JP2009093810A - 発光素子、表示装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光素子1は、陰極12と、陽極3と、陰極12と陽極3との間に設けられ、赤色に発光する赤色発光層6と、赤色発光層6と陰極12との間に設けられ、青色に発光する青色発光層8と、赤色発光層6と青色発光層8との層間にこれらに接するように設けられ、赤色発光層6と青色発光層8との間で励起子のエネルギーが移動するのを阻止する機能を有する中間層7とを有し、中間層7は、赤色発光層6に接するとともに、第1の中間材料を主材料として構成された第1の中間層71と、青色発光層8に接するとともに、第1の中間材料とは異なる第2の中間材料を主材料として構成された第2の中間層72とを含んで構成されている。
【選択図】図1
Description
しかしながら、特許文献1にかかる発光素子では、中間層が単層で構成されているため、発光素子の耐久性を優れたものとしつつ各発光層にキャリア(正孔・電子)を効率よく注入することが難しいという問題があった。
本発明の発光素子は、陰極と、
陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に設けられ、第1の色に発光する第1の発光層と、
前記第1の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記第1の色とは異なる第2の色に発光する第2の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との層間にこれらに接するように設けられ、前記第1の発光層と前記第2の発光層との間の励起子のエネルギー移動を阻止する機能を有する中間層とを有し、
前記中間層は、前記第1の発光層に接するとともに、第1の中間材料を主材料として構成された第1の中間層と、前記第2の発光層に接するとともに、前記第1の中間材料とは異なる第2の中間材料を主材料として構成された第2の中間層とを含んで構成されていることを特徴とする。
特に、第1の中間材料と第2の中間材料との組み合わせとして、キャリア(電子および/または正孔)輸送性に優れた材料と、キャリア耐性に優れた材料との組み合わせを選択することにより、前述したようなバランスのよい各発光層の発光を実現しつつ、耐久性および発光効率を優れたものとすることができる。
これにより、第1の中間層または第2の中間層が第1の発光層から第2の発光層への正孔の移動量を制限することで、第1の発光層と第2の発光層とをバランスよく発光させることができる。
これにより、中間層が第1の発光層の最高被占軌道と第2の発光層の最高被占軌道との間のエネルギーギャップを緩和して(エネルギーギャップによる障壁の高さを低くして)、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
これにより、第1の発光層と第2の発光層との発光バランスを優れたものとしつつ、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
これにより、第1の中間層または第2の中間層が第2の発光層から第1の発光層への電子の移動量を制限することで、第1の発光層と第2の発光層とをバランスよく発光させることができる。
これにより、中間層が第1の発光層の最低空軌道と第2の発光層の最低空軌道との間のエネルギーギャップを緩和して(エネルギーギャップによる障壁の高さを低くして)、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
これにより、第1の発光層と第2の発光層との発光バランスを優れたものとしつつ、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
これにより、第1の発光層で生成した励起子のエネルギーが第1の中間層へ移動するのを防止することができる。その結果、第1の発光層と第2の発光層とをバランスよく発光させることができる。
これにより、第2の発光層で生成した励起子のエネルギーが第2の中間層へ移動するのを防止することができる。その結果、第1の発光層と第2の発光層とをバランスよく発光させることができる。
これにより、第1の発光層から中間層を介して第2の発光層へ正孔を円滑に受け渡すことができる。
本発明の発光素子では、前記第1の中間材料は、アミン系の正孔輸送材料を含んでいることが好ましい。
アミン系の正孔輸送材料は、優れた正孔輸送性を有する。そのため、このような正孔輸送材料を第1の中間材料として用いることにより、第1の発光層から中間層を介して第2の発光層への正孔の受け渡しを極めて円滑に行うことができる。
本発明の発光素子では、前記第2の中間層は、前記第1の中間材料よりも高い電子輸送性を有することが好ましい。
これにより、第2の発光層から中間層を介して第1の発光層へ電子を円滑に受け渡すことができる。
アセン系のバイポーラ材料は、優れたキャリア輸送性(正孔輸送性、電子輸送性)およびキャリア耐性を有する。そのため、このようなバイポーラ材料を第2の中間材料として用いることにより、第2の中間層のキャリア耐性を優れたものとしつつ、第1の発光層から中間層を介して第2の発光層への正孔の受け渡し、および、第2の発光層から中間層を介して第1の発光層への電子の受け渡しを極めて円滑に行うことができる。
これにより、第1の中間材料、第2の中間材料、および第3の中間材料を適宜選択することにより、第1の発光層と第2の発光層とをバランスよく発光させることができる。そのため、発光素子を構成する材料の選択の幅が拡がり、発光素子の設計の自由度を高めることができる。
これにより、第1の中間層から第3の中間層を介して第2の中間層へ正孔を円滑に受け渡すことができる。
これにより、第2の中間層から第3の中間層を介して第1の中間層へ電子を円滑に受け渡すことができる。
