吡嗪衍生物。
[0043] 此外，作為中心金屬，銥或鉑是優(yōu)選的。
[0044]也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其中中心金屬是 銥或鉑。
[0045]此外，含具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的發(fā)光器件具有低的功率消耗和長的壽命。
[0046] 也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是發(fā)光器件，該發(fā)光器件含具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā) 光元件和用于控制該發(fā)光元件的裝置。
[0047] 此外，含具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的電子器件具有低的功率消耗和長的壽命。 [0048]也就是說，本發(fā)明的一種實施方案是電子器件，該電子器件含具有以上結(jié)構(gòu)的發(fā) 光器件。
[0049] 作為本發(fā)明一種實施方案的發(fā)光元件具有高的發(fā)光效率、長的壽命和降低的驅(qū)動 電壓。
[0050] 此外，作為本發(fā)明一種實施方案的發(fā)光器件具有低的功率消耗和長的壽命。
[0051] 此外，作為本發(fā)明一種實施方案的電子器件是具有低的功率消耗和長的壽命的發(fā) 光器件。
【附圖說明】
[0052]圖IA和IB是各自說明作為本發(fā)明實施方案的發(fā)光元件的示意圖。
[0053]圖2A和2B是說明作為本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件的示意圖。
[0054]圖3A和3B是說明作為本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件的示意圖。
[0055]圖4A和4B是各自說明作為本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件的示意圖。
[0056]圖5A至f5D是各自說明作為本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件的示意圖。
[0057]圖6是說明在實施方案1至4任意之一中制造的、作為本發(fā)明實施方案的發(fā)光元件 的示意圖。
[0058] 圖7是顯示發(fā)光元件1至3和對比發(fā)光元件1的電流密度-亮度特性的圖。
[0059] 圖8是顯示發(fā)光元件1至3和對比發(fā)光元件1的電壓-亮度特性的圖。
[0060] 圖9是顯示發(fā)光元件1至3和對比發(fā)光元件1的亮度-電流效率特性的圖。
[0061] 圖10是顯示發(fā)光元件1至3和對比發(fā)光元件1的電壓-電流特性的圖。
[0062]圖11是顯示發(fā)光元件1至3和對比發(fā)光元件1的亮度-外量子效率特性的圖。
[0063]圖12是顯示發(fā)光元件1至3和對比發(fā)光元件1的亮度-功率效率特性的圖。
[0064]圖13是顯示對比發(fā)光元件1和對比發(fā)光元件2至4的電流密度-亮度特性的圖。
[0065]圖14是顯示對比發(fā)光元件1至4的電壓-亮度特性的圖。
[0066]圖15是顯示對比發(fā)光元件1至4的亮度-電流效率特性的圖。
[0067]圖16是顯示對比發(fā)光元件1至4的電壓-電流特性的圖。
[0068]圖17是顯示對比發(fā)光元件1至4的亮度-外量子效率特性的圖。
[0069]圖18是顯示對比發(fā)光元件1至4的亮度-功率效率特性的圖。
[0070]圖19是顯示發(fā)光元件4和5以及對比發(fā)光元件5的電流密度-亮度特性的圖。
[0071]圖20是顯示發(fā)光元件4和5以及對比發(fā)光元件5的電壓-亮度特性的圖。
[0072]圖21是顯示發(fā)光元件4和5以及對比發(fā)光元件5的亮度-電流效率特性的圖。
[0073]圖22是顯示發(fā)光元件4和5以及對比發(fā)光元件5的電壓-電流特性的圖。
[0074]圖23是顯示發(fā)光元件4和5以及對比發(fā)光元件5的亮度-外量子效率特性的圖。 [0075]圖24是顯示發(fā)光元件4和5以及對比發(fā)光元件5的亮度-功率效率特性的圖。
[0076]圖25是顯示發(fā)光元件4和5以及對比發(fā)光元件5的亮度衰減曲線的圖。
[0077]圖26是在合成實施例1中合成的有機金屬配合物的1H-NMR圖。
[0078]圖27是顯示二氯甲烷溶液中的有機金屬配合物[Ir(dmm0ppr)2(a CaC)]的紫外-可 見光吸收光譜和發(fā)光光譜的圖。
[0079] 圖28是在合成實施例2中合成的有機金屬配合物的1H-NMR圖。
[0080] 圖29是顯示二氯甲烷溶液中的有機金屬配合物[Ir(dm2npr)2(acaC)]的紫外-可 見光吸收光譜和發(fā)光光譜的圖。
[0081 ]圖30是顯示發(fā)光元件6和對比發(fā)光元件6的電流密度-亮度特性的圖。
[0082]圖31是顯示發(fā)光元件6和對比發(fā)光元件6的電壓-亮度特性的圖。
[0083]圖32是顯示發(fā)光元件6和對比發(fā)光元件6的亮度-電流效率特性的圖。
[0084]圖33是顯示發(fā)光元件6和對比發(fā)光元件6的電壓-電流特性的圖。
[0085]圖34是顯示發(fā)光元件6和對比發(fā)光元件6的亮度-外量子效率特性的圖。
[0086]圖35是顯示發(fā)光元件6和對比發(fā)光元件6的亮度-功率效率特性的圖。
[0087]圖36是顯示發(fā)光元件6和對比發(fā)光元件6的亮度衰減曲線的圖。
[0088]圖37是顯示發(fā)光元件7和8以及對比發(fā)光元件7的電流密度-亮度特性的圖。
[0089]圖38是顯示發(fā)光元件7和8以及對比發(fā)光元件7的電壓-亮度特性的圖。
[0090]圖39是顯示發(fā)光元件7和8以及對比發(fā)光元件7的亮度-電流效率特性的圖。
[0091]圖40是顯示發(fā)光元件7和8以及對比發(fā)光元件7的電壓-電流特性的圖。
[0092]圖41是顯示發(fā)光元件7和8以及對比發(fā)光元件7的亮度-外量子效率特性的圖。 [0093]圖42是顯示發(fā)光元件7和8以及對比發(fā)光元件7的亮度-功率效率特性的圖。
[0094]圖43是顯示發(fā)光元件7和8以及對比發(fā)光元件7的亮度衰減曲線的圖。
【具體實施方式】
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