有机电致发光元件及其制造方法、以及有机电致发光显示装置的制作方法

专利名称：有机电致发光元件及其制造方法、以及有机电致发光显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及实现高亮度、高效率和长寿命的有机电致发光元件及其制造方法，以 及有机电致发光显示装置。
背景技术：
虽然历来作为主流使用阴极管显示装置，但是，近年来薄型的平板面板显示器 (FPD)的显示装置的需求在升高。在FPD中存在各种种类，例如已知有非自发光型的液晶显 示器(IXD)、自发光型的等离子体显示器(PDP)、无机电致发光(无机EL)显示器，或有机电 致发光(有机EL)显示器等。其中，有机EL显示器由于在显示中使用的元件(有机EL元件)为薄型轻量，并且具 有低电压驱动、高亮度和自发光等的特性，因此其研究开发在被积极地进行。有机EL元件在基板上具有一对电极(阳极和阴极)，在该一对电极之间具有至少包 括发光层的有机层。该发光层是在基质材料中掺杂有机发光材料而形成的。一般而言，在 发光层与阳极之间设置有在基质材料中掺杂受主而形成的空穴注入层，在发光层与阴极之 间设置有在基质材料中掺杂施主而形成的电子注入层等。在有机EL元件中，通过对阳极和阴极施加电压，从该阳极向有机层注入空穴，从 该阴极向有机层注入电子。从两电极注入的空穴和电子通过在发光层再结合而生成激子。 有机EL元件利用在该激子失活时放出的光进行发光。在发光层，一般使用发出磷光的材料或发出荧光的材料等的有机发光材料。利用 发出磷光的材料的有机EL元件具有发光效率高且发光寿命长的优点，因此特别是最近在 发光层使用发出磷光的材料的有机EL元件正在普及。此外，以有机EL元件的低电力消耗 为目的，导入内部量子收获率最大为100%的发出磷光的材料的有机EL兀件的开发正在进 行。在发出红色光的有机EL元件和发出绿色光的有机EL元件，被导入内部量子收获 率最大为100%的发出磷光的材料。但是，对于发出蓝色光的有机EL元件，并未导入内部量 子收获率最大为100%的发出磷光的材料，而使用内部量子收获率最大为25%的发出荧光的 材料。在有机EL元件，在发出蓝色光时，与发出红色光和发出绿色光相比需要更高的能 量。进一步，如果要从激发三重态能级(T1)得到该能量，则需要将所有T1、电子和空穴封入 发光层中的发出磷光的材料。因此，不仅包括构成发光层的材料而且还包括发光层的周边 的材料，均需要使最高占据能级(HOMO (最高占据分子轨道)能级)与最低未占能级(LUM0 (最低未占分子轨道)能级)之间的带隙(缝隙)非常大。但是，由于使发光层的HOMO能级与 LUMO能级之间的带隙大，作为构成发光层的基质材料，难以使用在分子间共轭、表示相互作 用、载流子的迁移率高的材料。因此，在使用发出蓝色磷光的材料的情况下，存在进行驱动 时需要高电压且与此相应地发光效率下降的问题。〔0009〕 使用发出蓝色磷光的发光材料的现有的有机21元件31的具体的例子如图8所 示。图8是表示构成使用发出蓝色磷光的发光材料的现有的有机此元件31的各层的能量 图的图。在该图中，作为基质材料，在空穴注入层33使用册8 (如皿)能级二5丨5 ，⑶皿)能 级二2丨彳一^)，在空穴输送层34使用(如皿)能级二5丨96^,1^10能级二2丨彳一^)，在电子输送 层36使用31？枷8 (如皿)能级二6丨8 ，⑶10能级二3丨\在发光层35，作为发出磷光的 材料使用？11~6 (腿0能级二6丨…，⑶10能级二3丨…)。为了将空穴和电子封入该？1『6， 在发光层35，作为基质材料使用0010能级与I皿0能级之间的带隙大的呢!12化010能级 2⑵，I皿0能级二2丨86^〉。但是，由于口012为宽缝，所以不能有效地从空穴输送层34向 发光层35传输空穴。同样,不能有效地从输送层36向发光层35传输电子。因此,在这样 使用发出蓝色磷光的材料的有机此元件31，如上所述，存在进行驱动时需要高电压且与此 相应地发光效率下降的问题。
〔0010〕 因此，为了提高使用发出蓝色磷光的材料的有机此元件的发光效率而在进行研 究。例如，在非专利文献1中公开有将发光层设置为二层的有机此元件。具体而言，公开 有包括有机层的有机此元件，其中，该有机层在一对电极之间依次形成有空穴注入层、第 一发光层、第二发光层和电子注入层。在本文献中，作为基质材料，在空穴注入层使用01八31 (如皿)能级5丨66^,1^10能级2丨在电子注入层使用恥“乂如皿)能级6丨46^,1^10能 级二3丨^)…)。此外，在第一发光层，作为基质材料使用能级二6丨0 ，I皿0能级 二2丨。…)，在第二发光层，作为基质材料使用？ I(!I010能级二6丨66^,1^10能级二2丨如乂)。在 第一发光层和第二发光层，作为发出蓝色磷光的材料被掺杂有？1印10 ^ 11010能级二5丨8 ， I皿0能级二1 ^^乂)。
〔0011〕 采用该结构，能够得到第一发光层和第二发光层的0010能级与1^10能级之间的 带隙小的有机此元件。从而，在发光层也可以使用空穴和电子的迁移率升高的基质材料。 这是因为，在有机蒸镀膜，空穴和电子的输送通过跳跃(跃迁〉传输来进行(非专利文献2〉。 为了使得电子在分子间跳跃传输，需要使得中性状态与自由基阴离子状态之间的电子状态 间的波动函数的重叠大。另一方面，关于空穴，为了在分子间跳跃传输，需要使得中性状态 与自由基阳离子状态之间的电子状态间的波动函数的重叠大。即，中性状态和激进阴离子 状态、或中性状态和激进阴离子状态的堆叠〔相互作用)越强，空穴和电子的迁移率越 高。此外，如果堆叠强，则0010能级和1^10能级的带隙变小。因此，采用本结构，能够得到 1000001/1112的有机此元件的驱动电压为4例那样低、发光效率为22(^7^那样高的有机此 元件。
〔0012〕 现有技术文献 〔0013〕 非专利文献
〔0014〕非专利文献 1 :八卯 116(1 ？1178108 161:1:61-8 94，083506，2009
〔0015〕 非专利文献2 :時任静士、安逹千波矢、村田英幸共著《有機此^V ^ (有机
21显示器》株式会社才一 ^社，2004年8月
〔0016〕 非专利文献3 :渡边正、中林誠一郎著《電子移動。化学-電気化学入門(电子移动 的化学-电化学入门》日本化学会編，朝倉書店，2005年9月
发明内容
发明所要解决的冋题在上述的非专利文献1中公开的有机EL元件，当从电子注入层向第二发光层传输 电子时，电子被传输至发光掺杂剂(FIrpic)。但是，在本文献中公开的有机EL元件，容易 从发光掺杂剂向第一发光层传输电子。从而，米用该结构，在第一发光层与第二发光层的界 面，空穴和电子不进行再结合，进行再结合的概率下降。即，内部量子收获率下降。此外，在上述非专利文献1中公开的有机EL元件，作为第一发光层和第二发光层 的发出磷光的材料，使用发出淡蓝色光的FIrpic。用于该FIrpic的HOMO能级与LUM0能级 的带隙小，所以能够得到为低驱动电压且高发光效率的有机EL元件。从而，在使用发出深 蓝色磷光的材料的情况下，由于这样的发出磷光的材料的HOMO能级与LUM0能级的带隙大， 所以需要HOMO能级与LUM0能级的带隙大的材料。从而，依然存在进行驱动时需要高电压 且与此相应地发光效率下降的问题。因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供能够以低电压进行驱动 且发光效率高的有机EL元件及其制造方法。