专利名称：有机电致发光装置、显示器和照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及有机电致发光装置，还涉及其在显示器中和在照明设备中的用途。
背景技术：
近来，有机电致发光装置(以下常称为“有机EL装置”)作为平板光源已经吸引了人们的注意。一般来说，有机电致发光装置包括发光层，该发光层由有机材料制成，该发光层位于一对阴极和阳极之间。在阴极和阳极之间施加电压时，电子和空穴分别从阴极和阳极注入发光层。在发光层中，注入的电子和空穴重组形成激子，激子通过辐射去激活作用 (radiative deactivation)发光。
有机EL装置中使用的发光材料粗略地分成两类，即，荧光材料和磷光材料。对于荧光发光材料，已知有长寿命且可靠的材料能发出蓝光、绿光和红光中的任何光。但是，由于荧光材料只有单线态激子转化成光发射，因此其内量子效率理论上限制在最高 约25%。 相反，由于磷光发光材料能将单线态和三线态激子都转化成光发射，因此其内量子效率理论上预期能达到几乎100 %。虽然已知具有足够长寿命的绿光和红光磷光材料，但是具有足够长寿命并能满足成本和性能要求的蓝光磷光材料却几乎没有。
同时，对用作照明设备或显示器背光的白光有机EL装置进行了研究，一般来说， 白光有机EL装置通过使用红光、绿光和蓝光发光材料的组合来发射白光。因此，如果全部采用磷光材料作为红光、绿光和蓝光发光材料，则有机EL装置预期将具有高发光效率。但是，由于如上所述不具备足够长的材料寿命，因此蓝光磷光材料容易使采用该材料的白光有机EL装置的装置寿命变短，从而常常降低该装置的可靠性。
要解决以上问题，已经试图生产长寿命且可靠的白光有机EL装置，该装置包括蓝光发射层和层叠在其上的红光及绿光发射层，前提是该蓝光发射层包含长寿命的蓝光荧光材料，该红光和绿光发射层包含磷光材料。在这种装置中，蓝光发射层只通过单线态激子诱发而发光。若蓝光发射层中形成的三线态激子能保持不发生热致去激活(thermal deactivation)并完整扩散到红光和绿光发射层中，则三线态激子的能量就能用于红光和绿光磷光材料的发射。这种技术被称为“三线态获取(triplet harvesting) ”,从理论上说， 这种技术即使在部分使用荧光发光材料的情况下，也能增大内量子效率至最高达到100%。 因此，预期通过使用三线态获取能实现长寿命且高度可靠的白光有机EL装置。
在使用三线态获取的有机EL装置中，需要在蓝光荧光层与红光和绿光磷光层之间提供间隔层，从而有效利用单线态和三线态激子。间隔层的作用是使单线态激子保留在蓝光荧光层中，从而有效地将这些激子转化成蓝光发射，同时只将三线态激子扩散到红光和绿光磷光层中。这意味着间隔层分别具有合适的单线态能态(Si)和三线态能态(Tl)。在对三线态获取的研究领域中，已经为了获得高效白光发射的目的努力改善了装置的结构和/或材料。即使如此，但是，尚未就高效三线态扩散对间隔层进行充分研究。
图1是所述实施方式有机EL装置的截面图。
图2是所述实施方式有机EL装置的H0M0-LUM0能级图。
图3是所述实施方式有机EL装置中单线态激发态能级、三线态激发态能级和激子能量迁移的能级图。
图4是所述实施方式显示器的电路图。
图5是所述实施方式照明设备的截面图。
图6是实施例和比较例生产的有机EL装置的电压依赖性外量子效率的图。
图7是实施例和比较例生产的有机EL装置的发射光谱。
图8是实施例和比较例生产的有机EL装置的装置特性的图。
图9是实施例和比较例生产的有机EL装置的发射光谱。
具体实施方式
以下将参考附图解释各实施方式。
所述实施方式的有机EL装置包括彼此分开设置的阳极和阴极电极，设置在所述电极之间并且彼此分开设置的红光和绿光发光层以及蓝光发光层，设置在所述发光层之间并且厚度为3-20纳米(包括端值)的间隔层。所述间隔层包含载荷子传输材料，该材料包含能以平面内方向和垂直方向取向的分子，取向有序参数为-O. 5至-O. 2 (包括端值)。
以下参考图1、2和3描述所述实施方式。
图1示出所述实施方式有机EL装置的截面图。
