專利名稱：有機電致發(fā)光元件和包括該元件的顯示裝置或發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機電致發(fā)光元件和包括該元件的顯示裝置或發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著信息機器的多樣化，與一般使用的CRT(陰極射線管)相比，對耗電比較少的平面顯示元件的需求日益高漲。作為這樣的平面顯示元件，具有高效、薄型、重量輕、視角依存性低等特征的有機電致發(fā)光元件(下面簡稱為有機EL元件)引人注目。
現(xiàn)在一般的有機EL元件都具有疊層結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)是在作為陽極的空穴注入電極和作為陰極的電子注入電極之間，依次形成用來輸送從陽極注入的空穴的空穴輸送層，使由空穴輸送層輸送的空穴與電子再結(jié)合進行發(fā)光的發(fā)光層，和從陰極向發(fā)光層輸送電子的電子輸送層(參照比如專利文獻1)。
專利文獻1日本特開2004-179142號公報在具有如上所述結(jié)構(gòu)的有機EL元件中，由于通過發(fā)光層中的電子和空穴再結(jié)合而產(chǎn)生規(guī)定波長的光，為了得到足夠的發(fā)光亮度，希望從陰極給予發(fā)光層的電子和從陽極給予發(fā)光層的空穴要足夠多。
但是，當(dāng)給予發(fā)光層的電子過多時，由于在發(fā)光層中產(chǎn)生不再結(jié)合的剩余電子，當(dāng)這樣的剩余電子到達空穴輸送層中時，會有該電子對構(gòu)成空穴輸送層的有機材料產(chǎn)生惡劣影響的危險。
例如，在有機EL元件中，一般使用三芳基胺衍生物等的胺衍生物作為從陽極注入的空穴進行輸送的空穴輸送層材料，但在使用胺衍生物的情況下，由于電子作用于胺的氮原子上破壞分子結(jié)構(gòu)，會造成空穴輸送能力的劣化，造成有機EL元件的壽命降低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于延長有機EL元件和包括該元件的顯示裝置或發(fā)光裝置的壽命。
在陽極和陰極之間具有含有有機材料的發(fā)光層的有機電致發(fā)光元件，其特征在于，在陽極和上述發(fā)光層之間設(shè)置有空穴輸送層，在空穴輸送層和發(fā)光層之間設(shè)置有中間層，中間層具有低于空穴輸送層和發(fā)光層的各最低空分子軌道的能量級的最低空分子軌道的能量級。
上述的有機電致發(fā)光元件中，沒有特別限制，依次設(shè)置有陽極、促進空穴輸送的空穴輸送層、中間層、發(fā)光層和陰極。由此，在驅(qū)動有機電致發(fā)光元件時，從陰極向發(fā)光層注入電子，從陽極向發(fā)光層注入空穴。結(jié)果通過電子和空穴在發(fā)光層中再結(jié)合使發(fā)光層發(fā)光。
在此情況下，中間層的最低空分子軌道(LUMOLowestUnoccupied Molecular Orbital)，其具有低于空穴輸送層和發(fā)光層的LUMO的能級。由此，在中間層內(nèi)，將通過發(fā)光層的剩余電子捕獲在中間層內(nèi)。結(jié)果能夠減少向空穴輸送層移動的電子，抑制空穴輸送層的劣化，延長有機電致發(fā)光元件的壽命。
其中，發(fā)光層的最高被占有分子軌道(HOMOHighest OccupiedMolecular Orbital)的能量級和上述中間層的LUMO能量級的差值在1.5eV之內(nèi)。
在此情況下，由于中間層的LUMO能量級和與該中間層相鄰的發(fā)光層的HOMO能量級之差很小，中間層從發(fā)光層吸引電子，在該發(fā)光層中產(chǎn)生空穴。此空穴與發(fā)光層內(nèi)的電子再結(jié)合，使發(fā)光層發(fā)光。從而在提高發(fā)光效率的同時，由于促進了空穴和電子在發(fā)光層中再結(jié)合，可以減少剩余電子自身，還有助于抑制空穴輸送層的劣化。
此外，在陽極和空穴輸送層之間，設(shè)有空穴注入層，空穴注入層將來自陽極的空穴注入空穴輸送層，空穴輸送層的HOMO能量級與上述空穴注入層的LUMO能量級之差在大約1.5eV以內(nèi)。
由于空穴注入層的LUMO能量級與空穴輸送層的HOMO能量級之差比較小，空穴注入層從空穴輸送層中吸引電子，使該空穴輸送層中產(chǎn)生空穴。在本發(fā)明的有機電致發(fā)光元件中的電場使該空穴向發(fā)光層移動，與發(fā)光層內(nèi)的電子再結(jié)合，使發(fā)光層發(fā)光。因此，可提高發(fā)光效率，由于剩余電子自身減少有助于抑制空穴輸送層的劣化。
再者，中間層和空穴注入層優(yōu)選由同樣的材料構(gòu)成。
在此情況下，作為中間層和空穴注入層，沒有必要準備各自的材料，所以就減少了材料的種類，此外，中間層和空穴注入層可以分別兼用各自的成膜裝置。因此，有助于降低制造成本。
其特征在于，包含陽極、含有胺衍生物的空穴輸送層、發(fā)光層、電子輸送層、和設(shè)置在空穴輸送層和發(fā)光層之間的中間層，該中間層至少含有具有如通式(1)所示分子結(jié)構(gòu)的吡嗪衍生物。
