发光装置以及照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的一个方式涉及利用电致发光（Electroluminescence)的发光元件。此外， 本发明的一个方式涉及具有发光元件的发光装置或照明装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，对利用电致发光的发光元件积极地进行研究开发。在利用电致发光的发 光元件的基础结构中，将包含发光物质的层(下面，将该层称为"发光层"）插入在一对电极 之间。通过在发光元件的电极之间施加电压，可以从发光物质发射光。
[0003] 在利用电致发光的发光元件中，作为发光物质使用有机化合物的发光元件可以通 过层叠膜来形成。因此，可以减小发光元件的厚度及重量，并且容易扩大发光元件的面积。 因此，该发光元件被期待用作面光源。此外，该发光元件作为适合于照明装置的发光元件引 人注目，因为该发光元件被期待呈现比白炽灯或荧光灯高的发射效率。
[0004] 上述发光元件根据发光物质的种类可以发射各种颜色的光。特别是，在考虑对照 明装置的应用时，期待能够以高效率发射白色光或近似白色的光的发光元件。
[0005] 作为能够发射白色光的发光元件，例如，提出了层叠有在红色、绿色、蓝色的波长 区域中具有发射峰值的多个发光单元的白色发光元件(例如，专利文献1)。此外，提出了层 叠有在补色关系(例如，蓝色及黄色）的波长区域中具有发射峰值的两个发光层的白色发光 元件(例如，专利文献2)。
[0006] [参考文献] 专利文献1 :PCT国际申请2008-518400号的日文翻译 专利文献2 :日本公开专利申请2006-12793号。
【发明内容】
[0007] 其中层叠有在红色、绿色和蓝色的波长区域中具有发射峰值的多个发光层的上述 白色发光元件能够发射白色光，因为使用低光度的红色和蓝色的波长区域。
[0008] 此外，在其中层叠有在补色关系（例如，蓝色及黄色）的波长区域中具有发射峰值 的两个发光层的上述发光元件中，使低光度的颜色(例如，蓝色）的光的量大于其它颜色，由 此该发光元件可以发射白色光。
[0009] 如上所述，在先提出的能够发射白色光的发光元件不得不使用一定量的低光度的 波长区域中的光。因此，功率效率的提高有限制。这是因为如下缘故：包括在功率效率[lm/ W]的单位中的光通量[lm]是考虑到光度的物理量。
[0010] 此外，呈现白色发光的发光元件有如下问题：由于层叠多个发光层，导致用于发光 层的有机材料的量的增加及形成发光层的蒸镀时间的增加。
[0011] 鉴于上述问题，本发明的一个方式的目的是：即使将低光度的波长区域的光用于 呈现白色发光的发光元件，也提高发光元件的功率效率。此外，本发明的一个方式的另一个 目的是：减少用于发光层的有机材料的量以减少制造成本。此外，本发明的一个方式的另一 个目的是：提供作为光源包括该发光元件的照明装置。
[0012] 本发明的一个方式涉及一种发光元件，其中，作为能够发射白色光的发光元件，层 叠三个发光层。在该发光元件中，在透光电极和光反射电极之间包括三个发光层，并且从 各发光层发射的光被光反射电极反射且透过透光电极。因此，通过决定从各发光层发射的 光的波长，限定三个发光层的叠层顺序。此外，通过决定在光反射电极和各发光层之间的光 程，可以提供具有高功率效率的发光元件。另外，提供减少用于发光层的有机材料的量的发 光元件。下面，将说明其详细内容。
[0013] 本发明的一个方式是一种发光元件，该发光元件包括透光电极和光反射电极；以 及，在透光电极和光反射电极之间的第一发光层、第二发光层、第三发光层、第一中间层及 第二中间层，并且，在该发光元件中，第一发光层形成在透光电极和第一中间层之间；第二 发光层形成在第一中间层和第二中间层之间；第三发光层形成在第二中间层和光反射电极 之间；与从第二发光层发射的光的光谱的峰值及从第三发光层发射的光的光谱的峰值相 比，从第一发光层发射的光的光谱的峰值位于较长的波长一侧；并且，与从第一发光层发射 的光的光谱的峰值及从第三发光层发射的光的光谱的峰值相比，从第二发光层发射的光的 光谱的峰值位于较短的波长一侧。注意，在本说明书中，发射光谱的峰值是指在发射光谱的 多个峰值中的最大发射强度峰值。
