CN115298723A - 发光元件、显示装置 - Google Patents

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Abstract

发光元件(6B、6G、6R)具备阳极(8)和阴极(20)，在阳极和阴极之间，从阳极侧起依次具备第一空穴输送层(10)、第二空穴输送层(12)、发光层(14)、第一电子输送层(16)和第二电子输送层(18)。在HOMO能级，第二空穴输送层和第二空穴输送层侧的发光层的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下，在LUMO能级，第一电子输送层和第一电子输送层侧的发光层的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下。第二电子输送层是含有电子传输性的有机材料和电子接受材料，且含有多于50％质量的电子接受材料的混合层。

Description

发光元件、显示装置
技术领域
本发明涉及发光元件以及具备该发光元件的显示装置。
背景技术
专利文献1公开了在电极间具备多个有机层的有机发光装置中，通过向各有机层中添加掺杂剂而实现发光层的高效率的发光和发光层的劣化的抑制的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国公开特许公报「国际公开号2012/039213」
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的发光装置(发光元件)中，由于从各电极注入到电极间的各有机层的载流子在该有机层中的滞留、或者发光层中的载流子平衡的偏差，也会产生该发光装置(发光元件)的发光效率的降低以及寿命的缩短。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明的发光元件，其具备阳极和阴极，在所述阳极和所述阴极之间，从所述阳极侧起依次具备第一空穴输送层、第二空穴输送层、发光层、第一电子输送层和第二电子输送层，在HOMO能级中，所述第二空穴输送层与所述第二空穴输送层侧的所述发光层的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下，LUMO能级中，所述第一电子输送层与所述第一电子输送层侧的所述发光层的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下，所述第二电子输送层为含有电子传输性的有机材料和电子接受材料，包含多于50％质量的电子接受材料的混合层。
发明效果
根据上述构成，能够提供将从各电极注入的载流子更高效地输送至发光层，发光效率改善，长寿命化的发光元件以及具备该发光元件的显示装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的显示装置的示意剖视图。
图2是本发明的实施方式1所涉及的显示装置的示意俯视图。
图3是本发明的实施方式1所涉及的显示装置的发光元件中的各层的费米能级或者LUMO能级与HOMO能级的示例的能量图。
图4是本发明的实施方式1所涉及的显示装置的其他发光元件中的各层的费米能级或者LUMO能级与HOMO能级的示例的能量图。
图5是本发明的实施例1以及实施例2各自所涉及的发光元件中的各层的费米能级或者LUMO能级与HOMO能级的例子的能量图。
图6是本发明的实施例3以及实施例4各自所涉及的发光元件中的各层的费米能级或者LUMO能级与HOMO能级的例子的能量图。
图7是本发明的实施例1以及实施例2各自涉及的对发光元件实施的、表示阻抗测定的结果的Cole-Cole曲线的光谱图。
图8是本发明的实施例3以及实施例4各自涉及的对发光元件实施的、表示阻抗测定的结果的Cole-Cole曲线的光谱图。
图9是本发明的实施例1及实施例2的各自涉及的对发光元件实施的、表示阻抗测定的结果的Bode曲线的光谱图。
图10是本发明的实施例3及实施例4的各自涉及的对发光元件实施的、表示阻抗测定的结果的Bode曲线的光谱图。
图11是本发明的实施方式2所涉及的显示装置的示意剖视图。
具体实施方式
[实施方式1]
图2为本实施方式涉及显示装置2的示意俯视图。图1为图2中的A-A线箭头方向的剖视图。
如图2所示，本实施方式涉及的显示装置2具备提取发光的显示区域DA和包围该显示区域DA周围的边框区域NA。在边框区域NA中，形成有端子T，所述端子T被输入用于驱动后面详述的显示装置2的各发光元件的信号。
如图1所示，在俯视时与发光区域DA重叠的位置，本实施方式涉及的显示装置2具备阵列基板4和该阵列基板4上的发光元件层6。特别是显示装置2具备发光元件6的各层层叠在阵列基板4上的结构，该阵列基板4上形成有未图示的TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)。另外，在本说明书中，将从显示装置2的发光元件层6向阵列基板4的方向记载为“下方向”，将从显示装置2的发光元件层6向显示装置2的显示面的方向记载为“上方向”。
发光元件层6在阳极8上，从下层起依次层叠地具备第一空穴输送层10、第二空穴输送层12、发光层14、第一电子输送层16、第二电子输送层18和阴极20。形成在阵列基板4的上层的发光元件层6的阳极8电连接于阵列基板4的TFT。此外，在显示装置2中，设置有密封发光元件层6的未图示的密封层。
在本实施方式中，发光元件层6具备发光元件6R、发光元件6G以及发光元件6B。发光元件6R、发光元件6G、发光元件6B可以是在发光层14具备有机荧光材料或有机磷光材料的有机EL元件，即OLED元件。另外，除此之外，发光元件6R、发光元件6G、发光元件6B也可以是在发光层14中具备半导体纳米粒子材料、即量子点材料的QLED元件。但是，在本实施方式中，发光元件6R、发光元件6G、发光元件6B并不限定于OLED元件或QLED元件，能够采用各种发光元件。显示装置2例如具有多个子像素，在该子像素中分别具备一个上述发光元件6R、发光元件6G以及发光元件6B。
