CN1286891A - 场致发光元件 - Google Patents

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Abstract

一种其结构为在阳极(2)与阴极(6)之间至少夹持由有机高分子构成的发光层(4)的场致发光元件,其特征在于,在发光层(4)与阴极(6)之间,具有抑制无助于发光的,不需要的电流的薄膜层(5)。

Description

场致发光元件
技术领域
本发明涉及在信息装置终端的显示器等中使用的场致发光元件的结构。
背景技术
近年来，人们积极地开发置换CRT及液晶显示装置的下一代发光显示器，积极地进行PDP、FED、有机EL等的研究开发。在有机EL中，关于发蓝、绿、橙光的有机高分子材料，开发了作为初期特性能够实用化的材料(纤维学会讨论会预稿集，1998年，3A11等)。如Japanese Journal of Applied Physics Vol.30,No.11B,November,1991,PP.L1941～L1943中所示，作为发蓝色光的高分子材料，聚氟烯烃生物是周知的。此外，如美国专利5247190中所示，作为波长比绿色长的发光材料，聚对亚苯基亚乙烯基衍生物是周知的。
另一方面，在Appl.Phys.Lett.,70.152(1997)中报告了，在使用了低分子系列的发光材料的场致发光元件中，通过设置阴极表面层提高了电子注入效率的情况。
但是，关于发蓝色光的有机高分子材料，存在着虽然能够满足初期特性，可是随着通电时间的推移发光颜色向波长长的一侧移动的问题。
此外，关于把有机高分子材料作为发光材料来使用的场致发光元件，存在着因有机高分子的精制难度而引起混有杂质，无助于发光的电流通过该杂质而流动，得不到足够的效率的问题。
进而，在制造场致发光元件时，作为发光层的形成方法使用了印刷法，特别是在使用了喷墨法的情况下，可能发生印刷缺陷，但是，还可能存在着通过该缺陷而发生电短路，使得不能显示的问题。
发明的公开
本发明是鉴于上述问题而进行的，其课题在于，在作为发光材料使用了有机高分子材料，特别理想的是使用了发蓝色光的有机高分子材料的场致发光元件中，提供可抑制因通电而引起发光颜色的变化，能提高可靠性的元件结构，此外，通过抑制不需要的电流，提供可得到足够效率的元件结构，即使在使用了所显示的波长的绿色波长的发光颜色的有机高分子材料的场致发光元件中，也提供可得到足够效率的元件结构。此外，课题还在于，在使用印刷法，特别是使用喷墨法来制造显示装置的方法中，有效地防止在因状况而发生的印刷缺陷部中的电短路。
按照本发明，可提供下述的场致发光元件。
1．其结构为在阳极与阴极之间至少夹持由有机高分子构成的发光层的场致发光元件，其特征在于，在该发光层与该阳极及该阴极的至少一方之间，具有抑制无助于发光的，不需要的电流的薄膜层。
按照这样的场致发光元件，可有效地抑制通电时发光颜色的时效变化，能显著地提高可靠性。同时，由于有效地阻止了上述绝缘性薄膜因在有机高分子中存在着杂质而引起的电流，故提高了发光效率。
进而，利用本发明，作为较为理想的形态，可提供下述的结构。
2．上述1的场致发光元件，其特征在于，上述有机高分子的发光范围为，波长400nm～600nm。
按照这样的结构，特别是在发蓝色附近的光中，可得到提高上述的发光效率的效果。
3．上述1或2的场致发光元件，其特征在于，把上述薄膜层设置在上述阴极与上述发光层之间。
按照这样的结构，可避免因在阴极与由有机高分子构成的发光层的表面处的接合而引起的，不需要的电子陷阱能级的形成。
4．上述1至3的任一项的场致发光元件，其特征在于，上述薄膜层由从下述组中选择的至少一种材料构成，该组由碱金属的氟化物或氧化物、碱土金属的氟化物或氧化物、以及周期表第3族元素的氟化物或氧化物构成。
在这样的结构中，利用蒸镀法可容易地形成薄膜层，而且，由于其材料特性，可有效地抑制特别是发光颜色的时效变化，可抑制不需要的电流，能使发光效率提高。
5．上述1或2的场致发光元件，其特征在于，把上述薄膜层设置在上述阳极与上述发光层之间。
在这样的结构中，可避免因阳极与由有机高分子材料构成的发光层的接合而引起的空穴陷阱能级的形成。
