CN1388734A - 薄膜场致发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明用于实现有机LED发光的高效率化。即,本发明采取用自旋转换材料14a作为生成激励状态的发光层14的主要材料,其中个别地添加发光材料14b的构成,有效地利用激励状态。

Description

薄膜场致发光元件
技术领域
本发明涉及利用电子-空穴复合发生的激励状态产生光子的薄膜场致发光元件。
背景技术
在有机场致发光元件中，在生成这种激励状态产生光子变换功能的构成部分(以下称为发光层)中，以1∶3的比例生成1重激励状态和3重激励状态，但是其中能够用于发光的只是占激励状态四分之一的1重激励状态(以下，为了方便起见将这些材料称为1重利用材料)。近年来，人们已经知道在与Ir和Pt等的重金属结合的发光分子中，通过由这些重金属效果产生的相互作用，轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数会发生交换，并且知道能够将超过1/4比例的激励状态用于发光(以下，为了方便起见将这些材料称为自旋转换材料)。
发光层的构造是用发光材料的简单组成，但是由于称为浓度消光的发光分子间的相互作用使效率降低。作为改善它的对策，如在Blado等人的Appl.Phys.Lett.，vol.74，no3，p.442等中所示，能够利用在1重利用材料中以百分之几的程度掺杂自旋转换发光材料或利用1重激励状态的发光材料的构成。
在1重利用材料中掺杂自旋转换发光材料或利用1重激励状态的发光材料时能够避免浓度消光，但是EL发光的发光量子效率的理论极限值为25％。
发明内容
本发明的目的是为了提高作为在从发光型显示器开始的种种发光器件中共通课题的发光量子效率(产生的光子数与注入电荷数之比)或能量效率(发光能量与施加能量之比)。
在本发明中，通过用作为生成激励状态的发光层的主要材料的自旋转换材料，将发光材料个别地添加在该发光层中，达到有效地利用激励状态的上述目的。
即，根据本发明的薄膜场致发光元件的特征是它是备有利用电子-空穴复合发生的激励状态产生光子的发光层的薄膜场致发光元件，发光层包含轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料，和混合在上述材料中的发光性分子。
这种薄膜场致发光元件用轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料生成复合激励状态，将这个激励能量传输给发光性分子进行发光。
又，根据本发明的薄膜场致发光元件的特征是它是备有利用电子-空穴复合发生的激励状态产生光子的发光层的薄膜场致发光元件，发光层是用含有作为个别掺杂剂的轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料和发光性分子的同时蒸镀法在有机蒸镀薄膜上制成的膜。
轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料可以是重金属原子(原子序号76以上的金属原子)与有机材料结合或配位的分子，重金属原子可以是Ir或Pt。
发光性分子可以是重金属原子(原子序号76以上的金属原子)与有机材料结合或配位的分子，重金属原子可以是Ir或Pt。
根据本发明，可以将3重激励状态和1重激励状态一样用于发光，从而能够提高发光量子效率。
附图说明
图1是根据本发明将自旋转换材料用作发光层主成分的有机发光元件的一个例子的截面模式图。
图2是表示有机分子构造的图。
图3是表示具有在Ir(ppy)3中混入PtOEP的发光层的有机发光元件的发光光谱图。
图4是根据本发明的有机发光元件的其它例子的截面模式图。
图5(a)是表示具有在CBP中混入Ir(ppy)3的发光层的有机发光元件的发光光谱图，图5(b)是表示具有在CBP中混入PtOEP的发光层的有机发光元件的发光光谱图，图5(c)是表示具有在Ir(ppy)3中混入PtOEP的发光层的有机发光元件的发光光谱图。
图6是具有在1重利用材料中混入自旋转换材料、发光材料的发光层的有机发光元件的截面模式图。
图7是表示多元蒸镀装置的一个例子的概略图。
在图1、图6和图7中的数字有下述的意义。
11：透明基片，12：透明电极，13：空穴输送层，14：发光层，15：电子输送层，16：金属电极，14a：自旋变换材料，14b：发光分子，24：发光层，24a：1重利用材料，31：反应室，32：真空排气系统，33：基片，34～36：蒸镀舟，37～39：加热电极
具体实施方式
下面，我们参照附图说明本发明的实施形态。
图1是根据本发明将自旋转换材料用作发光层主成分的有机发光元件的一个例子的截面模式图。这个发光元件是在透明基片11上形成透明电极12，空穴输送层13，发光层14，电子输送层15和金属电极16的pin型发光二极管的一种。在发光层14上，由于从电极12，16注入的空穴与电子复合形成激励状态。发光层14是由用自旋转换材料作为主成分材料14a，其中以不产生浓度消光的浓度(约体积0.1～20％)混入发光分子14b构成的。通过主成分的自旋转换材料14a发光层中的激励状态的自旋可以在1重状态和3重状态之间进行转换，这个1重激励状态移动到发光分子14b产生发光。结果，激励状态中超过1/4的部分可用于发光。这个效果使得混入主成分材料的发光材料无论是1重利用材料还是自旋转换材料都能起到相同的作用。成为发光层的主成分的自旋转换材料，它的能量禁带比发光分子的发光能量大是合适的，作为单分子评价时，无论是没有发光性还是有发光性都可以。又，一般地，具有比3重激励状态转换分子的能量禁带宽度大的能量禁带宽度的发光分子能够实现高效率。
我们制作如图1的截面模式图所示的有机发光元件。在玻璃基片11上，顺次地层积200nm厚的ITO(氧化铟锡)透明电极12，35nm厚的作为空穴注入层13的α-NPB，20nm厚的作为发光层14的以体积6％在Ir(ppy)3，(14a)中混入PtOEP(14b)的膜，和22nm厚的作为电子输送层15的ALQ。其上，层积0.5nm厚的LiF层，150nm厚的Al层作为上部电极16。当形成膜时，ITO是用溅射法，其它的膜是用加热舟的蒸镀法这样一些代表性的成膜方法形成的。图2表示各有机分子的构造。通过在这个元件的ITO电极12-Al层16之间加上+4V以上的直流电压，能够高效率地实现PtOEP的发光。