在此，阳极8、第二空穴输送层12以及发光层14分别通过边缘罩22分离。特别是，在本实施方式中，阳极8被边缘罩22分离为发光元件6R用的阳极8R、发光元件6G用的阳极8G以及发光元件6B用的阳极8B。另外，第二空穴输送层12被边缘罩22分离成发光元件6R用的第二空穴输送层12R、发光元件6G用的第二空穴输送层12G、以及发光元件6B用的第二空穴输送层12B。进而，发光层14被边缘罩22分离成发光层14R、发光层14G及发光层14B。
而且，发光层14G从阳极8侧层叠地具备第一发光层14GH和第二发光层14GE。第一发光层14GH是空穴输送性型的发光层，第二发光层14GE是电子输送性型的发光层。换言之，第一发光层14GH包含空穴输送性的主体材料，第二发光层14GE包含电子输送性的主体材料。
因此，在本实施方式中，发光层14G至少包括两种以上主体材料。特别地，在本实施方式中，由于发光层14G在第一发光层14GH和第二发光层14GE上仅具备一种彼此不同的主体材料，因此，发光层14G仅包含两种主体材料。
另外，第一空穴输送层10、第一电子输送层16、第二电子输送层18以及阴极20不被边缘罩22分离，而共用地形成。
如图1所示，边缘罩22也可以形成在覆盖阳极8的侧面和上表面的周围端部附近的位置。
在本实施方式中，发光元件6R由阳极8R、第一空穴输送层10、第二空穴输送层12R、发光层14R、第一电子输送层16、第二电子输送层18和阴极20构成。另外，发光元件6G由阳极8G、第一空穴输送层10、第二空穴输送层12G、发光层14G、第一电子输送层16、第二电子输送层18和阴极20构成。进而，发光元件6B由阳极8B、第一空穴输送层10、第二空穴输送层12B、发光层14B、第一电子输送层16、第二电子输送层18和阴极20构成。
在本实施方式中，发光层14R、发光层14G、发光层14B分别发出红色光、绿色光和蓝色光。即，发光元件6R、发光元件6G、发光元件6B分别是发出红色光、绿色光和蓝色光的发光元件。
此处，蓝光是在400nm以上且500nm以下的波长带中具有发光中心波长的光。此外，绿光是例如在超过500nm且600nm以下的波长带中具有发光中心波长的光。此外，红光是例如在超过600nm且780nm以下的波长带中具有发光中心波长的光。
在本实施方式中，发光层14R和发光层14B在阳极8侧与第二空穴输送层12接触，在阴极20侧与第一电子输送层16接触。即，单层的发光层14R及发光层14B，与第二空穴输送层12和第一电子输送层16这双方接触。
另一方面，第一发光层14GH在阳极8侧与第二空穴输送层12接触，在阴极20侧与第二发光层14GE接触。另外，第二发光层14GE在阳极8侧与第一发光层14GH接触，在阴极20侧与第一电子输送层16接触。
另外，本实施方式的显示装置2并不限定于上述结构，也可以在第二空穴输送层12与发光层14之间、或者发光层14与第一电子输送层16之间的任一个中具备其他层。
阳极8和阴极20包含导电性材料，分别与第一空穴输送层10和第二电子输送层18电连接。在阳极8和阴极20中，靠近显示装置2的显示面的电极为半透明电极。
阳极8例如具有在Ag-Pd-Cu合金上层叠有ITO(Indium Tin Oxide，铟锡氧化物)的结构。具有上述结构额阳极8是反射从发光层14发出的光的反射性电极。因此，从发光层14发出的光中的朝向下方向的光被阳极8反射。
与此相对，阴极20例如由半透明的Mg-Ag合金构成。也就是说，阴极20是透过从发光层14发射的光的透过性电极。因此，从发光层14发出的光中的朝向上方向的光由阴极20透过。如此，显示装置2能够将从发光层14发出的光向上方向射出。
如上所述，在显示装置2中，能够使从发光层14向上方向发出的光和向下方向发出的光这二者朝向阴极20(上方向)。即，显示装置2构成为顶部发光型的显示装置。
另外，在本实施方式中，作为半透明电极的阴极20反射从发光层14发出的光的一部分。而且，在反射电极即阳极8与半透明电极即阴极20之间，形成有从发光层14发出的光的空腔。通过在阳极8和阴极20之间形成空腔，可以改善从发光层14发出的光的色度。
此外，上述的阳极8和阴极20的结构是一个例子，也可以具有其它结构。
发光层14通过产生从阳极8传输的空穴与从阴极20传输的电子的复合，成为发光的层。此外，在发光元件6G中，输送至第一发光层14GH的空穴和输送至第二发光层14GE的电子被输送至第一发光层14GH和第二发光层14GE的界面，在该界面附近复合。
第一空穴输送层10及第二空穴输送层12是将来自阳极8的空穴向发光层14输送的层。另外，第二空穴输送层12具有阻碍从阴极20输送电子的功能。第一电子输送层16及第二电子输送层18是将来自阴极20的电子向发光层14传输的层。另外，第一电子输送层16具有阻碍从阳极8传输空穴的功能。
在本实施方式中，第二电子输送层18是包含电子传输性的有机材料和电子接受材料的混合层。特别是，第二电子输送层18包含多于50质量％的电子接受材料。
第二电子输送层18所包含的电子接受材料具有在第二电子输送层18中，在该电子被输送到第一电子输送层16的期间，暂时捕捉由电子输送性的有机材料输送的电子的功能。因此，通过第二电子输送层18所包含的电子接受材料，更稳定地进行向第一电子输送层16的电子输送，进而向发光层14的电子输送。因此，能够防止发光层14中过量的电子的注入，防止发光层14中的电子过多。