これにより、例えば、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)を発光させて、白色発光する発光素子を実現することができる。
これにより、耐久性および電流効率を極めて優れたものとしつつ、第1の発光層と第2の発光層と第3の発光層とをバランスよく発光させて、白色発光させることができる。
これにより、発光素子の駆動電圧を低減しつつ、第1の発光層と第2の発光層とをバランスよく発光させることができる。
本発明の発光素子では、前記第1の中間層および前記第2の中間層は、それぞれの平均厚さが1〜50nm以下であることが好ましい。
これにより、発光素子の駆動電圧を低減しつつ、第1の発光層と第2の発光層とをバランスよく発光させることができる。
本発明の表示装置は、本発明の発光素子を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する表示装置を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の表示装置を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の発光素子の第1実施形態の縦断面を模式的に示す図、図2は、図1に示す発光素子における各層のエネルギー準位を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図1中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
このような発光素子1は、陽極3と正孔注入層4と正孔輸送層5と赤色発光層(第1の発光層)6と中間層7と青色発光層(第2の発光層)8と緑色発光層(第3の発光層)9と電子輸送層10と電子注入層11と陰極12とがこの順に積層されてなるものである。
そして、発光素子1は、その全体が基板2上に設けられるとともに、封止部材13で封止されている。
基板2は、陽極3を支持するものである。本実施形態の発光素子1は、基板2側から光を取り出す構成(ボトムエミッション型)であるため、基板2および陽極3は、それぞれ、実質的に透明(無色透明、着色透明または半透明)とされている。
このような基板2の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜30mm程度であるのが好ましく、0.1〜10mm程度であるのがより好ましい。
不透明基板としては、例えば、アルミナのようなセラミックス材料で構成された基板、ステンレス鋼のような金属基板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成したもの、樹脂材料で構成された基板等が挙げられる。
(陽極)
陽極3は、後述する正孔注入層4を介して正孔輸送層5に正孔を注入する電極である。この陽極3の構成材料としては、仕事関数が大きく、導電性に優れる材料を用いるのが好ましい。
このような陽極3の平均厚さは、特に限定されないが、10〜200nm程度であるのが好ましく、50〜150nm程度であるのがより好ましい。
一方、陰極12は、後述する電子注入層11を介して電子輸送層10に電子を注入する電極である。この陰極12の構成材料としては、仕事関数の小さい材料を用いるのが好ましい。
陰極12の構成材料としては、例えば、Li、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb、Ag、Cu、Al、Cs、Rbまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば、複数層の積層体等)用いることができる。
このような陰極12の平均厚さは、特に限定されないが、100〜10000nm程度であるのが好ましく、200〜500nm程度であるのがより好ましい。
なお、本実施形態の発光素子1は、ボトムエミッション型であるため、陰極12に、光透過性は、特に要求されない。
正孔注入層4は、陽極3からの正孔注入効率を向上させる機能を有するものである。
この正孔注入層4の構成材料(正孔注入材料)としては、特に限定されないが、例えば、銅フタロシアニンや、4,4’,4’’−トリス(N,N‐フェニル‐3‐メチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)等が挙げられる。
このような正孔注入層4の平均厚さは、特に限定されないが、5〜150nm程度であるのが好ましく、10〜100nm程度であるのがより好ましい。
なお、この正孔注入層4は、省略することができる。
正孔輸送層5は、陽極3から正孔注入層4を介して注入された正孔を赤色発光層6まで輸送する機能を有するものである。
この正孔輸送層5の構成材料には、各種p型の高分子材料や、各種p型の低分子材料を単独または組み合わせて用いることができる。
このようなp型の高分子材料は、他の化合物との混合物として用いることもできる。一例として、ポリチオフェンを含有する混合物としては、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
なお、この正孔輸送層5は、省略することができる。
この赤色発光層(第1の発光層)6は、赤色(第1の色)に発光する赤色発光材料を含んで構成されている。
このような赤色発光材料としては、特に限定されず、各種赤色蛍光材料、赤色燐光材料を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
また、前述したような赤色の発光材料はその最低空軌道と最高被占軌道との間のエネルギーギャップ(バンドギャップ)が比較的小さく発光しやすい。したがって、陽極3側に赤色発光層6を設けることで、バンドギャップが大きく発光し難い青色発光層8や緑色発光層9を陰極側とし、各発光層をバランスよく発光させることができる。