[0014] 本发明的另一个方式是一种发光元件，该发光元件包括透光电极和光反射电极； 以及，在透光电极和光反射电极之间的第一发光层、第二发光层、第三发光层、第一中间层 及第二中间层，并且，在该发光元件中，第一发光层形成在透光电极和第一中间层之间；第 二发光层形成在第一中间层和第二中间层之间；第三发光层形成在第二中间层和光反射电 极之间；与从第二发光层发射的光的光谱的峰值及从第三发光层发射的光的光谱的峰值相 比，从第一发光层发射的光的光谱的峰值位于较长的波长一侧；与从第一发光层发射的光 的光谱的峰值及从第三发光层发射的光的光谱的峰值相比，从第二发光层发射的光的光谱 的峰值位于较短的波长一侧；光反射电极和第一发光层之间的光程是从第一发光层发射的 光的峰值波长的3/4 ;光反射电极和第二发光层之间的光程是从第二发光层发射的光的峰 值波长的3/4 ;并且，光反射电极和第三发光层之间的光程是从第三发光层发射的光的峰 值波长的1/4。注意，在本说明书中，发射光谱的峰值波长是指在发射光谱的多个峰值中的 最大发射强度峰值的波长。
[0015] 注意，光程(也称为光程距离）表示实际上的距离与折射率的乘积，在本说明书等 中，光程是实际上的厚度与η(折射率）的乘积，S卩，光程=实际上的厚度Xn。
[0016] 在上述各结构中，第一发光层包括在黄色至橙色光的波长区域（560nm或更高且 低于620nm)具有发射峰值的发光物质，并且发光物质可以是磷光化合物。在使用磷光化合 物的情况下，功率效率为使用荧光化合物时的三倍至四倍高。此外，与使用发射蓝色光的磷 光化合物的元件相比，使用发射黄色或橙色光的磷光化合物的元件更容易延长使用寿命。
[0017] 在上述各结构中，第二发光层包括在蓝色光的波长区域（400nm或更高且低于 480nm)具有发射峰值的发光物质，并且发光物质可以是荧光化合物。通过使用荧光化合物 作为发射蓝色光的物质，与使用磷光化合物作为发射蓝色光的物质的发光元件相比，可以 得到使用寿命更长的发光元件。
[0018] 在上述各结构中，第三发光层包括发光物质，并且，从该发光物质发射的光的波长 可以短于或等于从第一发光层发射的光的波长。
[0019] 在上述各结构中，第一发光层、第二发光层、第三发光层、第一中间层和第二中间 层的总厚度可以为400nm或更小。此外，光反射电极可以是阴极。通过将第一发光层、第二 发光层、第三发光层、第一中间层和第二中间层的总厚度减小到400nm或更小，可以减少用 于发光层的有机材料的量。因此，可以得到减薄的发光元件。
[0020] 此外，本发明的另一个方式是一种包括具有上述结构中的任一种的发光元件的照 明装置。
[0021] 在本说明书等中，发光层至少包含发光物质。除了发光物质之外，该发光层可以具 有功能层等。
[0022] 根据本发明的一个方式，其中层叠有三个发光层的呈现白色发光的发光元件可以 实现高功率效率。此外，可以提供减少用于发光层的有机材料的量的发光元件。
[0023] 此外，因为上述发光元件具有高功率效率，所以可以用作室内用照明装置和室外 用照明装置的光源。通过使用上述发光元件，可以提供具有高功率效率且耗电量较少的照 明装置。
【附图说明】
[0024] 在附图中： 图1示出根据本发明的一个方式的发光元件的例子； 图2示出用于实施例1的发光元件1，即根据本发明的一个方式的发光元件的例子； 图3A和图3B示出根据本发明的一个方式的照明装置； 图4示出比较发光元件1 ; 图5A和图5B是分别示出发光元件1和比较光元件1的发射光谱及外量子效率-亮度 曲线（plot)的图； 图6是示出发光元件1和比较发光元件1的功率效率-亮度曲线的图； 图7A和图7B是分别示出发光元件2的发射光谱及外量子效率-亮度曲线的图； 图8是示出发光元件2的功率效率-亮度曲线的图； 图9A和图9B是分别示出发光元件3的发射光谱及外量子效率-亮度曲线的图； 图10是示出发光元件3的功率效率-亮度曲线的图； 图11不出发光兀件4和发光兀件5的结构例子； 图12A和图12B是分别示出发光元件4的发射光谱及外量子效率-亮度曲线的图； 图13是示出发光元件4的功率效率-亮度曲线的图； 图14A和图14B是分别示出发光元件5的发射光谱及外量子效率-亮度曲线的图； 图15是示出发光元件5的功率效率-亮度曲线的图。
【具体实施方式】
[0025] 实施方式1 在本实施方式中，参照图1说明发光元件的结构例子。
