TWI465546B - 發光元件、發光裝置、及電子裝置 - Google Patents

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Description

發光元件、發光裝置、及電子裝置
本發明有關一種使用燐光化合物之發光元件。此外，本發明有關一種使用該發光元件之發光裝置。再者，本發明有關一種使用該發光裝置之電子裝置。
近年來，使用發光性有機化合物或發光性無機化合物作為發光物質之發光元件已蓬勃發展。尤其，稱為EL元件之發光元件具有其中含有發光物質之發光層配置於電極之間的簡單結構，且因為其諸如型薄、質輕、響應速度高且於低電壓下直流電驅動之特徵，而具有作為新一代平板式顯示元件的吸引力。此外，具有該種發光元件之顯示器具有對比及影像品質優異之特色，且具有寬幅視角。再者，該種發光元件為平面光源，因此預期應用於液晶顯示裝置之背光源或照明裝置。
使用發光性有機化合物作為發光物質時，發光元件之放射機制係為載流子注入型。換言之，發光層係夾置於電極之間，施加電壓，藉以使自電極注入之載流子(電洞及電子)重組，以使發光物質處於激態。在自激態返回基態時，放射光線。此外，至於激態，可為單重激態(S* )及三重激態(T* )。再者，認為發光元件中S* 對T* 之比例為統計上之1：3。
通常，發光性有機化合物之基態為單重激態。因此，因為電子在相同多重態躍遷，故來自單重激態(S* )之發光稱為螢光。另一方面，因為電子在不同多重態之間躍遷，故來自三重激態(T* )之發光稱為燐光。此情況下，於室溫下，通常僅自發射螢光之化合物(以下稱為螢光化合物)觀察到螢光，而無燐光。是故，認為使用螢光化合物之發光元件中內部量子效率(生成之光子對注入之載流子的比例)基於S* ：T* =1：3具有25%之理論極限。
另一方面，當使用發射燐光之化合物(以下稱為燐光化合物)時，理論上可達到75%至100%之內部量子效率。即，發射效率可為螢光化合物之三至四倍高。是故，為了達成具有高效率之發光元件，已建議一種使用燐光化合物之發光元件(參見例如非專利文件1及非專利文件2)。請注意非專利文件1採用其中配位體係為2-苯基吡啶之銥錯合物(Ir(ppy)3 )作為燐光化合物，且非專利文件2採用其中配位體係為2-(2'-苯并[4,5-a]噻吩基)吡啶之銥錯合物([btp2 Ir(acac)])作為燐光化合物。
此外，揭示一種使用發光層之發光元件，其中，為了改善使用燐光化合物之發光元件的使用壽命及效率，含有有機低分子電洞傳送物質及有機低分子電子傳送物質作為燐光摻雜劑之主體材料(參見專利文件1)。
非專利文件1：Testuo TSUTSUI等人，JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,vol. 38,1999,pp. L1502-L1504
非專利文件2：Chihaya ADACHI等人，APPLIED PHYSICS LETTERS,vol. 78,2001,No. 11,pp. 1622-1624
專利文件1：PCT國際申請案編號2004-515895之日文譯本
根據前述非專利文件1，電洞阻隔層係由BCP形成，其安定性不足，因此元件之使用壽命成為問題。
然而，若自非專利文件1之元件結構移除BCP，則無法得到高效率之光發射。此因非專利文件1中發光層之主體材料所使用的CBP具有強電洞傳送性質，故若電洞阻隔層不使用BCP，則可藉以使電洞到達電子傳送層。此外，BCP具有阻隔發光層中生成之激發能量(此情況下，三重激發能量)的功能。因此，在非專利文件1之元件結構下，雖然因BCP而可達到高效率，但因BCP而無法得到具有長使用壽命之發光元件。
另一方面，專利文件1揭示元件使用壽命及效率之改良；然而，無法取得燐光化合物在效率方面之能力。實際上，雖然專利文件1中發光元件係使用銥錯合物[btp2 Ir(acac)](亦使用於非專利文件2)製造，但發光元件之效率係約0.9cd/A至2.0cd/A，遠低於非專利文件2所記載之效率。
基於前述原因，極難同時得到燐光化合物之較高效率及長使用壽命。因此，實際上，已犧牲某些效率來確保使用燐光化合物之發光元件的使用壽命。
7　有鑑於前述因素，本發明提供一種具有高效率及長使用壽命之發光元件。此外，藉由使用該發光元件製造發光裝置，本發明提供具有低功率消耗及較長使用壽命之發光裝置。再者，藉著將該種發光裝置應用於電子裝置，本發明提供一種具有低功率消耗及較長使用壽命之電子裝置。
徹底研究之結果，本發明者發現藉由使用具有強電子俘獲性質之特定種類有機金屬錯合物(作為發光物質)設計發光元件中包括發光物質之發光層的結構，可解決前述問題。詳言之，本發明者發現在使用有機金屬錯合物(其中配位體係為二苯并[f,h ]喹啉衍生物)(作為發光物質)之發光元件之發光層同時包括具有電洞傳送性質之化合物及具有電子傳送性質之化合物，可解決前述問題。
換言之，本發明態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；該有機金屬錯合物之配位體係為具有二苯并[f,h ]喹啉骨架之配位體；且該有機金屬錯合物之中心金屬係為第9族或第10族元素。
此外，作為二苯并[f,h ]喹啉衍生物，以2-芳基二苯并[f,h ]喹啉衍生物尤佳。
因此，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；該有機金屬錯合物之配位體係為2-芳基二苯并[f,h ]喹啉衍生物；且該有機金屬錯合物之中心金屬係為第9族或第10族元素。請注意作為2-芳基二苯并[f,h ]喹啉衍生物，以2-苯基二苯并[f,h ]喹啉衍生物較佳。
請注意於前述結構中，就發射效率而言，中心金屬較佳係為銥或鉑。尤其以銥較佳，因為銥可提供極高效率。
此情況下，使用具有二苯并[f,h ]喹啉骨架之配位體之有機金屬錯合物尤其為具有以下通式(G1)所示之結構的有機金屬錯合物。換言之，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物具有以下通式(G1)所示之結構。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、鹵基或具有1至4個碳原子之醯氧基中之任一者，任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環；且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
作為具有通式(G1)所示結構之有機金屬錯合物，以具有以下通式(G2)所示結構之有機金屬錯合物較佳。是故，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物具有以下通式(G2)所示結構。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R3 及R6 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、鹵基或具有1至4個碳原子之醯氧基中之任一者，且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
此外，作為具有通式(G1)所示結構之有機金屬錯合物，以具有以下通式(G3)所示結構之有機金屬錯合物尤佳。因此，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物具有以下通式(G3)所示結構。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
此情況下，作為具有前述通式(G1)所示結構之有機金屬錯合物，以具有以下通式(G4)所示結構之有機金屬錯合物尤佳。因此，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物具有以下通式(G4)所示結構。
式中，R9 至R13 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有6至12個碳原子之芳基或鹵基中之任一者，且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
此外，更具體言之，具有前述通式(G1)所示結構之有機金屬錯合物係為具有以下通式(G5)所示結構之有機金屬錯合物。因此，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物係由以下通式(G5)表示。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基，具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環；M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
此外，更具體言之，具有前述通式(G2)所示結構之有機金屬錯合物係為具有以下通式(G6)所示結構之有機金屬錯合物。因此，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物係由以下通式(G6)表示。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R3 及R6 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基，具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，而中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
此外，更具體言之，具有前述通式(G3)所示結構之有機金屬錯合物係為具有以下通式(G7)所示結構之有機金屬錯合物。因此，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物具有以下通式(G7)所示結構。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
此外，更具體言之，具有前述通式(G4)所示結構之有機金屬錯合物係為具有以下通式(G8)所示結構之有機金屬錯合物。因此，本發明之一態樣係為在第一電極及第二電極之間包括發光層之以下發光元件：該發光層包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物；且該有機金屬錯合物具有以下通式(G8)所示結構。
式中，R9 至R13 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有6至12個碳原子之芳基或鹵基中之任一者，M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
