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CN101810055A - 发光元件 - Google Patents

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CN101810055A CN200880109668A CN200880109668A CN101810055A CN 101810055 A CN101810055 A CN 101810055A CN 200880109668 A CN200880109668 A CN 200880109668A CN 200880109668 A CN200880109668 A CN 200880109668A CN 101810055 A CN101810055 A CN 101810055A
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

本发明提供在具有由量子点的单分子膜构成的发光层的发光元件中提高了其亮度和发光效率的发光元件。本发明的发光元件(1)，至少依次具有阳极(3)、由空穴输送材料及包含量子点(11)的材料构成的空穴输送发光层(5)、电子输送层(7)、及阴极(4)，且构成为：电子输送层(7)的空穴迁移率小于三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)的空穴迁移率，空穴输送发光层(5)是在电子输送层(7)发生的激子迁移到该发光层内而发光的，从而解决了上述课题。

Description

发光元件
相关申请的参考
本申请是主张基于日本专利申请2007-256371(2007年9月28日申请)的巴黎条约第4条的优先权的专利申请。因此，本申请包含该专利申请说明书、附图等所披露的所有事项。
技术领域
本发明涉及发光元件，更具体涉及具备包含量子点的EL发光层的发光元件。
背景技术
有机电致发光元件(以下，称为有机EL元件。)是具有在阳极与阴极之间夹着有机发光层的层叠结构的发光元件，是利用了从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子在发光层内再结合而产生的发光的自发光器件。这样的有机EL元件的课题是构成有机发光层的发光材料的长寿命化和发光效率的提升，目前还正在积极地进行着为克服该课题的研究。
另一方面，提出了将可根据粒径调整发光颜色的半导体微粒(称为“量子点”。)用作EL发光材料的发光器件(例如，参照文献：Seth Coe et.al.，Nature，420，800-803(2002))。在该文献中，作为量子点的典型例子，举例了由这些部分构成的核壳(core-shell)结构，该部分是由CdSe构成的核、设置在其周围的ZnS壳、以及进一步设置在其周围的加罩(capping)化合物。将该量子点用作发光材料的发光元件与上述的使用有机EL材料的发光元件相比，具有发射光谱的宽度窄且提高色纯度的优点。
但是，如该文献的图1所示，该文献中提出的发光元件所具有的发光层是量子点的单分子膜，因此存在这样的问题，即，缺乏从两电极注入的电荷再结合而产生的激子到达该单分子膜被消耗在EL发光的机会，且无法达到足够的亮度及发光效率。再者，在该文献中还提出了试图在发光层与电子输送层之间设置空穴阻挡层来提高发光层内的再结合概率的例子，但没有带来足够高的亮度和发光效率。
此外，在日本特表2005-502176号公报及日本特表2007-513478号公报中，提出了具有使量子点分散在基质(host)材料内而成的发光层，以提高在该发光层内的电荷再结合的概率的发光元件的例子。该发光元件使产生的激子在发光层内迁移，以使量子点进行EL发光。
发明内容
本发明用来解决没能达成足够的亮度和发光效率的上述非专利文献1的课题，其目的在于提供一种提高了亮度和发光效率的具备将量子点用作EL发光材料的发光层的发光元件。
用于解决上述课题的本发明的发光元件，至少依次具有阳极、空穴输送发光层、电子输送层和阴极，其中空穴输送发光层由空穴输送材料及包含量子点的材料构成，所述发光元件的特征在于：所述电子输送层的空穴迁移率小于三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)的空穴迁移率，所述空穴输送发光层是在所述电子输送层中发生的激子迁移到该发光层内而发光的。
依据本发明，使电子输送层的空穴迁移率小于三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)的空穴迁移率，因此从阳极注入到空穴输送发光层的一部分空穴在空穴输送发光层内与电子再结合，而其它空穴通过空穴输送发光层在靠近空穴输送发光层一侧的电子输送层内与电子再结合。其结果，通过电子输送层内的再结合而发生的激子容易迁移到空穴输送发光层内，以使量子点进行EL发光的方式被消耗，因此实质上扩大了对量子点的发光作出贡献的再结合区域，并提高了发光效率。