在图1中，有机EL装置10包括基板11。在基板11的一个主面上，按照以下顺序层叠有阳极12,空穴传输层13,发光层14,电子传输层15,电子注入层16,和阴极17。发光层14包括蓝光发光层14c,红光和绿光发光层14a,和间隔层14b,该间隔层14b夹在层 14a和14c之间。层14a和14c的位置可以在需要时互相交换。空穴传输层13、电子传输层 15和电子注入层16任选地根据需要提供。间隔层14b具有合适的单线态能态和三线态能态(以下分别称为SI和Tl)。空穴传输层13、发光层14、电子传输层15和电子注入层16 平行于基板主面设置，蓝光发光层14c、红光和绿光发光层14a、以及间隔层14b也平行于基板主面设置。
图2显示所述实施方式有机EL装置中蓝光发光层14c、间隔层14b、红光和绿光发光层14a的H0M0-LUM0能级图。图3是能级示意图，说明所述实施方式有机EL装置中蓝光发光层14c、间隔层14b、红光磷光发光层的单线态激发态能级、三线态激发态能级和激子能量迁移。
在本实施方式中，所述蓝光发光层14c由掺杂了蓝光突光材料的空穴传输材料形成。所述红光和绿光发光层14a由掺杂了红光和绿光磷光材料的基质材料形成。为了简化对三线态激子扩散的说明，图2中的能级图只通过显示红光和绿光发光层14a中使用的红光磷光材料的能级来说明该层的能态。但是事实上，所述实例还采用了绿光磷光材料，该材料的能量相关特性和功能几乎与红光磷光材料相同。所述间隔层14b包含载荷子传输材料，例如红光和绿光发光层14a中所用的基质材料。图2中的能级图是关于间隔层14b以及红光和绿光发光层14a中使用相同的基质材料的情况，因此图2的间隔层14b中的能级与红光和绿光发光层14a的基质材料中的能级相同。
向有机EL装置10施加电压时，注入电子和正空穴，电子和正空穴在蓝光发光层 14c和间隔层14b之间的界面处重组。这种重组形成激子，激子中的25%变成单线态激子， 激子中的75%变成三线态激子。
一般认为单线态激子按照Foerster机理根据偶极-偶极相互作用发生能量迁移。 由于按照Foerster机理的能量迁移是以偶极-偶极相互作用为基础的，所以即使分子并未按需要彼此靠近，激子也能扩散(迁移)。但是，假设在普通材料中，能量迁移的距离不超过约10纳米。
激子的迁移受到位于蓝光发光层14c以及红光和绿光发光层14a之间的间隔层 14b的控制。间隔层14b的作用是防止单线态激子从蓝光发光层14c迁移到红光和绿光发光层14a，并且同时使三线态激子扩散。以下利用图3中显示的能级图来解释该机理。在图 3中，实线箭头代表激子的能量迁移。蓝光发光层14c中以及红光和绿光发光层14a中的能级分别是激子以及红光磷光材料的能级。如图3中所示，间隔层14b的SI能级高于蓝光荧光材料的能级，而间隔层14b的Tl能级低于蓝光荧光材料的能级。所述实例的间隔 层14b 的厚度足以防止发生按照Foerster机理的能量迁移。因此，该间隔层14b太厚以至于激子不能发生能量迁移。例如，间隔层14b的厚度为3纳米或大于3纳米。而且，间隔层14b的 Tl能级高于红光和绿光磷光材料的能级。
由于间隔层14b的SI能级高于蓝光荧光材料，所以在蓝光发光层14c和间隔层 14b之间的界面处形成的单线态激子无法扩散到间隔层14b中。另外，由于间隔层14b的厚度足以防止发生按照Foerster机理的能量迁移，所以激子几乎无法发生能量迁移。因此， 单线态激子的能量通过在蓝光发光层14c中产生蓝色荧光而消耗。由此蓝光发光层14c发射出通过单线态激子诱发的蓝色荧光。
另一方面，由于间隔层14b的Tl能级低于蓝光发光层14c中的三线态激子，所以三线态激子扩散到间隔层14b中并且到达红光和绿光发光层14a。所以，三线态激子的能量通过在红光和绿光发光层14a中产生磷光而消耗。由此红光和绿光发光层14a发射出红色和绿色磷光。通过这种方式，有机EL装置通过利用蓝色荧光以及红色和绿色磷光的组合能发射出白光。如上所述，虽然采用了蓝光荧光材料，所述实例的有机EL装置也不会浪费在蓝光发光层14c中形成的三线态激子的能量，而是有效地利用了在蓝光发光层14c中产生的SI能量和Tl能量，从而实现高发光效率。要获得高发光效率，间隔层14b中的高效三线态扩散是很重要的。通过分子之间基于Dexter能量迁移的电子交换相互作用，产生三线态-激子扩散。所以，对于高效三线态-激子扩散而言，分子之间分子轨道的重叠是非常重要的。
