專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用一有機發(fā)光元件的發(fā)光器件，該發(fā)光元件具有陽極，陰極和一包括在施加電場時適于產生發(fā)光的有機化合物的薄膜(下面稱為“有機化合物層”)。特別地，本發(fā)明涉及一種使用一有機發(fā)光元件的發(fā)光器件，它比現(xiàn)有的器件驅動電壓更低和使用壽命更長。此外，在本申請的說明書中說明的發(fā)光器件指出使用一有機發(fā)光元件作為發(fā)光元件的一種圖像顯示器件或一種發(fā)光器件。同樣，此發(fā)光器件包括所有模塊，其中連接器，例如一各向異性導電膜(FPC軟性印刷電路)或TAB(條帶自動鍵合Tape Automated Bonding)帶或TCP(條帶載體封裝Tape Carrier Package)，被安裝到有機發(fā)光元件上的模塊，其中印刷電路板被提供在TAB帶上或TCP尖端上的模塊，或其中IC(集成電路)被直接安裝在COG(芯片在玻璃上Chip OnGlass)系統(tǒng)中有機發(fā)光元件上的模塊。
背景技術：
有機發(fā)光元件是一種適于在施加電場時產生發(fā)光的元件。一直認為的發(fā)光機理在于，一有機化合物層放入電極之間，在那里施加電壓時從陰極填充的電子和從陽極填充的空穴在有機化合物層中的發(fā)光中心復合在一起形成受激分子(下面稱為“分子激子”)，并且當分子激子回到基態(tài)時放出能量產生發(fā)光。
此外，由有機化合物形成的各種分子激子可以包括單重激發(fā)態(tài)和三重激發(fā)態(tài)，而本發(fā)明的說明書包含任何一種激發(fā)態(tài)對發(fā)光有貢獻的情況。
在這種有機發(fā)光元件中，有機化合物層通常形成為小于1μm的薄膜。同樣，由于有機發(fā)光元件為有機化合物層本身發(fā)射光的自發(fā)光類型發(fā)光元件，用在常規(guī)液晶顯示中的背景光不再需要。因此，有機發(fā)光元件可被非常有利地形成為薄且重量輕的。
同樣，對于例如厚度約為100-200nm的有機化合物層，考慮到有機化合物層中載流子的運動范圍，從載流子填充到其復合所經過的時間周期約為幾十納秒，而即使包括從載流子復合到發(fā)光的步驟時，發(fā)光在約少于一微秒內實現(xiàn)。因此，特點之一是響應速度非常大。
另外，因為有機發(fā)光元件是一載流子填充類型的發(fā)光元件，它可以用直流電壓驅動，并且難于產生噪聲。就驅動電壓而言，通過首先制作有機化合物層的厚度為大約100nm的均勻、超薄膜，選擇電極材料，這將減少與有機化合物層有關的載流子填充勢壘，并進一步引入單異質結構(雙結構)，在5.5V可獲得100cd/m2的充分輝光(luminance)(文獻1C.W.Tang和S.A.Vanslyke，“有機場致發(fā)光二極管”，應用物理通訊，第51卷，第12期，第913-915頁(1987))(″Organic electroluminescent diodes″，Applied Physics Letters，Vol.51，No.12，913-915(1987))。
歸因于如薄且重量輕，高速響應度，直流低壓驅動以及類似的這些性能，有機發(fā)光元件作為下一代平板顯示元件已受到關注。同樣，由于有機發(fā)光元件為自發(fā)光類型并且視界角大，它們在能見度方面是比較有利的并相信作為用于便攜設備中顯示器的元件是可行的。
于是，在文獻1中所描述的有機發(fā)光元件的構成中，通過使用相對穩(wěn)定的低功函數(shù)的Mg:Ag合金作為陰極提高電子注入品質，使得與有機化合物層有關的載流子填充勢壘小。這使得將大量載流子填充進入有機化合物層成為可能。
另外，借助應用單異質結構載流子的復合效率通過跳躍和約束被改善，在該結構中，由二胺化合物組成的空穴輸運層和由三(8-羥基喹啉基)鋁(tris(8-quinolinolato)aluminium，縮寫；Alq3)組成的電子輸運發(fā)光層被層疊作為有機化合物層，這將在下面說明。
在例如有機發(fā)光元件僅具有單一Alq3層的情況下，因為Alq3為電子輸運品質，較大部分從陰極填充的電子在沒有與空穴復合的情況下到達陽極，使得發(fā)光效率非常低。即為了使單層的有機發(fā)光元件有效地發(fā)射光(或在低電壓驅動)，需要使用一種能夠以平衡的方式運載電子和空穴的材料(下面稱為“雙極材料”)，而Alq3不滿足這種要求。
但是，應用文獻1中所述的單異質結構使得從陰極填充的電子被空穴輸運層和電子輸運發(fā)光層間的界面阻擋，被包圍在電子輸運發(fā)光層中。因此，載流子在電子輸運發(fā)光層中有效復合提供有效發(fā)光。
當這種載流子阻擋功能的概念被發(fā)展后，控制載流子復合的區(qū)域成為可能。作為實例，有一報道，據此通過在空穴輸運層和電子輸運層間插入一能夠阻擋空穴的層(空穴阻擋層)，將空穴包圍在空穴輸運層中并使空穴輸運層發(fā)光獲得成功(文獻2Yasunori KIJIMA，Nobutoshi ASAI和Shin-ichiro TAMURA，“藍色有機光發(fā)射二極管”，日本應用物理雜志，第38卷，5274-5277(1999))(″A BlueOrganic Light Emitting Diode″，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.38，5274-5277(1999))。
同樣，可以認為文獻1中所述的有機發(fā)光元件是基于，可以說，功能分離的思想，據此空穴的運載由空穴輸運層進行，而電子的運載和發(fā)光由電子輸運發(fā)光層進行。這種功能分離的概念已進一步發(fā)展為雙異質結構(三層結構)的概念，據此發(fā)光層被插入空穴輸運層和電子輸運層之間(文獻3Chihaya ADACHI，Shizuo TOKITO，TetsuoTSUTSUI和Shogo SAITO，“具有三層結構的有機膜中的場致發(fā)光”，日本應用物理雜志，第27卷，第二期，第L269-L271頁(1988))(″Electroluminescence in Organic Films with Three-LayeredStructure″，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.27，No2，L269-L271(1988))。
這種功能分離的優(yōu)點在于，功能分離使一種有機材料不需要同時具有多種功能(發(fā)光，載流子運載品質，來自電極的載流子的填充品質，等)，這為分子設計或類似問題提供充分自由(例如，不需要過度尋找雙極材料)。即通過組合分別具有良好發(fā)光品質和載流子運載品質的材料，可容易地獲得高發(fā)光效率。
歸因于這些優(yōu)點，文獻1中所述的疊層結構(載流子阻擋功能或功能分離)的概念本身被廣泛采用至今。
但是，作為不同種類物質間的接合處(特別是絕緣材料間的接合處)，上述疊層結構將必定在物質的界面產生能量勢壘。因為能量勢壘的存在抑制載流子在界面的運動，將導致下述兩個問題。
問題之一在于，它造成導致進一步降低驅動電壓的勢壘。實際上已有報道，就現(xiàn)有的有機發(fā)光元件而言，利用共軛聚合物的單層結構的元件在驅動電壓方面很好并且在功率效率(單位“l(fā)m/W”)方面保持最高數(shù)據(與來自單重激發(fā)態(tài)的發(fā)光比較)(文獻4Tetsuo Tsutsui“有機分子/生物電子學簡報”應用物理學會分會，第11卷，第1期，第8頁(2000))。(″bulletin of organic molecular/bioelectronics″subcommittee of Society of Applied Physics，Vol.11，P.8(2000))此外，文獻4中所述的共軛聚合物是一種雙極材料，并且就載流子的復合效率而言可以獲得相當于疊層結構的水平。因此，它說明，只要在不使用任何疊層結構的情況下，利用雙極材料的方法可以提供相當?shù)妮d流子復合效率，具有較少界面的單層結構實際上驅動電壓低。
這可被解釋為由于載流子的運動在有機化合物層中各層間的界面(例如，在在空穴輸運層和發(fā)光層之間，并在下面稱為“有機界面”)受到阻止，所以需要較高驅動電壓。
例如，有一種方法，其中用于緩和能量勢壘的材料被插入電極和有機化合物層之間的界面以提高載流子填充品質降低驅動電壓(文獻5Takeo Wakimoto，Yoshinori Fukuda，Kenichi Nagayama，AkiraYokoi，Hitoshi Nakada，和Masami Tsuchida，“使用堿金屬化合物作為電子注入材料的有機場致發(fā)光單元”，電氣工程師協(xié)會電子器件會刊，第44卷，第8期，第1245-1248頁(1977))(″Organic EL CellsUsing Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials″，IEETRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES，VOL.44，NO.8.1245-1248(1977))。在文獻5中，使用Li2O作為電子注入層已成功地降低了驅動電壓。
但是，存在有機界面的載流子運動品質尚未解決的領域，并且該領域為在利用雙極材料的單層結構中達到低驅動電壓提出重點。
另外，由能量勢壘導致的另一問題被認為是對有機發(fā)光元件的使用壽命的影響。即載流子的運動被阻止，并且由于電荷的堆積亮度下降。
當對于這種品質降低的機制尚未建立任何明確的理論時，有一報道，通過在陽極和空穴輸運層之間插入一個空穴注入層，并且不使用直流驅動而用矩形波的交流驅動，可抑制亮度的下降(文獻6S.A.VanSlyke，C.H.Chen，和C.W.Tang，“具有改善了的穩(wěn)定性的有機場致發(fā)光器件”，應用物理通訊，第69卷，第15期，第2160-2162頁(1996))(″Organic electroluminescent devices with improvedstability″，Applied Physics Letters，Vol.69，No.15，2160-2162(1996))。可以認為該文獻給出了實驗證據，即因為插入空穴注入層和交流電壓驅動，通過消除電荷積累可以抑制亮度的下降。
從上述說明可以認為，一方面疊層結構的優(yōu)點在于，根據功能分離能夠容易地提高載流子的復合效率并且擴大了材料選擇范圍，而另一方面形成多個有機界面(特別是，為阻擋載流子以復合載流子形成有機界面)阻止了載流子的運動并對降低驅動電壓和亮度有影響。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種有機發(fā)光元件，該元件最佳利用在相關技術中使用的疊層結構的優(yōu)點(功能分離)并通過緩和存在于有機化合物層中的能量勢壘提高載流子的遷移率，并且與相關技術中的元件相比，該元件驅動電壓更低同時使用壽命更長。
特別地，本發(fā)明的目的在于，通過制造具有與常規(guī)使用的疊層結構不同概念的元件，去除存在于有機化合物層中的有機界面并提高載流子的遷移率，其中發(fā)光層中的載流子被阻擋以復合，并且同時以與疊層結構中涉及的功能分離相同的方式實現(xiàn)多種不同材料的功能(下面稱為“功能構造”(functional realization))。由此，本發(fā)明的目的在于提供一種有機發(fā)光元件，它比相關技術中的元件驅動電壓更低和使用壽命更長。
另外，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光器件，它利用這種有機發(fā)光元件由此比相關技術中的器件驅動電壓更低和使用壽命更長。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種電氣裝置，它用這種發(fā)光器件制造以由此比相關技術中的裝置功率消耗更低和更耐用。
疊層結構中能量勢壘的緩和在如文獻5所述的插入載流子填充層的技術中明顯找到。利用圖1B中的能帶圖示意性說明空穴注入層。
圖1A中，陽極101和空穴注入層102直接互相接合，在這種情況下與陽極101和空穴注入層102有關的能量勢壘104大。但是，通過插入一種其最高被占據分子軌道能級(下面稱為“HOMO”)位于陽極的電離電位(在金屬情況下相當于功函數(shù))和空穴輸運層的HOMO能級之間的中部的材料作為空穴注入層103，能量勢壘可以分段的方式(圖1B)設計。
設計如圖1B所示的分段能量勢壘使提高來自電極的載流子的填充品質，并一定降低驅動電壓至某種程度成為可能。但是，產生的問題在于，層的數(shù)目的增加造成有機界面數(shù)目的增加。這在文獻4中被認為是單層結構在驅動電壓和功率效率方面保持最高數(shù)據的原因。
相反，通過克服這種問題，當最佳利用疊層結構中的優(yōu)點(各種材料可被組合，并且不需要復雜的分子設計)時，達到與單層結構中相同驅動電壓和功率效率水平是可能的。
基礎概念因此可在于，在不增加有機界面數(shù)目的情況下能夠緩和存在于有機化合物層中的能量勢壘，并且不阻止載流子的運動。發(fā)明者已設計出能夠按下述方式實現(xiàn)此概念的一種元件結構。
首先，緩和與空穴有關的能量勢壘的方法可以是提供一層(下面稱為“空穴輸運混合層”)，該層通過將高HOMO能級(電離電位小)的空穴注入材料和高空穴遷移率的空穴輸運材料混合在一起得到。該方法使單層實現(xiàn)包括常規(guī)的空穴注入層和常規(guī)的空穴輸運層的兩層的功能成為可能，使得在空穴輸運混合層中，空穴注入材料用于接收來自陽極一側的空穴而空穴輸入材料用于運載空穴。
同樣，優(yōu)選在上述空穴輸運混合層中形成濃度梯度。即如圖2所示，朝陽極方向空穴注入材料比例增加，而隨著遠離陽極空穴運輸材料比例增加。由于形成這種濃度梯度，在不產生任何大能量勢壘的情況下空穴被從陽極一側平穩(wěn)接收和運載，這對降低驅動電壓和延長使用壽命有貢獻。
此外，為方便起見在圖2中用直線示出濃度梯度但不一定需要要求限定為這種直線，而濃度梯度被形成為增加或降低就足夠了。事實上，一般認為在很多情況下濃度梯度由控制時的曲線確定。上述情況也適用于本申請說明書中所述的其它濃度梯度。