作为本发明的发光元件的优选方式，构成为：在形成所述电子输送层的电子输送材料的离子化电位的绝对值为Ip(ETL)、所述空穴输送材料的离子化电位的绝对值为Ip(HTL)时，满足[Ip(ETL)]＜[Ip(HTL)+1.0eV]。
作为本发明的发光元件的优选方式，构成为：使所述电子输送层的空穴迁移率在10-7cm2/V/sec以下。
作为本发明的发光元件的优选方式，构成为：构成由ITO(150nm)/PEDOT(20nm)/αNPD(20nm)/测定对象(100nm)/Au(100nm)形成的试验片(test piece)，测定对该试验片施加了10V时的单空穴(hole-only)元件的电流值而进行所述空穴迁移率的测定。
作为本发明的发光元件的优选方式，构成为：所述电子输送层的厚度为30nm以上且150nm以下。
作为本发明的发光元件的优选方式，构成为：所述电子输送层包含BAlq2作为电子输送性材料。
作为本发明的发光元件的优选方式，构成为：在所述电子输送层的至少所述空穴输送发光层一侧的部位，包含用于提高所述空穴输送发光层一侧的部位的再结合概率的掺杂物。
作为本发明的发光元件的优选方式，构成为：所述空穴输送发光层是由空穴输送材料和量子点互相分散而成的层、由空穴输送性材料和量子点相分离而获得的空穴输送层和量子点单分子膜构成的层、以及由它们的中间状态构成的层中的任意层。
依据本发明的发光元件，从阳极注入到空穴输送发光层的一部分空穴在空穴输送发光层内与电子再结合，且在此对再结合没能作出贡献的其它空穴通过空穴输送发光层在靠近空穴输送发光层一侧的电子输送层内中与电子再结合，都会对量子点的发光作出贡献。又，通过电子输送层内的再结合而发生的激子容易迁移到空穴输送发光层内，以使量子点EL发光的方式被消耗。其结果，实质上扩大了对量子点的发光作出贡献的再结合区域，且提高了发光效率。
附图说明
图1是表示一例本发明的发光元件的剖面示意图。
图2是表示一例本发明的发光元件的剖面示意图。
图3是用于说明本发明的发光元件的发光原理的示意图。
图4是表示构成实施例中所采用的各层的材料的离子化电位的能量图。
(符号说明)
1发光元件
2基体材料
3阳极
4阴极
5发光层
5A单一层
5B量子点单分子膜
6空穴输送层
7电子输送层
7A再结合区域
11量子点
12激子
具体实施方式
以下，对本发明的发光元件的实施方式进行说明，但是本发明并不限定解释于以下的实施方式及附图。
图1是表示一例本发明的发光元件的剖面示意图，图2是表示另一例本发明的发光元件的剖面示意图，图3是用于说明本发明的发光元件的发光原理的示意图。如图1及图2所示，本发明的发光元件1至少依次具有阳极3、由空穴输送材料及包含量子点的材料构成的空穴输送发光层5、电子输送层7、和阴极4。又，构成为：使电子输送层7的空穴迁移率小于三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)的空穴迁移率，且空穴输送发光层5是在电子输送层7中发生的激子迁移到该空穴输送发光层5内而发光。
在这里所说的“空穴输送发光层5”定义为不论是由空穴输送材料和量子点相互分散而成的单一层5A(如图1所示)，还是由空穴输送性材料和量子点相分离而获得的空穴输送层6和量子点单分子膜5B构成的复合层(如图2所示)都包括在内，而且定义为还可以包括由它们的中间状态构成的层，即没有完全相分离但不致于称为单一层的层。故，以下将该空穴输送发光层5只略记为“发光层5”并加以说明。
接着，对本发明的发光元件的构成要素进行详细说明，但并不限定解释于以下的具体例。再者，以下采用“上”“下”的表述时，俯视图1时的上侧意味着“上”，下侧意味着“下”。
(基体材料)
基体材料2在图1的例子中设置为阳极3的基底材料，但并不特别限定于图1的例子，也可以设置在阴极4的上侧，也可以设置在其两方。基体材料2的透明性是根据光的出射方向任意选择的，当设为底部发射(bottom emission)型的发光元件时，需要图1所示的基体材料2透明。对于基体材料的种类或形状、大小、厚度等的结构没有特别限定，可根据发光元件1的用途或在基体材料上层叠的各层的材质等来适当决定。例如，可以使用Al等的金属、玻璃、石英或树脂等的各种材料来形成。具体而言，能够列举例如玻璃、石英、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酯、聚碳酸酯等。此外，作为基体材料2的形状，可以是单片状也可以是连续状，具体而言，例如可以列举为卡片状、膜状、盘状、芯片状等。
(电极)
阳极3、阴极4是用于注入使EL发光材料即量子点发光的空穴和电子的电极，通常如图1所示，阳极3设置在基体材料2上，阴极4设置成在与阳极3之间至少夹着发光层5和电子输送层7的状态，与该阳极3对置。
