專利名稱：薄膜場致發(fā)光元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用電子-空穴復合發(fā)生的激勵狀態(tài)產生光子的薄膜場致發(fā)光元件。
發(fā)光層的構造是用發(fā)光材料的簡單組成，但是由于稱為濃度消光的發(fā)光分子間的相互作用使效率降低。作為改善它的對策，如在Blado等人的Appl.Phys.Lett.，vol.74，no3，p.442等中所示，能夠利用在1重利用材料中以百分之幾的程度摻雜自旋轉換發(fā)光材料或利用1重激勵狀態(tài)的發(fā)光材料的構成。
在1重利用材料中摻雜自旋轉換發(fā)光材料或利用1重激勵狀態(tài)的發(fā)光材料時能夠避免濃度消光，但是EL發(fā)光的發(fā)光量子效率的理論極限值為25％。
在本發(fā)明中，通過用作為生成激勵狀態(tài)的發(fā)光層的主要材料的自旋轉換材料，將發(fā)光材料個別地添加在該發(fā)光層中，達到有效地利用激勵狀態(tài)的上述目的。
即，根據本發(fā)明的薄膜場致發(fā)光元件的特征是它是備有利用電子-空穴復合發(fā)生的激勵狀態(tài)產生光子的發(fā)光層的薄膜場致發(fā)光元件，發(fā)光層包含軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料，和混合在上述材料中的發(fā)光性分子。
這種薄膜場致發(fā)光元件用軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料生成復合激勵狀態(tài)，將這個激勵能量傳輸給發(fā)光性分子進行發(fā)光。
又，根據本發(fā)明的薄膜場致發(fā)光元件的特征是它是備有利用電子-空穴復合發(fā)生的激勵狀態(tài)產生光子的發(fā)光層的薄膜場致發(fā)光元件，發(fā)光層是用含有作為個別摻雜劑的軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料和發(fā)光性分子的同時蒸鍍法在有機蒸鍍薄膜上制成的膜。
軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料可以是重金屬原子(原子序號76以上的金屬原子)與有機材料結合或配位的分子，重金屬原子可以是Ir或Pt。
發(fā)光性分子可以是重金屬原子(原子序號76以上的金屬原子)與有機材料結合或配位的分子，重金屬原子可以是Ir或Pt。
根據本發(fā)明，可以將3重激勵狀態(tài)和1重激勵狀態(tài)一樣用于發(fā)光，從而能夠提高發(fā)光量子效率。
圖2是表示有機分子構造的圖。
圖3是表示具有在Ir(ppy)3中混入PtOEP的發(fā)光層的有機發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖。
圖4是根據本發(fā)明的有機發(fā)光元件的其它例子的截面模式圖。
圖5(a)是表示具有在CBP中混入Ir(ppy)3的發(fā)光層的有機發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖，圖5(b)是表示具有在CBP中混入PtOEP的發(fā)光層的有機發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖，圖5(c)是表示具有在Ir(ppy)3中混入PtOEP的發(fā)光層的有機發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖。
圖6是具有在1重利用材料中混入自旋轉換材料、發(fā)光材料的發(fā)光層的有機發(fā)光元件的截面模式圖。
圖7是表示多元蒸鍍裝置的一個例子的概略圖。
在
圖1、圖6和圖7中的數字有下述的意義。