其次，緩和與電子有關的能量勢壘的方法可以是提供一層(下面稱為“電子輸運混合層”)，該層通過將低最低未被占據分子軌道(下面稱為“LUMO”)能級(電子親和性大)的電子注入材料和高電子遷移率的電子輸運材料混合在一起得到。該方法使單層實現(xiàn)包括常規(guī)電子注入層和常規(guī)電子輸運層兩層的功能成為可能，使得在電子輸運混合層中，電子注入材料用于接收來自陰極一側的電子而電子輸運材料用于運載電子。
同樣，優(yōu)選在上述電子輸運混合層中形成濃度梯度。即如圖3所示，朝陰極方向電子注入材料比例增加，而隨著遠離陰極電子輸運材料比例增加。由于形成這種濃度梯度，電子被從陰極一側平穩(wěn)接收并在不產生任何大能量勢壘的情況下被運載，這對降低驅動電壓和延長使用壽命有貢獻。
另外，有一種緩和與發(fā)光層有關的能量勢壘的方法。即發(fā)光層可由雙極層(下面稱為“雙極特性的混合層”)提供，該層通過將高空穴遷移率的空穴輸運材料和高電子遷移率的電子輸運材料混合在一起得到。在這種情況下，發(fā)光層降低其兩端界面處的載流子阻擋功能，但因為電子輸運層和雙極特性混合層之間，以及空穴輸運層和雙極特性混合層之間遷移率的不同，載流子的復合頻率較高。
同樣，優(yōu)選在上述雙極特性混合層中形成濃度梯度。即如圖4所示，朝陽極方向空穴輸運材料比例增加，而朝陰極方向電子運輸材料比例增加。由于形成這種濃度梯度，在不產生任何大能量勢壘的情況下，空穴和電子從運載到復合的步驟平穩(wěn)進行，這對降低驅動電壓和延長使用壽命有貢獻。
此外可以認為，在雙極特性混合層中，具有較低激發(fā)能的材料發(fā)射光更多。在本申請說明書中所述的激發(fā)能指HOMO和LUMO之間的能量差。HOMO可用光電子光譜測量，并可認為等同于電離電位。同樣，為方便起見，將激發(fā)能定義在吸收光譜的末端，可以從激發(fā)能和HOMO能級值計算LUMO。
另外，有一種在上面的雙極特性混合層中摻雜發(fā)光材料用于光發(fā)射的方法。在這種情況下，作為摻雜物的發(fā)光材料必須具有比包含在雙極特性混合層中的空穴輸運材料和電子輸運材料的激發(fā)能低的激發(fā)能。特別地，優(yōu)選使用一種載流子俘獲類型的摻雜物(紅螢烯)用于進一步增加載流子復合效率。
同樣，文獻2中所述的空穴阻擋層通常由阻擋材料組成。阻擋材料通常為一種具有比發(fā)光材料(即能夠防止分子激子彌散)的激發(fā)能更大激發(fā)能的材料，并且材料能夠阻擋載流子。在很多情況下，是空穴被阻擋。
本申請的發(fā)明者已設計一種形成一層(下面稱為“阻擋性質混合層”)的方法，該層通過混合阻擋材料和發(fā)光層的材料(或發(fā)光層的基質材料)獲得。在這種情況下，阻擋性質混合層可同樣起發(fā)光層的作用，同樣可被認為是一能夠將載流子和分子激子有效阻擋其中的發(fā)光層。
特別地，阻擋性質混合層優(yōu)選形成為具有濃度梯度。這是因為多層之一中未被阻擋的載流子(在空穴阻擋材料情況下的電子)可借助隨著遠離發(fā)光層漸漸增加的阻擋材料的濃度平穩(wěn)移動。
于是，近些年中，能夠將從三重激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時放出的能量(下面稱為“三重激發(fā)能”)轉換為輝光的有機發(fā)光元件已被成功地提出，并已注意到它們的發(fā)光效率(文獻7D.F.O′Brien，M.A.Baldo，M.E.Thompson和S.R.Forrest，“場控磷光(eletrophosphorescent)器件中改進的能量轉換”，應用物理通訊，第74卷，第3期，第442-444頁(1999)(″Improved energy transfer in electrophosphorescentdevices″，Applied Physics Letters，Vol.74.No.3，442-444(1999))，(文獻8Tetsuo TSUTSUI，Moon-Jae YANG，Masayuki YAHIRO，KenjiNAKAMURA，Teruichi WATANABE，Taishi TSUJI，YoshinoriFUKUDA，Takeo WAKIMOTO和Satoshi MIYAGUCHI，“用銥絡合物作為三重發(fā)射中心的有機發(fā)光器件中的高量子效率”，日本應用物理雜志，第38卷，第L1502-L1504頁(1999)(＂High QuantumEfficiency in Organic Luminescent devices with Iridium-Complex as aTriplet Emissive Center″，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.38，L1502-L1504(1999))。
文獻7中使用一種其中心金屬為鉑的金屬絡合物，而文獻8中使用一種其中心金屬為銥的金屬絡合物。這些能夠將三重激發(fā)能轉換為輝光的有機發(fā)光元件(下面稱為“三重發(fā)光二極管”)可獲得比相關技術中更高強度的輝光和更高的發(fā)光效率。
但是，文獻8給出在初始輝光設定為500cd/m2的情況下，輝光的半衰期約為170小時的實例，因此產生元件使用壽命的問題。于是，本發(fā)明應用于三重光發(fā)射二極管可以提供高功能發(fā)光元件，基于來自三重激發(fā)態(tài)的輝光，它除具有高強度的輝光和高發(fā)光效率外還使用壽命長。
因此，本發(fā)明涉及將其概念應用于三重光發(fā)射二極管，按照此概念載流子運載層和發(fā)光層制成一混合層以減少界面的數(shù)目(或緩和能量勢壘)來平穩(wěn)載流子的運動。
好，本申請的發(fā)明者有將兩種下述機制作為一模型的考慮，其中通過形成有機界面阻止載流子的運動。
首先，所考慮到的機制之一是由有機界面的形態(tài)產生的。有機發(fā)光元件中的有機化合物層通常由非晶態(tài)膜組成，有機化合物的這種分子由于主要基于偶極-偶極相互作用的分子間力而聚集。但是，當分子的這種聚集被用于形成異質結構(疊層結構)時，分子大小和分子構造形式的差異可能對異質結構的界面(即有機界面)非常大的影響。
特別地，在分子大小非常不同的材料被用于形成異質結構的情況下，可以相信在有機界面的連接處的對準變壞。該概念在圖21中示出。在圖21中，由小分子2101組成的第一層2111和由大分子2102組成的第二層2112被層疊在一起。在這種情況下，差的對準區(qū)域2114產生在形成的有機界面2113上。
由于圖21中示出的差的對準區(qū)域2114可能造成阻止載流子運動的勢壘(或能量勢壘)，這意味著它們?yōu)檫M一步降低驅動電壓制造了障礙。同樣，不能越過能量勢壘的載流子作為電荷積累可能如上所述誘發(fā)減少發(fā)光。
所考慮到的另一機制產生在形成疊層結構(即有機界面)的工藝中。從阻擋載流子和功能分離的觀點來看，疊層結構的有機發(fā)光元件常常用如圖22所示的多室型(直列型)淀積設備制造以避免在各層形成時污染。
圖22為一概念性視圖，示出用于形成由空穴輸運層，發(fā)光層，和電子輸運層組成的三層結構(雙異質結構)的淀積設備的實例。首先，帶有陽極(銦錫氧化物(下面稱為“ITO”)或類似氧化物)的襯底被裝入裝入室，并在紫外線照射室中在真空環(huán)境下受紫外線照射清洗陽極表面。特別是，當陽極由例如ITO的氧化物制成時，需要在預處理室中進行氧化。另外，為了形成疊層結構的各層，空穴輸運層需在淀積室2201中進行淀積，發(fā)光層(在圖22中包括紅，綠和藍三種顏色)在淀積室2202至2204中淀積，電子輸運層在淀積室2205中淀積，而陰極在淀積室2206中淀積。最后，在密封室中進行密封，并從取出室中取出，得到一有機發(fā)光元件。
這種直列型淀積設備的特點在于，各層的淀積分別在不同的淀積室2201至2205中進行。即設備被這樣構成使得各層的材料幾乎不被互相混合。
雖然淀積設備的內部通常被減壓至約10-4-10-5Pa，但存在微量氣體組分(氧氣，水等)。在這種真空度情況下，一般認為，即使微量氣體組分也將容易在幾秒鐘內形成一相當于約為單分子層的吸附層。
因此，在圖22所示設備被用于制造疊層結構的有機發(fā)光元件的情況下，在形成各層時產生的大時間間隔成為問題。即擔心由微量氣體組分導致的吸附層(下面稱為“雜質層”)可能在形成各層過程中的時間間隔內，特別是在經第二取出室運輸?shù)臅r候形成。
圖23示出上述概念。圖23示出一狀態(tài)，其中當由第一有機化合物2301組成的第一層2311和由第二有機化合物2302組成的第二層2312被層疊在一起時，由微量雜質2303(水，氧或類似雜質)組成的雜質層2313形成在第一和第二層之間。
以這種方式形成在各層(有機界面)之間的雜質層使得在完成有機發(fā)光元件后成為易于俘獲載流子的雜質區(qū)域，由此阻止載流子的運動，于是造成驅動電壓的升高。另外，當存在易于俘獲載流子的雜質區(qū)域時，電荷在該區(qū)域積累，如上所述可能誘發(fā)降低輝光。
考慮到這些機制，為克服在上述有機界面產生的問題(有機界面的形態(tài)變壞和雜質層的形成)，需要元件結構和制造工藝都與疊層結構的常規(guī)元件無關。作為有機界面被從其完全除去的有機發(fā)光元件的一個實例，一種有機發(fā)光元件已被報道，該元件中只有僅由空穴輸運材料和電子輸運材料的混合物組成的單一層(下面稱為“單混合層”)被提供在兩電極之間。(文獻9Shigeki NAKA，Kazuhisa SHINNO，Hiroyuki OKADA，Hiroshi ONNAGAWA和Kazuo MIYASHITA，“使用混合的單層的有機場致發(fā)光器件”，日本應用物理雜志，第33卷，第12B期，第L1772-L1774頁(1994))(″Organic ElectroluminescentDevices Using a Mixed Single Layer″，Japanese Journal of AppliedPhysics，Vol.33，No.12B，L1772-1774(1994))。
在文獻9中，通過按1∶4的比例混合具有空穴輸運品質的4，4′-雙[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯(4，4′-bis[N-(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl，下面稱為“TPD”)，和具有電子輸運品質的Alq3形成單層結構。但是，將單層結構與疊層結構(即由TPD和Alq3組成的有機界面形成的異質結構)相比表明，就發(fā)光效率而言，前者不如疊層結構。
其原因被認為是，對于單混合層，從陽極填充的空穴和從陰極填充的電子經常沒有復合即傳到對面電極。由于疊層結構作用在于阻擋載流子，不會導致這種問題。
換句話說，可以認為這是因為在文獻9所述的單混合層中沒有產生功能構造。即除非在有機化合物層中提供有能夠實現(xiàn)各種功能的區(qū)域，例如靠近陽極用作空穴輸運的區(qū)域，靠近陰極用作電子輸運的區(qū)域，和遠離兩電極的發(fā)光區(qū)域(即載流子復合的區(qū)域)，即使在有機界面被除去時，也不會產生有效的光發(fā)射。因為整個有機化合物層用作發(fā)光層，光發(fā)射有可能靠近電極。結果，在能量傳給電極的過程中導致猝滅。
如此，考慮到單混合層不能完全顯示其功能，本申請的發(fā)明者已設計一種實現(xiàn)有機發(fā)光元件的方法，其中當圖4中所示雙極特性混合層形成為發(fā)光區(qū)域時，去除任何有機界面，并且功能構造可能不同于文獻7公開的內容。圖24示出上述概念。
圖24中，提供在由包括空穴輸運材料和電子輸運材料的兩種材料組成的有機化合物層2403中的是，由空穴輸運材料組成的空穴輸運區(qū)域2405，由電子輸運材料組成的電子輸運區(qū)域2406，和其中空穴輸運材料和電子輸運材料混合在一起的混合區(qū)域2407。雖然陽極2402提供在襯底2401上，可以采用陰極2404提供在襯底上的反轉結構。此外，借助這種元件，沒有形成例如空穴輸運層的確定的層結構，從而使用術語“區(qū)域”表示每種功能。
在形成這種元件的情況下，空穴輸運材料可以在陽極側接收并運載空穴，同時電子輸運材料可以在陰極側接收并運載電子。另外，由于混合區(qū)域2407是雙極特性的，空穴和電子都可往混合區(qū)域2407里移動，并且載流子在混合區(qū)域2407中復合產生輝光。即與文獻9中公開的單混合層不同，能夠顯示各種功能的區(qū)域存在于有機化合物層2403中。
另外，對于圖24所示的元件，功能構造是可能的，但不存在常規(guī)疊層結構中的有機界面。同樣，通過將發(fā)光區(qū)域盡可能遠地與兩電極分開可以防止猝滅。因此，解決在上述有機界面產生的問題(有機界面形態(tài)變壞和雜質層的形成)是可能的。
首先，參照圖25將給出解決有機界面形態(tài)變壞的解釋。圖25示出一有機發(fā)光元件，它具有圖24的特征，并且包括由小分子2501組成的區(qū)域2511，由大分子2502組成的區(qū)域2512，和包含小分子2501和大分子2502兩者的混合區(qū)域2513。從圖25顯而易見的，不僅不存在圖21中示出的有機界面2113，也不存在差的對準區(qū)域2114。
同樣，形成雜質層的解決方案簡單并且清晰。在如圖24中所示的有機發(fā)光元件的制造中，空穴輸運材料被淀積在陽極上，中途附加地淀積電子輸運材料以共淀積的形式形成混合區(qū)域，并且在形成混合區(qū)域后，可停止空穴輸運材料的淀積以容許電子輸運材料的淀積。因此，不存在使用圖22中所示淀積設備制造有機發(fā)光元件的過程中產生的時間間隔。即沒有形成任何雜質層的機會。
如此，按照本發(fā)明的有機發(fā)光元件沒有形成有機界面，所以載流子的運動是平緩的并且對元件的驅動電壓和使用壽命沒有負面影響。另外，借助涉及象疊層結構的功能分離，在發(fā)光效率方面沒有問題。
同樣，常規(guī)的疊層結構具有不同物質間的簡單異質節(jié)，而按照本發(fā)明的結構具有所謂的混合節(jié)并可以認為是一種基于新概念的有機發(fā)光元件。
因此，本發(fā)明提供一種包括一有機發(fā)光元件的發(fā)光器件，該發(fā)光元件包括陽極，陰極和提供在陽極和陰極之間的有機化合物層，并且其中有機化合物層包括由其空穴遷移率比電子遷移率高的空穴輸運材料組成的空穴輸運區(qū)域，由其電子遷移率比空穴遷移率高的電子輸運材料組成的電子輸運區(qū)域，空穴輸運區(qū)域比電子輸運區(qū)域靠近陽極布置，以及提供在空穴輸運區(qū)域和電子輸運區(qū)域之間并且包含空穴輸運材料和電子輸運材料的混合區(qū)域。