用于解决问题的方式为了解决上述问题，本发明的有机电致发光元件的特征在于上述有机电致发光 元件在基板上包括阳极和阴极；和有机层，其形成于所述阳极与所述阴极之间且至少具 有发光层，所述发光层包括位于所述阳极一侧且包括第一基质材料的第一发光层；位于 所述阴极一侧且包括第二基质材料的第二发光层；和位于所述第一发光层与所述第二发光 层之间且包括第三基质材料的第三发光层，所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料各自相互不同，并且 在所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料中掺杂有相同的有机发光材 料，所述第一基质材料、所述第二基质材料、所述第三基质材料和所述有机发光材料 各自的最闻占据能级(H0M0)和最低未占能级(LUM0)满足下述关系式(1)和(2),(1) |第一基质材料的H0M0 | > |有机发光材料的H0M0 |，且|有机发光材料的 H0M0 | < |第三基质材料的H0M0 |，(2) |第二基质材料的LUM0 | < |有机发光材料的LUM0 |，且|有机发光材料的 LUM0 | > |第三基质材料的LUM0 |。采用上述结构，在构成第一发光层的基质材料中，使用具有比有机发光材料的最 闻占据能级深的最闻占据能级的材料。另一方面，在构成第~■发光层的基质材料中，使用具 有比有机发光材料的最低未占能级浅的最低未占能级的材料。由此，有机发光材料的最闻 占据能级比第一发光层的基质材料的最高占据能级浅，因此被传输至第一发光层的空穴最 终在第三发光层被完全传输至有机发光材料。同样，有机发光材料的最低未占能级比第二 发光层的基质材料的最低未占能级深，因此被传输至第二发光层的电子最终在第三发光层 被完全传输至有机发光材料。由此，在第三发光层，通过被传输至有机发光材料的空穴与电 子再结合而发光。另外，作为构成第三发光层的基质材料使用最高占据能级与最低未占能级之间的 带隙大的材料。由此，能够抑制从第一发光层传输的空穴向第二发光层移动。同样，能够抑 制从第二发光层传输的电子向第一发光层移动。而且，最高占据能级与最低未占能级之间的带隙大，因此发光层的空穴和电子的迁移率低。从而，能够将被传输至第三发光层的空穴 和电子封入第三发光层内，且空穴和电子的迁移率下降，因此能够提高空穴和电子的再结 合的概率。如上所述，在本发明的有机电致发光元件(有机EL元件)，能够有效且可靠地将空 穴和电子传输至第三发光层。而且，能够提高空穴和电子再结合的概率，因此能够降低有机 EL元件的驱动电压。此外，在发光层空穴和电子再结合的概率升高，因此，内部量子收获率 升高，因此能够提高发光效率。此外，为了解决上述问题，本发明的有机电致发光显示装置的特征在于，包括在 薄膜晶体管基板上形成有上述有机电致发光元件的显示单元。采用上述结构，由于具备为低驱动电压且发光效率高的有机EL元件，因此能够提 供高亮度、高效率且长寿命的显示装置。此外，为了解决上述问题，本发明的有机电致发光元件的制造方法的特征在于上 述有机电致发光元件在基板上包括阳极和阴极；和有机层，其形成于所述阳极与所述阴 极之间且至少具有发光层，上述有机电致发光元件的制造方法包括在所述基板上形成所 述阳极的阳极形成工序；在所述阳极上形成从该阳极被注入空穴的空穴注入层的空穴注入 层形成工序；在所述空穴注入层上形成空穴输送层的空穴输送层形成工序，该空穴输送层 输送从所述阳极被注入所述有机层的空穴；在所述空穴输送层上，作为所述发光层形成包 括第一基质材料的第一发光层的第一发光层形成工序；在所述第一发光层上，作为所述发 光层形成包括第三基质材料的第三发光层的第三发光层形成工序；在所述第三发光层上， 作为所述发光层形成包括第二基质材料的第二发光层的第二发光层形成工序；在所述第二 发光层上形成电子输送层的电子输送层形成工序，该电子输送层输送从所述阴极注入所述 有机层的电子；在所述电子输送层上形成从所述阴极被注入电子的电子注入层的电子注入 层形成工序；和在所述电子注入层上形成所述阴极的阴极形成工序，在所述第一发光层形成工序、所述第二发光层形成工序和所述第三发光层形成工 序中，作为所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料使用各自相互不同 的材料，并且在所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料中掺杂相同的 有机发光材料，并且使用各自具有满足下述关系式(14)和(15)的最闻占据能级(HOMO)和 最低未占能级(LUMO)的所述第一基质材料、所述第二基质材料、所述第三基质材料和所述 有机发光材料，形成所述第一发光层、所述第二发光层和所述第三发光层，(14) I第一基质材料的HOMO I > I有机发光材料的HOMO I，且I有机发光材料 的HOMO I < I第三基质材料的HOMO I，(15) I第二基质材料的LUMO I < I有机发光材料的LUMO I，且I有机发光材料 的LUMO I > I第三基质材料的LUMO I。采用上述方法，能够提供为低驱动电压且发光效率高的有机EL元件。本发明的其它的目的、特征和优点能够通过以下的说明而充分了解。此外，本发明 的优点能够通过参照附图进行的以下的说明而明白。发明的效果在本发明的有机电致发光元件中，能够有效且可靠地将空穴和电子传输至发光 层。因为能够进一步提高空穴和电子再结合的概率，所以能够降低有机EL元件的驱动电压。此外，在发光层空穴和电子再结合的概率升高，因此，内部量子收获率升高，而能够提高 发光效率。


图1是表示构成本发明的一个实施方式的有机电致发光元件的各层的能量图的 图。图2是表示本发明的一个实施方式的有机电致发光元件的截面的图。图3是表不本发明的一个实施方式的有机电致发光兀件和现有的有机电致发光 元件中的、发光层的膜厚与电流效率之间的关系的图。图4是表不具备本发明的一个实施方式的有机电致发光兀件的有机电致发光显 示装置的概略的图。图5是表示具备本发明的一个实施方式的有机电致发光显示装置的移动电话的 概略的图。图6是表示具备本发明的一个实施方式的有机电致发光显示装置的电视接收机 的概略的图。图7是表示具备本发明的一个实施方式的有机电致发光元件的照明装置的概略 的图。图8是表示构成现有的有机EL元件的各层的能量图的图，该现有的有机EL元件 使用发出蓝色磷光的材料。
具体实施例方式(有机EL元件1的概要)本实施方式的有机电致发光兀件(有机EL兀件)包括叠层于基板上的一对电极(阳 极和阴极)和有机层，该有机层位于一对电极之间且包括发光层。以下参照图2对更具体的 结构进行说明。图2是表示有机EL元件1的截面的图。如图2所示，有机EL元件1在绝缘性基板11上以规定的间隔形成有多个薄膜晶 体管(TFT)，该薄膜晶体管包括栅极电极14、漏极电极15、源极电极16和栅极绝缘膜17。此 外，从绝缘性基板11至TFT形成有连接配线18。在各TFT上配置有平坦化膜81，在平坦化膜81形成有接触孔19。TFT的漏极电极 15经该接触孔19与阳极2电连接。在相邻的阳极2之间设置有边缘覆盖部件20，在阳极2 的与TFT相反的一侧的位置形成有有机层和阴极13，其中，该有机层包括空穴注入层3、空 穴输送层4、发光层5、空穴阻挡层12、电子输送层6和电子注入层7。无机密封膜25覆盖 在阴极13上，通过该无机密封膜25密封阳极2、有机层和阴极13。另一方面，在与形成有TFT的绝缘性基板11相对的绝缘性基板11，形成有光吸收 层21、荧光体层22和散射体层23。而且，在两个绝缘性基板11之间形成有树脂密封膜24。另外，本实施方式的有机EL兀件1的发光层5为三层结构，包括第一发光层、第二 发光层和第三发光层。特别是，构成发光层的基质材料的最高占据能级(HOMO能级)与最低 未占能级(LUM0能级)之间的带隙小。