11透明基片，12透明電極，13空穴輸送層，14發(fā)光層，15電子輸送層，16金屬電極，14a自旋變換材料，14b發(fā)光分子，24發(fā)光層，24a1重利用材料，31反應室，32真空排氣系統(tǒng)，33基片，34～36蒸鍍舟，37～39加熱電極圖1是根據本發(fā)明將自旋轉換材料用作發(fā)光層主成分的有機發(fā)光元件的一個例子的截面模式圖。這個發(fā)光元件是在透明基片11上形成透明電極12，空穴輸送層13，發(fā)光層14，電子輸送層15和金屬電極16的pin型發(fā)光二極管的一種。在發(fā)光層14上，由于從電極12，16注入的空穴與電子復合形成激勵狀態(tài)。發(fā)光層14是由用自旋轉換材料作為主成分材料14a，其中以不產生濃度消光的濃度(約體積0.1～20％)混入發(fā)光分子14b構成的。通過主成分的自旋轉換材料14a發(fā)光層中的激勵狀態(tài)的自旋可以在1重狀態(tài)和3重狀態(tài)之間進行轉換，這個1重激勵狀態(tài)移動到發(fā)光分子14b產生發(fā)光。結果，激勵狀態(tài)中超過1/4的部分可用于發(fā)光。這個效果使得混入主成分材料的發(fā)光材料無論是1重利用材料還是自旋轉換材料都能起到相同的作用。成為發(fā)光層的主成分的自旋轉換材料，它的能量禁帶比發(fā)光分子的發(fā)光能量大是合適的，作為單分子評價時，無論是沒有發(fā)光性還是有發(fā)光性都可以。又，一般地，具有比3重激勵狀態(tài)轉換分子的能量禁帶寬度大的能量禁帶寬度的發(fā)光分子能夠實現高效率。
我們制作如圖1的截面模式圖所示的有機發(fā)光元件。在玻璃基片11上，順次地層積200nm厚的ITO(氧化銦錫)透明電極12，35nm厚的作為空穴注入層13的α-NPB，20nm厚的作為發(fā)光層14的以體積6％在Ir(ppy)3，(14a)中混入PtOEP(14b)的膜，和22nm厚的作為電子輸送層15的ALQ。其上，層積0.5nm厚的LiF層，150nm厚的Al層作為上部電極16。當形成膜時，ITO是用濺射法，其它的膜是用加熱舟的蒸鍍法這樣一些代表性的成膜方法形成的。圖2表示各有機分子的構造。通過在這個元件的ITO電極12-Al層16之間加上+4V以上的直流電壓，能夠高效率地實現PtOEP的發(fā)光。
圖3是表示這樣制作的有機發(fā)光元件的發(fā)光光譜。Ir(ppy)3也是發(fā)光性分子，但是幾乎看不到峰值在520nm附近的Ir(ppy)3的發(fā)光光譜，但是可以強烈地觀察到由PtOEP引起的在650nm有峰值的發(fā)光光譜。
通過選擇發(fā)光層材料能夠改變發(fā)光元件的發(fā)光波長。圖4是根據本發(fā)明具有將自旋轉換材料的CBP作為主成分材料，其中混入作為發(fā)光分子的Ir(ppy)3的發(fā)光層的有機發(fā)光元件的其它例子的截面模式圖。在無堿玻璃上，順次地層積140nm厚的ITO透明電極，40nm厚的作為空穴注入層的α-NPB，20nm厚的作為發(fā)光層的在CBP中以體積6％混入Ir(ppy)3的膜，6nm厚的作為緩沖層的BCP層，240nm厚的作為電子輸送層的ALQ，0.6nm厚的作為上部電極的LiF層，和150nm厚的Al層。當形成膜時，ITO是用濺射法，其它的膜是用加熱舟的蒸鍍法這樣一些代表性的成膜方法形成的。
圖5(a)表示圖4所示的發(fā)光元件的發(fā)光光譜。如圖所示，具有由Ir(ppy)3引起的520nm附近的峰。
除了發(fā)光層是由自旋轉換材料的CBP作為主成分材料，其中以體積6％混入作為發(fā)光分子的PtOEP構成外，制造出具有與圖4所示的相同層構造的有機發(fā)光元件。它的發(fā)光光譜如圖5(b)所示。這個發(fā)光元件的發(fā)光光譜具有由PtOEP引起的650nm附近的峰。
除了發(fā)光層是由自旋轉換材料的Ir(ppy)3作為主成分材料，其中以體積6％混入作為發(fā)光分子的PtOEP構成外，制造出具有與圖4所示的相同層構造的有機發(fā)光元件。它的發(fā)光光譜如圖5(c)所示。這個發(fā)光元件的發(fā)光光譜具有由PtOEP引起的650nm附近的峰，但是沒有觀察到由Ir(ppy)3引起的520nm附近的峰。
圖6是表示根據本發(fā)明的有機發(fā)光元件的其它例子的截面模式圖。在圖6中，在與圖1相同的構成部分上加上與圖1相同的號碼，并省略對它們的重復說明。
在發(fā)光層24中復合激勵狀態(tài)能十分自由地來回移動的情形中，沒有必要使發(fā)光層母體材料全部都是自旋轉換材料，用在1重利用材料中混入自旋轉換材料和發(fā)光材料的構造也能夠起到提高效率的作用。圖6所示的有機發(fā)光元件的發(fā)光層24(厚度20nm)是在作為主成分材料的1重利用材料(CBP)24a中以體積20％混入自旋轉換材料(Ir(ppy)3)14a，和以體積7％混入發(fā)光材料(PtOEP)14b的膜。通過在真空中同時蒸鍍有機分子形成充分混合分散狀態(tài)能夠實現在發(fā)光層膜中復合激勵狀態(tài)能十分自由地來回移動的構造。