[0026] 图1所示的发光元件100包括透光电极104以及光反射电极106,并且在透光电极 104和光反射电极106之间还包括第一发光层108、第二发光层110、第三发光层112、第一 中间层114以及第二中间层116。第一发光层108位于透光电极104和第一中间层114之 间。第二发光层110位于第一中间层114和第二中间层116之间。第三发光层112位于第 二中间层116和光反射电极106之间。注意，第一发光层108、第二发光层110和第三发光 层112隔着第一中间层114及第二中间层116层叠并串联连接。像这样，该发光元件具有 第一发光层108、第二发光层110和第三发光层112的叠层，因此该发光元件被称为叠层型 发光元件。此外，透光电极可以用作阳极，而光反射电极可以用作阴极。
[0027] 与从第二发光层110发射的光及从第三发光层112发射的光相比，从第一发光层 108发射的光具有最长的峰值波长。与从第一发光层108发射的光及从第三发光层112发 射的光相比，从第二发光层110发射的光具有最短的峰值波长。另外，从第三发光层112发 射的光可以具有比从第一发光层108发射的光的波长短或与其相等的波长。
[0028] 通过此种从第一发光层108发射的光具有最长的峰值波长，且从第二发光层110 发射的光具有最短的峰值波长的结构，可以使各发光层的光程（即，各发光层的厚度）最优 化。通过各发光层的光程(即，各发光层的厚度)的最优化，可以提供具有高功率效率的发光 元件。
[0029] 具体而言，光反射电极106和第一发光层108之间的光程是从第一发光层108发 射的光的峰值波长的3/4,光反射电极106和第二发光层110之间的光程是从第二发光层 110发射的光的峰值波长的3/4,并且，光反射电极106和第三发光层112之间的光程是从 第三发光层112发射的光的峰值波长的1/4。
[0030] 在图1不出的例子中，光反射电极106和第一发光层108之间的光程设定为 3λa/4,光反射电极106和第二发光层110之间的光程设定为3λb/4,而光反射电极106和 第三发光层112之间的光程设定为1λc/4。此外，λa是指从第一发光层108发射的光的 波长，λb是指从第二发光层110发射的光的波长，而λc是指从第三发光层112发射的光 的波长。
[0031] 此外，在图1所示的发光元件100中，由于在透光电极104和光反射电极106之 间的电位差而电流流动，并且空穴和电子在第一发光层108、第二发光层110及第三发光层 112中再结合，由此发光元件100发光。换言之，发光区域形成在第一发光层108、第二发光 层110及第三发光层112中。总之，在本说明书等中，光反射电极106和第一至第三发光层 的每一个之间的光程优选为光反射电极106和第一至第三发光层的每一个中的发光区域 之间的光程。
[0032] 此外，通过将光反射电极106和各发光层之间的光程设定为从发光层发射的光的 mλχ/4 (m是奇数，λX是从各发光层发射的光的波长)，提高功率效率。此外，从光学观点 来看，各发光层的厚度优选为薄，因为在发光层的厚度厚时在发光层的内部发生光吸收等 的光损失。
[0033] 但是，如下结构可以得到在理论上最大的功率效率，在该结构中，光反射电极106 和第一发光层108之间的光程为从第一发光层108发射的光的峰值波长的1/4,光反射电极 106和第二发光层110之间的光程为从第二发光层110发射的光的峰值波长的1/4,并且， 光反射电极106和第三发光层112之间的光程为从第三发光层112发射的光的峰值波长的 1/4;但是，在实际上不容易形成具有这种结构的发光元件，因为需要将各发光层及各中间 层的光程(或厚度）缩短(减薄）到极限。
[0034] 由此，常规的元件采用如下结构，在该结构中，光反射电极106和第一发光层108 之间的光程为从第一发光层108发射的光的峰值波长的5/4,光反射电极106和第二发光层 110之间的光程为从第二发光层110发射的光的峰值波长的3/4,并且，光反射电极106和 第三发光层112之间的光程为从第三发光层112发射的光的峰值波长的1/4。但是，在这种 结构中，发光层的厚度厚，因此不能忽视发光层内部的光吸收等光损失。
