发光元件、发光装置、电子设备、照明装置及有机化合物的制作方法_3

文档序号:9549707阅读:来源:国知局
含镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、锡(Sn)、铂(Pt)、铟(In)或钯(Pd)等的 含金属卟啉。作为该含金属卟啉,例如可例举原卟啉-氟化锡配合物(SnF2(ProtoIX))、 中卟啉-氟化锡配合物(SnF2(MesoIX))、血卟啉-氟化锡配合物(SnF2(HematoIX))、奠 卟啉四甲基酯-氟化锡配合物(SnF2(CoproIII-4Me))、八乙基卟啉-氟化锡配合物(SnF2 (0ΕΡ))、初卟啉-氟化锡配合物(SnF2(EtioI))、八乙基卟啉-氯化铂配合物(PtCl20EP) 等。还可以使用2-(联苯-4-基)-4,6_双(12-苯基吲哚并[2,3-a]咔唑-11-基)-1,3, 5-三嗪(PIC-TRZ)等具有富π电子型杂芳环及缺π电子型杂芳环的杂环化合物。另外, 在富η电子型杂芳环和缺η电子型杂芳环直接键合的物质中,富η电子型杂芳环的施主 性和缺π电子型杂芳环的受主性都强,而SjPTi的能量差变小,所以是特别优选的。
[0072] 此外,发光层213也可以具有如图3B所示的叠层结构。注意,此时采用从所层叠 的各层得到发光的结构。例如,可以采用从第一层的发光层213 (al)得到荧光发光且从层 叠在第一层上的第二层的发光层213 (a2)得到磷光发光的结构。注意,叠层顺序也可以与 此相反。此外,较好是能够得到磷光发光的层中,可获得由从激基复合物到掺杂剂的能量转 移引起的发光的结构。此外,至于发光颜色,在采用能够从一个层得到蓝色发光的结构的情 况下,可以采用能够从另一个层得到橙色发光或黄色发光等的结构。此外,在各层中,也可 以具有包含多个掺杂剂的结构。
[0073]电子传输层214是包含电子传输性高的物质(也称为电子传输性化合物)的层。 电子传输层214可以使用三(8-羟基喹啉)铝(III)(简称:Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹 啉合)铝(III)(简称:Almq3)、双(10-羟基苯并[h]_喹啉合)铍(简称:BeBq2)、双(2-甲 基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(III)(简称:BAlq)、双[2- (2-羟基苯基)苯并噁唑] 锌(II)(简称:Ζη (Β0Χ)2)、双[2- (2-羟基苯基)-苯并噻唑]锌(II)(简称:Zn (BTZ) 2)等金属配合物。此外,也可以使用2- (4-联苯基)-5- (4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二 唑(简称:PBD)、1,3-双[5-(对叔丁基苯基)-1,3,4_噁二唑-2-基]苯(简称:0XD-7)、 3- (4,-叔丁基苯基)-4-苯基-5- (4''-联苯基)-l,2,4-三唑(简称:TAZ)、3- (4-叔丁 基苯基)-4- (4-乙基苯基)-5- (4-联苯基)-1,2,4_三唑(简称:p-EtTAZ)、红菲咯啉(简 称:Bphen)、浴铜灵(简称:BCP)、4,4'_双(5-甲基苯并噁唑-2-基)二苯乙烯(简称:Bz0s) 等杂芳族化合物。另外,还可以使用聚(2,5-啦啶二基)(简称:PPy)、聚[(9,9_二己基 芴-2,7-二基)-共-(吡啶-3,5-二基)](简称屮?-?7)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二 基)-共-(2,2' -联吡啶_6,6' -二基)](简称:PF-BPy)等高分子化合物。在此所述的 物质主要是电子迀移率在1X10 6cm2/Vs以上的物质。注意,只要是电子传输性比空穴传输 性高的物质,就可以将上述物质之外的物质用于电子传输层214。
[0074] 电子传输层214既可以为单层,又可以为由上述物质构成的层的两层以上的叠 层。
[0075] 电子注入层215是包含电子注入性高的物质的层。电子注入层215可以使用氟化 锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)、锂氧化物(LiOx)等碱金属、碱土金属或它们的化合 物。此外,可以使用氟化铒(ErF3)等稀土金属化合物。此外,也可以将电子盐用于电子注入 层215。作为该电子盐,例如可例举对氧化钙-氧化铝以高浓度添加电子的物质等。另外, 也可以使用如上所述的构成电子传输层214的物质。
