CN101867019B - 发光元件、发光器件和电子设备 - Google Patents

发光元件、发光器件和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种发光元件、发光器件和电子设备,其在一对电极之间具有含有芳族烃和金属氧化物的层。对芳族烃的种类没有什么特殊限制;但是,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃是优选的。作为这样的芳族烃,例如2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等等。作为金属氧化物,展示出对芳族烃的电子接受属性的金属氧化物是优选的。作为这样的金属氧化物例如给出氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化铼等等。

Description

发光元件、发光器件和电子设备
本分案申请是基于申请号为200680022551.1(国际申请号为PCT/JP2006/308481),申请日为2006年4月17日,发明名称为“发光元件、发光器件和电子设备”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种发光元件,其具有在电极之间包含发光物质的层,本发明还涉及具有该发光元件的发光器件以及电子设备。
背景技术
近年来作为显示装置的像素或照明装置的光源吸引注意力的发光元件,具有在电极之间的发光层,而且包含在该发光层中的发光物质在电极之间有电流流过时发光。
在这种发光元件的研发领域,重要的目的之一是要延长发光元件的使用寿命。这是因为为发光器件提供的发光元件需要令人满意地长时间运行,以便在令人满意的条件下长时间使用发光器件如照明装置或显示装置。
作为实现发光元件的寿命延长的技术之一,例如在专利文献1(专利文献1:日本专利公开文本H9-63771)中提到了一种涉及使用氧化钼等等作为阳极的发光元件的技术。
可以想到专利文献1中提到的技术也是有效的;但是,氧化钼很容易结晶,因此在专利文献1提到的技术中,很容易出现发光元件由于结晶而产生运行故障的问题。此外,氧化钼具有较低的电导率;因此如果由氧化钼制成的层太厚则电流不容易流过。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种发光元件,该发光元件可以减少由于在电极之间的层中包含的化合物结晶而导致的运行故障。
本发明的一个方面是一种发光元件,其具有在一对电极之间包括芳族烃和金属氧化物的层。对芳族烃的种类没有什么特殊限制;但是,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃是优选的。作为这样的芳族烃,例如2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等等。作为金属氧化物,展示出对芳族烃的电子接受属性的金属氧化物是优选的。作为这样的金属氧化物,例如给出氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化铼等等。
本发明的一个方面是一种发光元件,其在第一电极和第二电极之间具有发光层,以及在该发光层和第一电极之间包括芳族烃和金属氧化物的层。当对每个电极施加电压,使得第一电极的电位高于第二电极的电位时,包含在发光层中的发光物质就发射光。对芳族烃的种类没有什么特殊限制;但是,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃是优选的。作为这样的芳族烃,例如2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等等。作为金属氧化物,展示出对芳族烃的电子接受属性的金属氧化物是优选的。作为这样的金属氧化物例如给出氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化铼等等。
本发明的一个方面是一种发光元件,其在第一电极和第二电极之间具有发光层、第一混合层和第二混合层,其中当对每个电极施加电压,使得第一电极的电位高于第二电极的电位时,包含在发光层中的发光物质就发射光。在这种发光元件中,发光层比第一混合层更靠近第一电极,而且第二混合层比第一混合层更靠近第二电极。第一混合层是包括电子传输物质和从碱性金属、碱土金属、碱性金属氧化物、碱土金属氧化物、碱性金属氟化物以及碱土金属氟化物中选择的一种物质的层。在此,作为碱性金属例如给出锂(Li)、钠(Na)、钾(K)等。作为碱土金属,例如给出镁(Mg)、钙(Ca)等。作为碱性金属氧化物,例如给出氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)等。作为碱土金属氧化物,给出氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)等。作为碱性金属氟化物,给出氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)等。作为碱土金属氟化物,给出氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等。第二混合层是包括芳族烃和金属氧化物的层。在此,对芳族烃的种类没有什么特殊限制;但是,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃是优选的。作为这样的芳族烃,例如2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等等。作为金属氧化物,展示出对芳族烃的电子接受属性的金属氧化物是优选的。作为这样的金属氧化物例如给出氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化铼等等。
本发明的一个方面是一种发光元件,其在第一电极和第二电极之间具有n(n是2或更大的任意自然数)个发光层,以及在第m(m是任意自然数,2≤m+1≤n)个发光层和第(m+1)个发光层之间具有第一混合层和第二混合层,其中当对每个电极施加电压,使得第一电极的电位高于第二电极的电位时,包含在发光层中的发光物质就发射光。在此,第一混合层比第二混合层更靠近第一电极。第一混合层是包括电子传输物质和从碱性金属、碱土金属、碱性金属氧化物、碱土金属氧化物、碱性金属氟化物以及碱土金属氟化物中选择的一种物质的层。在此,作为碱性金属例如给出锂(Li)、钠(Na)、钾(K)等。作为碱土金属,例如给出镁(Mg)、钙(Ca)等。作为碱性金属氧化物,例如给出氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)等。作为碱土金属氧化物,给出氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)等。作为碱性金属氟化物,给出氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)等。作为碱土金属氟化物,给出氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等。第二混合层是包括芳族烃和金属氧化物的层。在此,对芳族烃的种类没有什么特殊限制;但是,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃是优选的。作为这样的芳族烃,例如2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等等。作为金属氧化物,展示出对芳族烃的电子接受属性的金属氧化物是优选的。作为这样的金属氧化物例如给出氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化铼等等。
本发明的一个方面是使用上述任意一种发光元件作为像素或光源的发光器件。
本发明的一个方面是一种电子设备,其中采用上述任意一种发光元件作为像素的发光器件用于显示部分。
本发明的一个方面是一种电子设备,其中采用上述任意一种发光元件作为光源的发光器件用于照明部分。
根据本发明的一个方面,提供了一种发光器件和包括该发光器件的电子设备,该发光器件包括:第一电极;第二电极;以及形成在第一电极和第二电极之间的发光层和混合层,其中该混合层包括芳族烃和金属氧化物。
根据本发明的一个方面,提供了一种发光器件和包括该发光器件的电子设备,该发光器件包括:第一电极;第二电极;以及形成在第一电极和第二电极之间的发光层、空穴传输层和混合层,其中空穴传输层设置在发光层和混合层之间,并且其中该混合层包括芳族烃和金属氧化物。
通过本发明的实施,可以获得可以减少由于包含在设置于一对电极之间的层内的化合物结晶而导致的运行故障的发光元件。这是因为,通过混合芳族烃和金属氧化物,芳族烃和金属氧化物中每一个的结晶分别被对方干扰,因此可以形成不容易结晶的层。
通过本发明的实施,可以获得很容易改变所发射的光通过的光路径的长度的发光元件。这是因为通过在电极之间设置包含芳族烃和金属氧化物的混合层,可以获得驱动电压随着混合层厚度的增加而增加很小的发光元件,因此可以很容易调整发光层和电极之间的距离。
