CN103094311B - 显示装置 - Google Patents

Abstract

显示装置，其具有有机EL元件，每个有机EL元件具有光学干涉结构，包括：含有主体材料和发光材料的蓝色发光层，其中空穴传输层的LUMO小于该主体材料的LUMO并且该主体材料的HOMO比该空穴传输层的HOMO大0.5eV以下；和在红色发光EL元件和绿色发光EL元件的至少一者的发光层和空穴传输层之间设置的膜厚度调节层，其中该调节层的空穴迁移率高于具有该调节层的EL元件的发光层的载流子迁移率，该调节层的HOMO不高于该空穴传输层的HOMO并且不低于其发光层中含有的发光材料的HOMO。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及具有红色发光、绿色发光和蓝色发光的三色的有机EL(电致发光)元件的全色显示的显示装置。

背景技术

作为使采用红色发光(R)、绿色发光(G)和蓝色发光(B)的三色的有机EL元件的显示装置的发光效率提高的技术，日本专利公开No.2000-323277公开了对于每种发射色使有机EL元件的发光层以外的功能层的膜厚度改变的技术。这是通过对于每种发射色增强发射光谱的峰值波长的光学干涉结构来增加发光效率的技术。

此外，日本专利公开No.2008-288201公开了通过如下方式已实现了高效率和长寿命的有机EL元件：在红色发光和绿色发光的有机EL元件的每个的发光层和空穴注入层之间设置辅助层，该辅助层含有不同于空穴注入层的材料并且具有比空穴注入层的材料高的空穴迁移率。

但是，日本专利公开No.2008-288201中公开的显示装置具有如下可能性：取决于空穴注入层、发光层和辅助层的构成材料，驱动电压变高。

发明内容

根据本发明的方面，显示装置通过共振结构提高红色发光、绿色发光和蓝色发光的三色的有机EL元件的发光效率的同时使这些有机EL元件的驱动电压降低。

根据本发明的另一方面，显示装置具有红色发光的有机EL元件、绿色发光的有机EL元件和蓝色发光的有机EL元件，其中各有机EL元件均至少具有有金属层的阳极、空穴传输层、发光层和阴极，各有机EL元件共用(common)地设置该空穴传输层，各有机EL元件中调节各发光层的发光位置与阳极的反射面之间的光学距离L以满足式(I)，

(λ/8)×(-1-(2φ/π))＜L＜(λ/8)×(1-(2φ/π))...(I)

[式I中，φ为阳极的金属层中的相移，λ为从各色的有机EL元件发出的光谱的峰值波长。]，蓝色发光的有机EL元件的发光层含有主体材料和发光材料，空穴传输层的最低未占分子轨道(LUMO)值小于蓝色发光的有机EL元件的发光层的主体材料的LUMO值，通过从蓝色发光的有机EL元件的发光层的主体材料的HOMO值减去空穴传输层的最高占有分子轨道(HOMO)值所得到的值为0.5eV或更低，在红色发光的有机EL元件的发光层和绿色发光的有机EL元件的发光层的至少一者与空穴传输层之间设置膜厚度调节层，膜厚度调节层的空穴迁移率大于设置有膜厚度调节层的有机EL元件的发光层的载流子迁移率，膜厚度调节层的HOMO值等于或低于空穴传输层的HOMO值并且等于或高于设置有膜厚度调节层的有机EL元件的发光层中含有的发光材料的HOMO值。

根据本发明的另一方面，在具有红色发光、绿色发光和蓝色发光的三色的有机EL元件的显示装置中，通过光学干涉结构来增加发光效率的同时能够降低驱动电压。

由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明进一步的特点将变得清楚。

附图说明

图1是本发明的实施方案的显示装置的透视图。

图2是本发明的实施方案的显示装置的一个像素的轮廓的横截面图。

图3是表示通过从蓝色有机EL元件的蓝色发光层的主体材料的HOMO值减去空穴传输层的HOMO值而得到的值EH_bh-EH_ht与驱动电压之间的关系的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的显示装置的各种实施方案进行说明。对于本说明书中未图示或记载的部分，适用技术领域中公知或已知的技术。本发明并不限于下述的实施方案。用基于真空能级的绝对值表示与构成本发明中记载的有机EL元件的层相关的最低未占分子轨道(LUMO)的值和最高占有分子轨道(HOMO)的值。