此外，在发光层内，作为空穴与电子再结合的区域将 第三发光层设置在第一发光层与第二发光层之间。由此，能够将有机层的空穴和电子的迁移率保持得高，并且能够提高发光层的空穴与电子再结合的概率。以下对此进行详细说明。(有机层的结构)参照图I对有机EL元件I的有机层的结构进行说明。图I是表示构成有机EL元 件I的各层的能量图的图。如上所述，有机EL元件I的有机层是依次形成有空穴注入层3、空穴输送层4、发 光层5、电子输送层6和电子注入层7的层。发光层5米用三层结构,包括第一发光层5a、 第二发光层5c和第三发光层5b。在第一发光层5a、第二发光层5c和第三发光层5b掺杂 有单一的发出磷光的材料(有机发光材料)。第一发光层5a位于阳极2 —侧,从空穴输送层 4接收从阳极2注入的空穴,并传输至第三发光层5b。另一方面,第二发光层5c位于阴极 (未图不)一侧，从电子输送层6接收从阴极注入的电子，并传输至第三发光层5b。在位于 第一发光层5a与第二发光层5c之间的第三发光层5b,从第一发光层5a传输的空穴与从第 二发光层5c传输的电子再结合，由此发出光。此时,在本实施方式的有机EL兀件I,空穴从第一发光层5a被可靠地传输至第三 发光层5b,电子从第二发光层5c被可靠地传输至第三导光层5b。具体而言,如图I所不， 在构成第一发光层5a的基质材料(第一基质材料)中使用具有比发出磷光的材料的HOMO能 级8深的HOMO能级的材料(I HOMO (第一基质材料)I > I HOMO (发出磷光的材料)I )。 另一方面，在构成第二发光层5c的基质材料(第二基质材料)中使用具有比发出磷光的材料 的LUMO能级9浅的LUMO能级的材料(I LUMO (第二基质材料)I < I LUMO (发出磷光的 材料)I )。由此，发出磷光的材料的HOMO能级8比第一发光层5a的基质材料的HOMO能级 浅，因此，被传输至第一发光层5a的空穴最终被完全传输至在第三发光层5b的发出磷光的 材料。同样，发出磷光的材料的LUMO能级9比第二发光层5c的基质材料的LUMO能级深， 因此，被传输至第二发光层5c的电子最终被完全传输至在第三发光层5b的发出磷光的材 料。由此，在第三发光层5b,被传输至发出磷光的材料的空穴与电子再结合，由此发出光。另外，作为构成第三发光层5b的基质材料(第三基质材料)，使用HOMO能级与LUMO 能级的带隙大的材料。具体而言，使用如下的基质材料该基质材料具有比发出磷光的材 料的HOMO能级8深的HOMO能级(I HOMO (第三基质材料)I > I HOMO (发出磷光的材料)
I )，并且具有比发出磷光的材料的LUMO能级9浅的LUMO能级(I LUMO (第三基质材料)I < I LUMO (发出磷光的材料)I )。由此，能够抑制从第一发光层5a传输的空穴向第二发 光层5c移动。同样,能够抑制从第二发光层5c传输的电子向第一发光层5a移动。而且， HOMO能级与LUMO能级之间的带隙大，因此发光层5b的空穴和电子的迁移率低。从而，能够 将被传输至第三发光层5b的空穴和电子封入第三发光层5b内，并且使空穴和电子的移动 性下降，因此能够提高空穴和电子的再结合的概率。如上所述，在本实施方式的有机EL元件1，具有三层结构的发光层5，考虑发出磷 光的材料HOMO能级8和LUMO能级9决定该发光层5中使用的基质材料。由此，能够将从 阳极2注入的空穴可靠地传输至第三发光层5b。同样，能够将从阴极注入的电子可靠地传 输至第三发光层5b。此外，因为第三发光层5b的HOMO能级与LUMO的能级的带隙大，所以 能够将空穴和电子封入第三发光层5b内。其结果是，能够提高空穴与电子再结合的概率。 从而，在本实施方式的有机EL元件I，能够有效地传输空穴和电子，因此能够降低有机EL元 件I的驱动电压。此外，在发光层5，能够提高空穴和电子再结合的概率，因此能够提高内部量子收获率，提高发光效率。在现有的使用发出蓝色磷光的材料的有机EL元件，存在发光效率与所需要的高 驱动电压相应地下降的问题。但是，根据本实施方式，即使在使用发出蓝色磷光的材料的情 况下，也能够有效地将空穴和电子传输至第三发光层5b。即，因为能够提高空穴和电子再结 合的概率，所以能够提高有机EL元件1的内部量子收获率，提高发光效率。(有机EL元件1的基板)以下对构成有机EL元件1的各部件进行说明。如上所述，有机EL元件1在形成 于基板(未图示)上的阳极2与阴极之间具备有机层，该有机层包括空穴注入层3、空穴输送 层4、发光层5、电子输送层6和电子注入层7。首先，对基板进行说明。构成有机EL元件1的基板为具有绝缘性的基板即可。作 为能够作为有机EL元件1的基板使用的材料，并没有特别限定，例如能够使用周知的绝缘 性的基板材料。例如，能够利用包括玻璃或石英等的无机材料基板，或者包括聚对苯二甲酸乙二 醇酯或聚酰亚胺树脂等的塑料基板等。此外，能够利用在包括铝(A1)或铁(Fe)等的金属基 板的表面涂敷有包括氧化硅或有机绝缘材料的绝缘物而得到的基板等。或者，还能够利用 通过阳极氧化等方法对包括A1等的金属基板的表面进行绝缘化处理而得到的基板等。另外，在将从有机EL兀件1的发光层5发出的光从与基板相反的一侧取出的情况 下，即在顶部发光型的情况下，在基板使用不具光透过性的材料即可。例如，也可以使用硅 晶片等半导体基板。相反，在将从有机EL元件1的发光层5发出的光从基板一侧取出的情 况下，即在底部发光型的情况下，在基板使用具有光透过性的材料即可。例如，也可以使用 玻璃基板或塑料基板等。(有机EL元件1的电极)接着，对电极进行说明。构成有机EL元件1的电极如阳极2和阴极那样成对地发 挥作用即可。各电极既可以为包括一个电极材料的单层结构，也可以为包括多个电极材料 的叠层结构。作为能够作为有机EL元件1使用的电极材料，并无特别限定，利用能够使用 周知的电极材料。作为阳极2，例如能够使用金(Au)、白金(Pt)和镍(Ni)等金属，以及氧化铟锡 (IT0)、氧化锡(Sn02)、氧化铟锌(IZ0)等透明电极材料等。另一方面，作为阴极，能够使用锂(Li)、钙(Ca)、铈(Ce)、钡(Ba)、铝(A1)等金属、 或含有这些金属的镁(Mg)银(Ag)合金、Li :A1合金等合金等。另外，需要将从有机EL元件1的发光层5发出的光成功阳极2和阴极中的任一个 电极一侧取出。在这种情况下，优选在一个电极使用透过光的电极材料，在另一个电极使用 不透过光的电极材料。作为不透过光的电极材料，能够列举钽或碳等黑色电极、Al、Ag、Au、 Al:Li合金、A1:钕(Nd)合金、或A1:娃(Si)合金等反射性金属电极等。(有机EL元件1的有机层)接着，对有机层进行说明。该有机层具有空穴注入层3、空穴输送层4、发光层5、电 子输送层6和电子注入层7首先对发光层5进行说明。如上所述，该发光层5采用三层结构，包括第一发光 层5a、第二发光层5c和第三发光层5b,在各层掺杂有单一的发出磷光的材料(有机发光材料)。作为能够在发光层5使用的发出磷光的材料，并无特别限定，例如能够使用周知的发 出磷光的材料。例如，作为发出蓝色磷光的材料，能够列举铱(III)双(4' ,6/ _ 二氟苯吡啶)四 (1-吡唑基)硼酸(FIr6) (HOMO 能级=6. leV, LUM0 能级=3. leV, I\=2. 71eV)、合铱(III)双 [(4，6-二氟苯基)-吡啶-队〇2/ ]吡啶甲酰(FIrpic)、合铱(III)三[N- (4' _氰基苯 基)-N'-甲基咪唑-2-亚基-C2，C2' ](11'(。11- 1111。)3)、三((3，5-二氟-4-氰基苯基) 吡啶)铱(FCNIr)，或Ir (cnbic) 3等Ir络合物、白金(Pt)、铼(Re)、钌(Ru)、铜(Cu)或锇 (Os)等重原子金属的络合物等。