专利名称：发光元件、发光装置、显示装置和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光元件、利用该发光元件的发光装置、显示装置以及电子设备。
背景技术：
有机电致发光元件(所谓的有机EL元件)是具有在阳极与阴极之间插入至少I层的发光性有机层作为发光层的结构的发光元件。在这种发光元件中，通过在阴极与阳极之间施加电场，从而将电子从阴极侧注入至发光层，并且将空穴从阳极侧注入至发光层，在发光层中，通过电子与空穴复合而生成激子，在该激子返回基态时，激子所帯有的能量作为光被释放出。在这种发光元件中，一般而言，为了提高空穴的注入性和输送性，在阳极与发光层 之间设置空穴注入层和空穴输送层(例如，參照专利文献I)。另外，在这种发光元件中，通过调整空穴输送层的HOMO(最高被占轨道)和LUMO(最低空轨道)的大小，从而在空穴输送层中阻挡来自阴极侧(发光层侧)的电子，将电子和空穴封闭在发光层内，实现发光效率的提高。专利文献专利文献I :特许第3654909号公报
发明内容
但是，在现有的发光元件中，存在以下问题空穴输送层无法充分地阻挡来自阴极侧的电子，伴随长时间的使用，由于侵入并通过空穴输送层的电子而导致空穴输送层、空穴注入层发生劣化。驱动电压越高(电流密度越大)，空穴输送层阻挡电子的功能因能带弯曲效果而下降得越多，因此，所述问题变得明显。因此，在需要高密度电流的高亮度的发光元件中，难以实现长寿命。另外，为了提高电子阻挡效果，考虑将HOMO与LUMO的能隙大的材料用于空穴输送层，但是能够用作空穴输送层的材料的种类有限，因此，存在这种办法在现实中难以实现这样的课题。本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的发明，能够按照以下的方式或应用例而实现。应用例I :本应用例的发光元件的特征在于，具有阳极、阴极、设置于上述阳极与上述阴极之间的发光层、和设置于上述阳极与上述发光层之间的具有输送空穴的功能的有机层，上述有机层具有空穴注入层和空穴输送层，所述空穴注入层设置成与上述阳极相接且含有空穴注入性材料，所述空穴输送层设置成与上述空穴注入层和上述发光层相接且含有空穴输送性材料，上述空穴注入层和上述空穴输送层分别含有具有电子输送性的电子输送性材料而构成，上述电子输送性材料的含量在上述空穴注入层与上述空穴输送层中不同。根据本应用例的发光元件，具有输送空穴功能的有机层能够高效地从阳极向发光层输送空穴。因此，能够提高发光元件的发光效率。特别地，在本应用例的发光元件中，有机层含有电子输送性材料并且分别与阳极和发光层相接，因此，即使电子从发光层向有机层内侵入(注入)，有机层也能够迅速地向阳极侧输送该电子并使其通过。由此，能够防止电子停留在有机层中，结果能够防止有机层因电子而发生劣化。因此，即使在以高电流密度的电流进行驱动时，也能够实现发光元件的长寿命。另外，通过使电子输送性材料的混合比在空穴注入层与空穴输送层中不同，能够对发光特性、寿命特性采取适当的平衡。应用例2 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述有机层具有阻挡电子的功能。由此，有机层能够在从阳极向发光层输送空穴的同时，阻挡来自发光层的电子。因此，能够高效地将电子和空穴封闭在发光层中，提高发光效率。这样，即使有机层具有阻挡电子的功能，在采用高电流密度的驱动中，也存在有机层未完全阻挡电子，结果电子侵入(注入)到有机层中的情況。即使在这种情况下，在本应用例的发光元件中，由于有机层含有电子输送性材料，因此，有机层能够迅速地向阳极侧输送在有机层中未被完全阻挡而侵入到有机层内的电子并使其通过。应用例3 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述空穴输送层中的上述电子输送性材料的含量高于上述空穴注入层中的上述电子输送性材料的含量。由此，电子从发光层向空穴输送层的输送变得容易，因此能够有效地实现长寿命。应用例4:上述应用例的发光元件的特征在于，上述空穴输送层的膜厚比上述空穴注入层的膜厚薄。与空穴注入层相比，空穴输送层的电子输送性材料的含量高，因此，空穴移动性变低，驱动电压容易上升。因此，通过使空穴输送层的膜厚比空穴注入层的膜厚薄，与空穴输送层具有与空穴注入层同等以上的膜厚时相比，能够抑制驱动电压的上升。应用例5 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述电子输送性材料为并苯系材料。