此外，對于圖24所示的結構，由用于提高空穴載流子填充品質的材料(下面稱為“空穴注入材料”)組成的空穴注入區(qū)域可被插入陽極和有機化合物層之間。同樣，由用于提高電子載流子填充品質的材料(下面稱為“電子注入材料”)組成的電子注入區(qū)域可被插入陰極和有機化合物層之間。另外，空穴注入區(qū)域和電子注入區(qū)域可都被插入。
在這種情況下，由于空穴注入材料或電子注入材料是一種用于降低從電極到有機化合物層的載流子填充勢壘的材料，它平穩(wěn)了載流子從電極到有機化合物層的運動，因此在消除電荷積累方面是有效的。但是，為了避免上述任何雜質層的形成，優(yōu)選在各填充材料和有機化合物層之間沒有時間間隔地進行淀積。
于是，就載流子平衡控制而言，優(yōu)選在包含空穴輸運材料和電子輸運材料的混合區(qū)域中形成濃度梯度，使得沿從陽極到陰極的方向空穴輸入材料濃度逐漸減少而電子輸運材料的濃度逐漸增加。同樣，由于混合區(qū)域同樣是載流子復合區(qū)域，它具有10nm或更厚的厚度是本發(fā)明所希望的。
同樣，本發(fā)明涉及如圖26A中所示的結構，其中提供在有機化合物層2603中的有，由空穴輸運材料組成的空穴輸運區(qū)域2605，由電子輸運材料組成的電子輸運區(qū)域2606，以及其中空穴輸運材料和電子輸運材料被混合在一起的混合區(qū)域2607，并且提供輝光的發(fā)光材料2608作為摻雜物加入混合區(qū)域2607。此外，雖然陽極2602被提供在襯底2601上，可以采用陰極2604提供在襯底上的反轉結構。同樣空穴注入區(qū)域和電子注入區(qū)域可被提供在電極和有機化合物層之間。
當發(fā)光材料2608加入混合區(qū)域2607時，發(fā)光材料2608俘獲載流子，使得復合效率提高并且可以期望高發(fā)光效率?？梢哉J為特征之一在于，可以由發(fā)光材料2608控制發(fā)光顏色。但在這種情況下，優(yōu)選發(fā)光材料2608在包含在混合區(qū)域2607中的化合物之中激發(fā)能最低。
通過將發(fā)光區(qū)域盡可能遠離兩電極可防止能量傳到電極材料時導致的猝滅。因此，摻雜發(fā)光材料的區(qū)域不是混合區(qū)域中的整個區(qū)域而可能是混合區(qū)域的一部分(特別是，中心部分)。
另外，本發(fā)明涉及如圖26B中所示一結構，其中提供在有機化合物層2603中的有，由空穴輸運材料組成的空穴輸運區(qū)域2605，由電子輸運材料組成的電子輸運區(qū)域2606，以及其中空穴輸運材料和電子輸運材料被混合在一起的混合區(qū)域2607，并且阻擋材料2609被加入混合區(qū)域2607。此外，雖然陽極2602被提供在襯底2601上，可以采用其中陰極2604被配置在襯底上的反轉結構。同樣，空穴注入區(qū)域和電子注入區(qū)域可被提供在電極和有機化合物層之間。
當阻擋材料2609加入混合區(qū)域2607時，混合區(qū)域2607中載流子復合效率提高并且防止分子激子的彌散，使得可以期望高的發(fā)光效率。但在這種情況下，優(yōu)選阻擋材料在包含在混合區(qū)域2607中的材料之中激發(fā)能級最高。
同樣，由于阻擋材料在多數(shù)情況下起到阻擋空穴和電子之一的作用，當在整個混合區(qū)域中摻雜時它有時破壞該混合區(qū)域中的載流子平衡。因此，摻雜阻擋材料的區(qū)域不是混合區(qū)域中的整個區(qū)域而可能是混合區(qū)域的一部分(特別是，邊界部分)。
此外，作為圖26B中更為優(yōu)選的實例，添加發(fā)光材料2608。即該構造形式包括與圖26A中構造形式的組合。在阻擋材料2609具有空穴阻擋品質的情況下，通過在比添加發(fā)光材料2608的區(qū)域更靠近陰極的一側添加空穴阻擋材料，如圖26B所示，使發(fā)光材料2608有效發(fā)光。
同樣，將本發(fā)明應用于三重光發(fā)射二極管可提供一種高功能的發(fā)光元件，該發(fā)光元件除具有基于來自三重激發(fā)態(tài)輝光的高強度的輝光和高發(fā)光效率，與文獻8中公開的元件相比還具有長的使用壽命。
此外，由于與單重分子激子相比三重分子激子擴散長度大，優(yōu)選地，阻擋材料包含在混合區(qū)域中。即參照圖26B說明，能夠將三重激發(fā)能轉換為輝光的材料(下面稱為“三重發(fā)光材料”)被用作發(fā)光材料2608并且同時添加阻擋材料2609是所希望的。
其后，適于制造的實例將在如圖26A和26B所示的涉及添加發(fā)光材料的結構中描述。圖27示出這種元件結構。
對于圖27中所示元件，提供在包和空穴輸運材料和電子輸運材料的有機化合物層2703中的是，由空穴輸運材料組成的空穴輸運區(qū)域2705，由電子輸運材料組成的電子輸運區(qū)域2706，和其中中空穴輸運材料和電子輸運材料按一定比率混合在一起的混合區(qū)域2707，并且提供輝光的發(fā)光材料2708加入混合區(qū)域2707形成發(fā)光區(qū)域。雖然陽極2702被提供在襯底2701上，可以采用陰極2704提供在襯底上的反轉結構。
此外，圖28示出混合區(qū)域中空穴輸運材料和電子輸運材料的濃度比為x∶y的情況下的濃度分布。
在形成這種元件的情況下，空穴輸運材料可在陽極側接收和運載空穴而電子輸運材料可在陰極側接收和運載電子。另外，由于混合區(qū)域2707是雙極特性的，空穴和電子都可往混合區(qū)域2707里移動。同樣，歸因于混合區(qū)域2707中的一定比例x∶y，制造是容易的。
在此，包含發(fā)光材料的發(fā)光區(qū)域形成在混合區(qū)域2707中是基本的。即在混合區(qū)域2707中加入發(fā)光材料防止載流子沒有復合而穿過混合區(qū)域，并且同時使發(fā)光區(qū)域遠離電極以防止由電極導致的猝滅。
因此，本發(fā)明提供一種包括一有機發(fā)光元件的發(fā)光器件，該發(fā)光元件包括陽極，陰極，和提供在陽極和陰極之間的有機化合物層，并且其中有機化合物層包括由空穴輸運材料組成的空穴輸運區(qū)域，由電子輸運材料組成的電子輸運區(qū)域，和提供在空穴輸運區(qū)域和電子輸運區(qū)域之間并按特定比例的包含空穴輸運材料和電子輸運材料的混合區(qū)域，以及提供在混合區(qū)域中并在其中添加適于提供輝光的發(fā)光材料的發(fā)光區(qū)域。
此外，與空穴輸運材料和電子輸運材料相比，優(yōu)選發(fā)光材料的激發(fā)能是小的。這是為防止分子激子中的能量轉移。
同樣，對于圖27中所示結構，由用于提高空穴填充品質的材料(下面稱為“空穴注入材料”)組成的空穴注入區(qū)域可被插入陽極和有機化合物層之間。同樣，由用于提高電子填充品質的材料(下面稱為“電子注入材料”)組成的電子注入區(qū)域可被插入陰極和有機化合物層之間。另外，空穴注入區(qū)域和電子注入區(qū)域可都被插入。
在這種情況下，由于空穴注入材料或電子注入材料是一種用于降低從電極到有機化合物層載流子填充勢壘的材料，它平穩(wěn)了載流子從電極到有機化合物層的運動，因此在消除電荷積累方面是有效的。但是，為避免上述任何雜質層的形成，優(yōu)選在各填充材料和有機化合物層之間無時間間隔地進行淀積。
同樣，用于復合載流子的部分(當它變?yōu)殡p極特性時，基本上是位于中間的)取決于其混合比地基本上確定在混合區(qū)域中。因此，發(fā)光材料可在整個混合區(qū)域中添加(圖29A)，但也可在混合區(qū)域的一部分中添加(圖29B)。此外，圖27中參考數(shù)字用來表示圖29A和29B。
另外，本發(fā)明涉及如圖30A中所示一結構，其中提供在有機化合物層2703中的有，由空穴輸運材料組成的空穴輸運區(qū)域2705，由電子輸運材料組成的電子輸運區(qū)域2706，和其中空穴輸運材料和電子輸運材料被混合在一起，并且發(fā)光材料被加入其中的混合區(qū)域2707，并且阻擋材料2709被加入混合區(qū)域2707。此外，雖然陽極2702被提供在襯底2701上，可以采用其中陰極2704被提供在襯底上的反轉結構。同樣，空穴注入區(qū)域和電子注入區(qū)域可被提供在電極和有機化合物層之間。
在這種情況下，優(yōu)選阻擋材料在包含在混合區(qū)域2707中的材料之中激發(fā)能級為最大，并是一種具有阻擋載流子或防止分子激子彌散功能的材料。當阻擋材料2709被加入混合區(qū)域2707時，混合區(qū)域2707中的載流子復合效率被提高并且分子激子的彌撒可被防止，使得高發(fā)光效率是可期望的。但是，由于阻擋材料在多數(shù)情況下起到阻擋空穴和電子之一的作用，當在整個混合區(qū)域中添加時它有時破壞該混合區(qū)域中的載流子平衡。因此，添加阻擋材料的區(qū)域不是混合區(qū)域中的整個區(qū)域而是混合區(qū)域的一部分。
同樣，通常對阻擋材料有效的是一種HOMO能級低，即能夠阻擋空穴的材料。因此，如圖30B所示，將阻擋材料加入陰極側而不是加入發(fā)光材料2708的區(qū)域的方法是有用的。
另外，應用三重光發(fā)射材料作為加入這種元件結構的發(fā)光材料可以提供一種高功能發(fā)光元件，基于來自三重激發(fā)態(tài)的輝光，它除具有高強度的輝光和高發(fā)光效率外還具有長使用壽命。此外，由于與單重分子激子相比三重分子激子擴散長度大，優(yōu)選阻擋材料包含在混合區(qū)域中。
于是，由于由空穴輸運材料和電子輸運材料組成的上述混合區(qū)域需要具有雙極特性，優(yōu)選混合區(qū)域中空穴輸運材料的質量與空穴輸運材料和電子輸運材料的總質量的比為大于或等于10％和小于或等于90％。但是，可以相信取決于材料的組合，該比例的變化范圍很大。
同樣，由于由空穴輸運材料和電子輸運材料組成的混合區(qū)域包含一發(fā)光區(qū)域，即載流子復合區(qū)域，它需要具有一些厚度以便不允許載流子穿過。因此，混合區(qū)域具有10nm或更厚的厚度是所希望的。同樣，應注意到成為雙極特性的區(qū)域電阻高，上述厚度為100nm或更薄是所希望的。
一種比現(xiàn)有器件驅動電壓更低和使用壽命更長的發(fā)光器件，可通過實踐上述發(fā)明提供。另外，一種電氣裝置，它比現(xiàn)有技術中的裝置功率消耗更低并且更耐用，可在使用這種發(fā)光器件制造時提供。


圖1A和1B為示出空穴注入層作用的視圖。
圖2為示出濃度梯度的視圖。
圖3為示出濃度梯度的視圖。
圖4為示出濃度梯度的視圖。
圖5為示出一種有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖6為示出一種有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖7為示出一種有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖8為示出一種有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖9為示出一種有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖10為示出一種有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖11為示出一種淀積設備的視圖。
圖12A和12B為示出一發(fā)光器件剖面構造的視圖。
圖13A和13B為示出一發(fā)光器件頂部表面構造和剖面構造的視圖。
圖14A至14C為示出一發(fā)光器件頂部表面構造和剖面構造的視圖。
圖15A和15B為示出一發(fā)光器件構造的視圖。
圖16A和16B為示出一發(fā)光器件構造的視圖。
圖17A至17F為示出電氣裝置具體實例的視圖。
圖18A和18B為示出電氣裝置具體實例的視圖。
圖19A和19B為示出能帶圖的視圖。
圖20A和20B為示出能帶圖的視圖。
圖21為示出有機化合物層狀態(tài)的視圖。
圖22為示出一淀積設備的視圖。
圖23為示出形成雜質層的視圖。
圖24為示出有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖25為示出有機化合物層狀態(tài)的視圖。
圖26A和26B為示出有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖27為示出有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖28為示出濃度分布的視圖。
圖29A和29B為示出有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖30A和30B為示出有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖31A和31B為示出一淀積設備的視圖。
圖32A和32B為示出一淀積設備的視圖。
圖33為示出有機發(fā)光元件的結構的視圖。
圖34為示出一發(fā)光器件剖面構造的視圖。
圖35為示出一發(fā)光器件剖面構造的視圖。
圖36A至36C為示出一發(fā)光器件構造形式的視圖。
圖37為示出電路結構的視圖。
具體實施例方式
下面將說明本發(fā)明的實施例。此外，有機發(fā)光元件中的陽極和陰極中的至少一個可為充分透明以取出發(fā)光，而實施例將就其中透明的陽極被形成在襯底上并且光被從陽極取出的元件結構進行說明。實際上，其中光從陰極取出的結構，和其中從與襯底相對一側取出光的結構都是可適用的。
首先，參照圖5給出形成為具有空穴輸運混合層的一種有機發(fā)光元件的實施例的解釋。圖5中示出一種結構，其中空穴輸運混合層503，發(fā)光層504，電子輸運層505，和陰極506被層疊在具有陽極502的襯底501上。此外，發(fā)光層504不被插入是可能的，但空穴輸運混合層503或電子輸運層505負責發(fā)光?？昭ㄝ斶\混合層503由空穴注入材料和空穴輸運材料的混合物形成。
此外，如圖2所示，由空穴注入材料和空穴輸運材料組成的空穴輸運混合層503被形成為具有濃度梯度。在這種情況下，當高絕緣材料例如氧化鋁被用作空穴注入材料時，優(yōu)選空穴注入材料具有陡的濃度梯度(快速減弱至陽極側)。
