CN102683614B

CN102683614B - 有机场致发光元件、显示装置及照明装置

Info

Publication number: CN102683614B
Application number: CN201110309207.3A
Authority: CN
Inventors: 水野幸民; 雨宫功; 平尾明子; 高须勋; 杉崎知子; 天野昌朗; 真常泰; 泽部智明; 榎本信太郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: US8580403B2; CN102683614A; EP2498314A1; TW201237138A; US20120228585A1; JP5330429B2; JP2012190843A

Abstract

本发明的实施方式提供有机场致发光元件以及使用了该元件的显示装置及照明装置，通过使用不易产生因电荷流过而引起的劣化的主体材料，使寿命及亮度提高。根据实施方式，提供所述有机场致发光元件(10)，其具备：相互分开配置的阳极(12)及阴极(17)；配置于所述阳极(12)和所述阴极(17)之间且包含主体材料及发光掺杂剂的发光层(14)。作为所述主体材料，使用包含下述式(1)所示的二苯并噻吩骨架作为重复单元的聚合物，式中，n为20～10000的整数。化学式1

Description

有机场致发光元件、显示装置及照明装置

本申请以日本专利申请2011-050622(申请日：2011年3月8日)为基础，由该申请享受优先权。本申请参照该申请，从而包括该申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及有机场致发光元件以及使用了该元件的显示装置及照明装置。

背景技术

近年来，作为用于新一代显示器或照明的发光技术，有机场致发光元件(以下，也称为有机EL元件)正备受瞩目。有机EL元件的研究初期主要使用荧光作为有机层的发光机理。但是，近年来，正集中关注于使用了内部量子效率更高的磷光的有机EL元件。

近年来的发光层构成的主流是在由有机材料构成的主体材料中掺杂以铱或铂等为中心金属的发光性金属络合物而成的构成。发光层中的主体材料大致分为低分子系和高分子系。包含低分子系主体材料的发光层主要通过真空共蒸镀低分子系主体材料和发光掺杂剂而成膜。包含高分子系主体材料的发光层主要通过涂敷将高分子系主体材料和发光掺杂剂混合而成的溶液而成膜。作为高分子系主体材料的代表例，可以举出聚乙烯基咔唑(PVK)。

在使用高分子材料作为主体材料时，如果电荷在高分子材料中流过，则产生材料自身引起分解或副反应而成为其它的物质等因各种机理使高分子材料自身劣化的问题。特别是已知聚乙烯基咔唑为电荷不易流过的材料，为了流过电荷，需要施加高电压。因此，对材料赋予超出需要的负载，由此容易产生材料的劣化。由此，要求一种即使电荷流过也不易产生劣化的主体材料。另外，使用这样的材料也关系到有机EL元件的长寿命化。

发明内容

本发明所要解决的课题为提供通过使用不易产生因电荷流过而引起的劣化的主体材料，使寿命及亮度提高了的有机场致发光元件以及使用了该元件的显示装置及照明装置。

根据实施方式，可以提供一种有机场致发光元件，具备：相互分开配置的阳极及阴极；配置于所述阳极和所述阴极之间且包含主体材料及发光掺杂剂的发光层。其特征在于，作为所述主体材料，包含含有下述式(1)所示的二苯并噻吩骨架作为重复单元的聚合物。

化学式1

(式中，n为20～10000的整数)

根据所述实施方式，可以提供通过使用不易产生因电荷流过而引起的劣化的主体材料，使寿命及亮度提高了的有机场致发光元件以及使用了该元件的显示装置及照明装置。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的有机场致发光元件的剖面图。

图2是表示实施方式所涉及的显示装置的电路图。

图3是表示实施方式所涉及的照明装置的剖面图。

图4是表示实施例及比较例所涉及的有机场致发光元件的EL光谱的图。

图5是表示实施例及比较例所涉及的有机场致发光元件中的电流密度和发光效率的关系的图。

图6是比较实施例及比较例所涉及的有机场致发光元件的寿命的图。

具体实施方式

以下，边参照附图边对实施方式进行说明。

图1是表示实施方式所涉及的有机场致发光元件的剖面图。

有机场致发光元件10具有在基板11上依次形成阳极12、空穴传输层13、发光层14、电子传输层15、电子注入层16及阴极17而成的构造。根据需要形成空穴传输层13、电子传输层15及电子注入层16。