この中間層7は、前述した赤色発光層6と後述する青色発光層8との層間にこれらに接するように設けられている。そして、中間層7は、赤色発光層6と青色発光層8との間で励起子のエネルギーが移動するのを阻止する機能を有する。この機能により、赤色発光層6および青色発光層8をそれぞれ効率よく発光させることができる。
そして、第1の中間層71が、赤色発光層6に接するとともに、第1の中間材料を主材料として構成され、第2の中間層72が、青色発光層8に接するとともに、第1の中間材料とは異なる第2の中間材料を主材料として構成されている。
このような第1の中間層71および第2の中間層72で構成された中間層7は、第1の中間材料および第2の中間材料を適宜選択することにより、赤色発光層6と青色発光層8とをバランスよく発光させることができる。
より具体的に説明すると、発光素子1では、図2に示すように、発光素子1を構成する各層の構成材料の最高被占軌道(HOMO)および最低空軌道(LUMO)のそれぞれのエネルギー準位が、陽極3側から陰極12側へ向け順に高くなっている。このように発光素子1を構成する各層の構成材料の最高被占軌道(HOMO)および最低空軌道(LUMO)が設定されていることにより、発光素子1の駆動電圧を低減しつつ、各層でのキャリアの注入バランスを優れたものとすることができる。
中間層7の最高被占軌道(HOMO)および最低空軌道(LUMO)について、さらに詳細に説明すると、第1の中間材料における最高被占軌道のエネルギー準位が赤色発光層6(第1の発光層)の構成材料の最高被占軌道のエネルギー準位よりも高い。これにより、第1の中間層71が赤色発光層6から青色発光層8への正孔の移動量を制限することで、赤色発光層6と青色発光層8とをバランスよく発光させることができる。また、第2の中間材料における最高被占軌道のエネルギー準位も赤色発光層6(第1の発光層)の構成材料の最高被占軌道のエネルギー準位よりも高い。これにより、第2の中間層72も赤色発光層6から青色発光層8への正孔の移動量を制限することで、赤色発光層6と青色発光層8とをバランスよく発光させることができる。
このような第1の中間層71は、中間層7が赤色発光層6と青色発光層8との間で正孔および電子を受け渡す必要があることから、正孔輸送性および電子輸送性を有しているが、第2の中間層72よりも高い正孔輸送性を有するのが好ましい。これにより、赤色発光層6から中間層7を介して青色発光層8へ正孔を円滑に受け渡すことができる。
このような第1の中間層71に用いられるアミン系の正孔輸送材料としては、アミン骨格を有し、かつ、前述したような効果を発揮するものであれば、特に限定されず、例えば、前述した正孔輸送材料のうちのアミン骨格を有する材料を用いることができるが、ベンジジン系アミン誘導体を用いるのが好ましい。
また、第1の中間層71中におけるアミン系の正孔輸送材料の含有量は、特に限定されないが、10〜90vol%であるのが好ましく、30〜70vol%であるのがより好ましく、40〜60vol%であるのがさらに好ましい。
なお、第1の中間層71には、前述したような第1の中間材料以外の材料が含まれていてもよい。
これに対し、第1の中間層71の厚さが前記下限値未満であると、第1の中間材料の種類や第1の中間層71の膜質などによっては、耐久性および電流効率を優れたものとするのが難しい。また、第2の中間層72の厚さなどによっては、中間層7が赤色発光層6と青色発光層8との間での励起子のエネルギー移動を十分に阻止することができずに、赤色発光層6と青色発光層8とをバランスよく発光させるのが難しい。一方、第1の中間層71の厚さが前記上限値を超えると、発光素子1の駆動電圧が上昇する傾向を示す。
なお、第2の中間層72には、前述したような第2の中間材料以外の材料が含まれていてもよい。
これに対し、第2の中間層72の厚さが前記下限値未満であると、第2の中間材料の種類や第2の中間層72の膜質などによっては、耐久性および電流効率を優れたものとするのが難しい。また、第1の中間層71の厚さなどによっては、中間層7が赤色発光層6と青色発光層8との間での励起子のエネルギー移動を十分に阻止することができずに、赤色発光層6と青色発光層8とをバランスよく発光させるのが難しい。一方、第2の中間層72の厚さが前記上限値を超えると、発光素子1の駆動電圧が上昇する傾向を示す。
また、中間層7全体の平均厚さは、赤色発光層6の平均厚さよりも厚いのが好ましい。これにより、中間層7の耐久性、ひいては発光素子1の耐久性を向上させることができる。
また、中間層7の平均厚さは、青色発光層8の平均厚さよりも厚いのが好ましい。これにより、中間層7の耐久性、ひいては発光素子1の耐久性を向上させることができる。
青色発光層(第2の発光層)8は、青色(第2の色)に発光する青色発光材料を含んで構成されている。
このような青色発光材料としては、特に限定されず、各種青色蛍光材料、青色燐光材料を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
また、青色発光層8の構成材料としては、赤色発光層6と同様に、前述したような青色発光材料と併用して、この青色発光材料をゲスト材料するホスト材料を用いることができる。
緑色発光層(第3の発光層)9は、緑色(第3の色)に発光する緑色発光材料を含んで構成されている。
このような緑色発光材料としては、特に限定されず、各種緑色蛍光材料、緑色燐光材料を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
また、緑色発光層9の構成材料としては、赤色発光層6と同様に、前述したような緑色発光材料と併用して、この緑色発光材料をゲスト材料するホスト材料を用いることができる。
電子輸送層10は、陰極12から電子注入層11を介して注入された電子を緑色発光層9に輸送する機能を有するものである。
