JP2009099966A - 発光素子、照明装置、発光装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子、発光色の調整が容易な発光素子を提供する。
【解決手段】第1の電極と、第2の電極と、第1の電極及び第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、有機化合物を含む層は、前記第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光層と、第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、第3の層は第1の有機化合物と第5の有機化合物を含む発光素子を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、少なくとも一部に有機化合物を用いた発光素子に関する。また、当該発光素子を備えた照明装置、発光装置、電子機器に関する。
有機化合物を含む層を一対の電極間に有し、当該電極間に電流が流れることで発光を得ることができる発光素子を用いた発光装置の開発が進められている。このような発光装置は、現在薄型表示装置と呼ばれている表示装置と比較し、さらなる薄型軽量化が可能である。また、自発光であるため視認性も良く、応答速度も速い。そのため、次世代の表示装置として盛んに開発が進められ、現在、一部ではあるが実用化もなされている。
このような発光素子は、有機化合物を含む層に含まれる発光中心となる材料によって様々な発光色を提供することができる。また、異なる発光色を呈する発光中心材料を含む層を積層することによって発光を重ね合わせ、さらに多くの発光色のバリエーションを得ることもできる。特に、赤、緑、青の光を重ね合わせたり、互いに補色となる発光色を重ね合わせたりすることによって得られる白色光は、ディスプレイなどの用途の他、バックライトや照明などに好適であり重要視されている。
利点の多いこのような発光装置が一部の実用化に留まっている大きな理由の一つに、発光素子の劣化の問題がある。発光素子は同じ電流量を流していたとしても、駆動時間の蓄積に伴いその輝度が低下してゆく劣化を起こす。この劣化の度合いが、実製品として許容されうる程度である発光素子を得ることが、当該発光装置が広く普及するためには必要不可欠であり、駆動回路面、封止面、素子構造面や材料面など多くの側面から研究がなされている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
しかし、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が起こる原因は様々であり、現状の対策では未だ不十分であることも事実である。
特開2006−114796号公報 特開2007−220593号公報
そこで、本発明では駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子又は照明装置を提供することを課題とする。
また、本発明では表示部における信頼性の高い発光装置又は電子機器を提供することを課題とする。
また、本発明では発光色の調整が容易な発光素子又は照明装置を提供することを課題とする。
また、本発明では表示品質の高い発光装置又は電子機器を提供することを課題とする。
本発明の一は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極及び第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、有機化合物を含む層は、前記第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光層と、第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、第3の層は第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、第1の層において第2の有機化合物は重量換算で第1の有機化合物より多く含まれ、第2の層において第4の有機化合物は重量換算で第3の有機化合物より多く含まれ、第3の層において第5の有機化合物は重量換算で第1の有機化合物より多く含まれる発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が少なく、信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極及び第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、有機化合物を含む層は、第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光を担う層と、前記第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、第3の層は第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、第1の層における第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第2の層における第3の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第3の層における第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満である発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が少なく、信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、有機化合物を含む層は、第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光を担う層と、第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、第3の層は第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、第1の層における第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第2の層における第3の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第3の層における第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第1の電極と第2の電極との間に、第1の電極の方が電位が高くなるように電圧をかけた際、第1の有機化合物及び第3の有機化合物から発光が得られる発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が少なく、信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、有機化合物を含む層は、第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