以下，对实施方式所涉及的有机场致发光元件的各部件进行详细说明。

发光层14为具有如下功能的层：分别从阳极侧接收空穴、从阴极侧接收电子，提供空穴和电子的再结合的场所而使其发光。利用该结合发出的能量激发发光层中的主体材料。能量从激发状态的主体材料向发光掺杂剂移动，由此使发光掺杂剂成为激发状态，发光掺杂剂再次恢复到基态时进行发光。

发光层14采用在由有机材料构成的主体材料中掺杂发光性金属络合物(以下，称为发光掺杂剂)的构成。在本实施方式中，作为主体材料，使用包含含有下式(1)所示的二苯并噻吩结构作为重复单元的聚合物的材料。以下，也将下述式(1)所示的聚合物称为聚乙烯基二苯并噻吩(PVDBT)。

化合物2

在上述式(1)中，n为20～10000的整数。在n低于20时，通常难以定义为高分子，将其用作主体材料时的涂敷制膜性也不良好。另一方面，如果n大于10000，则难以溶于溶剂，缺乏作为主体材料的适合性。作为上述式(1)所示的聚合物，特别优选使用数均分子量为400～200万的聚合物。

上述式(1)所示的聚合物不易产生因电荷流过而引起的劣化。因此，通过使用上述式(1)所示的化合物作为主体材料，能够得到比目前寿命长的有机EL元件。

另外，使用上述式(1)所示的聚合物作为主体材料而制作的有机EL元件在流过相同量的电流时，能够得到比目前的元件高的发光效率及亮度。

上述通式(1)所示的聚合物为已知的化合物(例如，参照J.Polym.Sci.part A：P0lym Chem.35，2813(1997))。但是，没有将其用作有机EL元件的主体材料的例子。

作为发光掺杂剂，可以使用磷光发光掺杂剂及荧光发光掺杂剂的任一种，也可从在该领域已知的各种发光掺杂剂中选择。例如，可以使用如下材料，但不限于这些。

化学式3-1

双(3，5-二氟-2-(2-吡啶基)苯基(2-羧基吡啶基)铱(III)

化学式3-2

双(2，4-二氟苯基吡啶)四(1-吡唑啉基）硼酸铱（III）

化学式3-3

面式-三(1-苯基-3-甲基苯并咪唑-2-茚-C，C2’)铱(III)

化学式3-4

[2(4，6-二氟苯基)吡啶-N，C²]-(乙酰丙酮)铂(III)

化学式3-5

三(2-(2，4-二氟苯基)吡啶)铱(III)

为了取得发光层内的空穴和电子的载体平衡且提高发光效率，也可以在发光层中进一步含有电子传输性材料或空穴传输性材料。

发光层14的成膜方法只要为能够形成薄膜的方法就没有特别限定，例如，可以使用旋涂法。将包含发光掺杂剂及主体材料的溶液涂敷为期望的膜厚后，用加热板等进行加热干燥。涂敷的溶液也可以使用预先用过滤器过滤后的溶液。

发光层14的厚度优选为10～100nm。发光层14中的主体材料和发光掺杂剂的比例只要不损伤本发明的效果就可以为任意比例。

基板11用于支承其它部件。该基板11优选不因热或有机溶剂而变质的基板。作为基板11的材料，例如可以举出：无碱玻璃、石英玻璃等无机材料、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、液晶聚合物、环烯烃聚合物等塑料、高分子膜、及不锈钢(SUS)、硅等金属基板。为了取出发光，优选使用由玻璃、合成树脂等构成的透明的基板。基板11的形状、构造、大小等没有特别限制，可根据用途、目的等适宜选择。基板11的厚度只要满足用于支承其它部件的充分的强度就没有特别限定。

阳极12层叠在基板11上。阳极12向空穴传输层13或发光层14注入空穴。作为阳极12的材料，只要为具有导电性的材料就没有特别限定。通常，将透明或半透明的具有导电性的材料通过真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、镀覆法、涂敷法等成膜。例如，能够将导电性金属氧化物膜、半透明金属薄膜等用作阳极12。具体而言，可以使用利用由氧化铟、氧化锌、氧化锡及作为它们的复合体的氧化铟锡(ITO)、氟掺杂二氧化锡(FTO)、氧化铟锌等构成的导电性玻璃制作的膜(NESA等)或金、铂、银、铜等。特别优选为由ITO构成的透明电极。另外，作为电极材料，也可以使用作为有机系导电性聚合物的聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等。在ITO时，阳极12的膜厚优选为30～300nm。如果比30nm薄，则导电性降低而电阻变高，成为发光效率降低原因。如果比300nm厚，则在ITO中没有挠性，作用应力时产生裂纹。阳极12可以为单层，也可以为层叠由不同功函数的材料构成的层而成的层。