其后，參照圖6給出形成為電子輸運混合層的一種有機發(fā)光元件的實施例的解釋。圖6中示出一種結構，其中空穴輸運層603，發(fā)光層604，電子輸運混合層605，和陰極606被層疊在具有陽極602的襯底601上。此外，發(fā)光層604不被插入是可能的，但電子輸運混合層605或空穴輸運層603負責發(fā)光。電子輸運混合層605由電子注入材料和電子輸運材料的混合物形成。
此外，如圖3所示，由電子注入材料和電子輸運材料組成的電子輸運混合層605可被形成為具有濃度梯度。在這種情況下，當高絕緣材料例如氟化鋰被用作電子注入材料時，優(yōu)選電子注入材料具有陡的濃度梯度(快速減弱至陽極側)。
其后，參照圖7給出形成為具有雙極特性混合層的一種有機發(fā)光元件的實施例的解釋。圖7中示出一種結構，其中空穴注入層703，雙極特性的混合層704，電子注入層705，和陰極706被層疊在具有陽極702的襯底701上。雙極特性的混合層704由空穴輸運材料和電子輸運材料的混合物形成。
此外，如圖4所示，由空穴輸運材料和電子輸運材料組成的雙極特性的混合層704可被形成為具有濃度梯度。
同樣，如圖24所示，通過將空穴輸運區(qū)域2405的構成材料用于包含在混合區(qū)域2407中的空穴輸運材料并將電子輸運區(qū)域2406的構成材料用于包含在混合區(qū)域2407中的電子輸運材料，可以將混合區(qū)域2407，空穴輸運區(qū)域2405和電子輸運區(qū)域2406依次接合。在這種情況下有一優(yōu)點，兩種化合物(空穴輸運材料和電子輸運材料)可起到現(xiàn)有技術中包括空穴輸運區(qū)域，發(fā)光區(qū)域，和電子輸運區(qū)域的三層的作用。此外，雖然未在圖24中示出，空穴注入層可插入陽極2402和空穴輸運區(qū)域2405之間，而電子注入層可插入陰極2404和電子輸運區(qū)域2406之間。
實施這種元件結構以防止形成雜質層。在這種情況下，有機發(fā)光元件的制造工藝是重要的。在此，將描述一種適于制造這種元件結構的方法的實例。
圖31A和31B為示出淀積設備的概念性視圖。圖31A示出設備的頂視圖。淀積設備為單室類型，其中單一的真空室3110作為淀積室安裝，而多個淀積源提供在真空容器中。分別安放在多個淀積源中的是具有不同功能的各種材料，例如空穴注入材料，空穴輸運材料，電子輸運材料，電子注入材料，阻擋材料，發(fā)光材料和陰極的構成材料。
在這種具有淀積室的淀積設備中，帶有陽極(ITO或類似材料)的襯底首先被運送到運送室，并且在陽極為例如ITO的氧化物的情況下在預處理室中進行氧化(此外，雖然未在圖31A中示出，安裝一紫外線照射室用于清洗陽極表面是可能的)。另外，形成有機發(fā)光元件的所有材料在真空室3110中進行淀積。但是，陰極可在真空室3110中形成，或可為形成陰極提供一分開的淀積室?？傊?，在單一真空室3110中實現(xiàn)淀積直到形成陰極是足夠的。最后，在密封室進行密封并經載運室從運送室中取出后得到有機發(fā)光元件。
參照圖31B(真空室3110剖面圖)將給出利用這種單室類型的淀積設備制造本發(fā)明有機發(fā)光元件的步驟的解釋。為說明簡單起見，圖31B示出利用具有兩個淀積源(有機化合物淀積源a3118和有機化合物淀積源b3119)的真空室3110，形成包括空穴輸運材料3116和電子輸運材料3117的有機化合物層的步驟。
首先，帶有陽極3102的襯底3101被裝入真空室3110并被固定在固定基座3111上(在淀積過程中襯底通常旋轉)。隨后，在真空室3110減壓(優(yōu)選10-4Pa或更低)后，加熱容器a3112以蒸發(fā)空穴輸運材料3116并且在達到預定的淀積速率(單位[nm/s])后，打開擋板a3114開始淀積。同時，也加熱容器b3113而擋板b3115關閉。
其后，在擋板a3114打開的情況下，打開擋板b3115允許電子輸運材料3117進行共淀積(圖31B示出的狀態(tài))并遲于空穴輸運區(qū)域3103形成混合區(qū)域3104。該操作避免在空穴輸運區(qū)域3103和混合區(qū)域3104之間混合雜質層。
另外，為了形成電子輸運區(qū)域，在擋板b3115打開的情況下，關閉擋板a3114停止加熱容器a3112。該操作避免在混合區(qū)域3104和電子輸運區(qū)域之間形成雜質層。
另外，有一種在圖26A示出的混合區(qū)域2607中摻雜發(fā)光材料以產生相同發(fā)光的方法。在這種情況下，需要作為摻雜物的發(fā)光材料具有的激發(fā)能比包含在混合區(qū)域2607中的空穴輸運材料的和電子輸運材料的低。
在將摻雜發(fā)光材料的情況下，為了防止形成雜質，制造有機發(fā)光元件的工藝是重要的。制造步驟將在下面描述。
圖32A為示出單室類型淀積設備的頂視圖，其中真空室3210作為淀積室安裝，而多個淀積源提供在真空室中。分別安放在多個淀積源中的是具有不同功能的各種材料，例如包括空穴注入材料，空穴輸運材料，電子輸運材料，電子注入材料，阻擋材料，發(fā)光材料，陰極的構成材料。
在具有這種淀積室的淀積設備中，帶有陽極(ITO或類似材料)的襯底被首先裝入運送室，并且在陽極為例如ITO的氧化物的情況下在預處理室中進行氧化(此外，雖然未在圖32A中示出，提供一紫外線照射室用于清洗陽極表面是可能的)。另外，形成有機發(fā)光元件的所有材料在真空室3210中進行淀積。但是，陰極可在真空室3210中形成，或可為形成陰極提供一分開的淀積室?？傊?，在單一真空室3210中實現(xiàn)淀積直到形成陰極是足夠的。最后，在密封室進行密封并經載運室從運送室中取出后得到有機發(fā)光元件。
參照圖32B(真空室3210剖面圖)將給出利用這種單室類型的淀積設備制造本發(fā)明有機發(fā)光元件的步驟的解釋。圖32B示出，作為最簡單的實例，利用具有三個淀積源(有機化合物淀積源a3216，有機化合物淀積源b3217，和有機化合物淀積源c3218)的真空室3210，形成包括空穴輸運材料3221，電子輸運材料3222和發(fā)光材料3223的有機化合物層的步驟。
首先，帶有陽極3202的襯底3201被裝入真空室3210并被固定在固定基座3211上(在淀積過程中襯底通常旋轉)。隨后，在真空室3210減壓(優(yōu)選10-4Pa或更低)后，加熱容器a3212以蒸發(fā)空穴輸運材料3221并且在達到預定的淀積速率(單位[nm/s])后，打開擋板a3214開始淀積。同時，也加熱容器b3213而擋板b3215關閉。
其后，在擋板a3214打開的情況下，打開擋板b3215允許電子輸運材料3222進行共淀積以在空穴輸運區(qū)域3203之后形成混合區(qū)域3204。該操作避免在空穴輸運區(qū)域3203和混合區(qū)域3204之間混合雜質層。在此，在形成混合區(qū)域3204的過程中添加非常少量的發(fā)光材料3223(圖32B所示狀態(tài))。
另外，為了形成電子輸運區(qū)域，在擋板b3215打開的情況下，關閉擋板a3214停止加熱容器a3212。該操作避免在混合區(qū)域3204和電子輸運區(qū)域之間形成雜質層。
就解決問題的措施而言，應用該步驟使得制造前面所述所有有機發(fā)光元件成為可能。例如，在將阻擋材料加入混合區(qū)域3204的情況下，如圖32B所示安裝用于淀積阻擋材料的淀積源并在形成混合區(qū)域的過程中蒸發(fā)該材料就足夠了。
同樣，在形成空穴注入區(qū)域或電子注入區(qū)域的情況下，在同一真空器3210中安裝用于各填充材料的淀積源就足夠了。例如在圖32B中，在通過淀積在陽極3202和空穴輸運區(qū)域3203之間提供空穴注入區(qū)域的情況下，通過與空穴注入材料淀積在陽極3202上的時刻無時間間隔地蒸發(fā)空穴輸運材料3221，可以避免形成雜質層。
此外，由于可以在上述混合區(qū)域中形成濃度梯度，參考一種形成濃度梯度示范性的方法。在此，所述是由于電阻加熱可用真空淀積進行淀積的情況。就形成濃度梯度的方法而言，在材料的蒸發(fā)溫度和淀積速率(通常，單位為nm/s)建立相互關系的情況下，借助溫度控制來控制淀積速率是可能的。但是，特別是使用顆粒形式的有機材料通常熱傳導性較差，用溫度控制易于產生不均勻性。因此，優(yōu)選在分開的淀積源中準備兩種用于形成濃度梯度的材料，并利用擋板進行淀積速率控制(用晶體振蕩器監(jiān)測薄膜厚度)。圖11示出這種構造形式。
在圖11中，將給出形成作為圖24所示元件結構的濃度梯度的解釋。因此，圖24中所用參考數(shù)字用來表示圖11。首先，帶有陽極1102的襯底1101被裝入薄膜形成室1110并固定在固定基座1111上(在淀積過程中襯底通常旋轉)。
隨后，加熱安放空穴輸運材料1116的樣品室a1112并且打開擋板a1114，導致淀積由空穴輸運材料1116組成的空穴輸運區(qū)域2405。同時，也同時加熱安放電子輸運材料1117的樣品室b1113而關閉擋板b1115。
在空穴輸運區(qū)域2405達到預定的薄膜厚度后，逐漸關閉擋板a1114并同時逐漸打開擋板b1115。這時打開和關閉的速度形成了混合區(qū)域2407的濃度梯度。打開和關閉的速度可被設定，使得當擋板a1114完全關閉時，混合區(qū)域2407達到預定的薄膜厚度，而電子輸運材料1117達到預定的淀積速率(淀積電子輸運區(qū)域2406時的速率)。其后，擋板b1115保持打開形成電子輸運區(qū)域2406，由此在圖24所示元件結構中形成的元件具有濃度梯度是可能的。
此外，這種方法可全部適用于在除圖24所示結構外的其它元件結構中形成濃度梯度的情況。同樣，在發(fā)光材料被加入雙極特性混合層或混合區(qū)域的情況下，在圖11中多增加一個淀積源并僅在摻雜的時間周期內打開用于摻雜物淀積源的擋板就足夠了。
但是，用于形成濃度梯度的措施不限于上面的方法。
于是，上述幾種實施例可組合使用。例如，空穴輸運混合層，電子輸運混合層和雙極特性混合層組合施加。為此的實例在圖8中示出。
在圖8所示的元件結構中，層疊在具有陽極802的襯底801上的是，由空穴注入材料811和空穴輸運材料812組成的空穴輸運混合層803，由空穴輸運材料812和電子輸運材料813組成的雙極特性混合層804，由電子輸運材料813和電子注入材料814組成的電子輸運混合層805，以及陰極806。
此外，對于本實施例，其中摻雜少量發(fā)光材料815的發(fā)光區(qū)域807提供在雙極特性混合層804中。同樣，圖形810所示濃度梯度形成在各層中。此外，圖19B為示出在形成這種濃度梯度的情況下所期望的能帶圖的示意圖。
對于該元件結構，三層結構(圖19B)包含現(xiàn)有技術中由空穴注入層，空穴輸運層，電子輸運層和電子注入層組成的四層結構(圖19A)。此外，如圖19B所示，在各混合層中僅存在平緩的能量勢壘，并且各混合層由有利于載流子運動的空穴輸運材料812和電子輸運材料813依次連接。
隨后，將給出一種實施例的解釋，該實施例是，其中各混合層以上面的方式組合的元件被應用于三重光發(fā)射二極管的情況。通常，三重光發(fā)射二極管的基本結構是如文獻8中提出的圖9中所示的結構。即該結構由襯底901，陽極902，空穴輸運層903，通過在基質材料中摻雜三重光發(fā)射材料形成的發(fā)光層904，阻擋層905，電子輸運層906，和陰極907組成。阻擋層905由阻擋材料制成，并阻擋空穴以提高發(fā)光層904中載流子的復合效率和用來防止在發(fā)光層904中產生的分子激子散射。同樣，該層同樣是用于運載電子的材料。
在圖9所示元件結構中，通過提供空穴注入層和電子注入層可進一步提高發(fā)光效率。但是，在圖9所示五層結構中加入一層或多層，導致界面數(shù)目的增加。于是，適用本發(fā)明。
即，提供這些措施，其中圖9中的空穴輸運層903被制成由空穴注入材料和空穴輸運材料組成的空穴輸運混合層，發(fā)光層904被制成由由空穴輸運材料和發(fā)光層基質材料組成的雙極特性混合層，以及電子輸運層906被制成由電子輸運材料和電子注入材料組成的電子輸運混合層。三重光發(fā)射材料可摻入存在發(fā)光層基質材料的部分。同樣，如圖2至4所示在各混合層中形成濃度梯度是有效的。
此外，當阻擋層905以圖9中單層形式使用時，在本發(fā)明的實踐中它可以與發(fā)光層的基質材料混合(即可形成阻擋混合層)。但是，從防止分子激子彌撒的觀點看，優(yōu)選形成濃度梯度使得阻擋材料在陰極一側濃度高。
考慮到上面所述，圖10示出實施例的一實例，其中組合各混合層的元件被應用于三重光發(fā)射二極管。更為特別地，層疊在帶有陽極1002的襯底1001上的是，由空穴注入材料1011和空穴輸運材料1012組成的空穴輸運混合層1003，由空穴輸運材料1012和基質材料1013組成的雙極特性混合層1004，由基質材料1013和阻擋材料1014組成的阻擋混合層1005，由阻擋材料1014(在這種情況下同樣用作電子輸運材料)和電子注入材料1015組成的電子輸運混合層1006，以及陰極1007。形成在各層中的濃度梯度如圖形1010所示。
此外，由于實施例包括一三重光發(fā)射二極管，提供有其中摻雜少量三重光發(fā)射材料1016的發(fā)光區(qū)域1008。發(fā)光區(qū)域1008優(yōu)選排列在如圖10所示基質材料1013濃度高的區(qū)域中。同樣，圖20B為示出在形成如圖形1010所示濃度梯度的情況下所期望的能帶圖的示意圖。
對于該元件結構，四層結構(圖20B)包含現(xiàn)有技術中由空穴注入層，空穴輸運層，發(fā)光層，阻擋層(同樣用作電子輸運層)，和電子注入層組成的五層結構(圖20A)。此外，如圖20B所示，在各混合層中僅存在平緩的能量勢壘，并且各混合層由有利于載流子運動的空穴輸運材料1012，基質材料1013和阻擋材料1014(同樣用作電子輸運材料)依次連接。
最后，下面列舉的是適于作為構成材料，例如空穴注入材料，空穴輸運材料，電子輸運材料，電子注入材料，阻擋材料，發(fā)光材料和陰極，的材料。但是，用于本發(fā)明有機發(fā)光元件的材料不限于上述材料。
作為空穴注入材料，有機化合物中的基于卟啉的化合物是有效的，并且包括酞菁(縮寫；H2Pc)，銅酞菁(縮寫；CuPc)等。同樣，有通過向導電高分子化合物施加化學摻雜得到的材料，并包括用聚磺化苯乙烯(polystyrene sulfonate，縮寫；PSS)摻雜的聚二羥基噻吩乙烯(polyethylene dioxythiophene，縮寫；PEDOT)，聚苯胺(polyaniline，縮寫；PAni)，聚乙烯咔唑(縮寫；PVK)等。同樣，作為絕緣體的高分子化合物對陽極平整是有效的，并且經常使用聚酰亞胺(縮寫；PI)。另外，使用無機化合物，并且包括鋁氧化物(氧化鋁)超薄膜以及金，鉑等類似金屬的薄金屬膜。
