JP2005026221A - 発光素子用電子注入性組成物、発光素子、および発光装置 - Google Patents

発光素子用電子注入性組成物、発光素子、および発光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明では、優れた電子注入性を有し、かつ成膜した場合に結晶化しにくい発光素子用電子注入性組成物を提供すると共に、これを用いることにより従来よりも素子特性に優れ、素子寿命の長い発光素子、およびそれを用いた発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明では、一般式（１）で表されるピリジン誘導体と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のいずれか一種とを含む発光素子用電子注入性組成物を用い、発光素子の発光物質を含む層の一部に電子注入層を形成する。
【化１】
Figure 2005026221

（式中、二つのXは同じであっても異なる構造であってもよい。Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、ハロアルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、アルコキシル基（ただし、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子用電子注入性組成物、発光素子に発光素子用電子注入性組成物を用いて形成された発光素子、および発光素子を有する発光装置に関するものである。
薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有する材料を発光体として用いた発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。また、発光素子をマトリクス状に配置した発光装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると言われている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光物質を含む層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が発光物質を含む層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。
このような発光素子に関しては、その素子特性を向上させる上で、材料に依存した問題が多く、これらを克服するために素子構造の改良や材料開発等が行われている。
材料に依存した問題の１つとして、透明導電膜を形成するのに適した材料が少ないことが挙げられる。透明導電膜を形成するのに適した材料として知られているのは、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０[％]の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）等の仕事関数の大きい（具体的には、仕事関数４．０ｅＶ以上）材料であり、発光素子からの光を外部に取り出す透明電極にこれらの透明導電膜が用いられることから、透明電極が発光素子の陽極として機能しているのが通例である。
これに対し、電極からの電子の注入性を向上させるための層（以下、電子注入層とよぶ）を透明電極との界面に形成することにより、透明電極からの電子の注入性を向上させ、仕事関数の大きいＩＴＯ等を用いて形成された透明電極を陰極として機能させることができるという報告がなされている（例えば、非特許文献１、２参照。）。この場合、電子注入層は、電子輸送性を有する材料（例えばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）、２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ（バソキュプロインともいう）（以下、ＢＣＰと示す）、銅フタロシアニン（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）等）にアルカリ金属をドープして形成される。
また、電子注入層の中でも、電子のみの輸送性に優れた材料として知られているＢＣＰにＬｉをドーピングした場合に電極からの電子注入性を著しく向上させることができるという報告がなされている。
しかし、ＢＣＰは、膜を形成した際にアモルファス状態を維持しづらく、経時的に結晶化し易いという欠点を有するために、素子を形成した場合に発光効率の変化による輝度ムラ等の素子特性の低下を招くだけでなく、輝度の低下によって素子の寿命が短くなるという問題を抱えている。
Junji Kido,Toshio Matsumoto,Applied Physics Letters,Vol.73,No.20(16 November 1998),2866-2868
G.Parthasarathy,C.Adachi,P.E.Burrows,S.R.Forrest,Applied Physics Letters,Vol.76,No.15(10 April 2000),2128-2130
そこで、本発明では、優れた電子注入性を有し、かつ成膜した場合に経時的に結晶化しにくい発光素子用電子注入性組成物を提供すると共に、これを用いることにより従来よりも素子特性に優れ、素子寿命の長い発光素子、およびそれを用いた発光装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、ピリジン誘導体が、優れた電子輸送性を有し、かつ成膜した場合に結晶化しにくい材料であり、さらにアルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のうちの少なくとも一種を含むことにより電子注入性に優れた層を形成することを見出した。そこで、一対の電極間に発光物質を含む層を有する発光素子において、発光物質を含む層の一部にピリジン誘導体を用いることを発案した。
