专利名称：有机电致发光器件及使用该器件的显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于平板显示设备的有机电致发光器件和使用该器件的显示设备。
背景技术：
作为高速度响应和高效率发光器件的有机电致发光(EL)器件已有了充分的应用研究。图1A和1B每个显示该器件的基本构成(参见例如，Macromol.Symp.125，1至48(1997))。在图1A和1B中，参考数字11表示金属电极；12，发光层；13，空穴传输层；14，透明电极；15，透明基板；和16，电子传输层。
如图1A和1B所示，有机EL器件通常由堆叠体构成，该堆叠体包括透明基板15上在透明电极14和金属电极11之间设置的多个有机化合物层。
在图1A中，有机化合物层由发光层12和空穴传输层13组成。例如，具有大功函数的ITO用于透明电极14以提供从透明电极14注入空穴到空穴传输层13的良好性能。具有小功函数的金属材料如铝、镁或其合金用于金属电极11以提供注入电子到有机化合物层的良好性能。这些电极各自的厚度为50-200nm。
例如，具有电子传递和发光性能的铝-羟基喹啉配合物(典型地三(8-羟基喹啉合)铝(Alq3))用于发光层12。此外，具有给电子性能的材料如三苯基二胺衍生物(典型地双[N-(1-萘基)-N-苯基]联苯基(α-NPD))用于空穴传输层13。
具有上述构造的有机EL器件显示整流性能。当以金属电极11用作阴极和透明电极14用作阳极的方式施加电场时，电子从金属电极11注入发光层12，空穴从透明电极14注入发光层。
注入的空穴和电子在发光层12中复合产生激子，由此发射光。此时，空穴传输层13用作阻电子层。结果是，在发光层12和空穴传输层13之间的界面处的复合效率增加，因此发射效率提高。
在图1B中，电子传输层16布置在图1A中的金属电极11和发光层12之间。分隔光发射和电子/空穴传递以提供更有效的载流子阻挡构造，由此可以有效进行光发射。例如，二唑衍生物用于电子传输层16。
由于用作构成平板显示设备的发光器件，有机EL器件吸引人们的注意。因此，迫切需要开发作为器件的主要元件的发光材料以应付更广泛的要求。
发明内容
本发明的目的是提供使用新颖发光材料的新颖有机EL，以因此增加例如，除发光材料以外的器件和元件的应用生产工艺中的选择自由度。
根据本发明的一方面，提供有机电致发光器件，该器件包括一对电极；布置在一对电极之间包括发光层的至少一层有机化合物层，其中有机化合物层中的发光层由至少两种化合物组成，在化合物中，具有最高浓度的化合物是发光材料，该有机化合物在固体状态下单体的发射波长比溶液中该单体的发射波长短。
根据本发明的另一方面，提供使用上述有机电致发光器件的显示设备。根据本发明，提供迄今为止不存在的使用新颖发光材料的有机电致发光器件，和使用该器件的显示设备。因此，该器件或显示设备的构成和生产中选择的自由度增加。
图1A和图1B各是显示本发明的有机EL器件的构造例子的简要剖视图。
图2是显示本发明的有机EL器件的构造的另一个例子的简要平视图。
图3是显示使用本发明的有机EL器件的有源矩阵基板的构造的简要平视图。
图4是显示图3的像素电路的等价电路的视图。
图5显示用于实施例1和对比例1的有机化合物的发射波长光谱。
图6是显示实施例1和对比例1的有机EL器件的电压-电流特性的图。
图7是显示实施例1和对比例1的有机EL器件的电流-发光亮度特性的图。
图8是显示实施例1和对比例1的有机EL器件的电压-发光亮度特性的图。
图9是显示实施例1和对比例1的有机EL器件的发光亮度-发光效率特性的图。
图10显示实施例1和对比例1的有机EL器件的发射波长光谱。
图11是显示实施例2中堆叠构成的简图。
