发光元件、发光装置、电子设备及照明装置制造方法
【专利摘要】本发明的课题是提供一种在发光层中包含可以发射磷光的有机化合物的发光元件。此外，本发明的课题是提供一种可以实现低驱动电压、高电流效率或长使用寿命的发光元件。在包含夹在一对电极之间的发光层的发光元件中，发光层包含有机化合物，有机化合物包括1,2,4三唑骨架、苯基骨架、亚芳骨架、第9族或第10族的金属，1,2,4三唑骨架的4位的氮配位在第9族或第10族的金属，1,2,4三唑骨架的1位的氮与苯基骨架键合，并且亚芳骨架与1,2,4三唑骨架的3位键合并与第9族或第10族的金属键合。
【专利说明】发光元件、发光装置、电子设备及照明装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种物体、方法、制造方法、工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者物质组成(composition of matter)。例如,本发明尤其涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、上述装置的驱动方法或者上述装置的制造方法。例如，本发明尤其涉及一种发光元件。例如，本发明尤其涉及一种包含可以将三重激发态能量转换为发光的有机化合物的发光元件。此外，例如，本发明涉及一种使用了该发光元件的发光装置、电子设备以及照明装置。
【背景技术】
[0002]近年来，对将发光有机化合物或无机化合物用作发光材料的发光元件积极地进行开发。尤其是，被称为EL (Electro Luminescence:电致发光)元件的发光元件的结构是在电极之间仅设置包含发光材料的发光层的简单的结构，并且具有能够实现薄型轻量、能够高速地响应输入信号及能够实现直流低电压驱动等的特性，由此作为下一代的平板显示元件受到关注。另外，使用这种发光元件的显示器还具有优异的对比度、清晰的图像质量及广视角的特征。再者，因为这种发光元件是面状光源，所以也考虑到应用于液晶显示器的背光灯和照明等的光源。
[0003]在发光物质是发光有机化合物的情况下，发光元件的发光机理是载流子注入型。换言之，通过将发光层夹在电极之间并施加电压，从电极注入的电子和空穴重新结合，发光物质成为激发态，在该激发态回到基态时发光。并且，作为激发态的种类，可以是单重激发态(S*)和三重激发态(T*)。此外，在发光元件中，单重激发态和三重激发态的统计学上的生成比率被认为是<:1^=1:3。
[0004]通常，发光有机化合物的基态是单重态。由此，因为来自单重激发态(S*)的发光是相同的多重度之间的电子跃迁，所以被称为荧光。另一方面，因为来自三重激发态(T*)的发光是不同的多重度之间的电子·跃迁，所以被称为磷光。在此，发射荧光的化合物(以下称为荧光化合物)通常在室温下仅观察到荧光，而观察不到磷光。因此，基于s*:T*=1:3，使用荧光化合物的发光元件中的内部量子效率(所产生的光子相对于所注入的载流子的比例)的理论上的极限被认为是25%。
[0005]另一方面，当作为发光有机化合物使用磷光化合物时，在理论上可以将内部量子效率增加到100%。换言之，可以实现荧光化合物的4倍的发光效率。根据这些理由，为了实现高效率的发光元件，近年来对使用磷光化合物的发光元件积极地进行开发。
[0006]尤其是，作为磷光化合物，以铱等为中心金属的有机金属配合物由于其高磷光量子产率而已受到关注。作为呈现绿色至蓝色的典型的磷光材料，有以铱(Ir)为中心金属的金属配合物(以下，称为“Ir配合物”)(例如，参照专利文献1、专利文献2及专利文献3)。在专利文献I中公开有将三唑衍生物用作配体的Ir配合物。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献[0009][专利文献I]日本专利申请公开2007-137872号公报
[0010][专利文献2]日本专利申请公开2008-069221号公报[0011 ][专利文献3]国际公开第2008-035664号
[0012]虽然如专利文献I至专利文献3所报告那样磷光材料的开发也有进步，但是在发光效率、可靠性、发光特性、合成收率或成本等的方面上还有改良的余地，因此需要开发更优异的磷光材料。
[0013]此外，为了实现具有低耗电量及高可靠性的发光装置、电子设备及照明装置，要求驱动电压低的发光元件、电流效率高的发光元件或寿命长的发光元件。
【发明内容】
[0014]发明要解决的课题
[0015]鉴于上述课题，本发明的一个方式的课题是提供一种在发光层中包含能够发射磷光的有机化合物的发光元件。
[0016]或者，本发明的一个方式的课题是提供一种能够实现低驱动电压的发光元件。或者，本发明的一个方式的课题是提供一种能够实现高电流效率的发光元件。或者，本发明的一个方式的课题是提供一种能够实现长寿命的发光元件。