最廣泛用作空穴輸運材料的是基于芳香胺的(aromatic amine-based)化合物(即具有苯環(huán)氮偶聯(lián)(benzene ring-nitrogen coupling)的化合物)。廣泛使用的材料包括，除前面所述的TPD，其衍生物，即4，4′-雙[N-1-萘基-N-苯基氨基]聯(lián)苯(4，4′-bis [N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl，縮寫；α-NPD)，和星星閃光型(star-bursttype)芳香胺化合物例如4，4′，4″-三(N，N-聯(lián)苯基氨基)三苯胺(4，4′，4″-tris(N，N-diphenyl-amino)-triphenylamine，縮寫；TDATA)，4，4′，4″-三[N-3-甲基苯基-N-苯基氨基l三苯胺(4，4′，4″-tris [N，(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-triphenylamine，縮寫；MTDATA)以及類似的化合物。
金屬絡合物經常被用作電子輸運材料，除前面所述Alq3外，還包括喹啉骨架或苯并喹啉骨架金屬絡合物，例如三(4-甲基-8-羥基喹啉基)鋁(tris(4-methyl-8-quinolinolato)aluminium，縮寫；Al(mq3))，雙(10-羥苯基并喹啉基)鈹(bis(10-hydrexybenzo[h]-quinolinato)beryllium，縮寫；Be(Bq)3)，以及混合配位絡合物例如雙(2-甲基-8-羥基喹啉基-(4-苯基酚鹽)鋁(bis(2-methyl-8-quinolinolato)-(4-phenylphenolate)-aluminium，縮寫；BAlq)等類似的絡合物。同樣，金屬絡合物中具有基于噻唑的配位體和基于噁唑的配位體的絡合物，例如雙[2-(2-羥苯基)苯并噁唑基]鋅(bis[2-(2-hydroxyphenyl)-benzoxazolato]zinc，縮寫；Zn(BOX)2)，雙[2-(2-羥苯基)苯并噻唑基]鋅(bis[2-(2-hydroxyphenyl)-benzothiazolato]zinc，縮寫；Zn(BTZ)2)等類似的絡合物。另外，除金屬絡合物，有噁二唑衍生物例如2-4-聯(lián)苯基-5-4-叔丁基苯基-1，3，4-噁二唑(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1，3，4-oxadiazole，縮寫；PBD)，1，3-雙[5-(p-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-偶酰]苯(1，3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1，3，4-oxadiazole-2-il]benzene，縮寫；OXD-7)等類似的衍生物，三唑衍生物例如5-4-聯(lián)苯基-3-4-叔丁基苯基-4-苯基-1，2，4-三唑(5-(4-biphenylyl)-3-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-1，2，4-triazole，縮寫；TAZ)，5-4-聯(lián)苯基-3-4-叔丁基苯基-4-4-乙基苯基-1，2，4-三唑(5-(4-biphenylyl)-3-(4-tert-butylphenyl)-4-(4-ethylphenyl-1，2，4-triazole)(縮寫；p-EtTAZ)等類似的衍生物，以及菲咯啉衍生物例如紅菲繞啉(bathophenanthroline，縮寫；BPhen)，浴銅靈(bathocuproine，縮寫，BCP)等類似衍生物，這些衍生物具有電子輸運性質。
上述電子輸運材料可被用作電子注入材料。此外，經常使用由堿金屬鹵化物例如氟化鋰等類似化合物，堿金屬氧化物例如氧化鋰等類似化合物制成的絕緣體超薄膜。同樣，堿金屬絡合物例如乙酰丙酮鋰(lithum acetylacetonate，縮寫，Li(acac))，8-羥基喹啉基鋰(8-quinolinolato-lithium，縮寫；Liq)等類似絡合物是便于使用的。
作為阻擋材料，因為它們的激發(fā)能級高，上述BAlq，OXD-7，TAZ，p-EtTAZ，BPhen，BCP等是便于使用的。
作為發(fā)光材料(包括用作摻雜物的材料)，各種熒光染料以及上述的金屬絡合物例如Alq3，Al(mq)3，Be(Bq)2，BAlq，Zn(BOX)2，Zn(BTZ)2等是便于使用的。同樣，主要由其中心金屬為鉑或銥的絡合物組成的三重光發(fā)射材料是便于使用的。已知作為三重光發(fā)射材料的是三2-苯基吡啶銥(tris(2-phenylpyridine)iridium，縮寫；Ir(ppy)3)，2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H-卟啉鉑(2，3，7，8，12，13，17，18-octaethyl-21H，23H-porphyrin-platinum，縮寫；PtOEP)等。
通過分別組合具有相應功能的上述材料，并將這些材料應用于本發(fā)明的有機發(fā)光元件，制造比現(xiàn)有元件驅動電壓更低和壽命更長的有機發(fā)光元件是可能的。
在本實施例中，具體說明一應用圖5所示空穴輸運混合層的元件。
首先，用濺射將銦錫氧化物(下面稱為“ITO”)淀積在玻璃襯底501上至膜厚約100nm以提供陽極502。隨后，作為空穴注入材料的CuPc，以及作為空穴輸運材料的α-NPD以淀積速率比1∶1進行共淀積以形成膜厚為50nm的空穴輸運混合層503。
另外，通過在Alq3上摻雜5wt％的紅螢烯得到的層被層疊至膜厚為10nm以提供發(fā)光層504。最后，Alq3被淀積至膜厚為40nm以提供電子輸運層505，并且Al∶Li合金(Li的質量比為0.5wt％)被淀積至膜厚約150nm以提供陰極506，使得制造由紅螢烯產生黃色光的有機發(fā)光元件成為可能。
在本實施例中，具體說明一應用圖6所示電子輸運混合層的元件。
首先，用濺射將ITO淀積在玻璃襯底601上至膜厚約100nm以提供陽極602。隨后，作為空穴輸運材料的α-NPD被淀積至膜厚為50nm以由此形成空穴輸運層603。
另外，二萘嵌苯(perylene)被層疊至膜厚為10nm以提供一發(fā)光層604，然后作為電子輸運材料的BPhen，和作為電子注入材料的Alq3以淀積速率比1∶1進行共淀積以形成膜厚為40nm的電子輸運混合層605。最后，Al∶Li合金(Li的質量比為0.5wt％)被淀積至膜厚約150nm以提供陰極606，使得制造由二萘嵌苯產生藍色光的有機發(fā)光元件成為可能。
在本實施例中，具體說明一有機發(fā)光元件，通過在圖24所示有機發(fā)光元件中的陽極2402和有機化合物層2403之間插入一由空穴注入材料組成的空穴注入區(qū)域得到該元件。
首先，準備一玻璃襯底2401，用濺射將ITO淀積在該玻璃襯底上至膜厚約100nm形成陽極2402。帶有陽極2402的玻璃襯底2401被裝入如圖31A和31B所示的真空室中。在該實施例中，淀積四種材料(其中三種是有機化合物以及一種是形成陰極的金屬)，因此需要四個淀積源。
首先，淀積作為空穴注入材料的CuPc至膜厚20nm，并且與達到膜厚20nm并且停止淀積CuPc時的時刻沒有時間間隔地，以淀積速率0.3nm/sec開始淀積作為空穴輸運材料的α-NPD。沒有這樣時間間隔地開始淀積的原因是為防止形成上述的雜質層。
在形成僅由α-NPD組成的空穴輸運層2405具有膜厚30nm后，開始以淀積速率0.3nm/sec淀積作為電子輸運材料的Alq3，而α-NPD的淀積速率保持固定在0.3nm/sec。即通過共淀積形成α-NPD和Alq3的比例為1∶1的混合區(qū)域2407。
在混合區(qū)域2407達到膜厚30nm后，停止α-NPD的淀積而僅繼續(xù)淀積Alq3形成膜厚將為40nm的電子輸運區(qū)域2406。最后，Al∶Li合金被淀積至膜厚約150nm作為陰極以得到由Alq3產生綠色光的有機發(fā)光元件。
在本實施例中，具體說明一有機發(fā)光元件，通過在圖29A所示有機發(fā)光元件中的陽極2702和有機化合物層2703之間插入一由空穴注入材料組成的空穴注入區(qū)域得到該元件。
首先，準備一玻璃襯底2701，用濺射將ITO淀積在該玻璃襯底上至膜厚約100nm形成陽極2702。帶有陽極2702的玻璃襯底2701被裝入如圖32A和32B所示的真空室中。在該實施例中，淀積五種材料(其中四種是有機化合物以及一種是形成陰極的金屬)，因此需要五個淀積源。
首先，淀積作為空穴注入材料的CuPc至膜厚20nm，并且與達到膜厚20nm并且停止淀積CuPc時的時刻沒有時間間隔地，以淀積速率0.3nm/sec開始淀積作為空穴輸運材料的α-NPD。沒有這樣時間間隔地開始淀積的原因是為防止形成上述的雜質層。
在形成僅由α-NPD組成的空穴輸運層2705至膜厚為30nm后，以淀積速率0.3nm/sec開始淀積作為電子輸運材料的Alq3，而α-NPD的淀積速率保持固定在0.3nm/sec。即通過共淀積形成α-NPD和Alq3的比例為1∶1的混合區(qū)域2707。同時，添加熒光染料(4-二氰亞甲基-2-甲基-6-(p-雙甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran，縮寫；DCM)作為發(fā)光材料2708。控制淀積速率以實現(xiàn)比例α-NPD∶Alq3∶DCM＝50∶50∶1。
在混合區(qū)域2707達到膜厚30nm后，α-NPD和DCM的淀積停止，而只有Alq3繼續(xù)淀積以形成膜厚為40nm的電子輸運區(qū)域2706。最后，Al∶Li合金被淀積至膜厚約150nm作為陰極以得到由DCM產生紅色光的有機發(fā)光元件。
在本實施例中，具體說明圖29B示出的有機發(fā)光元件。
首先，準備一玻璃襯底2701，用濺射將ITO淀積在該玻璃襯底上至膜厚約100nm形成陽極2702。帶有陽極2702的玻璃襯底2701被裝入圖32A和32B所示的真空器中。在該實施例中，淀積四種材料(其中三種是有機化合物以及一種是形成陰極的金屬)，因此需要四個淀積源。
在形成僅由作為空穴輸運材料的α-NPD組成的空穴輸運層2705至膜厚為40nm后，以淀積速率0.3nm/sec開始淀積作為電子輸運材料的Alq3，而α-NPD的淀積速率保持固定在0.3nm/sec。即通過共淀積形成α-NPD和Alq3的比例為1∶1的混合區(qū)域2707。
混合區(qū)域2707形成為具有膜厚30nm后，此時在混合區(qū)域2707中膜厚為10nm的中間區(qū)域(即膜厚30nm的混合區(qū)域2707中10nm至20nm的部分)用熒光染料(4-二氰亞甲基-2-甲基-6-(p-雙甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(縮寫；DCM)作為發(fā)光材料2708以1wt％的比例進行摻雜。
在混合區(qū)域2707達到膜厚30nm后，α-NPD的淀積停止，而只有Alq3繼續(xù)淀積以形成膜厚為40nm的電子輸運區(qū)域2706。最后，Al∶Li合金被淀積至膜厚約150nm作為陰極以得到由DCM產生紅色光的有機發(fā)光元件。
在本實施例中，具體說明通過向已應用圖29B所示混合區(qū)域的元件施加濃度梯度得到的元件。此外，為了形成濃度梯度，圖11所示設備被用于制造該元件。在本實施例中，空穴輸運材料，電子輸運材料和發(fā)光材料需要三個淀積源。
首先，用濺射將ITO淀積在玻璃襯底2601上至膜厚具有20nm膜厚約100nm形成陽極2602。隨后，淀積作為空穴輸運材料的α-NPD至膜厚40nm形成空穴輸運區(qū)域2605。
另外，如就該實施例所述，通過逐漸打開電子輸運材料(在本實施例中為Alq3)淀積源的擋板同時逐漸關閉空穴輸運材料(α-NPD)淀積源的擋板，淀積由α-NPD和Alq3組成的并具有濃度梯度的混合區(qū)域2607至膜厚20nm。此時，20nm厚度的混合區(qū)域2607中的10nm中間區(qū)域用紅螢烯作為發(fā)光材料2608以5wt％的比例進行摻雜。
在混合區(qū)域達到20nm的膜厚后，在只有電子輸運材料(Alq3)淀積源的擋板是打開的狀態(tài)下形成由Alq3組成的電子輸運區(qū)域2606。最后，Al∶Li合金(Li按重量計為0.5wt％)被淀積至膜厚約150nm作為陰極2604以得到由紅螢烯產生黃色光的有機發(fā)光元件。
在本實施例中，具體說明一有機發(fā)光元件，該元件通過在圖26B所示有機發(fā)光元件中，在陽極2602和有機化合物層2603之間插入一由空穴注入材料組成的空穴注入區(qū)域，以及在陰極2604和有機化合物層2603之間插入一由電子注入材料組成電子注入區(qū)域得到。
首先，準備一玻璃襯底2601，用濺射將ITO淀積在該玻璃襯底上至膜厚約100nm形成陽極2602。帶有陽極2602的玻璃襯底2601被裝入如圖31A和31B所示的真空室中。在該實施例中，淀積七種材料(其中六種是有機化合物以及一種是形成陰極的金屬)，因此需要七個淀積源。
首先，淀積作為空穴注入材料的CuPc至膜厚20nm，并且與達到膜厚20nm和停止淀積CuPc時的時刻沒有時間間隔地，開始以淀積速率0.2nm/sec淀積作為空穴輸運材料的TPD。沒有這樣時間間隔地開始淀積的原因是為防止形成上述的雜質層。
在形成僅由TPD組成的空穴輸運層2605至膜厚30nm后，同樣以淀積速率0.8nm/sec開始淀積作為電子輸運材料的BeBq2，而TPD的淀積速率保持固定在0.2nm/sec。即通過共淀積形成TPD和BeBq2的比例為1∶4的混合區(qū)域2607。
混合區(qū)域2607形成為具有膜厚30nm后，此時在混合區(qū)域2607中10nm的中間區(qū)域(即30nm的混合區(qū)域2607中10nm至20nm的部分)用作為熒光染料的紅螢烯作為發(fā)光材料2608以5wt％比例進行摻雜。同樣，混合區(qū)域2607中10nm的最后區(qū)域(即30nm的混合區(qū)域中20nm至30nm的部分)用BCP摻雜作為阻擋材料2609。在用BCP摻雜時各種材料的淀積速率為TDP∶BeBq2∶BCP＝1∶4∶3[nm/s]。