すなわち、本発明の構成は、一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のいずれか一とを０．１〜１０（モル比）、より好ましくは０．５〜２（モル比）で含有することを特徴とする発光素子用電子注入性組成物である。つまり、一般式（１）で表される物質のモル数と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のいずれか一のモル数との比が１：０．１〜１０、より好ましくは１：０．５〜２で含有することを特徴とする発光素子用電子注入性組成物である。
Figure 2005026221
 （式中、二つのXは同じであっても異なる構造であってもよい。Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、ハロアルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、アルコキシル基（ただし、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
また、本発明の構成として、一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属の少なくとも一種とを０．１〜１０（モル比）、より好ましくは０．５〜２（モル比）で含有することを特徴とする発光素子用電子注入性組成物も含むこととする。つまり、一般式（１）で表される物質のモル数と、アルカリ金属のモル数、アルカリ土類金属のモル数、遷移金属のモル数を合計したモル数との比がが１：０．１〜１０、より好ましくは１：０．５〜２で含有することを特徴とする発光素子用電子注入性組成物である。
上述した発光素子用電子注入性組成物が、電子注入性に優れていることから、本発明における別の構成として、発光素子用電子注入性組成物を用いて形成された電子注入層を有する発光素子を含めることとする。
すなわち、一対の電極間に発光物質を含む層を少なくとも有する発光素子において、前記発光物質を含む層は一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のうちの少なくとも一種とを含む層を有することを特徴とする発光素子である。
なお、上記構成において、前記一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のうちの少なくとも一種とを含む層は、前記一般式（１）で表される物質のモル数と、アルカリ金属のモル数、アルカリ土類金属のモル数、遷移金属のモル数を合計したモル数との比が０．１〜１０（モル比）、より好ましくは０．５〜２（モル比）で含有することを特徴とする発光素子である。
つまり、一般式（１）で表される物質のモル数と、アルカリ金属のモル数、アルカリ土類金属のモル数、遷移金属のモル数を合計したモル数との比が１：０．１〜１０、より好ましくは１：０．５〜２であることが望ましい。
また、上記構成において、前記一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のうちの少なくとも一種とを含む電子注入層は、一対の電極のうち、一方の電極と接して形成されることを特徴とする。なお、この場合、一方の電極は、陰極として機能する電極（陰極）であり、他方の電極は陽極として機能する電極（陽極）である。また、陰極として機能する電極と接して、前記層が電子注入層として働く場合には、陰極として機能する電極が可視光に対して７０％以上の透過率を有することを特徴とする。
なお、本発明では、一対の電極が、いずれも可視光に対して７０％以上の透過率を有する場合の構成も含めることとする。
さらに、本発明では、上述した発光素子をその一部に有する発光装置も本発明の構成に含めることとする。
なお、モル比とは、物質のモル数とモル数との比を表す。
本発明では、ピリジン誘導体と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のうちの少なくとも一種とを含む発光素子用電子注入性組成物を用いて電子注入層を形成することにより、陰極として機能する電極からの電子注入性を高めることができる。さらに、ピリジン誘導体は成膜した場合に結晶化しにくい材料であることから、従来よりも素子特性に優れ、素子寿命の長い発光素子、およびそれを用いた発光装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
本発明における発光素子の素子構成は、図１に示すとおりであり、基本的には、一対の電極（第１の電極１０１及び第２の電極１０３）間に発光物質を含む層１０２を挟持した構成であり、発光物質を含む層１０２は、発光層１０４、および本発明の発光素子用電子注入性組成物からなる電子注入層１０５を少なくとも有し、その他、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層（ホールブロッキング層）、電子輸送層等を適宜組み合わせて構成される。また、ここでは、基板１００上に形成された第１の電極１０１が陽極として機能し、第２の電極１０３が陰極として機能する場合について説明する。
なお、本発明において、発光素子用電子注入性組成物は、下記一般式（１）に示すピリジン誘導体（ＰＹと示す）にアルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属をドーピングすることにより形成され、電子注入層は、発光素子の陰極と接して設けられる。
Figure 2005026221