[0017]或者，本发明的一个方式的课题是提供一种使用上述发光元件的发光装置、电子设备及照明装置 。
[0018]注意，这些课题的记载不妨碍其他课题的存在。此外，本发明的一个方式并不需要解决所有上述课题。另外，从说明书、附图、权利要求书等的记载看来这些以外的课题是显然的，且可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中抽出除了这些课题以外的课题。
[0019]用于解决课题的手段
[0020]本发明的一个方式是一种发光兀件,其为包含夹在一对电极之间的发光层的发光元件，其特征在于，该发光层包含有机化合物，该有机化合物包括1，2，4三唑骨架、苯基骨架、亚芳基骨架(arylene skeleton)、和第9族或第10族的金属，1，2，4三唑骨架的4位的氮配位在第9族或第10族的金属，并且1，2，4三唑骨架的I位的氮与苯基骨架键合，亚芳基骨架与1，2，4三唑骨架的3位键合，并且与第9族或第10族的金属键合。
[0021]此外，上述有机化合物能够发射磷光。
[0022]此外，使用上述发光元件的发光装置、电子设备及照明装置也包括在本发明的一个方式的范畴内。本说明书中的发光装置包括图像显示装置及光源。此外，如下模块也都包括在发光装置中:在面板上安装有连接器如FPC (Flexible Printed Circuit:柔性印刷电路)或TCP (Tape Carrier Package:带载封装)的模块；在TCP的端部设置有印刷布线板的模块；通过COG (Chip On Glass:玻璃覆晶封装)方式将IC (集成电路)直接安装在发光元件中的模块。
[0023]发明的效果
[0024]通过使用本发明的一个方式的发光元件，能够提供一种在发光层中包含可以发射磷光的有机化合物的发光元件。
[0025]此外，通过使用本发明的一个方式的发光元件，能够实现低驱动电压、高电流效率或长寿命。此外，能够提供一种使用该发光元件的发光装置、电子设备及照明装置。【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1A至图1C是说明本发明的一个方式的发光元件的图；
[0027]图2A和图2B是说明本发明的一个方式的发光元件的图；
[0028]图3A和图3B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
[0029]图4A和图4B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
[0030]图5A至图5E是说明本发明的一个方式的电子设备的图；
[0031]图6A和图6B是说明本发明的一个方式的照明装置的图；
[0032]图7是由结构式(116)表示的三{3-[1_ (2-甲基苯基)_5_丙基-1H-1，2，4_三P坐-3-基-K N4]-2-萘基(naphthalenyl) - K C}铱(III)(简称:[Ir (Prn3tzl_mp) 3])的1H NMR 图； [0033]图8是示出由结构式(116)表示的[Ir (Prn3tzl_mp) 3](简称)的LC/MS分析结果的图；
[0034]图9A和图9B是利用ToF-SMS测量由结构式(116)表示的[Ir (Prn3tzl_mp) 3](简称)而得到的定性光谱；
[0035]图10是二氯甲烷溶液中的由结构式(116)表示的[Ir (Prn3tzl-mp)3](简称)的紫外.可见吸收光谱及发射光谱；
[0036]图11是由结构式(I 18)表不的二 {4_苯基-2-[1- (2~甲基苯基)-5-丙基-1H-1, 2，4-三唑-3-基-K N4]苯基-κ C}铱(III)(简称:[Ir (Pr5b3tzl_mp) 3])的 1HNMR 图；
[0037]图12是示出由结构式(118)表示的[Ir (Pr5b3tzl_mp) 3](简称)的LC/MS分析结果的图；
[0038]图13A和图13B是利用ToF-SMS测量由结构式(118)表示的[Ir (Pr5b3tzl_mp)3](简称)而得到的定性光谱；
[0039]图14是二氯甲烷溶液中的由结构式(118)表示的[Ir (Pr5b3tzl_mp)3](简称)的紫外.可见吸收光谱及发射光谱；
[0040]图15是说明实施例的发光元件的图；
[0041]图16是表示发光元件I的电流密度-亮度特性的图；
[0042]图17是表示发光元件I的电压-亮度特性的图；
[0043]图18是表示发光元件I的亮度-电流效率特性的图；
[0044]图19是表示发光元件I的电压-电流特性的图；
[0045]图20是表示发光元件I的发射光谱的图；
[0046]图21是说明实施例的发光元件的图；
[0047]图22是表示发光元件2的电流密度-亮度特性的图；