[0076] 另外,也可以将有机化合物与电子给体(供体)混合形成的复合材料用于电子注入 层215。这种复合材料因为通过电子给体在有机化合物中产生电子而具有优异的电子注入 性和电子传输性。在此情况下,有机化合物优选是在传输所产生的电子方面性能优异的材 料,具体而言,例如,可以使用如上所述的构成电子传输层214的物质(金属配合物、杂芳族 化合物等)。作为电子给体,只要是对有机化合物呈现电子供给性的物质即可。具体而言, 优选碱金属、碱土金属、稀土金属,可例举锂、铯、镁、钙、铒、镱等。另外,优选碱金属氧化物、 碱土金属氧化物,可例举锂氧化物、钙氧化物、钡氧化物等。此外,可以使用氧化镁等路易斯 碱。另外,也可以使用四硫富瓦烯(简称:TTF)等有机化合物。
[0077] 上述空穴注入层211、空穴传输层212、发光层213、电子传输层214以及电子注入 层215分别可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法等方法形成。
[0078] 在上述发光元件中,在EL层202中空穴和电子重新结合而发光。而且,该发光穿 过第一电极201和第二电极203中的任一方或双方被提取到外部。因此,第一电极201和 第二电极203中的任一方或双方成为具有透光性的电极。
[0079] 本实施方式所示的发光元件可以利用激基复合物的发射光谱与磷光性化合物(客 体材料)的吸收光谱的重叠来进行能量转移,因此可以实现能量转移效率及外部量子效率 高的发光元件。
[0080] 注意,本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而使 用。
[0081] 实施方式2 在本实施方式中,对能够用于发光元件的本发明的一个方式的二苯并[f,h]喹喔啉衍 生物进行说明。
[0082] 本发明的一个方式的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物由如下通式(G0)表示。
[0083][化学式7]
注意,在通式中,A表示二苯并[f,h]喹喔啉基,R1至R15分别独立表示氢、取代或未取 代的碳原子数为1至6的烷基、取代或未取代的碳原子数为5至7的环烷基、取代或未取代 的碳原子数为6至13的芳基中的任一个,Ar表示取代或未取代的碳原子数为6至25的亚 芳基或单键。此外,Ar的亚芳基优选不包括亚蒽基基团。
[0084] 另外,上述通式(G0)所表示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物可以利用下面所示的合 成方法合成。首先,如合成方案(a)所示,通过使二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的卤素化合物 (A1)与联咔唑衍生物的芳基硼酸化合物(A2)起反应,可以得到二苯并[f,h]喹喔啉衍生物 (G0)〇
[0085][化学式8]
注意,在通式中,A表示二苯并[f,h]喹喔啉基,R1至R15分别独立表示氢、取代或未取 代的碳原子数为1至6的烷基、取代或未取代的碳原子数为5至7的环烷基、取代或未取 代的碳原子数为6至13的芳基中的任一个,Ar表示取代或未取代的碳原子数为6至25的 亚芳基或单键。此外,Ar的亚芳基优选不包括亚蒽基基团。另外,X表示卤素。另外,当Ar 为取代或未取代的碳原子数为6至25的亚芳基时,B表示硼酸、硼酸酯或环状三醇硼酸盐 (cyclictriolboratesalt)等。另外,作为环状三醇硼酸盐可以使用锂盐之外,还可使用 钾盐及钠盐。当Ar为单键时,B表示氢。
[0086] 此外,如下合成方案(b)所示,也可以通过使二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的卤素化 合物(A1)与被卤素取代的芳基硼酸(B1)起反应来得到中间体(B2),然后使其与联咔唑衍 生物(B3)起反应来得到二苯并[f,h]喹喔啉衍生物(G0)。
[0087] [化学式9]
注意,在通式中,A表示二苯并[f,h]喹喔啉基,R1至R15分别独立表示氢、取代或未取 代的碳原子数为1至6的烷基、取代或未取代的碳原子数为5至7的环烷基、取代或未取代 的碳原子数为6至13的芳基中的任一个,Ar表示取代或未取代的碳原子数为6至25的亚 芳基或单键。此外,Ar的亚芳基优选不包括亚蒽基基团。另外,X表示卤素。B表示硼酸、 硼酸酯或环状三醇硼酸盐等。
[0088] 另外,当通式(G0)的Ar表示单键时,使(A1)与(B3)起反应即可。
[0089] 接着,能够以上述合成方法等合成的本发明的一个方式的二苯并[f,h]喹喔啉衍 生物更优选为由上述通式(G1)至(G3 )表示的化合物。另外,下面示出由通式(G0 )至(G3 ) 表示的本发明的一个方式的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的具体结构式(如下结构式(100) 至(131))。注意,本发明并不局限于此。
[0090] [化学式 10]
[化学式11]