 （式中、二つのXは同じであっても異なる構造であってもよい。Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、ハロアルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、アルコキシル基（ただし、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
なお、一般式（１）に示されるピリジン誘導体（ＰＹ）に含まれる具体的な材料としては、構造式（２）〜（５）に示す物質が挙げられる。
Figure 2005026221
Figure 2005026221
Figure 2005026221
Figure 2005026221
また、ここでピリジン誘導体と共に含まれる金属（アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属）としては、具体的にはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｙｂ等を用い、ピリジン誘導体とこれらの金属とのモル比が０．１〜１０、より好ましくは０．５〜２となるようにする。なお、電子注入層の膜厚は、５〜５０ｎｍとするのが好ましく、１０〜３０ｎｍとするのがさらに好ましい。
また、第１の電極１０１に用いる陽極材料としては、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。なお、陽極材料の具体例としては、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０[％]の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。
一方、第２の電極１０３に用いる陰極材料としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。陰極材料の具体例としては、元素周期律の１族または２族に属する元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ2）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いることができるが、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等の金属（合金を含む）とを積層したものを用いることもできる。
なお、本発明においては、陰極と接して電子注入性に優れた電子注入層を設けることから、先に陽極材料として挙げたＩＴＯやＩＺＯ等の仕事関数の大きい材料を用いることもできる。
上述した陽極材料及び陰極材料は、蒸着法、スパッタリング法等により薄膜を形成することにより、それぞれ陽極及び陰極を形成する。膜厚は、５〜５００ｎｍとするのが好ましい。
本発明の発光素子において、発光物質を含む層１０２におけるキャリアの再結合により生じる光は、第１の電極（陽極）１０１または第２の電極（陰極）１０３の一方、または両方から外部に出射される構成となる。すなわち、第１の電極１０１から光を出射させる場合には、第１の電極１０１を透光性の材料で形成し、第２の電極１０３側から光を出射させる場合には、第２の電極１０３を透光性の材料で形成し、両電極側から光を出射させる場合には、両電極を透光性の材料で形成する。
また、発光物質を含む層１０２には公知の材料を用いることができ、低分子系材料および高分子系材料のいずれを用いることもできる。なお、発光物質を含む層１０２を形成する材料には、有機化合物材料のみから成るものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
本発明において、一対の電極間に形成される発光物質を含む層１０２を構成する正孔注入層、正孔輸送層、発光層、または、電子輸送層に用いる具体的な材料を以下に示す。
正孔注入層を形成する正孔注入性材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（以下、Ｈ2−Ｐｃと示す）、銅フタロシアニン（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（以下、ＰＳＳと示す）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（以下、ＰＥＤＯＴと示す）などを用いることもできる。
また、正孔輸送層を形成する正孔輸送性材料としては、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物が好適である。広く用いられている材料として、例えば、Ｎ,Ｎ'−ビス(３−メチルフェニル)−Ｎ,Ｎ'−ジフェニル−[１,１'−ビフェニル]−４,４'−ジアミン（以下、ＴＰＤと示す）の他、その誘導体である４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと示す）や、４，４'，４''−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（以下、ＴＣＴＡと示す）、４，４'，４''−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（以下、ＴＤＡＴＡと示す）、４，４'，４''−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（以下、ＭＴＤＡＴＡと示す）などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