空穴传输层13任意地配置在阳极12与发光层14之间。空穴传输层13为具有从阳极12接收空穴并向发光层侧传输的功能的层。作为空穴传输层13的材料，例如可以使用作为导电性油墨的聚(乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)[以下，记为PEDOT:PSS]之类的聚噻吩系聚合物，但不限于此。也可以将本实施方式中用作主体材料的PVDBT用作空穴传输层的材料。空穴传输层13的成膜方法只要为能够形成薄膜的方法就没有特别限定，例如可以使用旋涂法。在将空穴传输层13的溶液涂敷为期望的膜厚后，用加热板等进行加热干燥。涂敷的溶液也可以使用预先用过滤器过滤后的溶液。

电子传输层15任意地层叠在发光层14上。电子传输层13为具有从电子注入层16接收电子并向发光层14传输的功能的层。作为电子传输层15的材料，例如可以使用三[3-(3-吡啶基)-均三甲苯基]硼烷[以下，记为3TPYMB]、三(8-羟基喹啉)铝络合物(Alq3)、红菲绕啉(BPhen)等，但不限于这些。也可以将本实施方式中用作主体材料的PVDBT用作电子传输层的材料。电子传输层15的成膜方法与空穴传输层13相同。

电子注入层16任意地层叠在电子传输层15上。电子注入层16为具有从阴极17接收电子并向电子传输层15或发光层14注入的功能的层。作为电子注入层16的材料，例如可以使用CsF、LiF等，但不限于这些。电子传输层16的成膜方法与空穴传输层13相同。

阴极17层叠在发光层14(或电子传输层15或电子注入层16)上。阴极17向发光层14(或电子传输层15或电子注入层16)注入电子。通常，将透明或半透明的具有导电性的材料通过真空蒸镀法、喷镀法、离子镀法、镀覆法、涂敷法等成膜。作为电极材料，可以举出导电性金属氧化物膜、金属薄膜等。在使用功函数高的材料形成阳极12时，优选阴极17使用功函数低的材料。作为功函数低的材料，例如可以举出碱金属、碱土类金属等。具体而言，可以举出Li、In、Al、Ca、Mg、Li、Na、K、Yb、Cs等。

阴极17可以为单层，也可以为层叠由不同功函数的材料构成的层而成的层。另外，也可以使用两种以上的金属的合金。作为合金的例子，可举出锂-铝合金、锂-镁合金、锂-铟合金、镁-银合金、镁-铟合金、镁-铝合金、铟-银合金、钙-铝合金等。

阴极17的膜厚优选为10～150nm。在膜厚比上述范围薄时，电阻变得过大。在膜厚厚时，阴极17的成膜需要长时间，对邻接的层造成损伤，从而性能劣化。

以上，对在基板上层叠阳极、在与基板的相反侧配置阴极的构成的有机场致发光元件进行了说明，但也可以在阴极侧配置基板。

图2是表示本发明实施方式所涉及的显示装置的电路图。

图2所示的显示装置20采用在矩阵状地配置横向的控制线(CL)和纵向的信号线(DL)而成的电路中分别配置有像素21的构成。像素21包含发光元件25及与发光元件25连接的薄膜晶体管(TFT)26。TFT26的一端子与控制线连接，另一端子与信号线连接。信号线与信号线驱动电路22连接。另外，控制线与控制线驱动电路23连接。信号线驱动电路22及控制线驱动电路23受控制器24控制。

图3是表示本发明实施方式所涉及的照明装置的剖面图。

照明装置100采用在玻璃基板101上依次层叠阳极107、有机EL层106、及阴极105而成的构成。密封玻璃102以覆盖阴极105的方式进行配置并使用UV粘接剂104进行固定。在密封玻璃102的阴极105侧的面上设置干燥剂103。

[实施例]

<实施例>

使用PVDBT作为发光层中的主体材料制作有机EL元件。该元件的层构成如下。

ITO 100nm/PEDOT:PSS 50nm/PVDBT:FIrpic 70nm/3TPYMB 10nm/CsF0.5nm/Al 150nm。

阳极为由厚度为100nm的ITO(氧化铟锡)形成的透明电极。

空穴传输层的材料使用作为导电性油墨的聚(乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)[以下，也称为PEDOT:PSS]的水溶液。通过旋涂涂敷PEDOT:PSS水溶液，进行加热使其干燥，由此形成50nm厚度的空穴传输层。