Pyradine衍生物Ar芳基R-H，-CnH2n+1(n＝1～10)-OCnH2n+1(n＝1～10)，-N(CnH2n+1)2(n＝1～10)，-X(X＝F，Cl，Br，I)，-CN，此外，上述吡嗪衍生物至少含有具有通式(2)表示的分子結(jié)構(gòu)材料。
具有用通式(2)表示分子結(jié)構(gòu)的材料，由于其LUMO的能量級比較低，在將其作為中間層使用的情況下，能夠?qū)⒅虚g層的LUMO設(shè)定在低于空穴輸送層和發(fā)光層的LUMO的能級上。由此，在中間層內(nèi)，通過發(fā)光層的電子被捕捉?？蓽p少從發(fā)光層通過中間層移動到空穴輸送層的電子。其結(jié)果，減少了由這樣的電子使含有胺衍生物的空穴輸送層劣化，延長了有機電致發(fā)光元件的壽命。
其特征在于，包括陽極、含有胺衍生物的空穴輸送層、發(fā)光層、電子輸送層、和空穴輸送層和發(fā)光層之間的中間層，該中間層至少含有具有通式(3)所示的分子結(jié)構(gòu)的材料。
由于具有用通式(3)表示分子結(jié)構(gòu)的吡嗪衍生物，其LUMO的能量級較低，所以在使用其作為中間層的情況下，能夠?qū)⒅虚g層的LUMO設(shè)定在低于空穴輸送層和發(fā)光層LUMO的能級上。由此，可在中間層內(nèi)捕獲通過發(fā)光層的電子。由此就能夠減少從發(fā)光層通過中間層向空穴輸送層移動的電子。結(jié)果就減少了由這樣的電子造成的含有胺衍生物的空穴輸送層的劣化，延長了有機電致發(fā)光元件的壽命。
此外，使用一個以上上述有機電致發(fā)光元件，可以構(gòu)成顯示裝置。此時，發(fā)光層的HOMO能量級與中間層的LUMO能量級的差在大約1.5eV以內(nèi)。
此外，使用一個以上上述有機電致發(fā)光元件，可以構(gòu)成發(fā)光裝置。此時，發(fā)光層的HOMO能量級與中間層的LUMO能量級的差在大約1.5eV以內(nèi)。


圖1是示意性地表示本發(fā)明一個實施方式的有機EL元件的截面圖。
圖2是用來說明在中間層10的LUMO能級低于空穴輸送層4和橙色發(fā)光層5主材的LUMO能級的情況下，電子和空穴移動情況的圖。
圖3是示意性地表示本發(fā)明另一個實施方式的有機EL元件的截面圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的有機電致發(fā)光元件(下面稱為有機EL元件)和包括其的顯示裝置或發(fā)光裝置。
圖1是表示構(gòu)成包括實施方式的有機EL元件的顯示裝置一個像素的有機EL元件的截面圖。
如圖1所示，在由玻璃或塑料等構(gòu)成的透明基板1上，形成由例如二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的層和由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的層的疊層膜11。
在一部分疊層膜11上形成TFT(薄膜晶體管)20。TFT20由通道區(qū)域12、漏電極13d、源電極13s、柵氧化膜14和柵電極15構(gòu)成。
例如，在一部分疊層膜11上，形成由多晶硅等形成的通道區(qū)域12。在通道區(qū)域12上形成漏電極13d和源電極13s。在通道區(qū)域12上形成柵氧化膜14。在柵氧化膜14上形成柵電極15。
TFT20的漏電極13d與后述的陽極2連接，TFT20的源電極13s與電源線(未圖示)連接。
在柵氧化膜14上以覆蓋柵電極15的方式形成第一層間絕緣膜16。在第一層間絕緣膜16上以覆蓋漏電極13d和源電極13s的方式形成第二層間絕緣膜17。柵電極15與電極(未圖示)連接。
柵氧化膜14例如具有由氮化硅形成的層和二氧化硅形成的疊層結(jié)構(gòu)。此外，第一層間絕緣膜16具有由例如二氧化硅形成的層和由氮化硅形成的層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，第二層間絕緣膜17由例如氮化硅構(gòu)成。
在第二層間絕緣膜17上，分別形成紅色濾色層CFR、綠色濾色層CFG和藍色濾色層CFB。紅色濾色層CFR，能夠透過紅色波長區(qū)域的光，綠色濾色層CFG能夠通過綠色的波長區(qū)域的光，藍色濾色層CFB能夠透過藍色的波長區(qū)域的光。其中，在圖1中，顯示出藍色濾色層CFB。該藍色濾色層CFB，優(yōu)選透過70％以上，更優(yōu)選透過80％以上400nm～530nm的波長區(qū)域的光。
在第二層間絕緣膜17上，形成由例如丙烯酸樹脂形成的第一平坦化層18，使之覆蓋紅色濾色層CFR、綠色濾色層CFG和藍色濾色層CFB。
在第一平坦化層18上形成有機EL元件100。該有機EL元件100，依次包括作為陽極的陽極2、空穴注入層3、空穴輸送層4、橙色發(fā)光層5、藍色發(fā)光層6、電子輸送層7和作為陰極的陰極8。在空穴輸送層4和橙色發(fā)光層5之間，設(shè)有中間層10。在第一平坦化層18上，在各個像素上形成陽極2，在像素之間的區(qū)域內(nèi)以覆蓋陽極2周邊部的方式形成絕緣性的第二平坦化層19。其中，陽極2，使用由例如氧化銦錫(ITO)等透明金屬氧化膜和通過等離子體CVD法(等離子體化學(xué)氣相沉積法)形成的CFx(氟化碳)構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。