作为阳极3，使用金属、导电性氧化物、导电性高分子等的薄膜。具体而言，能够列举例如ITO(铟锡氧化物)、氧化铟、IZO(铟锌氧化物)、SnO2、ZnO等的透明导电膜、诸如金、铬的空穴注入性良好的功函数大的金属、诸如聚苯胺、聚乙炔、聚烷基噻吩(polyalkylthiophene)衍生物、聚硅烷衍生物的导电性高分子等。这种阳极3可以通过真空蒸镀、溅镀、CVD等的真空加工或涂敷来形成，其膜厚还因所使用的材料等不同而异，例如优选为10nm～1000nm程度。
作为阴极4，使用金属、导电性氧化物、导电性高分子等的薄膜。具体而言，能够列举例如铝、银等的单一体金属；MgAg等的镁合金；AlLi、AlCa、AlMg等的铝合金；以Li、Ca为首的碱金属类；以及这些碱金属类的合金这样的电子注入性良好的功函数小的金属等。阴极4与上述的阳极3的情况相同，利用真空蒸镀、溅镀、CVD等的真空加工或涂敷来形成，其膜厚也因所使用的材料等不同而异，例如优选为10nm～1000nm程度。
(发光层)
发光层5以被阳极3和阴极4夹着的形态而设置，从阳极3注入的空穴(hole)与从阴极4注入的电子(electron)再结合，通过因该再结合而产生的激子(exciton)，使构成发光层5的EL材料即量子点11发光。故，如上所述，该发光层5可以为空穴输送材料和量子点相互分散而成的单一层5A(如图1所示)，也可以为由空穴输送性材料和量子点相分离而获得的空穴输送层6和量子点单分子膜5B构成的复合层(如图2所示)，而且也可以为由它们的中间状态构成的层(没有完全相分离但不致于称为单一层的层)。
构成发光层5的量子点(Quantum dot)11为可通过粒径来调整发光颜色的半导体微粒。该量子点11也被称为纳米粒子(Nanoparticle)、纳米晶(Nanocrystal)，作为其典型例，可以列举由以下部分，即由CdSe构成的核、设置在其周围的ZnS壳、以及进一步设置在其周围的加罩化合物构成的量子点。该量子点11通过其粒径改变发光颜色，例如在只利用由CdSe形成的核构成的量子点的情况下，粒经为2.3nm、3.0nm、3.8nm、4.6nm时的荧光光谱的峰值波长为528nm、570nm、592nm、637nm。
量子点11为半导体的纳米尺寸的微粒(半导体纳米晶)，只要能产生量子限制效应(量子尺寸效应)的发光材料即可，对其没有特别限定。具体而言，除了包括诸如MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe及HgTe的II-VI族半导体化合物；诸如AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaAs、GaP、GaN、GaSb、InN、InAs、InP、InSb、TiN、TiP、TiAs及TiSb的III-V族半导体化合物；以及含有诸如Si、Ge及Pb的IV族半导体等的半导体晶体以外，还可以列举诸如InGaP的包含3种以上元素的半导体化合物。或者，能够使用在上述半导体化合物掺杂诸如Eu3+、Tb3+、Ag+、Cu+的稀土类金属的阳离子或过渡金属的阳离子而成的半导体晶体。
其中，从制造的容易性、得到在可见光区域的发光的粒径的控制性、荧光量子产率的观点出发，优选CdS、CdSe、CdTe、InGaP等半导体晶体。
量子点11可以由1种半导体化合物构成，也可由2种以上的半导体化合物构成，例如具有包括由半导体化合物构成的核和由不同于该核的半导体化合物构成的壳的核壳型结构也可。作为核壳型的量子点，通过使用带隙比形成核的半导体化合物高的材料作为构成壳的半导体化合物，使得激子被限制在核，能够提高量子点的发光效率。具有这种带隙的大小关系的核壳结构(核/壳)，能够列举例如CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、CdTe/CdS、InP/ZnS、GaP/ZnS、Si/ZnS、InN/GaN、InP/CdS Se、InP/ZnSeTe、GaInP/ZnSe、GaInP/ZnS、Si/AlP、InP/ZnSTe、GaInP/ZnSTe、GaInP/ZnSSe等。
量子点11的尺寸可以通过构成量子点的材料来进行适当控制，以获得所希望波长的光。随着量子点的粒径减小，能带隙越来越大。即，随着晶体尺寸减小，量子点的发光向蓝色侧即高能量侧转移。因此，通过改变量子点的尺寸，可在紫外区域、可见区域、红外区域的光谱的波长区域范围内调节其发光波长。
一般而言，量子点11的粒径(直径)优选为0.5nm～20nm的范围，特别优选为1nm～10nm的范围。另外，量子点的尺寸分布越窄，能够得到越鲜明的发光颜色。
此外，对于量子点11的形状没有特别限定，可为球状、棒状、圆盘状或其它形状。量子点的粒径在量子点不是球状时，可以取假定具有相同体积的圆球状时的值。