对发光层的材料而言，使用双(3，5-二氟-2-(2-吡啶基)苯基-(2-羧基吡啶基)铱(III)(以下，称为FIrpic)作为发光掺杂剂，使用聚乙烯基二苯并噻吩(数均分子量50000，分子量分布3.2)作为主体材料。以重量比计为PVDBT∶FIrpic＝95∶5的方式进行秤量，通过旋涂涂敷溶解这些物质于氯苯的溶液，通过加热使其干燥，从而形成70nm厚度的发光层。

通过真空蒸镀三[3-(3-吡啶基)-均三甲苯基]硼烷[3TPYMB]而形成10nm厚度的电子传输层。电子注入层由厚度为0.5nm的CsF形成，阴极由厚度为150nm的A1形成。

<比较例>

为了比较，使用PVK作为主体材料，除此以外，与实施例1同样地制作有机EL元件。在此，作为PVK，使用商品名Poly(9-vinylcarbazole)(Aldrich公司制，商品目录编号为368350，分子量分布(聚合度)为2，数均分子量为25000～50000)。

<试验例1：EL光谱测定>

对实施例及比较例所涉及的有机EL元件测定施加电压时的场致发光(EL)光谱。测定使用浜松photonix公司制的高灵敏度多通道分光器C10027-01进行。将该结果示于图4。确认到实施例和比较例的光谱完全重合，在任一个有机EL元件中发光掺杂剂均发光。由该结果可知，实施例中使用的PVDBT可以用作有机EL元件的主体材料。

<试验例2：发光特性的比较>

对实施例及比较例所涉及的有机EL元件检查电流密度和发光效率的关系。发光效率通过同时进行亮度测定和电流及电压的测定而求出。亮度使用浜松photonix公司制的带视亮度过滤器的Si光电二极管S7610进行测定。另外，电流及电压的测定使用HEWLETT PACKARD公司制的半导体参数分析仪4156b进行。将其结果示于图5。

由图5可知，在以相同的电流密度进行比较时，实施例与比较例相比，也可以得到更高的发光效率。以相同的电流密度进行比较时的发光效率高意味着以相同的电流密度进行比较时的亮度也高。

<试验例3：元件寿命的比较>

对实施例及比较例所涉及的有机EL元件比较了元件寿命。元件寿命通过经时测定亮度而进行评价。亮度使用浜松photonix公司制的带视亮度过滤器的Si光电二极管S7610进行测定。

将其结果示于图6。纵轴的标准化亮度是指，将时间0的亮度设为1，以相对于时间0的亮度的比表示其之后的各时间的亮度。即，能够以标准化亮度＝各时间的实测亮度/时间0的亮度的式表示。由图6可知，实施例的有机EL元件的寿命为比较例的有机EL元件的约2.8倍。由该结果可以说，PVDBT不易产生因电荷流过而引起的劣化，通过将其用作有机EL元件的主体材料，可以得到长寿命的元件。

根据上述实施方式或实施例，可以提供通过使用不易产生因电荷流过而引起的劣化的主体材料，使寿命及亮度提高了的有机场致发光元件以及使用了该元件的显示装置及照明装置。

对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，没有打算限定发明的范围。这些新型的实施方式能够以其它的各种方式进行实施。在不脱离发明的宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或宗旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims

1.一种有机场致发光元件，其特征在于，具备：

相互分开配置的阳极及阴极；

配置于所述阳极和所述阴极之间且包含主体材料及发光掺杂剂的发光层，

作为所述主体材料，包含含有下述式(1)所示的二苯并噻吩骨架作为重复单元的聚合物，

式中，n为20～10000的整数。

2.如权利要求1所述的有机场致发光元件，其特征在于，所述式(1)所示的聚合物的数均分子量为400～200万。

3.如权利要求1所述的有机场致发光元件，其特征在于，所述发光掺杂剂为显示磷光发光的材料。

4.如权利要求3所述的有机场致发光元件，其特征在于，所述磷光发光为蓝色。

5.一种显示装置，其特征在于，具备权利要求1所述的有机场致发光元件。

6.一种照明装置，其特征在于，具备权利要求1所述的有机场致发光元件。