如上所述，在构成第一发光层5a的基质材料使用具有比发出磷光的材料的HOMO 能级8更稳定的HOMO能级的材料，使得空穴从第一发光层5a被可靠地传输至第三发光层 5b。因此，构成第一发光层5a的基质材料优选具有与历来作为电子输送性材料使用的基 质材料的HOMO能级和LUM0能级类似的HOMO能级和LUM0能级。由此，能够将空穴从第一 发光层5a可靠地传输至第三发光层5b。此外，为了将激励能封入发出磷光的材料中，优选 使用具有比在发光层5使用的发出磷光的材料的激发三重态能级(1\)大的的材料。不 过，即使在基质材料具有比发出磷光的材料的小的的情况下，只要其差为0. leV左右， 就难以从发出磷光的材料发生激励能的移动。从而，只要是具有比发出磷光的材料的小 0. leV左右的的基质材料，就能够适用。例如，作为构成第一发光层5a的基质材料，能够使用三(2，4，6_三甲基-3-(批 啶-3-基)苯基)硼烷(3TPYMB) (H0M0 能级=6. 8eV，LUM0 能级=3. 3eV，I\=2. 98eV)或 1， 3，5_ 三(m-吡啶-3-基-苯基)苯(TmTyPB) (H0M0 能级=6. 68eV, LUM0 能级=2. 73eV, I\=2. 78eV)等，但是并没有特别限定。同样，在构成第二发光层5c的基质材料使用具有比发出磷光的材料的LUM0能级 9更不稳定的LUM0能级的材料，使得空穴从第二发光层5c被可靠地传输至第三发光层5b。 因此，构成第二发光层5c的基质材料优选具有与历来作为空穴输送性材料使用的基质材 料的H0M0能级和LUM0能级类似的H0M0能级和LUM0能级。由此，能够将电子从第二发光 层5c可靠地传输至第三发光层5b。此外，为了将激励能封入发出磷光的材料中，优选使用 具有比在发光层5使用的发出磷光的材料1\大的的材料。不过，即使在基质材料具有比 发出磷光的材料的小的的情况下，只要其差为0. leV左右，就难以从发出磷光的材料 发生激励能的移动。从而，只要是具有比发出磷光的材料的小0. leV左右的的基质材 料，就能够适用。例如，作为构成第二发光层5c的基质材料，能够使用1，3-双(咔唑-9-基)苯 (mCP) (H0M0 能级=5. 9eV，LUM0 能级=2. 4eV,T1=2. 9eV)或金刚烷咔唑(Ad_Cz) (H0M0 能级 =5. 8eV，LUM0能级=2. 6eV，I\=2. 88eV)等，但是并没有特别限定。如上所述，在第三发光层5b，为了将空穴和电子封入第三发光层5c内，使用如 下的基质材料，该基质材料具有比发出磷光的材料的H0M0能级8深的H0M0能级，并且 具有比发出磷光的材料的LUM0能级9浅的LUM0能级。例如，能够使用磺化聚(2，6- 二 甲基-1,4-亚苯基醚(亚苯基氧化物))(SPP01) (H0M0能级=6. 5eV，LUM0能级=2. 7eV， I\=2. 9eV)或H0M0能级与LUM0能级之间的带隙大的Si类基质材料，或者P类基质材料等。 所谓的Si类基质材料，例如是二苯基二(o-甲苯基)硅烷(UGH1) (H0M0能级=7. 2eV，LUM0能级=2.15eV)、p-双(三苯基甲硅烷基)苯(UGH2)、3，5- 二(N-咔唑)四苯基硅烷
(SimCP)、3，5- 二(9H-咔唑-9-基)四苯基硅烷(SimCP2)、或9-(4-叔丁基苯基)-3，6-双 (三苯基甲硅烷基)-9H-咔唑(CzSi) (HOMO 能级=6. OeV, LUM0 能级=2. 5eV，I\=3. 02eV) 等。另一方面，所谓的P类基质材料，例如是P01、2，8-双(二苯基磷酰基)二苯并噻吩(PPT) (HOMO 能级=6. 6eV，LUM0 能级=2. 9eV，I\=3. OeV)或 4- (二苯并噻吩)-N, N- 二苯并苯胺 (HM-A1)等。此外还能够使用2，2-双[(4-苯甲酰氧基)苯基]丙烷(MMA1)、2，2-双(4-咔 唑基苯基)-1，1-联苯(4CzPBP)、4，4' - 二氯二苯甲酮(BCBP)、3，7-双[4- (N-咔唑基)苯 基]苯并[1, 2-b4, 5-bO] 二呋喃(CZBDP)、或(4-溴苯基)-5-巯基-1，2，3，4-四唑(8 皿1') 等。此外，为了将激励能封入发出磷光的材料中，优选使用具有比在发光层5使用的发出磷 光的材料的大的的材料。不过，即使在基质材料具有比发出磷光的材料的小的 的情况下，只要其差为0. leV左右，就难以从发出磷光的材料发生激励能的移动。从而，只 要是具有比发出磷光的材料的小0. leV左右的的基质材料，就能够适用。以上对能够适用于第一发光层5a、第二发光层5c和第三发光层5b的基质材料进 行了说明，但是并不必限定于上述基质材料。例如也可以在决定有机EL元件1中使用的发 出磷光的材料的基础上选择满足上述条件的适当的基质材料在各发光层使用。即，只要是 满足上述条件的基质材料，就不仅限于上述罗列的基质材料。从而，考虑在有机EL元件1的 各层使用的基质材料的组合、和在有机EL元件1使用发出磷光的材料等，分别决定所使用 的基质材料即可。此外，所使用的基质材料并不仅限于三种，至少使用三种基质材料即可。接着，对空穴注入层3进行说明。作为能够在空穴注入层3使用的空穴注入性 材料，并无特别限定，例如能够使用周知的空穴注入性材料。例如，能够适用4，4'-双 [N- (1-萘基)-N_苯基-胺基]联苯(a-NPD)、二-[4- (N，N-甲苯基-胺基)-苯基]-环 己烷(TAPC)(H0M0 能级=5. 5eV，LUM0 能级=1. 8eV，Tl=2. 87eV)、9，10- 二苯基蒽 _2_ 磺酸盐 (DPAS),N,N/ - 二苯基-N，f -(4-(二(3-甲苯基)氨基)苯基)-1，1'-联苯-4，f -二 胺(DNTPD)、铱(III)三[N，N' -二苯基苯并咪唑-2-亚基-C2，C2' ] (Ir (dpbic) 3)、 4,4/，4"-三-(N-咔唑)-三苯胺(TCTA)、2，2-双(p-偏苯三氧苯基)丙酸酸酐(BTPD)、 双[4- (p，p-二甲苯胺基)苯基]二苯基硅烷(DTASi)、或上述第二发光层5c所使用的基 质材料等。接着，对空穴输送层4进行说明。作为能够在空穴输送层4使用的空穴输送性 材料，并无特别限定，例如能够使用周知的空穴输送性材料。例如，能够适用TAPC、DPAS、 DNTPD、Ir (dpbic) 3、TCTA、BTPD、DTASi、或上述第二发光层5c所使用的基质材料等。接着，对电子输送层6进行说明。作为能够在电子输送层6使用的电子输送性 材料，并无特别限定，例如能够使用周知的电子输送性材料。例如，能够适用2，9-二甲 基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)、1, 3，5-三(N-苯基苯并咪唑-2-基)苯(TPBI)、 3-苯基-4(1'-萘基)_5_ 苯基-1，2，4-三唑(TAZ)、4, 7- 二苯基-1，10-菲咯啉(Bphen)、 Ad-Cz、二棕榈酰基磷脂酰丝氨酸(DPPS)、1，3，5-三[m-吡啶-3-基-苯基]苯(TmPyPB)、 1,3, 5-三[p-吡啶基-3-基-苯基]苯(TpPyPB)、或上述第一发光层5a所使用的基质材 料等。最后，对电子注入层7进行说明。作为能够在电子注入层7使用的电子注入性材 料，并无特别限定，例如能够使用周知的电子注入性材料。例如，能够适用LiF、BCP、TPBI、TAZ、Bphen、Ad_Cz、DPPS、TmPyPB、TpPyPB、或上述第一发光层5a所使用的基质材料等。(有机EL元件1的制造工序)对有机EL元件1的制造工序进行简单说明。