光を担う層と、第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、第3の層は第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、第1の層における第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第2の層における第3の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第3の層における第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、第1の有機化合物は第1の層及び第3の層においての発光中心物質であり、第3の有機化合物は第2の層においての発光中心物質である発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が少なく、信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第4の有機化合物及び第5の有機化合物が正孔輸送性の材料であり、第2の有機化合物が電子輸送性の材料である発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下がより少なく、より信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第4の有機化合物が縮合多環系の物質であることを特徴とする発光素子。このような構成を有する本発明の発光素子は、バンドギャップが広くホスト材料として好適な縮合多環系の物質を発光中心物質のホストとして用いながら、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が少なく、信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第4の有機化合物が3環以上6環以下の縮合多環芳香族化合物であることを特徴とする発光素子。このような構成を有する本発明の発光素子は、バンドギャップが広くホスト材料として好適な3環以上6環以下の縮合多環芳香族化合物を発光中心物質のホストとして用いながら、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が少なく、信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第4の有機化合物がアントラセン誘導体であることを特徴とする発光素子。このような構成を有する本発明の発光素子は、バンドギャップが広くホスト材料として好適なアントラセン誘導体を発光中心物質のホストとして用いながら、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が少なく、信頼性が向上した発光素子とすることができる。また、発光色の調整の容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第4の有機化合物と第5の有機化合物は同じ物質である発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は上記構成の特徴を有しつつさらに、作製行程を簡略化した発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第1の有機化合物の発する光のピーク波長が第3の有機化合物の発する光のピーク波長より短い波長である発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は上記構成の発光素子における特徴と有しつつ、さらに発光色の調整が容易な発光素子とすることができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第1の有機化合物の発する光の色と、第3の有機化合物の発する光の色とが互いに補色の関係である発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は上記構成の発光素子における特徴を有しつつ、さらに白色の発光を得ることができる。発光色の調整が容易な本発明の発光素子は白色発光素子に好適に適用することができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第1の有機化合物は青色の光を発し、第3の有機化合物は黄色の光を発する発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は上記構成の発光素子における特徴を有しつつ、さらに白色の発光を得ることができる。発光色の調整が容易な本発明の発光素子は白色発光素子に好適に適用することができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第1の有機化合物の発する光のピーク波長が400nm〜480nmの範囲内にあり、第3の有機化合物の発する光のピーク波長が540nm〜600nmの範囲内にある発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は上記構成の発光素子における特徴を有しつつ、さらに白色の発光を得ることができる。発光色の調整が容易な本発明の発光素子は白色発光素子に好適に適用することができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第1の有機化合物は青緑色の光を発し、第3の有機化合物は赤色の光を発する発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は上記構成の発光素子における特徴を有しつつ、さらに白色の発光を得ることができる。発光色の調整が容易な本発明の発光素子は白色発光素子に好適に適用することができる。
また、本発明の一は、上記構成において、第1の有機化合物の発する光のピーク波長が480nm〜520nmの範囲内にあり、第3の有機化合物の発する光のピーク波長が600nm〜700nmの範囲内にある発光素子である。このような構成を有する本発明の発光素子は上記構成の発光素子における特徴を有しつつ、さらに白色の発光を得ることができる。発光色の調整が容易な本発明の発光素子は白色発光素子に好適に適用することができる。
また、本発明の一は、以上に記載の発光素子を用いた照明装置である。このような構成を有する照明装置は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下の少ない、寿命の長い照明装置とすることができる。また、発光色の調整が容易であるため当該照明装置の用途に合わせた発光色を容易に提供することができる。
また、本発明の一は、以上に記載の発光素子と発光素子の発光を制御する手段を備えた発光装置である。このような構成を有する発光装置は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下の少ない、寿命の長い発光装置とすることができる。また、発光色の調整が容易であるため表示品質の高い発光装置とすることができる。