通过本发明的实施,可以获得不容易产生电极之间的短路的发光元件。这是因为通过在电极之间设置包含芳族烃和金属氧化物的混合层,可以获得驱动电压随着混合层厚度的增加而增加很小的发光元件,因此通过增加混合层的厚度的方法可以很容易减轻电极的不均匀。
通过实施本发明,可以获得以高的颜色纯度发射光的发光元件,因此可以获得能提供颜色方面很优异的图像的发光器件。这是因为,根据本发明的发光元件,可以通过改变所发射的光经过的光路径的长度而不必关心驱动电压的增加,很容易地调整光路径长度以适合于光的波长。
附图说明
在附图中:
图1是本发明发光元件的一种模式的示例图;
图2是本发明发光元件的一种模式的示例图;
图3是本发明发光元件的一种模式的示例图;
图4是本发明发光元件的一种模式的示例图;
图5是本发明发光元件的一种模式的示例图;
图6是本发明发光元件的一种模式的示例图;
图7是本发明的发光器件的一种模式的示例顶视图;
图8是用于驱动为本发明的发光器件提供的像素的电路的一种模式的示例图;
图9是包含在本发明的发光器件中的像素部分的一种模式的示例图;
图10是用于驱动包含在本发明的发光器件中的像素的驱动方法的示例框图;
图11A至11C是本发明的发光器件的截面的一种模式的示例图;
图12是本发明的发光器件的一种模式的示例图;
图13A至13C是采用本发明的电子设备的一种模式的示例图;
图14是采用本发明的发光器件的示例图;
图15是实施例1中发光元件的制造方法的示例图;
图16是示出实施例1中发光元件的电压相对于亮度特性的关系的图;
图17是示出实施例1中发光元件的电压相对于电流特性的关系的图;
图18是示出实施例1中发光元件的亮度相对于电流效率特性的关系的图;
图19是示出实施例2中发光元件的电压相对于电流特性的关系的图;
图20是本发明的发光器件的一种模式的示例图。
附图标记说明
10:衬底,11:晶体管,12:发光元件,13:第一电极,14:第二电极,15:层,16:层间绝缘膜,17:布线,18:分隔层,19:层间绝缘膜,101:第一电极,102:第二电极,111:混合层,112:空穴传输层,113:发光层,114:电子传输层,115:电子注入层,116:电子产生层,117:空穴阻挡层,201:第一电极,202:第二电极,211:空穴注入层,212:空穴传输层,213:发光层,214:电子传输层,215:第一混合层,216:第二混合层,217:层,218:空穴阻挡层,300:衬底,301:第一电极,302:第二电极,311:第一层,312:第二层,313:第三层,314:第四层,315:第五层,401:第一电极,402:第二电极,411:空穴注入层,412a:空穴传输层,412b:空穴传输层,412c:空穴传输层,413a:第一发光层,413b:第二发光层,413c:第三发光层,414a:电子传输层,414b:电子传输层,414c:电子传输层,415:电子注入层,421a:第一混合层,421b:第一混合层,422a:第二混合层,422b:第二混合层,501:子帧周期,502:子帧周期,503:子帧周期,504:子帧周期,901:第一晶体管,902:第二晶体管,903:发光元件,911:选通信号线,912:源信号线,913:写入选通信号线驱动电路,914:擦除选通信号线驱动电路,915:源信号线驱动电路,916:电源,917:电流供应线,918:开关,919:开关,920:开关,951:衬底,952:电极,953:绝缘层,954:分隔层,955:层,966:电极,1001:第一晶体管,1002:第二晶体管,1003:选通信号线,1004:源信号线,1005:电流供应线,1006:电极,501a:写入时间段,501b:保持时间段,502a:写入时间段,502b:保持时间段,503a:写入时间段,503b:保持时间段,504a:写入时间段,504b:保持时间段,504c:擦除时间段,504d:不发光时间段,5511:机壳,5512:液晶器件,5513:发光器件,5514:机壳,5515:外部输入端,5516:外部输入端,5521:主体,5522:机壳,5523:显示部分,5524:键盘,5531:显示部分,5532:机壳,5533:扬声器,5551:显示部分,5552:主体,5553:天线,5554:音频输出部分,5555:音频输入部分,5556:操作开关,6500:衬底,6503:FPC,6504:印刷线路板(PWB),6511:像素部分,6512:源信号线驱动电路,6513:写入选通信号线驱动电路,6514:擦除选通信号线驱动电路
具体实施方式
下面借助附图描述本发明的实施方式。但是,很容易理解本发明的技术人员很容易想到各种改变和修正。因此除非这样的改变和修正脱离了本发明的范围,否则它们都应当被解释为包含在本发明的范围中。
实施方式1
参照图1说明本发明发光元件的一种模式。
图1示出在第一电极101和第二电极102之间具有发光层113的发光元件。在图1所示的发光元件中,混合层111设置在发光层113和第一电极101之间。空穴传输层112设置在发光层113和混合层111之间,电子传输层114和电子注入层115设置在发光层113和第二电极102之间。在这种发光元件中,当向第一电极101和第二电极102施加电压,使得第一电极101的电位高于第二电极102的电位时,空穴从第一电极101一侧注入到发光层113中,电子从第二电极102一侧注入到发光层113中。然后,注入到发光层113中的空穴和电子复合。发光层113包括发光物质,该发光物质通过由该复合产生的激发能量而变成激发态。处于激发态的发光物质在从激发态返回到基态时发光。
下面具体描述第一电极101、第二电极102以及设置在第一电极101和第二电极102之间的每一层。
对用于形成第一电极101的物质没有特殊限制,除了具有高功函数的物质如氧化铟锡、包含氧化硅的氧化铟锡、包含2%到20%氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或氮化钽之外,还可以使用具有低功函数的物质如铝或镁。这是因为在本发明的发光元件中,空穴是在混合层111中产生的。
用于形成第二电极102的物质优选是具有低功函数的物质如铝或镁;但是如果产生电子的层设置在第二电极102和发光层113之间,则也可以使用具有高功函数的物质如氧化铟锡、包含氧化硅的氧化铟锡、包含2%到20%氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或氮化钽。因此,可以根据设置在第二电极102和发光层113之间的层的属性来适当选择用于形成第二电极102的物质。
要注意,优选将第一电极101和第二电极102形成为使得电极之一或两个电极都透射所发射的光。
混合层111是包括芳族烃和金属氧化物的层。对芳族烃的种类没有特殊限制;但是,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃是优选的。从金属氧化物贡献的空穴可以通过具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率来有效地传输。作为这样的具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃,例如2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽(简写式:t-BuDNA)、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等等。此外也可以使用并五苯、晕苯等。作为罗列于此的芳族烃,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率并且具有14到42个碳原子的芳族烃是更优选的。作为金属氧化物,展示出对芳族烃的电子接受属性的金属氧化物是优选的。作为这样的金属氧化物,例如给出氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化铼等等。此外,还可以使用诸如氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化铪、氧化钽、氧化钨或氧化银的金属氧化物。在混合层111中,优选包含金属氧化物,使得相对于芳族烃的质量比是0.5至2或分子比为1至4(=金属氧化物/芳族烃)。芳族烃通常具有容易结晶的属性;但是,通过象本实施方式中那样与金属氧化物混合,芳族烃不容易结晶。只由金属氧化物制成的层展现出容易结晶的趋势,该趋势在用氧化钼作为金属氧化物时尤其明显;但是,通过象本实施方式中那样与芳族烃混合,氧化钼不容易结晶。按照这种方式,通过将芳族烃与金属氧化物混合,芳族烃和金属氧化物中每一种的结晶被彼此干扰,因此可以形成不容易结晶的层。此外,芳族烃具有高的玻璃化转变温度。因此,通过采用芳族烃作为包含在具有金属氧化物的混合层111中的物质,该混合层比利用4,4’,4”-三(N,N-二苯胺)三苯胺(简写式:TDATA)、4,4’,4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺)]三苯胺(简写式:MTDATA)或4,4’,4”-二{N-[4-(N,N-二-间甲苯胺)苯基]-N-苯胺}联苯(简写式:DNTPD)形成的空穴注入层具有更好的热阻抗,并且具有令人满意地向空穴传输层112注入空穴的功能。