圖7是表示用于形成發(fā)光層24的膜的多元蒸鍍裝置的一個例子的概略圖。在通過與真空排氣系統(tǒng)32連接，被真空排氣到10-6Torr以上的真空度的反應室31內，配置加入要蒸鍍材料的蒸鍍舟34，35，36，在它們上面使基片33的蒸鍍面與這些蒸鍍舟相對地配置基片33。通過加熱電極37，38，39使蒸鍍舟通電，通過加熱蒸鍍舟使在各蒸鍍舟34，35，36內的材料氣化，并蒸鍍在基片33上。能夠通過控制流過蒸鍍舟的電流，調整在基片上形成的同時蒸鍍膜的組成。
圖6所示的有機發(fā)光元件，用同時蒸鍍3種成分的膜作為發(fā)光層，但是也能夠用同時蒸鍍4種成分以上的膜。這時，除了主成分，自旋轉換材料，發(fā)光材料外作為追加的材料，是下列所示的材料。
(1)其他分子的自旋轉換材料我們可以預計復合激子具有種種能量值。為了實現種種能量值的3重激勵狀態(tài)的轉換，加入2種以上的自旋轉換材料。
(2)其他分子的發(fā)光材料為了實現發(fā)光光譜的色配合調整和光譜的波長區(qū)域擴大化，加入2種以上的發(fā)光材料。
(3)其他材料加入用于提高膜的混合性，上下膜的密著性等的材料和用于改善主成分材料導電性的材料(Li結合分子等)。
當用上述例子所示的本發(fā)明的有機發(fā)光元件時，能夠不受由于濃度消光引起的惡劣影響，利用3重材料的高效率化的效果。
權利要求
1.薄膜場致發(fā)光元件，其特征是備有利用電子-空穴復合發(fā)生的激勵狀態(tài)產生光子的發(fā)光層，上述發(fā)光層包含軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料，和混合在上述材料中的發(fā)光性分子。
2.權利要求1所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料是重金屬原子與有機材料結合或配位的分子。
3.權利要求2所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述重金屬原子是Ir或Pt。
4.權利要求1所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述發(fā)光性分子是重金屬原子與有機材料結合或配位的分子。
5.權利要求4所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述重金屬原子是Ir或Pt。
6.薄膜場致發(fā)光元件，其特征是備有通過利用電子-空穴復合發(fā)生的激勵狀態(tài)產生光子的發(fā)光層，上述發(fā)光層是用含有作為個別摻雜劑的軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料和發(fā)光性分子的同時蒸鍍法在有機蒸鍍薄膜上制成的膜。
7.權利要求6所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述軌道角動量量子數和激勵狀態(tài)的自旋量子數通過相互作用可以交換的材料是重金屬原子與有機材料結合或配位的分子。
8.權利要求7所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述重金屬原子是Ir或Pt。
9.權利要求6所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述發(fā)光性分子是重金屬原子與有機材料結合或配位的分子。
10.權利要求9所述的薄膜場致發(fā)光元件，其特征是上述重金屬原子是Ir或Pt。
全文摘要
本發(fā)明用于實現有機LED發(fā)光的高效率化。即,本發(fā)明采取用自旋轉換材料14a作為生成激勵狀態(tài)的發(fā)光層14的主要材料,其中個別地添加發(fā)光材料14b的構成,有效地利用激勵狀態(tài)。
文檔編號H05B33/10GK1388734SQ01125159
公開日2003年1月1日 申請日期2001年8月30日 優(yōu)先權日2001年5月29日
發(fā)明者中山隆博, 荒谷介和 申請人:株式會社日立制作所