要使间隔层14b能很好地发挥以上作用，该间隔层必须由下述具体材料形成。在此，在间隔层14b中定义两个方向。一个方向是与基板的主面平行的水平面，另一个方向是与该水平面垂直的垂直方向。在垂直方向中，按以下顺序层叠阳极12，空穴传输层13，发光层14,电子传输层15,电子注入层16,和阴极17。间隔层14b包含载荷子传输材料,该材料包含平面分子。术语“平面分子”在此表示具有平面形状的分子。间隔层14b中包含的平面分子在水平面中形成无定形结构并以随机方向取向，但是这些平面分子在垂直方向是取向的。换言之，这些平面分子是这样层叠的，即使得它们的平面可以平行于水平面，从而构成间隔层14b。
所述平面分子在垂直方向是取向的。平面分子的例子包括1，3-二 [2-(2,2^ -二联批淀_6~基)-1,3,4-1l惡_J坐-5-基]-苯(以下常称为“Bpy-OXD”),由以下化学式表示
当间隔层14b由Bpy-OXD分子形成时，假设该分子在水平面中随机取向，但在垂直方向上彼此层叠，形成层叠结构。则认为这种排列方式的平面分子的分子轨道大部分彼此重叠，所以增大了垂直方向上的载荷子迁移率。因此，若采用了这种间隔层14b，则带电载荷子(charge carries)能高效地在蓝光发光层14c和间隔层14b之间的界面处重组,并高效地扩散到磷光材料中，所以该有机EL装置能高效地发光。
平面分子的对齐方式一般可以用取向有序参数S表示。在所述实施方式中，间隔层14b中的平面分子的取向有序参数S为-O. 5至-O. 2 (包括端值)。
在此，取向有序参数S由下式定义
S = 士(3 COS2 6> _ I) =(I).2K+IK
在上式中，Θ是分子主轴和垂直于基板表面的方向之间的夹角；k。和ke分别是平面内且平行方向的正常消光系数(ordinary extinction coefficient)和平面内且垂直方向的非正常消光系数(extraordinary extinction coefficient)
如式⑴中所示，可以从k。和kj勺值计算取向有序参数。要获得k。和的值，用可变角椭圆分光光度法进行测量，根据考虑了折射率各向异性的模型对其结果进行分析。 若对分子进行设置使其完全平行于基板，即，若使分子按垂直方向取向，则S值为-0. 5。若对分子进行随机设置，则S值为O。若对分子进行设置使其完全垂直于基板，即，若使分子按水平方向取向，则S值为I。
由于分子优选以垂直方向取向，所以理想的S值尽可能接近于-0.5。考虑到垂直方向上的电子迁移率和三线态扩散长度，S值为-0. 2或小于-0. 2，优选为-0. 3或小于-0. 3，更优选为-0. 4或小于-0. 4。
具有以上取向有序参数的载荷子传输材料的例子包括
1，3-二 [2-(2，2' -二联吡啶 _6_ 基)_1，3，4_ 噁二唑 _5_ 基]-苯(以下称为 “Bpy-OXD”)，S = -0. 44
二 -4,6-(3,5- 二吡啶基苯基)_2_ 甲基嘧啶(以下称为“B4PyMPM”)，S = -0. 36 ；
二 -4,6-(3,5- 二吡啶基苯基)_2_ 苯基嘧啶(以下称为“B4PyPPM”)，S = —0. 34 ；
二-3，6-(3，5-二吡啶基苯基)-2_ 甲基嘧啶(以下称为“B3PyMPM”)，S = -O. 33 ；
二-3，6-(3，5-二吡啶基苯基)-2-苯基嘧啶(以下称为“B3PyPPM”)，S = -O. 35 ；
4，4_(联苯基-4，4_ 二基)二(4，4，4_三苯基联苯基_4，4_ 二胺)(以下称为 “TPT1”)，S = -O. 20 ；
4，4_(三苯基-4，4_ 二基)二(4，4，4_三苯基联苯基_4，4_ 二胺)(以下称为 “TPT2”)，S = -O. 28 ;和
4,4/ -(三苯基-4,4' - 二基)二(4，4' - 二苯基-4'-单联苯基-联苯基-4， 4f -二胺)(以下称为 “TPT9”)，S =-O. 27。