图1是示意地表示本发明的显示装置的一个实施方案的构成的透视图。图1包括显示区域1、像素2以及有机EL元件3R、3G和3B。本发明的显示装置具有多个像素2，并且该像素2含有一组分别发红光、绿光和蓝光的有机EL元件3R、3G和3B。显示装置中，以矩阵状设置多个像素2。

图2为沿图1的II-II线的像素2的轮廓的横截面图。像素2具有红色发光的有机EL元件3R、绿色发光的有机EL元件3G和蓝色发光的有机EL元件3B。每个有机EL元件从阳极5依次具有空穴传输层6、发光层(7R、7G和7B的任一个)和阴极11，每个有机EL元件共用地设置空穴传输层6。基板4用玻璃、塑料、硅等形成。在基板上可形成开关元件(未图示)例如TFT。

在基板4上，形成含有金属层的阳极5。形成阳极用于反射从有机EL元件的发光层发出的光以形成光学干涉结构以由此增加发光效率。以对应于红色、绿色和蓝色有机EL元件每一个的方式将阳极5图案化。优选用具有高反射率的金属或其合金形成阳极5的金属层并且特别优选材料例如Al、Ag、Pt、Au、Cu、Pd、Ni和Mo。阳极5可以是在该金属层上层叠具有高功函数的透明导电材料例如ITO和IZO的层叠体。在对应于红色、绿色和蓝色有机EL元件3R、3G和3B的每一个的阳极5的边缘可进一步形成绝缘膜(未图示)。

在红色发光、绿色发光和蓝色发光的有机EL元件3R、3G和3B每一个的阳极5上，共用地形成含有空穴传输材料的空穴传输层6。在阳极5与空穴传输层6之间，可各有机EL元件3R、3G和3B共用地形成空穴注入层等。

以与空穴传输层6接触的方式在空穴传输层6上的与蓝色有机EL元件的阳极5对应的区域中形成蓝色发光层7B。用至少主体材料和发光材料形成蓝色发光层7B。

空穴传输层6的LUMO值小于蓝色发光层7B的主体材料的LUMO值。通过形成这样的构成，防止蓝色发光层7B中的电子流入空穴传输层6中并且蓝色发光层7B中的再结合率增加，以致能够使蓝色有机EL元件3B的发光效率增加。

通过由蓝色发光的有机EL元件3B的蓝色发光层7B的主体材料的HOMO值(EH_bh)减去空穴传输层6的HOMO值(EH_ht)所得的值EH_bh-EH_ht为0.5eV或更低。图3表示改变空穴传输层6的材料时通过由蓝色发光层7B的主体材料的HOMO值减去空穴传输层6的HOMO值所得的值EH_bh-EH_ht与蓝色发光的有机EL元件3B的驱动电压的关系。图3表示EH_bh-EH_ht为0eV或更低时，驱动电压不存在差异，但随着EH_bh-EH_ht从0eV增加，驱动电压变大。EH_bh-EH_ht的增加意味着在空穴传输层6与蓝色发光层7B之间的界面空穴的注入势垒增加。在界面的注入势垒的增加使有机EL元件的驱动电压增加。优选驱动电压的增加尽可能小，但优选0.5V或更低作为最小值。因此，由图3可知，EH_bh-EH_ht优选为0.5eV或更低。

光学干涉结构中发光位置与反射面之间的光学距离L由下式A表示。式A中，m为0或更大的整数。

L＝(λ/4)×(2m-(φ/π))    ...(A)