此外，在前述式(G1)至(G8)中就發射效率而言，M較佳係為銥或鉑。尤其，銥較佳，因為銥可提供具有極高效率之光發射。
請注意在任一前述發光元件中，該第一種有機化合物較佳係為芳族胺化合物或咔唑衍生物。而且，該第二種有機化合物較佳係為雜芳族化合物或金屬錯合物。更佳者，該第一種有機化合物係為芳族胺化合物或咔唑衍生物且該第二種有機化合物係為雜芳族化合物或金屬錯合物。
此情況下，在任一前述發光元件中，第一種有機化合物之量及/或第二種有機化合物之量較佳係大於有機金屬錯合物之量。即，該第一種有機化合物及/或該第二種有機化合物較佳係作為該有機金屬錯合物之主體材料。更佳，有機金屬錯合物於發光層中之量係大於或等於1重量%且小於或等於10重量%。
再者，於本發明發光元件中，第一種有機化合物與第二種有機化合物之間的比例亦極重要。因此，在任一前述發光元件中，第一種有機化合物對第二種有機化合物之重量比較佳係大於或等於1/20且小於或等於20。尤其，第一種有機化合物對第二種有機化合物之重量比較佳係大於或等於1且小於或等於20。
請注意前述本發明結構係針對有機金屬錯合物之強電子俘獲性質製得。因此，於本發明發光元件中，有機金屬錯合物之LUMO能階係較該第一種有機化合物之LUMO能階及該第二種有機化合物之LUMO能階深0.2eV或以上。
此外，因為所得之本發明發光元件具有高發射效率且可改善其使用壽命，故使用此發光元件之發光裝置(例如，影像顯示裝置或發光裝置)可達到低功率消耗及長使用壽命。因此，本發明包括一種使用本發明發光元件之發光裝置，及具有該發光裝置之電子裝置。
本發明發光裝置包括一種發光元件，其包括位於一對電極之間的含發光物質之層及在含發光物質之層中的前述有機金屬錯合物，及用以控制來自發光元件之光發射的控制單元。請注意本說明書中之發光裝置的範疇包括使用發光元件之影像顯示裝置或發光裝置，亦包括照明裝置。此外，本發明發光裝置之範疇包括一種模組，其包括備有發光元件之基板，其附接有連接器諸如捲帶式自動接合(TAB)帶(諸如各向異性導電膜)或捲帶載體包裝(TCP)；一種模組，其中連接器之末端備有印刷線路板；及一種模組，其中積體電路(IC)藉晶片玻璃板接合(COG)方法直接裝配於備有發光元件之基板上。
藉由執行發明，可提供具有高發射效率之發光元件。尤其，可提供具有高發射效率及較長使用壽命之發光元件。
此外，藉由製造使用前述發光元件之發光裝置，可提供具有低功率消耗及長使用壽命之發光裝置。再者，藉由將該種發光裝置應用於電子裝置，可提供具有低功率消耗及長使用壽命之電子裝置。
進行本發明之最佳模式
下文中，使用附圖詳細描述本發明具體實施態樣模式。請注意熟習此技術者可輕易明瞭本發明不限於以下描述，可在不偏離本發明精神及範圍下針對形式及細節進行各種改變。因此，本發明不受限於以下具體實施態樣模式之描述。
(具體實施態樣模式1)
首先，於具體實施態樣模式1中描述本發明發光元件之概念。請注意在此說明書中，"具有深HOMO能階或LUMO能階"意指具有低能階，且"具有淺HOMO能階或LUMO能階"意指具有高能階。例如，可陳述基板A為-2.54eV之LUMO能階較基板B為-2.28eV之LUMO能階深0.26eV，且較基板C為-2.85eV之LUMO能階淺0.31eV。
近來，本發明者已致力於得到發光元件之高性能的燐光化合物，且檢驗各式各樣之燐光有機金屬錯合物。其中一項結果是本發明者發現其中配位體具有二苯并[f,h ]喹啉骨架且中心金屬係為第9族或第10族元素之有機金屬錯合物(下文中，稱為"基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物")，在遠高於已知燐光有機金屬錯合物之效率下發射燐光。
此情況下，由本發明者所進行之性質評估，已發現與一般主體材料(用於發光層於其中分散發光物質的材料)比較下，基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物具有相對深之LUMO能階(即，具有某些程度之電子俘獲性質)。另一方面，亦發現其中配位體係為吡啶衍生物之習用有機金屬錯合物(下文中，稱為"以吡啶為主之有機金屬錯合物")，諸如Ir(ppy)3 或[btp2 Ir(acac)]，具有淺HOMO能階，且因此具有高電洞俘獲性質，電子難以進入該習用有機金屬錯合物。換言之，已發現基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物及以吡啶為主之有機金屬錯合物在對電洞及電子之親和性上具有相反性質。請注意此點稍後描述於實施例1中。
之後，本發明者已由大量實驗結果發現此種基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物所特有之電子俘獲性質在製造發光元件時造成缺點及優點。
其中一項優點是與習用以吡啶為主之有機金屬錯合物比較之下，基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物易於接收電子，且亦相對易於接收電洞。換言之，當基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物分散於發光層之主體材料中時，載流子易於直接在基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物中重組。因此，不需太注意主體材料之能量轉移的效率，因此可達成高效率之光發射。
然而，就發光層中載流子平衡而言，極難選擇適用於基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的主體材料，此係為缺點。此問題係使用圖2A及2B描述。
圖2A及2B各為其中基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物分散於主體材料中的發光層200係夾置於電洞傳送層201及電子傳送層202間之情況的能帶圖。圖2A係為使用具有電洞傳送性質之第一種有機化合物作為主體材料之情況的能帶圖。圖2B係為使用具有電子傳送性質之第二種有機化合物作為主體材料之情況的能帶圖。
首先，在圖2A中，因為基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階232相對深，故電子被LUMO能階232俘獲。此外，即使電子注入第一種有機化合物之LUMO能階212，但因第一種有機化合物具有電洞傳送性質，故電子移動極為緩慢。另一方面，因為第一種有機化合物具有電洞傳送性質且基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的HOMO能階231不阻礙電洞(即，不形成深阱)，故電洞輕易經第一種有機化合物之HOMO能階211傳送至電子傳送層202界面之鄰近區域。換言之，發光區限於介於發光層200及電子傳送層202間界面的極狹窄區域。
此情況下，若電子傳送層202具有低電洞阻隔性質，則視材料之組合而定，電洞可能到達電子傳送層202，如圖2A所說明。隨之，電子傳送層202可能發光，因而巨幅降低發光元件之發射效率。當然，本發明者已在電子傳送層202使用具有高電洞阻隔性質之物質時確定解決該項問題，可達成高發射效率；然而，如前文所述，元件之使用壽命受到負面影響。此外，存有有關高亮度側面因為三重--三重消光而降低效率的問題。
其次，於圖2B中，因為基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物具有相對深之LUMO能階232，故電子被LUMO能階232俘獲。因為第二種有機化合物具有電子傳送性質，故某些電子可第二種有機化合物之LUMO能階222逐漸地朝向電洞傳送層201側面移動，而某些電子被俘獲。請注意移動性低於該第二種有機化合物之原始電子移動性。另一方面，因為第二種有機化合物具有電子傳送性質，該第二種有機化合物之HOMO能階221係相對深，電洞之注入困難。即使注入電洞，電洞之移動性仍極低，因為第二種有機化合物具有電子傳送性質。可能有電洞注入基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物之HOMO能階231，但電洞傳送性質低之情況。換言之，在圖2B之結構中，發光層200正常地具有電子傳送性質；然而，電子因俘獲而難以移動。另一方面，電洞累積於位在電洞傳送層201及發光層200之間的界面。
此情況下，位在發光層200及電洞傳送層201間之界面處的電洞密度極高，但其他區域則極低。另一方面，電子被基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物俘獲，而分布跨經發光層200之整個區域，但整體電子密度本身相當低。換言之，電洞分布及電子分布在密度及分布曲線上彼此明顯不同。因此，變成難以在平衡之方式下重組電洞及電子來達成高發射效率。此外，此種不平衡對元件壽命造成負面影響。
針對前述問題，本發明者已推論以下各點極為重要。第一點是在圖2B結構中，容許特定大量之電洞注入發光層200。第二點是在圖2B結構中，注入發光層200之電洞逐漸朝向電子傳送層202移動，使得可得到逐漸移動之電子的平衡。滿足此兩點之結構係為本發明結構，其特徵為以圖1所說明之能帶圖。
圖1中發光層100包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物。因為基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階132低於第一種有機化合物之LUMO能階112及第二種有機化合物之LUMO能階122，故電子被基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階132俘獲。請注意因為第二種有機化合物具有電子傳送性質，故某些電子可逐漸朝向電洞傳送層101側面移動，而某些電子被基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階132俘獲。另一方面，因為第一種有機化合物具有電洞傳送性質且亦具有電洞接收性質，故電洞先注入第一種有機化合物之HOMO能階111。電洞難以注入第二種有機化合物之HOMO能階121。此情況下，所注入電洞之移動性可藉由調整第一種有機化合物之量加以控制，因此可與來自電子傳送層102之電子的移動性達到平衡。即，在發光層100中，電洞及電子間可有良好平衡。隨之，電洞注入基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的HOMO能階131，與所俘獲電子重組而發光。