[0048]图23是表示发光元件2的电压-亮度特性的图；
[0049]图24是表示发光元件2的亮度-电流效率特性的图；
[0050]图25是表示发光元件2的电压-电流特性的图；
[0051]图26是示出发光元件2的发射光谱的图；
[0052]图27是示出发光元件2的驱动时间-归一化亮度特性的图；[0053]图28是示出以结构式(116)表示的[Ir (Prn3tzl-mp)3](简称)的IR图;
[0054]图29是示出以结构式(118)表示的[Ir (Pr5b3tzl-mp)3](简称)的IR图；
[0055]图30A和图30B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
[0056]图31A和图31B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
[0057]图32A至图32E是说明本发明的一个方式的照明装置的图；
[0058]图33A和图33B是说明触摸传感器的图；
[0059]图34是说明触摸传感器的电路图；
[0060]图35是说明触摸传感器的截面图；
[0061]图36是说明使用本发明的一个方式的显示装置的显示模块的图。
【具体实施方式】
[0062]下面，参照附图对实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，所属【技术领域】的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。另外，在以下说明的发明的结构中，在不同的附图之间共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。
[0063]实施方式I
[0064]在本发明的一个方式中，使用图1A至图1C说明包括夹在一对电极之间的发光层的发光元件。
[0065]首先，以下进行图1A所示的发光元件的说明。
[0066]如图1A所示那样，在本实施方式所示的发光元件中，在第一电极101与第二电极103之间夹持有EL层102，EL层102至少包含发光层113，除了发光层113以外，还包含空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层114和电子注入层115等而形成。此外，在本实施方式中，将第一电极101用作阳极，将第二电极103用作阴极。
[0067]发光层113包含有机化合物，该有机化合物具有1，2，4三唑骨架、苯基骨架、亚芳基骨架、第9族或第10族的金属，I, 2，4三唑骨架的4位的氮配位在第9族或第10族的金属，并且1，2，4三唑骨架的I位的氮与苯基骨架键合，亚芳基骨架与1，2，4三唑骨架的3位键合，并且与第9族或第10族的金属键合。
[0068]该有机化合物能够发射磷光。尤其是，该tris型结构的有机化合物能够发射具有极高色纯度的蓝色磷光。该tris型结构包括三个1-苯基-3-芳基-1H-1，2，4-三唑骨架，该1-苯基-3-芳基-1H-1，2，4-三唑骨架的4位的氮配位在铱，芳基与铱键合。
[0069]另外，通过对在一对电极之间具有上述有机化合物的发光兀件施加电压，该发光元件能够发射具有极高色纯度的蓝色磷光并能够以高效率发光。因此，通过将上述有机化合物用于发光元件，能够实现驱动电压低、电流效率高且使用寿命长的发光元件。
[0070]以下，更详细地说明本实施方式所示的发光元件。
[0071]衬底100用作发光元件的支撑体。作为衬底100，例如，可以使用玻璃、石英或塑料等。另外，还可以使用柔性衬底。柔性衬底是指能够弯曲的衬底，例如，可以举出由聚碳酸酯、聚芳酯或聚醚砜构成的塑料衬底等。另外，还可以使用膜(由聚丙烯、聚酯、聚氟乙烯、聚氯乙烯等构成的膜)、通过蒸镀形成的无机膜等。只要是在发光元件的制造工序中用作支撑体的，就可以使用上述以外的衬底。
[0072]作为第一电极101及第二电极103，可以使用金属、合金、导电化合物及它们的混合物等。具体而言，除了氧化铟-氧化锡(ΙΤ0:1ndium Tin Oxide)、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌、包含氧化鹤及氧化锌的氧化铟、金(Au)、钼(Pt)、镍(Ni)、鹤(W)、铬(Cr)、钥(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、钛(Ti)之外，还可以使用属于元素周期表中第I族或第2族的元素，即碱金属诸如锂(Li)和铯(Cs)等、碱土金属诸如镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)等、包含它们的合金、稀土金属诸如铕(Eu)和镱(Yb)等、包含它们的合金及石墨烯等。注意，第一电极101及第二电极103例如可以通过溅射法或蒸镀法(包括真空蒸镀法)等来形成。