空穴传输层112是具有传输空穴的功能的层,并且在本实施方式的发光元件中,具有从混合层111向发光层113传输空穴的功能。通过提供空穴传输层112,可以保持混合层111和发光层113之间的合适距离。因此,可以防止由于包含在混合层111中的金属元素而熄灭发光。空穴传输层112优选由空穴传输物质制成,特别优选由具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的物质或者具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的双极物质制成。要注意,空穴传输物质表示空穴迁移率高于电子迁移率的物质,优选地,是空穴迁移率与电子迁移率的比值(=空穴迁移率/电子迁移率)大于100的物质。下面给出空穴传输物质的具体例子:4,4’-二[N-(1-萘基)-N-苯胺]联苯(简写式:NPB);4,4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]联苯(简写式:TPD);1,3,5-三[N,N-二(间甲苯基)胺基]苯(简写式m-MTDAB);4,4’,4”-三(N-咔唑基)三苯胺(简写式TCTA)等。双极物质表示以下物质:当电子的迁移率和空穴的迁移率彼此比较时,一种载流子的迁移率与另一种载流子的迁移率之比等于100或更小,优选为10或更小。作为双极物质,例如给出2,3-二(4-二苯胺苯基)喹喔啉(简写式:TPAQn);2,3-二{4-[N-(1-萘基)-N-苯胺]苯基}-二苯并[f,h]喹喔啉(简写式:NPADiBzQn)等等。在本发明中,在双极物质中优选采用空穴和电子的迁移率都为1×10-6cm2/Vs或更大的双极物质。
发光层113是包括发光物质的层。在此,发光物质表示有效发光而且能够发射具有期望波长的光的物质。发光层113可以是仅由发光物质制成的层。但是,在发生浓缩熄灭(这是一种由于发光物质本身的浓缩导致的熄灭现象)时,发光层113优选是这样一种层,其中发光物质以分散状态混合在由能隙大于发光物质的能隙的物质制成的层中。通过将发光物质以分散状态包含发光层113中,可以防止由于浓缩而导致的发光熄灭。在此,能隙表示LUMO能级和HOMO能及之间的能隙。
对发光物质的种类没有限制,只需要使用能发射具有令人满意的亮度效率和期望的发射波长的光的物质。为了获得红光发射,可以用例如下面展示出具有600nm到680nm的光谱中的峰的发射光谱的物质作为发光物质:4-二氰基亚甲基-2-异丙基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-9-久洛里定基)乙烯基]-4H-比喃(简写式DCJTI);4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-9-久洛里定基)乙烯基]-4H-吡喃(简写式:DCJT);4-二氰基亚甲基-2-叔丁基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-9-久洛里定基)乙烯基]-4H-吡喃(简写式:DCJTB);periflanthene;2,5-二氰基-1,4-二[2-10-甲氧基-1,1,7,7-四甲基-9-久洛里定基)乙烯基]苯等。为了获得绿光发射,展示出具有500nm到550nm的光谱中的峰的发射光谱的物质如N,N’-二甲基喹吖酮(简写式:DMQd),香豆素6,香豆素545T,或三(8-喹啉)铝(简写式Alq3)可以用作发光物质。为了获得蓝光发射,下面展示出具有420nm到500nm的光谱中的峰的发射光谱的物质可以作为发光物质:9,10-二(2-萘基)-叔丁基蒽(简写式:t-BuDNA);9,9’-联蒽;9,10-联苯蒽(简写式:DPA);9,10-二(2-萘基)蒽(简写式DNA);二(2-甲基-8-喹啉)-4-苯基苯酚-镓(简写式BGaq);二(2-甲基-8-喹啉)-4-苯基苯酚-铝(简写式BAlq)等。如上所述,除了发射荧光的物质之外,下面发射磷光的物质也可以用作发光物质:二[2-(3,5-二(三氟甲基)苯基)吡啶-N,C2′]吡啶甲酰合铱(III)(简写式:Ir(CF3ppy)2(pic));二[2-(4,6-二氟苯基)吡啶-N,C2′]乙酰丙酮合铱(III)(简写式:FIr(acac));二[2-(4,6-二氟苯基)吡啶-N,C2′]吡啶甲酰合铱(III)(简写式:FIr(pic));三(2-苯基吡啶-N,C2′)铱(简写式:Ir(ppy)3)等。
此外,对包含在具有发光物质的发光层113中并用于使该发光物质处于分散状态的物质没有特殊限制。只需要选择在用作发光的物质的能隙等等方面合适的物质。例如,金属络合物如二[2-(2-羟苯基)吡啶]锌(简写式:Znpp2)或者二[2-(2-羟苯基)苯并噁唑]锌(简写式:ZnBOX)以及蒽衍生物如9,10-二(2-萘基)-2-叔丁基蒽(简写式:t-BuDNA);咔唑衍生物如4,4’-二(N-咔唑基)联苯(简写式:CBP);喹喔啉衍生物如2,3-二(4-二苯胺苯基)喹喔啉(简写式TPAQn)或2,3-二{4-N-(1-萘基)-N-苯胺}苯基}-二苯并[f,h]喹喔啉(简写式:NPADiBzQn)可以与发光物质一起使用。
电子传输层114是具有传输电子的功能的层,而且在该实施方式的发光元件中,具有将电子从电子注入层115传送到发光层113的功能。通过提供电子传输层114,可以保持第二电极102和发光层113之间的合适距离。因此,可以防止由于包含在第二电极102中的金属而导致发光熄灭。电子传输层优选由电子传输物质制成,并且特别优选由具有1×10-6cm2/Vs或更大的电子迁移率的电子传输物质或者具有1×10-6cm2/Vs或更大的电子迁移率的双极物质制成。电子传输物质表示电子迁移率高于空穴迁移率的物质,而且优选是电子迁移率与空穴迁移率的比值(=电子迁移率/空穴迁移率)大于100的物质。下面给出电子传输物质的具体例子:2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(简写式:PBD);1,3-二[5-(p-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(简写式:OXD-7);TAZ;p-EtTAZ;Bphen;BCP;4,4-二(5-甲基苯并噁唑基-2-基)均二苯乙烯(简写式:BzOs)等等以及金属络合物如三(8-喹啉)铝(简写式Alq3);三(4-甲基-8-喹啉)铝(简写式Almq3);二(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(简写式BeBq2);二(2-甲基-8-喹啉)-4-苯基酚酸铝(简写式:BAlq);二[2-(2-羟苯基)苯并噁唑]锌(简写式:Zn(BOX)2);二[2-(2-羟苯基)苯并噻唑]锌(简写式:Zn(BTZ)2)。要注意,双极物质如上所述。电子传输层114和空穴传输层112可以由相同的双极物质制成。
电子注入层116是具有帮助电子从第二电极102注入到电子传输层114的功能的层。通过提供电子注入层115,减小了第二电极102和电子传输层114之间的电子亲和力的差异;因此电子容易注入。电子注入层115优选由电子亲和力高于用于形成电子传输层114的物质的电子亲和力并且低于用于形成第二电极102的物质的电子亲和力的物质制成。可替换地,电子注入层115优选由通过在电子传输层114和第二电极102之间设置为大约1nm到2nm的薄膜而导致能带弯曲的物质制成。下面给出能用于形成电子注入层115的物质的具体例子:从包括碱性金属如锂(Li);碱土金属如镁(Mg);碱性金属的氟化物如氟化铯(CsF);碱土金属的氟化物如氟化钙(CaF2);碱性金属的氧化物如氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)或氧化钾(K2O);以及碱土金属的氧化物如氧化钙(CaO)或氧化镁(MgO)的组中选择的一种无机物质。这些物质是优选的,因为通过设置为薄膜而导致能带弯曲。除了无机物质之外,可以用于形成电子传输层114的有机物质,如红菲咯啉(简写式:Bphen);浴铜灵(简写式:BCP);3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(简写式:p-EtTAZ);或3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(简写式:TAZ),通过在这些物质中选择电子亲和力高于用于形成电子传输层114的物质的电子亲和力的物质,也可以将该有机物用作形成电子注入层115的物质。换句话说,电子注入层115可以通过选择使得电子注入层115中的电子亲和力高于电子传输层114中的电子亲和力的物质来形成。要注意,在提供电子注入层115的情况下,第二电极102优选由具有低功函数的物质制成,如铝。
在上述发光元件中,电子传输物质和芳族烃都优选选择为使得在用于形成电子传输层114的电子传输物质的迁移率和包含在混合层111中的芳族烃的迁移率相比时,一种物质的迁移率与另一种物质的迁移率之比为1000或更低。由此发光层中的复合效率可以通过选择各物质来提高。