藉由運用該種靈巧性，本發明者已發現高發射效率之基於二苯并[f,h ]喹啉的有機金屬錯合物之潛能可達到最大利用。此外，令人驚奇的是本發明者亦發現本發明圖1所說明結構之使用壽命可達到圖2A及2B所說明結構的數倍至數十倍長。雖然圖2A及2B個別使用第一種有機化合物及第二種有機化合物作為主體，但圖1使用兩種有機化合物--第一種有機化合物及第二種有機化合物--作為主體；僅有此點異於圖2A及2B。使用壽命極長之現象因為該點非一般可見，而為吾人驚異。
請注意雖然專利文件1記載使用壽命因為作為發光層之混合層而增長，但該增量最多改善約兩倍，無法得到如同本發明一般高之使用壽命改善效果。根據專利文件1，藉由應用混合層，可減少會造成有機物質分解之電荷的累積。然而，與本發明不同地，未提及因基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的電子俘獲性質所致之載流子平衡問題。
換言之，專利文件1及本發明所使用之有機金屬錯合物不同，因此具有原理差異或使用兩種材料作為主體材料之效果差異，導致改善使用壽命效果差異。請注意專利文件1所使用之燐光化合物為PtOEP(其係為卟啉錯合物)及[btp2 Ir(acac)](其係為以吡啶為主之有機金屬錯合物)，兩者皆具有低電子俘獲性質及高電洞俘獲性質。即，專利文件1所使用之燐光化合物具有不同於本發明基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的性質。
如前文所述，已參考能帶圖描述本發明之概念及效果。下文中，描述更明確之結構。
(具體實施態樣模式2)
具體實施態樣模式2中，以所列之特定材料描述本發明發光元件。圖3說明元件之結構。
圖3說明本發明發光元件，其包括介於作為陽極之第一電極301及作為陰極之第二電極302之間的發光層313。發光層313包括具有電洞傳送性質之第一種有機化合物321、具有電子傳送性質之第二種有機化合物322及基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物323。首先，以下描述發光層313之結構。
在發光層313中，第一種有機化合物321係為具有電洞傳送性質之化合物。詳言之，可使用芳族胺化合物，諸如4,4'-雙[N -(1-萘基)-N -苯基胺基]聯苯(縮寫：NPB)、4,4'-雙(N -(9-菲基)-N -苯基胺基)聯苯(縮寫：PPB)、4,4'-雙[N -(3-甲基苯基)-N -苯基胺基]聯苯(縮寫：TPD)、4,4'-雙[N -(9,9-二甲基茀-2-基)-N -苯基胺基]聯苯(縮寫：DFLDPBi)、4,4',4"-三(N ,N -二苯基胺基)三苯基胺(縮寫：TDATA)、4,4',4"-三[N -(3-甲基苯基)-N -苯基胺基]三苯基胺(縮寫：m-MTDATA)、4,4',4"-三(N -咔唑基)三苯基胺(縮寫：TCTA)、1,1-雙[4-(二苯基胺基)苯基)環己烷(縮寫：TPAC)、9,9-雙[4-(二苯基胺基)苯基]氟(縮寫：TPAF)、4-(9-咔唑基)-4'-(5-苯基-1,3,4-二唑-2-基)三苯基胺(縮寫：YGAO11)或N -[4-(9-咔唑基)苯基]-N -苯基-9,9-二甲基茀-2-胺(縮寫：YGAF)；或咔唑衍生物，諸如4,4'-二(N -咔唑基)聯苯(縮寫：CBP)、1,3-雙(N -咔唑基)苯(縮寫：mCP)或1,3,5-三(N -咔唑基)苯(縮寫：TCzB)。作為芳族胺化合物，亦可使用高分子量化合物，諸如聚(4-乙烯基三苯基胺)(縮寫：PVTPA)。此外，作為咔唑衍生物，亦可使用高分子量化合物，諸如聚(N -乙烯基咔唑)(縮寫：PVK)。請注意前述第一種有機化合物321之三重激發能量較佳係大於基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物323。
另一方面，該第二種有機化合物322係為具有電子傳送性質之化合物。詳言之，可使用雜芳族化合物，諸如9-[4-(5-苯基-1,3,4-二唑-2-基)苯基]咔唑(縮寫：CO11)、1,3-雙[5-(對-第三丁基苯基)-1,3,4-二唑-2-基]苯(縮寫：OXD-7)、2-(4-聯苯基)-5-(4-第三丁基 苯基)-1,3,4-二唑(縮寫：PBD)、2,2',2"-(1,3,5-苯三基)-三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(縮寫：TPBI)、3-(4-第三丁基苯基)-4-苯基-5-(4-聯苯)-1,2,4-***(縮寫：TAZ)、3-(4-第三丁基 苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-聯苯基)-1,2,4-***(縮寫：p-EtTAZ)、9,9',9"-[1,3,5-三嗪-2,4,6-三基]三咔唑(縮寫：TCzTRZ)、2,2',2"-(1,3,5-苯三基)三(6,7-二甲基-3-苯基喹啉)(縮寫：TriMeQn)、9,9'-(喹啉-2,3-二基二-4,1-伸苯基)二(9H -咔唑)(縮寫：CzQn)、3,3,'6,6'-四苯基-9,9'(喹啉-2,3-二基二-4,1-伸苯基)二(9H -咔唑)(縮寫：DCzPQ)、4,7-二苯基-1,10-啡啉(縮寫：BPhen)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-啡啉(縮寫：BCP)；金屬錯合物，諸如雙(2-甲基-8-羥基喹啉)(4-苯基酚)鋁(III)(縮寫：BAlq)、三[2-(2-羥基苯基)-5-苯基-1,3,4-二唑]鋁(III)(縮寫：Al(OXD)3 )、三(2-羥基苯基)-1-苯基-1H -苯并咪唑]鋁(III)(縮寫：Al(BIZ)3 )、雙[2-(2-羥基苯基)苯并噻唑]鋅(II)(縮寫：Zn(BTZ)2 )或雙[2-(2-羥基苯基)苯并唑]鋅(II)(縮寫：Zn(PBO)2 )。作為雜芳族化合物，亦可使用高分子量化合物諸如聚(2,5-吡啶二基)(縮寫：PPy)。此外，作為金屬錯合物，亦可使用參考資料所揭示之金屬錯合物高分子量化合物(：X. T. TAO等人，Applied Physics Letters,vol.70,No.12,1997,pp.1503-1505)。請注意前述第二種有機化合物322之三重激發能量較佳係大於基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物323。
基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物323係為其中配位體具有二苯并[f,h ]喹啉骨架且中心金屬係為第9族元素(Co、Rh或Ir)或第10族元素(Ni,Pd或Pt)之有機金屬錯合物。再者，該有機金屬錯合物具有發射燐光之性質。此種基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的明確結構係描述於具體實施態樣模式3中。
前述第一種有機化合物、第二種有機化合物及基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物係適當地組合，以形成本發明發光元件之發光層。請注意該發光層可包括其他物質。
此情況下，於發光層中，較佳第一種有機化合物及第二種有機化合物中至少一種係作為主體材料，且基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物係作為客體材料。此係用以防止基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的濃度驟減。而且，此係用以可藉由第一種有機化合物及第二種有機化合物來調整發光層之載流子平衡。
因此，於本發明發光元件中，第一種有機化合物及/或該第二種有機化合物之量較佳係大於基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物。詳言之，其體積分率或其質量分率較佳係為高值。此外，就防止濃度驟減而言，基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物相對於發光層之比例較佳係大於或等於1重量%且小於或等於10重量%。
此外，於發光層中，第一種有機化合物相對於第二種有機化合物之重量比較佳係為1：20至20：1範圍內。即，第一種有機化合物對第二種有機化合物之重量比較佳係大於或等於1/20且小於或等於20。若重量比超出此範圍，則發光元件之狀態可實質上如同前述圖2A或2B中者。
再者，本發明者發現其中具有電子傳送性質之第二種有機化合物的量係為等於或高於具有電洞傳送性質之第一種有機化合物的發光層結構特別有效。此點顯然是因一般有機化合物中電洞移動性高於電子移動性所致。是故，於本發明中，第一種有機化合物相對於第二種有機化合物之重量比更佳係大於或等於1且小於或等於20。極有效於得到長使用壽命之範圍尤其係大於或等於5且小於或等於20。
請注意本發明所使用基於二苯并〔f,h 〕喹啉之有機金屬錯合物具有電子俘獲性質。詳言之，基於二苯并〔f,h 〕喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階經常較該第一種有機化合物之LUMO能階及該第二種有機化合物之LUMO能階深0.2eV或以上。此外，該種情況下，使用壽命改善及效率改善明顯。因此，本發明之一特色為基於二苯并〔f,h 〕喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階較該第一種有機化合物之LUMO能階及該第二種有機化合物之LUMO能階深0.2eV或以上。
其次，描述發光層313以外之層。非必要提供電洞傳 送層312及電洞注入層311，可視需要提供。作為用以形成此等層之特定材料，電洞傳送化合物較佳，可使用前述NPB、PPB、TPD、DFLDPBi、TDATA、m-MTDATA、TCTA、TPAC、TPAF、YGAO11、YGAF、CBP、mCP、TCzB、PVTPA、PVK或諸如此類者。
此外，因為本發明發光層313如具體實施態樣模式1所述般具有良好載流子平衡，故可防止發光區集中於位在發光層313及電洞傳送層312或電洞注入層311間之界面中。因此，即使將三重激發能量低於基於二苯并〔f,h 〕喹啉之有機金屬錯合物323的物質應用於可能與發光層313接觸之電洞傳送層312或電洞注入層311，該物質仍幾乎不會成為基於二苯并〔f,h 〕喹啉之有機金屬錯合物323的淬滅劑，且因此可製得具有高發射效率之發光元件。因此，作為用以形成電洞傳送層312或電洞注入層311之材料，亦可使用具有低三重激發能量之蒽衍生物，諸如9,10-雙〔4-(二苯基胺基)苯基〕蒽(縮寫：TPA2A)或2-第三丁基 -9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫：t-BuDNA)。