[0073]作为用于空穴注入层111及空穴传输层112的空穴传输性高的物质，优选使用富π电子型杂芳族化合物(例如，咔唑衍生物或吲哚衍生物)或芳族胺化合物。例如，可以举出4，4，-双[N-(l-萘基)-Ν-苯基氨基]联苯(简称:ΝΡΒ)、Ν，Ν’_双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-[1，I’-联苯]-4，4’_ 二胺(简称:TPD)、4，4’_ 双[N-(螺-9，9’-联芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称:BSPB)、4-苯基-4’- (9-苯基芴-9-基)三苯基胺(简称:BPAFLP)、4-苯基-3’- (9-苯基芴-9-基)三苯基胺(简称:mBPAFLP)、4-苯基-4’- (9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(简称:PCBA1BP)、4, 4’ - 二苯基-4’ ’ - (9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBBilBP)、4- (1-萘基)-4’_ (9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBANB)、4，4’-二(1-萘基)-4’’- (9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称:PCBNBB)、9, 9’- 二甲基-N-苯基-N-[4- (9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]芴-2-胺(简称:PCBAF)、N-苯基-N-[4- (9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]螺-9，9’ -联芴-2-胺(简称:PCBASF)等具有芳族胺骨架的化合物、I，3-双(N-咔唑基)苯(简称:mCP )、4，4 ’ - 二( N-咔唑基)联苯(简称:CBP)、3，6-双(3，5- 二苯基苯基)-9-苯基咔唑(简称:CzTP)、3，3’ -双(9-苯基-9H-咔唑)(简称:PCCP)等具有咔唑骨架的化合物、4，4’，4’’ -(苯-1，3，5-三基)三(二苯并噻吩)(简称:DBT3P-1I)、2，8-二苯基-4-[4- (9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]二苯并噻吩(简称=DBTFLP-111 ),4-[4-· (9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-6-苯基二苯并噻吩(简称:08丁?1^-1￥)等具有噻吩骨架的化合物、4，4’，4’’ -(苯-1,3，5-三基)三(二苯并呋喃)(简称:DBF3P-1I)、4-{3-[3- (9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]苯基} 二苯并呋喃(简称:mmDBFFLB1-1I)等具有呋喃骨架的化合物。
[0074]尤其是，优选使用具有咔唑骨架的化合物，因为它们具有高可靠性及高空穴传输性并有助于降低驱动电压。
[0075]再者，作为用于空穴注入层111及空穴传输层112的材料，还可以使用聚(N-乙烯基咔唑)(简称:PVK)、聚(4-乙烯基三苯胺)(简称:PVTPA)、聚[N- (4-{N’-[4- (4- 二苯胺)苯基]苯基-N’ -苯基氨基}苯基)甲基丙烯酰胺](简称:PTPDMA)、聚[N，N’ -双(4-丁基苯基)-N，N’ -双(苯基)联苯胺](简称:Poly-TPD)等高分子化合物。
[0076]另外，空穴注入层111及空穴传输层112还可以使用上述高空穴传输性物质和具有受体性的物质的混合层。在此情况下，载流子注入性得到提高，所以是优选的。作为所使用的受体性物质，可以举出属于元素周期表中的第4族至第8族的金属氧化物。具体而言，氧化钥是特别优选的。[0077]发光层113例如优选为使用电子传输材料、将三重激发态能量转换成发光的发光材料以及空穴传输性材料分别作为主体材料(第一有机化合物)、客体材料(第二有机化合物)以及辅助材料(第三有机化合物)而形成的层。注意，主体材料和辅助材料之间的关系不局限于此，也可以将电子传输性材料用作辅助材料，将空穴传输性材料用作主体材料。
[0078]在此，作为上述客体材料(第二有机化合物)使用一种有机化合物，该有机化合物包括1，2，4-三唑骨架、苯基骨架、亚芳基骨架、第9族或第10族的金属，I, 2，4三唑骨架的4位的氮配位在第9族或第10族的金属，并且1，2，4三唑骨架的I位的氮与苯基骨架键合，亚芳基骨架与1，2，4三唑骨架的3位键合，并且与第9族或第10族的金属键合。