在以真空能级为基准的情况下，第二电子输送层18所包含的电子传输性的有机材料例如具有-6.60eV以上且-6.00eV以下的HOMO能级，具有在-2.95eV以上且-2.45eV以下的LUMO能级。在本实施方式中，第二电子输送层18所包含的电子传输性的有机材料例如具有噁二唑结构或者***结构。具体而言，例如，第二电子输送层18所包含的电子传输性的有机材料为下述式所示的噁二唑衍生物(OXD-7)。
[化1]
Figure BDA0003848235900000081
除此之外，第二电子输送层18所包含的电子传输性的有机材料也可以是下述式子分别示出的、星型OXD、噁二唑衍生物(Bu-PBD)、***衍生物或者巴克溴。
[化2]
Figure BDA0003848235900000091
[化3]
Figure BDA0003848235900000092
[化4]
Figure BDA0003848235900000093
[化5]
Figure BDA0003848235900000094
在以真空能级为基准的情况下，第二电子输送层18所包含的电子接受材料例如具有在-5.890eV以上且-5.70eV以下的HOMO能级，具有在-3.55eV以上且-3.35eV以下的LUMO能级。在本实施方式中，第二电子输送层18所包含的电子接受材料例如为锂络合物或锂化合物。具体而言，例如，第二电子输送层18所包含的电子接受材料是下述式所示的喹啉酚锂络合物(Liq)。
[化6]
Figure BDA0003848235900000101
第二电子输送层18通过含有羟基喹啉锂络合物作为电子接收材料，更稳定地进行第二电子输送层18中向第一电子输送层16的电子的输送。
此外，第二电子输送层18所包含的电子接受材料也可以是下述式所示的三氟甲烷磺酰(Li-TFSi)、乙酰乙酸锂、双(三甲基甲硅烷基)亚胺锂、丁二酰锂、或者1，1，2，2，3，3-六氟丙烷-1，3-二磺酰亚胺锂。
[化7]
Figure BDA0003848235900000102
[化8]
Figure BDA0003848235900000103
[化9]
Figure BDA0003848235900000104
[化10]
Figure BDA0003848235900000111
[化11]
Figure BDA0003848235900000112
第一空穴输送层10、第二空穴输送层12、发光层14、第一电子输送层16以及第二电子输送层18可以通过以往公知的方法形成，例如，可以通过使用蒸镀掩模的蒸镀来形成。特别是，第二电子输送层18也可以通过电子传输性的有机材料和电子接受材料的共蒸镀而形成。
此外，本实施方式的显示装置2也可以在阳极8与第一空穴输送层10之间具备包含空穴注入材料的未图示的空穴注入层。同样地，本实施方式所涉及的显示装置2也可以在阴极20与第二电子输送层18之间具备包含电子注入材料的未图示的电子注入层。
如图1所示，本实施方式的发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R各自的各有机层具有各自的层厚。特别是，如图1所示，第一空穴输送层10、第二空穴输送层12、发光层14、第一电子输送层16以及第二电子输送层18分别具有层厚d10、层厚d12、层厚d14、层厚d16以及层厚d18。
在此，在本说明书中，所谓某一层的层厚，可以是该层的层厚的平均值，或者，也可以是与阵列基板4基本水平地形成的位置上的该层的层厚的平均值。另外，在发光元件6G中，层厚d14为第一发光层14GH和第二发光层14GE的合计层厚。而且，层厚d10、层厚d12及层厚d14，在发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R之间，可以大致相同，也可以相互不同。
在本实施方式的发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，层厚d14比层厚d12及层厚d16两者都厚。换言之，在发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，发光层14的层厚比第二空穴输送层12的层厚厚，且比第一电子输送层16的层厚厚。
根据上述构成，在发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，与发光层14邻接的载流子输送层的层厚变得比发光层14的层厚薄。由此，在发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，与发光层14邻接的载流子输送层中的载流子的输送可更高效地实施，载流子容易向发光层14注入。
另外，在发光元件6B中，层厚d12除以层厚d14的值大于0且在0.25以下，层厚d16除以层厚d12的值大于0且在0.5以下。换言之，在发光元件6B中，第二空穴输送层12B的层厚为发光层14B的层厚的四分之一以下，第一电子输送层16的层厚为第二空穴输送层12B的层厚的一半以下。但是，第二空穴输送层12B的层厚和第一电子输送层16的层厚不为0。
另一方面，在发光元件6G中，层厚d12除以层厚d14的值大于0且在0.75以下，层厚d16除以层厚d12的值大于0且在0.5以下。换言之，在发光元件6G中，第二空穴输送层12G的层厚为发光层14G的层厚的四分之三以下，第一电子输送层16的层厚为第二空穴输送层12G的层厚的一半以下。但是，第二空穴输送层12G的层厚和第一电子输送层16的层厚不为0。
根据上述构成，在发光元件6B及发光元件6G中，与发光层14的层厚相比，第二空穴输送层12的层厚比较薄，第一电子输送层16的层厚更薄。由此，在发光元件6B及发光元件6G中，与发光层14邻接的载流子输送层中的载流子的输送被进一步有效地实施，载流子容易向发光层14注入。