此空穴注入層3，由例如在下述通式(2)中表示的六氮雜苯并菲六腈(下面簡稱為HAT-CN6Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)等有機材料構(gòu)成。此外，也可以使用例如在下面通式(3)中所示的2，3-二苯基-1，4，6，11-四氮雜丁省(下面簡稱為DTN2，3-Diphenyl-1，4，6，11-Tetraaze-Naphtacene)等的有機材料。
HAT-CN6的LUMO能級(下面LUMO能級用絕對值表示)是4.4eV，HOMO能級(下面HOMO能級用絕對值表示)是7.0eV。此外，DTN的LUMO能級是3.9eV，而其HOMO能級是6.5eV。由于LUMO能級和HOMO能級都用絕對值表示，所以LUMO、HOMO的能量值小就表示能量級高。
在空穴注入層3上，依次形成空穴輸送層4、中間層10、橙色發(fā)光層5、藍色發(fā)光層6和電子輸送層7。再者，在該電子輸送層7上，形成例如由鋁等形成的作為陰極的陰極8。
空穴輸送層4，例如使用在如下通式(4)中表示的N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基聯(lián)苯胺(下面簡稱為NPBN，N’-Di(1-naphthyl)-N，N’-diphenyl-benzidine)等胺衍生物。以該NPB為代表的胺衍生物，當(dāng)接受電子時，其分子結(jié)構(gòu)變得非常不穩(wěn)定，導(dǎo)致空穴輸送能力變差。
NPB的LUMO能級是2.6eV，HOMO能級是5.4eV。其中，LUMO能量值越小，其能量級越高。
在本實施方式中，在空穴輸送層4上，可以使用上述以NPB為代表的用如下通式(5)表示的胺衍生物。
在通式(5)中，Ar1～Ar3表示芳香族取代基，彼此可以相同，也可以不同。
此外，在本實施方式中，空穴輸送層4，可由例如在下面通式(6)中表示的4，4’，4”-三(3-甲基苯基苯基氨基)三苯基胺(下面簡稱為MTDATA4，4’，4”-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine)等有機材料構(gòu)成。
MTDATA的LUMO能級是2.5eV，HOMO能級是5.0eV。
中間層10的材料，LUMO能級優(yōu)選低于在空穴輸送層4中使用的含有胺衍生物材料的LUMO能級，此外還優(yōu)選低于在發(fā)光層(橙色發(fā)光層5)中使用的材料的LUMO能級。
在本實施方式中，中間層10是例如具有如下通式(1)所示分子結(jié)構(gòu)的吡嗪衍生物，優(yōu)選使用與上述空穴注入層相同的HAT-CN6或DTN。
Pyradine衍生物Ar芳基R-H，-CnH2n+1(n＝1～10)-OCnH2n+1(n＝1～10)，-N(CnH2n+1)2(n＝1～10)，-X(X＝F，Cl，Br，I)，-CN，HAT-CN6的LUMO能級是4.4eV，HOMO能級是7.0eV。此外，DTN的LUMO能級是3.9eV，HOMO能級是6.5eV。
橙色發(fā)光層5，是以例如NPB作為主材，以如下通式(7)中所示的5，12-二(4-叔丁基苯基丁省)(下面簡稱為tBuDPN5，12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene)作為第一摻雜物，以如下通式(8)中所示的5，12-二(4-(6-甲基苯并噻唑-2-基)苯基)-6，11-二苯基丁省(下面簡稱為DBzR5，12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6，11-diphenylnaphtacene)作為第二摻雜物形成。
此外，作為橙色發(fā)光層5，也可以以如上所述的MTDATA作為主材，第一和第二摻雜物與上述相同。
在此情況下，第二摻雜物的作用是發(fā)光，第一摻雜物的作用是在橙色發(fā)光層5中輸送電子。由于主材NPB具有空穴的輸送性，電子輸送性小，為了彌補這一點，加入了第一摻雜物。由此，使橙色發(fā)光層5中的空穴和電子載流子達到平衡，促進了再結(jié)合。橙色發(fā)光層5，從第二摻雜物中發(fā)出其峰值波長大于500nm，而小于650nm的橙色光。
tBuDPN的LUMO能級是3.1eV，HOMO能級是5.4eV。DBzR的LUMO能級是3.1eV，HOMO能級是5.2eV。
藍色發(fā)光層6，是以例如如下通式(9)中所示的2，6-二(叔丁基)-9，10-二(2-萘基)蒽(下面簡稱為TBADN2，6-di(t-butyl)-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)作為主材，以NPB作為第一摻雜物，以如下通式(10)中所示的1，4，7，10-四叔丁基二萘嵌苯(下面簡稱為TBP1，4，7，10-tetra-tert-butylperylene)作為第二摻雜物形成。在此情況下，第二摻雜物起著發(fā)光的作用，而第一摻雜物起著通過促進載流子輸送來輔助第二摻雜物發(fā)光的作用。由此，藍色發(fā)光層6發(fā)出其峰值波長大于400nm，小于500nm的藍色光。