請注意電子傳送層314及電子注入層315可藉由混合前述電子傳送化合物及電子予體而形成。作為電子受體，可使用有機化合物，諸如氯醌或7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟喹二甲烷(縮寫：F4 -TCNQ)，過渡金屬氧化物，諸如氧化鉬、氧化釩或氧化錸。尤其，就電洞注入層311而言，亦可使用有機化合物，諸如銅酞花青、氧釩酞花青，或氟碳化物，或無機化合物諸如氧化鉬、氧化釕或氧化鋁。請注意電洞注入層311可具有藉由堆疊二或更多層所形成之多層結構。此外，電洞注入層311及電洞傳送層312可藉由混合二或更多種物質而形成。
非必然需要電子傳送層314及電子注入層315，可視需要提供。
作為用以形成此等層之特定材料，電子傳送化合物較佳，可使用前述CO11、OXD-7、PBD、TPBI、TAZ、p-EtTAZ、TCzTRZ、TriMeQn、CzQn、DCzPQ、BPhen、BCP、BAlq、Al(OXD)3 、Al(BIZ)3 、Zn(BTZ)2 、Zn(PBO)2 、PPy或諸如此類者。
此外，因為本發明發光層313如具體實施態樣模式1所述般具有良好載流子平衡，故可防止發光區集中於位在發光層313及電子傳送層314或電子注入層315間之界面中。因此，若將三重激發能量低於基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物323的物質應用於可能與發光層313接觸之電子傳送層314或電子注入層315，該物質仍幾乎不會成為基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物323的淬滅劑，且因此可製得具有高發射效率之發光元件。因此，可使用具有低三重激發能量之物質諸如三(8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Alq3 )、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Almq3 )或雙(10-羥基苯并[h)喹啉)鈹(II)(縮寫：BeBq2 )作為電子傳送層314或電子注入層315之材料(例如，據載Alq3 之燐光光譜約為深紅色之650nm至700nm)。
請注意電子傳送層314及電子注入層315可藉由混合前述電子傳送化合物及電子予體而形成。作為電子予體，可使用有機化合物諸如四硫雜富勒烯或四硫雜稠四苯，鹼金屬諸如鋰或銫，鹼土金屬諸如鎂或鈣，稀土金屬諸如鉺或鐿或該種金屬之氧化物。尤其，就電子注入層315而言，可單獨使用鹼金屬化合物、鹼土金屬化合物或稀土金屬化合物，諸如氧化鋰、氟化鋰、氟化鈣、氟化鉺。
請注意電子注入層315可具有藉由堆疊二或更多層所形成之多層結構。此外，電子傳送層314及電子注入層315可藉由混合二或更多種物質而形成。
如具體實施態樣模式2所述，雖然對第一電極301無特殊限制，但當第一電極301作為陽極時，第一電極301較佳係由具有高功函數之物質形成。詳言之，可使用具有高發光性質之物質，諸如氧化銦錫(ITO)、含氧化銦錫之氧化矽(ITSO)或含2wt%至20wt%氧化鋅之氧化銦(IZO)；金(Au)；鉑(Pt)；鎳(Ni)；鎢(W)；鉻(Cr)；鉬(Mo)；鐵(Fe)；鈷(Co)；銅(Cu)；鈀(Pd)；或諸如此類者。請注意第一電極301可藉由例如濺鍍方法、蒸發方法或諸如此類者形成。
此外，如具體實施態樣模式2所述，雖然對第二電極302無特殊限制，但當第二電極302作為陰極時，第二電極302較佳係由具有低功函數之物質形成。詳言之，可使用鋁(Al)；銦(In)；鹼金屬，諸如鋰(Li)或銫(Cs)；鹼土金屬，諸如鎂(Mg)或鈣(Ca)；或稀土金屬，諸如鉺(Er)或鐿(Yb)。或者，亦可使用合金，諸如鋁-鋰合金(AlLi)或鎂-銀合金(MgAg)。此外，當電子注入層315係藉由混合電子傳送化合物及電子予體而形成時，亦可使用具有高功函數及高發光性質之物質，諸如ITO、ITSO或IZO。請注意第二電極302可藉由例如濺鍍方法、蒸發方法或諸如此類者形成。
請注意為了將所生成之光抽提至外側，較佳係第一電極301及第二電極302中之一或兩者係為由具有高發光性質之物質(諸如ITO、ITSO或IZO)所形成。或者，較佳係第一電極301及第二電極302中之一或兩者係為形成為數奈米至數十奈米厚度之電極，使得可見光可穿透。
前述本發明發光元件中，電洞注入層311、電洞傳送層312、發光層313、電子傳送層314及電子注入層315各可藉由諸如蒸發方法、噴墨方法或塗覆方法之任一方法形成。第一電極301或第二電極302亦可藉由諸如濺鍍方法、蒸發方法、噴墨方法或塗覆方法之任一方法形成。
此外，前述本發明發光元件可應用於串列型發光元件(亦稱為多光子元件)。
(具體實施態樣模式3)
此具體實施態樣模式中，詳細描述可使用於本發明發光元件的基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物。
基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物係為其中配位體具有二苯并[f ,h ]喹啉骨架且中心金屬係為第9族元素(Co、Rh或Ir)或第10族元素(Ni,Pd或Pt)的有機金屬錯合物。此外，此種有機金屬錯合物具有發射燐光之性質。
許多使用第9族或第10族金屬之有機金屬錯合物展現金屬對配位體電荷轉移(MLCT)躍遷。尤其，經常在燐光化合物中觀察到三重MLCT躍遷。此情況下，有機金屬錯合物展現MLCT躍遷之LUMO能階係由配位體之LUMO能階順序決定。因此，若使用具有高LUMO能階之配位體，則有機金屬錯合物之LUMO能階亦高，若為具有低LUMO能階之配位體，則有機金屬錯合物之LUMO能階亦低。此外，因為二苯并[f,h ]喹啉具有低於吡啶之LUMO能階，故本發明基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物展現低於(即，電子俘獲性質較高)習用以吡啶為主之有機金屬錯合物的LUMO能階。
使用於本發明基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的配位體具有二苯并[f,h ]喹啉骨架。作為藉二苯并[f,h ]喹啉衍生物之鄰位-金屬化所製得之有機金屬錯合物，可列出例如以下結構式(I)及(II)所示之有機金屬錯合物。
再者，更佳，列出具有以下通式(G1)所示之結構的有機金屬錯合物。具有通式(G1)所示結構之有機金屬錯合物於高色彩純度及高效率下發射紅光。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環；且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
通式(G1)中，就合成產率而言，R1 較佳係為氫。此因立體位阻降低，且因此二苯并[f,h ]喹啉衍生物(其係為配位體)可輕易鄰位-金屬化至金屬離子。而且，為易於合成，較佳係R2 、R4 、R5 、R7 及R8 個別為氫。作為該種有機金屬錯合物，列出具有以下通式(G2)所示結構之有機金屬錯合物。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R3 及R6 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任-者，且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
而且，通式(G2)中，較佳係R3 及R6 個別為氫，因為可進一步促進合成。作為該種有機金屬錯合物，列出具有以下通式(G3)所示結構之有機金屬錯合物。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
再者，通式(G3)中，藉由於Ar使用經取代或未經取代苯基，可得到具有高色彩純度及高發光效率之紅光發射。藉由使用該種有機金屬錯合物，可得到具有較高發射效率之發光元件。作為該種有機金屬錯合物，列出具有以下通式(G4)所示結構之有機金屬錯合物。
式中，R9 至R13 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有6至12個碳原子之芳基或鹵基中之任一者，且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
此外，於通式(G4)中，較佳係R9 至R13 個別為氫。使用該種結構，可得到具有接近由國家電視標準委員會(NTSC)定義之紅色色度(即，(x,y)=(0.67,0.33))的色度的紅光發射。
注意，作為具有通式(G1)至(G3)所示之任一結構的有機金屬錯合物，詳言之，混合配位體有機金屬錯合物(以下通式(G5)至(G8)所示且除二苯并[f,h ]喹啉衍生物以外另具有配位體L)較佳。此因該種錯合物易於合成。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環；M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R3 及R6 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基，具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
式中，R9 至R13 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有6至12個碳原子之芳基或鹵基中之任一者，M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
請注意於通式(G8)中，較佳係R9 至R13 個別為氫。使用該種結構，可得到具有接近由國家電視標準委員會(NTSC)定義之紅色色度(即，(x,y)=(0.67,0.33))的色度的紅光發射。
此外，就重金屬效應而言，前述基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的中心金屬較佳係為銥或鉑。尤其，銥較佳，因為可得到明顯之重金屬效應而提供極高效率，亦得到化學安定性。
其次，詳細描述在前述式(G1)至(G8)中之芳基Ar、取代基R1 至R13 及單陰離子性配位體L。