进而，在发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，层厚d16除以层厚d16和层厚d18的合计层厚所得的值大于0且小于0.5。换言之，第一电子输送层16的层厚小于第一电子输送层16和第二电子输送层18的合计层厚的一半。但是，第一电子输送层16的层厚不为0。
一般而言，在将第一电子输送层16和第二电子输送层18的合计层厚设为恒定的情况下，第一电子输送层16的膜厚越薄，对发光层14的电子的注入量越减少。通过上述构成，高效率地降低向发光层14的电子的过剩的注入，改善发光层14的寿命。
接下来，参照图3及图4，对本实施方式的显示装置2的发光元件层6所具备的各发光元件的各层中的能带进行说明。图3是本实施方式涉及的显示装置2的发光元件6B的各层的费米能级或者能带间隙的示例的能带图。图4是本实施方式涉及的显示装置2的发光元件6G的各层的费米能级或者能带间隙的示例的能带图。
此外，在本说明书的能带图中，示出各层的以真空能级为基准的能级。另外，在本说明书的能带图中，示出与所附的部件编号对应的部件的费米能级或能带间隙。对于阳极8和阴极20示出费米能级，对于第一空穴输送层10、第二空穴输送层12、发光层14、第一电子输送层16和第二电子输送层18分别示出从LUMO能级到HOMO能级的带隙。
在此，参照图3及图4，对本实施方式涉及的发光元件层6中的各层间的HOMO能级与LUMO能级差进行说明。在本说明书中，将从第一层的HOMO能级的值减去第二层的HOMO能级的值所得的值作为第一层的HOMO能级与第二层的HOMO能级的能级差。另一方面，在本说明书中，将第二层的LUMO能级的值减去第一层的LUMO能级的值所得的值作为第一层的LUMO能级与第二层的LUMO能级的能级差。
在图3及图4中，H1表示各发光元件中的第一空穴输送层10的HOMO能级与第二空穴输送层12的HOMO能级的能级差。H2表示各发光元件中的第二空穴输送层12的HOMO能级与发光层14的HOMO能级的能级差。H3表示各发光元件中的发光层14的HOMO能级与第一电子输送层16的HOMO能级的能级差。H4表示各发光元件中的第一电子输送层16的HOMO能级与第二电子输送层18的HOMO能级的能级差。
此外，在图3及图4中，E1表示各发光元件中的第二电子输送层18的LUMO能级与第一电子输送层16的LUMO能级的能级差。E2表示各发光元件中的第一电子输送层16的LUMO能级与发光层14的LUMO能级的能级差。E3表示各发光元件中的发光层14的LUMO能级与第二空穴输送层12的LUMO能级的能级差。E4表示各发光元件中的第二空穴输送层12的LUMO能级与第一空穴输送层10的LUMO能级的能级差。
特别地，图4中的能级差H2表示发光元件6G中的第二空穴输送层12G的HOMO能级与第一发光层14GH的HOMO能级的能级差。此外，图4中的能级差E2表示发光元件6G中的第一电子输送层16的LUMO能级与第二发光层14GE的LUMO能级的能级差。
另外，在图4中，H5表示发光元件6G中的第一发光层14GH的HOMO能级与第二发光层14GE的HOMO能级的能级差。E5发光元件6G中的第二发光层14GE的LUMO能级与第一发光层14GH的LUMO能级的能级差。
在本实施方式的发光元件6B和发光元件6G的各个中，能级差H2和能级差E2为0.0eV以上且0.15eV以下。换言之，在发光元件6B中，第二空穴输送层12B和发光层14B的HOMO能级的能级差以及第一电子输送层16和发光层14B的LUMO能级的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下。另外，在发光元件6G中，第二空穴输送层12G和第一发光层14GH的HOMO能级的能级差以及第一电子输送层16和第二发光层14GE的LUMO能级的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下。
根据上述构成，在发光元件6B及发光元件6G的各个中，从第二空穴输送层12向发光层14的空穴的注入势垒以及从第一电子输送层16向发光层14的电子的注入势垒变小。因此，在发光元件6B及发光元件6G的各个中，向发光层14的各载流子的注入效率提高。
另外，发光层14B的HOMO能级的值比第一电子输送层16的HOMO能级的值大0.25eV以上，更优选大0.45eV以上。而且，第二空穴输送层12B的LUMO能级的值比发光层14B的LUMO能级的值大0.25eV以上，更优选大0.45eV以上。
而且，第二发光层14GE的HOMO能级的值比第一电子输送层16的HOMO能级的值大0.25eV以上，更优选大0.45eV以上。进而，第二空穴输送层12G的LUMO能级的值比第一发光层14GH的LUMO能级的值大0.25eV以上，更优选大0.45eV以上。
另外，发光层14B和第二发光层14GE各自的HOMO能级的值比第一电子输送层16的HOMO能级的值和第二电子输送层18的HOMO能级的值中的至少一个大0.45eV以上。而且，第一空穴输送层10的LUMO能级的值和第二空穴输送层12B以及第二空穴输送层12G的LUMO能级的值中的至少一个比发光层14B和第一发光层14GH的各自的LUMO能级的值大0.45eV以上。
而且，第一发光层14GH的HOMO能级的值比第二发光层14GE的HOMO能级的值大0.25eV以上。进而，第一发光层14GH的LUMO能级的值比第二发光层14GE的LUMO能级的值大0.25eV以上。
通过这些构成，在发光元件6B及发光元件6G的各个中，注入发光层14的空穴向第一电子输送层16侧的流出以及注入发光层14的电子向第二空穴输送层12侧的流出更有效地降低。由此，发光元件6B及发光元件6G各自的发光层14中的电子浓度及空穴浓度提高，载流子的复合的效率提高。进而，在发光元件6B及发光元件6G的各个中，由于注入发光层14的载流子的流出所伴随的对各有机层的损伤降低，因此达成发光元件6B及发光元件6G的各自的寿命的改善。