在该实施方式中,示出具有空穴传输层112、电子传输层114、电子注入层115等等以及混合层111和发光层113的发光元件;但是发光元件的模式不限于此。例如如图3所示,可以采用具有电子产生层116等等取代电子注入层115的结构。电子产生层116是产生电子的层,该层可以通过将电子传输物质和双极物质中的至少一种物质与展示出对这些物质的电子施予属性的物质混合来形成。在此,优选特别是在电子传输物质和双极物质中使用具有1×10-6cm2/Vs或更大的电子迁移率的物质。至于电子传输物质和双极物质,可以分别使用上述物质。此外,关于展示出电子施予属性的物质,可以使用碱性金属或碱土金属的物质,特别是锂(Li)、钙(Ga)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)等。此外,可以用碱性金属氧化物、碱土金属氧化物、碱性金属氟化物或碱土金属氟化物,特别是氧化锂(Li2O)、氧化钙(CaO)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、氧化镁(MgO)、氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)等作为展示出电子施予属性的物质。
此外,空穴阻挡层117可以如图4所示设置在发光层113和电子传输层114之间。通过设置空穴阻挡层117,可以防止空穴经过发光层113而流向第二电极102一侧;因此可以提高载流子的复合效率。此外,可以防止在发光层113中产生的激发能量被传输到其它层如电子传输层114。利用具有比用于形成发光层113的物质更高电离电位和更高激发能量的物质来形成空穴阻挡层117,该物质可以从可用于形成电子传输层114的物质如BAlq、OXD-7、TAZ和BPhen中选择。换句话说,只需要通过选择一种物质使得空穴阻挡层117中的电离电位高于电子传输层114中的电离电位来形成空穴阻挡层117。按照相同的方式,用于阻挡电子在经过发光层113之后流向第二电极102一侧的层也可以设置在发光层113和空穴传输层112之间。
要注意,是否提供电子注入层115、电子传输层114和空穴传输层112可以由实施本发明的人来适当地决定,而且也不总是需要提供这些层,例如在即使不设置空穴传输层112、电子传输层114等也不存在故障如由于金属导致的熄灭的情况下,或者在即使没有设置电子注入层115电子也令人满意地从电极注入的情况下。
如上所述,通过利用具有包含芳族烃和金属氧化物的混合层111的发光元件,与具有只由芳族烃或金属氧化物制成的层的发光元件相比,可以更多地减小由于设置在一对电极之间的层的结晶而导致的故障,如这对电极之间的短路等,这是因为通过结晶产生了支持空穴注入的层的不均匀而导致的。此外,空穴可以在混合层111中产生;因此,通过提供包含芳族烃和金属氧化物的混合层111,可以获得驱动电压变化很小的发光元件,该驱动电压取决于混合层111的厚度。因此,通过改变混合层111的厚度,可以很容易调整发光层113和第一电极101之间的距离。换句话说,所发射的光经过的光路径的长度很容易被调整为足以在外部有效地提取发光的长度,或者这样一个长度,通过该长度在外部提取的发光的颜色纯度是令人满意的。此外,第一电极101的表面不均匀可以减轻,电极之间的短路可以通过加厚混合层111来减少。
上述发光元件可以通过用于在第一电极101上连续堆叠了混合层111、空穴传输层112、发光层113、电子传输层114、电子注入层115等等之后形成第二电极102的方法制造,或者通过用于在第二电极102上连续堆叠了电子注入层115、电子传输层114、发光层113、空穴传输层112、混合层111等等之后形成第一电极101的方法制造。通过按后一种方法中形成发光层113之后形成混合层111,该混合层111用作保护层;因此甚至在通过溅射方法形成第一电极101时也可以制造令人满意的发光元件,在这种发光元件中由有机化合物制成的层如发光层113不容易因溅射而损坏。
实施方式2
参照图2描述本发明的发光元件的一种模式。
图2示出在第一电极201和第二电极202之间具有发光层213、第一混合层215和第二混合层216的发光元件,其中发光层213比第一混合层215更靠近第一电极201,第二混合层216比第一混合层215更靠近第二电极202。在该发光元件中,空穴注入层211和空穴传输层212设置在发光层和第一电极201之间,电子传输层214设置在发光层213和第一混合层215之间。第一混合层215是包括电子传输物质和从碱性金属、碱土金属、碱性金属氧化物、碱土金属氧化物、碱性金属氟化物和碱土金属氟化物中选择的一种物质的层。第二混合层216是包括芳族烃和金属氧化物的层。发光层213包括发光物质。当向每个电极施加电压,使得第一电极201的电位高于第二电极202的电位时,电子从第一混合层215注入到电子传输层214,空穴从第二混合层216注入到第二电极202,空穴还进一步从第一电极201注入到空穴注入层211。然后,从第一电极201一侧注入到发光层213中的空穴和从第二电极202一侧注入到发光层213中的电子复合,因此,包含在发光层213中的发光物质通过由该复合产生的激发能量而变成激发态。在激发态的发光物质在从激发态返回到基态时发光。
下面具体描述第一电极201、第二电极202以及设置在第一电极201和第二电极202之间的每一层。
用于形成第一电极201的物质优选是具有高功函数的物质,如氧化铟锡、包含氧化硅的氧化铟锡、包含2%到20%氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或氮化钽。
用于形成第二电极202的物质优选是具有低功函数的物质如铝或镁;但是如果在第二电极202和发光层213之间设置产生电子的层,则也可以使用具有高功函数的物质如氧化铟锡、包含氧化硅的氧化铟锡、包含2%到20%氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或氮化钽。因此,可以根据设置在第二电极202和发光层213之间的层的属性来适当选择用于形成第二电极202的物质。
要注意,优选将第一电极201和第二电极202形成为使得电极之一或两个电极都透射所发射的光。
空穴注入层211是具有帮助空穴从第一电极201注入到空穴传输层212的功能的层。通过提供空穴注入层211,减小了第一电极201和空穴传输层212之间的电离电位差异;由此空穴很容易注入。空穴注入层211优选由电离电位低于用于形成空穴传输层212的物质的电离电位但高于用于形成第一电极201的物质的电离电位的物质制成。作为可用于形成空穴注入层211的物质的具体例子,给出低分子化合物如酞箐染料(简写式:H2Pc)或铜酞箐染料(简写式:CuPc);高分子化合物如聚(乙烯二氧噻吩)/聚(磺苯乙烯)水溶液(简写式:PEDOT/PSS)等等。
空穴传输层212是具有用于传输空穴的功能的层,而且在该实施方式的发光元件中,具有将空穴从空穴注入层211传送到发光层213的功能。通过提供空穴传输层212,可以保持第一电极201和发光层213之间的合适距离。结果,可以防止由于包含在第一电极201中的金属元素而导致发光熄灭。空穴传输层212优选由空穴传输物质制成,特别优选由具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的空穴传输物质或者具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的双极物质制成。至于空穴传输物质和双极物质,对应地采用实施方式1中空穴传输物质和双极物质的描述,并在本实施方式中省略其说明。
发光层213是包括发光物质的层。发光层213可以是仅由发光物质制成的层。但是,在发生浓缩熄灭时,发光层213优选是这样一种层,其中发光物质以分散状态混合在由能隙大于发光物质的能隙的物质制成的层中。通过将发光物质以分散状态包含在发光层213中,可以防止由于浓缩而导致发光熄灭。在此,能隙表示LUMO能级和HOMO能级之间的能隙。至于发光物质和用于使得发光物质处于分散状态的物质,对应地采用实施方式1中发光物质和用于使得发光物质处于分散状态的物质的描述,并在本实施方式中省略其说明。
电子传输层214是具有传输电子的功能的层,而且在该实施方式的发光元件中,具有将从第一混合层215注入的电子传送到发光层213的功能。通过提供电子传输层214,可以保持第二混合层216和发光层213之间的合适距离。因此,可以防止由于包含在第二混合层216中的金属元素而导致发光熄灭(在金属元素包含在第一混合层215中的情况下由于金属元素)。电子传输层214优选由电子传输物质制成,并且特别优选由具有1×10-6cm2/Vs或更大的电子迁移率的电子传输物质或者具有1×10-6cm2/Vs或更大的电子迁移率的双极物质制成。至于电子传输物质和双极物质,对应地采用实施方式1中电子传输物质和双极物质的描述,并在本实施方式中省略其说明。
第一混合层215是产生电子的层,其可以通过将电子传输物质和双极物质中的至少一种物质与展示出对这些物质的电子施予属性的物质混合来形成。在此,优选特别是在电子传输物质和双极物质中使用具有1×10-6cm2/Vs或更大的电子迁移率的物质。至于电子传输物质和双极物质,对应地采用对电子传输物质和双极物质的描述,并在本实施方式中省略其说明。此外,至于展示出对电子传输物质和双极物质的电子施予属性的物质,对应地采用展示出电子施予属性的物质,并在此省略其描述。