图12显示用于实施例2的驱动波形图。
具体实施例方式
本发明的有机电致发光器件(以下称为“有机EL器件”)具有与图1A和1B中所示的相同基本构成，除采用发光层12以外以常规器件中相同的形式形成。
首先，描述所有图中的参考数字。
参考数字11表示金属电极；12，发光层；13，空穴传输层；14，透明电极；15，透明基板；16，电子传输层。
参考数字20表示像素电路；21，扫描信号驱动器；22，信息信号驱动器；23，电源；25，栅扫描线；26，信息线；27，供电导线；各31和32，TFT；33，电容器；34，有机EL器件；35，阳极。
参考数字40表示玻璃基板；41，源区域；42，漏区域；43，沟道区域；44，p-Si层；45，栅电极；46，漏电极；47，源电极；48，栅绝缘膜；49，52，和53，各为绝缘层。
参考数字50表示ITO电极；51，有机化合物层；52，阴极层；111，玻璃基板；112，透明电极；113，有机化合物层；114，金属电极。
用于常规有机EL器件的发光材料在固体状态下单体的发射波长等于或长于溶液中单体的发射波长，或溶液中的单体完全不发射光。相反，要用作本发明EL器件的发光材料的有机化合物在固体状态下单体的发射波长短于溶液中单体的发射波长。由于某些分子间相互作用，预期该有机化合物发射光。
在此使用的术语“固体状态”表示结晶态或无定形状态。当在溶液中测量发射波长时，使用任何一种如下物质的溶液甲苯、氯仿、氯苯、甲基THF、THF、乙腈、甲醇、乙醇、水、DMF和丙酮。溶液中的发射波长是通过以10-5mol/l或更小的浓度溶入溶液测量的发射波长。为利用这样的有机化合物在固体状态下的发光，有机化合物必须在接近固体状态下单体的高浓度而不是在溶液情况下的低浓度下使用。具体地，希望将发光层发光材料在50％或更大的浓度下混合。然而，当发光材料在100％的浓度下使用时，由于发光材料的电导率和电荷平衡而电流数量降低。为避免此问题，将发光层采用导电材料掺杂。通过这样操作，光发射可以以高效率进行。即，发光材料可以在高浓度下在发光层中使用，同时保持固体状态下它的发射波长。
在本发明中，发光层由至少两种化合物组成，在化合物中，要用作发光材料的有机化合物在最高浓度下加入发光层。发光材料在发光层中的浓度是优选50％或更大，或更优选70％或更大，小于100％。在此使用的浓度以质量％单位表达。此外，要混入发光层的化合物用作掺杂剂以不抑制浓度消光，而是传递载流子。在本发明中，可以通过控制发光层中发光材料和掺杂剂之间的浓度比生产具有高效率的器件。即，当光谱分子彼此相邻时，光发射状态变化。结果是，可以生产具有最优电荷平衡同时几乎保持它的发射波长的器件而不用考虑作为降低发射效率的现象的浓度消光。因此，可以生产具有高效率的器件。
考虑到以上情况下，本发明的有机EL器件适于发光器件，可以通过使用此有机EL器件构造良好的显示设备。
事实上，发现本发明的有机EL器件在通电测试中显示高效率。
本发明的有机EL器件使用固体状态下的发射波长比溶液中发射波长短的有机化合物作为发光材料。具体地，有机化合物优选是金属配合物。更具体地，优选使用含有中心金属Cu，Re，Ru，W，Ag或Au的金属配合物。在那些物质中，优选是磷光金属配合物。有机化合物的例子见下表1和2。由表中符号显示的结构式具体在化学式1和2中显示。表中的“Ph”表示苯基，不过，这些例子仅显示代表性例子，可用于本发明的有机化合物不限于那些例子。此外，本发明的有机EL器件优选是如下电致发光器件包含这些有机化合物的发光层布置在彼此相对的两个电极之间，当在电极之间施加电压时发射光。
表中“compound”表示“化合物”，“or”为“或”的意思。
表1
表1(续)