[0079]在上述结构中，当苯基骨架与甲基骨架键合时，合成的产率得到提高，所以是优选的。
[0080]在上述结构中，当金属是铱时，磷光量子产率得到提高，所以是优选的。另外，当金属是铱时，自旋-轨道相互作用变大，容易产生向作为配体的1，2，4-三唑骨架的电荷的移动(也称为三重态MLCT (Metal to Ligand Charge Transfer:从金属到配体的电荷转移)跃迁)。其结果，容易产生磷光发光等禁戒跃迁，并且三重激发寿命也变短，而发挥提高有机化合物的发光效率的效果，所以是优选的。
[0081]具体而言，可以由下述通式(Gl)至通式(G3)表示上述有机化合物。
[0082][化学式I]
[0083]
【权利要求】
1.一种有机化合物，包括: 1，2，4-三唑骨架； 苯基骨架； 亚芳基骨架；以及 选自第9族或第10族的金属， 其中，位于所述1，2，4-三唑骨架的4位的氮与所述金属配位，位于所述1，2，4-三唑骨架的I位的氮与所述苯基骨架键合， 所述亚芳基骨架与所述1，2，4-三唑骨架的3位和所述金属键合， 其中，由ToF-SMS分析，所述有机化合物在m/z=600至m/z=2000的范围内呈现前体离子的峰，在m/z=75至m/z=300的范围内呈现子离子的峰。
2.根据权利要求1所述的有机化合物，其中所述有机化合物在m/z=91附近呈现第一子离子的峰，在m/z=160附近呈现第二子离子的峰，在m/z=l 171附近呈现前体离子的峰。
3.根据权利要求2所述的有机化合物，其中所述第一子离子的峰与所述第二子离子的峰之间的m/z差异对应于所述1，2，4-三唑骨架的分子量。
4.根据权利要求1所述的有机化合物，其中所述有机化合物在m/z=91附近呈现第一子离子的峰，在m/z=160附近呈现第二子离子的峰，在m/z=1250附近呈现前体离子的峰。
5.根据权利要求1所述·的有机化合物，其中所述金属为铱。
6.一种包括根据权利要求1所述的有机化合物的发光元件。
7.一种发光兀件，包括: 第一电极； 与所述第一电极对置的第二电极；以及 所述第一电极与所述第二电极之间的包含有机化合物的发光层， 其中，所述有机化合物包括: 1，2，4-三唑骨架； 苯基骨架； 亚芳基骨架；以及 选自第9族或第10族的金属， 其中，位于所述1，2，4-三唑骨架的4位的氮与所述金属配位，位于所述1，2，4-三唑骨架的I位的氮与所述苯基骨架键合， 所述亚芳基骨架与所述1，2，4-三唑骨架的3位和所述金属键合， 其中，由ToF-SMS分析，所述有机化合物在m/z=600至m/z=2000的范围内呈现前体离子的峰，在m/z=75至m/z=300的范围内呈现子离子的峰。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其中所述有机化合物在m/z=91附近呈现第一子离子的峰，在m/z=160附近呈现第二子离子的峰，在m/z=1171附近呈现前体离子的峰。
9.根据权利要求8所述的发光元件，其中所述第一子离子的峰与所述第二子离子的峰之间的m/z差异对应于所述1，2，4-三唑骨架的分子量。
10.根据权利要求7所述的发光元件，其中所述有机化合物在m/z=91附近呈现第一子离子的峰，在m/z=160附近呈现第二子离子的峰，在m/z=1250附近呈现前体离子的峰。
11.根据权利要求7所述的发光元件，其中所述金属为铱。
12.一种包括根据权利要求7所述的发光元件的发光装置。
13.根据权利要求12所述的发光装置，还包括触摸传感器。
14.一种有机化合物，包括: 1，2，4-三唑骨架； 苯基骨架； 亚芳基骨架；以及 选自第9族或第10族的金属， 其中，位于所述1，2，4-三唑骨架的4位的氮与所述金属配位，位于所述1，2，4-三唑骨架的I位的氮与所述苯基骨架键合， 其中，所述亚芳基骨架与所述1，2，4-三唑骨架的3位和所述金属键合， 其中，由IR分析，所述有机化合物在1540CHT1附近呈现峰。
15.根据权利要求14所述的有机化合物，其中所述有机化合物在3030(3!^1附近及1600cm^附近还呈现峰。
16.根据权利要求14所述的有机化合物，其中所述1540CHT1附近的峰来源于C=N伸缩振动。
17.根据权利要求14所述的有机化合物，其中所述金属为铱。
18.—种包括根据权利要求14所述的有机化合物的发光元件。
【文档编号】H01L51/54GK103848871SQ201310627193
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】井上英子, 中川朋香, 濑尾哲史, 大泽信晴, 铃木邦彦 申请人:株式会社半导体能源研究所