また、本発明の一は、以上に記載の発光装置を表示部に搭載した電子機器である。このような構成を有する電子機器は、表示部の寿命が長い電子機器とすることができる。また、発光色の調整が容易であるため表示品質の高い表示部を有する電子機器とすることができる。
本発明を実施することによって、駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子を提供することができる。
また、駆動時間に対する劣化の度合いが改善された照明装置を提供することができる。
また、表示部における信頼性の高い発光装置または電子機器を提供することができる。
また、発光色の調整が容易な発光素子又は照明装置を提供することができる。
また、表示品質の高い発光装置又は電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。
(実施の形態1)
本発明に対する従来の発光素子115の概念図を図2に示す。発光素子115は、第1の電極111と第2の電極110との間に、有機化合物を含む層116が設けられた構成となっている。有機化合物を含む層116中には第2の層113、第1の層112が第1の電極111側から積層され、第2の層113に接して正孔輸送層114が設けられている。第1の層112には発光中心となる第1の有機化合物と第1の有機化合物を分散するホスト材料としての第2の有機化合物が含まれ、第2の層113には、発光中心となる第3の有機化合物と第3の有機化合物を分散するホスト材料としての第4の有機化合物が含まれている。第2の有機化合物は電子輸送性を有する材料、第4の有機化合物は正孔輸送性を有する材料で形成される。なお、本明細書中において、「電子輸送性を有する」とは、少なくとも電子の輸送性が正孔の輸送性より高いことを指し、「正孔輸送性を有する」とは少なくとも正孔の輸送性が電子の輸送性より高いことを指すものとする。正孔輸送層114は電極と発光する層との間隔を開けるために設けられ、正孔輸送性を有する物質で構成されている。
発光素子115は第1の電極111の電位が第2の電極110の電位より高くなるように第1の電極111と第2の電極110との間に電圧をかけて電流を流すと、第2の電極110から電子が、第1の電極111からは正孔がそれぞれ有機化合物を含む層116に注入される。注入されたキャリアは第1の層112と第2の層113との界面近傍でその大部分が再結合し、第1の有機化合物及び第3の有機化合物が発光することで、これら2つの発光のスペクトルが重なり合わさった発光を得ることができる。なお、有機化合物を含む層116において、第2の電極110と第1の層112との間及び第1の電極111と正孔輸送層114との間には適宜層が設けられていても設けられていなくても良い。
本発明者らは、このような発光素子115において、第2の層113と正孔輸送層114との間に、第1の層112に含まれる発光中心物質である第1の有機化合物を含み、第5の有機化合物を第1の有機化合物を分散するホスト材料として含む第3の層を設けることによって、当該発光素子の駆動時間に対する劣化の度合いが改善されることを見いだした。
図1に本実施の形態における発光素子106の概念図を示す。第1の電極101と第2の電極100との間に、第3の層104、第2の層103、第1の層102が第1の電極101側から積層されている。また、第3の層104に接して正孔輸送層105が設けられている。第1の層102には発光中心となる第1の有機化合物と第1の有機化合物を分散するホスト材料としての第2の有機化合物が、第2の層103には発光中心となる第3の有機化合物と第3の有機化合物を分散するホスト材料としての第4の有機化合物が、第3の層104には発光中心となる第1の有機化合物と第1の有機化合物を分散するホスト材料としての第5の有機化合物がそれぞれ含まれている。ここで、第1の層102における第1の有機化合物と第3の層104に含まれる第1の有機化合物は同じ物質である。第2の有機化合物は電子輸送性を有する材料、第4の有機化合物は正孔輸送性を有する材料で形成する。
発光素子106も、発光素子115と同様に、第1の電極101の電位が第2の電極100の電位より高くなるように両電極間に電圧をかけた際に、第1の有機化合物及び第3の有機化合物から発光を得ることができるが、第3の層104を設けたことによって、駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子とすることができる。
劣化の度合いが改善された理由としては、発光素子115においては第1の層112と第2の層113との界面で再結合に寄与しなかった電子が、第2の層113を突き抜けて正孔輸送層114に達することで劣化が起こっていたところ、発光素子106においては第3の層104が設けられることによって正孔輸送層105に達する電子の数が減少したことによるものと考えられる。
なお、第3の層104に発光中心物質を分散するホスト材料として含まれる第5の有機化合物が正孔輸送性を有する物質であると、正孔輸送層105に達する電子の数をさらに減少させることができるため、好ましい構成である。なお、第4の有機化合物と第5の有機化合物を同じ材料で構成しても良い。この場合、第2の層103と第3の層104を形成する時にホスト材料を交換する必要がなく、作製工程を若干簡略化することができる。なお、このような構成をとった際には、第2の層103と第3の層104の区別をドーパントである発光中心物質の種類(第3の有機化合物若しくは第1の有機化合物)によってなすものとする。
ところで、発光中心物質を分散するホスト材料として好適な物質として、アントラセン誘導体に代表される縮合多環芳香族化合物などの、縮合多環系の材料がある。これらの材料は、バンドギャップが広いことから、発光中心物質から励起エネルギーの移動が起こりにくく、発光効率の低下や色純度の悪化を招きにくい。また、置換基によっては電子輸送性にも正孔輸送性にもなり、様々な構成の発光素子に適用が可能である。しかし、縮合多環系の材料はその骨格自体が電子輸送性を有しているために、置換基によって正孔輸送性の高い材料となっていてもある程度、電子を輸送する能力も保持しており、電子の突き抜けによる劣化の影響が条件によっては大きくなってしまうことがあった。このような場合に、本実施の形態における発光素子106の構成を用いると、有効に劣化を抑制することができる。なお、ホスト材料として用いる縮合多環系の材料としては、3環以上6環以下の縮合多環芳香族化合物が特に有用である。
発光中心物質である第1の有機化合物及び第3の有機化合物は、互いに異なる発光色を呈する物質を用いればよい。これにより、これら二つの光が重なり合った発光を発光素子106は呈することができ、様々な発光色を得ることができる。本実施の形態における発光素子106の構成を用いることによって、所望の発光色を呈し、且つ駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子とすることができる。