权利要求
1.一种有机电致发光装置，其包括彼此分开设置的阳极和阴极电极，红光和绿光发光层以及蓝光发光层，这两个层彼此分开设置并位于所述阳极和阴极电极之间，和厚度为3-20纳米，包括端值，的间隔层，该间隔层设置在所述红光和绿光发光层以及所述蓝光发光层之间；其中所述间隔层包含载荷子传输材料，该材料包含能在平面内和垂直方向上取向的分子， 取向有序参数为-O. 5至-O. 2，包括端值。
2.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其特征在于，所述载荷子传输材料选自下组4，4-(联苯基-4，4- 二基)二(4，4，4-三苯基联苯基-4，4- 二胺)，4，4-(三苯基-4，4- 二基)二(4，4，4-三苯基联苯基-4，4- 二胺)，4,4/ -(三苯基-4，f - 二基)二(4，f - 二苯基-V -单联苯基-联苯基-4， 4' - 二胺)，1，3- _. [2-(2,2' _ 联卩比淀-6_ 基)-1, 3,4-卩惡_■卩坐-5-基]-苯，二 -3，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-苯基嘧啶，二 -3，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-甲基嘧啶，二 -4，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-苯基嘧啶，和二 -4，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-甲基嘧啶。
3.一种有机电致发光装置，其包括彼此分开设置的阳极和阴极电极，红光和绿光发光层以及蓝光发光层，这两个层彼此分开设置并位于所述阳极和阴极电极之间，和厚度为3-20纳米，包括端值，的间隔层，该间隔层设置在所述红光和绿光发光层以及所述蓝光发光层之间；其中所述间隔层包含选自下组的材料4，4-(联苯基-4，4- 二基)二(4，4，4-三苯基联苯基-4，4-4，4-(三苯基-4，4- 二基)二(4，4，4-三苯基联苯基-4，4-4,4/ -(三苯基-4,4' - 二基)二(4，4' - 二苯基-4'4' - 二胺)，1，3- _. [2-(2,2' _ 联卩比淀-6_ 基)-1, 3,4-卩惡_■卩坐-5-基]-苯，二 -3，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-苯基嘧啶，二 -3，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-甲基嘧啶，二 -4，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-苯基嘧啶，和二 -4，6- (3，5- 二吡啶基苯基)-2-甲基嘧啶。
4.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其特征在于，所述装置还包括空穴传输层、 电子传输层或电子注入层。二胺)，二胺)，单联苯基-联苯基_4，
5.一种显示器，其包括如权利要求1所述的有机电致发光装置。
6.一种照明设备，其包括如权利要求1所述的有机电致发光装置。
全文摘要
公开了有机电致发光装置、显示器和照明设备，包括以下元件彼此分开设置的阳极和阴极电极，红光和绿光发光层以及蓝光发光层，厚度为3-20纳米(包括端值)的间隔层。所述发光层彼此分开设置并位于电极之间。所述间隔层设置在发光层之间，间隔层包含载荷子传输材料，该材料包含能在平面内和垂直方向上取向的分子，取向有序参数为-0.5至-0.2(包括端值)。
文档编号H01L51/54GK103000820SQ20121008131
公开日2013年3月27日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年9月16日
发明者泽部智明, 高须勲, 小野富男, 米原健矢, 榎本信太郎 申请人:株式会社东芝