并苯系材料的电子输送性优异。因此，含有并苯系材料的有机层能够迅速地向阳极输送来自发光层的电子。另外，并苯系材料对电子的耐性优异。因此，能够防止或抑制因电子而导致的有机层的劣化。应用例6 :上述应用例的发光元件的特征在干，上述有机层含有胺系材料。胺系材料的空穴输送性优异。因此，含有胺系材料的有机层能够向发光层迅速地输送来自阳极的空穴。应用例7 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述有机层由混合并苯系材料和胺系材料而得的混合材料构成。由此，能够比较简单地将有机层的空穴输送性和电子输送性的平衡调整到适当的范围。应用例8 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述并苯系材料由蒽系材料和并四苯系材料中的至少一方构成。这种并苯系材料具有优异的电子输送性和电子耐久性，并且能够比较简单地以高品质的膜质成膜。应用例9 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述空穴注入层与上述空穴输送层所含的空穴输送性材料是相同的由此，能够使来自阳极的空穴注入性和空穴输送性良好，并且能够防止因电子而导致的空穴注入层和空穴输送层的劣化。应用例10 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述空穴注入材料中的上述电子输送性材料的含量、上述空穴输送材料中的上述电子输送性材料的含量分别为30wt% 70wt%。由此，能够使有机层的电子输送性与空穴输送性的平衡良好。另外，在有机层具有电子阻挡性时，能够使有机层的电子阻挡性与电子输送性的平衡良好。应用例11 :上述应用例的发光元件的特征在于，上述有机层的平均厚度为20nm lOOnm。由此，能够使来自阳极的空穴注入性和空穴输送性良好，并且能够防止因电子而导致的空穴注入层和空穴输送层的劣化。应用例12 : —种发光装置，其特征在于，具备上述应用例的发光元件。这种发光装置具备长寿命的发光元件，因此可靠性优异。应用例13 : —种显示装置，其特征在于，具备上述应用例的发光装置。这种显示装置经过长时间仍能够显示出高品质的图像，并且可靠性优异。应用例14 :ー种电子设备，其特征在于，具备上述应用例的显示装置。这种电子设备的可靠性优异。
图I是示意地表示本发明的第I实施方式所涉及的发光元件的剖面图。图2是表示应用了本发明显示装置的显示器装置的实施方式的纵剖面图。图3是表示应用了本发明电子设备的移动型(或笔记本型)的个人计算机的构成的立体图。图4是表示应用了本发明电子设备的便携式电话(还包括PHS)的构成的立体图。图5是表示应用了本发明电子设备的数码相机的构成的立体图。图6是表示实施例与比较例的发光元件中的空穴注入层和空穴输送层的构成、以及发光特性的评价结果的表。符号说明1、1K、1B、1G.发光元件；2.基板；3.阳极；4.空穴注入层；5.空穴输送
层；6...发光层；7...电子输送层；8...电子注入层；9...阴极；10...密封构件；14...层叠体;19b、19g、19k.滤色器；45.功能层；100.显示器装置；101.发光装置；100K、100c、100B.子像素；20.密封基板；21...基板;22.平坦化层；24...驱动用晶体管；241...半导体层；242...栅极绝缘层；243...栅电极；244...源电极；245...漏电极；27...配线；31...隔壁；32...反射膜；33...抗腐蚀膜；34...阴极罩；35...环氧树脂层；36.遮光层；1100.个人计算机；1102.键盘；1104.主体部；1106.显示単元；1200...便携式电话；1202...操作按钮；1204. 听筒；1206. 话筒；1300. 数码相机；1302.机体(机身)；1304.受光单元；1306.快门按钮；1308.电路基板；1312...视频信号输出端子；1314...数据通信用的输入输出端子；1430...电视监视器；1440.个人计算机
具体实施例方式以下，对附图所表示的本发明的发光元件、发光装置、显示装置和电子设备的优选的实施方式进行说明。在以下的各图中，为了达到能够辨认各层、各构件的程度的大小，使各层、各构件的尺寸与实际尺寸不同。实施方式I图I是示意地表示本发明的第I实施方式所涉及的发光元件的剖面图。应予说明，为了说明方便，以下将图I中的上侧作为“上”、下侧作为“下”来进行说明。图I所示的发光元件(电致发光元件)I是按照阳极3、空穴注入层4、空穴输送层5、发光层6、电子输送层7、电子注入层8和阴极9的顺序进行层叠而成的。即，在发光元件 I中，在阳极3与阴极9之间插入有从阳极3侧向阴极9侧按照空穴注入层4、空穴输送层