また、発光層を形成する発光性材料としては、具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｍｑ3と示す）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（以下、ＢｅＢｑ2と示す）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、ＢＡｌｑと示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＯＸ）2と示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＴＺ）2と示す）などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。
なお、ゲスト材料と組み合わせて発光層を形成する場合には、キナクリドン、ジエチルキナクリドン（ＤＥＱＤ）、ジメチルキナクリドン（ＤＭＱＤ）、ルブレン、ペリレン、クマリン、クマリン５４５Ｔ（Ｃ５４５Ｔ）、ＤＰＴ、Ｃｏ−６、ＰＭＤＦＢ、ＢＴＸ、ＡＢＴＸ、ＤＣＭ、ＤＣＪＴの他、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）3と示す）、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−白金（以下、ＰｔＯＥＰと示す）等の三重項発光材料（燐光材料）をゲスト材料として用いることができる。
電子輸送層を形成する電子輸送性材料としては、先に述べたＡｌｑ3、Ａｌｍｑ3、ＢｅＢｑ2などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、混合配位子錯体であるＢＡｌｑなどが好適である。また、Ｚｎ（ＢＯＸ）2、Ｚｎ（ＢＴＺ）2などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（以下、ＰＢＤと示す）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（以下、ＯＸＤ−７と示す）などのオキサジアゾール誘導体、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ＴＡＺと示す）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ｐ−ＥｔＴＡＺと示す）などのトリアゾール誘導体を用いることができる。
以上により、発光物質を含む層１０２の一部に本発明の発光素子用電子注入性組成物からなる電子注入層１０５を有し、かつ電子注入層１０５が、陰極（本実施の形態においては第２の電極１０３）と接して形成された本発明の発光素子が得られる。
以下に、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、発光素子の第１の電極および第２の電極の両側から発光物質を含む層で生じた光を出射させる構造（以下、両面出射構造という）の場合であって、発光物質を含む層の一部に電子注入層を設けた本発明の発光素子について図２を用いて説明する。
まず、基板２００上に発光素子の第１の電極２０１が形成される。なお、本実施例では、第１の電極２０１は陽極として機能する。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成する。
次に、第１の電極（陽極）２０１上に発光物質を含む層２０２が形成される。なお、本実施例における発光物質を含む層２０２は、正孔注入層２１１、正孔輸送層２１２、発光層２１３、電子輸送層２１４、電子注入層２１５からなる積層構造を有している。
第１の電極２０１が形成された基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに第１の電極２０１が形成された面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源に銅フタロシアニン（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）を入れ、抵抗加熱法を用いた蒸着法により２０ｎｍの膜厚で正孔注入層２１１を形成する。なお、正孔注入層２１１を形成する材料としては、公知の正孔注入性材料を用いることができる。
次に正孔輸送性に優れた材料により正孔輸送層２１２を形成する。正孔輸送層２１２を形成する材料としては、公知の正孔輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと示す）を同様の方法により、４０ｎｍの膜厚で形成する。
次に発光層２１３を形成する。なお、発光層２１３において正孔と電子が再結合し、発光を生じる。本実施例では、発光層２１３を形成する材料のうちホスト材料となるＡｌｑ3と、ゲスト材料となるクマリン５４５Ｔ（Ｃ５４５Ｔ）とを用い、Ｃ５４５Ｔが、１ｗｔ％となるように共蒸着法により４０ｎｍの膜厚で形成する。
次に、電子輸送層２１４を形成する。電子輸送層２１４を形成する材料としては、公知の電子輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、Ａｌｑ3を用い、２０ｎｍの膜厚で蒸着法により形成する。
次に、電子注入層２１５を形成する。電子注入層２１５には、本発明の電子注入性組成物を用いることとする。電子注入性組成物は、一般式（１）で示されるピリジン誘導体と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のいずれか一とを０．１〜１０（モル比）で含有するものである。なお、本実施例では、下記構造式（２）で示されるピリジン誘導体とアルカリ金属であるＬｉとのモル比が２となるようにして、２０ｎｍの膜厚で共蒸着法により形成する。
Figure 2005026221
このようにして、正孔注入層２１１、正孔輸送層２１２、発光層２１３、電子輸送層２１４、および電子注入層２１５を積層して形成される発光物質を含む層２０２を形成した後、陰極として機能する第２の電極２０３をスパッタリング法または蒸着法により形成する。