作為電子輸送層7，可使用菲咯啉衍生物。例如可以使用如下通式(11)中所示的2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(下面簡稱為BCP2，9-Dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline)。在此情況下，由于BCP具有較高的電子遷移率，能夠更有效地將電子注入藍色發(fā)光層6和橙色發(fā)光層5中。由此降低了驅(qū)動電壓，減小了有機EL元件100的電力消耗。
作為電子輸送層7，也可以使用如在下面通式(12)中所示的三(8-羥基喹啉鋁)(下面簡稱為Alq3tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)或噁二唑衍生物、硅雜環(huán)戊二烯(シロ一ル)衍生物等其它有機材料。
在上述有機EL元件100中，通過在陽極2和陰極8之間施加電壓，從陽極2注入空穴，從陰極8注入電子?？昭ㄍㄟ^空穴輸送層4和中間層10，被輸送到橙色發(fā)光層5和藍色發(fā)光層6中，電子通過電子輸送層7，被輸送到藍色發(fā)光層6和橙色發(fā)光層5中，在橙色發(fā)光層5和藍色發(fā)光層6中空穴和電子再結(jié)合，使橙色發(fā)光層5和藍色發(fā)光層6發(fā)光，結(jié)果得到白色光。
如上所述，在基板1上形成疊層膜11、TFT20、第一層間絕緣膜16、第二層間絕緣膜17、紅色濾色層CFR、綠色濾色層CFG和藍色濾色層CFB、第一平坦化層18、第二平坦化層19和有機EL元件100，由此，完成底部發(fā)射結(jié)構(gòu)的有機EL裝置。
由有機EL元件100產(chǎn)生的光，通過紅色濾色層CFR、綠色濾色層CFG和藍色濾色層CFB以及透明的基板1，被取到外部。
下面說明在有機EL元件100驅(qū)動時，中間層10、空穴注入層3對移動的電子和空穴的作用。
圖2是用來說明在中間層10的LUMO能級低于空穴輸送層4和橙色發(fā)光層5主材的LUMO能級的情況下，電子和空穴移動情況的圖。其中，圖2表示空穴輸送層4和橙色發(fā)光層5的主材是由相同的材料構(gòu)成，空穴注入層3和中間層10是由相同的材料構(gòu)成的情況，但也不一定必須是相同的材料。
如上所述，在中間層10和空穴注入層3使用HAT-CN6的情況下，HAT-CN6的HOMO能級是7.0eV，LUMO能級是4.4eV。
此外，在空穴輸送層4和橙色發(fā)光層5的主材使用NPB的情況下，NPB的LUMO能級是2.6eV，HOMO能級是5.4eV。
此外，CFx的LUMO能級在2.0eV以下，HOMO能級在5.8eV以上。
在此情況下，如圖2所示，由于中間層10的LUMO能級在橙色發(fā)光層5主材的LUMO能級以下，電子從橙色發(fā)光層5的主材向中間層10移動，由于空穴輸送層4的LUMO能級在中間層10的LUMO能級以上，可以抑制從橙色發(fā)光層5的主材向中間層10移動的電子向空穴輸送層4的移動，被捕獲在中間層10中。
此外，通過空穴輸送層4的空穴，被認為是通過如下的途徑。首先，作為第一途徑(圖2中的路徑A)，向中間層10移動，再向橙色發(fā)光層5移動，在橙色發(fā)光層5中與電子再結(jié)合。此外，由于中間層10是薄膜，作為第二途徑(圖2中的路徑B)，由于隧道效應(yīng)使空穴直接從空穴輸送層4向橙色發(fā)光層5移動，在橙色發(fā)光層5內(nèi)與電子再結(jié)合。再者，作為第三途徑，空穴向中間層10移動，與被捕獲在中間層10內(nèi)的電子再結(jié)合而消失。其中，來自橙色發(fā)光層5主材的電子，即使不與中間層10內(nèi)的空穴再結(jié)合，也會通過在中間層10中移動而失活。
從而，減少了進入空穴輸送層4中的電子。結(jié)果減弱了空穴輸送層4的劣化，延長了有機EL元件的壽命。
如此，根據(jù)本實施方式的有機EL元件100，通過在空穴輸送層4和橙色發(fā)光層5之間形成如上所述的中間層10，可以延長有機EL元件100的壽命。
此外，作為中間層10使用的HAT-CN6的LUMO能級與作為橙色發(fā)光層5主材使用的NPB的HOMO之差比較小，只有1.0eV，認為中間層10就會從相鄰的橙色發(fā)光層5中吸引電子，使橙色發(fā)光層5內(nèi)產(chǎn)生空穴。從而增大橙色發(fā)光層5中的空穴數(shù)，增加與電子再結(jié)合的概率。
因此，相對橙色發(fā)光層5，來自電子注入層7的電子注入量與從空穴注入層3和中間層10注入的空穴量達到很好的平衡，提高了有機EL元件100的發(fā)光效率。
另一方面，由于作為空穴注入層3使用的HAT-CN6的LUMO能級與作為空穴輸送層4使用的NPB的HOMO能級之差很小，只有1.0eV，認為空穴注入層3會從空穴輸送層4中吸引電子，使空穴輸送層4內(nèi)產(chǎn)生空穴(圖2中的C)。認為該空穴通過有機EL元件中的電場而向橙色發(fā)光層5內(nèi)移動，與橙色發(fā)光層5中的電子再結(jié)合而發(fā)光。
因此，對于橙色發(fā)光層5，來自電子輸送層7的電子注入量與從空穴注入層3和中間層10注入的空穴量達到很好的平衡，進一步提高了有機EL元件100的發(fā)光效率。