[化学式12」

[化学式13]
[化学式11」
[化学式15:
通过将本发明的一个方式的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物用于本发明的一个方式的发 光元件,可以实现发光效率及可靠性高的发光元件、发光装置、电子设备或照明装置。另外, 还可以实现耗电量低的发光元件、发光装置、电子设备或照明装置。
[0091]另外,由通式(G0)至(G3)表示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物具有电子传输性及空 穴传输性,因此可以用作发光层的主体材料或用于电子传输层、空穴传输层。另外,由于其 呈现荧光发光,所以可以直接用作发光元件的发光物质。如此,作为用于发光元件的材料, 由通式(G0)至(G3)表示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物是利用方法的范围广的有用的新颖 化合物,因此,包含由通式(GO)至(G3)表示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的发光元件是本 发明的一个方式的发光元件。
[0092] 注意,本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而使 用。
[0093] 实施方式3 在本实施方式中,作为本发明的一个方式的发光元件,对具有夹着电荷产生层具有多 个EL层的结构的发光元件(以下,称为叠层型发光元件)进行说明。如图4A所示,叠层型发 光元件在一对电极(第一电极401与第二电极404)之间具有多个EL层(第一EL层402 (1) 和第二EL层 402 (2))。
[0094] 在本实施方式中,第一电极401是用作阳极的电极,第二电极404是用作阴极的电 极。另外,作为第一电极401及第二电极404,可以采用与实施方式1相同的结构。此外,多 个EL层(第一EL层402 (1)和第二EL层402 (2))既可以具有与实施方式1所示的EL层 的结构相同的结构,又可以上述EL层中的任一方具有与实施方式1所示的EL层的结构相 同的结构。换言之,第一EL层402 (1)和第二EL层402 (2)既可以具有相同结构,又可以 具有互不相同的结构,作为其结构,可以适用与实施方式1相同的结构。还可以将实施方式 2所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物用于多个EL层(第一EL层402 (1)和第二EL层402 (2))中的任一方。
[0095] 另外,在多个EL层(第一EL层402 (1)和第二EL层402 (2))之间设置有电荷产 生层405。电荷产生层405具有如下功能:当对第一电极401和第二电极404施加电压时, 将电子注入到一方EL层中,且将空穴注入到另一方EL层中。在本实施方式中,当对第一电 极401施加电位高于第二电极404的电压时,电子从电荷产生层405被注入到第一EL层 402 (1)中,且空穴被注入到第二EL层402 (2)中。
[0096]另外,从光提取效率的观点来看,电荷产生层405优选具有使可见光透射的性质 (具体而言,电荷产生层405的可见光的透射率为40%以上)。另外,电荷产生层405即使其 导电率小于第一电极401或第二电极404也可以发挥作用。
[0097] 电荷产生层405既可以具有对空穴传输性高的有机化合物添加有电子受体(接受 体)的结构,又可以具有对电子传输性高的有机化合物添加有电子给体(供体)的结构。或 者,也可以层叠有这两种结构。
[0098] 在采用对空穴传输性高的有机化合物添加有电子受体的结构的情况下,作为空 穴传输性高的有机化合物,例如可以使用芳族胺化合物等诸如NPB、TPD、TDATA、MTDATA、 4, 4' -双[N-(螺-9, 9' -二芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称:BSPB)等。在此所述的物 质主要是空穴迀移率在1X10 6cm2/Vs以上的物质。注意,只要是空穴传输性比电子传输性 高的有机化合物,就可以使用上述物质之外的物质。
[0099] 另外,作为电子受体,可例举7,7,8,8_四氰基_2,3,5,6_四氟醌二甲烷(简称: F4_TCNQ)、氯醌等。还可以举出过渡金属氧化物。另外,可例举属于元素周期表中第4族至 第8族的金属的氧化物。具体而言,优选使用氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化 钨、氧化锰和氧化铼,这是因为它们具有高电子接收性。尤其优选使用氧化钼,因为氧化钼 在大气中也稳定,吸湿性低,且操作容易。