表2
表2(续)
S-R1″Y本发明的有机EL器件适于要求节能和高亮度的产物。器件的潜在应用包括显示设备的光源，照明系统，打印机；和液晶显示设备的背光。使用该器件的显示设备可以是实现节能，高可视性，和轻重量的平板显示器。此外，目前充分使用的激光束打印机的激光光源部分可以由能够用作打印机光源的本发明的有机EL器件替代。可以独立寻址的器件以阵列形式布置，将感光鼓经受所需的曝光，因此形成图像。本发明的有机EL器件的使用可显著降低设备的体积。预期本发明对照明系统或对背光具有节能效果。
当将有机EL器件应用于显示器时，该器件可以通过根据有源矩阵系统的TFT驱动电路驱动。
以下，当将本发明的有机EL器件应用于根据有源矩阵系统的显示设备时，参考图2-4描述有源矩阵基板。
图2是概要显示有源矩阵基板的构造的平面图，该有源矩阵基板具有布置在其上的多个本发明的有机EL器件，带有驱动装置。布置在板上的是像素电路20，扫描电路驱动器21，信息电路驱动器22，和电源23，它们各自连接到栅扫描线25，信息线26，和供电导线27。图3显示在栅扫描线25和信息线26的交叉点布置的像素电路20构造的例子。扫描电路驱动器21按顺序选择栅扫描线G1，G2，G3，......，和Gn。与选择同步，从信息电路驱动器22施加图像信号。
然后，描述像素电路20的操作。在像素电路20中，当将选择信号施加到栅扫描线25时，开启TFT 31以供应图像信号到电容器33，因此确定TFT 32的栅电势。根据TFT 32的栅电势向有机EL器件34提供来自供电导线27的电流。由于TFT 32的栅电势在电容器33中保持直到下次扫描和选择TFT 31，电流继续通过有机EL器件34流动直到进行下一次扫描。因此，可以在一个框架周期期间所有时间引起该器件发射光。
图4是概要显示要用于此实施例的TFT的结构的横截面图。p-Si层44在玻璃基板40上提供，槽43，漏42和源41的各自区域由必须的杂质掺杂。将栅电极45在其上通过栅绝缘膜48提供。此外，形成要连接到漏区域42和源区域41的漏电极46和源电极47。绝缘层49和52和作为像素电极的ITO电极50在那些电极上堆叠。ITO电极50和漏电极46通过接触孔连接。
在本发明中，开关元件不特别受限制，单晶硅衬底、MIM元件、a-Si类型元件等可以容易地应用为开关元件。
一个或多个有机化合物层51，和阴极层52按顺序在ITO电极50上堆叠，因此可以获得有机EL显示屏。使用本发明的有机EL器件的驱动显示屏允许长时间稳定地显示具有良好质量的图像。
以下，通过实施例具体描述本发明。
(实施例1和对比例1)图1B所示的含有三层有机化合物层的有机EL器件生产如下。首先，将厚度为100nm的ITO电极(透明电极14)在玻璃基板(透明基板15)上形成图形以具有3mm2的相对电极面积。在真空腔中在10-4Pa下通过电阻加热以进行连续膜形成，将下述的有机化合物层1-3和电极层1-2真空沉积到ITO电极和基板上。将不被CBP(4，4′-N，N′-二咔唑-联苯)掺杂的含有有机化合物层2的有机EL器件制成为对比例1。
有机化合物层1(空穴传输层13)(40nm)TFB4有机化合物层2(发光层12)(20nm)有机化合物4+CBP(质量比＝70∶30)有机化合物层3(电子传输层16)(50nm)Bphen金属电极层1(1nm)KF金属电极层2(100nm)Al[化学式3] 用于此实施例的有机化合物4在固体状态下的发射波长为515nm，在甲苯溶液中的发射波长为561nm。图5显示各自状态的发射波长光谱。