即，在本實施方式的有機EL元件100中，在發(fā)光層內(nèi)電子和空穴以更好的效率再結(jié)合，在提高了發(fā)光效率的同時，還防止了由于沒有再結(jié)合的電子造成的空穴輸送層4的劣化，從而能夠提高壽命。
在上面的敘述中，形成了用來構(gòu)成作為發(fā)光層的白色光源的橙色發(fā)光層5和藍色發(fā)光層6，但并不限于此，發(fā)光層可以是一種，也可以還含有產(chǎn)生其它波長光的發(fā)光層。
其中，在上面的敘述中，說明了包括實施方式的有機EL元件的顯示裝置的一個像素，而這樣的一個像素的尺寸是可以擴大的，能夠作為包括這樣的像素的發(fā)光裝置來使用。
包括本實施方式的有機EL元件的顯示裝置可具有如下的結(jié)構(gòu)。
圖3是表示包括另一個實施方式的有機EL元件的顯示裝置其中一個像素的有機EL元件的截面圖。圖3的顯示裝置在以下幾點上與圖1的顯示裝置的結(jié)構(gòu)不同。
在圖3的顯示裝置中，與圖2的顯示裝置同樣，在基板1上形成疊層膜11、TFT20、第一層間絕緣膜16、第二層間絕緣膜17、藍色濾色層CFB、第一平坦化層18、第二平坦化層19和有機EL元件100。其中，在圖3中以藍色濾色層CFB為例。
然后，在有機EL元件100上，通過透明的粘合劑層23，粘合依次疊層外涂層22、藍色濾色層CFB和透明的封閉基板21形成的疊層體。由此完成了頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)的顯示裝置。
利用有機EL元件100產(chǎn)生的光，通過紅色濾色層CFR、綠色濾色層CFG、藍色濾色層CFB和透明的封閉基板21，取出到外部。
在圖3的顯示裝置中，基板1可以由不透明的材料形成。此外，有機EL元件100的陽極2，由例如膜厚大約50nm的氧化銦錫(ITO)和膜厚大約100nm的鋁、鉻或銀層疊形成。在此情況下，陽極2將由有機EL元件100產(chǎn)生的光反射到封閉基板21側(cè)。
陰極8由透明材料構(gòu)成。陰極8由例如膜厚大約100nm的氧化銦錫(ITO)和膜厚大約20nm的銀疊層形成。
外涂層22由例如厚度約1μm的丙烯酸類樹脂形成。紅色濾色層CFR、綠色濾色層CFG和藍色濾色層CFB各具有大約1μm的厚度。
作為封閉基板21，可以使用例如由玻璃、二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的層或由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的層。
在圖3的顯示裝置中，通過頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)，TFT20上的區(qū)域也可以作為像素區(qū)域使用。即，在圖3的顯示裝置中，可以使用比圖2的藍色濾色層CFB更大的藍色濾色層CFB。由此可以使用更寬的區(qū)域作為像素區(qū)域，因此，提高了顯示裝置的發(fā)光效率。
下面制造實施例和比較例的有機EL元件，并測定所制造的有機EL元件的發(fā)光特性。
(實施例1)在實施例1中，具有圖1結(jié)構(gòu)的有機EL元件按下述方法制作。
在由玻璃構(gòu)成的基板1上，形成氧化銦錫(ITO)層，再通過等離子體CVD法在該ITO層上形成CFx(氟化碳)層，制成ITO層和氟化碳層的雙層結(jié)構(gòu)的陽極2。在此情況下，在等離子體CVD中，等離子體放電時間為15秒。
再通過真空蒸鍍，在陽極2上依次形成空穴注入層3、空穴輸送層4、中間層10、橙色發(fā)光層5、藍色發(fā)光層6和電子輸送層7。
空穴注入層3由膜厚10nm的HAT-CN6構(gòu)成?？昭ㄝ斔蛯?由膜厚100nm的NPB構(gòu)成。中間層10和空穴注入層3相同，由膜厚10nm的HAT-CN6構(gòu)成。
橙色發(fā)光層5，具有30nm的膜厚，通過在由NPB構(gòu)成的主材中，添加10體積％的由tBuDPN構(gòu)成的第一摻雜物和3體積％的由DBzR構(gòu)成的第二摻雜物形成。
藍色發(fā)光層6，具有40nm的膜厚，通過在主材中添加20體積％的由NPB構(gòu)成的第一摻雜物和2.5體積％的由TBP構(gòu)成的第二摻雜物形成。
電子輸送層7，通過將具有電子輸送性的材料制成膜厚10nm的膜形成。陰極8是通過疊層1nm的氟化鋰(LiF)膜和200nm的鋁膜而形成的雙層結(jié)構(gòu)。
(實施例2)在實施例2中，除了作為空穴輸送層4的NPB的膜厚是150nm以外，都與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例3)在實施例3中，除了作為空穴輸送層4的NPB的膜厚為80nm以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例4)在實施例4中，除了作為中間層10的HAT-CN6的膜厚為5nm以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例5)在實施例5中，除了作為空穴注入層3的HAT-CN6的膜厚為5nm以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例6)在實施例6中，除了作為中間層10的HAT-CN6的膜厚為5nm以外，與實施例5同樣，制造有機EL元件。