关于量子点11的粒径、形状、分散状态等信息，可以利用透射式电子显微镜(TEM)得到。此外，关于量子点的晶体结构及粒径，可以利用X射线晶体衍射(XRD)得知。而且，通过UV-Vis吸收光谱，还可以得到与量子点的粒径、表面相关的信息。
作为量子点11的一个例子，能够优选例示例如以由CdSe构成的核、设置在其周围的ZnS壳、以及进一步设置在其周围的加罩化合物为基本结构的CdSe/ZnS型的核壳结构。在这种核壳结构中，核由半导体化合物构成，壳由不同于该核的半导体化合物构成，通过使带隙比形成核的半导体化合物高的材料，发挥使激子限制在核的作用。此外，加罩化合物用作分散剂。作为这种加罩化合物的具体例子，能够列举例如TOPO(三正辛基氧化膦(トリ一n一オクチルフオスフインオキシド))、TOP(三辛基膦(トリオクチルフオスフイン))、TBP(三丁基膦)等，通过这样的材料，能够分散到有机溶剂中。
发光层5可以由图1所示的单一层5A构成，也可以具有图2所示的量子点单分子膜5B，通常由单一的量子点11构成，且发出规定发光颜色，但同时利用发出不同的发光颜色的2种以上的量子点构成也可。此外，在形成了如图2所示那样的量子点单分子膜5B的情况下，利用发出规定发光颜色的量子点形成单分子膜，并在其上利用发出其它发光颜色的量子点形成单分子膜，作成单分子膜的层叠形态也可。
对于发光层5的形成方法没有特别的限定，但是例如在形成图1所示的单一层5A时，能够调整成为基质材料的空穴输送材料和量子点11的混合溶液，并涂敷该混合溶液而形成。另一方面，在形成图2所示的由量子点单分子膜5B和空穴输送层6构成的复合层时，能够与空穴输送层6同时形成。具体而言，例如能够调制空穴输送层形成用材料即TPD(N，N-二苯基-N，N-二(3-甲基苯基)-1，1-联苯-4，4-二胺(N，N′-ビス-(3-メチルフエニル)-N，N′-ビス-(フエニル)-ベンジジン))和量子点的混合溶液，并通过涂敷该混合溶液来形成空穴输送层6，同时形成由与该空穴输送层6相分离的量子点11构成的单分子膜5B。这时的相分离是由于TPD所具有的苯基与量子点11的加罩化合物即烷基不相溶而产生的，因此如果与该原理相同地，选择空穴输送层形成用材料所具有的基团和量子点所具有的加罩化合物，就能通过相分离来同时形成空穴输送层6和量子点单分子膜5B。对于制造而言，通过这样的相分离同时形成量子点单分子膜5B和空穴输送层6的方法是极为有效的。
所获得的发光层5的厚度例如在如图1所示的包含空穴输送材料和量子点11的单一层5A时，通常为10nm～200nm。另一方面，在图2所示的形成有量子点单分子膜5B时，该单分子膜5B的厚度优选与所采用的量子点11的粒径大致相同，通常为1nm以上且10nm以下。
(空穴输送材料、空穴输送层)
在图1所示的方式中构成发光层5，在图2所示的方式中就成为空穴输送层6的构成材料的空穴输送材料进行说明。在图1所示的发光层5中，使从阳极3注入的空穴(hole)分散于内部的对量子点11的输送作出贡献，且如图1所示，隔着根据需要而设置的空穴注入层设置在阳极3上。另一方面，在图2所示的空穴输送层6中，作用为使从阳极3注入的空穴(hole)输送到量子点单分子膜5B侧，并隔着根据需要而设置的空穴注入层设置在阳极3上。
作为空穴输送材料，既可以为低分子也可以为高分子，能够列举例如烯丙胺衍生物、蒽衍生物、咔唑衍生物、噻吩衍生物、芴衍生物、联苯乙烯苯(ジスチリルベンゼン)衍生物、螺环化合物等。通过上述的相分离同时形成空穴输送层6和单分子膜5B时，能够优选使用上述的N，N-二苯基-N，N-二(3-甲基苯基)-1，1-联苯-4，4-二胺(TPD)，但不局限于此，例如作为烯丙胺衍生物能够具体列举二(N-(1-萘基-N-苯基)-联苯胺(α-NPD)、共聚[3，3’-羟基-四苯基联苯胺/二甘醇]碳酸酯(コポリ[3，3′-ヒドロキシ-テトラフエニルベンジジン/ジエチレングリコ一ル]カ一ボネ一ト)(PC-TPD-DEG)等。作为咔唑类的具体例，可以列举聚乙烯咔唑(PVK)等。作为噻吩衍生物类的具体例，可以列举(9，9-二辛基芴基-2，7-二基)-(二噻吩)共聚物等。作为芴衍生物的具体例，可以列举(9，9-二辛基芴基-2，7-二基)-(4，4’-(N-(4-仲丁基苯基))二苯基胺)共聚物(TFB)等。作为螺环化合物的具体例，可以列举(9，9-二辛基芴基-2，7-二基)-(9，9’-螺环-二芴-2，7-二基)交替共聚物等。这些材料可以单独使用，也可以并用2种以上。
再者，在图2所示的方式中形成空穴输送层6时，能够利用各种方法形成该空穴输送层6，其厚度因所使用的材料等不同而异，但是例如优选在1nm～200nm程度的范围内。
(电子输送层)
电子输送层7设置在发光层5与阴极4之间，通常作用为将从阴极4注入的电子输送到发光层5侧，但是在本发明中，如图3所示，使从阴极4注入的电子e和从阳极3注入的空穴h在该电子输送层7内再结合。特别是，优选在靠近发光层5一侧再结合。