第二混合层216是包括芳族烃和金属氧化物的层。对芳族烃的种类没有特殊限制;但是,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃是优选的。从金属氧化物注入的空穴可以通过具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率来有效地传输。作为这样的具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率的芳族烃,例如2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽(简写式:t-BuDNA)、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等等。此外也可以使用并五苯、晕苯等。作为罗列于此的芳族烃,具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率并且具有14到42个碳原子的芳族烃是优选的。作为金属氧化物,展示出对芳族烃的电子接受属性的金属氧化物是优选的。作为这样的金属氧化物例如给出氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化铼等等。此外,还可以使用诸如氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化铪、氧化钽、氧化钨或氧化银的金属氧化物。在第二混合层216中,优选包含金属氧化物,使得相对于芳族烃的质量比是0.5至2或分子比为1至4(=金属氧化物/芳族烃)。调整发光层213和第二电极202之间的距离。换句话说,所发射的光经过的光路径的长度(即光路径长度)很容易被调整为足以在外部有效地提取发光的长度,或者这样一个长度,在该长度时在外部提取的发光的颜色纯度是令人满意的。此外,可以减轻第二电极202的表面不均匀,可以通过加厚第二混合层216来减少电极之间的短路。
此外,通过在第一电极201一侧中而不是空穴注入层211中也提供包括芳族烃和金属氧化物的层,可以很容易地调整第一电极201和发光元件213之间的距离。此外,可以减轻第一电极201的表面不均匀,并且减少电极之间的短路。
上述发光元件可以通过用于首先形成第一电极101,然后形成每一层如发光层213,然后形成第二电极202的方法制造,或者通过用于首先形成第二电极202,然后形成每一层如发光层213,然后形成第一电极201的方法制造。通过在这两种方法中在形成发光层213之后都形成包括芳族烃和金属氧化物的层,包括芳族烃和金属氧化物的层用作保护层;因此甚至在通过溅射方法形成电极(第一电极201或第二电极202)时也可以制造令人满意的发光元件,在这种发光元件中由有机化合物制成的层如发光层213不容易因溅射而被损坏。
实施方式3
下面参照图20说明本发明发光元件的一个模式。图20示出具有多个发光层的发光元件,具体地说是第一电极401和第二电极402之间的第一发光层413a、第二发光层413b以及第三发光层413c。该发光元件在第一发光层413a和第二发光层413b之间具有第一混合层421a和第二混合层422a,在第二发光层413b和第三发光层413c之间具有第一混合层421b和第二混合层422b。第一混合层421a、421b是包括电子传输物质和从碱性金属、碱土金属、碱性金属氧化物、碱土金属氧化物、碱性金属氟化物和碱土金属氟化物中选择的一种物质的层。第二混合层422a、422b是包括芳族烃和金属氧化物的层。第一混合层421a比第二混合层422a更靠近第一电极401,第一混合层421b比第二混合层422b更靠近第一电极401。空穴传输层412a、412b、芳族烃通常具有容易结晶的特性;但是,通过象本实施方式中那样与金属氧化物混合,芳族烃不容易结晶。只由金属氧化物制成的层展现出容易结晶的趋势,该趋势在氧化钼用作金属氧化物时尤其明显;但是,通过象本实施方式中那样与芳族烃混合,氧化钼不容易结晶。按照这种方式,通过将芳族烃与金属氧化物混合,芳族烃和金属氧化物各自的结晶彼此干扰,因此可以形成不容易结晶的层。
在该实施方式中,示出具有空穴注入层211、空穴传输层212、电子传输层214等以及发光层213、第一混合层215和第二混合层216的发光元件;但是,发光元件的模式不限于此。例如如图5所示,可以采用具有层217等等取代空穴注入层211的结构,层217包括芳族烃和金属氧化物,这与第二混合层216相同。通过提供具有芳族烃和金属氧化物的层217,即使在使用具有低功函数的物质如铝或镁来形成第一电极201的情况下,发光元件也可以令人满意地运行。此外,如图6所示,空穴阻挡层218可以设置在电子传输层214和发光层213之间。空穴阻挡层218类似于在实施方式1中提到的空穴阻挡层117;因此省略其说明。
要注意,是否提供空穴注入层211、空穴传输层212和电子传输层214可以由实施本发明的人来适当地决定,而且这些层也不总是需要提供,例如在即使不设置电子传输层212、电子传输层214等也不存在故障如由于金属导致的熄灭的情况下,或者在即使没有设置空穴注入层211空穴也令人满意地从电极注入的情况下。
如上所述,通过利用具有包含芳族烃和金属氧化物的第二混合层216的发光元件,与具有只由芳族烃或金属氧化物制成的层的发光元件相比,可以更多地减小由于设置在一对电极之间的层的结晶而导致的故障,如这对电极之间的短路等,这是因为通过结晶产生了支持空穴注入的层的不均匀而导致的。此外,空穴可以在第二混合层216中产生;因此,通过提供包含芳族烃和金属氧化物的第二混合层216,可以获得驱动电压变化很小的发光元件,该驱动电压取决于第二混合层216的厚度。因此,通过改变第二混合层216的厚度,可以很容易412c分别设置在第一电极401和第一发光层413a之间、第二混合层422a和第二发光层413b之间以及第二混合层422b和第三发光层413c之间。此外,电子传输层414a、414b、414c分别设置在第一发光层413a和第一混合层421a之间、第二发光层413b和第一混合层421b之间以及第三发光层413c和第二电极402之间。此外,空穴注入层411设置在第一电极401和空穴传输层412a之间,电子注入层415设置在第二电极402和电子传输层414c之间。发光物质包含在第一发光层413a、第二发光层413b以及第三发光层413c中。当向每个电极施加电压,使得第一电极401的电位高于第二电极402的电位时,空穴和电子在每个发光层中复合,包含在每个发光层中的发光物质通过该复合产生的激发能量而变成激发态。在激发态的发光物质在从激发态返回到基态时发光。要注意,包含在每个发光层中的发光物质可以相同或不同。
用于形成第一电极401的物质优选是具有高功函数的物质,如氧化铟锡、包含氧化硅的氧化铟锡、包含2%到20%氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或氮化钽。此外,在设置包含芳族烃和金属氧化物的层来代替空穴注入层411的情况下,第一电极401可以由具有低功函数的物质如铝或镁的物质制成。
用于形成第二电极402的物质优选是具有低功函数的物质如铝或镁;但是如果在第二电极402和第三发光层413c之间设置产生电子的层,则也可以使用具有高功函数的物质如氧化铟锡、包含氧化硅的氧化铟锡、包含2%到20%氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或氮化钽。因此,可以根据设置在第二电极402和第三发光层413c之间的层的属性来适当选择用于形成第二电极402的物质。
在如上所述的该实施方式的发光元件中,第一混合层421a、421b类似于在实施方式2中提到的第一混合层215。此外,第二混合层422a、422b类似于在实施方式2中提到的第二混合层216。第一发光层413a、第二发光层413b以及第三发光层413c都类似于实施方式2中的发光层213。空穴注入层411;空穴传输层412a、412b、412c;电子传输层414a、414b、414c;以及电子注入层415分别类似于实施方式2中以相同名称提到的层。
如上所述,通过利用具有包含芳族烃和金属氧化物的第二混合层422a、422b的发光元件,与具有只由芳族烃或金属氧化物制成的层的发光元件相比,可以更多地减小由于设置在一对电极之间的层的结晶而导致的故障,如这对电极之间的短路等,这是因为通过结晶产生了支持空穴注入的层的不均匀而导致的。此外,通过采用具有分别包含芳族烃和金属氧化物的第二混合层422a、422b的结构,可以获得这样的发光元件,其中与在每个发光层之间具有通过溅射形成的层如由氧化铟锡制成的层的发光元件相比,在这种发光元件中由有机化合物制成的层如发光层不容易因溅射而被损坏。
实施方式4