電子輸送層10の構成材料(電子輸送材料)としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)等の8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
電子輸送層10の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、0.5〜100nm程度であるのがより好ましく、1〜50nm程度であるのがさらに好ましい。
電子注入層11は、陰極12からの電子注入効率を向上させる機能を有するものである。
この電子注入層11の構成材料(電子注入材料)としては、例えば、各種の無機絶縁材料、各種の無機半導体材料が挙げられる。
アルカリ土類金属カルコゲナイドとしては、例えば、CaO、BaO、SrO、BeO、BaS、MgO、CaSe等が挙げられる。
アルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、CsF、LiF、NaF、KF、LiCl、KCl、NaCl等が挙げられる。
アルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、CaF2、BaF2、SrF2、MgF2、BeF2等が挙げられる。
電子注入層11の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、0.2〜100nm程度であるのがより好ましく、0.2〜50nm程度であるのがさらに好ましい。
封止部材13は、陽極3、積層体15、および陰極12を覆うように設けられ、これらを気密的に封止し、酸素や水分を遮断する機能を有する。封止部材13を設けることにより、発光素子1の信頼性の向上や、変質・劣化の防止(耐久性向上)等の効果が得られる。
また、封止部材13は、平板状として、基板2と対向させ、これらの間を、例えば熱硬化性樹脂等のシール材で封止するようにしてもよい。
特に、第1の中間材料と第2の中間材料との組み合わせとして、キャリア(電子および/または正孔)輸送性に優れた材料と、キャリア耐性に優れた材料との組み合わせを選択することにより、前述したようなバランスのよい赤色発光層6および青色発光層8の発光を実現しつつ、耐久性および電流効率を優れたものとすることができる。
特に、このような積層順では、赤色発光層6と青色発光層8との間に中間層7が設けられているため、耐久性および電流効率を極めて優れたものとしつつ、赤色発光層6と青色発光層8と緑色発光層9とをバランスよく発光させて、白色発光させることができる。
[1] まず、基板2を用意し、この基板2上に陽極3を形成する。
陽極3は、例えば、プラズマCVD、熱CVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着等の乾式メッキ法、電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等を用いて形成することができる。
正孔注入層4は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、正孔注入層4は、例えば、正孔注入材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる正孔注入層形成用材料を、陽極3上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
正孔注入層形成用材料の調製に用いる溶媒または分散媒としては、例えば、各種無機溶媒や、各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。
また、本工程に先立って、陽極3の上面には、酸素プラズマ処理を施すようにしてもよい。これにより、陽極3の上面を親液性を付与すること、陽極3の上面に付着する有機物を除去(洗浄)すること、陽極3の上面付近の仕事関数を調整すること等を行うことができる。
ここで、酸素プラズマ処理の条件としては、例えば、プラズマパワー100〜800W程度、酸素ガス流量50〜100mL/min程度、被処理部材(陽極3)の搬送速度0.5〜10mm/sec程度、基板2の温度70〜90℃程度とするのが好ましい。
正孔輸送層5は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、正孔輸送材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる正孔輸送層形成用材料を、正孔注入層4上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
赤色発光層6は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
[5] 次に、赤色発光層6上に、第1の中間層71、第2の中間層72を順次形成することにより、中間層7を形成する。
第1の中間層71および第2の中間層72は、それぞれ、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
青色発光層8は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
[7] 次に、青色発光層8上に、緑色発光層9を形成する。
緑色発光層9は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
電子輸送層10は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、電子輸送層10は、例えば、電子輸送材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる電子輸送層形成用材料を、緑色発光層9上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