[0035] 相比之下，在本实施方式所示的发光元件100中，可以将光反射电极106和第一发 光层108之间的光程设定为从第一发光层108发射的光的峰值波长的3/4。换言之，即使在 离光反射电极106有最长的距离的第一发光层108中，也可以将其光程设定为短于常规元 件的光程(即，从第一发光层108发射的光的峰值波长的5/4)。而且，与从第二发光层发射 的光的光谱的峰值及第三发光层发射的光的光谱的峰值相比，从第一发光层108发射的光 的光谱的峰值位于较长的波长一侧，并且，与从第一发光层发射的光的光谱的峰值及第三 发光层发射的光的光谱的峰值相比，从第二发光层110发射的光的光谱的峰值位于较短的 波长一侧，因此第一发光层108及第二发光层110可以具有可形成层的足够厚的厚度。
[0036] 例如，假定如下结构，在该结构中，从第一发光层108发射的光的波长（λε〇在于 620nm的红色区域中，从第二发光层110发射的光的波长（Ab)在于460nm的蓝色区域中， 并且折射率（η)为1. 8。在该结构中，当光反射电极106和第一发光层108之间的光程以及 光反射电极106和第二发光层110之间的光程各自为从发光层发射的光的峰值波长的1/4 时，第一发光层108与第二发光层110的光程的差异大约为22nm，这是造成不容易形成发光 元件的数值。但是，当光反射电极106和第一发光层108之间的光程以及光反射电极106 和第二发光层110之间的光程各自为从发光层发射的光的峰值波长的3/4时，第一发光层 108与第二发光层110的光程的差异大约为67nm，因此可以形成发光元件。
[0037] 此外，假定如下结构，在该结构中，从第一发光层108发射的光的波长（λε〇在于 460nm的蓝色区域中，从第二发光层110发射的光的波长（Ab)在于620nm的红色区域中， 并且折射率（η)为1.8。在该结构中，当光反射电极106和第一发光层108之间的光程以及 光反射电极106和第二发光层110之间的光程各自为从发光层发射的光的峰值波长的3/4 时，第二发光层110的光程长于第一发光层108的光程；所以不能形成发光元件。
[0038]由此，在本实施方式所示的发光元件100中，决定从第一至第三发光层发射的光 的波长，并限定三个发光层的叠层顺序。此外，通过决定光反射电极106和各发光层之间的 光程，可以提供具有高功率效率的发光元件。
[0039]例如，可以将发射在黄色至橙色光的波长区域具有峰值的光的发光物质用于第一 发光层108。例如，可以使用以芳基嘧啶衍生物为配体的有机金属配合物作为发射在黄色至 橙色的波长区域具有峰值的光的发光物质。此外，通过将发光物质（客体材料）分散在另一 物质（主体材料）中，可以形成发光层。可以使用磷光化合物作为上述发射在黄色至橙色的 波长区域具有峰值的光的发光物质。在使用磷光化合物时的功率效率为在使用荧光化合物 时的功率效率的三倍至四倍高。上述以芳基嘧啶衍生物为配体的有机金属配合物是磷光化 合物，具有高发射效率，且容易发射黄色至橙色的波长区域的光，所以优选用于本发明。
[0040] 此外，可以将发射在蓝色的波长区域具有峰值的光的发光物质用于第二发光层 110。例如，可以使用芘二胺衍生物作为发射在蓝色的波长区域具有峰值的光的发光物质。 可以使用荧光化合物作为上述发射在蓝色的波长区域具有峰值的光的发光物质。通过作为 发射蓝色光的物质使用荧光化合物，与作为发射蓝色光的物质使用磷光化合物的发光元件 相比，可以得到使用寿命更长的发光元件。上述芘二胺衍生物是荧光化合物，可以得到极高 的量子产率，而且使用寿命长，所以优选用于本发明。
[0041] 此外，与第一发光层108同样，可以将发射在黄色至橙色的波长区域具有峰值的 光的发光物质用于第三发光层112。注意，第三发光层112的材料不局限于这样的发光物 质，可以使用发射在短于或等于从第一发光层108发射的光的波长处具有峰值的光的任何 发光物质。例如，与第二发光层110同样，可以使用发射在蓝色的波长区域具有峰值的光的 发光物质。此外，可以使用发射在蓝色光和橙色光之间的绿色的波长区域具有峰值的光的 发光物质。
[0042] 在此，考虑如下情况，在该情况中，将黄色至橙色光的发光层用于第一发光层108， 将蓝色光的发光层用于第二发光层110,将黄色至橙色光的发光层用于第三发光层112,并 且，层叠上述三个发光层。在此情况下，来自第一发光层108的光发射120及来自第三发光 层112的光发射124的混合光(黄色至橙色光)与来自第二发光层110的光发射122之间的 强度比大约为8 :1至6 :1。因此，发光元件100具有如下结构，即使用磷光化合物形成两个 黄色至橙色光的发光层，使用荧光化合物形成一个蓝色光的发光层，并且层叠上述三个发 光层，由此该发光元件100可以发射近似白炽色或暖白色的白色光。而且，因为使用发射高 光度的黄色至橙色的颜色范围的光的两个发光层，并且将磷光化合物用作这些发光层的发 光物质；所以功率效率提尚。