如上所述，通常有机EL元件作为开 关元件具有晶体管，但是在本实施方式中不对其制造工序进行说明。以下对在多个形成为岛状的基板上形成阳极2、有机层和阴极的工序。首先，在各 晶体管之上对阳极2进行图案形成(阳极形成工序)。而且，在所形成的阳极2上形成有机 层的各层。另外，为了确保阳极2周边的绝缘性，也可以在阳极2周边设置有机绝缘膜(未 图示)。作为有机绝缘膜，优选使用聚酰亚胺类等树脂材料等，但是并不仅限于此，例如能够 使用周知的有机绝缘材料。然后，形成空穴注入层3 (空穴注入层形成工序)。在阳极2上使空穴注入性材料 蒸镀。此时，该空穴注入层3的膜厚优选为45nm左右。这样，形成空穴注入层3。接着，形成空穴输送层4 (空穴输送层形成工序)。在空穴注入层3上使空穴注入 性材料蒸镀。此时，该空穴输送层4的膜厚优选15nm左右。这样，形成空穴输送层4。接着，形成发光层5。具体而言,在空穴输送层4上使第一发光层5a用的基质材料 和发出磷光的材料一起蒸镀(第一发光层形成工序)。此时，优选在基质材料中掺杂7. 5%左 右的发出磷光的材料。这样，形成第一发光层5a。另外，优选层的厚度为10nm左右。然后，在第一发光层5a上使第三发光层5b用的基质材料和发出磷光的材料一起 蒸镀(第三发光层形成工序)。此时，优选在基质材料中掺杂7. 5%左右的发出磷光的材料。 这样，形成第三发光层5b。另外，优选层的厚度为0. 5 4nm左右,更优选2nm左右。对此, 参照图3进行详细说明。图3是表示有机EL元件1和现有的有机EL元件中的、发光层的 膜厚与电流效率之间的关系的图。纵轴表示电流效率，横轴表示发光层的膜压。另外，在有 机EL兀件1,米用第三发光层5b的膜厚。如图3所示，在有机EL元件1的第三发光层5b的膜厚为20A左右时表现出电流 效率高的峰。随着第三发光层5b的膜厚变得比20人小电流效率下降，且随着膜厚变得比 20人大电流效率下降。这是因为，如果第三发光层5b的膜厚厚，则第三发光层5b的空穴和 电子的迁移率下降，空穴与电子再结合的概率下降。因此，虽然第三发光层5b的膜厚优选 更薄的膜厚，但是如果第三发光层5b的膜厚薄，则从第一发光层5a传输来的电子移动至第 二发光层5c。同样,从第二发光层5c传输来的电子移动至第一发光层5a。其结果是，如图 3所示，第三发光层5b的空穴与电子再结合的概率下降。因此，第三发光层5b的膜厚优选 为5 42A(0. 5 4. 2nm)。在上述情况下，电流效率变得比现有的有机EL元件(后述的比 较例的情况)高。此外，进一步，期望第三发光层5b的膜厚为10 30A。此时，与现有的有 机EL元件相比电流效率成为1. 5倍。由此，得到高效率的有机EL元件1。但是，有机EL元件1的电流效率受到所使用的材料和发出磷光的材料的HOMO能 级与LUM0能级的差异和空穴与电子的迁移率的差异的影响。因此，在考虑它们的基础上决 定最佳的第三发光层5b的膜厚即可，第三发光层5b的膜厚并不必须限定在上述范围。接着，在第三发光层5b上使第二发光层5c用的基质材料和发出磷光的材料一起 蒸镀(第二发光层形成工序)。此时，优选在基质材料中掺杂7. 5%左右的发出磷光的材料。 这样，形成第二发光层5c。另外，优选层的厚度为30nm左右。由此，形成具有第一发光层 5a、第二发光层5c和第三发光层5b的发光层5。
接着，形成电子输送层6 (电子输送层形成工序)。在发光层5上使电子输送性材 料蒸镀。此时，该电子输送层6的膜厚优选为10nm左右。这样，形成电子输送层6。然后，形成电子注入层7 (电子注入层形成工序)。在电子输送层6上使电子注入 性材料蒸镀。这样，形成电子注入层7。最后，形成阴极(阴极形成工序)。在电子注入层7上形成阴极图案，完成有机EL 元件1。本发明并不限定于上述各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变 更，即，将在权利要求所示的范围内适当地变更而得到的技术方法进行组合而得到的实施 方式也包含在本发明的技术范围内。例如，在上述实施方式中，对作为发出磷光的材料使用发出蓝色磷光的材料的情 况进行了说明，但是也能够适用发出蓝色以外的磷光的材料或发出蓝色以外的荧光的材料 等其它有机发光材料。即使在本实施方式的有机EL元件1使用发出蓝色磷光的材料以外 的有机发光材料的情况下，也能够进一步实现驱动电压的降低。此外，也可以在空穴注入层3和电子注入层7分别掺杂掺杂剂。而且，为了促进空 穴和电子的输送而分别在空穴输送层4和电子输送层6分别掺杂掺杂剂也没有问题。例如， 也可以在第一发光层5a掺杂p-掺杂剂等掺杂剂，使第一发光层5a兼作空穴注入层3和空 穴输送层4。同样,也可以在第二发光层5b掺杂n-掺杂剂等掺杂剂,使第二发光层5b兼作 电子输送层6和电子注入层7。由此，能够将有机EL元件1的层结构单纯化，因此，能够使 制造工艺简单。此外，能够分别省略各注入层和各输送层，因此能够将有机EL元件1的制 造成本抑制得低。而且，还能够实现具有显示单元的有机EL显示装置，其中，该显示单元具备本实 施方式的有机EL元件1。在图4表示其具体例。图4是表示具备有机EL元件1的有机EL 显示装置50的概略的图。如图4所示，具备有机EL元件1的有机EL显示装置50在基板52上具有像素部 43、栅极信号侧驱动电路28、数据信号侧驱动电路29、配线41、电流供给线42、密封基板44、 FPC (Flexible Printed Circuits :挠性线路板)26和外部驱动电路27。外部驱动电路27，通过栅极信号侧驱动电路28对像素部43的扫描线依次进行选 择，并对沿所选择的扫描线配置的各像素元件，写入数据信号侧驱动电路29的像素数据。 即，栅极信号侧驱动电路28依次驱动扫描线，数据信号侧驱动电路29对数据线输出像素数 据，由此，配置在被驱动的扫描线与输出数据的数据线交叉的位置的像素元件被驱动。此外，还能够实现具备上述有机EL显示装置的电子设备。在图5和图6表示其具 体例。图5是表示具备有机EL显示装置的移动电话60的概略的图。图6是表示具备有机 EL显示装置的电视接收机70的概略的图。如图5所示，能够在移动电话60的显示部49装载具备本实施方式的有机EL元件 1的有机EL显示装置。另外，图中所示的45是声音输入部，46是声音输出部，47是主体部 分，48是天线，51是操作开关。这些部件具有与现有的移动电话相同的功能，因此，此处省 略其说明。此外，此处对移动电话60的具体结构也不言及。此外，如图6所示，还能够在电视接收机70的显示部61装载具备本实施方式的有 机EL元件1的有机EL显示装置。另外，图中所示的62是扬声器。电视接收机70除了在显示部61具备本实施方式的有机EL显示装置以外，具有与现有的电视接收机70相同的结 构，因此，此处并不言及具体的结构。如上所述，通过具备本实施方式的有机EL元件1，能够实现发光效率高的有机EL 显示装置，该有机EL显示装置能够装载在具备显示部的各种电子设备。另外，在上述说明中，对具有具备本实施方式的有机EL元件1的显示单元的有机 EL显示装置进行了说明，但是有机EL元件1还能够作为照明装置的光源来利用。在图7表 示其具体例。图7是表示具备有机EL元件1的照明装置80的概略的图。如图7所示，具备有机EL元件1的照明装置80具有光学薄膜71、基板11、阳极2、 有机EL层10、阴极13、散热片64、密封基板65、密封树脂63、放热部件66、驱动用电路67、 配线68和顶部件69。如上所述，通过具备本实施方式的有机EL元件1，能够提供发光效率高的照明装置。(实施方式的总括)如上所述，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述第一基质材 料、上述第_■基质材料和上述有机发光材料各自的最闻占据能级(HOMO)和最低未占能级 (LUM0)满足下述的关系式(3)和(4)。