利用图2的方式说明其理由。即，具有量子点单分子膜5B的发光层5，如图3所示，由于量子点11的单分子膜5B成为发光部位，该单分子膜5B的厚度T1通常为与量子点11的粒径相同的2nm～6nm程度，厚度也是极薄的10nm左右，因此从阳极3注入的空穴h容易穿过薄的单分子膜5B，且在薄的单分子膜5B内该空穴h和从阴极4注入的电子e再结合的概率小。因此，在上述非专利文献1中，将空穴阻挡层设置在单分子膜与电子输送层之间。在本发明中，不采用如非专利文献1那样的手段，而如图3所示，使空穴h和电子e在靠近单分子膜5B一侧的电子输送层7内再结合，因该再结合而发生的激子迁移到较近的单分子膜5B，从而可以使构成单分子膜5B的量子点11有效地进行EL发光。
再者，同样的情形，在图1所示的空穴输送材料和量子点11的单一层5A(发光层5)中也是同样的。即，该单一层5A虽然没有薄到图2所示的单分子膜5B程度，但从阳极3注入的空穴h容易穿过该单一层5A，且在单一层5A内该空穴h和从阴极4注入的电子e再结合的概率小。在本发明中，使空穴h和电子e在靠近单一层5A(发光层5)一侧的电子输送层7内再结合，因该再结合而发生的激子迁移到较近的单一层5A，从而可以进行分散在单一层5A内的量子点11的有效的EL发光。
例如后述的实施例所示那样，利用BAlq2形成的电子输送层7的空穴迁移率小于利用Alq3形成的具有10-7cm2/V/sec以下的空穴迁移率的电子输送层。此外，用于电子输送层的电子输送材料，一般电子迁移率高于空穴迁移率。因而，与利用Alq3形成电子输送层的情况相比，利用BAlq2形成电子输送层时的空穴和电子的迁移率之差更大，空穴和电子在电子输送层中发光层一侧的界面附近再结合的可能性高。该再结合最好在电子输送层7和发光层5的界面附近发生，且因再结合而产生的激子最好容易供给到量子点11，因此也可以考虑其它的空穴输送层6或其它的电子输送层等的厚度或电荷迁移率等，使电子输送层7内的整个面或一部分的空穴迁移率慢，且添加成为再结合中心的掺杂物，以使发光层5附近的区域7A成为再结合区域。
作为掺杂物，可以添加荧光发光或磷光发光的掺杂物，能够列举例如苝衍生物、香豆素衍生物、红荧烯衍生物、喹吖啶酮衍生物、方酸内鎓盐(squarylium)衍生物、卟啉衍生物、肉桂(styryl)色素、并四苯衍生物、吡唑啉衍生物，十环烯、吩噁嗪酮(phenoxazone)、喹喔啉衍生物、咔唑衍生物、芴衍生物等。具体而言，1-叔丁基-苝(TBP)、香豆素6、尼罗红、1，4-二(2，2-二苯基乙烯基)苯(DPVBi)、1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯(TPB)等。而且，作为磷光类的掺杂物，能够使用白金或铱等的重金属离子为中心，显示磷光的有机金属络合物。具体而言，能够使用Ir(ppy)3、(ppy)2Ir(acac)、Ir(BQ)3、(BQ)2Ir(acac)、Ir(THP)3、(THP)2Ir(acac)、Ir(BO)3、(BO)2(acac)、Ir(BT)3、(BT)2Ir(acac)、Ir(BTP)3、(BTP)2Ir(acac)、FIr6、PtOEP等。
该电子输送层7的空穴迁移率是否具有上述那样的空穴迁移率，能够通过以下的测定来进行评价(在后面的实施例中作详细说明)。即，作为空穴迁移率的测定，构成由ITO(150nm)/PEDOT(20nm)/αNPD(20nm)/测定对象(100nm)/Au(100nm)形成的试验片。在这里的“测定对象”是要测定空穴迁移率的对象材料。准备制作成这种结构的试验片，在该试验片的两电极间施加10V，测定此时的单空穴元件中的电流值。将通过这种测定而获得的结果与例如以Alq3为测定对象的结果进行比较，能够对空穴迁移率的大小进行评价。再者，这种空穴迁移率可以使用测定迁移率的一般手法，即飞行时间(Time of Flight)法(过渡光电流测定法，TOF法)等。
该再结合区域7A的厚度T2例如优选为1nm～10nm，其结果，能够将空穴h和电子e的优选的再结合位置设为例如量子点单分子膜5B的厚度T1和再结合区域7A的厚度T2之和(T1+T2)(如图3所示)，例如能够明显厚于非专利文献1中记载的设有空穴阻挡层的情况。其结果，可使构成发光层5的量子点11有效地进行EL发光，且能够实现亮度和发光效率的提高。
再者，对于电子输送层7所具备的空穴迁移率的下限没有特别的限定。此外，电子输送层7的厚度也不能同样地一概决定，通常为30nm以上且150nm以下，优选为50nm～120nm，更优选为70nm～100nm。