6．上述1或2的场致发光元件，其特征在于，把空穴注入层或具有导电性的缓冲层以厚度为100nm以上设置在上述发光层与上述阳极之间。
在这样的结构中，更有效地减少了因通电而引起的发光颜色的时效变化。
7．上述1或2的场致发光元件，其特征在于，上述有机高分子为聚氟烯烃或其衍生物。
按照这样的结构，特别是在发蓝色光中，可最大限度地发挥上述薄膜层的效果，可更有效地减少发光颜色的时效变化。
8．上述1或2的场效发光元件，其特征在于，上述有机高分子为聚对亚苯基亚乙烯基或其衍生物。
按照这样的结构，在发绿色光中能显著地提高元件的发光效率。
9．上述1或2的场致发光元件，其特征在于，上述有机高分子的聚合度为2以上。
在这样的结构中，提高了发光层的制膜性，进一步提高了设置上述薄膜层所产生的可靠性及特性。
10．上述1或2的场致发光元件，其特征在于，上述发光层由多层发光材料层层叠而成。
按照这样的结构，可阶段展宽发光颜色的调整范围，同时，能实现发光效率的提高及可靠性的提高。
11．上述1或2的场致发光元件，其特征在于，利用印刷法来形成由上述有机高分子构成的发光层。
按照这样的结构，可利用极简便的制模法、即印刷法来进行元件的制造，此外，通过设置薄膜层，即使有印刷缺陷也很少发生电短路，可得到显示缺陷极少的显示装置。
12．上述11的场致发光元件，其特征在于，上述印刷法为喷墨法。
按照这样的结构，即使有喷墨法中的印刷缺陷也很少发生电短路，可做成显示缺陷极少的显示装置。
进而，按照本发明，作为特别理想的形态，可提供其结构为在阳极与阴极之间至少夹持由有机高分子构成的发光层的场致发光元件，其特征在于，把由碱金属、碱土金属、或周期表第3族元素的氟化物构成的层设置在该发光层与该阳极及阴极的至少一方之间。在这样的文件中，特别理想的是，使用氟化锂作为氟化物。
附图的简单说明
图1为示出与本发明的实施例1有关的场致发光元件的结构的剖面图；
图2为示出与本发明的实施例1有关的场致发光元件的发光光谱的图；
图3为示出比较例1的场致发光元件的发光光谱的图；
图4为示出与本发明的实施例2有关的场致发光元件的发光光谱的图；
图5为示出与本发明的实施例4有关的场致发光元件的色度的图；以及
图6为示出与本实施例7有关的场致发光元件的结构的剖面图。
实施发明用的最佳形态
下面，按照实施例详细地说明关于用于实施本发明的较为理想的形态。
(实施例1)
在本实施例中，示出了下述例子，在透明的2个电极(阳极及阴极)的间隙内夹持有机高分子材料的结构的场致发光元件中，作为上述有机高分子在波长400nm-600nm之间发光，而且，在上述有机高分子与阴极之间具有薄膜层。
图1中示出本发明的场致发光元件的剖面结构。首先，作为透明电极(阳极)在透明的玻璃基板1上进行ITO制膜及构图。其次，作为成为薄膜层3的空穴注入层(迁移层)，涂布Beyer公司制的Bytron，进行干燥，作成膜厚100nm。其次，作为发光层4，涂布聚(二辛基)氟烯烃的1％二甲苯溶液，作成膜厚50nm。其次，作为薄膜层5，涂布PMMA的酯酸乙基溶液，进行干燥，作成膜厚5nm。其次，作为阴极6，蒸镀钙，使膜厚为100nm，接着，蒸镀铝，使膜厚为300nm。其后，作为保护层，使用由紫外线硬化材料(紫外线硬化型环氧树脂)构成的密封剂及保护基板进行密封。
这样作成的发光元件(发蓝色光的元件)的发光光谱示于图2中。发光效率为0.11m/w。
在本实施例中，作为发光层4使用了聚氟烯烃衍生物，但是，只要是发蓝色光的有机高分子材料，就同样具有效果。
再者，通过在对ITO进行制膜、构图后，形成阴极分离用的隔壁，进行上层的形成，不需要在阴极材料制膜后，特别进行构图。此外，也可以不形成这样的隔壁，在阴极蒸镀时使用物理掩模进行构图，来形成阴极图形。
如果在玻璃基板(1)上预先形成TFT等有源元件，就能容易地进行大容量显示。
在本实施例中，作为薄膜层5使用了PMMA，但是，只要是具有绝缘性的有机高分子，例如聚乙烯等，就同样可以使用。此外，即使是具有绝缘性的无机材料，例如二氧化硅等，也同样可以使用。关于制膜法并不限于涂布法，蒸镀法等也同样可以使用。
在本实施例中，作为透明电极(阳极)使用了ITO，但是，由出光有限公司出售的IDIXO或透明导电膜等，只要是透明的导电材料就同样可以使用。