在混合區(qū)域2607達到膜厚30nm后，TPD和BCP的淀積停止，而只有BeBq2繼續(xù)被淀積形成膜厚為40nm的電子輸運區(qū)域2606。與停止BeBq2的淀積時的時刻沒有時間間隔地，開始淀積作為電子注入材料的Li(acac)至膜厚約2nm。沒有這樣時間間隔地開始淀積的原因是為防止形成上述的雜質層。
最后，淀積鋁至膜厚約150nm作為陰極以得到由紅螢烯產生黃色光的有機發(fā)光元件。
在本實施例中，具體說明圖30B示出的有機發(fā)光元件。
首先，準備一玻璃襯底2701，用濺射將ITO淀積在該玻璃襯底上至約100nm形成陽極2702。帶有陽極2702的玻璃襯底2701被裝入如圖32A和32B所示的真空器中。在該實施例中，淀積五種材料(其中四種是有機化合物以及一種是形成陰極的金屬)，因此需要五個淀積源。
在形成僅由作為空穴輸運材料的MTDATA組成的空穴輸運層2705至膜厚為40nm后，以淀積速率0.3nm/sec開始淀積作為電子輸運材料的PBD，而MTDATA的淀積速率保持固定在0.3nm/sec。即通過共淀積形成MTDATA和PBD的比例為1∶1的混合區(qū)域2707。
混合區(qū)域2707形成為具有膜厚30nm后，此時作為熒光染料的二萘嵌苯加入混合區(qū)域2707中10nm的中間區(qū)域(即30nm的混合區(qū)域2707中10nm至20nm的部分)用作為發(fā)光材料2708，控制淀積速率使得這種添加的比例為MTDATA∶PBD∶二萘嵌苯＝4∶16∶1。同樣，BCP被加入混合區(qū)域2707中的最后10nm區(qū)域(即30nm混合區(qū)域中20nm至30nm的部分)作為阻擋材料2709，比例為MTDATA∶PBD∶BCP＝1∶4∶5。
在混合區(qū)域達到膜厚30nm后，MTDATA和BCP的淀積停止，而只有PBD繼續(xù)淀積以形成膜厚40nm的電子輸運區(qū)域2706。最后，Al∶Li合金被淀積至約150nm作為陰極以得到由二萘嵌苯產生藍色光的有機發(fā)光元件。
在本實施例中，具體說明圖8所示空穴輸運混合層，雙極特性混合層，和電子輸運混合層被組合并應用其上的一元件。此外，為了在本實施例中形成濃度梯度(圖8中圖形810)，使用圖11中所示帶有擋板的淀積源。
首先，用濺射將ITO淀積在玻璃襯底801上至約100nm形成陽極802。隨后，淀積由作為空穴注入材料811的CuPC和作為空穴輸運材料812的α-NPD組成的空穴輸運混合層803至40nm。此時，通過打開和關閉擋板形成圖形810所示濃度梯度。
此時，通過在逐漸關閉α-NPD淀積源的擋板的同時逐漸打開作為電子輸運材料813的Alq3淀積源的擋板，淀積具有濃度梯度的雙極特性混合層804至20nm。此時，在20nm的雙極特性混合層804中10nm的中間區(qū)域807用(4-二氰亞甲基-2-甲基-6-(p-雙甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(縮寫；DCM)作為發(fā)光材料815以1wt％的比例進行摻雜。
在雙極特性混合層804達到20nm厚度后，在只有Alq3的擋板打開的狀態(tài)下淀積Alq3至35nm。通過在最后5nm區(qū)域中逐漸關閉Alq3淀積源的擋板的同時逐漸打開作為電子注入材料814的Li(acac)淀積源的擋板，形成總計為40nm的電子輸運混合層805。即，Li(acac)的濃度梯度設定為是陡的(雖然圖形810中示出電子注入材料814的斜度恒定，本實施例的最后部分急劇升高)。
最后，鋁被淀積作為陰極806至約150nm以得到由DCM產生紅色光的有機發(fā)光元件。
在本實施例中，具體說明一有機發(fā)光元件的實例，該元件通過在圖29B中所示的有機發(fā)光元件中，在陽極2702和有機化合物層2703之間插入由空穴注入材料組成的空穴注入區(qū)域，在陰極2704和有機化合物層之間插入由電子注入材料組成的電子注入區(qū)域，并施加三重光發(fā)射材料作為發(fā)光材料得到。這種元件結構在圖33中示出。
首先，準備一玻璃襯底，用濺射將ITO淀積在玻璃襯底上至約100nm形成ITO(陽極)。帶有ITO的玻璃襯底被裝入圖32A和32B所示的真空室中。在該實施例中，淀積七種材料(其中五種是有機化合物以及兩種是形成陰極的無機材料)，因此需要七個淀積源。
首先，淀積作為空穴注入材料的CuPc至20nm，并且與達到20nm和停止淀積CuPc時的時刻之間沒有時間間隔地，以淀積速率0.3nm/sec開始淀積作為空穴輸運材料的α-NPD。沒有這樣時間間隔地開始淀積的原因是為防止形成上述的雜質層。
在形成僅由α-NPD組成的空穴輸運層至30nm厚后，同樣以淀積速率0.3nm/sec開始淀積作為電子輸運材料的BAlq，而α-NPD的淀積速率保持固定在0.3nm/sec。即通過共淀積形成α-NPD和BAlq的比例為1∶1的混合區(qū)域(α-NPD+BAlq)。
混合區(qū)域被形成為具有厚度20nm，并且此時作為三重光發(fā)射材料的Ir(ppy)3加入混合區(qū)域中10nm的中間區(qū)域(即20nm混合區(qū)域中5nm至15nm的部分)作為發(fā)光材料。這種添加的比例為α-NPD∶BAlq∶Ir(ppy)3＝50∶50∶7。
在混合區(qū)域達到20nm厚度后，α-NPD和Ir(ppy)3的淀積停止，而只有BAlq繼續(xù)淀積形成厚度為20nm的電子輸運區(qū)域。與停止淀積BAlq時的時刻沒有時間間隔地，開始淀積作為電子注入材料的Alq3至約30nm。沒有這樣時間間隔地開始淀積的原因是為防止形成上述的雜質層。
最后，LiF被淀積至約1nm并且鋁被淀積至約150nm形成陰極并得到由Ir(ppy)3產生綠色光的三重光發(fā)射材料。
在本實施例中，具體說明一通過將本發(fā)明應用于圖9所示三重光發(fā)射二極管得到的元件。元件結構在圖10中示出。此外，為了在本實施例中形成濃度梯度(圖10中圖形1010)，使用圖11中所示的帶有擋板的淀積源。
首先，用濺射將ITO淀積到玻璃襯底1001上至約100nm形成陽極1002。隨后，淀積由作為空穴注入材料1011的CuPc和作為空穴輸運材料1012的α-NPD組成的空穴輸運混合層1003至40nm。此時通過打開和關閉擋板形成如圖形1010所示的濃度梯度。
接著，通過逐漸降低α-NPD的淀積速率并增加三重光發(fā)射材料的基質材料1013，4-4′-N，N-雙咔唑聯(lián)苯(4-4′-N，N′-dicarbazole-biphenyl)(下面稱為“CBP”)的淀積速率，形成由α-NPD和CBP組成并具有濃度梯度的雙極特性混合層1004至厚度20nm。此時，通過降低CBP的淀積速率并增加阻擋材料1014BCP的淀積速率，形成由CBP和BCP組成并具有濃度梯度的阻擋混合層1005。于是阻擋混合層的膜厚為10nm。
由于本實施例涉及一種三重光發(fā)射二極管，為三重光發(fā)射材料1016的三2-苯基吡啶銥(tris(2-phenylpyridine)iridium)(下面稱為Ir(ppy)3)，在形成雙極特性混合層1004和阻擋混合層1005的過程中被摻雜。作為基質材料的CBP的濃度高的區(qū)域，即靠近雙極特性混合層1004和阻擋混合層1005之間間界的區(qū)域最適合作為摻雜的區(qū)域1008。在本實施例中，間界附近±5nm的區(qū)域，即總計寬度為10nm的區(qū)域被制成達到6wt％摻雜的摻雜區(qū)域1008。
另外，電子輸運混合層1006由電子輸運能力高的BCP和Alq3組成。形成濃度梯度，使得隨著遠離陽極BCP濃度減少，而隨著遠離陽極Alq3濃度反而增加。即在這種情況下，BCP用作阻擋材料和電子輸運材料，而Alq3用作電子注入材料1015。電子輸運混合層1006具有40nm厚度。
最后，Al∶Li合金(Li按重量計為0.5wt％)被淀積至約150nm作為陰極1007，可以形成呈現(xiàn)由Ir(ppy)3產生綠色光的有機發(fā)光元件。
本實施例描述一種包括按照本發(fā)明的有機發(fā)光元件的發(fā)光器件。圖12A為使用本發(fā)明的有機發(fā)光元件的有源矩陣發(fā)光器件的剖面圖。在此使用薄膜晶體管(在下文稱為TFT)作為有源元件，但有源元件可以是MOS晶體管。
所示作為實例的TFT為頂部柵極TFT(具體地說，平面型TFT)，但底部柵極TFT(典型為一反向交錯(reverse stagger)TFT)可替代使用。
圖12A中，1201表示襯底。在此使用的襯底可透過可見光。具體地，可以使用玻璃襯底，石英襯底，晶體玻璃襯底，或塑料襯底(包括塑料薄膜)。襯底1201指襯底加上形成在襯底表面上的絕緣膜。
在襯底1201上，提供了像素部分1211和驅動電路1212。首先描述像素部分1211。
像素部分1211是顯示圖像的區(qū)域。許多像素被設置在襯底上，并且每個像素配有一TFT 1202用于控制有機發(fā)光元件中的電流流動(在下文稱為電流控制TFT)，一像素電極(陽極)1203，一有機化合物層1204，和一陰極1205。雖然在圖12A中僅示出電流控制TFT，但每個像素有一TFT用于控制施加給電流控制TFT柵極的電壓的TFT(在下文稱為開關TFT)。
電流控制TFT 1202在此優(yōu)選為一P溝道TFT。雖然n溝道TFT可替代使用，如果如圖12A所示電流控制TFT與有機發(fā)光元件的陽極連接，p溝道TFT作為電流控制TFT在降低電流消耗方面更成功。注意，開關TFT可由n溝道TFT或p溝道TFT形成。
電流控制TFT 1202的漏極與像素電極1203電連接。在本實施例中，具有4.5-5.5eV功函數(shù)的導電材料被用作像素電極1203的材料，并因此，像素電極1203起有機發(fā)光元件陽極的作用。光透射材料，典型地，氧化銦，氧化錫，氧化鋅，或這些的化合物(例如，ITO)，被用于像素電極1203。在像素電極1203上，形成有機化合物層1204。
在有機化合物層1204上，提供陰極1205。陰極1205的材料理想為功函數(shù)在2.5-3.5eV的導電材料。典型地，陰極1205由包含堿金屬元素或堿土金屬元素的導電膜，或由包括鋁的導電膜，或由通過將鋁或銀膜在上述導電膜之一上成層得到的疊層，形成。
由像素電極1203，有機化合物層1204，和陰極1205組成的層被覆以保護膜1206。提供保護膜1206以保護有機發(fā)光元件免于氧和濕氣?？捎米鞅Ｗo膜1206的材料包括氮化硅，氮氧化硅，氧化鋁，氧化鉭，和碳(具體地，類金剛石碳)。
下面，將描述驅動電路1212。驅動電路1212是用于控制將被送至像素部分1211的信號(門信號和數(shù)據信號)的定時的區(qū)域，并配有移位寄存器，緩存器，和鎖存器，以及模擬開關(傳輸門)或電平移動器。圖12A中，這些電路的基本單元是由n溝道TFT 1207和p溝道TFT 1208組成的CMOS電路。
已知的電路結構可被應用于移位寄存器，緩存器，鎖存器和模擬開關或電平移動器。雖然在圖12A中像素部分1211和驅動電路1212提供在同一襯底上，但IC或LSI可與襯底電連接，替代將驅動電路1212設置在襯底上。
圖12A中像素電極(陽極)1203與電流控制TFT 1202電連接，但陰極可以代替與電流控制TFT連接。在這種情況下，像素電極由陰極1205的材料形成而陰極由像素電極(陽極)1203的材料形成。在這種情況下電流控制TFT優(yōu)選為n溝道TFT。
借助在形成布線線條1209之前形成像素電極1203的工藝，制造圖12A中所示發(fā)光元件。但是，該工藝可能使像素電極1203的表面變粗糙。因為它是一電流驅動型元件，像素電極1203粗糙的表面可能降低有機發(fā)光元件的性能。
在形成布線線條1209后形成像素電極1203以得到圖12B中所示發(fā)光器件。在這種情況下，與圖12A的結構相比，電流從像素電極1203的注入可被改善。
在圖12A和12B中，正向錐形的觸排結構(forward-tapered bankstructure)1210將設置在像素部分1211中的像素相互分開。如果該觸排結構是反向錐形的，可以避免觸排結構與像素電極之間的接觸。其實例在圖34中示出。
在圖34中，布線線條同樣起分隔部分的作用，形成布線線條和分隔部分3410。通過將構成布線線條的金屬和刻蝕速率比金屬低的材料(例如，金屬氮化物)成層并隨后刻蝕該疊層，得到圖34中所示布線線條和分隔部分3410的形狀(即，帶檐的結構)。該形狀可以防止陰極3405和像素電極3403或布線線條之間的短路。與通常的有源矩陣發(fā)光器件不同，圖34的器件中像素上的陰極3405是條紋的(類似于無源矩陣器件中的陰極)。
圖13(a)和13(b)示出圖12B中圖示的有源矩陣發(fā)光器件的外部。圖13A是其頂視圖而圖13B是沿圖13A線P-P′的剖面圖。圖12A和12B中的符號用在圖13A和13B中。
圖13A中，1301表示像素部分，1302表示門信號側驅動電路，而1303表示數(shù)據信號側驅動電路。發(fā)送至門信號側驅動電路1302和數(shù)據信號側驅動電路1303的信號從TAB(條帶自動鍵合)帶1305經輸入布線線條1304輸入。雖然未在附圖中示出，TAB帶1305可由通過給TAB帶配置IC(集成電路)得到的TCP(條帶載體封裝)取代。
由1306表示的是提供在圖12B所示發(fā)光元件上部，并與由樹脂形成的密封件1307結合的覆蓋件。覆蓋件1306可為只要不透過氧和水的任何材料。在本實施例中，如圖13B所示，覆蓋件1306由塑料件1306a和分別形成在塑料件1306a前部和后部上的碳膜(具體地，類金剛石碳膜)1306b和1306c組成。
如圖13B所示，密封件1307被由樹脂制成的焊封件(sealingmember)1308所覆蓋，使得有機發(fā)光元件完全密封在氣密空間1309中。用不活潑氣體(典型地，氮氣或惰性氣體)，樹脂，或不活潑液體(例如，其典型實例為全氟鏈烷(perfluoro alkane)的液態(tài)碳氟化合物)填充氣密空間1309。在該空間中放入吸附劑或脫氧劑同樣是有效的。
一極化板可被提供在本實施例所示發(fā)光器件的顯示面上(觀眾觀看其上顯示圖像的面)。極化板具有一個減少外部入射光的反射以由此防止顯示面示出觀眾的反射的效果。通常，采用一圓形極化板。但是，極化板優(yōu)選具有通過調整折射率有較小內部反射的結構，以防止從有機化合物層發(fā)射的光在極化板處被反射并反向運動。