(實施例7)在實施例7中，除了使用膜厚3nm的BCP代替膜厚10nm的Alq作為電子輸送層7外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例8)在實施例8中，除了以膜厚30nm的HAT-CN6作為空穴注入層3，以膜厚30nm的HAT-CN6作為中間層10以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例9)在實施例9中，除了以膜厚50nm的HAT-CN6作為空穴注入層3，以膜厚50nm的HAT-CN6作為中間層10以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例10)在實施例10中，除了使用MTDATA代替NPB作為空穴輸送層4，使用MTDATA代替NPB作為橙色發(fā)光層5的主材以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例11)在實施例11中，除了不設(shè)置空穴注入層3以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(比較例1)在比較例1中，除了不設(shè)中間層10以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(比較例2)在比較例2中，除了不設(shè)空穴注入層3和中間層10以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例12)在實施例12中，除了使用DTN代替HAT-CN6作為空穴注入層3，使用與空穴注入層3相同的材料DTN代替HAT-CN6作為中間層10以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例13)在實施例13中，除了使用DTN代替HAT-CN6作為中間層10以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例14)在實施例14中，除了使用DTN代替HAT-CN6作為空穴注入層3以外，與實施例1同樣，制造有機EL元件。
(實施例15)在實施例15中，除了不設(shè)橙色發(fā)光層5以外，與實施例1同樣制造有機EL元件。在該元件的情況下，只有藍色發(fā)光層6發(fā)光，成為藍色發(fā)光元件。
如上所述的實施例1至15和比較例1至2的有機EL元件，其空穴注入層3、空穴輸送層4、中間層10、橙色發(fā)光層5、藍色發(fā)光層6和電子輸送層7的結(jié)構(gòu)如表1所示。在各個材料名稱后面的括弧中的數(shù)值是各種材料的膜厚(單位nm)。
表1

然后，在上述各實施例和比較例中使用的材料的HOMO能級和LUMO能級顯示在表2中。該表中的HOMO能級和LUMO能級可以通過在下面說明的循環(huán)伏安法(CV測量法Cyclic Voltammetry)測量。
首先，對NPB，使用離子化電位測量裝置(理研計器社生產(chǎn)的AC-2)測量標準材料NPB的薄膜的離子化電位。在測定該離子化電位時測量出的NPB的離子化電位是5.4eV。
接著，通過CV測定來測量NPB的氧化還原電位。NPB的氧化電位是+0.5V，還原電位是-2.3V。從而計算出NPB的HOMO能級是5.4eV，LUMO能級是2.6eV(5.4-(0.5+2.3)＝2.6)。此外，在其他材料的測定中，例如在Alq的情況下，氧化電位是+0.8V，還原電位是-2.0V。從而，在以NPB為基準的情況下，Alq的HOMO能級是5.7eV(5.4+(0.8-0.5)＝5.7)，LUMO能級是2.9eV(5.7-(0.8+2.0)＝2.9)。
對于其它材料也同樣計算出HOMO能級和LUMO能級。
其中，由CV測定法測定氧化電位和還原電位按照如下方法進行。
氧化電位以二氯甲烷為溶劑，使支持電解物叔丁基高氯酸銨的濃度為10-1mol/L，在其中加入測定材料配制成試樣，使?jié)舛葹?0-3mol/L，在大氣的測量環(huán)境中，在室溫下測定。
還原電位以四氫呋喃為溶劑，使支持電解物叔丁基高氯酸銨的濃度為10-1mol/L，在其中加入測定材料配制成試樣，使?jié)舛葹?0-3mol/L，在氮氣的測量環(huán)境中，在室溫下測定的。
DTN、HAT-CN6、NPB和MTDATA，用上述方法測量HOMO能級和LUMO能級的結(jié)果顯示在表2中。
表2

(評價)對如上所述制造的實施例1至15和比較例1和2的有機EL元件，在20mA/cm2的驅(qū)動電壓下測量發(fā)光效率和壽命的結(jié)果顯示在表3中。其中，壽命是從開始測量時的亮度10000cd/m2到降低到一半所需的時間，驅(qū)動電壓是在有機EL元件在20mA/cm2下測定的驅(qū)動電壓。
表3

下面對照比較例說明實施例的作用效果。
將實施例1和比較例1進行比較時可以看出，與沒有設(shè)置中間層10的比較例1相比，設(shè)有HAT-CN6作為中間層的實施例1的壽命更長。即，直至亮度降低一半所需的時間延長大約910/480＝190％。
在實施例1中，作為空穴輸送層4使用的NPB的LUMO能級是2.6eV，作為中間層使用的HAT-CN6的LUMO能級是4.4eV，而作為與中間層10相接觸的橙色發(fā)光層5的主材使用的NPB的LUMO能級是2.6eV，中間層10的LUMO能級要低于空穴輸送層4和發(fā)光層5各自的LUMO能級。