なお、第２の電極２０３は、電子注入性に優れた電子注入層２１５と接して形成されることから、本実施例では、発光物質を含む層２０２上にＩＴＯ（１１０ｎｍ）をスパッタリング法により形成し、第２の電極２０３を得る。
以上により、両面出射構造の発光素子が形成される。
なお、本実施例で示す発光素子の電子注入層に用いる発光素子用電子注入性組成物に含まれるピリジン誘導体は、優れた電子注入性を有し、かつ成膜した場合に結晶化しにくい材料であることから、素子特性に優れ、素子寿命の長い発光素子を形成することができる。
本実施例では、発光素子の片側から発光物質を含む層で生じた光を出射させる構造の場合であって、特に発光物質を含む層の上に形成される第２の電極側から光を出射させる構造（以下、上面出射構造という）について図３を用いて説明する。
なお、ここでは、実施例１と構成が異なる部分についてのみ説明することとし、本実施例では、第１の電極以外の構成について実施例１と同様であるので説明は省略する。
本実施例における第１の電極３０１は、陽極として機能し、発光物質を含む層３０２で生じた光を出射させない電極である。すなわち、第１の電極を形成する材料としては、仕事関数が大きく、かつ遮光性を有する元素周期律の第４族、第５族、又は第６族に属する元素の窒化物または炭化物、具体的には窒化チタン、窒化ジルコニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、窒化タンタル、炭化タンタル、窒化モリブデン、炭化モリブデン等を用いることができる。また、仕事関数の大きい透明導電膜と反射性（遮光性を有する場合も含む）を有する導電膜（反射性導電膜）とを積層することにより第１の電極を形成することもできる。
なお、本実施例では、反射性導電膜と仕事関数の大きい透明導電膜とを積層して第１の電極３０１を形成する場合について説明する。
具体的には、基板３００上にＡｌ−Ｓｉ膜を３００ｎｍの膜厚で形成した後、Ｔｉ膜を１００ｎｍの膜厚で積層することにより、反射性導電膜３０４を形成し、その上に透明導電膜３０５としてＩＴＯを２０ｎｍの膜厚で形成する。
第１の電極３０１を形成した後は、実施例１と同様にして、正孔注入層３１１、正孔輸送層３１２、発光層３１３、電子輸送層３１４、電子注入層３１５、および第２の電極３０３が順次積層形成される。
以上のようにして、第２の電極側からのみ光を出射させる上面出射構造の発光素子を形成することができる。
なお、本実施例の場合も実施例１と同様にして発光素子の電子注入層に用いる発光素子用電子注入性組成物に含まれるピリジン誘導体は、優れた電子注入性を有し、かつ成膜した場合に結晶化しにくい材料であることから、素子特性に優れ、素子寿命の長い発光素子を形成することができる。
本発明では、実施例２と同様に発光素子の片側から発光物質を含む層で生じた光を出射させる構造の場合であって、図４に示すように発光物質を含む層５０２に含まれる電子注入層５１５側から光を出射させる構造（以下、上面出射構造という）とすることもできる。
実施例２と同様にして、基板５００上に、第１の電極５０１として、反射性導電膜５０４を形成し、その上に透明導電膜５０５を形成する。第１の電極５０１を形成した後は、実施例１及び実施例２と同様に、正孔注入層５１１、正孔輸送層５１２、発光層５１３、電子輸送層５１４、電子注入層５１５、および第２の電極５０３を順次積層形成する。
すなわち、本実施例の場合には、発光物質を含む層５０２の一部に補助電極として機能する第２の電極（陰極）５０３が形成されるため、発光物質を含む層で生じた光は、第２の電極５０３が形成されていない部分から出射される構成となる。なお、本実施例において、第２の電極５０３に用いる材料としては、仕事関数の小さい陰極材料であれば、必ずしも透光性の材料を用いる必要はなく、遮光性の材料であってもよい。
本実施例では、両面出射構造の場合であって、発光物質を含む層の一部に電子注入層を設けた本発明の発光素子について説明する。本実施例では、電子注入層にピリジン誘導体と、複数種の金属を含む場合について説明する。
実施例１と同様に、基板上に第１の電極として、陽極として機能するＩＴＯを１１０ｎｍ、第１の電極上に発光物質を含む層が形成される。発光物質を含む層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層。電子輸送層、電子注入層からなる積層構造を有している。より具体的には正孔注入層としてＣｕ−ＰＣを２０ｎｍ、正孔輸送層としてα―ＮＰＤを４０ｎｍ、発光層としてＡｌｑ３とＣ５４５Ｔとを用い、Ｃ５４５Ｔが１ｗｔ％となるよう共蒸着法により４０ｎｍの膜厚で形成する。次に、電子輸送層としてＡｌｑ３を２０ｎｍの膜厚で形成する。
次に、電子注入層として、本発明の電子注入性組成物を用いる。つまり、一般式（１）で示されるピリジン誘導体と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属の少なくとも一種を含有するものである。より具体的には、一般式（１）で示されるベピリジン誘導体のモル数と、アルカリ金属のモル数、アルカリ土類金属のモル数、遷移金属のモル数を合計したモル数との比が、１：０．１〜１０、より好ましくは１：０．５〜２であることが望ましい。本実施例では、上記構造式（２）で示されるピリジン誘導体のモル数と、アルカリ金属であるＬｉのモル数、アルカリ土類金属であるＣａのモル数を合計したモル数との比が、１：２となるようにして、２０ｎｍの膜厚で形成する。より具体的には、上記構造式（２）で示されるピリジン誘導体のモル数と、Ｌｉのモル数と、Ｃａのモル数との比が、１：１．５：０．５となるように形成する。
このようにして、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、および電子注入層を積層して形成される発光物質を含む層を形成した後、陰極として機能する第２の電極をスパッタリング法または蒸着法により形成する。本実施例ではＩＴＯを１１０ｎｍの膜厚で形成する。