作为这种电子输送层7的形成材料，例如可以列举金属络合物、噁二唑衍生物、三唑衍生物、邻菲咯啉衍生物、甲硅烷基化合物(Silole)衍生物、环戊二烯衍生物、甲硅烷基化合物等。具体而言，作为噁二唑衍生物，可以列举(2-(4-联苯)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑)(PBD)等，作为邻菲咯啉类可以列举2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-邻二氮杂菲(Bathocuproine：BCP)、4，7-二苯基邻菲咯啉(BPhen)等，且作为铝络合物可以列举三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)、双(2-甲基-8-喹啉)(对-苯氧基)(ビス(2-メチル一8-キノリラト)(p-フエニルフエノラ一ト))铝络合物(BAlq2)等。特别是，优选使用BAlq2。这样电子输送层7通过真空蒸镀法或者利用含有上述材料的电子输送层形成用涂敷液的涂敷法来形成。
特别是，在设形成电子输送层7的电子输送材料的离子化电位的绝对值为Ip(ETL)、形成空穴输送层6的空穴输送材料的离子化电位的绝对值为Ip(HTL)时，优选满足[Ip(ETL)]＜[Ip(HTL)+1.0eV]。利用具有这种关系的电子输送材料和空穴输送材料，分别构成电子输送层7和空穴输送层6，因此能够在电子输送层7的发光层一侧形成上述那样的再结合区域7A。
再者，这时的离子化电位适用了利用光电子分光装置AC-1(理研计器制造)测定的功函数的值。测定是在清洗完毕的带有ITO的玻璃基板(三容真空社制)上，形成单层的由要测定的材料形成的层，由上述的光电子分光装置AC-1中能够释放光电子的能量值来决定。作为测定条件，在50nW的光量的情况下以0.05eV刻度进行。
(其它层)
电子注入层(未图示)是根据需要而设置的，其作用是使电子容易从阴极4注入。作为电子注入层的形成材料，能够列举诸如铝、氟化锂、锶、氧化镁、氟化镁、氟化锶、氟化钙、氟化钡、氧化铝、氧化锶、钙、聚甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯硫酸钠、锂、铯、氟化铯等的碱金属类以及碱金属类的卤化物、碱金属的有机络合物等。这种电子注入层能够用各种方法形成，其厚度还因所使用的材料等不同而异，但是例如优选在0.1nm～30nm程度的范围内。
空穴注入层(未图示)是根据需要而设置的，其作用是使空穴(hole)容易从阳极3注入。作为空穴注入层的形成材料，可以采用例如聚(3，4)亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸酯(简称PEDOT/PSS，拜尔(バイエル)公司制造，商品名；Baytron P CH8000，以水溶液方式在市场上有销售)等以往公知的空穴注入层形成用材料。这种空穴注入层可以用各种方法形成，其厚度还因所使用的材料等不同而异，但是例如优选在1nm～100nm程度的范围内。
钝化层(未图示)也是根据需要而设置的，是为了使形成的发光层5或电子输送层7等不会因水蒸气或氧而发生劣化，以覆盖整个元件的方式设置的层。作为这种钝化层的形成材料，能够列举氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等。其厚度也因形成材料不同而异，但是形成为不致因水蒸气或氧而发生劣化程度的厚度。
反射层(未图示)也不是必需的层，是用于有效地向外部取出发光层5中产生的光的层，是为了提高发光效率而设置的层，因此优选设置。该反射层可以以独立层的方式单独设置，也可以设置成由全反射层和半透明反射层这一对层构成的谐振器结构。这种反射层通常优选使用透明导电膜或诸如金、铬的金属层。
(能量图)
接着，借助能量图，说明本发明的发光元件的特征。图4是表示构成后述实施例中使用的各层的材料的离子化电位的能量图。本申请中，作为电子输送层7，采用了HOMO的能量值为5.8eV的BAlq2，因此与空穴输送层6的TPD的能量值(5.4eV)之差为0.4eV的较小值，供给空穴输送层6的空穴h比较容易进入电子输送层7内，且如上所述，能够形成规定厚度T2的再结合区域7A。另一方面，例如在非专利文献1中记载的那样，作为电子输送层7，采用了HOMO的能量值为6.5eV的TAZ的情况下，与空穴输送层6的TPD的能量值(5.4eV)之差为较大的1.1eV，由该TAZ构成的电子输送层7作为空穴阻挡层起作用，难以形成如本发明那样的再结合区域7A，与电荷(空穴h、电子e)再结合的机会较小。此外，作为电子输送层7的形成材料，也可以使用具有与BAlq2相同的HOMO的能量值(5.8eV)的Alq3，但是该Alq3的电荷迁移率较高，因此无法使用。