由于通過設(shè)置由具有如此LUMO能級的材料構(gòu)成的中間層10，使得從橙色發(fā)光層5流入的電子被中間層10捕獲，在該中間層10中與從空穴輸送層4移動來的空穴再結(jié)合，所以能夠防止電子向空穴輸送層4中移動。據(jù)推測從而會抑制由于電子造成的空穴輸送層4的劣化，延長有機EL元件的壽命。
再者，實施例1的有機EL元件，由于在設(shè)置由具有如此LUMO能級的材料構(gòu)成的中間層10的同時，還設(shè)有空穴注入層3，所以在與沒有空穴注入層3的實施例11相比較時，可以看出提高了有機EL元件的發(fā)光效率并延長了壽命。
此外，作為中間層10使用的HAT-CN6的LUMO能級是4.4eV，作為與該中間層10相接觸的橙色發(fā)光層5使用的NPB的HOMO能級是5.4eV，兩者的能量級之差為1.0eV，由于此值小于1.5eV，即中間層10的LUMO能級和橙色發(fā)光層的HOMO能級比較相近，所以將電子吸引到中間層10中，使電子和空穴相分離，在發(fā)光層6中產(chǎn)生空穴，用來與發(fā)光層中的電子再結(jié)合，有助于提高發(fā)光效率。此時被吸引在中間層10中的電子，與如上所述經(jīng)由發(fā)光層的電子一樣，被封閉在空穴輸送層4和橙色發(fā)光層5的位壘中，結(jié)果與中間層10中的空穴再結(jié)合。由于這樣的再結(jié)合產(chǎn)生的激發(fā)子沒有發(fā)射而失活。
由此，實施例1的有機EL元件，其中間層10的存在，不僅有能夠捕獲電子的第一作用，而且產(chǎn)生向橙色發(fā)光層5提供空穴，促進與電子再結(jié)合的第二作用，這兩個作用的協(xié)同動作，就能夠抑制由空穴輸送層4的電子造成的劣化。即通過第二作用，減少了通過橙色發(fā)光層5的電子量，同時還通過第一作用捕獲了通過橙色發(fā)光層5的電子，使之不能移動到空穴輸送層，所以就抑制了由于空穴輸送層4的電子造成的劣化，延長了有機EL元件的壽命。當(dāng)然通過第二作用也有望提高發(fā)光效率。
而在實施例1的情況下，在空穴輸送層4中使用的NPB的HOMO能級是5.4eV，在空穴注入層3中使用的HAT-CN6的LUMO能級是4.4eV，兩者的能量級差為1.0eV。由于此值小于1.5eV，即空穴注入層3的LUMO能級和空穴輸送層4的HOMO能級很接近，電子被吸引到空穴注入層3中，使電子和空穴分離，所以在空穴輸送層4中產(chǎn)生空穴，該空穴與從陽極3注入的空穴相接合，被供給橙色發(fā)光層5，用來與橙色發(fā)光層5中的電子再結(jié)合。與不包括如上所述空穴注入層3的實施例11的發(fā)光效率相比，證實具有上述空穴輸送層的實施例1的發(fā)光效率提高。
下面再說明實施例1、實施例4至實施例6、實施例8、實施例9的中間層10和空穴注入層3的膜厚。
實施例1、實施例6、實施例8和實施例9，使用的是與空穴輸送層4相同厚度的HAT-CN6，在各個實施例中的空穴注入層3和中間層10的膜厚則不同。可以看出，HAT-CN6的膜厚，依次為50nm、5nm、30nm、10nm的有機EL元件的壽命逐漸延長，以10nm的壽命最長。
實施例4、實施例5的空穴注入層3、中間層10的膜厚都與實施例6不同，其中間層10、空穴注入層3的膜厚與實施例1不同?？梢钥闯鰧嵤├?、實施例5的有機EL元件壽命都比實施例6長，但比實施例1短。由這些結(jié)果可以看出，使用HAT-CN6作為空穴注入層3和中間層10的膜厚，都優(yōu)選10nm。
然后，當(dāng)比較實施例12和比較例2時，實施例12的有機EL元件壽命長，可以看出，通過使用DTN作為空穴注入層3和中間層10，能夠提高有機EL元件的壽命。
然后，當(dāng)比較實施例13和比較例1時，可以看出，與不設(shè)中間層10的情況相比，設(shè)置由DTN構(gòu)成的中間層10，使得有機EL元件的壽命更長。由此結(jié)果可以看出，即使在空穴注入層3和中間層10由不同材料構(gòu)成的情況下，也會延長有機EL元件的壽命。
同樣，當(dāng)比較實施例11和實施例14時可以看出，與不設(shè)空穴注入層3的情況相比，設(shè)置由DTN構(gòu)成的空穴注入層3的有機EL元件壽命更長，由此結(jié)果也可以看出，即使在空穴注入層3和中間層10是由不同吡嗪衍生物構(gòu)成的材料形成的情況下，也可以延長有機EL元件的壽命。
再者，當(dāng)對實施例1、實施例12至實施例14進行比較時，可以看出使用HAT-CN6作為空穴注入層3和中間層10的有機EL元件比使用DTN的壽命更長。作為空穴輸送層4和與中間層10相接觸的橙色發(fā)光層5主材使用的NPB的HOMO能級是5.4eV，作為空穴注入層3或中間層10使用的DTN、HAT-CN6的LUMO能級分別是3.9eV和4.4eV。因此，NPB的HOMO能級與HAT-CN6、DTN的LUMO能級之差分別為1.0eV和1.5eV，由于HAT-CN6的LUMO能級比DTN更接近NPB的HOMO能級，所以上述第二作用更大，可以認為使用HAT-CN6的有機EL元件比使用DTN的壽命更長。