根据本发明的发光元件,可以减小由于设置在一对电极之间的层的结晶而导致的运行故障。此外,可以通过加厚设置在这对电极之间的、包含芳族烃和金属氧化物的混合层来防止这对电极之间的短路。此外,根据本发明的发光元件,通过改变该混合层的厚度来调整光路长路,可以在外部有效地提取发光。此外,可以获得具有令人满意的颜色纯度的发光。因此,通过利用本发明的发光元件作为像素,可以获得由发光元件的运行故障而导致的显示缺陷非常少的令人满意的发光器件。此外,通过利用本发明的发光元件作为像素,可以获得能够提供具有令人满意的显示颜色的图像的发光器件。此外,通过利用本发明的发光作为光源,可以获得由发光元件的运行故障导致的故障非常少的发光器件。
在该实施方式中,参照图7至11C描述具有显示功能的发光器件的电路配置及其驱动方法。
图7是应用本发明的发光器件的示意顶视图。在图7中,像素部分6511、源信号线驱动电路6512、写入选通信号线驱动电路6513、擦除选通信号线驱动电路6514设置在衬底6500上。源信号线驱动电路6512、写入选通信号线驱动电路6513、擦除选通信号线驱动电路6514分别通过一组布线连接到FPC(柔性印刷电路)6503,该FPC是外部输入端子。源信号线驱动电路6512、写入选通信号线驱动电路6513、擦除选通信号线驱动电路6514分别从FPC 6503接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等等。印刷线路板(PWB)6504附接到FPC
6503上。驱动电路部分不需要如上所述与像素部分6511设置在相同的衬底上。例如,驱动电路部分可以利用TPC等等设置在衬底外部,该TPC是通过将IC芯片安装在具有布线图案的FPC上来形成的。
在像素部分6511中,沿行方向布置多个在列方向上延伸的源信号线,沿行方向布置电流供应线。在像素部分6511中,沿列方向布置多个在行方向上延伸的选通信号线。此外,在像素部分6511中,布置了多个包括发光元件的像素电路。
图8是示出用于使一个像素运行的电路的图。第一晶体管901、第二晶体管902和发光元件903包含在图8所示的电路中。
第一晶体管901和第二晶体管902分别具有3个端子,包括栅电极、漏极区域和源极区域,并在漏极区域和源极区域之间具有沟道区域。在此,由于源极区域和漏极区域是根据晶体管的结构、运行条件等来确定的,因此难以界定源极区域或漏极区域。因此在该实施方式中,用作源极或漏极的区域分别称为第一电极或第二电极。
选通信号线911和写入选通信号线驱动电路913设置为通过开关918彼此电连接或断开连接。选通信号线911和擦除选通信号线驱动电路914设置为通过开关919彼此电连接或断开连接。源信号线912设置为通过开关920电连接到源信号线驱动电路915和电源916。第一晶体管901的栅极电连接到选通信号线911。第一晶体管的第一电极电连接到源信号线912,第一晶体管的第二电极电连接到第二晶体管902的栅电极。第二晶体管的第一电极电连接到电流供应线917,第二晶体管的第二电极电连接到包含在发光元件903中的一个电极。此外,开关918可以包含在写入选通信号线驱动电路913中。开关919还可以包含在擦除选通信号线驱动电路914中。此外,开关920可以包含在源信号线驱动电路915中。
对像素部分中的晶体管、发光元件等等的布置没有特殊限制;但是,晶体管、发光元件等等例如可以按照图9的顶视图来布置。在图9中,第一晶体管1001的第一电极连接到源信号线1004,第一晶体管1001的第二电极连接到第二晶体管1002的栅极。第二晶体管的第一电极连接到电流供应线1005,第二晶体管的第二电极连接到包含在发光元件的电极1006。选通信号线1003的一部分用作第一晶体管1001的栅电极。
下面说明驱动方法。图10是随着时间的帧操作的示意图。在图10中,水平方向代表时间流逝,而纵向代表选通信号线的扫描阶段。
如果利用按照本发明的发光器件显示图像,则屏幕的重写入操作和显示操作在显示时间段内重复执行。重写操作的次数没有特殊限制;但是,重写操作优选至少每秒大约60次,从而观看该图像的人不会发现闪烁。在此,执行一个屏幕(一帧)的重写入操作和显示操作的周期称为一帧周期。
如图10所示,一帧周期被时分为4个子帧周期501、502、503、504,该子帧周期包括写入时间段501a、502a、503a、504a和保持时间段501b、502b、503b、504b。接收用于发光的信号的发光元件在保持时间段内发射光。在每个子帧周期中的保持时间段的长度比例是第一子帧周期501∶第二子帧周期502∶第三子帧周期503∶第四子帧周期504=23∶22∶21∶20=8∶4∶2∶1。因此,可以实现4位的灰度级。位数和灰度级数不限于此。例如,可以通过提供8个子帧周期来提供8位的灰度级。
下面说明一帧周期中的操作。首先,在子帧周期501中写入操作顺序地从第一行执行到最后一行。因此,写入时间段的开始时间依据行而不同。保持时间段501b从写入时间段501a结束的行顺序地开始。在保持时间段中,接收用于发光的信号的发光元件发射光。下一个子帧周期502从保持时间段501b结束的行顺序开始,写入操作与子帧周期501的情况相同顺序地从第一行执行到最后一行。上述操作重复执行,以完成子帧周期504的保持时间段504b。当子帧周期504中的操作结束时,下一个帧周期中的操作开始。每个子帧周期中发光时间的和是一个帧周期中每个发光元件的发光时间。通过改变每个发光元件的发光时间并且将发光时间不同地组合到一个像素中,可以用不同的亮度和色度显示各种颜色。
当写入已经结束且保持时间段已经开始的行中的保持时间段要在最后一行的写入结束之前被强制终止时,在保持时间段504b之后提供擦除时间段504c以控制发光被强制停止。发光被强制停止的行在固定时间段(该时间段称为不发光时间段504d)不发射光。当最后一行的写入时间段结束时,下一个写入时间段(或帧周期)就从第一行顺序开始。根据这一点,可以防止子帧周期504的写入时间段和下一个子帧周期的写入时间段重叠。
在该实施方式中,子帧周期501至504按照从最长保持时间段开始的顺序布置;但是本发明不限于此。例如,子帧周期501至504可以按照从最短保持时间段开始的顺序布置,或者随机地组合短子帧周期和长子帧周期地布置。子帧周期还可以分为多个帧周期。也就是说,在给出相同视频信号的时间段可以多次扫描选通信号线。
下面说明图8所示的电路在写入时间段和擦除时间段内的操作。
首先说明写入时间段内的操作。在写入时间段,第n行(n是自然数)的选通信号线911通过开关918电连接到写入选通信号线驱动电路913。选通信号线911没有连接到擦除选通信号现驱动电路914。源信号线912通过开关920电连接到源信号线驱动电路。在此,信号输入到连接到第n行(n是自然数)的选通信号线911的第一晶体管901的栅极以接通第一晶体管901。然后,此时视频信号同时输入到第一列到最后一列中的源信号线。从每一列中的源信号线912输入的视频信号彼此独立。从源信号线912输入的视频信号通过连接到每个源信号线的第一晶体管901输入到第二晶体管902的栅电极。此时,发光元件903根据输入第二晶体管902的信号来发射光或不发射光。例如,当第二晶体管902是P沟道类型时,发光元件903通过将低电平信号输入到第二晶体管902的栅电极来发射光。另一方面,当第二晶体管902是N沟道类型时,发光元件903通过将高电平信号输入到第二晶体管902的栅电极来发射光。
下面说明擦除时间段中的操作。在擦除时间段中,第n行(n是自然数)的选通信号线911通过开关919电连接到擦除选通信号线驱动电路914。选通信号线911没有连接到写入选通信号现驱动电路913。源信号线912通过开关920电连接到电源916。在此,信号输入到连接到第n行(n是自然数)的选通信号线911的第一晶体管901的栅极以接通第一晶体管901。然后,此时擦除信号同时输入到第一列到最后一列中的源信号线。从源信号线912输入的擦除信号通过连接到每个源信号线的第一晶体管901输入到第二晶体管902的栅电极。此时,从电流供应线917提供给发光元件903的电流被输入到第二晶体管902的信号阻断。由此,发光元件903被迫处于不发光状态。例如,当第二晶体管902是P沟道类型时,发光元件903通过将高电平信号输入到第二晶体管902的栅电极而不会发射光。另一方面,当第二晶体管902是N沟道类型时,发光元件903通过将低电平信号输入到第二晶体管902的栅电极也不会发射光。
在擦除时间段中,用于擦除的信号通过如上所述的操作输入到第n行(n是自然数)。但是,存在第n行在擦除时间段而其它行(称为第m行(m是自然数))在写入时间段的情况。在这种情况下,需要利用同一列的源信号线将用于擦除的信号输入第n行,而将用于写入的信号输入第m行。因此优选执行如下所述的操作。
在第n行的发光元件903通过上述擦除时间段中的操作而被迫处于不发光状态之后,立即通过转换开关918将选通信号线与擦除选通信号线驱动电路914断开连接,将源信号线连接到源信号线驱动电路915。除了将源信号线连接到源信号线驱动电路915之外,还将选通信号线连接到写入选通信号线驱动电路913。信号从写入选通信号线驱动电路913选择性地输入第m行的信号线以接通第一晶体管,而且用于写入的信号从源信号线驱动电路915输入第一列到最后一列的源信号线。第m行的发光元件根据视频信号来发射光或不发射光。