電子注入層11の構成材料として無機材料を用いる場合、電子注入層11は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセス、無機微粒子インクの塗布および焼成等を用いて形成することができる。
[10] 次に、電子注入層11上に、陰極12を形成する。
陰極12は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、金属箔の接合、金属微粒子インクの塗布および焼成等を用いて形成することができる。
以上のような工程を経て、発光素子1が得られる。
最後に、得られた発光素子1を覆うように封止部材13を被せ、基板2に接合する。
図3は、本発明の発光素子の第2実施形態の縦断面を模式的に示す図、図4は、図3に示す発光素子における各層のエネルギー準位を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図3中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
本実施形態にかかる発光素子1Aは、中間層が第1の中間層と第2の中間層との間に第3の中間層が介挿されて構成されている以外は、前述した第1実施形態の発光素子1と同様である。
中間層7Aは、第1の中間層71と第2の中間層72との層間にこれらに接するように設けられた第3の中間層73を有する。
中間層7Aの最高被占軌道(HOMO)および最低空軌道(LUMO)について、さらに詳細に説明すると、第3の中間材料の最高被占軌道のエネルギー準位は、第1の中間材料の最高被占軌道のエネルギー準位と第2の中間材料の最高被占軌道のエネルギー準位との間にある。これにより、第1の中間層71から第3の中間層73を介して第2の中間層72へ正孔を円滑に受け渡すことができる。
このような第3の中間層73は、中間層7が赤色発光層6と青色発光層8との間で正孔および電子を受け渡す必要があることから、正孔輸送性および電子輸送性を有しているが、前述した第1の中間層71と第2の中間層72との中間的な正孔輸送性および電子輸送性などの特性を有するのが好ましい。これにより、赤色発光層6から中間層7を介して青色発光層8へ正孔を円滑に受け渡すことができる。
このような第3の中間層73の第3の中間材料は、前述した第1の中間材料や第2の中間材料と同様のものを単独または組み合わせて用いることができる。
なお、ディスプレイ装置の駆動方式としては、特に限定されず、アクティブマトリックス方式、パッシブマトリックス方式のいずれであってもよい。
図5は、本発明の表示装置を適用したディスプレイ装置の実施形態を示す縦断面図である。
図5に示すディスプレイ装置100は、カラーフィルタ19と、このカラーフィルタ19上に設けられた複数の発光素子1と、複数の発光素子1上に設けられた回路部22とを有している。
基板20は、例えば無色透明のガラス基板である。
隔壁211は、基板20上を複数の区画に仕切るものである。この隔壁(遮光部)211の色は、特に限定されないが、黒色であるのが好ましい。これにより、隣接する着色部212同士が混色してしまうのを確実に防止することができ、その結果、鮮明な画像を確実に表示することができる。
回路部22は、例えば酸化シリコン層からなる保護層23と、各発光素子1に対応して保護層23上に形成された駆動用TFT(スイッチング素子)24と、第1層間絶縁層25と、第2層間絶縁層26とを有している。
駆動用TFT24は、シリコンからなる半導体層241と、半導体層241上に形成されたゲート絶縁層242と、ゲート絶縁層242上に形成されたゲート電極243と、ソース電極244と、ドレイン電極245とを有している。
ディスプレイ装置100は、単色表示であってもよく、各発光素子1に用いる発光材料を選択することにより、カラー表示も可能である。
このようなディスプレイ装置100(本発明の表示装置)は、各種の電子機器に組み込むことができる。
この図において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部を備える表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このパーソナルコンピュータ1100において、表示ユニット1106が備える表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206とともに、表示部を備えている。
携帯電話機1200において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
ディジタルスチルカメラ1300において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
ケースの内部には、回路基板1308が設置されている。この回路基板1308は、撮像信号を格納(記憶)し得るメモリが設置されている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板1308のメモリに転送・格納される。
例えば、前述した実施形態では、発光素子が3層の発光層を有するものについて説明したが、発光層が2層または4層以上であってもよい。また、発光層の発光色としては、前述した実施形態のR、G、Bに限定されない。また、発光層の積層順も、前述した実施形態のものに限定されず、陽極側から陰極側へ、RBGの順でも、BRGの順でも、BGRの順でも、GBRの順でも、GRBの順でもよい。また、発光層が2層または4層以上である場合でも、各発光層の発光スペクトルを適宜設定することで、白色発光させることができる。
また、中間層は、発光層同士の少なくとも1つの層間に設けられていればよく、2層以上の中間層を有していてもよい。
1.発光素子の製造