图3是表示这样制作的有机发光元件的发光光谱。Ir(ppy)3也是发光性分子，但是几乎看不到峰值在520nm附近的Ir(ppy)3的发光光谱，但是可以强烈地观察到由PtOEP引起的在650nm有峰值的发光光谱。
通过选择发光层材料能够改变发光元件的发光波长。图4是根据本发明具有将自旋转换材料的CBP作为主成分材料，其中混入作为发光分子的Ir(ppy)3的发光层的有机发光元件的其它例子的截面模式图。在无碱玻璃上，顺次地层积140nm厚的ITO透明电极，40nm厚的作为空穴注入层的α-NPB，20nm厚的作为发光层的在CBP中以体积6％混入Ir(ppy)3的膜，6nm厚的作为缓冲层的BCP层，240nm厚的作为电子输送层的ALQ，0.6nm厚的作为上部电极的LiF层，和150nm厚的Al层。当形成膜时，ITO是用溅射法，其它的膜是用加热舟的蒸镀法这样一些代表性的成膜方法形成的。
图5(a)表示图4所示的发光元件的发光光谱。如图所示，具有由Ir(ppy)3引起的520nm附近的峰。
除了发光层是由自旋转换材料的CBP作为主成分材料，其中以体积6％混入作为发光分子的PtOEP构成外，制造出具有与图4所示的相同层构造的有机发光元件。它的发光光谱如图5(b)所示。这个发光元件的发光光谱具有由PtOEP引起的650nm附近的峰。
除了发光层是由自旋转换材料的Ir(ppy)3作为主成分材料，其中以体积6％混入作为发光分子的PtOEP构成外，制造出具有与图4所示的相同层构造的有机发光元件。它的发光光谱如图5(c)所示。这个发光元件的发光光谱具有由PtOEP引起的650nm附近的峰，但是没有观察到由Ir(ppy)3引起的520nm附近的峰。
图6是表示根据本发明的有机发光元件的其它例子的截面模式图。在图6中，在与图1相同的构成部分上加上与图1相同的号码，并省略对它们的重复说明。
在发光层24中复合激励状态能十分自由地来回移动的情形中，没有必要使发光层母体材料全部都是自旋转换材料，用在1重利用材料中混入自旋转换材料和发光材料的构造也能够起到提高效率的作用。图6所示的有机发光元件的发光层24(厚度20nm)是在作为主成分材料的1重利用材料(CBP)24a中以体积20％混入自旋转换材料(Ir(ppy)3)14a，和以体积7％混入发光材料(PtOEP)14b的膜。通过在真空中同时蒸镀有机分子形成充分混合分散状态能够实现在发光层膜中复合激励状态能十分自由地来回移动的构造。
图7是表示用于形成发光层24的膜的多元蒸镀装置的一个例子的概略图。在通过与真空排气系统32连接，被真空排气到10-6Torr以上的真空度的反应室31内，配置加入要蒸镀材料的蒸镀舟34，35，36，在它们上面使基片33的蒸镀面与这些蒸镀舟相对地配置基片33。通过加热电极37，38，39使蒸镀舟通电，通过加热蒸镀舟使在各蒸镀舟34，35，36内的材料气化，并蒸镀在基片33上。能够通过控制流过蒸镀舟的电流，调整在基片上形成的同时蒸镀膜的组成。
图6所示的有机发光元件，用同时蒸镀3种成分的膜作为发光层，但是也能够用同时蒸镀4种成分以上的膜。这时，除了主成分，自旋转换材料，发光材料外作为追加的材料，是下列所示的材料。
(1)其他分子的自旋转换材料
我们可以预计复合激子具有种种能量值。为了实现种种能量值的3重激励状态的转换，加入2种以上的自旋转换材料。
(2)其他分子的发光材料
为了实现发光光谱的色配合调整和光谱的波长区域扩大化，加入2种以上的发光材料。
(3)其他材料
加入用于提高膜的混合性，上下膜的密着性等的材料和用于改善主成分材料导电性的材料(Li结合分子等)。
当用上述例子所示的本发明的有机发光元件时，能够不受由于浓度消光引起的恶劣影响，利用3重材料的高效率化的效果。

Claims (10)

1.薄膜场致发光元件，其特征是备有利用电子-空穴复合发生的激励状态产生光子的发光层，
上述发光层包含轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料，和混合在上述材料中的发光性分子。
2.权利要求1所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料是重金属原子与有机材料结合或配位的分子。
3.权利要求2所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述重金属原子是Ir或Pt。
4.权利要求1所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述发光性分子是重金属原子与有机材料结合或配位的分子。
5.权利要求4所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述重金属原子是Ir或Pt。
6.薄膜场致发光元件，其特征是备有通过利用电子-空穴复合发生的激励状态产生光子的发光层，
上述发光层是用含有作为个别掺杂剂的轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料和发光性分子的同时蒸镀法在有机蒸镀薄膜上制成的膜。
7.权利要求6所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述轨道角动量量子数和激励状态的自旋量子数通过相互作用可以交换的材料是重金属原子与有机材料结合或配位的分子。
8.权利要求7所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述重金属原子是Ir或Pt。
9.权利要求6所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述发光性分子是重金属原子与有机材料结合或配位的分子。
10.权利要求9所述的薄膜场致发光元件，其特征是上述重金属原子是Ir或Pt。
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