φ：阳极的金属层中的相移

λ：由各色的有机EL元件发出的光谱的峰值波长

调节从蓝色发光层7B的发光位置到阳极5的反射面的光学距离L以由式(A)建立m＝0。考虑与正面的发光效率存在折衷关系的视角特性等，在实际的有机EL元件中未必总严格地与该膜厚度一致。具体地，可存在光学距离L满足式A的值±λ/8内的误差。有利地，根据本发明，有机EL元件中，能够以满足式I的方式来调节光学距离L。由于光学距离L满足式I的事实，通过光学干涉结构能够增加蓝色发光的有机EL元件3B的发光效率。通过改变空穴传输层6的膜厚度或者蓝色发光层7B的膜厚度来实现光学距离L的调节。

(λ/8)×(-1-(2φ/π))＜L＜(λ/8)×(1-(2φ/π))...(I)

更优选地，光学距离L的误差在光学距离L满足式A的值±λ/16内。有利地，根据本发明，有机EL元件中，能够以满足下式II的方式调节光学距离L。

(λ/16)×(-1-(4φ/π))≤L≤(λ/16)×(1-(4φ/π))...(II)

此外，由于φ约为-π，因此有机EL元件能够满足下述关系(I′)或(II′)。

λ/8＜L＜3λ/8...(I′)

3λ/16＜L＜5λ/16...(II′)

在红色发光的有机EL元件3R的发光层7R和绿色有机EL元件3G的发光层7G的至少一者与空穴传输层6之间设置膜厚度调节层8。在红色发光的有机EL元件3R和/或绿色发光的有机EL元件3G的对应于阳极5和/或阳极5的区域中形成膜厚度调节层8。在红色发光的有机EL元件3R和绿色发光的有机EL元件3G中，设置了膜厚度调节层8的有机EL元件中，在膜厚度调节层8上形成至少含有发光材料的发光层。图1表示只在红色发光的有机EL元件3R中设置膜厚度调节层8的构成。

从设置有膜厚度调节层8的红色发光的有机EL元件3R的发光层7R和/或绿色发光的有机EL元件3G的发光层7G的发光位置到阳极5的反射面的光学距离L也与蓝色发光的有机EL元件3B同样地，以满足上述式I、II、I′或II′的方式调节。由于光学距离L满足式I、II、I′或II′的事实，因此通过光学干涉结构能够增加红色发光的有机EL元件3R和绿色发光的有机EL元件3G的发光效率。设置有膜厚度调节层8的有机EL元件中，通过改变膜厚度调节层8的膜厚度来实现光学距离L的调节。

用如下材料形成膜厚度调节层8，该材料具有比空穴传输层6的空穴迁移率和设置有膜厚度调节层8的有机EL元件的发光层的载流子迁移率高的空穴迁移率。因此，通过由用具有高空穴迁移率的材料形成的膜厚度调节层8调节光学距离L，而不是通过由空穴传输层6或发光层调节光学距离L，能够进一步使有机EL元件的驱动电压降低。

膜厚度调节层8的HOMO值等于或低于空穴传输层6的HOMO值并且等于或高于膜厚度调节层8上的发光层中含有的发光材料的HOMO值。通过形成这样的元件构成，在空穴传输层6与膜厚度调节层8之间的界面和膜厚度调节层8与发光层之间的界面的两个界面，空穴的注入势垒消失。因此，由于在各层之间的界面空穴的注入势垒的消失，能够防止驱动电压的增加。

由于红色发光的有机EL元件3R的光谱的峰值波长大，因此所需的光学距离L变大。由于所需的膜厚度随着光学距离L的增加而增加，因此具有高空穴迁移率的膜厚度调节层8的效果变大。因此，更优选至少在红色发光的有机EL元件3R中形成膜厚度调节层8。