5、发光层6、电子输送层7和电子注入层8的顺序进行层叠而得的层叠体14。应予说明，在本实施方式中，由空穴注入层4和空穴输送层5构成的功能层45构成具有从阳极3向发光层6输送空穴的功能的有机层。而且，将发光元件I整体设置于基板2上，并且用密封构件10进行密封。当为这种发光元件I时，通过对阳极3和阴极9施加驱动电压，可分别从阴极9侧对发光层6供给(注入)电子，并且从阳极3侧对发光层6供给(注入)空穴。而且，在发光层6中，空穴和电子复合，通过在该复合时释放的能量生成激子(exciton)，激子返回基态时释放能量(荧光、磷光)(发光)。由此，发光元件I发光。此时，在发光元件I中，由空穴注入层4和空穴输送层5构成的功能层(有机层)能够高效地从阳极3向发光层6输送空穴。因此，能够提高发光元件I的发光效率。特别地，如后所述，在发光元件I中，由空穴注入层4和空穴输送层5构成的功能层含有电子输送性材料，并且分别与阳极3和发光层6相接，因此，即使电子从发光层6向空穴输送层5内侵入(注入)，空穴注入层4和空穴输送层5也能够向阳极3侧迅速地输送该电子并使其通过。由此，能够防止电子停留在空穴注入层4和空穴输送层5中，结果能够防止空穴注入层4和空穴输送层5因电子而发生劣化。因此，即使在以高电流密度的电流进行驱动的情况下，也能够实现发光元件I的长寿命。另外，通过使电子输送性材料的混合比在空穴注入层4与空穴输送层5中不同，能够对发光特性、寿命特性采取适当的平衡。基板2是支撑阳极3的构件。本实施方式的发光元件I为从基板2侧取出光的结构(底部发射型)，因此，基板2和阳极3分别形成实质上透明(无色透明、着色透明或半透明)。作为基板2的构成材料，例如可举出聚对苯ニ甲酸こニ醇酯、聚萘ニ甲酸こニ醇酷、聚丙烯、环烯烃聚合物、聚酰胺、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酷、聚碳酸酷、聚芳酯这样的树脂材料，石英玻璃、钠玻璃这样的玻璃材料等，可以使用其中的I种或组合2种以上使用。这种基板2的平均厚度没有特别的限定，优选为0. Imm 30mm左右，更优选为
0.Imm 10mm 左石。应予说明，在发光元件I为从与基板2相反侧取出光的结构(顶部发射型)时，基板2使用透明基板和不透明基板均可。
作为不透明基板，例如，可举出由氧化铝这种陶瓷材料构成的基板、在不锈钢这种金属基板的表面形成氧化膜(绝缘膜)的基板、由树脂材料构成的基板等。另外，在这种发光元件I中，阳极3与阴极9之间的距离(即，层叠体14的平均厚度)优选为IOOnm 300nm,更优选为IOOnm 250nm,进一步优选为IOOnm 200nm。由此，能够简单且可靠地实现发光元件I的低驱动电压。以下依次说明构成发 光元件I的各部分。阳极阳极3是介由后述的空穴注入层4向发光层6注入空穴的电极。作为该阳极3的构成材料，优选使用功函数大且导电性优异的材料。作为阳极3的构成材料，例如，可举出IT0(Indium Tin Oxide,氧化铟锡)、IZO (Indium Zinc Oxide,氧化铟锌)、In303、Sn02、含有 Sb 的 SnO2、含有 Al 的 ZnO 等氧化物，Au、Pt、Ag、Cu或含有它们的合金等,可以使用其中的I种或组合使用2种以上。特别优选阳极3由ITO构成。ITO是具有透明性、且功函数大、导电性优异的材料。由此，能够高效地从阳极3向空穴注入层4注入空穴。另外，阳极3的空穴注入层4侧的面(在图I中为上表面)优选实施等离子体处理。由此，能够提高阳极3与空穴注入层4的接合面的化学和机械的稳定性。结果，能够提高从阳极3向空穴注入层4的空穴注入性。应予说明，对于所述的等离子体处理，在后述的发光元件I的制造方法的说明中进行详细叙述。这种阳极3的平均厚度没有特别的限定，但优选为IOnm 200nm左右，更优选为50nm 150nm 左右。阴极另ー方面，阴极9是介由后述的电子注入层8向电子输送层7注入电子的电极。作为该阴极9的构成材料，优选使用功函数小的材料。作为阴极9 的构成材料，例如，可举出 Li、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb、Ag、Cu、Al、Cs、Rb或含有它们的合金等，可以使用其中的I种或组合2种以上(例如，以多层的层叠体、多种的混合层等的形式)使用。