(実施例1)
<1> まず、平均厚さ0.5mmの透明なガラス基板を用意した。次に、この基板上に、スパッタ法により、平均厚さ100nmのITO電極(陽極)を形成した。
そして、基板をエタノールに浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3> 次に、正孔注入層上に、α−NPDを真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ40nmの正孔輸送層を形成した。
<4> 次に、正孔輸送層上に、赤色発光層の構成材料を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ10nmの赤色発光層(第1の発光層)を形成した。赤色発光層の構成材料としては、赤色発光材料(ゲスト材料)としてRD001(出光興産社製)を用い、ホスト材料としてRD001(出光興産社製)を用いた。また、赤色発光層中の発光材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、1.0wt%とした。
<9> 次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を真空蒸着法により成膜し、平均厚さ0.5nmの電子注入層を形成した。
<10> 次に、電子注入層上に、Alを真空蒸着法により成膜した。これにより、Alで構成される平均厚さ150nmの陰極を形成した。
<11> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.2eVであった。
第1の中間層の厚さを5nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.2eVであった。
第2の中間層の厚さを1nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.2eVであった。
第2の中間層の厚さを5nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
第1の中間材料として前述した化3で表されるTPDを用いた以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.3eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.2eVであった。
第2の中間材料として前述した化4で表わされるADNを用いた以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.3eVであった。
工程<5>において、第1の中間層の形成と第2の中間層の形成との間に第3の中間層の形成を行うとともに、第2の中間材料として前述した化4で表わされるADN、第3の中間材料として前述した化5で表わされるTBADNを用いた以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。これにより、図3に示すような発光素子を製造した。
また、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.2eVであった。
第2の中間層の厚さを30nmとした以外は、前述した実施例7と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.2eVであった。
第2の中間層を省略した以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.3eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.3eVであった。
第2の中間層を省略した以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の中間材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間材料のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.3eVであった。
2−1.発光効率の評価
各実施例および各比較例について、直流電源を用いて発光素子に10mA/cm2の定電流を流したときの電圧値(駆動電圧)および電流効率を測定した。なお、各測定では、各実施例および各比較例において、電圧値および電流効率をそれぞれ5個の発光素子について測定した。
その結果を表1に示す。
各実施例および各比較例について、直流電源を用いて発光素子に100mA/cm2の定電流を流しつづけ、その間、輝度計を用いて輝度を測定し、その輝度が初期の輝度の80%となる時間(LT80)を測定した。なお、各実施例および各比較例において、半減期の値をそれぞれ5個の発光素子について測定した。その結果を表1に示す。
各実施例および各比較例について、直流電源を用いて発光素子に1mA/cm2の定電流を流し、色度計を用いて光の色度(x,y)を求めた。また、各実施例および各比較例について、直流電源を用いて発光素子に50mA/cm2の定電流を流し、色度計を用いて光の色度(x,y)を求めた。
表1から明らかなように、各実施例の発光素子は、比較例の発光素子に比し、色度バランスおよび発光効率を同等またはそれ以上なものとしつつ、耐久性に優れていることがわかる。
Claims (22)
- 陰極と、
陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に設けられ、第1の色に発光する第1の発光層と、
前記第1の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記第1の色とは異なる第2の色に発光する第2の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との層間にこれらに接するように設けられ、前記第1の発光層と前記第2の発光層との間の励起子のエネルギー移動を阻止する機能を有する中間層とを有し、