在发光元件6B中，空穴与电子的复合在发光层14B中产生。因此，具有与发光层14B的LUMO能级的值和发光层14B的HOMO能级的值之差相当的能量的光从发光层14B产生。优选发光层14B的LUMO能级的值与发光层14B的HOMO能级的值之差大于2.7eV且为3.1eV以下。
在发光元件6G中，空穴与电子的复合在第一发光层14GH与第二发光层14GE的界面产生。因此，具有与第二发光层14GE的LUMO能级的值和第一发光层14GH的HOMO能级的值之差相当的能量的光从发光层14G产生。优选第二发光层14GE的LUMO能级的值与第一发光层14GH的HOMO能级的值之差大于2.4eV且为2.7eV以下。
另外，本实施方式涉及的发光元件6R除了来自发光层14R的光为红色光之外，具备与发光元件6B相同的结构。例如，发光元件6R的各层的LUMO能级的值与HOMO能级的值的关系以及层厚的关系，与发光元件6B的各层的LUMO能级的值与HOMO能级的值的关系以及层厚的关系相同。
如上所述，在本实施方式的发光元件6B、发光元件6G以及发光元件6R的各个中，能级差H2与能级差E2在0.0eV以上0.15eV以下。通过上述构成，在发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，向发光层14的各载流子的注入效率提高。
而且，在本实施方式的发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，第二电子输送层18是包含电子传输性的有机材料和电子接受材料的混合层，包含多于50％质量的电子接受材料。
根据上述构成，在发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的各个中，更加稳定地进行向第一电子输送层16的电子传输。因此，发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R能够防止发光层14中过量的电子的注入，防止发光层14中的电子过多。
通过消除发光层14中的电子过多，发光层14中的空穴与电子的复合更有效地发生。因此，改善发光元件6B、发光元件6G及发光元件6R的发光效率。
另外，通过消除发光层14中的电子过多，在发光层14中，难以产生包括俄歇过程等失活过程的、无助于发光的电荷的复合。另外，由于防止电子从发光层14向第二空穴输送层12侧的各层流出，因此，在比发光层14更靠第二空穴输送层12侧的各层中，也不易产生无助于发光的电荷的复合。由此，防止对发光层14以及比发光层14更靠第二空穴输送层12侧的各层的损伤，改善发光元件6B、发光元件6G以及发光元件6R的寿命。
因此，本实施方式涉及的发光元件6B、发光元件6G以及发光元件6R能够提高各载流子向发光层14的输送效率，并且能够消除发光层14中的电子过多。因此，本实施方式的发光元件6B、发光元件6G以及发光元件6R更有效地改善发光效率和寿命。
制作具有与本实施方式的显示装置2的各发光元件相同的结构的、以下的实施例1至4的各实施例涉及的发光元件，并测定物性。
[实施例1]
本实施例涉及的发光元件具有与本实施例涉及的显示装置2的发光元件6B相同的结构。
在本实施例涉及的发光元件的制造中，首先形成ITO，作为阳极8。
接着，在该阳极8上，作为空穴输送材料通过利用该空穴输送材料的低温CVD法的成膜，形成含有芳香族胺类化合物的第一空穴输送层10(HOMO:-5.50eV、LUMO:-2.42eV)。
接着，在第一空穴输送层10的上层，作为电子阻挡材料通过利用该电子阻挡材料的低温CVD法的成膜，形成含有咔唑系化合物的第二空穴输送层12B(HOMO:-5.60eV，LUMO:-2.52eV)。
接着，在第二空穴输送层12B的上层形成发光层14B。发光层14B通过作为主体材料的蒽-金刚烷系化合物(HOMO:-5.74eV，LUMO:-2.88eV)和作为荧光发光性的掺杂剂的蒽-萘系化合物(HOMO:-5.85eV，LUMO:-2.90eV)的共同蒸镀而形成。
接着，在发光层14B的上层，作为空穴阻挡材料通过该空穴阻挡材料的蒸镀形成含有***系化合物的第一电子输送层16(HOMO:-6.00eV、LUMO:-2.95eV)。
接着，在第一电子输送层16的上层形成第二电子输送层18。第二电子输送层18通过以4∶6的质量比共同蒸镀电子输送性的有机材料和电子接受材料而形成。作为第二电子输送层18的电子输送性的有机材料，使用噁二唑衍生物(OXD-7)(HOMO:-6.34eV，LUMO:-2.92eV)。另外，第二电子输送层18的电子接受材料使用了喹啉酚锂络合物(Liq)(HOMO:-5.78eV、LUMO:-3.46eV)。
在本实施例中，进一步在第二电子输送层18的上层蒸镀氟化锂，作为电子注入层。
接着，在电子注入层的上层蒸镀Mg-Ag的合金，形成阴极20。
在本实施例中，进而，在阴极20的上层，通过蒸镀形成由含有芳香族胺基的化合物构成的覆盖层，接着，利用含有无机-有机复合材料的密封材料进行发光元件的密封。
在本实施例中，得到了在CIE的色度坐标下发出(x，y)＝(0.141，0.045)的光的发光元件。在本实施例中，发光层14B的LUMO能级的值与发光层14B的HOMO能级的值之差为2.95eV。
另外，在实施例1中，层厚d10、层厚d12、层厚d14、层厚d16和层厚d18分别为110nm、5nm、20nm、5nm和25nm。
[实施例2]
本实施例涉及的发光元件除了层厚d12的值以外，与实施例1的发光元件具有相同的结构，通过相同的方法制造。本实施例的发光元件的层厚d12为10nm。在本实施例中，得到了在CIE的色度坐标下发出(x，y)＝(0.140，0.047)的光的发光元件。