在如上所述结束第m行的写入时间段时,第(n+1)行的擦除时间段就开始。因此,通过转换开关918将选通信号线和写入选通信号线驱动电路913彼此断开连接,将源信号线和电源916彼此连接。此外,将选通信号线和写入选通信号线驱动电路913彼此断开连接,将源信号线连接到擦除选通信号线驱动电路914。当信号从擦除选通信号线驱动电路914选择性地输入第(n+1)行的信号线以接通第一晶体管时,擦除信号从电源916输入。第(n+1)行的擦除时间段一结束,第m行的写入时间段就开始。此后以相同方式可以重复地执行擦除时间段和写入时间段以完成最后一行的擦除时间段。
在该实施方式中,说明了在第n行的擦除时间段和第(n+1)行的擦除时间段之间提供第m行的写入时间段的模式。但是并不限于此,第m行的写入时间段可以设置在第(n-1)行的擦除时间段和第n行的擦除时间段。
此外,在该实施方式中,当不发光时间段504d设置在子帧周期504中时,重复执行将擦除选通信号线驱动电路914与某个选通信号线断开连接和将写入选通信号线驱动电路913连接到另一个选通信号线的操作。这种操作可以在没有不发光时间段的帧周期内进行。
实施方式5
下面参照图11A至11C中的截面视图说明包括本发明的发光元件的发光器件的一种模式。
在每个图11A至11C中,由虚线围绕的区域代表用于驱动本发明的发光元件12的晶体管11。发光元件12是如实施方式1至3所述的、本发明在第一电极13和第二电极14之间具有包括芳族烃和金属氧化物的层的发光元件。晶体管11的漏极和第一电极13通过穿过第一层间绝缘膜16(16a、16b、16c)的布线17彼此电连接。发光元件12通过分隔层18与设置在发光元件12附近的其它发光元件隔离开。在该实施方式中,本发明具有这种结构的发光器件设置在衬底10上。
要注意,图11A至11C中分别示出的晶体管11都是顶部栅极晶体管,其中栅电极设置在背对衬底的一面,从而在栅电极和衬底之间插入半导体层。但是,晶体管11的结构没有特殊限制。例如,可以采用底部栅极晶体管。在使用底部栅极晶体管的情况下,可以使用在沟道的半导体层上形成保护膜的晶体管(沟道被保护的晶体管),或者使用沟道的半导体层的一部分在凹面中受到蚀刻的晶体管(沟道被蚀刻的晶体管)。
包含在晶体管11中的半导体层可以是晶体半导体、无定形半导体、半无定形半导体等等中的任一种。
下面描述半无定形半导体。半无定形半导体具有在无定形结构和晶体结构(包括单晶体和多晶体结构)之间的中间结构,在自由能方面稳定的第三状态,以及具有短范围有序和晶格变形的晶体区域。此外,膜的至少一部分包括晶粒直径从0.5到20nm的晶粒。拉曼(Raman)频谱转换到低于520cm-1的波数一端。通过X射线衍射来观察被认为是从Si晶体晶格得出的衍射峰(111)和(220)。至少1原子%或更多的氢或卤素包含在半无定形半导体中以终止悬空键(dangling bond)。半无定形半导体也称为所谓的微晶体半导体。它是通过气体SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4的辉光放电分解(等离子CVD)来形成的。这些气体可以被H2或H2与从He、Ar、Kr、Ne中选择的一种或多种稀有气体稀释。稀释比例在2倍到1000倍的范围内。压力在大约从0.1Pa到133Pa的范围内,功率频率从1MHz到120MHz,优选从13MHz到60MHz。用于加热衬底的温度可以是300℃或更低,优选在100℃到250℃的范围内。至于膜中的杂质元素,大气分量的杂质如氧气、氮气或碳优选设置为1×1020/cm3或更低,尤其是氧浓度设置为5×1019/cm3或更低,优选1×1019/cm3或更低。
作为晶体半导体层的具体例子,给出由单晶硅、多晶硅、硅锗等等制成的半导体层。这些材料通过激光结晶形成。例如这些材料可以通过利用镍等等的固体相生长方法进行的结晶来形成。
在半导体层由无定形半导体如无定形硅制成的情况下,优选使用具有只包括N沟道晶体管作为晶体管11和其它晶体管(包含在用于驱动发光元件的电路中的晶体管)的电路的发光元件。在半导体层由非无定形半导体的物质制成的情况下,可以采用具有包括N沟道晶体管和P沟道晶体管中至少一种的电路的发光器件。而且,可以采用具有包括N沟道晶体管和P沟道晶体管的电路的发光器件。
第一层间绝缘膜16可以如图11A、11B、11C所示是多层,也可以是单层。层间绝缘膜16a由无机物如氧化硅或氮化硅制成。层间绝缘膜16b由诸如丙烯酸、硅氧烷(硅氧烷具有通过硅(Si)和氧(O)的键形成的骨架结构,并具有氟基、氢或有机基(例如,烷基或芳族烃基)作为取代基)或氧化硅等可通过旋涂方法形成的物质来制成。层间绝缘膜16c由包括氩(Ar)的氮化硅膜制成。对包含在各层中的物质没有特殊限制。因此,也可以采用非上述物质的物质。可替换地,还可以进一步组合非上述物质制成的层。因此,第一层间绝缘膜16可以由无机物和有机物两者制成,或者有机物和无机物中任一种制成。
分隔层18的边缘部分优选具有曲率半径连续变化的形状。该分隔层18由丙烯酸、硅氧烷、抗蚀剂、氧化硅等制成。要注意,分隔层18由无机膜和有机膜中的任一种或两种制成。
图11A和11C分别示出只有第一层间绝缘膜16夹在晶体管11和发光元件12之间的结构。可替换地如图11B所示,可以提供第二层间绝缘膜19(19a和19b)以及第一层间绝缘膜16(16a和16b)。在图11B所示的发光器件中,第一电极13穿过第二层间绝缘膜19而连接到布线17。
第二层间绝缘膜19可以按照与第一层间绝缘膜16相同的方式是多层或单层。层间绝缘膜19a由诸如丙烯酸、硅氧烷或氧化硅等可通过旋涂方法形成的物质来制成。层间绝缘膜19b由包括氩(Ar)的氮化硅膜制成。对包含在各层中的物质没有特殊限制。因此,也可以采用非上述物质的物质。替换地,还可以进一步组合非上述物质制成的层。因此,第一层间绝缘膜16可以由无机物和有机物两者制成,或者有机物或无机物中任一种制成。
当发光元件12中的第一电极和第二电极都由透光物质制成时,发光可以从第一电极13一侧和第二电极14一侧提取出,如通过图11A中的轮廓箭头所示。当只有第二电极14由透光物质制成时,发光只能从第二电极14一侧提取出,如通过图11B中的轮廓箭头所示。在这种情况下,第一电极13优选由具有高反射系数的材料制成,或由具有高反射系数的材料制成的膜(反射膜)优选设置在第一电极13下面。当只有第一电极13由透光物质制成时,发光只能从第一电极13一侧提取出,如图11C中轮廓箭头所示。在这种情况下,第二电极14优选由具有高反射系数的材料制成,或反射膜优选设置在第二电极14上面。
此外,在发光元件12中,层15可以堆叠成使得在施加电压以使得第二电极14的电位高于第一电极13的电位时执行操作。可替换地,在该发光元件12中,层15可以堆叠成使得在施加电压以使得第二电极14的电位低于第一电极13的电位时执行操作。在前一种情况下,晶体管11是N沟道晶体管,而在后一种情况下,晶体管11是P沟道晶体管。
如上所述,该实施方式说明了通过晶体管控制发光元件的驱动的有源发光器件;但是,也可以采用没有特别提供驱动元件如晶体管的情况下驱动发光元件的无源发光器件。图12是采用本发明制造的无源发光器件的透视图。在图12中,在衬底951上在电极952和电极956之间设置具有多层结构的层955,该多层结构包括含有芳族烃和金属氧化物的层、发光层等。电极952的边缘部分被绝缘层953覆盖。分隔层954设置在绝缘层953上面。分隔层954的侧壁具有倾角,使得一个侧壁和另一个侧壁之间的距离随着侧壁逐渐靠近衬底表面而变窄。换句话说,分隔层954在短边方向上的截面具有梯形形状,其中下边(指向与绝缘层953的平面方向相同的方向并且与绝缘层953接触的一边)比上边(指向与绝缘层953的平面方向相同的方向而且不与绝缘层953接触的一边)短。因此,由于静电等导致的发光元件的故障可以通过提供如上所述的分隔层954来避免。此外,还可以通过包含本发明的在低驱动电压下运行的发光元件来以低功耗驱动无源发光器件。
实施方式6
就在一对电极之间具有含有芳族烃和金属氧化物的层的发光元件而言,减少了通过电极之间的短路导致的运行故障,该短路是由于设置在这对电极之间的层的结晶形成的不均匀所导致,或者由于电极表面的不均匀所导致。因此,使用这种发光元件作为像素的发光器件具有很少的显示缺陷,并且显示操作能令人满意地进行。因此通过采用这种发光器件作为显示部分,可以获得在显示图像中由显示缺陷导致的错误等很少的电子设备。此外,使用本发明的发光元件作为光源的发光器件可以令人满意地在发光元件的运行故障所导致的故障很少的情况下发光。因此,通过安装如上所述本发明的发光器件并且将该发光器件用作诸如背光的发光部分,减少了诸如由于发光元件的故障而导致的暗区的局部信息的运行故障,可以令人满意进行显示。此外,对于发光层和电极之间的距离通过改变含有芳族烃和金属氧化物的层的厚度来调整的发光元件,驱动电压由于层的厚度而变化很小;因此,可以获得用低驱动电压运行并发射具有令人满意的颜色纯度的光的发光器件。因此,通过采用这样的发光器件作为显示部分,可以获得消耗低功率而且提供颜色表现优异的图像的电子设备。
图13A至13C分别示出安装有采用本发明的发光器件的电子设备的示例。