首先，作為芳基Ar，較佳使用具有6至25個碳原子之芳基。作為芳基Ar之特定實例，有經取代或未經取代苯基、1-萘基、2-萘基、螺茀-2-基、9,9-二烷基茀-2-基諸如9,9-二甲基茀-2-基及諸如此類者。茀藉由於芳基使用經取代或未經取代苯基，可得到具有高色彩純度及高發光效率之紅光發射。當苯基具有取代基時，該取代基可(更具體言之)為烷基，諸如甲基、乙基、異丙基或第三丁基 ，烷氧基，諸如甲氧基、乙氧基、異丙氧基或第三丁氧基，芳基，諸如苯基或4-聯苯基，鹵基，諸如氟基或三氟甲基。
其次，作為取代基R1 之特定實例，有烷基，諸如甲基、乙基、異丙基或第三丁基 ，及烷氧基，諸如甲氧基、乙氧基、異丙氧基或第三丁氧基 。請注意就合成產率而言，R1 較佳係為氫。此因立體位阻降低，且因此配位體部分可輕易鄰位-金屬化至金屬離子。
作為取代基R2 至R8 之特定實例，有氫；烷基，諸如甲基、乙基、異丙基或第三丁基，烷氧基，諸如甲氧基、乙氧基、異丙氧基或第三丁氧基，醯氧基，諸如乙醯氧基，及鹵基，諸如氟基。此外，當R4 及R5 彼此鍵結以形成環時，有亞甲基作為特定實例。此外，當R3 及R4 彼此鍵結以形成環及R5 及R6 彼此鍵結以形成環時，有甲二氧基及諸如此類者作為特定實例。
作為取代基之特定量例R9 至R13 ，有氫；烷基，諸如甲基、乙基、異丙基或第三丁基，烷氧基諸如甲氧基、乙氧基、異丙氧基或第三丁氧基，芳基，諸如苯基或萘基，及鹵基，諸如氟基。
其次，描述單陰離子性配位體L。
單陰離子性配位體L較佳係為具有β-二酮結構之單陰離子性二牙鉗合劑配位體、具有羧基之單陰離子性二牙鉗合劑配位體、具有酚羥基之單陰離子性二牙鉗合劑配位體及其中兩配位體元素皆為氮之單陰離子性二牙鉗合劑配位體中之任一種。此因此等配位體具有高配位能力。更具體言之，雖列出以下結構式(L1)至(L8)所示之單陰離子性配位體，但本發明不限於此等配位體。
根據前述模式，形成可使用於本發明而基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物。下文中，列出特定結構式(以下結構式(1)至(56))。請注意本發明基於二苯并[f ,h )喹啉之有機金屬錯合物不限於此等錯合物。
其次，描述前述本發明基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的合成方法。
((通式(G0)所示二苯并[f,h )喹啉衍生物的合成方法))
為形成通式(G1)或(G5)所示基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物，將以下以式(G0)所示之二苯并[f,m ]喹啉衍生物鄰位-金屬化至第9族或第10族元素之金屬離子。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，且任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環。
下文中，針對兩情況描述通式(G0)所示之二苯并[f，h ]喹啉衍生物的合成方法：當R1 係為具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基或鹵基中任一者時(以下通式(G0-1)所示情況)；及當R1 係為氫時(以下通式(G0-2)所示情況)。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，且任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，且任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環。
首先，通式(G0-1)所示之二苯并[f ,h ]喹啉衍生物可藉如以下所示之簡單合成流程圖合成。例如，如以下流程圖(a)所示，通式(G0-1)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物可藉由二胺基菲化合物(A1)及二酮化合物(A2)反應製得。
另一方面，通式(G0-2)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物可根據以下之簡單合成流程圖合成。例如，如以下流程圖(a')所示，通式(G0-2)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物可藉由二胺基菲化合物(A1')及二酮化合物(A2')反應製得。或者，如以下流程圖(a")所示，二酮化合物(A1")及二胺化合物(A2")係反應產生二苯并[f,h ]喹啉衍生物(G0-2')，此外，所得之二苯并[f,h ]喹啉衍生物(G0-2')及芳基鋰或芳基溴化鎂化合物(A3)反應，而可得到通式(G0-2)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物。
作為前述化合物(A1)、(A2)、(A1')、(A2')、(A1")、(A2")及(A3)，各種類之化合物係市售或可合成。因此，前述通式(G0)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物中有許多可合成之變化型式。
((具有通式(G1)所示結構之有機金屬錯合物的合成方法))
其次，描述藉由通式(G0)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物的鄰位-金屬化所形成之有機金屬錯合物，即，具有以下通式(G1)所示之結構的有機金屬錯合物。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環；且M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素。
首先，如以下合成流程圖(b)所示，通式(G0)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物及第9族或第10族金屬之化合物(含有鹵素)(例如，金屬鹵化物或金屬錯合物)於適當之溶劑中加熱，產生二核錯合物(B)，其係本發明有機金屬錯合物之-種，具有通式(G1)所示結構。作為第9族或第10族金屬之化合物(含有鹵素)，有氯化銠水合物、氯化鈀、氯化銥水合物、氯化銥鹽酸鹽水合物、四氯鉑酸(II)鉀及諸如此類者；然而，本發明不限於此等實例。請注意在合成流程圖(b)中，M表示第9族或第10族元素，且X表示鹵素元素。此外，當M為第9族元素時，n為2，而當M為第10族元素時，n為1。
再者，如以下合成流程圖(c)所示，二核錯合物(B)及通式(G0)所示之二苯并[f,h ]喹啉衍生物於約200℃之高溫於高沸點溶劑(諸如甘油)中加熱，而可製得一類(C)之本發明有機金屬錯合物，其具有通式(G1)所示結構。或者，如以下合成流程圖(c')所示，二核錯合物(B)及可鄰位-金屬化之化合物諸如苯基吡啶(更常是可環-金屬化之化合物)於約200℃之高溫於高沸點溶劑(諸如甘油)中加熱，而可製得一類(C')之本發明有機金屬錯合物，其具有通式(G1)所示結構。注意，於合成流程圖(c)及(c')中，M表示第9族或第10族元素且X表示鹵素元素。此外，當M為第9族元素時，n為2，而當M為第10族元素時，n為1。
((具有通式(G5)所示結構之有機金屬錯合物的合成方法))
此情況下，描述以下通式(G5)所示有機金屬錯合物，其係為前述具有通式(G1)所示結構之有機金屬錯合物的較佳特定實例。
式中，Ar表示具有6至25個碳原子之芳基，R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者，R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵基中之任一者，任一烷基或任一烷氧基(R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對)可彼此鍵結以形成環；M係為中心金屬，且表示第9族或第10族元素，L表示單陰離子性配位體，當中心金屬為第9族元素時，n為2，而當中心金屬為第10族元素時，n為1。
本發明由前述通式(G5)所示之有機金屬錯合物可根據以下合成流程圖(c")合成。換言之，藉前述合成流程圖(b)製得之二核錯合物(B)及HL(單陰離子性配位體L之材料)反應，以消去HL之質子而配位至中心金屬M，產生本發明由通式(G5)所示之有機金屬錯合物。請注意在合成流程圖(c")中，M表示第9族或第10族元素，且X表示鹵素元素。此外，當M為第9族元素時，n為2，而當M為第10族元素時，n為1。
如前文所述，可合成本發明發光元件所使用基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物。
(具體實施態樣模式4)
於具體實施態樣模式4中，描述作為具有本發明發光元件之發光裝置的實例之影像顯示裝置。
此具體實施態樣模式中，使用圖6A及6B描述在像素部分中具有本發明發光元件之影像顯示裝置。請注意圖6A係為說明發光裝置之俯視圖，而圖6B為沿圖6A之A-A'及B-B'取得之剖面圖。此種影像顯示裝置包括驅動電路部分(源極側驅動電路)601、像素部分602及驅動電路部分(閘極側驅動電路)603(以虛線顯示)，用以控制發光元件之光發射。此外，參考編號604表示密封基板且參考編號605表示密封材料。被密封材料605包圍之部分為間隔607。
請注意導線608係為用以傳輸源極側驅動電路601及閘極側驅動電路603中之信號輸入且接收來自可撓性印刷電路(FPC)609(作為外部輸入端)之視頻信號、時鐘信號、開始信號、重設信號及諸如此類者的線路。請注意雖然此處僅說明FPC，但此種FPC可備有印刷線路板(PWB)。請注意本說明書中發光裝置不僅包括發光裝置本身，亦包括附有FPC或PWB之發光裝置。
其次，使用圖6B描述剖面結構。雖於元件基板610上提供驅動電路部分及像素部分，但此處僅說明源極側驅動電路601(其係為驅動電路部分)及像素部分602之一像素。
請注意形成CMOS電路(其係為n-通道TFT 623及p-通道TFT 624之組合)作為源極側驅動電路601。此外，用於形成驅動電路之TFT可為任一種各式各樣之電路，諸如已知之CMOS電路、PMOS電路或NMOS電路。此外，雖然此具體實施態樣模式係描述其中驅動電路係形成於基板上之驅動-積合型結構，但基板上並非必要形成驅動電路，但可自基板外部形成。
此外，像素部分602係由複數個像素形成，每一像素各包括開關TFT 611，電流控制TFT 612及電連於電流控制TFT 612之汲極的第一電極613。請注意形成絕緣體614以覆蓋第一電極613之末端部分。此情況下，絕緣體614係使用正光敏性無環狀樹脂薄膜形成。
此外，為改善覆蓋性，提供絕緣體614以具有在絕緣體614之上端部分或下端部分具有曲度的曲面。例如，當使用正型光敏性無環作為絕緣體614之材料時，較佳係將絕緣體614成形為僅於上端部分具有曲率半徑(0.2um至3um)的曲面。此外，就絕緣體614而言，可使用藉光照變成不溶於蝕刻劑之負型材料或藉光照變成可溶於蝕刻劑之正型材料。