[实施例3]
本实施例涉及的发光元件具有与本实施方式的显示装置2的发光元件6G相同的结构。
在本实施例涉及的发光元件的制造中，首先形成ITO，作为阳极8。
接着，在该阳极8上，作为空穴输送材料通过利用该空穴输送材料的低温CVD法的成膜，形成含有芳香族胺类化合物的第一空穴输送层10(HOMO:-5.50eV、LUMO:-2.42eV)。
接着，在第一空穴输送层10的上层，作为电子阻挡材料通过该电子阻挡材料的低温CVD法的成膜，形成含有咔唑系化合物的第二空穴输送层12G(HOMO:-5.60eV，LUMO:-2.47eV)。
接着，在第二空穴输送层12G的上层依次形成第一发光层14GH和第二发光层14GE，由此形成发光层14G。发光层14G具有空穴传输性材料即红荧烯系化合物(HOMO:-5.60eV、LUMO:-2.34eV)、电子传输性材料即Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)(HOMO:-5.96eV、LUMO:-2.84eV)、通过与磷光发光掺杂剂铱配合物(HOMO:-5.60eV，LUMO:-2.90eV)3种材料共同蒸镀形成。
接着，在发光层14G的上层，作为空穴阻挡材料通过该空穴阻挡材料的蒸镀形成含有***系化合物的第一电子输送层16(HOMO:-6.02eV、LUMO:-2.94eV)。
接着，在第一电子输送层16的上层形成第二电子输送层18。第二电子输送层18通过以4∶6的质量比共同蒸镀电子输送性的有机材料和电子接受材料而形成。第二电子输送层18的电子传输性的有机材料使用了噁二唑衍生物(OXD-7)(HOMO:-6.34eV、LUMO:-2.92eV)。另外，第二电子输送层18电子接受材料使用了喹啉酚锂络合物(Liq)(HOMO:-5.78eV、LUMO:-3.46eV)。
在本实施例中，进一步在第二电子输送层18的上层蒸镀氟化锂，作为电子注入层。
电子注入层的上层的阴极20和覆盖层的形成和利用密封材料的发光元件的密封通过与前实施例相同的方法来执行。
在本实施例中，得到了在CIE的色度坐标下发出(x，y)＝(0.221，0.720)的光的发光元件。在本实施例中，第二发光层14GE的LUMO能级的值与第一发光层14GH的HOMO能级的值之差为2.70eV。
另外，在实施例1中，层厚d10、层厚d12、层厚d14、层厚d16和层厚d18分别为110nm、25nm、40nm、5nm和25nm。
[实施例4]
本实施例涉及的发光元件除了层厚d12的值以外，与实施例3的发光元件具有相同的结构，通过相同的方法制造。本实施例的发光元件的层厚d12为35nm。在本实施例中，得到了在CIE的色度坐标下发出(x，y)＝(0.220，0.720)的光的发光元件。
接着，测量上述各实施例的发光元件的物性，比较该物性。
首先，测量各发光元件的各层的HOMO能级和LUMO能级的值，测量各层间的HOMO能级差和LUMO能级差。具体而言，使用光电子产率分光(PYS)装置(AC-3、理研机社制)，确定各发光元件的各层的HOMO能级的值。进而，通过紫外线光谱测定来测定各发光元件的各层的带隙，由此确定LUMO能级的值。
基于上述测定的结果，图5和图6表示各实施例涉及的发光元件的各层的能量图。图5表示实施例1和实施例2各自涉及的发光元件的各层的能量图。另外，图6表示实施例3和实施例4各自涉及的发光元件的各层的能量图。
图5及图6中的“H1”
Figure BDA0003848235900000231
“H5”及“E1”
Figure BDA0003848235900000232
“E5”的数值分别表示能级差
Figure BDA0003848235900000233
及能级差
Figure BDA0003848235900000234
的能量的值。此外，在图5及图6中，第二电子输送层18的带隙表示第二电子输送层18所包含的电子传输性的有机材料的带隙。换言之，能级差H4表示第一电子输送层16的HOMO能级与第二电子输送层18的电子输送性的有机材料的HOMO能级差。同样地，能级差E1表示第一电子输送层16的LUMO能级与第二电子输送层18的电子输送性的有机材料的LUMO能级差。
此外，在各实施例中，“E1”一栏的数值为负号表示第二电子输送层18的LUMO能级的值比第一电子输送层16的LUMO能级的值小。另外，在实施例3及实施例4中，“E3”一栏的数值为负号表示第二空穴输送层12G的LUMO能级的值比第一发光层14GH的LUMO能级的值小。
接着，在摄氏25度的环境温度下，对各发光元件的电极间施加电流密度为10mA/cm2的电流产生的电压，进行外部量子效率以及寿命的测定。
下表1记载了测定的各实施例以及各比较例所涉及的发光元件的物性。
[表1]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
d10(nm) 110 110 110 110
d12(nm) 5 10 25 35
d14(nm) 20 20 40 40
d16(nm) 5 5 5 5
d18(nm) 25 25 25 25
电压(V) 4.2 4.7 4.2 4.4
EQE(％) 12.7 12 32.5 29
寿命(h) 2900 2100 3300 1700
在表1中，“实施例1”
Figure BDA0003848235900000241
“实施例4”一栏表示各实施例或比较例的发光元件的物性。
在表1中，“d10”、“d12”、“d14”、“d16”及“d18”的栏分别表示层厚d10、层厚d12、层厚d14、层厚d16及层厚d18的值，以nm为单位。