(3) |第一基质材料的LUM0 | > |有机发光材料的LUM0 |(4) |第二基质材料的HOMO | < |有机发光材料的HOMO |此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述第一基质材料、上 述第~■基质材料和上述有机发光材料具有比上述有机发光材料的激发二重态能级闻的激 发二重态能级。采用上述结构，能够将激励能封入发光层中的有机发光材料中，能够防止从有机 发光材料发生激励能的移动。此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述第一基质材料、上 述第二基质材料和上述第三基质材料各自的空穴迁移率和电子迁移率满足下述的关系式 (5)和(6)。(5)第一基质材料的空穴迁移率>第三基质材料的空穴迁移率(6)第二基质材料的电子迁移率>第三基质材料的电子迁移率此外，在本发明的有机电致发光元件中，进一步具有如下特征上述第一发光层、 上述第二发光层和上述第三发光层各自的膜厚满足下述的关系式(7)和(8)。(7)第一发光层的膜厚>第三发光层的膜厚，且第三发光层的膜厚<第二发光层 的膜厚(8)5A<第三发光层的膜厚<42A此外，在本发明的有机电致发光元件中，进一步具有如下特征上述第三发光层的 膜厚满足下述的关系式(9)。(9)10A<第三发光层的膜厚<30A此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述第一基质材料、上 述第二基质材料和上述有机发光材料各自的最高占据能级(H0M0)和最低未占能级(LUM0) 满足下述的关系式(10 )和(11)中的至少任一个关系式。
(10) OeV < ( |第一基质材料的LUM0 | - |有机发光材料的LUMO |)^0. 5eV(11) OeV <( |有机发光材料的HOMO | - |第二基质材料的HOMO | ^ 0. 5eV此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述第一基质材料、上 述第二基质材料和上述有机发光材料各自的最高占据能级(H0M0)和最低未占能级(LUM0) 满足下述的关系式(12)和(13)中的至少任一个关系式。(12) 0. leV ( |第一基质材料的LUM0 | - |有机发光材料的LUM0 | ( 0. 3eV(13)0. leVS |有机发光材料的H0M0 | - |第二基质材料的H0M0 | ^ 0. 3eV此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述有机层具有空穴注 入层和电子注入层，该空穴注入层被掺杂有促进空穴从上述阳极向上述有机层注入的掺杂 齐U，该电子注入层被掺杂有促进电子从上述阴极向上述有机层的入的掺杂剂。采用上述结构，能够促进从第一电极注入的载流子向有机层注入，能够促进从第 二电极注入的载流子向有机层注入。由此，能够充分地将空穴和电子传输至发光层。此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征在上述空穴注入层与上 述发光层之间存在未被掺杂上述掺杂剂和上述有机发光材料的区域。此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征在上述电子注入层与上 述发光层之间存在未被掺杂上述掺杂剂和上述有机发光材料的区域。米用上述结构，发光层与第一载流子注入层之间的未被掺杂有机发光材料和掺杂 剂的区域作为载流子的阻挡层发挥作用。由此，能够防止在发光层与第一载流子注入层的 界面发生由激态络合物(激发复合体)引起的能量去激活等。即，能够防止能量从发光层漏 向第一载流子注入层。同样，发光层与第二载流子注入层之间的未被掺杂有机发光材料和 掺杂剂的区域也能够防止能量从发光层漏向第二载流子注入层。此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述有机发光材料是发 出磷光的材料。采用上述结构，能够得到发光效率高、发光寿命长的有机EL元件。此外，在本发明的有机电致发光元件中，还具有如下特征上述第一基质材料、上 述第二基质材料和上述有机发光材料各自的最高占据能级(H0M0)和最低未占能级(LUM0) 满足下述的关系式(16)和(17)中的至少任一个关系式。(16) |第一基质材料的LUM0 | > |有机发光材料的LUM0 |(17) |第二基质材料的H0M0 | < |有机发光材料的H0M0 |发明的详细说明的各项中被说明的具体的实施方式或实施例仅是用于使本发明 的技术内容清楚的内容，不应该仅限于这样的具体例而狭义地进行解释，能够在本发明的 趣旨和所记载的权利要求的范围内进行各种变更而实施。实施例以下列举实施例进一步对本发明进行详细说明，本发明只要不超出其主旨，就不 限定于这些实施例。(实施例1)在玻璃基板上利用等离子体化学蒸镀(等离子体CVD)法形成硅半导体膜，在实施 结晶化处理后，形成多晶半导体膜。接着，对多晶硅薄膜进行蚀刻处理，形成多个岛状图案。 接着，在多晶硅薄膜的各岛上，作为栅极绝缘膜形成氮化硅(SiN)。然后，作为栅极电极依次形成钛(Ti)_铝(Al)_钛(Ti)的叠层膜，利用蚀刻处理进行图案形成。在该栅极电极上， 使用Ti-Al-Ti形成源极电极和漏极电极，制作多个薄膜晶体管。在所形成的薄膜晶体管上形成具有通孔的层间绝缘膜并进行平坦化。然后，经由 该通孔，作为阳极形成氧化铟锡(IT0)电极。在按照以聚酰亚胺树脂的单层包围IT0电极 的周边的方式进行图案形成后，对形成有IT0电极的基板进行超音波清洗，在200°C的减压 下烘焙3小时。接着，在阳极上利用真空蒸镀法以1 A/sec的蒸镀速度蒸镀4，4'-双[N-(l-萘 基)-N-苯基-胺基]联苯(a-NPD)。这样，在阳极上形成膜厚45nm的空穴注入层。然后，在空穴注入层上利用真空蒸镀法以1A/See的蒸镀速度蒸镀N，N_ 二咔唑 基-3,5-苯(mCP)。这样，在空穴注入层上形成膜厚15nm的空穴输送层。然后，在空穴输送层上利用真空蒸镀法一起蒸镀2，8-双(二苯基磷酰基)二苯并噻 吩(PPT)和铱(III)双(4, ,6/ - 二氟苯吡啶)四(1-吡唑基)硼酸(FIr6)。此时，以在PPT 中含有7. 5%左右FIr6的方式进行掺杂。这样，在空穴输送层上形成膜厚10nm的第一发光 层。然后，在第一发光层上利用真空蒸镀法一起蒸镀二苯基二(o-甲苯基)硅烷 (UGH1)和FIr6。此时，以在UGH1中含有7. 5%左右FIr6的方式进行掺杂。这样，在第一发 光层上形成膜厚2nm的第三发光层。然后，在第三发光层上利用真空蒸镀法一起蒸镀9-(4-叔丁基苯基)-3，6-双(三 苯基甲硅烷基)-9H-咔唑(CzSi)和FIr6。此时，以在CzSi中含有7. 5%左右FIr6的方式 进行掺杂。这样，在第三发光层上形成膜厚30nm的第二发光层。接着，在第二发光层上利用真空蒸镀法蒸镀1，3，5-三(N-苯基苯并咪唑-2-基) 苯(TPBI)。这样，在第二发光层上形成膜厚10nm的电子输送层。接着，在电子输送层上利用真空蒸镀法以lA/see的蒸镀速度蒸镀氟化锂(LiF)，形 成膜厚0.5nm的LiF膜。然后，在LiF膜上使用铝(A1)形成膜厚lOOnm的A1膜。这样，作 为阴极形成LiF与A1的叠层膜，制作有机EL元件。对所得到的有机EL元件的lOOOcd/m2的电流效率和寿命T5(l进行测定。