[0043] 再者，作为第一发光层108,使用黄色至橙色光的发光层，并且光反射电极106和 第一发光层108之间的光程为从第一发光层发射的光的峰值波长的3/4。此外，作为第二发 光层110,使用蓝色光的发光层，并且光反射电极106和第二发光层110之间的光程为从第 二发光层发射的光的峰值波长的3/4。此外，光反射电极106和第三发光层112之间的光程 为从第三发光层发射的光的峰值波长的1/4。如上所述，通过决定光反射电极106和第一至 第三发光层之间的光程，可以减薄各发光层及各中间层。第一发光层、第二发光层、第三发 光层、第一中间层和第二中间层的总厚度优选为400nm或更小，更优选为350nm或更小。像 这样，通过减薄各发光层及各中间层的厚度，可以抑制发光层中的光吸收等光损失。因此， 可以进一步提尚发光兀件100的功率效率。
[0044] 此外，通过使用该减薄的发光层，可以减少用于发光层的有机材料的使用量。因 此，可以减少用于各发光层的材料的使用量且缩短对蒸镀（evaporation)等花费的时间，从 而在制造成本方面上很有利。
[0045] 如上所述，本实施方式所示的发光元件，其中层叠有三个发光层作为呈现白色发 射的发光元件，包括在高光度的黄色至橙色的波长区域具有发射峰值的发光层作为第一发 光层、在蓝色的波长区域具有发射峰值的发光层作为第二发光层、以及在高光度的黄色至 橙色的波长区域具有发射峰值的发光层作为第三发光层，并且决定该三个发光层的叠层顺 序，减薄各发光层，从而可以提高发光元件整体的功率效率。此外，通过减薄各发光层，可以 提供其中用于发光层的有机材料的使用量减少的发光元件。
[0046]此外，因为上述发光元件具有高功率效率，所以可以用作室内用照明装置或室外 用照明装置的光源。通过使用上述发光元件，可以提供具有高功率效率且耗电量较少的照 明装置。
[0047] 此外，由于本实施方式所述的发光元件发射近似白炽色或暖白色的白色，因此可 以用作室内用照明装置或室外用照明装置的光源。通过使用本实施方式所示的发光元件， 可以制造具有高功率效率且耗电量较少的照明装置。
[0048] 本实施方式可以与任何其他实施方式或实施例适当地组合而实施。
[0049] 实施方式2 在本实施方式中，参照图1说明发光元件的结构例子。在本实施方式中，说明实施方式 1所述的图1中所示发光元件100的具体结构。
[0050] 如实施方式1所说明，图1所示的发光元件100设置在衬底102上，包括透光电极 104以及光反射电极106,并且在透光电极104和光反射电极106之间包括第一发光层108、 第二发光层110、第三发光层112、第一中间层114以及第二中间层116。第一发光层108设 置在透光电极104和第一中间层114之间。第二发光层110设置在第一中间层114和第二 中间层116之间。第三发光层112设置在第二中间层116和光反射电极106之间。注意， 第一发光层108、第二发光层110和第三发光层112隔着第一中间层114及第二中间层116 层叠并串联连接。这样的第一发光层108、第二发光层110和第三发光层112的叠层结构称 为叠层型发光元件。此外，在图1中，透光电极104用作阳极，而光反射电极106用作阴极。
[0051] 第一发光层108及第三发光层112各自包括发射在黄色至橙色的波长中具有峰值 的光的发光物质。作为发射在黄色至橙色的波长中具有峰值的光的发光物质，可以使用如 下物质：红荧烯、（2- {2-[4_ (二甲基氨基）苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-吡喃-4-亚基） 丙二腈(缩写：DCMl)、（2-{2-甲基-6-[2- (2,3,6,7_ 四氢-1H，5H-苯并[ij]喹嗪-9-基） 乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(缩写：DCM2)、双[2- (2-噻吩基）吡啶]