膜厚度调节层8能够用具有较高空穴迁移率的材料构成。特别优选地，膜厚度调节层8用具有高空穴迁移率的含有两个或更多个三芳基胺结构的材料构成。

红色发光的有机EL元件3R和绿色发光的有机EL元件3G中，在没有设置有膜厚度调节层8的有机EL元件中，在空穴传输层6上的、与没有设置膜厚度调节层8的有机EL元件的阳极对应的区域中形成至少含有发光材料的发光层。从发光层的发光位置到阳极5的反射面的光学距离L，也与蓝色发光的有机EL元件同样地，以满足式I的方式调节。由于光学距离L满足式I的事实，在没有设置膜厚度调节层8的有机EL元件中通过光学干涉结构能够使发光效率增加。通过改变发光层的膜厚度来实现光学距离L的调节。

在各色的发光层7R、7G和7B的上方设置阴极11，并且能够使用透明导电材料或者半透明金属薄膜。对于透明导电材料，能够使用ITO、IZO等，作为半透明金属薄膜，使用与阳极5相同的金属。吸收为50％或更低的膜厚度的情况下，能够与透过和反射的比例无关地使用。

在各发光层7R、7G和7B与阴极11之间，可设置功能层，例如空穴阻挡层(未图示)、电子传输层9、电子注入层10等。这些功能层可红色发光、绿色发光和蓝色发光的有机EL元件共用地设置，对于每种发射色，功能层的膜厚度可不同或者形成功能层的材料可不同。对于功能层，能够使用已知的有机EL材料。

优选地，红色发光的有机EL元件3R和绿色发光的有机EL元件3G中，设置有膜厚度调节层8的有机EL元件的发光层含有形成膜厚度调节层8的材料。膜厚度调节层8的空穴迁移率高于发光层的载流子迁移率。因此，通过在发光层7中配合形成膜厚度调节层8的材料，能够进一步降低驱动电压。

优选地，红色发光的有机EL元件3R和绿色发光的有机EL元件3G中，设置有膜厚度调节层8的有机EL元件的发光层含有磷光发光材料。

对荧光发光材料和磷光发光材料的发光过程进行比较时，荧光发光材料从激发单重态S1发光并且磷光发光材料从激发三重态T1发光。S1具有高于T1的能级。由S1确定发光的发光材料的驱动电压。因此，存在如下问题：荧光发光材料和磷光发光材料发出具有相同波长的光时，具有高于荧光发光材料的S1的磷光发光材料的驱动电压变高。

因此，该显示装置的构成能够降低发光层中含有磷光发光材料的红色发光的有机EL元件3R或绿色发光的有机EL元件3G的驱动电压。

以下示出用作膜厚度调节层8、发光层主体和发光掺杂剂的材料的典型结构式。但是，本发明并不限于此。

作为膜厚度调节层8的材料，可提及下述结构式的材料作为实例。

作为红色发光层7R的主体材料，可提及下述结构式的材料作为实例。

作为红色发光层7R的发光掺杂剂材料，可提及下述结构式的材料作为实例。

作为绿色发光层7G的主体材料，可提及下述结构式的材料作为实例。

作为绿色发光层7G的发光掺杂剂材料，可提及下述结构式的材料作为实例。

作为蓝色发光层7B的主体材料，可提及下述结构式的材料作为实例。

作为蓝色发光层7B的发光掺杂剂材料，可提及下述结构式的材料作为实例。

实施例

实施例1

制备图2中所示的构成的显示装置。首先，在玻璃基板4上层叠A1(100nm的膜厚度)/IZO(10nm的膜厚度)并形成为膜，然后使用光刻法进行图案化，由此形成各色的彩色有机EL元件的每一个的阳极5。接下来，通过UV臭氧处理对阳极5的表面进行洗涤。然后，将该基板和材料连接到真空沉积设备，然后排气到1×10^-4pa。

接下来，将由下述结构式表示的空穴传输材料形成为25nm的膜厚度的膜以由此形成空穴传输层6。

接下来，在空穴传输层6上在对应于蓝色发光的有机EL元件3B的阳极5的区域中使用金属掩模形成蓝色发光层7B。通过形成具有25nm的膜厚度的由结构式BD12表示的蓝色发光掺杂剂(1体积％)和由结构式BH14表示的发光层主体材料的共沉积膜而得到蓝色发光层7B。