有机EL器件的电压-电流特性通过由Hewlett-PackardDevelopment Company，L.P.制造的微安计4140B测量，其发光亮度通过由Topcon Corporation制造的BM7测量。图6显示实施例1的器件(图中的空心圆“○”)和对比例1的器件(图中的实心圆“●”)的电压-电流特性。图7显示实施例1的器件(○)和对比例1的器件(●)的电流-发光亮度特性。图8显示实施例1的器件(○)和对比例1的器件(●)的电压-发光亮度特性。图9显示实施例1的器件(○)和对比例1的器件(●)的发光亮度-发光效率特性。图10显示实施例1的器件(图中的虚线)和对比例1的器件(图中的实线)的发射波长光谱。
结果是，发现30质量％CBP的加入增加发射效率同时允许发射波长几乎保持不变。
结果显示，在固体状态下的发射波长比在溶液中的发射波长短的有机化合物，在发光层中即使100％的浓度下也能发射光，当该化合物掺杂少量导电材料时，可增加它的发射效率同时几乎保持它的发光波长。
(实施例2)通过在具有75mm长，75mm宽和1.1mm厚尺寸的玻璃基板上溅射，将厚度为约100nm的ITO膜形成为透明电极(在阳极侧上)。其后，将ITO膜形成图形以形成线/空宽度比＝100μm/40μm的100线为简单矩阵电极。然后，在与实施例1相同的条件下在其上产生三层有机化合物层。
随后，金属电极的100线在2.66×10-3Pa的真空度下由真空蒸镀通过掩模以线/空宽度比＝100μm/40μm形成，使得金属电极的100线与ITO电极的100线垂直。KF的金属电极以1nm的厚度形成，随后Al的金属电极以150nm的厚度形成。
图11概要显示100×100简单矩阵类型有机EL器件的构成。在图中，参考数字111表示玻璃基板；112，透明电极；113，有机化合物层；和114，金属电极。在由氮气气氛填充的手套箱中在7V-13V的范围内通过10V的扫描信号和±3V的信息信号，将器件经历简单矩阵驱动，如图12所示。当将器件在30Hz的框架频率下经历交错驱动时，观察到平滑的动态图像。
本申请要求2004年10月14日提交的日本专利申请No.2004-299928的优先权，该文献由此引入作为参考。
权利要求
1.有机电致发光器件，包括一对电极；和布置在一对电极之间包括发光层的至少一个有机化合物层，其中有机化合物层中的发光层由至少两种化合物组成，在化合物中，具有最高浓度的化合物是发光材料，是在固体状态下单体的发射波长比溶液中单体的发射波长短的有机化合物。
2.根据权利要求1的有机电致发光器件，其中发光材料是金属配合物。
3.根据权利要求2的有机电致发光器件，其中金属配合物的中心金属选自Cu，Re，Ru，W，Ag，和Au。
4.根据权利要求2的有机电致发光器件，其中金属配合物是磷光金属配合物。
5.根据权利要求1的有机电致发光器件，其中有机电致发光器件是电致发光器件，其中当在一对电极之间施加电压时发光层发射光。
6.一种显示设备，包括根据权利要求1的有机电致发光器件。
7.一种有源矩阵基板，包括根据权利要求1的有机电致发光器件，和驱动有机电致发光器件的驱动装置。
8.一种显示器，包括根据权利要求7的有源矩阵基板。
全文摘要
本发明提供使用新颖发光材料的有机电致发光器件。本发明的有机电致发光器件是通过使用单体状态的发射波长比溶液中发射波长短的有机化合物作为发光材料，由导电材料掺杂发光材料以采用发光层中导电材料的含量低于其中发光材料含量的方式形成发光层，在电极之间布置发光层而形成的。
文档编号H01L51/50GK1977028SQ200580021860
公开日2007年6月6日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月14日
发明者镰谷淳, 冈田伸二郎, 泷口隆雄, 坪山明, 井川悟史, 古郡学 申请人:佳能株式会社