在本实施例中，使用了玻璃基板，但是，只要是透明的基板，即使是塑料等也同样可以使用。
在本实施例中，作为成为薄膜层3的空穴注入层(迁移层)使用了Bytron，但是，聚苯胺或酞菁染料化合物等具有导电性的材料，或者，具有空穴注入性能的绝缘材料、例如星形分子或苯胺衍生物也同样可以使用。
在本实施例中，作为阴极使用了钙，但是，锂、镁、铝及它们的合金等、只要是功函数小的物质，就同样可以使用。此外，与透明电极相比，即使是功函数较大的材料，通过调整驱动电压也可以使用。
在本实施例中，作为密封剂使用了由紫外线硬化型材料(紫外线硬化型环氧树脂)构成的密封材料，但是，只要是隔气性、防潮性良好的材料，即使是由热硬化型树脂构成的密封材料，也同样可以使用。
(比较例1)
通过在实施例1中不设图1结构的薄膜层5(发光层与阴极间的薄膜层)，制作了场致发光元件。将其发光光谱示于图3中。发光效率为0.061m/w。
(实施例2)
在本实施例中，示出了下述例子，图1中的薄膜层5(发光层与阴极间的薄膜层)是碱金属的氟化物或氧化物，或者碱土金属的氟化物或氧化物，或者周期表第3族元素的氟化物或氧化物。
薄膜层以外的形成方法与实施例1相同。作为薄膜层5，蒸镀氟化钙使膜厚为2nm而使用。把这样作成的发光元件(发蓝色光的元件)的发光光谱示于图4中。发光效率为0.171m/w。
在此，作为薄膜层蒸镀氟化钙而使用，但是，氟化锂也同样可以使用。此外，锂、钠、钾等碱金属的氟化物或氧化物，铍、镁、钙、钪等碱土金属的氟化物或氧化物，硼、铝、钾等周期表第3族元素的氟化物或氧化物也同样可以使用。其它，只要是具有适度的绝缘性、制膜容易、可抑制无助于发光的不需要的电流的材料，就同样也可以使用。
(实施例3)
在本实施例中，示出了作为发光层的有机高分子是聚对亚苯基亚乙烯基或其衍生物的例子。有机高分子层(发光层)以外的结构与实施例1的发光元件的结构相同。
作为图1中的发光层4(由有机高分子构成的层)，涂布聚对亚苯基亚乙烯基的前驱体，进行烧固，作成膜厚100nn。
这样制作的场致发光元件的发光效率为1．161m/w。
(比较例2)
在比较例1中，作为发光层(由有机高分子构成的层)，与实施例3同样对聚对亚苯基亚乙烯基进行制膜而使用，发光效率为0.41m/w。
(实施例4)
在本实施例中，示出了下述例子，在图1中示出的结构(实施例1)的发光元件中，使作为在发光层4与阳极2之间的薄膜层3设置的空穴注入层或具有导电性的缓冲层的厚度发生变化而进行制膜。
在实施例1中，使空穴注入层的厚度从25nm变化到220nm而作成场致发光元件，测定这些场致发光元件的通电5分钟后的色度，示于图5中。显然，缓冲层越厚(特别是，在100nm以上)色度越靠近蓝色一侧。
(实施例5)
在本实施例中，示出了在图1中示出的结构(实施例1)的发光元件中，使有机高分子的聚合度发生变化时的例子。在使聚合度变化到1、2、1000时，在使用了聚合度为1的有机高分子时，制膜性极差，聚合度越高制膜性就越好，插入薄膜层的效果就越大。即使聚合度为2，也可看到设置薄膜层的效果。
(实施例6)
在实施例中，示出在发光层的形成中使用了喷墨法的例子。
发光层的形成以外，利用实施例2。发光层的形成，利用喷墨法。在由于某种原因不能涂布发光层的像素中，成为这样的层叠结构：ITO/空穴注入层(迁移层)(在此，为Beyer公司制的Bytron)/薄膜层(在此，为LiF2nm)/Ca/Al。在该结构中，如果测定电流密度，则为1mA/cm2以下，在进行了发光层制膜时，电流密度为几十mA/cm2。显然，可抑制未形成发光层时的电流。
再者，在本实施例中，示出了关于喷墨法的情况，但是，也同样可应用于其它印刷法中。
(实施例7)
在本实施例中，示出了发光层由2层构成的例子。图6中，示出本实施例的场致发光元件的结构。