接下来，在空穴传输层6上在对应于绿色发光的有机EL元件3G的阳极5的区域上使用金属掩模形成绿色发光层7G。通过形成具有40nm的膜厚度的由结构式GD4表示的绿色发光掺杂剂(1体积％)和由结构式GH3表示的发光层主体材料的共沉积膜而得到绿色发光层7G。

接下来，通过在空穴传输层6上在对应于红色发光的有机EL元件3R的阳极5的区域中使用金属掩模将由结构式OT4表示的材料形成为具有40nm的膜厚度的膜而形成膜厚度调节层8。

接下来，没有改变金属掩模的位置，通过形成膜厚度为25nm的由结构式RD9表示的红色发光掺杂剂(4体积％)和由结构式RH4表示的发光层主体材料的共沉积膜而形成红色发光层7R。

接下来，每个有机EL元件共用地将由下述结构式ET01表示的化合物形成为膜厚度为10nm的膜以由此形成电子传输层9。

接下来，在电子传输层9上每个有机EL元件共用地形成膜厚度为20nm的碳酸铯(3体积％)和由结构式ET01表示的化合物的共沉积膜以由此形成电子注入层10。

随后，将其上形成了直至电子注入层9的层的基板4转移到溅射设备，然后通过溅射法在电子注入层9上将ITO形成为具有60nm的膜厚度的膜以由此形成阴极11。

然后，将基板4转移到手套箱，然后在氮气氛中用含有干燥剂的玻璃帽(未图示)进行密封以由此制备显示装置。

在电流密度为25mA/cm²的条件下使用4-端子(termina1)法进行显示装置的有机EL元件的驱动电压的评价。由Riken Keiki Co.，Ltd.的AC-2测定每个层的HOMO值。作为样品，使用在其上将A1气相沉积的玻璃基板上以气相沉积化合物而得到的产物。通过从HOMO值中减去能隙而计算出LUMO值。由通过使用JASCO V-560(紫外和可见吸收光谱测定仪器)的测定得到的紫外和可见吸收光谱的吸收端确定能隙。作为紫外和可见吸收光谱的样品，使用在玻璃基板上以气相沉积化合物而得到的产物。

通过使用TOF(飞行时间)法的瞬时电流测定来测定每个层的载流予迁移率。用ITO在玻璃基板上通过真空沉积法制备约2μm的薄膜，进而将铝气相沉积作为对电极。使用TOF测定设备(由Opte1Corporation制造的TOF-301)对该样品测定4×10⁵V/cm的电场强度中的值。

实施例2

通过形成膜厚度为25nm的由下述结构式RD9表示的红色发光掺杂剂(4体积％)、由下述结构式OT4表示的材料(15体积％)和由下述结构式RH4表示的发光层主体材料的共沉积膜来形成红色发光层7R。除了红色发光层7R以外，采用与实施例1中同样的方法制备显示装置。

比较例1

除了形成具有40nm的厚度的由结构式GH3表示的材料作为膜厚度调节层8以外，采用与实施例1中同样的方法制备显示装置。

实施例1的评价

表1示出实施例1的红色有机EL元件、绿色有机EL元件和蓝色有机EL元件的光学距离、λ、φ/π、由式I给出的L的范围和驱动电压。在阳极IZO的折射率为2.0并且空穴传输层、膜厚度调节层和发光层的折射率为1.8的条件下计算光学距离。由于红色发光层具有双极性(空穴和电子)，因此该发光层的膜厚度的中心为发光位置。蓝色和绿色发光层具有如下的带结构，其中发光掺杂剂捕集电子，并且发光位置为每个发光层的阴极侧。IZO、空穴传输层、膜厚度调节层和发光层的光学距离的合计为光学距离L。