[0100] 另一方面,在采用对电子传输性高的有机化合物添加有电子给体的结构的情况 下,作为电子传输性高的有机化合物,例如可以使用具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属 配合物等,诸如Alq3、Almq3、BeBq2、BAlq等。除此之外,还可以使用具有噁唑基配体、噻唑基 配体的金属配合物等,诸如Ζη(Β0Χ)2、Ζη化了2)2等。再者,除了金属配合物之外,还可以 使用PBD、OXD-7、TAZ、BPhen、BCP等。在此所述的物质主要是电子迀移率为1X10 6cm2/Vs 以上的物质。另外,只要是电子传输性比空穴传输性高的有机化合物,就可以使用上述物质 之外的物质。
[0101] 另外,作为电子给体,可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属、或属于元素周期表 中第2、第13族的金属及它们的氧化物或碳酸盐。具体而言,优选使用锂(Li)、铯(Cs)、 镁(Mg)、钙(Ca)、镱(Yb)、铟(In)、氧化锂、碳酸铯等。此外,也可以将如四硫萘并萘 (tetrathianaphthacene)的有机化合物用作电子给体。
[0102] 另外,通过使用上述材料形成电荷产生层405,可以抑制层叠EL层时造成的驱动 电压的增大。
[0103] 虽然在本实施方式中,对具有两个EL层的发光元件进行说明,但是,如图4B所示, 本发明的一个方式可以同样地应用于层叠η个(其中,η是3以上)EL层(402 (1)至402 (η))的发光元件。当如根据本实施方式的发光元件那样在一对电极之间具有多个EL层时, 通过将电荷产生层405 (1)至405 (η-1))设置在EL层与EL层之间,可以在保持低电流密 度的同时实现高亮度区域中的发光。因为可以保持低电流密度,所以可以实现长寿命的元 件。当应用于具有大发光面的发光装置、电子设备及照明装置等时,可以减少由于电极材料 的电阻导致的电压下降,所以可以实现大面积的均匀发光。
[0104] 此外,通过使各EL层的发光颜色互不相同,可以使发光元件整体发射所需颜色的 光。例如,在具有两个EL层的发光元件中,使第一EL层的发光颜色和第二EL层的发光颜 色处于补色关系,因此还可以得到发光元件整体发射白色光的发光元件。注意,"补色"表 示在颜色混合时得到非彩色的颜色关系。也就是说,通过混合处于补色关系的颜色的光,可 以得到白色发光。具体而言,可例举从第一EL层得到蓝色发光,从第二EL层得到黄色发光 (或橙色发光)的组合。此时,并不一定需要蓝色发光和黄色发光(或橙色发光)都为荧光发 光或磷光发光,也可以采用蓝色发光为荧光发光而黄色发光(或橙色发光)为磷光发光的组 合、或者与此相反的组合。并且,通过采用适于发光元件的光程长的调整的叠层结构(例如, 从第一发光层得到黄色发光,且从第二发光层得到蓝色发光的结构),可以进一步提高元件 特性,所以是优选的。
[0105] 另外,具有三个EL层的发光元件的情况也与此相同,例如,当第一EL层的发光颜 色是红色,第二EL层的发光颜色是绿色,第三EL层的发光颜色是蓝色时,发光元件作为整 体可以得到白色发光。
[0106] 注意,本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而使 用。
[0107] 实施方式4 在本实施方式中,说明将实施方式1所说明的发光元件与着色层(滤色片等)组合时的 发光装置的一个方式。另外,在本实施方式中,对发光装置的像素部的结构参照图5进行说 明。
[0108] 在图5中,在衬底501上形成多个FET(晶体管)502,每个FET502与每个发光元 件(507R、507G、507B及507Y)电连接。具体而言,每个FET502与作为发光元件的像素电极 的第一电极503电连接。另外,以覆盖相邻的第一电极503的端部的方式设置分隔壁504。
[0109] 另外,本实施方式中的第一电极503具有反射电极的功能。另外,在第一电极503 上形成有EL层505,在EL层505上形成有第二电极510。另外,EL层505具有呈现多种单 色光的多个发光层,第二电极510是具有半透射?半反射电极的功能的电极。
[0110] 从每个发光元件(5071?、5076、5078及507¥)都发射出不同的光。具体而言,发光 元件507R以得到红色光的方式被光学调整,在以506R表示的区域中穿过着色层508R向箭 头方向射出红色光。另外,发光元件507G以得到绿色光的方式被光学调整,在以506G表示 的区域中穿过着色层508G向箭头方向射出绿色光。另外,发光元件507B以得到蓝色光的 方式被光学调整,在以506B表示的区域中穿过着色层508B向箭头方向射出蓝色光。另外, 发光元件507Y以得到黄色光的方式被光学调整,在以506Y表示的区域中穿过着色层508Y 向箭头方向射出黄色光。