在表1中，“电压”的栏以V为单位示出在各发光元件的电极间产生电流密度为10mA/cm2的电流所需的电压的大小。“EQE”一栏表示上述电压的施加下的各发光元件的外部量子效率的百分率。“寿命”一栏以时间(h)为单位表示在上述电压的施加下各发光元件的亮度达到初始亮度的90％为止的期间。
与实施例2涉及的发光元件相比，实施例1涉及的发光元件的第二空穴输送层的层厚薄。因此，实施例1涉及的发光元件，空穴更容易被注入发光层14，发光层14中的电子过多消除。因此，如表1所示，与实施例2涉及的发光元件相比，实施例1涉及的发光元件的外部量子效率以及寿命得到改善。
同样地，与实施例4涉及的发光元件相比，实施例3涉及的发光元件的第二空穴输送层的层厚薄。因此，实施例3涉及的发光元件，空穴更容易被注入发光层14，发光层14中的电子过多消除。因此，如表1所示，与实施例4涉及的发光元件相比，实施例3涉及的发光元件的外部量子效率以及寿命得到改善。
接着，测定各实施方式的发光元件的空穴的阻抗光谱并进行比较。图7至图10中示出各实施方式涉及的发光元件的空穴的阻抗光谱。
在图7及图9中，以实线表示实施例1中的测定结果，以虚线表示实施例2中的测定结果。在图8及图10中，以实线表示实施例3中的测定结果，以虚线表示实施例4中的测定结果。
各实施例所涉及的发光元件的空穴的阻抗光谱的测定通过在对该发光元件施加恒定的直流电压上叠加了恒定振幅的交流电压的电压，同时对空穴的阻抗进行测定来实施。在各实施例涉及的发光元件的阻抗光谱的测定中，均使施加于该发光元件的电压的直流电压分量从0V逐渐上升至5V来进行测定。在图7至图10中，按施加于发光元件的每个直流电压值，将其测定结果向纵轴的上方向错开表示。
图7及图8中示出各实施例所涉及的发光元件的基于Cole-Cole曲线的阻抗光谱。在图7及图8中，横轴表示各实施例所涉及的发光元件的朝向阳极8的方向上的距发光层14的距离。因此，图7及图8中的各个光谱的左端表示从阳极注入的空穴从发光层14注入至何种距离。在此，图7以及图9中的、各个光谱的左端到达横轴的0nm时，示出空穴注入发光层14，与电子复合。
如图7所示，与实施例2涉及的发光元件的阻抗光谱相比，实施例1涉及的发光元件的阻抗光谱在更低的直流电压值下左端到达横轴的0nm。这表示在实施例1涉及的发光元件中，与实施例2涉及的发光元件相比，在更低的施加电压下，空穴被高效地输送，发生空穴与电子的复合。这被认为是由于实施例1涉及的发光元件的第二空穴输送层12的层厚d12与实施例2涉及的发光元件的第二空穴输送层12的层厚d12相比更薄，空穴容易注入发光层。因此，与实施例2的发光元件相比，实施例1的发光元件更有效地消除发光层14中的空穴的不足，外部量子效率和寿命得以改善。
同样地，如图8所示，与实施例4涉及的发光元件的阻抗光谱相比，实施例3涉及的发光元件的阻抗光谱在更低的直流电压值下左端到达横轴的0nm。这被认为是由于在实施例1涉及的发光元件与实施例2涉及的发光元件的比较中说明的理由和相同的理由而产生的。因此，与实施例4的发光元件相比，实施例3的发光元件更有效地消除发光层14中的空穴的不足，外部量子效率和寿命得以改善。
图9及图10中示出各实施例所涉及的发光元件的基于Bode曲线的阻抗光谱。基于Bode图的阻抗光谱的测定是通过使向各实施例的发光元件施加的电压的交流电压成分的频率从1Hz变化至106Hz的同时测定载流子的阻抗而实施的。
在图9和图10中，各个光谱的峰值表示各载流子的缓和频率，换言之，在所施加的电压的交流电压成分的频率上共振的频率。载流子共振的交流电压的频率与该载流子的输送速度成比例。因此，在图9和图10中，各个光谱的峰值的横轴方向的位置表示为越高频率，对应于该光谱的峰值的载流子的输送速度越快。
另外，在图9和图10中，各个阻抗光谱的峰值特别是在低直流电压值的阻抗光谱中具有两个峰值。在该情况下，低频的峰值表示电子的阻抗的峰值，高频的峰值表示空穴的阻抗的峰值。因此，两个峰值重叠为一个的情况表示电子的输送速度和空穴的输送速度大致一致。
如图9所示，与实施例2涉及的发光元件的阻抗光谱相比较，实施例1的发光元件涉及的阻抗光谱关于交流电压的频率，在更高的频率下具有空穴的阻抗的峰值。这表示在实施例1涉及的发光元件中，与实施例2涉及的发光元件相比，在更低的直流电压值下，空穴以更高速被输送至发光层14。这被认为是由于实施例1涉及的发光元件的第二空穴输送层12的层厚d12与实施例2涉及的发光元件的第二空穴输送层12的层厚d12相比更薄，空穴的输送性变得更高。因此，与实施例2涉及的发光元件相比，实施例1涉及的发光元件更有效地消除发光层14中的空穴的不足，外部量子效率和寿命得以改善。
同样地，如图10所示，实施例3涉及的发光元件的阻抗光谱与实施例4涉及的发光元件的阻抗光谱相比，交流电压的频率在更高的频率下具有空穴的阻抗的峰值。
这被认为是由于在实施例1涉及的发光元件与实施例2涉及的发光元件的比较中说明的理由和相同的理由而产生的。因此，与实施例4的发光元件相比，实施例3的发光元件更有效地消除发光层14中的空穴的不足，外部量子效率和寿命得以改善。
[实施方式2]
图11为本实施方式涉及的显示装置2的、与图1的对应位置的剖视图。如图11所示，本实施方式所涉及的显示装置2与前实施方式所涉及的显示装置2相比，在发光层14R从阳极8侧包含第一发光层14RH和第二发光层14RE这点上，构成不同。除了上述点之外，本实施方式涉及的显示装置2具备与前实施方式涉及的显示装置2的相同的构成。
在本实施方式中，第一发光层14RH是空穴输送性类型的红色发光层，第二发光层14RE是电子输送性类型的红色发光层。本实施方式涉及的发光元件6R除了来自第一发光层14RH及第二发光层RE的光为红色光之外，也可以具备与发光元件6G相同的构成。例如，发光元件6R的各层的LUMO能级的值与HOMO能级的值的关系以及层厚的关系，与发光元件6G的各层的LUMO能级的值与HOMO能级的值的关系以及层厚的关系相同。