通过测定每个有机EL元件的发射光谱的波长色散特性而得到λ。从由折射率计算的相移φ和阳极的吸收系数确定φ/π。由λ和φ/π计算出由式I给出的光学距离L的范围。

表1示出红色、绿色和蓝色有机EL元件的每个的光学距离L在由式I给出的L的范围内。这表明本发明中红色有机EL元件、绿色有机EL元件和蓝色有机EL元件的每个能够具有用于增加发光效率的最佳结构。

红色有机EL元件、绿色有机EL元件和蓝色有机EL元件的每个的驱动电压分别为3.5V、3.6V和3.2V，表示本发明中各色的有机EL元件能够充分地降低电压。

表1

实施例1和2和比较例1的评价

表2示出实施例1和2以及比较例1的空穴传输层6、蓝色发光层7B主体、膜厚度调节层8和红色发光层7R的物性的评价结果和红色发光的有机EL元件3R的驱动电压的评价结果。

表2示出实施例1和2的空穴传输层6、蓝色发光层7B主体、膜厚度调节层8和红色发光层7R的每个层的物性满足本发明的方面。而比较例1不满足本发明的那些方面，原因在于膜厚度调节层的HOMO高于空穴传输层的HOMO并且膜厚度调节层的空穴迁移率低于空穴传输层的空穴迁移率和红色发光层的载流子迁移率。实施例1和2以及比较例1的红色有机EL元件的驱动电压(25mA/cm²)的比较表明，比较例1的驱动电压为3.7V，而实施例1的驱动电压为3.5V。因此，能够说本发明中的显示装置的构成能够高度有效地降低驱动电压。表2示出实施例2的驱动电压为3.2V。因此，能够说本发明中的显示装置的构成中，通过在发光层中复合具有空穴迁移率的膜厚度调节层，能够进一步使驱动电压降低。

表2

尽管已参照例示实施方案对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于所公开的例示实施方案。下述权利要求的范围应给予最宽泛的解释以包括所有这样的变形以及等同的结构和功能。

Claims (3)

1.显示装置，包括：

红色发光的有机EL元件、绿色发光的有机EL元件和蓝色发光的有机EL元件，

各有机EL元件各自至少具有有金属层的阳极、空穴传输层、发光层和阴极，

各有机EL元件共有地设置该空穴传输层，

各有机EL元件中，每个发光层的发光位置与阳极的反射面之间的光学距离L满足下式，

(λ/8)×(-1-(2φ/π))<L<(λ/8)×(1-(2φ/π))

其中，φ为阳极的金属层中的相移，λ为由各有机EL元件发出的光谱的峰值波长，

该蓝色发光的有机EL元件的发光层含有主体材料和发光材料，

该空穴传输层的LUMO值小于该蓝色发光的有机EL元件的发光层的主体材料的LUMO值，

从该蓝色发光的有机EL元件的发光层的主体材料的HOMO值减去该空穴传输层的HOMO值所得到的值为0.5eV以下，

在该红色发光的有机EL元件的发光层和该绿色发光的有机EL元件的发光层的至少一者与该空穴传输层之间设置膜厚度调节层，

该膜厚度调节层的空穴迁移率高于设置该膜厚度调节层的有机EL元件的发光层的载流子迁移率，并且

该膜厚度调节层的HOMO值等于或低于该空穴传输层的HOMO值并且等于或高于设置该膜厚度调节层的有机EL元件的发光层中含有的发光材料的HOMO值。

2.根据权利要求1的显示装置，其中该红色发光的有机EL元件的发光层和该绿色发光的有机EL元件的发光层中，设置有该膜厚度调节层的有机EL元件的发光层含有形成该膜厚度调节层的材料。

3.根据权利要求1的显示装置，其中该红色发光的有机EL元件的发光层和该绿色发光的有机EL元件的发光层中，设置有该膜厚度调节层的有机EL元件的发光层含有磷光发光材料。