前記中間層は、前記第1の発光層に接するとともに、第1の中間材料を主材料として構成された第1の中間層と、前記第2の発光層に接するとともに、前記第1の中間材料とは異なる第2の中間材料を主材料として構成された第2の中間層とを含んで構成されていることを特徴とする発光素子。 - 前記第1の中間材料または前記第2の中間材料における最高被占軌道のエネルギー準位は、前記第1の発光層の構成材料の最高被占軌道のエネルギー準位よりも高い請求項1に記載の発光素子。
- 前記第1の中間材料および前記第2の中間材料におけるそれぞれの最高被占軌道のエネルギー準位は、前記第1の発光層における最高被占軌道のエネルギー準位と前記第2の発光層における最高被占軌道のエネルギー順位との間にある請求項2に記載の発光素子。
- 前記第1の中間材料における最高被占軌道のエネルギー準位が前記第1の発光層の構成材料の最高被占軌道のエネルギー準位よりも高く、かつ、前記第1の中間材料の最高被占軌道のエネルギー準位と、前記第1の発光層の構成材料の最高被占軌道のエネルギー準位との差が、0.1〜0.4eVである請求項2または3に記載の発光素子。
- 前記第1の中間材料または前記第2の中間材料における最低空軌道のエネルギー準位は、前記第2の発光層の構成材料の最低空軌道のエネルギー順位よりも低い請求項1ないし4のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第1の中間材料および前記第2の中間材料におけるそれぞれの最低空軌道のエネルギー準位は、前記第1の発光層における最低空軌道のエネルギー準位と前記第2の発光層における最低空軌道のエネルギー順位との間にある請求項5に記載の発光素子。
- 前記第2の中間材料における最低空軌道のエネルギー準位が前記第2の発光層の構成材料の最低空軌道のエネルギー順位よりも低く、かつ、前記第2の中間材料の最低空軌道のエネルギー準位と、前記第2の発光層の構成材料の最低空軌道のエネルギー準位との差が、0.1〜0.4eVである請求項5または6に記載の発光素子。
- 前記第1の中間材料における最低空軌道と最高被占軌道との間のエネルギーギャップは、前記第1の発光層における最低空軌道と最高被占軌道との間のエネルギーギャップよりも大きい請求項1ないし7のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第2の中間材料における最低空軌道と最高被占軌道との間のエネルギーギャップは、前記第2の発光層における最低空軌道と最高被占軌道との間のエネルギーギャップよりも大きい請求項1ないし8のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第1の中間層は、前記第2の中間層よりも高い正孔輸送性を有する請求項1ないし9のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第1の中間材料は、アミン系の正孔輸送材料を含んでいる請求項10に記載の発光素子。
- 前記第2の中間層は、前記第1の中間材料よりも高い電子輸送性を有する請求項1ないし11のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第2の中間材料は、アセン系のバイポーラ材料を含んでいる請求項12に記載の発光素子。
- 前記中間層は、前記第1の中間層と前記第2の中間層との層間にこれらに接するように設けられ、前記第1の中間材料および前記第2の中間材料とは異なる第3の中間材料を含んで構成された第3の中間層を含む請求項1ないし13のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第3の中間材料の最高被占軌道のエネルギー準位は、前記第1の中間材料の最高被占軌道のエネルギー準位と前記第2の中間材料の最高被占軌道のエネルギー準位との間にある請求項14に記載の発光素子。
- 前記第3の中間材料の最低空軌道のエネルギー準位は、前記第1の中間材料の最低空軌道のエネルギー準位と前記第2の中間材料の最低空軌道のエネルギー準位との間にある請求項14または15に記載の発光素子。
- 前記第1の発光層と前記陽極との間、または、前記第2の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記第1の色および前記第2の色とは異なる第3の色に発光する第3の発光層を有する請求項1ないし16のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第3の発光層は、前記第2の発光層と前記陰極との間に設けられており、前記第1の発光層は、前記第1の色として赤色に発光する赤色発光層であり、前記第2の発光層は、前記第2の色として青色に発光する青色発光層であり、前記第3の発光層は、前記第3の色として緑色に発光する緑色発光層である請求項17に記載の発光素子。
- 前記中間層は、その平均厚さが100nm以下である請求項1ないし18のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第1の中間層および前記第2の中間層は、それぞれの平均厚さが1〜50nm以下である請求項19に記載の発光素子。
- 請求項20に記載の発光素子を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項21に記載の表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
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