在第一電極613上，形成包括發光層之層616及第二電極617。此時，作為用於第一電極613之材料，可使用各種金屬、合金或導電性化合物或其混合物中之任一種。使用第一電極613作為陽極時，在前述材料中，較佳係使用具有高功函數之任一種金屬、合金或導電性化合物、其混合物或諸如此類者(功函數4.0eV或以上)。
例如，可使用單層膜之含矽之氧化銦-氧化錫薄膜、氧化銦-氧化鋅薄膜、氮化鈦薄膜、鉻薄膜、鎢薄膜、Zn薄膜、Pt薄膜或諸如此類者；氮化鈦薄膜及含鋁作為主要組份之薄膜的堆疊物；氮化鈦薄膜、含鋁作為主要組份之薄膜及氮化鈦薄膜之三層結構；或諸如此類者。請注意當採用堆疊結構時，線路形式之電阻低，形成良好之歐姆接觸，可製得另一第一電極613作為陽極。
此外，包括發光層之層616係藉諸如使用蒸發罩幕之蒸發方法、噴墨方法、旋塗方法或諸如此類之各種方法中之任一方法形成。包括發光層之層616具有具體實施態樣模式1至3中任一模式所述之發光層。此外，用於包括發光層之層616的材料可為低分子材料、具有介於高分子材料及低分子材料間之中間性質的中分子材料(範圍包括寡聚物及樹枝狀體)或高分子材料。或者，作為用於包括發光層之層的材料，不僅可使用有機化合物，亦可使用無機化合物。
此外，作為用於第二電極617之材料，可使用各種金屬、合金或導電性化合物或其混合物中之任一種。使用第二電極617作為陰極時，在前述材料中，較佳係使用具有低功函數之任一種金屬、合金或導電性化合物、其混合物或諸如此類者(功函數3.8eV或以下)。例如，列出屬於週期表1及2族之元素，即，鹼金屬，諸如鋰(Li)及銫(Cs)，及鹼土金屬，諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)及鍶(Sr)；其合金(例如，MgAg或AlLi)；及諸如此類者。
請注意當包括發光層之層616所生成之光穿透第二電極617時，第二電極617亦可使用具有較小厚度之金屬薄膜及透明導電性薄膜(氧化銦-氧化錫(ITO)、含矽或氧化矽之氧化銦-氧化錫、氧化銦-氧化鋅(IZO)、含氧化鎢及氧化鋅之之氧化銦(IWZO)等)之堆疊物。
再者，提供一種結構，其中密封基板604使用密封劑605附接至元件基板610，使得發光元件618係提供於被元件基板610、密封基板604及密封劑605所圍繞之間隔607中。請注意間隔607填入填料。有的情況是間隔607充填惰性氣體(氮、氬或諸如此類者)，有時間隔607可充填密封劑605。
請注意密封劑605較佳使用基於環氧基之樹脂。此外，較佳係此等材料幾乎不透水或氧。此外，作為密封基板604，可使用由玻璃纖維強化塑料(FRP)、聚氟乙烯(PVF)、聚酯、丙烯酸樹脂或諸如此類者取代玻璃基板或石英基板。
如前文所述，可得到具有本發明發光元件之主動陣列型發光裝置。
雖然目前是描述其中發光元件之驅動係由電晶體控制的主動陣列型影像顯示裝置，影像顯示裝置可為其中不特別提供驅動元件(諸如電晶體)來驅動發光元件的被動型。圖7A及7B為使用本發明發光元件之被動陣列型發光裝置的透視圖及剖面圖。圖7A及7B中，包括發光層之層955係提供於基板951上介於電極952及電極956之間。電極952之末端部分覆以絕緣層953。此外，將分隔層954提供於絕緣層953上。分隔層954之側壁具有傾斜，使得一側壁與另一側壁間之距離隨著側壁接近基板表面而變窄。換言之，在分隔層954較短側面方向取得之剖面具有梯形形狀，梯形之底(梯形與絕緣層953表面平行且與絕緣層953接觸之邊)較梯形上底(梯形絕緣層953表面平行且不與絕緣層953接觸之邊)短。以此方式提供分隔層954可防止發光元件因為靜電或諸如此類者而產生缺陷。
如前文所述，因為具體實施態樣模式4所述之本發明影像顯示裝置具有具體實施態樣模式1至3中任一者所述之本發明發光元件，故影像顯示裝置具有高發射效率及長使用壽命。因此，使用本發明發光元件之影像顯示裝置消耗低功率且具有長使用壽命。
請注意具體實施態樣模式4可適當地與任一其他具體實施態樣模式組合。
(具體實施態樣模式5)
因為本發明發光元件具有高發射效率及長使用壽命，故本發明發光元件可用於照明裝置，此係為發光裝置之實例。是故，於具體實施態樣模式5中，描述使用本發明發光元件之照明裝置的應用實例。
圖4A說明液晶顯示裝置之實例，其中使用本發明發光元件作為背光源。圖4A所說明之液晶顯示裝置包括外殼401、液晶層402、背光源403及外殼404。液晶層402係連接至驅動IC 405。此外，本發明發光元件係使用於背光源403，電流經由終端406提供至背光源403。
藉由使用本發明發光元件作為液晶顯示裝置之背光源，可得到具有高發射效率及長使用壽命之背光源。此外，可達到具有長使用壽命之背光源。而且，因為使用本發明發光元件之背光源係為平面光發射之照明裝置且可大面積地形成，故可製得較大之背光源，液晶顯示裝置亦可具有較大面積。再者，因為發光裝置薄且消耗低功率，故可縮減顯示裝置之厚度及功率消耗。
圖4B說明其中使用本發明發光元件之照明裝置作為檯燈之光源的實例。圖4B所說明之檯燈包括外殼411及光源412。使用本發明發光元件作為光源412。因為本發明發光元件具有長使用壽命，故檯燈亦可具有長使用壽命。
描述於具體實施態樣模式5之本發明照明裝置具有具體實施態樣模式1至3所述之本發明發光元件。因此，照明裝置具有高發射效率及長使用壽命。因此，使用本發明發光元件之照明裝置消耗低功率且具有長使用壽命。
(具體實施態樣模式6)
具體實施態樣模式4所述之本發明影像顯示裝置可顯示優異影像。因此，藉由將本發明影像顯示裝置應用於電子裝置之顯示部分，可得到可提供優異影像之電子裝置。此外，包括本發明發光元件之影像顯示裝置或照明裝置(即，發光裝置)消耗低功率且具有長使用壽命。因此，藉由將本發明發光裝置應用於電子裝置之顯示部分，可得到具有低功率消耗之電子裝置。例如，可得到具有長電池待命時間及諸如此類者之電話或諸如此類者。下文中，描述備有本發明發光元件之發光裝置的電子裝置之實例。
圖5A說明應用本發明製造之電腦，其包括主體511、罩殼512、顯示部分513、鍵盤514及諸如此類者。藉由將具有本發明發光元件之發光裝置併入顯示部分內，可完成電腦。
圖5B說明藉應用本發明製造之電話，其中主體522包括顯示部分521、聲音輸出部分524、聲音輸入部分525、操作開關526及527、天線523及諸如此類者。藉由將具有本發明發光元件之發光裝置併入顯示部分內，可完成電話。
圖5C說明應用本發明製造之電視機，其包括顯示部分531、罩殼532、揚聲器533及諸如此類者。藉由將具有本發明發光元件之發光裝置併入顯示部分內，可完成電視機。
如前文所述，本發明發光裝置極適於作為各種電子裝置之顯示部分。
請注意雖然具體實施態樣模式6描述電腦及諸如此類者，但包括本發明發光元件之發光裝置亦可裝置於導航系統、照明設備或諸如此類者。
[實施例1]
實施例1中，評估可用於本發明發光元件之有機金屬錯合物，即，其中配位體具有二苯并[f,h ]喹啉骨架且中心金屬係為第9族或第10族元素的有機金屬錯合物(基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物)之電子俘獲性質。
評估時，藉循環伏安法(CV)測量來測量基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物之還原反應特徵，由評估結果得到LUMO能階。此外，亦以相同方式得到一般作為主體材料之物質的LUMO能階，與基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階比較。請注意在測量時，使用電化學分析儀(ALS型號600A或600C，BAS Inc.之產品)。
作為CV測量所使用之溶液，使用脫水二甲基甲醯胺(DMF，Sigma-Aldrich Inc.產品，99.8%，目錄編號22705-6)作為溶劑，將過氯酸四正丁基銨(n-Bu4 NCIO4 ，Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.之產品，目錄編號T0836)(其係支援電解質)溶於溶劑中，使得過氯酸四正丁基銨濃度為100mmol/L。此外，亦溶解測量目標，使其濃度為2mmol/L。此外，作為操作電極，使用鉑電極(PTE鉑電極，BAS Inc.製造)。作為輔助電極，使用鉑電極(VC-3 Pt相對電極(5cm)，BAS Inc.製造)。作為參考電極，使用Ag/Ag+ 電極(RE7非水性溶劑參考電極，BAS Inc.製造)。請注意測量係於室溫(20℃至25℃)進行。此外，CV測量期間之掃描速度固定於0.1V/sec。
(參考電極相對於真空能階的電位能計算)
首先，相對於真空能階計算此實施例所使用之參考電極(Ag/Ag+ 電極)的電位能(eV)。即，計算Ag/Ag+ 電極之費米能階。已知二茂鐵於甲醇中相對於標準氫電極的氧化-還原電位為+0.610[V vs. SHE](參考資料：Christian R. Goldsmith等人，J. Am. Chem. Soc.,Vol. 124,No. 1,pp.83-96,2002)。另一方面，藉使用此實施例所使用之參考電極，二茂鐵於甲醇中之氧化-還原電位經計算為+0.11[V vs. Ag/Ag+ ]。因此，發現實施例1所使用參考電極之電位能較標準氫電極低0.50[eV]。
此情況下，已知標準氫電極相對於該真空能階之電位能係為-4.44eV(參考資料：Toshihiro Ohnishi and Tamami Koyama,High Molecular EL Material,Kyoritsu Shuppan,pp.64-67)。是故，此實施例所使用參考電極相對於該真空能階的電位能可如下決定：-4.44-0.50=-4.94[eV]。
(測量實施例：結構式(1))
首先，此測量實施例中，以結構式(1)所示之Ir(dbq-P)2 (acac)為例，詳細描述藉CV測量計算LUMO能階。圖16顯示具有還原反應特徵之CV測量結果。請注意還原反應特徵之測量係藉由在-1.35V至-2.30V且隨之-2.30V至-1.35V範圍內掃描操作電極相對於參考電極之電位而執行。
如圖16所示，還原峰值電位E pc 為-1.78V。此外，氧化峰值電位E pa 係為-1.67V。是故，可計算半波電位(介於E pc 及E pa 之間的中間電位)為-1.72V。此顯示Ir(dbq-P)2 (acac)被-1.72之電能所還原[V vs. Ag/Ag+ ]，此能量對應於LUMO能階。此情況下，如前文所述，實施例1所使用參考電極相對於真空能階之電位能係為-4.94[eV]。因此，結構式(1)所示基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階可如下計算：-4.94-(-1.72)=-3.22[eV]。