ここで、本実施の形態の発光素子106は、先に述べたように、電子と正孔の再結合領域が第1の層102と第2の層103との界面であるため、波長の短い光を発する方の有機化合物から、波長の長い光を発する方の有機化合物へエネルギーの移動が起こってしまう場合がある。このような場合、波長の長い光を発する有機化合物からの発光がどうしても強くなってしまい、色の組み合わせによってはバランスが取り難いということもあった。そのため、特に、第1の有機化合物として、その発光の波長が第3の有機化合物の発光の波長より短い発光を呈する物質を用いる構成は、第3の層104において、第2の層103から突き抜けてきた電子と正孔が再結合することによって僅かではあるが、第1の有機化合物からの発光が得られるため、発光素子の発光色のバランスを取ることが容易となる。これにより、所望の発光色をする発光素子を容易に得ることができる。
なお、以上に説明してきたような本実施の形態における発光素子106の構成は、白色発光を得る際にも非常に有用である。本実施の形態における発光素子106の構成を用いることによって、所望のホワイトバランスを実現し、且つ駆動時間に対する劣化の度合いが改善された白色発光素子とすることができる。また、発光素子106において第1の有機化合物として、その発光の波長が第3の有機化合物の発光の波長より短い発光を呈する物質を用いる構成を適用した場合は、所望のホワイトバランスを実現し、且つ駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子をさらに容易に得ることができる。
本実施の形態における発光素子106の構成を用いて白色発光素子を作製する場合、第1の有機化合物と第3の有機化合物が発する発光色の組み合わせとしては、赤と青緑、黄と青など、互いに補色の関係にある色の組み合わせを用いれば良い。特に、第1の有機化合物として青、第3の有機化合物として黄の発光色を呈する物質の組み合わせや、第1の有機化合物として青緑、第3の有機化合物として赤の発光色を呈する物質の組み合わせのように第1の有機化合物として第3の有機化合物の発光色より短い波長の光を発する物質を用いる構成は、発光素子の発光色のバランスを取ることが容易となるため好ましい構成である。
また、本実施の形態における発光素子106の構成を用いて白色発光素子を作製する場合、第1の有機化合物と第3の有機化合物が発する発光色の組み合わせの他の例としては、ピーク波長が600nm〜700nmの範囲内にある光とピーク波長が480nm〜520nmの範囲内にある光の組合せや、ピーク波長が540nm〜600nmの範囲内にある光とピーク波長が400nm〜480nmの範囲内にある光の組み合わせがある。もちろん、この場合も、第1の有機化合物として第3の有機化合物の発光色より短い波長の光を発する物質を用いると、発光素子の発光色のバランスを取ることが容易となるため好ましい構成となる。
続いて、以上のような発光素子をより具体的に作製方法を交えながら説明する。なお、ここで説明する素子構成や作製方法はあくまで例示であり、本発明の趣旨を損なわない範囲においてその他公知の構成、材料、作製方法を適用することができる。
図1に、本発明における発光素子の素子構成の一例を模式的に示す。図1に示す発光素子は、第2の電極100と第1の電極101との間に有機化合物を含む層107を有する構成となっている。有機化合物を含む層107は、少なくとも、発光中心物質である第1の有機化合物とホスト材料である第5の有機化合物とを含む第3の層104と、発光中心物質である第3の有機化合物とホスト材料である第4の有機化合物を含む第2の層103と、第1の有機化合物とホスト材料である第2の有機化合物を含む第1の層102を第1の電極101側から順に積層した積層体からなる発光層(ここで、第3の層において発光が得られる、得られないは問わない)と、前記第3の層104に接して設けられた正孔輸送層105を有している。発光層と第2の電極100との間には電子注入層や電子輸送層など、正孔輸送層105と第1の電極101との間には正孔注入層などの層が適宜設けられていても良い。第1の電極101及び第2の電極100はそのどちらかが陽極であり、もう一方が陰極となるが、本実施の形態では第1の電極101が陽極、第2の電極100が陰極である場合を説明する。なお、本発明における陽極とは、発光材料を含む層に正孔を注入する電極のこと示し、陰極とは、発光材料を含む層に電子を注入する電極のことを示す。
まず、絶縁表面上に陽極を形成する。陽極としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す)、または珪素もしくは酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛(ZnO)を含む酸化インジウム、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化亜鉛(ZnO)を含む酸化インジウムは、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。その他、金(Au)、白金(Pt)、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(例えば、窒化チタン)等を用いることも可能である。
続いて、有機化合物を含む層を形成する。有機化合物を含む層107には、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、有機化合物を含む層107を構成する材料には、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。また、有機化合物を含む層107は、通常、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)、発光層、電子輸送層、電子注入層等、各々の機能を有する機能層を適宜組み合わせて構成される。それぞれの層の有する機能を2つ以上同時に有する層を含んでいる層が形成されていても良く、また、上記したいずれかの層が形成されていなくとも良い。もちろん、上記した機能層以外の層が設けられていても良い。本実施の形態では有機化合物を含む層107として、陽極側から順に正孔注入層、正孔輸送層、発光層(第3の層104、第2の層103及び第1の層102からなる積層体)、電子輸送層、電子注入層の積層構造を有する発光素子を例示して説明を行うこととする。
正孔注入層を用いる場合、正孔注入層として機能する材料としては、酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの金属酸化物等が挙げられる。あるいは、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(略称:HPc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)等を用いることができる。また、正孔注入層としては、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いることもできる。例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。正孔注入層は陽極に接して形成され、正孔注入層を用いることによって、キャリアの注入障壁が低減し、効率よくキャリアが発光素子に注入され、その結果、駆動電圧の低減を図ることができる。