以上により、両面出射構造の発光素子が形成される。
なお、本実施例で示す発光素子の電子注入層に用いる発光素子用電子注入性組成物に含まれるピリジン誘導体は、優れた電子注入性を有し、かつ成膜した場合に結晶化しにくい材料であることから、素子特性に優れ、素子寿命の長い発光素子を形成することができる。
本実施例では、画素部に本発明により形成される発光素子を有する発光装置について図５を用いて説明する。なお、図５（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された４０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、４０２は画素部、４０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、４０４は封止基板、４０５はシール材であり、シール材４０５で囲まれた内側は、空間４０７になっている。
なお、引き回し配線４０８はソース側駆動回路４０１及びゲート側駆動回路４０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）４０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図５（Ｂ）を用いて説明する。基板４１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路４０１と、画素部４０２が示されている。
なお、ソース側駆動回路４０１はｎチャネル型ＴＦＴ４２３とｐチャネル型ＴＦＴ４２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部４０２はスイッチング用ＴＦＴ４１１と、電流制御用ＴＦＴ４１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極４１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極４１３の端部を覆って絶縁物４１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
第１の電極４１３上には、発光物質を含む層４１６、および第２の電極４１７がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第１の電極４１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、発光物質を含む層４１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によって形成される。発光物質を含む層４１６には、本発明の発光素子用電子注入性組成物からなる電子注入層が含まれる。その他にも、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。なお、これらの層を形成する際には、低分子系材料、中分子材料（オリゴマー、デンドリマーを含む）、または高分子系材料を用いることができる。また、発光物質を含む層を形成する場合には、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
さらに、発光物質を含む層４１６上に形成される第２の電極（陰極）４１７に用いる材料としては、透明導電膜であるＩＴＯを用いることとする。
さらにシール材４０５で封止基板４０４を素子基板４１０と貼り合わせることにより、素子基板４１０、封止基板４０４、およびシール材４０５で囲まれた空間４０７に発光素子４１８が備えられた構造になっている。なお、空間４０７には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材４０５で充填される構成も含むものとする。
なお、シール材４０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板４０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、本発明により形成される発光素子を有する発光装置を得ることができる。
なお、本実施例に示す発光装置は、実施例１、実施例２、実施例３に示した発光素子の構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、例えば実施例５で形成される発光装置をその一部に含む様々な電気器具について説明する。
本発明を用いて形成される発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図６に示す。
図６（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
図６（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２２０３に用いることにより作製される。
図６（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２３０２に用いることにより作製される。
図６（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明を用いて形成される発光装置をこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
図６（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２５０２に用いることにより作製される。
図６（Ｆ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２６０２に用いることにより作製される。