當(dāng)比較實施例1至實施例3時，可以看出作為空穴輸送層4使用的NPB的膜厚為80nm、100nm和150nm中，使用100nm的有機EL元件的壽命最長。由此結(jié)果可以看出，作為空穴輸送層4使用的NPB的膜厚優(yōu)選為100nm。
當(dāng)比較實施例10和比較例2時，可以看出即使在使用同樣是胺衍生物的MTDATA代替NPB作為空穴輸送層4的情況下，設(shè)置有HAT-CN6構(gòu)成的空穴注入層3和中間層10，有機EL元件的壽命也會更長。
當(dāng)比較實施例1和實施例10時可以看出，使用NPB作為空穴輸送層4的有機EL元件的壽命更長。由此結(jié)果可以看出，作為空穴輸送層4的材料，更優(yōu)選NPB。
如此，根據(jù)本發(fā)明的有機電致發(fā)光元件和包括其的顯示裝置或發(fā)光裝置，能夠減少侵入空穴輸送層的電子，因此，可以抑制空穴輸送層的劣化，延長有機電致發(fā)光元件的壽命。
本發(fā)明的有機電致發(fā)光元件和包括其的顯示裝置或發(fā)光裝置，并不限于上述實施例，也可以是更換本實施例的構(gòu)成要素的技術(shù)或含有追加、變更的技術(shù)，含有全部的等效物。例如，上述的有機電致發(fā)光元件結(jié)構(gòu)、空穴注入層3、空穴輸送層4和中間層10的材料和膜厚等，不受說明書記載的限制。
權(quán)利要求
1.一種有機電致發(fā)光元件，包括在陽極和陰極之間含有有機材料的發(fā)光層，其特征在于，具有在所述陽極和所述發(fā)光層之間設(shè)置的空穴輸送層，在該空穴輸送層和所述發(fā)光層之間設(shè)置的中間層，該中間層具有低于所述空穴輸送層和所述發(fā)光層的各最低空分子軌道的能量級的最低空分子軌道的能量級。
2.如權(quán)利要求1所述的有機電致發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光層的最高被占有分子軌道的能量級與所述中間層的最低空分子軌道的能量級之差在大約1.5eV以內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的有機電致發(fā)光元件，其特征在于，在所述陽極和空穴輸送層之間還設(shè)有空穴注入層該空穴注入層將來自所述陽極的空穴注入空穴輸送層，所述空穴輸送層的最高被占有分子軌道的能量級與所述空穴注入層的最低空分子軌道的能量級之差在大約1.5eV以內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的有機電致發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層和所述空穴注入層由相同的材料構(gòu)成。
5.一種有機電致發(fā)光元件，其特征在于，含有陽極、含胺衍生物的空穴輸送層、發(fā)光層、電子輸送層、和設(shè)置在所述空穴輸送層和所述發(fā)光層之間的中間層，該中間層至少含有具有通式(1)表示的分子結(jié)構(gòu)的毗嗪衍生物。 Pyradine衍生物Ar芳基R-H，-CnH2n+1(n＝1～10)-OCnH2n+1(n＝1～10)，-N(CnH2n+1)2(n＝1～10)，-X(X＝F，Cl，Br，I)，-CN，
6.如權(quán)利要求5所述的有機電致發(fā)光元件，其特征在于，所述吡嗪衍生物至少含有具有通式(2)表示的分子結(jié)構(gòu)的材料。
7.一種有機電致發(fā)光元件，其特征在于，含有陽極、含有胺衍生物的空穴輸送層、發(fā)光層、電子輸送層、和設(shè)置在所述空穴輸送層和所述發(fā)光層之間的中間層，該中間層至少含有具有通式(3)表示的分子結(jié)構(gòu)的材料。
8.一種顯示裝置，使用一個以上權(quán)利要求1、5或7中任一項所述的有機電致發(fā)光元件。
9.如權(quán)利要求8所述的顯示裝置，其特征在于，所述發(fā)光層的最高被占有分子軌道的能量級與所述中間層的最低空分子軌道的能量級之差大約在1.5eV以內(nèi)。
10.一種發(fā)光裝置，使用一個以上權(quán)利要求1、5或7中任一項所述的有機電致發(fā)光元件。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光層的最高被占有分子軌道的能量級與所述中間層的最低空分子軌道的能量級之差在大約1.5eV以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種長壽命的有機電致發(fā)光元件。為了達成本目的，在包括陽極和陰極之間含有有機材料的發(fā)光層的有機電致發(fā)光元件中，在所述陽極和所述發(fā)光層之間，設(shè)置有為了將從所述陽極注入的空穴向著所述發(fā)光層輸送的空穴輸送層。同時，在該空穴輸送層和所述發(fā)光層之間，設(shè)置有具有低于該空穴輸送層和所述發(fā)光層的各最低空分子軌道的能量級的最低空分子軌道的能量級的中間層。
文檔編號H05B33/14GK1893748SQ20061009427
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者浜田祐次, 橋本治壽, 井寄將博, 西村和樹, 奧本健二, 中井正也 申請人:三洋電機株式會社