其结果是， 电流效率为20cd/A，寿命T5Q表现出3000h的良好的值。在上述实施例中，发光层采用多层结构，在该发光层的基质材料使用考虑了发出 磷光的材料的材料。具体而言，在本实施例中，作为第一发光层的基质材料使用具有比FIr6 的最高占据能级(HOMO能级)深的H0M0能级的PPT。此外，作为第二发光层的基质材料使用 具有比FIr6的最低未占能级(LUM0能级)浅的LUM0能级的CzSi。而且，作为第三发光层 的基质材料使用具有比FIr6的H0M0能级深的H0M0能级、且具有比FIr6的LUM0能级浅的 LUM0能级的UGH1。由此，能够可靠地将从阳极注入的空穴传输至第三发光层。同样，能够 可靠地将从阴极注入的电子传输至第三发光层。此外，因为第三发光层的H0M0能级与LUM0 能级的带隙大，所以能够将空穴和电子封入第三发光层内。其结果是，能够提高空穴与电子 再结合的概率。因此，在本实施例的有机EL元件，能够高效地传输空穴和电子，因此，电流 效率和寿命T50均表示良好的值。(实施例2)制作具有第二发光层的有机EL元件，该第二发光层代替实施例1的第二发光层的基质材料CzSi (HOMO能级=6. OeV, LUM0能级=2. 5eV)使用金刚烷咔唑(Ad_Cz) (HOMO能 级=5. 8eV，LUM0能级=2. 6eV)，发光材料与实施例1同样地，使用FIr6 (HOMO能级=6. leV, LUM0能级=3. leV)。除了作为上述第二发光层的基质材料使用Ad_Cz这点以外，以与实施 例1相同的膜厚结构进行制作。对所得到的有机EL元件的lOOOcd/m2的电流效率和驱动电压进行测定。其结果 是，电流效率为15cd/A，电压为实施例1的约8成(80%)，表现出良好的值。因此可知，第二 发光层的基质材料的HOMO能级与发出磷光的材料的HOMO能级之间的差无论是如实施例1 那样为0. leV，还是如实施例2那样为0. 3eV，均表现出良好的值。这与有机EL元件的空穴和电子的输送利用跳跃传输进行有关。在进行跳跃传输 时，如果令空穴被捕获(trap)的能级与空穴跳跃的能级之间的差为AE，则空穴的迁移率 以exp (-八￡/奶)下降(1 :气体常数，1':绝对温度“1(”)。根据以上说明，优选构成第二发光 层的基质材料的H0M0能级比发出磷光的材料的H0M0能级浅。此处，如果令构成第二发光层的基质材料的H0M0能级比发出磷光的材料的H0M0 能级之间的差大于0. 5eV，则空穴能够热激发的概率下降。因此，也可以说更加优选构成第 二发光层的基质材料的H0M0能级与发出磷光的材料的H0M0能级之间的差为0. 5eV以内。 作为具体的例子，电子(空穴)移动速度能够如下述式(1)那样以一般的阿伦尼乌斯方程表 示。Ket是电子(空穴)移动速度常数，A是频率因子(与温度无关的常数)。KET=Aexp (-AE/RT) (1)A如非专利文献3所述那样，在分子间的反应的情况下为lOHM—Y1。此时，将从式 (1)计算根据AE的数值决定的速度常数的值而得到的结果表示如下。AE=0. leV 的情况下，KET=2. 0X10V1A E=0. 2eV 的情况下，KET=4. 1 X 107s_1AE=0. 3eV 的情况下，KET=8. 4X 105s_1AE=0. 4eV 的情况下，KET=1. 7X10V1AE=0. 5eV 的情况下，KET=3. 5X 102s-1A E=0. 6eV 的情况下，KET=7. Is-1根据以上说明可知，当AE为0. 5eV以内时，在亚ms(0. 5eV时，29ms)以内从构成 第一发光层的基质材料向发出磷光的材料在分子间进行电子移动，当超过0. 6eV时仅以秒 单位进行电子移动。即，可以说只要电子为0.5eV以内的差，则即使为上升的能差，也能够 发生电子移动。此外，被电场稳定了的能量[f (x)]能够如下述式(2)那样表示。具体而言，在施 加称为V的电场时的距离x的位置，电子是稳定的能量。另外，q是基本电荷(电子的电荷 的绝对值)。f (x) =-qVx (2)即，由式(2 )可知，能够说通过施加电场使得电子(空穴)朝向相反方向的移动不易 发生，仅容易发生电子(空穴)沿着电场的梯度(倾斜)移动。即，如果由于电场的影响而空 穴一度移动，则空穴难以从第一发光层返回空穴输送材料等阳极侧材料，从构成第一发光 层的基质材料向发出磷光的材料移动的一方取得优势。因此，如果令构成第二发光层的基质材料的H0M0能级与发出磷光的材料的H0M0能级之间的差为0. 5eV，则空穴能够热激发的概率升高，能够提高空穴与电子再结合的概 率。根据实施例2的結果，更加优选构成第二发光层的基质材料的HOMO能级与发出磷光的 材料的HOMO能级之间的差为0. 3eV以内。此外，优选令构成第二发光层的基质材料的HOMO能级与发出磷光的材料的HOMO 能级之间的差比OeV大。由于关系到器件的低电压化，所以更加优选为0. IeV以上。而且，基干与上述相同的理由，构成第一发光层的基质材料的LUMO能级与发出磷 光的材料的LUMO能级之间的差也优选比OeV大，优选为0. 5eV以内。更加优选为0. IeV以 上0. 3eV以内。(比较例I)制作了从实施例I的有机EL元件取消第一发光层和第二发光层且使用宽带隙基 质的UGHl的单ー发光层有机EL元件。与实施例I同样地形成至空穴输送层，然后在空穴输 送层上利用真空蒸镀法一起蒸镀UGHl和FIr6。此时，以在UGHl中含有7. 5%左右的FIr6 的方式进行掺杂。这样，形成膜厚30nm的发光层(单ー层)。然后，在上述发光层上，与实施例I同样地形成电子输送层、LiF和Al，制作有机EL 元件。对所得到的有机EL元件的lOOOcd/m2的电流效率进行了測定，结果电流效率为 lOcd/A，为实施例I的一半。(比较例2)制作了具有第二发光层的有机EL元件，其中，该第二发光层代替实施例I的第二 发光层的基质材料CzSi使用UGHl，且发光材料与实施例I同样地使用FIr6。除了作为上 述第二发光层的基质材料使用UGHl这点以外，与实施例I相同膜厚结构地进行了制作。对所得到的有机EL元件的lOOOcd/m2的电流效率和驱动电压进行了測定。结果 电流效率为lOcd/A，为实施例I的一半。此外，驱动电压为实施例I的约2倍。产业上的可利用性本发明能够应用于使用有机EL元件的各种器件中，例如能够应用于电视等显示 装置等中。附图标记的说明I、31 有机EL元件2、32 阳极3、33 空穴注入层4、34 空穴输送层5、35 发光层5a第一发光层5b第三发光层5c第二发光层6、36 电子输送层7、37 电子注入层8、38 发出憐光的材料的最闻占据能级9、39 发出磷光的材料的最低未占能级
权利要求
1.一种有机电致发光元件，其特征在于 所述有机电致发光元件在基板上包括 阳极和阴极；和 有机层，其形成于所述阳极与所述阴极之间且至少具有发光层， 所述发光层包括 位于所述阳极一侧且包括第一基质材料的第一发光层； 位于所述阴极一侧且包括第二基质材料的第二发光层；和 位于所述第一发光层与所述第二发光层之间且包括第三基质材料的第三发光层， 所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料各自相互不同，并且在所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料中掺杂有相同的有机发光材料，所述第一基质材料、所述第二基质材料、所述第三基质材料和所述有机发光材料各自的最闻占据能级HOMO和最低未占能级LUMO满足下述关系式(I)和(2), Cl) I第一基质材料的HOMO I > I有机发光材料的HOMO I，且I有机发光材料的HOMOI < I第三基质材料的HOMO I， (2)I第二基质材料的LUMO I < I有机发光材料的LUMO I，且I有机发光材料的LUMOI > I第三基质材料的LUMO I。