特别是在使用合金作为阴极9的构成材料时，优选使用含有Ag、Al、Cu等稳定的金属元素的合金，具体为MgAg、AlLi、CuLi等合金。通过使用所述的合金作为阴极9的构成材料，能够实现阴极9的电子注入效率和稳定性的提高。这种阴极9的平均厚度没有特别的限定，但优选为50nm IOOOnm左右，更优选为IOOnm 500nm 左右。应予说明，本实施方式的发光元件I为底部发射型，因此对阴极9不特别要求透光性。空穴注入层空穴注入层4具有提高来自阳极3的空穴注入效率的功能(即，具有空穴注入性)。另外，如后所述，空穴注入层4还具有输送电子的功能。该空穴注入层4含有具有空穴注入性的材料(即空穴注入性材料)和具有电子输送性的材料(即电子输送性材料)。应予说明，对于空穴注入层4含有的电子输送性材料，与空穴输送层5含有的电子输送性材料的说明一起在后面详述。
作为该空穴注入层4所含有的空穴注入材料，没有特别的限定，例如可举出铜酞菁、4，4’，4”-三(N，N-苯基-3-甲基苯基氨基)三苯基胺(m-MTDATA)、下式(I)表示的N，N’ -双(4-ニ苯基氨基-苯基)-N，N’ -ニ苯基-联苯-4，4’ -ニ胺等。
权利要求
1.ー种发光兀件，其特征在于，具有 阳极， 阴极， 设置于所述阳极和所述阴极之间的发光层，和 设置于所述阳极和所述发光层之间的具有输送空穴的功能的有机层； 所述有机层具有空穴注入层和空穴输送层，所述空穴注入层设置成与所述阳极相接且含有空穴注入性材料，所述空穴输送层设置成与所述空穴注入层和所述发光层相接且含有空穴输送性材料， 所述空穴注入层和所述空穴输送层分别含有具有电子输送性的电子输送性材料而构成， 所述电子输送性材料的含量在所述空穴注入层与所述空穴输送层中不同。
2.根据权利要求I所述的发光元件，其特征在于，所述有机层具有阻挡电子的功能。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，所述空穴输送层中的所述电子输送性材料的含量高于所述空穴注入层中的所述电子输送性材料的含量。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其特征在于，所述空穴输送层的平均厚度比所述空穴注入层的平均厚度薄。
5.根据权利要求4所述的发光元件，其中，所述电子输送性材料为并苯系材料。
6.根据权利要求5所述的发光元件，其特征在于，所述有机层含有胺系材料。
7.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，所述有机层由混合并苯系材料和胺系材料而得的混合材料构成。
8.根据权利要求5 7中任ー项所述的发光元件，其特征在于，所述并苯系材料由蒽系材料和并四苯系材料中的至少一方构成。
9.根据权利要求I 8中任ー项所述的发光元件，其特征在于，在所述空穴注入层与所述空穴输送层中含有的空穴输送性材料是相同的。
10.根据权利要求I 9中任ー项所述的发光元件，其特征在于，所述空穴注入材料中的所述电子输送性材料的含量、所述空穴输送材料中的所述电子输送性材料的含量分别为30wt % 70wt %。
11.根据权利要求I 10中任ー项所述的发光元件，其特征在于，所述有机层的平均厚度为 20nm lOOnm。
12.一种发光装置，其特征在于，具备权利要求I 11中任ー项所述的发光元件。
13.—种显示装置，其特征在于，具备权利要求12所述的发光装置。
14.ー种电子设备，其特征在于，具备权利要求13所述的显示装置。
全文摘要
本发明提供发光效率优异并且即使在以高电流密度的电流进行驱动时也能够实现长寿命的发光元件、具备所述发光元件的发光装置、显示装置和电子设备。发光元件(1)具有阳极(3)、阴极(9)、设置于阳极(3)与阴极(9)之间且通过对阳极(3)与阴极(9)之间通电而发光的发光层(6)、和设置在阳极(3)与发光层(6)之间并与它们相接且具有输送空穴的功能的功能层(空穴注入层(4)和空穴输送层(5))，空穴注入层(4)和空穴输送层(5)分别含有具有电子输送性的电子输送性材料而构成。另外，空穴注入层(4)与空穴输送层(5)所含的电子输送性材料的含量不同。
文档编号H01L51/52GK102655224SQ20121005302
公开日2012年9月5日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年3月4日
发明者山本英利, 藤田彻司 申请人:精工爱普生株式会社