(測量結果彙總)
依相同方式，測量具體實施態樣模式3所述基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階。此外，亦評估作為參考值之BAlq(以下結構式(i)所示)的LUMO能階，其係廣泛作為紅色燐光化合物之主體材料的電子傳送化合物。
結果總列於下表1。如表1所示，基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物具有較深之LUMO能階，較-2.7eV深。此外，發現此等基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階較BAIq深。因此，由此實施例1之結果，證實使用於本發明基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機金屬錯合物具有相對高之電子俘獲性質。
[實施例2]
實施例2中，特別參考對照例說明本發明發光元件。請注意此反應所使用之物質的分子結構係出示於以下(ii)及(iii)。此外，圖3說明元件之結構。
((發光元件1及發光元件2之製造))
首先，製備其上沈積厚度110nm之氧化銦錫矽(ITSO)作為陽極的玻璃基板。ITSO表面之周邊覆以聚醯亞胺薄膜，使得暴露2mm乘2mm面積之表面。電極面積設定為2mm乘2mm。作為用於在此基板上形成發光元件之預處理，基板表面以水洗滌，於200℃烘烤一小時，隨之，進行UV臭氧處理370秒。隨之，將基板移入真空蒸發裝置內，其中壓力降至約10-4 Pa，於真空蒸發裝置之加熱艙中進行在170℃之真空烘烤30分鐘，之後將基板冷卻約30分鐘。
其次，將基板固定於真空蒸發裝置中所具有的支架上，使得基板具有ITSO之表面朝下。
真空蒸發裝置中壓力降至10-4 Pa之後，結構式(i)所示之NPB及氧化鉬(VI)共同蒸發，使得NPB對氧化鉬(VI)之重量比為4：1，而形成電洞注入層311。電洞注入層311之厚度設定為50nm。請注意共同蒸發係為其中複數種不同物質同時自不同蒸發來源蒸發之蒸發方法。其次，NPB蒸發至10nm厚以形成電洞傳送層312。
再者，於電洞傳送層312上形成厚度50nm之發光層313。發光元件1係為本發明發光元件，其中使用NPB作為第一種有機化合物，使用實施例1結構式(i)所示之BAlq作為第二種有機化合物，且使用具體實施態樣模式3中結構式(1)所示之Ir(dpq-P)2 (acac)作為基於二苯并[f ,h ]喹啉之有機化合物。
就發光元件1而言，此等材料係共同蒸發，使得NPB：BAlq：Ir(dpq-P)2 (acac)之重量比為0.05：1：0.06，而形成發光層313。另一方面，就發光元件2--對照發光元件而言，僅使用BAlq作為主體材料，而不使用NPB。就發光元件2而言，此等材料係共同蒸發，使得BAlq：Ir(dpq-P)2 (acac)之重量比為1：0.06，而形成發光層313。
其次，結構式(iii)所示之Alq係蒸發至厚度30nm，而形成電子傳送層314。此外，氟化鋰於電子傳送層314上沈積至厚度1nm，以形成電子注入層315。最後，將鋁沈積至厚度200nm以形成作為陰極之第二電極302。因而製得發光元件1及2。注意，針對每一個前述蒸發方法使用電阻加熱法。
((發光元件1及發光元件2之操作特徵))
於手套箱中在氮氛圍下進行密封，使得所得之發光元件1及2不暴露於大氣下，之後測量此等發光元件之操作特徵。請注意測量係於室溫(於保持25℃之氛圍中)進行。
發光元件之電流密度對亮度特徵係出示於圖8A，其電壓對亮度特徵係出示於圖8B。此外，發光元件之亮度對電流效率特徵係出示於圖9。此外，發光元件之發射光譜係出示於圖10。發光元件之發射光譜幾乎相同，發光顏色係為自Ir(dbq-P)2 (acac)衍生之紅色。
如圖9所示，發光元件2(對照發光元件)之電流效率極低，即，低於或等於本發明發光元件1之一半。發光元件2在具體實施態樣模式1中係處於圖2B所說明之狀態。因為將具有高電子俘獲性質之Ir(dbq-P)2 (acac)添加至係為電子傳送化合物之BAlq中，故認為載流子平衡差且電流效率降低。此外，自圖8B可知驅動電壓高。
另一方面，自圖9可知，本發明發光元件1展現高發射效率。
其次，起始亮度係設定於1000cd/m2 ，此等元件於固定電流密度下驅動，藉以得到如圖11所示之亮度退化曲線。圖11中，橫軸表示時間且縱軸表示當起始亮度為100時之相對亮度(%)。如圖11所示，本發明發光元件亦具有大幅改善之使用壽命。
此情況下，於1000cd/m2 下之特徵及使用壽命的比較係出示於下表2。請注意如圖11所示，因為可預期發光元件1達到亮度半衰期花費100,000小時或以上，故比較元件亮度減低10%之週期的使用壽命。
首先，如表2所示，僅使用BAlq作為主體材料之發光元件2的電流效率、外部量子效率及功率效率極低，而使用NPB及BAlq兩種材料作為主體材料之發光元件1的電流效率、外部量子效率及功率效率則高。由單獨使用之NPB或BAlq的性質未預見此等結果。同理可適用於使用壽命，預期發光元件1之亮度半衰期約50,000小時或以上。
如前文所述，藉由製造本發明發光元件，發現可同時得到高發射效率及長元件使用壽命。因此，藉由執行本發明，可得到具有發射效率及長元件使用壽命的發光元件。
((發光元件3及發光元件4之製造))
以如同發光元件1之方式製造本發明發光元件3，不同處係發光層313之Ir(dbq-P)2 (acac)係以Ir(dbq-3FP)2 (acac)(具體實施態樣模式3中結構式(55)表示)取代。此外，以如同發光元件2之方式製造作為對照發光元件之發光元件4，不同處係發光層313之Ir(dbq-P)2 (acac)係以Ir(dbq-3FP)2 (acac)取代。
((發光元件3及發光元件4之操作特徵))
於手套箱中在氮氛圍下進行密封，使得所得之發光元件3及發光元件4不暴露於大氣下，之後測量此等發光元件之操作特徵。請注意測量係於室溫(於保持25℃之氛圍中)進行。
發光元件之電流密度對亮度特徵係出示於圖12A，其電壓對亮度特徵係出示於圖12B。此外，發光元件之亮度對電流效率特徵係出示於圖13。此外，發光元件之發射光譜係出示於圖14。發光元件之發射光譜幾乎相同，發光顏色係為自Ir(dbq-3FP)2 (acac)衍生之紅色。
如圖13所示，發光元件4(對照發光元件)之電流效率極低，即，低於或等於本發明發光元件3之一半。發光元件4在具體實施態樣模式1中係處於圖2B所說明之狀態。因為將具有高電子俘獲性質之Ir(dbq-3FP)2 (acac)添加至係為電子傳送化合物之BAlq中，故認為載流子平衡差且電流效率降低。此外，自圖12B可知發射起始電壓高。
另一方面，自圖13可知，本發明發光元件3展現高發射效率。
其次，起始亮度係設定於1000cd/m2 ，此等元件於固定電流密度下驅動，藉以得到如圖15所示之亮度退化曲線。圖15中，橫軸表示時間且縱軸表示當起始亮度為100時之相對亮度(%)。如圖15所示，本發明發光元件亦具有大幅改善之使用壽命。
此情況下，於1000cd/m3 下之特徵及使用壽命的比較係出示於下表3。請注意如圖15所示，因為可預期發光元件3達到亮度半衰期花費10,000小時或以上，故比較元件亮度減低10%之週期的使用壽命。
首先，而使用NPB及BAlq兩種材料作為主體材料之發光元件3的電流效率、外部量子效率及功率效率高，而僅使用BAlq作為主體材料之發光元件4的電流效率、外部量子效率及功率效率則極低。由單獨使用之NPB或BAlq的性質未預見此等結果。同理可適用於使用壽命，預期發光元件3之亮度半衰期約20,000小時。
如前文所述，藉由製造本發明發光元件，發現可同時得到高發射效率及長元件使用壽命。因此，藉由執行本發明，可得到具有發射效率及長元件使用壽命的發光元件。
在此描述前述發光元件所使用之Ir(dbq-P)2 (acac)及Ir(dbq-3FP)2 (acac)(其係基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物)的合成方法。
(((乙醯基丙酮)雙(2-苯基二苯并[f,h ]喹啉)銥(III)(縮寫：Ir(dbq-P)2 (acac)之合成方法))
[步驟1：合成2-苯基二苯并[f,h ]喹啉(縮寫：Hdbq-P)]
首先，2.16g苯基乙二醛及3.36g之9,10-二胺基菲於氮氛圍下溶於100mL脫水乙醇之溶劑中。溶液回流7小時以進行反應。過濾反應中沉澱之白色粉末。殘留物以乙醇及後續之***洗滌，產生二苯并[f,h ]喹啉衍生物，Hdbq-P，其為標題物質(產率：92%)。步驟1之合成流程圖出示於以下(a-1)中。
[步驟2：合成二-u-氯-雙[雙{2-苯基二苯并[f,h ]喹啉)銥(III)](縮寫：[Ir(dbq-P)2 Cl]2 )]
依循前述步驟1，在具有回流管之回收瓶中的24mL之2-乙氧基乙醇內置入8mL之水、0.61g二苯并[f,h ]喹啉衍生物、前述步驟1所得之Hdbq-P及0.30g氯化銥水合物(IrCl3 ‧H2 O)(Sigma-Aldrich Corp.製造)。以氬置換瓶中氛圍。隨之，混合物照射微波(2.45GHz,200W)歷經5小時以進行反應。過濾自反應溶液沉澱之橙色粉末，殘留物以乙醇洗滌，產生二核錯合物[Ir(dbq-P)2 Cl]2 (產率：78%)。請注意微波照射係使用微波合成系統(Discovery，CEM Corporation製造)。此外，步驟2之合成流程圖出示於以下(b-1)中。
[步驟3：合成(乙醯基丙酮)雙(2-苯基二苯并[f,h ]喹啉)銥(III)(縮寫：Ir(dbq-P)2 (acac))]
依循前述步驟2，在裝置有回流管之回收瓶中置入25mL之2-乙氧基乙醇、0.54g前述步驟2所得之二核錯合物[Ir(dbq-P)2 Cl]2 、0.10mL之乙醯基丙酮及0.34g碳酸鈉。以氬置換瓶中氛圍。隨之，混合物照射微波(2.45GHz,200W)歷經30分鐘以進行反應。過濾反應溶液，將所得之濾液濃縮並乾燥，產生殘留物。此殘留物以二氯甲烷再結晶，產生本發明有機金屬錯合物Ir(dbq-P)2 (acac)之紅色粉末(產率：16%)。步驟3之合成流程圖出示於以下(c-1)中。
如前文所述，可合成Ir(dbq-P)2 (acac)。
(((乙醯基丙酮)雙[2-(3-氟苯基)-二苯并[f,h ]喹啉]銥(III)(縮寫：Ir(dbq-3FP)2 (acac))之合成方法))
[步驟1：合成2-(3-氟苯基)-二苯并[f ,h )喹啉(縮寫：Hdbq-3FP)]