如以上说明的那样，依据本发明的发光元件1，使电子输送层7的空穴迁移率小于三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)的空穴迁移率，因此从阳极3注入的空穴通过发光层5，并在靠近发光层5的电子输送层7内与从阴极4注入的电子再结合。又，因该再结合而发生的激子12容易迁移到发光层5内使量子点11进行EL发光，因此能够提高亮度和发光效率，其结果，能够实现高的发光效率。
实施例
以下，列举实施例来进一步具体说明本发明，但本发明并不局限于以下的实施例。
(实施例1)
在玻璃基板上，首先，利用溅镀法来形成氧化铟锡(ITO)的薄膜(厚度：150nm)，从而形成了阳极。将形成有阳极的基板清洗，并实施UV臭氧处理。然后，在大气中，利用旋涂法在ITO薄膜上涂敷聚亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸酯(简称：“PEDOT-PSS”)涂敷溶液，使之干燥，形成了空穴注入层(厚度：20nm)。
接着，在低氧(氧浓度：0.1ppm以下)、低湿度(水蒸气浓度：0.1ppm以下)状态的操作箱(glove box)中，将N，N-二苯基-N，N-二(3-甲基苯基)-1，1-联苯-4，4-二胺(TPD)及量子点(EvidentTechnologies公司制造，核：CdSe，壳：ZnS，发光波长：520nm)与甲苯混合后的混合溶液旋涂到上述空穴注入层上，形成了空穴输送层及发光层(合计厚度：40nm)。该空穴输送层及发光层与TPD的量子点相分离，由量子点构成的发光层形成为单分子膜。使上述混合溶液中的TPD与量子点的重量比即TPD/量子点＝9/2。
对于形成至上述发光层的基板，利用电阻加热蒸镀法在真空中(压力：5×10-5Pa)中形成双(2-甲基-8-喹啉)(对-苯氧基)铝络合物(BAlq2)，从而形成了电子输送层(厚度：80nm)。而且，利用电阻加热蒸镀法依次形成LiF(厚度：0.5nm)、Al(厚度：150nm)的膜，形成了电子注入层和阴极。而且，在低氧(氧浓度：0.1ppm以下)、低湿度(水蒸气浓度：0.1ppm以下)状态的操作箱中，通过无碱玻璃来密封，得到了发光元件。
对所获得的发光元件的阳极与阴极之间施加电压，并测定了沿着相对垂直于基板平面的方向发射的光的亮度时，看得到起因于量子点的发光。此外，在肉眼观察发光元件的范围中，没有发生黑点(darkspot)等的发光缺陷。
(比较例1)
在实施例1中，在真空中(压力：5×10-5Pa)利用电阻加热蒸镀法来依次形成由TAZ(3-(4-二苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑)(3-(4-ビフエニル)-4-フエニル-5-t-ブチルフエニル-1，2，4-トリアゾ一ル)构成的厚度10nm的层和由Alq3构成的厚度40nm的电子输送层，以取代由BAlq2构成的电子输送层，除此以外与实施例1同样地制作了比较例1的发光元件。
(比较例2)
在实施例1中，形成由Alq3构成的厚度40nm的电子输送层，以取代由BAlq2构成的电子输送层，除此以外与实施例1同样地制作了比较例2的发光元件。
(实施例2)
在实施例1中，通过对空穴注入层上涂敷将TPD和量子点的调合比例为9∶5的混合溶液，同时形成空穴输送层及发光层，再形成由BAlq2构成的厚度60nm的电子输送层来取代由BAlq2构成的电子输送层，除此以外与实施例1同样地制作了实施例2的发光元件。
(实施例3)
在实施例2中，将由BAlq2构成的电子输送层的厚度变更为40nm，除此以外与实施例2同样地制作了实施例3的发光元件。
(实施例4)
在实施例2中，将由BAlq2构成的电子输送层的厚度变更为20nm，除此以外与实施例1同样地制作了实施例4的发光元件。
(膜厚的测定)
本发明中记述的各层的厚度只要没有特别说明，就这样确定，即，在清洗完毕的带有ITO的玻璃基板(三容真空社制)上以与上述同样的顺序层叠PEDOT-PSS为20nm，在其上以单膜形成各层，通过从制作后的阶差(段差)除去PEDOT-PSS的膜厚后进行测定来确定。在膜厚测定中使用了探针显微镜(精工电子纳米科技(株)制，Nanopics1000)。
(发光元件的电流效率和功率效率)
评价了获得的发光元件的电流效率和寿命特性。电流效率和功率效率是通过测定电流-电压-亮度(I-V-L)来算出的。I-V-L测定是这样进行的，即，将阴极接地并在阳极以每100mV扫描(1sec./div.)施加正的直流电压，并记录各电压的电流和亮度而进行的。亮度是使用拓普康公司制造的亮度计BM-8测定的。以得到的结果为基准，根据发光面积和电流和亮度计算出发光效率(cd/A)。将所得到的结果显示在表1和表2。
表1
  100nit时的发光效率(Cd/A)   最高发光效率(Cd/A)
  实施例1   2.9   3.6
  比较例1   1.3   3.2
*)100nit时...亮度为100Cd/m2时
表2