首先，在基板51上形成阳极组52，接着，形成隔壁53、空穴注入层(迁移层)(在此，为Beyer公司制的Bytron，膜厚为20nm)54。其次，对于发红光的像素，作为第一发光层(55)利用喷墨法涂布掺杂了1％碱性蕊香红101的聚对亚苯基亚乙烯基(RPPV)前驱体溶液，在150℃的氮中进行4个小时烧固，作成膜厚40nm。其次，对于发绿光的像素，作为第二发光层(55’)利用喷墨法涂布聚对亚苯基亚乙烯基(PPV)前驱体溶液。在150℃的氮中进行4个小时的烧固，作成膜厚30nm。对于发蓝光的像素，不用喷墨法进行涂布。其次，在全色像素范围内，作为第三发光层(56)涂布聚二辛基芴的二甲苯溶液，作成膜厚45nm。其次，作为薄膜层57在整个基板表面上蒸镀氟化锂使膜厚为2nm，接着，作为阴极58蒸镀钙100nm、进而蒸镀铝200nm。在其上利用保护基板及密封材料作成保护层59。进而，从取出电极部连接到控制电路上，进行显示。
这样作成的场致发光元件的发红光像素的效率为0.151m/w，发绿光像素的效率为0.121m/w，发蓝光像素的效率为0.181m/w。
此外，制作了预先在基板(51)上的每个像素中以埋入方式制成TFT元件的显示面板(像素数为320×240，尺寸为2英寸)。在利用有源矩阵驱动进行动图像显示的情况下，功耗约为1.6w，显示亮度为30cd/m2。
在本实施例中，各层的膜厚不限于在此示出的值。此外，发光材料也不限于在此示出的材料。此外，如果在所使用的基板上的预先形成了TFT阵列，则可进行显示。另一方面，如果把阳极及阴极作为条状电极组预先形成为互相正交的结构，则可进行简单的矩阵驱动。
如上面所详述的那样，按照本发明，通过在由有机高分子构成的发光层与阴极之间的设置可抑制无助于发光的、不需要的电流的薄膜层，可抑制发光颜色的长波长化，此外，可显著地提高发光效率。此外，即使发生了印刷法等的发光层形成过程中的发光层缺陷，也能有效地避免电短路，由此，可简便地作成并提供发光效率高、色再现性高的有机EL显示器，会加速其到信息显示装置中的应用。
工业上利用的可能性
本发明的场致发光元件可优选地用于具备下述装置的电子装置中：要求高清晰度图像显示的膝上型个人计算机(PC)、电视机、录像器型或监视器直视型磁带录像机、车辆导航装置、电子记事本、台式电子计算器、文字处理器、工作站(EWS)、携带电话机、电视电话机、POS终端、寻呼机及触摸屏等。

Claims (14)

1．一种场致发光元件，其结构为在阳极与阴极间至少夹持由有机高分子构成的发光层，其特征在于，
在该发光层与该阳极及该阴极的至少一方之间，具有抑制无助于发光的不需要的电流的薄膜层。
2．根据权利要求1中所述的场致发光元件，其特征在于，
上述有机高分子的发光范围为波长400nm～600nm。
3．根据权利要求1或2中所述的场致发光元件，其特征在于，
把上述薄膜层放置在上述阴极与上述发光层之间。
4．根据权利要求1至3的任一项所述的场致发光元件，其特征在于，
上述薄膜层由从下述组中选择的至少一种材料构成，该组由碱金属的氟化物或氧化物、碱土金属的氟化物或氧化物、以及周期表第3族元素的氟化物或氧化物构成。
5．权利要求1或2所述的场致发光元件，其特征在于，
把上述薄膜层放置在上述阳极与上述发光层之间。
6．根据权利要求1或2中所述的场致发光元件，其特征在于，
把空穴注入层或具有导电性的缓冲层以厚度为100nm以上设置在上述发光层与上述阳极之间。
7．根据权利要求1或2中所述的场致发光元件，其特征在于，
上述有机高分子为聚氟烯烃或其衍生物。
8．根据权利要求1或2中所述的场致发光元件，其特征在于，
上述有机高分子为聚对亚苯基亚乙烯基或其衍生物。
9．根据权利要求1或2中所述的场致发光元件，其特征在于，
上述有机高分子的聚合度为2以上。
10．根据权利要求1或2中所述的场致发光元件，其特征在于，
上述发光层由多层发光材料层层叠而成。
11．根据权利要求1或2中所述的场致发光元件，其特征在于，
利用印刷法来形成由上述有机高分子构成的发光层。
12．根据权利要求11中所述的场致发光元件，其特征在于，
上述印刷法为喷墨法。
13．一种场致发光元件，其结构为在阳极与阴极之间至少夹持由有机高分子构成的发光层，其特征在于，
把由碱金属、碱土金属、或周期表第3族元素的氟化物构成的层放置在该发光层与该阳极及该阴极的至少一方之间。
14．根据权利要求13中所述的场致发光元件，其特征在于，
上述氟化物为氟化锂。
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