首先，於氮氛圍下，於-78℃將27.5mL(1.58mol/L)正丁基鋰之己烷溶液滴入6.87g 3-溴氟苯及40mL之四氫呋喃之混合溶液中。隨之，在溫度保持-78℃下，混合物攪拌2小時。於-78℃在所得溶液中分五次添加7.54g二苯并[f ,h ]喹啉。混合物加熱至室溫，在溫度維持室溫下攪拌12小時。將水添加至此混合物中，使用二氯甲烷作為萃取溶劑，以萃取有機層。所得之有機層以無水硫酸鎂乾燥。過濾藉乾燥所得之溶液。餾除此溶液之溶劑，隨之，藉以乙醇再結晶，得到本發明有機金屬錯合物Hdbq-3FP，其係為標題物質(淡橙色粉末，產率：23%)。步驟2之合成流程圖出示於以下(a-2)中。
[步驟2：合成二-u-氯-雙[雙{2-(3-氟苯基)-二苯并[f ,h ]喹啉}銥(III)(縮寫：[Ir(dbq-3FP)2 Cl]2 ]
依循前述步驟1，在裝置有回流管之回收瓶中置入15mL之2-乙氧基乙醇、5mL之水、2.41g二苯并[f,h ]喹啉衍生物Hdbq-3FP(其係前述步驟1製得)及1.01g氯化銥水合物(IrCl3 ‧H2 O)(Sigma-Aldrich Corp.製造)。以氬置換瓶中氛圍。隨之，混合物照射微波(2.45GHz,100W至250W)歷經6小時以進行反應。過濾自反應溶液沉澱之橙色粉末，殘留物以乙醇洗滌，產生二核錯合物[Ir(dbq-3FP)2 Cl]2 (產率：70%)。請注意微波照射係使用微波合成系統(Discovery，CEM Corporation製造)。步驟2之合成流程圖出示於以下(b-2)中。
[步驟3：合成(乙醯基丙酮)雙[2-(3-氟苯基)-二苯并[f,h ]喹啉]銥(III)(縮寫：Ir(dbq-3FP)2 (acac)]
依循前述步驟2，在裝置有回流管之回收瓶中置入20mL之2-乙氧基乙醇、2.06g二核錯合物[Ir(dbq-3FP)2 Cl]2 (其係前述步驟2製得)及0.43g乙醯基丙酮鈉水合物(Na(CH3 COCHCOCH3 ).XH2 O)。以氬置換瓶中氛圍。隨之，混合物照射微波(2.45GHz,100W)歷經30分鐘以進行反應。過濾反應溶液，將所得之濾液濃縮並乾燥，產生殘留物。此殘留物溶於二氯甲烷中，混合物經塞里矽藻土過濾。隨之，藉由以二氯甲烷再結晶，可得到基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物[Ir(dbq-3FP)2 (acac)]之紅色粉末(產率：27%)。步驟3之合成流程圖出示於以下(c-2)中。
如前文所述，可合成Ir(dbq-3FP)2 (acac)。
此申請案係基於2007年11月30日向日本專利局申請之日本專利申請案編號2007-310376，該案之整體內容以引用方式併入本文。
100．．．發光層
101．．．電洞傳送層
102．．．電子傳送層
111．．．第一種有機化合物之HOMO能階
112．．．第一種有機化合物之LUMO能階
121．．．第二種有機化合物之HOMO能階
122．．．第二種有機化合物之LUMO能階
131．．．基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的HOMO能階
132．．．基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階
200．．．發光層
201．．．電洞傳送層
202．．．電子傳送層
211．．．第一種有機化合物之HOMO能階
212．．．第一種有機化合物之LUMO能階
221．．．第二種有機化合物之HOMO能階
222．．．第二種有機化合物之LUMO能階
231．．．基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的HOMO能階
232．．．基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物的LUMO能階
301．．．第一電極
302．．．第二電極
311．．．電洞注入層
312．．．電洞傳送層
313．．．發光層
314．．．電子傳送層
315．．．電子注入層
321．．．第一種有機化合物
322．．．第二種有機化合物
323．．．基於二苯并[f,h ]喹啉之有機金屬錯合物
401．．．架框
402．．．液晶層
403．．．背光源
404．．．架框
405．．．驅動IC
406．．．終端
411．．．架框
412．．．光源
511．．．主體
512．．．架框
513．．．顯示部分
514．．．鍵盤
521．．．顯示部分
522．．．主體
523．．．天線
524．．．聲音輸出部分
525．．．聲音輸入部分
526．．．操作開關
531．．．顯示部分
532．．．架框
533．．．揚聲器
601．．．驅動電路部分(源極側驅動電路)
602．．．像素部分
603．．．驅動電路部分(閘極側驅動電路)
604．．．密封基板
605．．．密封劑
607．．．間隔
608．．．線路
609．．．FPC(可撓性印刷電路)
610．．．元件基板
611．．．開關TFT
612．．．電流控制TFT
613．．．第一電極
614．．．絕緣體
616．．．包括發光層之層
617．．．第二電極
618．．．發光元件
623．．．n-通道TFT
624．．．p-通道TFT
951．．．基板
952．．．電極
953．．．絕緣層
954．．．分隔層
955．．．包括發光層之層
956．．．電極
圖1係為本發明態樣之發光元件的能帶圖。
圖2A及2B係為習用發光元件之能帶圖。
圖3說明本發明態樣之發光元件的單元結構。
圖4A及4B各說明使用本發明態樣之發光元件的照明裝置。
圖5A至5C各說明使用其中使用本發明態樣之發光元件的發光裝置之電子裝置。
圖6A及6B說明使用本發明態樣之發光元件的發光裝置。
圖7A及7B說明本發明態樣之發光裝置。
圖8A及8B顯示發光元件1及對照發光元件2之特徵。
圖9顯示發光元件1及對照發光元件2之特徵。
圖10顯示發光元件1及對照發光元件2之發射光譜。
圖11顯示發光元件1及對照發光元件2之亮度退化曲線。
圖12A及12B顯示發光元件3及對照發光元件4之特徵。
圖13顯示發光元件3及對照發光元件4之特徵。
圖14顯示發光元件3及對照發光元件4之發射光譜。
圖15顯示發光元件3及對照發光元件4之亮度退化曲線。
圖16顯示藉實施例1中測量值所的之CV曲線。
301．．．第一電極
302．．．第二電極
311．．．電洞注入層
312．．．電洞傳送層
313．．．發光層
314．．．電子傳送層
315．．．電子注入層
321．．．第一種有機化合物
322．．．第二種有機化合物
323．．．基於二苯并[f,h]喹啉之有機金屬錯合物

Claims (12)

  1. 一種發光元件，其包含介於第一電極及第二電極之間的發光層，其中該發光層係包含具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物，其中該有機金屬錯合物具有式(G1)所示之結構：；且其中：Ar表示具有6至25個碳原子之芳基；R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者；R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、鹵素及具有1至4個碳原子之醯氧基中之任一者；R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對可彼此鍵結以形成環；且M係為第9族元素或第10族元素。
  2. 一種發光元件，其包含介於第一電極及第二電極之間的發光層， 其中該發光層係包含具有電洞傳送性質之第一種有機化合物、具有電子傳送性質之第二種有機化合物及有機金屬錯合物，其中該有機金屬錯合物係由式(G5)表示：；且其中：Ar表示具有6至25個碳原子之芳基；R1 表示氫、具有1至4個碳原子之烷基或具有1至4個碳原子之烷氧基中之任一者；R2 至R8 獨立地表示氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有1至4個碳原子之醯氧基或鹵素中之任一者；R2 及R3 、R3 及R4 、R5 及R6 、R6 及R7 、或R7 及R8 中的任一對可彼此鍵結以形成環；M係為第9族元素或第10族元素；L表示具有β-二酮結構之單陰離子性二牙鉗合劑配位體、具有羧基之單陰離子性二牙鉗合劑配位體、具有酚羥基之單陰離子性二牙鉗合劑配位體及其中兩配位體元素皆為氮之單陰離子性二牙鉗合劑配位體中之任一種；且 當M為第9族元素時n為2，而當M為第10族元素時n為1。
  3. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中R1 、R2 、R4 、R5 、R7 及R8 係表示氫。
  4. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中R1 至R8 係表示氫。
  5. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中R1 至R8 係表示氫，其中Ar表示具有取代基之苯基，且其中該取代基係選自氫、具有1至4個碳原子之烷基、具有1至4個碳原子之烷氧基、具有6至12個碳原子之芳基及鹵素。
  6. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中M係為銥或鉑。
  7. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中該第一種有機化合物係為芳族胺化合物或咔唑衍生物。
  8. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中該第二種有機化合物係為雜芳族化合物或金屬錯合物。
  9. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中該有機金屬錯合物於該發光層中之量係大於或等於1重量%且小於或等於10重量%。
  10. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元 件，其中該第二種有機化合物對該第一種有機化合物之重量比係大於或等於1/20且小於或等於20/1。
  11. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中該第二種有機化合物對該第一種有機化合物之重量比係大於或等於1且小於或等於20/1。
  12. 如申請專利範圍第1、2項中任一項之發光元件，其中該有機金屬錯合物之LUMO能階係較該第一種有機化合物之LUMO能階及該第二種有機化合物之LUMO能階深0.2eV或以上。
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