  100nit时的发光效率(Cd/A)   最高发光效率(Cd/A)
  实施例2   4.2   16.1
  参考例1   2.8   9.2
  参考例2   0.3   0.6
*)100nit时...亮度为100Cd/m2时
在比较例2的发光元件中，Alq3的发光强于量子点的发光。这原因认为是从发光层跑到电子输送层的空穴还在相距发光层界面较远的电子输送层内再结合，从而电子输送层内的Alq3会发光(与非专利文献1相同的结果)。另一方面，在比较例1的发光元件中，由TAZ构成的层用作为空穴阻挡层，因此抑制了TAZ的发光或Alq3的发光，看到了量子点形成的较强的发光(与非专利文献1相同的结果)。
而且，在实施例1的发光元件中显示高于比较例1时的发光效率。这原因在于空穴进入构成实施例1的发光元件的电子输送层(BAlq2)，能够用作再结合点。此外，比较实施例2～4的发光元件的结果，则由BAlq2构成的电子输送层的膜厚越厚，再结合点就会在该电子输送层内越向发光层侧偏移，能够使生成的激子有效地向发光层迁移，从而提高效率。
(空穴迁移率的测定)
作为简单地对空穴迁移率进行相对评价的方法，通过以下的方法，对Alq3和BAlq2的空穴迁移率间接地进行了相对评价。迁移率测定用元件是如下测定的。
在玻璃基板上，首先，利用溅镀法形成氧化铟锡(ITO)的薄膜(厚度：150nm)，形成了阳极。将形成有阳极的基板清洗，实施了UV臭氧处理。其后，在大气中，利用旋涂法在ITO薄膜上涂敷聚亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸酯(简称：“PEDOT-PSS”)的溶液，使之干燥，形成了空穴注入层(厚度：20nm)。接着，在真空中(压力：5×10-5Pa)，利用电阻加热蒸镀法依次形成α-NPD和Alq3的膜，依次形成了空穴输送层(厚度：20nm)和测定对象层(厚度：100nm)。进而，利用电阻加热蒸镀法形成Au(厚度：150nm)的膜，形成了阴极。而且，在低氧(氧浓度：0.1ppm以下)、低湿度(水蒸气浓度：0.1ppm以下)状态的操作箱中，用无碱玻璃来密封，得到了迁移率测定用元件1。
此外，作为测定对象层，除了采用BAlq2来取代Alq3以外，与上述相同，得到了迁移率测定用元件2。
认为在对迁移率测定用元件1、2施加电压时，看到发光的电压之前，电子不会流动，而只有空穴在流动。而且，在高电压下，体(bulk)迁移率对电流量的支配远大于界面的注入势垒对电流量的支配。因而，在高电压下的电流量反映空穴输送层和测定对象层的空穴迁移率，特别是，当测定对象层的空穴迁移率低于α-NPD(10-3cm2/V/sec)时，反映膜厚更厚的测定对象层的空穴迁移率。例如对于迁移率测定用元件1、2施加电压，比较10V时的电流密度的情况下，可知迁移率测定用元件2的电流密度低，BAlq2的空穴迁移率低于Alq3。

Claims (8)

1.一种发光元件，至少依次具有阳极、空穴输送发光层、电子输送层和阴极，其中空穴输送发光层由空穴输送材料及包含量子点的材料构成，其特征在于：
所述电子输送层的空穴迁移率小于三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)的空穴迁移率，
所述空穴输送发光层是在所述电子输送层发生的激子迁移到该空穴输送发光层内而发光的。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中，在形成所述电子输送层的电子输送材料的离子化电位的绝对值为Ip(ETL)、所述空穴输送材料的离子化电位的绝对值为Ip(HTL)时，满足[Ip(ETL)]＜[Ip(HTL)+1.0eV]。
3.如权利要求1所述的发光元件，其中，使所述电子输送层的空穴迁移率在10-7cm2/V/sec以下。
4.如权利要求1所述的发光元件，其中，构成由ITO(150nm)/PEDOT(20nm)/αNPD(20nm)/测定对象(100nm)/Au(100nm)形成的试验片，测定对该试验片施加了10V时的单空穴元件的电流值而进行所述空穴迁移率的测定。
5.如权利要求1所述的发光元件，其中，所述电子输送层的厚度为30nm以上且150nm以下。
6.如权利要求1所述的发光元件，其中，所述电子输送层包含BAlq2作为电子输送性材料。
7.如权利要求1所述的发光元件，其中，在所述电子输送层的至少所述空穴输送发光层一侧的部位，包含用于提高所述空穴输送发光层一侧的部位的再结合概率的掺杂物。
8.如权利要求1所述的发光元件，其中，所述空穴输送发光层是由空穴输送材料和量子点互相分散而成的层、由空穴输送性材料和量子点相分离而获得的空穴输送层和量子点单分子膜构成的层、以及由它们的中间状态构成的层中的任意层。
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