本实施方式中，由与前实施方式相同的理由，发光元件6B、发光元件6G以及发光元件6R更有效地改善发光效率和寿命。
通过显示装置2具备上述各实施方式的发光元件6R、发光元件6G以及发光元件6B，能够得到具有更高的发光效率、寿命得到改善的显示装置2。
本发明不限于上述各实施方式，能在权利要求所示的范围中进行各种变更，将不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。而且，能够通过组合各实施方式分别公开的技术方法来形成新的技术特征。
2 显示装置
6 发光元件层
6R、6G、6B 发光元件
8 阳极
10 第一空穴输送层
12 第二空穴输送层
14 发光层
14GH、14RH 第一发光层
14GE、14RE 第二发光层
16 第一电子输送层
18 第二电子输送层
20 阴极

Claims (18)

1.一种发光元件，其具备阳极和阴极，在所述阳极和所述阴极之间，从所述阳极侧起依次具备第一空穴输送层、第二空穴输送层、发光层、第一电子输送层和第二电子输送层，其特征在于，
在HOMO能级中，所述第二空穴输送层与所述第二空穴输送层侧的所述发光层的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下，
在LUMO能级中，所述第一电子输送层与所述第一电子输送层侧的所述发光层的能级差为0.0eV以上且0.15eV以下，
所述第二电子输送层为含有电子传输性的有机材料和电子接受材料，且包含多于50％质量的电子接受材料的混合层。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述发光层的层厚比所述第二空穴输送层的层厚更厚，且比所述第一电子输送层的层厚更厚。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，所述电子接受材料是喹啉酚锂络合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述第一电子输送层侧的所述发光层的HOMO能级的值比所述第一电子输送层的HOMO能级的值大0.25eV以上，
所述第二空穴输送层的LUMO能级的值比所述第二空穴输送层侧的所述发光层的LUMO能级的值大0.25eV以上。
5.根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于，所述第一电子输送层侧的所述发光层的HOMO能级的值比所述第一电子输送层的HOMO能级的值大0.45eV以上，
所述第二空穴输送层的LUMO能级的值比所述第二空穴输送层侧的所述发光层的LUMO能级的值大0.45eV以上。
6.根据权利要求4或5所述的发光元件，其特征在于，所述第一电子输送层侧的所述发光层的HOMO能级的值比所述第一电子输送层的HOMO能级和所述第二电子输送层的HOMO能级中的至少一个的值大0.45eV以上，
所述第一空穴输送层的LUMO能级和所述第二空穴输送层的LUMO能级的至少一个的值，比所述第二空穴输送层侧的所述发光层的LUMO能级的值大0.45eV以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层为单层，所述第二空穴输送层侧的所述发光层和所述第一电子输送层侧的所述发光层为相同。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其特征在于，所述第二空穴输送层的层厚除以所述发光层的层厚所得的值是大于0且0.25以下，
所述第一电子输送层的层厚除以所述第二空穴输送层的层厚所得的值是大于0且0.5以下，
所述第一电子输送层的层厚除以所述第一电子输送层的层厚和所述第二电子输送层的层厚的合计所得的值是大于0且小于0.5。
9.根据权利要求7或8所述的发光元件，其特征在于，所述发光层发出蓝色光。
10.根据权利要求7或8所述的发光元件，其特征在于，所述发光层发出红色光。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层具有所述第二空穴输送层侧的空穴输送性类型的第一发光层以及所述第一电子输送层侧的电子输送性类型的第二发光层。
12.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，所述第二空穴输送层的层厚除以所述第一发光层的层厚和所述第二发光层的层厚的合计所得的值是大于0且0.75以下，
所述第一电子输送层的层厚除以所述第二空穴输送层的层厚所得的值是大于0且0.5以下，
所述第一电子输送层的层厚除以所述第一电子输送层的层厚和所述第二电子输送层的层厚的合计所得的值是大于0且小于0.5。
13.根据权利要求11或12所述的发光元件，其特征在于，所述发光层含有两种以上的主体材料。
14.根据权利要求13所述的发光元件，其特征在于，所述发光层只含有两种主体材料。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述第一发光层的HOMO能级的值比所述第二发光层的HOMO能级的值大0.25eV以上，
所述第一发光层的LUMO能级的值比所述第二发光层的LUMO能级的值大0.25eV以上。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层发出绿色光。
17.根据权利要求11至15中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层发出红色光。
18.一种显示装置，其特征在于，包括至少一个根据权利要求1至17中任一项所述的发光元件。
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