また、正孔注入層として、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた材料(以下、複合材料という)を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極とのオーム接触が可能となり、仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、陽極として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。アクセプター性物質としては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
なお、本明細書中において、複合とは、単に2つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料における正孔輸送性の高い物質として用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
例えば、複合材料に用いることのできる芳香族アミン化合物としては、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα―NPD)、N,N’−ビス(4−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N,N’−ビス[4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]フェニル]−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができる。
複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等を挙げることができる。
また、複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等を用いることができる。
また、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチル−アントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14〜42である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
なお、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
また、上述したPVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPD等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層として用いてもよい。
このような、複合材料を正孔注入層として用いた場合、陽極には仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、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できる。そのため、陽極としては前述した材料の他、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(AlSi)等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金の膜はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
正孔輸送層は、N,N’−ビス(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(略称:BSPB)、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα―NPD)、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)、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(略称:TDATA)、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(略称:MTDATA)、N,N’−ビス[4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]フェニル]−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N,N−ジ(m−トリル)アミノ]ベンゼン(略称:m−MTDAB)、4,4’,4’’−トリス(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、フタロシアニン(略称:HPc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等の適当な材料を用いることができる。正孔輸送層としては10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質を用いることが好ましいが、電子より正孔の輸送性の高い物質であれば正孔輸送層として用いることができる。また、正孔輸送層は単層構造のものだけではなく、上述した条件に当てはまる物質から成る層を二層以上組み合わせた多層構造の層であってもよい。正孔輸送層は真空蒸着法等を用いて形成することができる。
また、正孔輸送層として、PVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPDなどの高分子化合物を用いることもできる。この場合は、インクジェット法やスピンコートなど溶液プロセスを使用することができる。
なお、発光層と接する正孔輸送層には、第3の層104の発光中心物質である第1の有機化合物の励起エネルギーよりも大きい励起エネルギーを有する物質を用いることが好ましい。このような構成にすることにより、発光層から正孔輸送層へのエネルギー移動を抑制することができ、高い発光効率を実現することができる。
発光層は、第3の層104、第2の層103、第1の層102が第1の電極101側から積層されてなっている。第1の層102には発光中心となる第1の有機化合物と第1の有機化合物を分散するホスト材料としての第2の有機化合物が、第2の層103には発光中心となる第3の有機化合物と第3の有機化合物を分散するホスト材料としての第4の有機化合物が、第3の層104には発光中心となる第1の有機化合物と第1の有機化合物を分散するホスト材料としての第5の有機化合物がそれぞれ含まれている。ここで、第1の層102における第1の有機化合物と第3の層104に含まれる第1の有機化合物は同じ物質である。第2の有機化合物は電子輸送性を有する材料、第4の有機化合物及び第5の有機化合物は正孔輸送性を有する材料で形成されている。なお、ホスト材料は発光中心となる物質を分散する機能を有することから、各々の層中において発光中心となる物質より多く含まれることになる。また、各々の層中において発光中心となる物質の割合は0.1wt%以上50wt%未満とすればよい。発光層は真空蒸着法を用いて作製することができ、異なる材料を同時に蒸着する共蒸着法によって作製することができる。