图13A是采用本发明制造的个人计算机,包括主体5521、机壳5522、显示部分5523、键盘5524等。使用本发明的发光元件的发光器件作为如实施方式1和2所说明的像素组合在个人计算机中(例如包括如实施方式3和4所说明的结构的发光器件)。因此,可以完成可以提供颜色优异的显示图像并且在显示部分中只有很少的缺陷、显示图像中没有错误的个人计算机。该个人计算机还通过组合发光器件作为背景光来完成,该发光器件使用本发明的发光元件作为光源。具体地说,如图14所示,只需要组合发光器件作为显示部分,其中液晶器件5512和发光器件5513在个人计算机中框在机壳5511和5514之间。注意在图14中,外部输入端5515连接到液晶器件5512,外部输入端5516连接到发光器件5513。
图13B是通过采用本发明制造的电话,其包括主体5552、显示部分5551、音频输出部分5554、音频输入部分5555、操作开关5556和5557、天线5553等。具有本发明的发光元件的发光器件作为显示部分组装在电话中。因此,可以完成能够提供颜色优异的显示图像并且在显示部分中只有很少的缺陷、显示图像中没有错误的电话。
图13C是通过采用本发明制造的电视机,其包括显示部分5531、机壳5532、扬声器5533等。具有本发明的发光元件的发光器件作为显示部分组装在电视机中。因此,可以完成能够提供颜色优异的显示图像并且在显示部分中只有很少的缺陷、显示图像中没有错误的电视机。
如上所述,本发明的发光器件适合于用作各种电子设备的显示部分。注意电子设备不限于该实施方式中所述的那些,还可以是其他电子设备如导航系统。
实施例1
下面说明用于制造在电极之间具有包含芳族烃和金属氧化物的层的发光元件的方法及其运行特征。在该实施例中,制造两个发光元件(发光元件(1)和发光元件(2)),它们在芳族烃和金属氧化物的分子比方面不同,但除此之外具有相同的结构。
如图15所示,在衬底300上形成厚度为110nm的、包括氧化硅的氧化铟锡,以形成第一电极301。用溅射方法形成该膜。
接着,在第一电极301上通过共蒸发方法形成包括t-BuDNA和氧化钼(VI)的第一层311。第一层311形成为具有120nm的厚度。发光元件(1)形成为t-BuDNA与氧化钼的重量比是1∶0.5(分子比是1∶1.7)(=t-BuDNA∶氧化钼),发光元件(2)形成为t-BuDNA与氧化钼的重量比是1∶0.75(分子比是1∶2.5)(=t-BuDNA∶氧化钼)。要注意,共蒸发方法是这样一种蒸发方法,其中原材料从设置在一个处理室中的多个蒸发源的每一个蒸发源蒸发,蒸发后的原材料沉积在要处理的对象上以形成混合了多种物质的层。
接着,通过蒸发方法形成包括NPB的第二层312。第二层312形成为具有10nm的厚度。在驱动发光元件时第二层312用作空穴传输层。
然后通过共蒸发方法在第二层312上形成包括Alq3和香豆素6的第三层313。第三层313形成为具有37.5nm的厚度,并且Alq3与香豆素6的重量比是1∶0.01(分子比是1∶0.013)(=Alq3∶香豆素6)。根据这一点,香豆素6包含在由Alq3制成的层中以被分散。当驱动发光元件时,如上所述形成的第三层313用作发光层。
然后,包括Alq3的第四层314通过蒸发方法形成在第三层313上。第四层314形成为具有37.5nm的厚度。当驱动发光元件时,该第四层314用作电子传输层。
接着,包含氟化锂的第五层315通过蒸发方法形成在第四层314上。第五层315形成为具有1nm的厚度。当驱动发光元件时,该第五层315用作电子注入层。
此后,通过蒸发方法在第五层315上沉积厚度200nm的铝,以形成第二电极302。
图16至18示出通过在如上所述制造的发光元件上施加电压,使得第一电极301的电位高于第二电极302的电位来检查发光元件的运行特性的结果。图16是示出发光元件的电压相对于亮度特性的关系的图,其中水平轴代表电压(V),垂直轴代表亮度(cd/m2)。图17是示出发光元件的电压相对于电流特性的关系的图,其中水平轴代表电压(V),垂直轴代表电流(mA)。图18是示出发光元件的亮度相对于电流效率特性的关系的图,其中水平轴代表亮度(cd/m2),垂直轴代表电流效率(cd/A)。在整个图16到18中,由●代表的点与发光元件(1)关联,由○代表的点与发光元件(2)关联。
(对比示例)
作为实施例1中制造的发光元件的对比示例,说明在电极之间具有只由t-BuDNA制成的层的发光元件。对比示例的发光元件的结构与实施例1提到的发光元件(1)和(2)的结构的不同之处在于,提供仅由t-BuDNA制成的层而不是混合层111,至于其它部分与实施例1中提到的发光元件(1)和(2)相同。因此,省略对用于制造对比示例的发光元件的方法的描述。根据对比示例的发光元件的运行,获得图16至18中通过△画出的结果。
从实施例1和对比示例中,揭示了通过在一对电极之间提供包括芳族烃和金属氧化物的层,可以获得令人满意的发光元件,其中发光起始电压(如果以1cd/m2的亮度发射光的时间定义为“发光开始”,此时施加的电压就称为“发光起始电压”)较低,用于以任意亮度进行发光的施加电压较低,在低驱动电压下运行。还揭示了通过在一对电极之间提供包括芳族烃和金属氧化物的层,可以获得在以任意亮度发射光时具有高电流效率的令人满意的发光元件。
实施例2
针对三个样本(1)至(3)和样本(4)检查电压相对于电流特性的关系,样本(1)至(3)中每一个都在一对电极之间具有包括芳族烃和金属氧化物的层,样本(4)在一对电极之间具有只由芳族烃制成的层。结果,发现在混合了芳族烃和金属氧化物的层中比在只由芳族烃制成的层中电导率更高,即载流子的注入进行得很好。
图19示出检查电压相对于电流特性的关系的结果。在图19中,水平轴代表电压(V),垂直轴代表电流(mA)。此外在图19中,由●代表的点与样本(1)关联,由■代表的点与样本(2)关联,由□代表的点与样本(3)关联,由△代表的点与样本(4)关联。
要注意,用于测量的每个样本(1)至(3)都具有这样一种结构,其在由包括氧化硅的氧化铟锡制成的电极(110nm)和由铝制成的电极(200nm)之间具有包含芳族烃和金属氧化物的层(200nm),样本(4)所具有的结构是在由包括氧化硅的氧化铟锡制成的电极(110nm)和由铝制成的电极(200nm)之间具有仅由芳族烃制成的层(200nm)。样本(1)至(3)的不同之处在于包含在这对电极之间的层中的芳族烃与金属氧化物的重量比。在样本(1)中,重量比是1∶0.5(=t-BuDNA∶氧化钼);样本(2)是2∶0.75(=t-BuDNA∶氧化钼);样本(3)是1∶1(=t-BuDNA∶氧化钼)。
本申请基于2005年4月21日向日本专利局提交的日本专利申请2005-124296,其全部内容通过引用合并于此。

Claims (15)

1.一种发光器件,包括:
第一电极;
第二电极;以及
所述第一电极和所述第二电极之间的发光层、第一混合层和第二混合层,
其中所述第一混合层包括在所述第一电极和所述发光层之间的芳族烃和金属氧化物,
其中所述第二混合层包括在所述第二电极和所述发光层之间的所述芳族烃和所述金属氧化物,
其中所述第二混合层与所述第二电极接触,
其中所述第一电极是阳极,并且
其中所述第二电极是阴极。
2.根据权利要求1的发光器件,其中所述金属氧化物包括氧化钼。
3.根据权利要求1的发光器件,其中所述芳族烃具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率。
4.根据权利要求1的发光器件,其中所述芳族烃具有14到42个碳原子。
5.根据权利要求1的发光器件,其中所述芳族烃是2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯,并五苯、晕苯中的至少一种。
6.根据权利要求1的发光器件,其中所述第一混合层与所述第一电极接触。
7.一种包括根据权利要求1的发光器件的电子设备。
8.一种发光器件,包括:
第一电极;
第二电极;以及
所述第一电极和所述第二电极之间的发光层、空穴传输层、第一混合层和第二混合层,
其中所述空穴传输层设置在所述发光层和所述第一混合层之间,
其中所述第一混合层包括芳族烃和金属氧化物,
其中所述第二混合层包括所述芳族烃和所述金属氧化物,
其中所述第二混合层与所述第二电极接触,
其中所述第一电极是阳极,并且
其中所述第二电极是阴极。
9.根据权利要求8的发光器件,其中所述金属氧化物包括氧化钼。
10.根据权利要求8的发光器件,其中所述芳族烃具有1×10-6cm2/Vs或更大的空穴迁移率。
11.根据权利要求8的发光器件,其中所述芳族烃具有14到42个碳原子。
12.根据权利要求8的发光器件,其中所述芳族烃是2-叔丁基-9,10-双(2-萘基)蒽、蒽、9,10-二苯蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯,并五苯、晕苯中的至少一种。
13.根据权利要求8的发光器件,其中所述第一混合层与所述第一电极接触。
14.根据权利要求8的发光器件,其中所述空穴传输层包括
4,4’-二[N-(1-萘基)-N-苯胺]联苯;
4,4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]联苯;
1,3,5-三[N,N-二(间甲苯基)胺基]苯;
4,4’,4”-三(N-咔唑基)三苯胺;
2,3-二(4-二苯胺苯基)喹喔啉;以及
2,3-二{4-[N-(1-萘基)-N-苯胺]苯基}-二苯并[f,h]喹喔啉中的至少一种。
15.一种包括根据权利要求8的发光器件的电子设备。
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