按照本發(fā)明的任何有機發(fā)光元件可被用作包括在本實施例發(fā)光器件中的有機發(fā)光元件。
本實施例示出一有源矩陣發(fā)光器件，作為包括按照本發(fā)明有機發(fā)光元件的發(fā)光器件的實例。與實施例12不同，在本實施例的發(fā)光器件中，光從其上形成有源元件的襯底的對邊取出(在下文稱為向上發(fā)射)。圖35為其剖面圖。
薄膜晶體管(在下文稱為TFT)在此用作有源元件，但有源元件可為MOS晶體管。示為實例的TFT是頂部柵極TFT(具體地說，平面型TFT)，但底部柵極TFT(典型為一反向交錯TFT)可替代使用。
本實施例的襯底3501，形成在像素部分中電流控制TFT 3502，和驅動電路3512與實施例12的具有相同的結構。
本實施例中與電流控制TFT 3502的漏極連接的第一電極3503用作陽極，并因此優(yōu)選由具有大功函數(shù)的導電材料形成。導電材料典型的實例包括例如鎳，鈀，鎢，金，和銀的金屬。在本實施例中，理想的第一電極3503不透光。更為理想的，電極是由高光反射的材料形成的。
有機化合物層3504形成在第一電極3503上。在本實施例中提供在有機化合物層3504上的是起陰極作用的第二電極3505。因此，第二電極3505的材料理想地為功函數(shù)在2.5-3.5eV的導電材料。典型地，使用包含堿金屬元素或堿土金屬元素的導電膜，或包含鋁的導電膜，或通過將鋁或銀膜在上述導電膜之一上成層得到的疊層。由于在本實施例中使用向上發(fā)射發(fā)光器件，對于第二電極3505的材料，光透射是必不可少的。因此，當用作第二電極時，金屬優(yōu)選形成為厚度約20nm非常薄的膜。
由第一電極3503組成的層，有機化合物層3504，和第二電極3505被覆以保護膜3506。提供保護膜3506以保護有機發(fā)光元件免于接觸氧和濕氣。在本實施例中，只要它透光，任何材料都可用來作保護膜。
圖35中，第一電極(陽極)3503與電流控制TFT 3502電連接，但陰極可以代替與電流控制TFT連接。在這種情況下，第一電極可由陰極的材料形成而第二電極可由陽極的材料形成。在這種情況下電流控制TFT優(yōu)選為n溝道TFT。
3507表示一覆蓋件并與由樹脂形成的密封件3508結合。覆蓋件3507可以是只要它透光但不透氧和水的任何材料。在本實施例中，使用玻璃。用不活潑氣體(典型地，氮氣或惰性氣體)，樹脂，或不活潑液體(例如，其典型實例為全氟鏈烷(perfluoro alkane)的液態(tài)碳氟化合物)填充氣密空間3509。在該空間中放入吸附劑或脫氧劑同樣是有效的。
發(fā)送至門信號側驅動電路和數(shù)據信號側驅動電路的信號從TAB(條帶自動鍵合)帶3514經輸入布線線條3513輸入。雖然在附圖中未示出，TAB帶3514可由通過給TAB帶配置IC(集成電路)得到的TCP(條帶載體封裝)取代。
一極化板可被提供在本實施例所示發(fā)光器件的顯示面上(觀眾觀看其上顯示圖像的面)。極化板具有一個減少外部入射光的反射以由此防止顯示面示出觀眾的反射的效果。通常，采用一圓形極化板。但是，極化板優(yōu)選具有通過調整折射率有較小內部反射的結構，以防止從有機化合物層發(fā)射的光在極化板處被反射并反向運動。
按照本發(fā)明的任何有機發(fā)光元件可被用作包括在本實施例發(fā)光器件中的有機發(fā)光元件。
本實施例示出一無源矩陣發(fā)光器件，它作為包括在本發(fā)明中公開的有機發(fā)光元件的發(fā)光器件的實例。圖14A是其頂視圖而圖14B是沿圖14A線P-P′的剖面圖。
在圖14A中，1401在此表示由塑料材料形成的襯底。可以使用的塑料材料為聚酰亞胺，聚酰胺，丙烯酸樹脂，環(huán)氧樹脂，PES(polyethylene sulfile)，PC(聚碳酸酯)，PET(聚乙烯對苯二甲酸酯)，或PEN(polyethylene naphthalate)的板或膜。
1402表示由導電氧化物膜形成的掃描線(陽極)。在本實施例中，通過在氧化鋅中摻雜氧化鎵得到導電氧化物膜。在本實施例中1403表示由金屬膜，鉍膜形成的數(shù)據線(陰極)。1404表示由丙烯酸樹脂形成的觸排。觸排用作將數(shù)據線1403相互分開的隔墻。多條掃描線1402和多條數(shù)據線1403分別形成為條形圖案并且圖案相互成直角交叉。雖然在圖14A中未示出，有機化合物層被夾在掃描線1402和數(shù)據線1403之間而交點部分1405用作像素。
掃描線1402和數(shù)據線1403經TAB帶1407與外部驅動電路連接。1408表示包括大量掃描線1402的一組布線線條。1409表示包括大量與數(shù)據線1403連接的連接布線線條1406的一組布線線條。雖然未示出，TAB帶1407可由通過給TAB帶配置IC(集成電路)得到的TCP取代。
圖14B中，1410表示密封件，而1411表示借助密封件1410與塑料件1401結合的覆蓋件?？晒庥?photo-curable)的樹脂可用于密封件1410。密封件優(yōu)選材料為允許少量氣體滲漏并吸收少量濕氣的材料。覆蓋件優(yōu)選由與襯底1401相同的材料制成，并可使用玻璃(包括石英玻璃)或塑料。在此，塑料材料用于覆蓋件。
圖14C為像素區(qū)域結構的放大視圖。1413表示有機化合物層。觸排1404的下層比上層窄，并且觸排可將數(shù)據線1403物理上相互分開。被密封件1410包圍的像素部分1414通過由樹脂形成的焊封件1415與外部空氣脫離以防止有機化合物層退化。
在如根據本發(fā)明上面所述構造的發(fā)光器件中，像素部分1414包括掃描線1402，數(shù)據線1403，觸排1404，和有機化合物層1413。因此發(fā)光器件可通過非常簡單的工藝制造。
一極化板可被提供在本實施例所示發(fā)光器件的顯示面上(觀眾觀看其上顯示圖像的面)。極化板具有一個減少外部入射光的反射以由此防止顯示面示出觀眾的反射的效果。通常，采用一圓形極化板。但是，極化板優(yōu)選具有通過調整折射率有較小內部反射的結構，以防止從有機化合物層發(fā)射的光在極化板處被反射并反向運動。
按照本發(fā)明的任何有機發(fā)光元件可被用作包括在本實施例發(fā)光器件中的有機發(fā)光元件。
本實施例示出將印刷線路板安裝在實施例14中所示發(fā)光器件上以將器件制成一個模塊的實例。
在圖15A所示的一個模塊中，TAB帶1504被安裝在襯底1501(在此包括像素部分1502和布線線條1503a和1503b)上，而印刷線路板1505經TAB帶1504安裝在襯底上。
圖15B中示出印刷線路板1505的功能方框圖。在印刷線路板1505內提供有用作至少I/O接口(輸入或輸出部分)1506和1509的IC，數(shù)據信號側驅動電路1507，和門信號側驅動電路1508。
在本說明書中，如上所述通過將TAB帶安裝在具有形成在其表面上的像素部分的襯底上，以及通過將用作驅動電路的印刷線路板經TAB帶安裝在襯底上構造的模塊被特別命名為具有外部驅動電路的模塊。
任何在本發(fā)明中公開的有機發(fā)光元件可用作本實施例發(fā)光器件中包括的有機發(fā)光元件。
本實施例示出將印刷線路板安裝在實施例12，13，或14中所示發(fā)光器件上以將該器件制成一個模塊的實例。
在圖16A所示模塊中，TAB帶1605被安裝在襯底1601(在此包括像素部分1602，數(shù)據信號側驅動電路1603，門信號側驅動電路1604，和布線線條1603a和1604a)上，并且印刷電路板1606經TAB帶1605安裝在襯底上。圖16B中示出印刷電路板1606的功能方框圖。
如圖16B所示，在印刷電路板1606內提供有用作至少I/O接口1607和1610的IC，和控制單元1608。在此提供存儲單元1609，但它不總是需要的?？刂茊卧?608是具有控制驅動電路和修正圖像數(shù)據功能的部分。
在本說明書中，如上所述通過將具有作為控制器功能的印刷電路板安裝在在其上形成有機發(fā)光元件的襯底上構造的模塊被特別命名為具有外部控制器的模塊。
任何在本發(fā)明中公開的有機發(fā)光元件可用作本實施例發(fā)光器件中包括的有機發(fā)光元件。
本實施例示出一發(fā)光器件的實例，其中實施例10和11中示出的三重發(fā)光二極管根據數(shù)字時間灰度級顯示驅動。本實施例的發(fā)光器件通過使用從三重激發(fā)狀態(tài)的發(fā)光可在數(shù)字時間灰度級顯示中提供均勻圖像，并因此非常有用。
圖36A示出使用有機發(fā)光元件的像素的電路結構。Tr代表晶體管而Cs代表存儲電容器。在本電路中，當柵極線被選擇時，電流從源極線流入Tr1同時對應于信號的電壓在Cs中積累。然后由Tr2的柵-源電壓(Vgs)控制的電流流入Tr2和有機發(fā)光元件。
在當Tr1被選擇后，Tr1被斷開以保持Cs的電壓(Vgs)。因此，電流以一個與Vgs有關的量繼續(xù)流動。
圖36B示出根據數(shù)字時間灰度級顯示驅動本電路的略圖。在數(shù)字時間灰度級顯示中，一個幀被分為多于一個的子幀。圖36B示出其中一個幀被分為六個子幀的六位灰度級。在這種情況下，子幀的光發(fā)射周期比為32∶16∶8∶4∶2∶1。
圖36C示意性示出本實施例中TFT襯底的驅動電路。柵驅動器和源驅動器被提供在同一襯底上。在本實施例中，像素電路和驅動器被設計為是數(shù)字式驅動的。因此，TFT性能的波動不會影響器件并且器件可顯示均勻圖像。
已在上面實施例中描述過的本發(fā)明發(fā)光器件，具有低功率消耗和長使用壽命的優(yōu)點。因此，包括那些發(fā)光器件作為其顯示單元的電氣裝置可比常規(guī)裝置功率消耗低運行并且耐用。特別對于使用電池作為電源的電氣裝置，例如便攜式裝置，該優(yōu)點非常有用，因為低功率消耗直接帶來方便(電池持續(xù)時間長)。
發(fā)光器件是自發(fā)光的以消除如液晶顯示器中對背景光的需要，并具有其厚度為小于1μm的有機化合物層。因此發(fā)光器件可被制成薄且重量輕的。包括發(fā)光器件作為其顯示單元的電氣裝置因此比常規(guī)的設備更薄和更輕。這也直接帶來方便(到處攜帶時輕便且小型化)并且特別對于便攜設備和其它電氣裝置非常有用。此外，就運輸(大量的設備可被運輸)和安裝(節(jié)省室內空間)而言，毫無疑問，薄(非體積大的(unvoluminous))對于所有電氣裝置都是有用的。
因為自發(fā)光，發(fā)光器件以在光亮處具有比液晶顯示器件更好的清晰度和具有寬的視角為特征。因此包括發(fā)光器件作為其顯示單元的電氣裝置，同樣就易于觀看顯示而言，是非常有利的。
總之，使用本發(fā)明發(fā)光器件的電氣裝置，除具有常規(guī)有機發(fā)光元件的優(yōu)點，即薄/輕和高清晰度外，還具有低功率消耗和長使用壽命的新特點，并因此非常有用。
本實施例示出包括作為顯示單元的本發(fā)明發(fā)光器件的電氣裝置的實例。其特定的實例在圖17A至17F和18A至18B中示出。在本發(fā)明中公開的任何金屬絡合物可用于包括在本發(fā)明電氣裝置中的有機發(fā)光元件。包括在本發(fā)明電氣裝置中的發(fā)光器件可具有圖12至16和34至36所示任一構造形式。
圖17A示出使用一有機發(fā)光元件的顯示裝置。該顯示器件由殼體1701a，支撐基座1702a，和顯示單元1703a組成。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元1703a，顯示器件可以是薄，重量輕，且耐用的。因此，簡化了運輸，安裝是節(jié)省了空間，并且使用壽命長。
圖17B示出一攝像機，它由主體1701b，顯示單元1702b，和音頻輸入單元1703b，操作開關1704b，電池1705b，和圖像接收單元1706b組成。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元1702b，攝像機可重量輕并且功率消耗低。因此，電池消耗可被降低并且攜帶攝像機較為方便。
圖17C示出一數(shù)字式照相機，它由主體1701c，顯示單元1702c，目鏡單元1703c，操作開關1704c組成。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元1702c，數(shù)字式照相機可重量輕并且功率消耗低。因此，電池消耗可被降低并且攜帶數(shù)字式照相機較為方便。
圖17D示出配有記錄媒體的圖像再現(xiàn)裝置。該裝置由主體1701d，記錄媒體(例如，CD，LD，或DVD)1702d，操作開關1703d，顯示單元(A)1704d，和顯示單元(B)1705d組成。顯示單元(A)1704d主要顯示圖像信息而顯示單元(B)1705d主要顯示文本信息。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元(A)1704d和顯示單元(B)1705d，圖像再現(xiàn)裝置的功耗更低并且重量輕且耐用。配有記錄媒體的圖像再現(xiàn)裝置同樣包括CD唱機和游戲機。
圖17E示出一(移動的)便攜式計算機，它由主體1701e，顯示單元1702e，圖像接收單元1703e，操作開關1704e，存儲器插槽1705e組成。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元1702e，便攜式計算機可為薄且重量輕的，并且功耗低。因此，電池消耗降低并且攜帶計算機較為方便。便攜式計算機可將信息存入快閃存儲器或通過集成非易失存儲器得到的記錄媒體中，并可再現(xiàn)存儲的信息。
圖17F示出一個人計算機，它由主體1701f，殼體1702f，顯示單元1703f，和鍵盤1704f組成。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元1703f，個人計算機可為薄且重量輕的，并功耗低。就電池消耗和輕而言，特別對于到處攜帶的筆記本型個人計算機，發(fā)光器件是很大的長處。
現(xiàn)在這些電氣裝置顯示經例如國際互聯(lián)網的電子通信線路和經例如無線電波的無線電通信發(fā)送的頻繁信息，特別是動畫信息(animation information)的機會在增加。由于有機發(fā)光元件具有非?？斓捻憫俾?，發(fā)光器件適用于動畫顯示。
圖18A示出一蜂窩電話，它由主體1801a，聲頻輸出單元1802a，聲頻輸入單元1803a，顯示單元1804a，操作開關1805a，和天線1806a組成。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元1804a，蜂窩電話可為薄且重量輕的，并功耗低。因此，電池消耗可被降低，攜帶蜂窩電話容易，并且主體可以小型化。