第1の有機化合物及び第3の有機化合物は発光中心となる物質であり、各々異なる波長の光を発する物質を選択する。発光中心となる物質としては以下のような物質が挙げられるが、もちろんこれに限られない。青色の発光(発光波長400nm〜480nm)を呈する物質の例としては、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン(略称:TBP)などが挙げられる。また、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)のような燐光を発する材料も用いることができる。青緑色の発光(発光波長480nm〜520nm)を呈する物質の例としては、N,N’’−(2−tert−ブチルアントラセン−9,10−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス[N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPPA)、N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30などが挙げられる。また、ビス[2−(3’,5’−ビストリフルオロメチルフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)のような燐光を発する材料も用いることができる。黄色の発光(発光波長540nm〜600nm)を呈する物質の例としては、ルブレン、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)、2−(2−{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−6−メチル−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2−{2−メチル−6−[2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)などが挙げられる。また、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス[2−(4’−パーフルオロフェニルフェニル)ピリジナト]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))のような燐光を発する材料も用いることができる。赤色の発光(発光波長600nm〜700nm)を呈する物質の例としては、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,13−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)、{2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)、{2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、4−(ジシアノメチレン)−2,6−ビス[p−(ジメチルアミノ)スチリル]−4H−ピラン(略称:BisDCM)、{2,6−ビス[2−(8−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)などが挙げられる。また、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)(Phen))、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)のような燐光を発する材料も用いることができる。なお、520nm〜540nmの範囲においては材料を列挙していないが、もちろんこの範囲の発光波長を有する発光材料(燐光を発する材料も含む)も用いることが可能である。これらの中から異なる発光波長を有する物質を、発光素子から所望の発光色が得られるようにそれぞれ選択して用いることが出来る。組み合わせの例としては、例えば、第1の有機化合物として2YGAPPA、第3の有機化合物としてルブレンを用いると、白色が得られる。また例えば、第1の有機化合物として2PCAPPA、第3の有機化合物としてBisDCMを用いても白色が得られる。さらに、例えば第1の有機化合物として2YGAPPA、第3の有機化合物としてBisDCMを用いれば、紫色のような中間色も得られる。
また、電子と正孔の再結合領域が第1の層102と第2の層103との界面近傍であるため、波長の短い光を発する方の有機化合物から、波長の長い光を発する方の有機化合物へエネルギーの移動が起こってしまう場合がある。このような場合、波長の長い光を発する有機化合物からの発光がどうしても強くなってしまい、色の組み合わせによってはバランスが取り難いということもある。この際、波長の短い光を発する物質の方を第1の有機化合物として、波長の長い光を発する物質の方を第3の有機化合物として用いると、第3の層104において、第2の層103から突き抜けてきた電子と正孔が再結合することによって僅かではあるが、第1の有機化合物からの発光が得られるため、発光素子の発光色のバランスを取ることが容易となる。これにより、所望の発光色を呈し、且つ駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子を容易に得ることができる。これは特に、白色発光素子のホワイトバランスを調節する際に有用である。
第1の有機化合物若しくは第3の有機化合物を分散するホスト材料として用いられる、第2の有機化合物、第4の有機化合物及び第5の有機化合物としては、例えばトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[2−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)などの金属錯体、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(略称:PBD)、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(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)などの複素環化合物、NPB(またはα−NPD)、TPD、BSPBなどの芳香族アミン化合物が挙げられる。