[0111] 另外,如图5所示,在设有各发光元件(507R、507G、507B及507Y)的衬底501的上 方配置的透明密封衬底511上设置有各着色层(508R、508G、508B及508Y)。注意,每个着 色层(508R、508G、508B及508Y)都设置在与呈现各个发光颜色的各发光元件(507R、507G、 507B及507Y)对应地重叠的位置。
[0112] 另外,以重叠于相邻的每个着色层(508R、508G、508B及508Y)的端部的方式设置 黑色层(黑矩阵)509。另外,每个着色层(508R、508G、508B及508Y)及黑色层509都被使用 透明材料的外覆层覆盖。
[0113] 在上述说明的结构中,该发光装置是向密封衬底511-侧提取光的结构(顶部发 射型)的发光装置,但也可以是向形成有FET的衬底501-侧提取光的结构(底部发射型)的 发光装置。注意,当采用本实施方式所示的顶部发射型发光装置时,作为衬底501可以使用 遮光性衬底及透光性衬底,而当采用底部发射型发光装置时,作为衬底501需要使用透光 性衬底。
[0114]例如在本说明书等中,可以使用各种衬底形成晶体管或发光元件。对衬底的种类 没有特别的限制。作为该衬底的一个例子,例如可以使用半导体衬底(例如,单晶衬底或硅 衬底)、SOI衬底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、金属衬底、不锈钢衬底、具有不锈钢箱的 衬底、钨衬底、具有钨箱的衬底、柔性衬底、贴合薄膜、包含纤维状的材料的纸或者基材薄膜 等。作为玻璃衬底的一个例子,有钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃等。作为柔性 衬底、贴合薄膜、基材薄膜等,可以举出如下例子。例如可以举出以聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)为代表的塑料。或者, 可以举出丙烯酸等的合成树脂或聚丙烯、聚酯、聚氟化乙烯、氯乙烯等的薄膜、聚酰胺、聚酰 亚胺、芳族聚酰胺、环氧树脂等的薄膜、无机蒸镀薄膜、纸类等。尤其是,通过使用半导体衬 底、单晶衬底或SOI衬底等制造晶体管,可以制造特性、尺寸或形状等的不均匀性小、电流 供应能力高且尺寸小的晶体管。当利用上述晶体管构成电路时,可以实现电路的低功耗化 或电路的高集成化。
[0115] 另外,也可以作为衬底使用柔性衬底,并在柔性衬底上直接形成晶体管或发光元 件。或者,也可以在衬底与晶体管等之间设置剥离层。当剥离层上制造半导体装置的一部 分或全部,然后将其从衬底分离并转置到其他衬底上时可以使用剥离层。此时,也可以将晶 体管等转置到耐热性低的衬底或柔性衬底上。另外,作为上述剥离层,例如可以使用钨膜与 氧化硅膜的无机膜的叠层结构或衬底上形成有聚酰亚胺等有机树脂薄膜的结构等。
[0116]也就是说,也可以使用一个衬底来形成晶体管或发光元件,然后将晶体管或发光 元件转置到另一个衬底上。作为晶体管或发光元件被转置的衬底,不仅可以使用上述可以 形成晶体管等的衬底,还可以使用纸衬底、玻璃纸衬底、芳族聚酰胺薄膜衬底、聚酰亚胺薄 膜衬底、石材衬底、木材衬底、布衬底(包括天然纤维(丝、棉、麻)、合成纤维(尼龙、聚氨酯、 聚酯)或再生纤维(醋酯纤维、铜氨纤维、人造纤维、再生聚酯)等)、皮革衬底、橡胶衬底等。通 过使用上述衬底,可以实现特性良好的晶体管等、耗电量小的晶体管等、不易损坏的装置、 耐热性的提高、轻量化或薄型化。
[0117] 注意,本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而使 用。
[0118]实施方式5 在本实施方式中,对具有将本发明的一个方式的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物用于EL层 的发光元件的发光装置进行说明。
[0119]上述发光装置既可以是无源矩阵型发光装置,也可以是有源矩阵型发光装置。此 外,可以将其他实施方式所示的发光元件应用于本实施方式所示的发光装置。
[0120] 在本实施方式中,参照图6A及图6B说明有源矩阵型发光装置。
[0121] 图6A是发光装置的俯视图,图6B是沿图6A中的点划线A-A'进行切割的截面图。 本实施方式的有源矩阵型发光装置具有设置在元件衬底601上的像素部602、驱动电路部 (源极线驱动电路)603以及驱动电路部(栅极线驱动电路)604a及604b。将像素部602、驱 动电路部603以及驱动电路部604a、604b由密封剂605密封在元件衬底601与密封衬底 606之间。
[0122] 在元件衬底601上设置引导布线607,该引导布线607用来连接对驱动电路部603 及驱
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