圖18B示出一音響設備(特別是車載音響設備)，它由主體1801b，顯示單元1802b，以及操作開關1803b和1804b組成。通過將本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示單元1802b，音響設備可為重量輕的并功耗低。雖然將車載音響設備作為本實施例中的實例，但音響設備可為家用音響設備。
給圖17A至17F和18A至18B中所示的電氣裝置提供這一功能是有效的，即通過給電氣裝置提供光敏器件作為檢測周圍環(huán)境亮度的手段，根據電氣裝置使用的周圍環(huán)境的亮度調節(jié)發(fā)射光的輝光。如果發(fā)射光的輝光與周圍亮度的對比度系數(shù)為100-150，用戶可沒有困難地識別圖像或文本信息。借助此功能，當周圍環(huán)境亮時可升高圖像的輝光以更好地觀看，而當周圍環(huán)境暗時可降低圖像的輝光以減少功率消耗。
采用本發(fā)明的發(fā)光器件作為光源的各種電氣裝置同樣可為薄且重量輕的并且可以消耗更少功率運行，這使其成為非常有用的裝置。液晶顯示器件的光源，例如背景光或前光，或照明夾緊裝置的光源被包括在本發(fā)明的發(fā)光器件中作為光源。因此，發(fā)光器件可為薄的，重量輕的，并且功率消耗低。
按照本實施例，當液晶顯示器被用作圖17A至17F和18A至18B中所示電氣裝置的顯示單元時，如果那些液晶顯示器使用本發(fā)明發(fā)光器件作為背景光或前光，電氣裝置可為薄且重量輕的并且功耗更低。
在本實施例中，描述一有源矩陣型恒定電流驅動電路的實例，該電路由在本發(fā)明有機發(fā)光元件中流動的恒定電流驅動。其電路結構在圖37中示出。
圖37中所示的像素1810具有信號線Si，第一掃描線Gj，第二掃描線Pj和電源線Vi。此外，像素1810具有晶體管(下面稱為“Tr”)1，Tr2，Tr3，Tr4，混合接合類型的有機發(fā)光元件1811和保持電容器(retention capacitor)1812。
Tr3和Tr4的兩個柵極與第一掃描線Gj連接。至于Tr3的源極和漏極，一個與信號線Si連接，另一個與Tr2的源極連接。另外，Tr4的源極和漏極，一個與Tr2的源極連接，另一個與Tr1的柵極連接。于是，Tr3源極和漏極中的任意一個與Tr4的源極或者漏極相互連接。
Tr1的源極與電源線Vi連接并且Tr1的漏極與Tr2的源極連接。Tr2的柵極與第二掃描線Pj連接。并且，Tr2的漏極與有機發(fā)光元件1811中的像素電極連接。有機發(fā)光元件1811具有像素電極，反向電極和提供在像素電極和反向電極間的有機發(fā)光層。有機發(fā)光元件1811的反向電極由提供在光發(fā)射板外部的電源施加恒定電壓。
Tr3和Tr4既可采用n溝道型TFT也可采用p溝道型TFT。但是，Tr3和Tr4的極性是相同的。另外，Tr1既可采用n溝道型TFT也可采用p溝道型TFT。Tr2既可采用n溝道型TFT也可采用p溝道型TFT。至于極性，在有機發(fā)光元件中有像素電極和反向電極的情況下，一個是陽極而另一個是陰極。在Tr2是p溝道型TFT的情況下，優(yōu)選用陽極作為像素電極，而陰極作為反向電極。相反，在Tr2是n溝道型TFT的情況下，優(yōu)選用陰極作為像素電極，而陽極作為反向電極。
保持電容器1812形成在Tr1的柵極和源極之間。提供保持電容器1812用于更為一定地保持Tr1柵極和源極之間的電壓(VGS)。但是，它不需要總是提供。
在圖37所示像素中，供給信號線Si的電流在信號線驅動電路中的電流源處控制。
通過應用上述電路結構，可以實現(xiàn)恒定電流驅動，藉此在有機發(fā)光元件中流動的恒定電流可保持的亮度。具有本發(fā)明混合區(qū)域的有機發(fā)光元件具有比現(xiàn)有有機發(fā)光元件更長的使用壽命。因為通過實施上述的恒定電流驅動可以實現(xiàn)非常長的使用壽命，有機發(fā)光元件是有效的。
本發(fā)明的實踐能夠提供一種功率消耗小并且壽命極好的發(fā)光器件。另外，通過將這種發(fā)光器件用于光源或顯示部分可以得到，亮且功率消耗小且長時間耐用的電氣裝置。
權利要求
1.一發(fā)光器件，包括一發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括陽極；陰極；與陽極相鄰的空穴注入層；以及提供在空穴注入層和陰極之間的包括空穴輸運材料的空穴輸運區(qū)域和包括電子輸運材料的電子輸運區(qū)域，其中在空穴輸運區(qū)域和電子輸運區(qū)域之間提供一包括空穴輸運材料和電子輸運材料的混合區(qū)域。
2.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中在混合區(qū)中存在有濃度梯度，該濃度梯度是空穴輸運材料的濃度沿從陽極至陰極的方向降低，而電子輸運材料的濃度沿從陽極至陰極的方向增加。
3.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料被摻入混合區(qū)域中。
4.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中阻擋材料被摻入混合區(qū)域，并且阻擋材料中的最高被占據分子軌道和最低未被占據分子軌道之間的能量差比在空穴輸運材料中和在電子輸運材料中的能量差大。
5.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料和阻擋材料被摻入混合區(qū)域中。
6.根據權利要求5的發(fā)光器件，其中摻入發(fā)光材料的部分比摻入阻擋材料的部分靠近陽極排列。
7.根據權利要求3的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料呈現(xiàn)由三重激發(fā)態(tài)導致的輝光。
8.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中混合區(qū)域中空穴輸運材料的質量與空穴輸運材料和電子輸運材料的總質量之比為大于或等于10％和小于或等于90％。
9.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中混合區(qū)域的厚度為大于或等于10nm和小于或等于100nm。
10.一種電子裝置，其具有如權利要求1所述的發(fā)光器件。
11.根據權利要求10的電子裝置，其中該電子裝置是從由汽車音響、顯示裝置、攝像機、數(shù)字照相機、圖像再現(xiàn)裝置、移動便攜式計算機、個人計算機和蜂窩電話組成的組中被選擇的。
12.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中添加發(fā)光材料的發(fā)光區(qū)域被提供在混合區(qū)域中。
13.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中發(fā)光器件是一種無源矩陣發(fā)光器件。
14.根據權利要求1的發(fā)光器件，其中陽極和陰極中的至少一個電連接到諸如薄膜晶體管和MOS晶體管的有源元件。
15.一發(fā)光器件，包括一發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括陽極；陰極；與陰極相鄰的電子注入層；以及提供在陽極和電子注入層之間的包括空穴輸運材料的空穴輸運區(qū)域和包括電子輸運材料的電子輸運區(qū)域，其中在空穴輸運區(qū)域和電子輸運區(qū)域之間提供一包括空穴輸運材料和電子輸運材料的混合區(qū)域。
16.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中在混合區(qū)域中存在有濃度梯度，該濃度梯度是空穴輸運材料的濃度沿從陽極至陰極的方向降低，而電子輸運材料的濃度沿從陽極至陰極的方向增加。
17.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料被摻入混合區(qū)域中。
18.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中阻擋材料被摻入混合區(qū)域中，并且阻擋材料中的最高被占據分子軌道和最低未被占據分子軌道之間的能量差比在空穴輸運材料中和在電子輸運材料中的能量差大。
19.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料和阻擋材料被摻入混合區(qū)域中。
20.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中摻入發(fā)光材料的部分比摻入阻擋材料的部分靠近陽極排列。
21.根據權利要求17的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料呈現(xiàn)由三重激發(fā)態(tài)導致的輝光。
22.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中混合區(qū)域中空穴輸運材料的質量與空穴輸運材料和電子輸運材料的總質量之比為大于或等于10％和小于或等于90％。
23.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中混合區(qū)域的厚度為大于或等于10nm和小于或等于100nm。
24.一種電子裝置，其具有如權利要求15所述的發(fā)光器件。
25.根據權利要求24的電子裝置，其中該電子裝置是從由汽車音響、顯示裝置、攝像機、數(shù)字照相機、圖像再現(xiàn)裝置、移動便攜式計算機、個人計算機和蜂窩電話組成的組中被選擇的。
26.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中添加發(fā)光材料的發(fā)光區(qū)域被提供在混合區(qū)域中。
27.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中發(fā)光器件是一種無源矩陣發(fā)光器件。
28.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中陽極和陰極中的至少一個電連接到諸如薄膜晶體管和MOS晶體管的有源元件。
29.一發(fā)光器件包括一發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括陽極；陰極；與陽極相鄰的空穴注入層；與陰極相鄰的電子注入層；以及提供在空穴注入層和電子注入層之間的包括空穴輸運材料的空穴輸運區(qū)域和包括電子輸運材料的電子輸運區(qū)域，其中在空穴輸運區(qū)域和電子輸運區(qū)域之間提供一包括空穴輸運材料和電子輸運材料的混合區(qū)域。
30.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中在混合區(qū)域中存在有濃度梯度，該濃度梯度是空穴輸運材料的濃度沿從陽極至陰極的方向降低，而電子輸運材料的濃度沿從陽極至陰極的方向增加。
31.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料被摻入混合區(qū)域中。
32.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中阻擋材料被摻入混合區(qū)域中，并且阻擋材料中的最高被占據分子軌道和最低未被占據分子軌道之間的能量差比在空穴輸運材料中和在電子輸運材料中的能量差大。
33.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料和阻擋材料被摻入混合區(qū)域中。
34.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中摻入發(fā)光材料的部分比摻入阻擋材料的部分更靠近陽極排列。
35.根據權利要求31的發(fā)光器件，其中發(fā)光材料呈現(xiàn)由三重激發(fā)態(tài)導致的輝光。
36.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中混合區(qū)域中空穴輸運材料的質量與空穴輸運材料和電子輸運材料的總質量之比為大于或等于10％和小于或等于90％。
37.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中混合區(qū)域的厚度為大于或等于10nm和小于或等于100nm。
38.一種電子裝置，其具有如權利要求29所述的發(fā)光器件。
39.根據權利要求38的電子裝置，其中電子裝置是從由汽車音響、顯示裝置、攝像機、數(shù)字照相機、圖像再現(xiàn)裝置、移動便攜式計算機、個人計算機和蜂窩電話組成的組中被選擇的。
40.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中添加發(fā)光材料的發(fā)光區(qū)域被提供在混合區(qū)域中。
41.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中發(fā)光器件是一種無源矩陣發(fā)光器件。
42.根據權利要求29的發(fā)光器件，其中陽極和陰極中的至少一個電連接到諸如薄膜晶體管和MOS晶體管的有源元件。
全文摘要
通過應用包括空穴注入材料811和空穴輸運材料812的空穴輸運混合層，包括空穴輸運材料812和電子輸運材料813的雙極特性混合層，或包括電子輸運材料813和電子注入材料814的電子輸運混合層，以及進一步，形成如圖形810所示的濃度梯度，有機發(fā)光元件中各層間的載流子填充品質得以提高。借助這種措施，提供低功耗和長壽命的有機發(fā)光元件，并且該有機發(fā)光元件用于制造發(fā)光器件和電氣裝置。
文檔編號H05B33/12GK1828972SQ20061005959
公開日2006年9月6日 申請日期2001年12月28日 優(yōu)先權日2000年12月28日
發(fā)明者瀨尾哲史, 山崎舜平 申請人:株式會社半導體能源研究所