2.如权利要求I所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述第一基质材料、所述第~■基质材料和所述有机发光材料各自的最闻占据能级HOMO和最低未占能级LUMO满足下述的关系式(3)和(4), (3)I第一基质材料的LUMO I > I有机发光材料的LUMO I， (4)I第二基质材料的HOMO I < I有机发光材料的HOMO I。
3.如权利要求I或2所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料具有比所述有机发光材料的激发三重态能级高的激发三重态能级。
4.如权利要求I至3中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料各自的空穴迁移率和电子迁移率满足下述的关系式(5)和(6)， (5)第一基质材料的空穴迁移率>第三基质材料的空穴迁移率， (6)第二基质材料的电子迁移率>第三基质材料的电子迁移率。
5.如权利要求I至4中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述第一发光层、所述第二发光层和所述第三发光层各自的膜厚满足下述的关系式(7)和(8)， (7)第一发光层的膜厚>第三发光层的膜厚，且第三发光层的膜厚<第二发光层的膜厚， (8)5A<第三发光层的膜厚<42A。
6.如权利要求I至5中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述第三发光层的膜厚满足下述的关系式(9 )， (9)10人<第二发光层的膜厚<30A。
7.如权利要求I至6中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于所述第一基质材料、所述第~■基质材料和所述有机发光材料各自的最闻占据能级HOMO和最低未占能级LUMO满足下述的关系式(10 )和(11)中的至少任一个关系式， (10)OeV <( I第一基质材料的LUMO I - I有机发光材料的LUMO |)^0. 5eV, (11)OeV <( I有机发光材料的HOMO I - I第二基质材料的HOMO I ( O. 5eV。
8.如权利要求I至6中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述第一基质材料、所述第~■基质材料和所述有机发光材料各自的最闻占据能级HOMO和最低未占能级LUMO满足下述的关系式(12)和(13)中的至少任一个关系式， (12)0.IeV^ I第一基质材料的LUMO I - I有机发光材料的LUMO I ^ O. 3eV, (13)0.IeV^ I有机发光材料的HOMO I - I第二基质材料的HOMO I ^ O. 3eV0
9.如权利要求I至8中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述有机层具有 空穴注入层，其被掺杂有促进空穴从所述阳极向所述有机层注入的掺杂剂；和 电子注入层，其被掺杂有促进电子从所述阴极向所述有机层注入的掺杂剂。
10.如权利要求9所述的有机电致发光元件，其特征在于 在所述空穴注入层与所述发光层之间存在未被掺杂所述掺杂剂和所述有机发光材料的区域。
11.如权利要求10所述的有机电致发光元件，其特征在于 在所述电子注入层与所述发光层之间存在未被掺杂所述掺杂剂和所述有机发光材料的区域。
12.如权利要求I至11中任一项所述的有机电致发光元件，其特征在于 所述有机发光材料是发出磷光的材料。
13.一种有机电致发光显示装置，其特征在于，包括 在薄膜晶体管基板上形成有权利要求I至12中任一项所述的有机电致发光元件的显示单元。
14.一种有机电致发光元件的制造方法，其特征在于 所述有机电致发光元件在基板上包括 阳极和阴极；和 有机层，其形成于所述阳极与所述阴极之间且至少具有发光层， 所述有机电致发光元件的制造方法包括 在所述基板上形成所述阳极的阳极形成工序； 在所述阳极上形成从该阳极被注入空穴的空穴注入层的空穴注入层形成工序； 在所述空穴注入层上形成空穴输送层的空穴输送层形成工序，该空穴输送层输送从所述阳极被注入所述有机层的空穴； 在所述空穴输送层上，作为所述发光层形成包括第一基质材料的第一发光层的第一发光层形成工序； 在所述第一发光层上，作为所述发光层形成包括第三基质材料的第三发光层的第三发光层形成工序； 在所述第三发光层上，作为所述发光层形成包括第二基质材料的第二发光层的第二发光层形成工序；在所述第二发光层上形成电子输送层的电子输送层形成工序，该电子输送层输送从所述阴极注入所述有机层的电子； 在所述电子输送层上形成从所述阴极被注入电子的电子注入层的电子注入层形成工序；和 在所述电子注入层上形成所述阴极的阴极形成工序， 在所述第一发光层形成工序、所述第二发光层形成工序和所述第三发光层形成工序中，作为所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料使用各自相互不同的材料，并且在所述第一基质材料、所述第二基质材料和所述第三基质材料中掺杂相同的有机发光材料，并且使用各自具有满足下述关系式(14)和(15)的最高占据能级HOMO和最低未占能级LUMO的所述第一基质材料、所述第二基质材料、所述第三基质材料和所述有机发光材料，形成所述第一发光层、所述第二发光层和所述第三发光层， (14)I第一基质材料的HOMO I > I有机发光材料的HOMO I，且I有机发光材料的HOMO I < I第三基质材料的HOMO I， (15)I第二基质材料的LUMO I < I有机发光材料的LUMO I，且I有机发光材料的LUMO I > I第三基质材料的LUMO I。
15.如权利要求14所述的有机电致发光元件的制造方法，其特征在于 所述第一基质材料、所述第~■基质材料和所述有机发光材料各自的最闻占据能级HOMO和最低未占能级LUMO满足下述的关系式(16)和(17)中的至少任一个关系式， (16)I第一基质材料的LUMO I > I有机发光材料的LUMO I， (17)I第二基质材料的HOMO I < I有机发光材料的HOMO I。
全文摘要
有机EL元件(1)具有三层结构的发光层(5)，第一发光层(5a)包括具有比有机发光材料的最高占据能级深的最高占据能级的基质材料(︱HOMO(第一发光层的基质材料)︱＞︱HOMO(发出磷光的材料)︱)。此外，第二发光层(5c)包括具有比有机发光材料的最低未占能级浅的最低未占能级的基质材料(︱LUMO(第二发光层的基质材料)︱＜︱LUMO(发出磷光的材料)︱)。而且，第三发光层(5b)包括具有比有机发光材料的最高占据能级深的最高占据能级(︱HOMO(第三发光层的基质材料)︱＞︱HOMO(发出磷光的材料)︱)，且具有比有机发光材料的最低未占能级浅的最低未占能级(︱LUMO(第三发光层的基质材料)︱＜︱LUMO(发出磷光的材料)︱)的基质材料。由此，能够可靠地将空穴和电子传输至第三发光层(5c)，因此，空穴与电子再结合的概率上升，能够使有机EL元件(1)的驱动电压下降，提高发光效率。
文档编号H01L51/50GK102668157SQ20108005343
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年11月27日
发明者冈本健 申请人:夏普株式会社