ここで図６（Ｇ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２７０３に用いることにより作製される。
以上の様に、本発明を用いて形成された発光装置の適用範囲は極めて広く、また発光装置に含まれる発光素子は、発光物質を含む層の一部に電極からの電子の注入性を高める電子注入層を有し、電子注入層は、結晶化しにくい材料を用いて形成されることから、駆動電圧が低く、長寿命であるという特徴を有している。従って、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することにより、低消費電力化、長寿命化を実現することができる。
本発明の発光素子について説明する図。 両面出射構造の発光素子について説明する図。 上面出射構造の発光素子について説明する図。 上面出射構造の発光素子について説明する図。 発光装置について説明する図。 電気器具について説明する図。
符号の説明
１００ 基板
１０１ 第１の電極（陽極）
１０２ 発光物質を含む層
１０３ 第２の電極（陰極）
１０４ 発光層
１０５ 電子注入層

Claims (10)

  1. 一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のいずれか一とを０．１〜１０（モル比）、より好ましくは０．５〜２（モル比）で含有することを特徴とする発光素子用電子注入性組成物。
    Figure 2005026221
     （式中、二つのXは同じであっても異なる構造であってもよい。Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、ハロアルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、アルコキシル基（ただし、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
  2. 一対の電極間に発光物質を含む層を少なくとも有する発光素子において、
    前記発光物質を含む層は一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のうちの少なくとも一種とを含む層を有することを特徴とする発光素子。
    Figure 2005026221
     （式中、二つのXは同じであっても異なる構造であってもよい。Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、ハロアルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、アルコキシル基（ただし、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
  3. 請求項２において、
    前記一般式（１）で表される物質と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属のうちの少なくとも一種とを含む層は、前記一対の電極の一方の電極に接して形成され、前記一方の電極は陰極として機能することを特徴とする発光素子。
  4. 一対の電極間に発光物質を含む層を少なくとも有する発光素子において、
    前記発光物質を含む層は一般式（１）で表される物質と、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｙｂから選ばれた少なくとも一種の金属とを含む層を有することを特徴とする発光素子。
    Figure 2005026221
     （式中、二つのXは同じであっても異なる構造であってもよい。Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、シアノ基、アルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、ハロアルキル基（ただし、炭素数１〜１０）、アルコキシル基（ただし、炭素数１〜１０）、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環残基を示す。）
  5. 請求項４において、
    前記一般式（１）で表される物質と、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｙｂから選ばれた少なくとも一種の金属とのモル比は０．１〜１０であることを特徴とする発光素子。
  6. 請求項４において、
    前記一般式（１）で表される物質と、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｙｂから選ばれた少なくとも一種の金属とのモル比は０．５〜２であることを特徴とする発光素子。
  7. 請求項４乃至請求項６において、
    前記発光物質を含む層は一般式（１）で表される物質と、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｙｂから選ばれた少なくとも一種の金属とを含む層は、前記一対の電極の一方の電極に接して形成され、前記一方の電極は陰極として機能することを特徴とする発光素子。
  8. 請求項３又は請求項７において、、
    前記一方の電極は、可視光に対して７０％以上の透過率を有することを特徴とする発光素子。
  9. 請求項２乃至請求項８のいずれか一において、
    前記一対の電極は、いずれも可視光に対して７０％以上の透過率を有することを特徴とする発光素子。
  10. 請求項２乃至請求項９のいずれか一に記載の発光素子を有することを特徴とする発光装置。

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