また、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ジベンゾ[g,p]クリセン誘導体等の縮合多環芳香族化合物が挙げられ、具体的には、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、N,N−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:CzA1PA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:DPhPA)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、N,9−ジフェニル−N−{4−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]フェニル}−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPBA)、N,9−ジフェニル−N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、9−フェニル−9’−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−3,3’−ビ(9H−カルバゾール)(略称:PCCPA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、6,12−ジメトキシ−5,11−ジフェニルクリセン、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、3,6−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:DPCzPA)、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル(略称:BANT)、9,9’−(スチルベン−3,3’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’−(スチルベン−4,4’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS2)、3,3’,3’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリピレン(略称:TPB3)などを挙げることができる。これら及び公知の物質の中から、各々が分散する発光中心物質のエネルギーギャップより大きなエネルギーギャップを有する物質を選択すればよい。また、発光中心物質が燐光を発する場合、ホスト材料としては該発光中心物質の三重項エネルギー(基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)よりも大きい三重項エネルギーを有する物質を選択すれば良い。
なお、第4の有機化合物および第5の有機化合物は正孔輸送性の材料、第2の有機化合物は電子輸送性の材料であることが好ましい。正孔輸送性の材料としては、上述の芳香族アミン化合物、及びDPAnth、CzA1PA、DPhPA、YGAPA、PCAPA、PCAPBA、2PCAPA、DBC1などの縮合多環芳香族化合物が挙げられる。電子輸送性の材料としては、上述の複素環化合物、及びCzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t−BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2、TPB3などの縮合多環芳香族化合物が挙げられる。
上述した中でも特に、縮合多環芳香族化合物はバンドギャップが広く、発光中心物質を分散するためのホスト材料として好適に用いることができるが、正孔輸送性の材料であっても、ある程度の電子を輸送する能力も保持しており、電子が正孔輸送層まで突き抜けてしまい劣化を増長させてしまうことがあった。その為、第4の有機化合物として、正孔輸送性の縮合多環芳香族化合物であるDPAnth、CzA1PA、DPhPA、YGAPA、PCAPA、PCAPBA、2PCAPA、DBC1、PCBAPA、PCCPAなどを用いた場合、本実施の形態のような発光素子の構成を用いることによって、非常に有効に劣化を抑制することができる。
電子輸送層を用いる場合、発光層と電子注入層との間に設置される。相応しい材料としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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(略称:BAlq)など、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などを用いることができる。また、この他に、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))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なども用いることができる。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(略称:PBD)や、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(略称:OXD−7)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。電子輸送層としては10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質を用いることが好ましいが、正孔より電子の輸送性の高い物質であれば電子輸送層として用いることができる。また、電子輸送層は単層構造のものだけではなく、上述した条件に当てはまる物質から成る層を二層以上組み合わせた多層構造の層であってもよい。電子輸送層は真空蒸着法などを用いて作製することができる。
また、電子輸送層として、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)などを用いることができる。この場合、インクジェット法やスピンコートなどの溶液プロセスを適用することができる。
なお、発光層と接する電子輸送層には、第1の層102の発光中心物質である第1の有機化合物よりも大きい励起エネルギーを有する物質を用いることが好ましい。このような構成にすることにより、発光層から電子輸送層へのエネルギー移動を抑制することができ、高い発光効率を実現することができる。
電子注入層を用いる場合、電子注入層を構成する電子注入性材料としては、特に限定は無く、具体的には、フッ化カルシウムやフッ化リチウム、酸化リチウムや塩化リチウムなどのアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物などが好適である。あるいは、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)やバソキュプロイン(略称:BCP)などの、いわゆる電子輸送性の材料にリチウムやマグネシウムなどアルカリ金属またはアルカリ土類金属を組み合わせた層も使用できる。電子注入層は陰極に接して形成され、電子注入層を用いることによって、キャリアの注入障壁が低減し、効率よくキャリアが発光素子に注入され、その結果、駆動電圧の低減を図ることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を組み合わせた層を用いることは、陰極からの電子注入が効率良く起こるためより好ましい構成である。電子注入層は真空蒸着法などを用いて作製することができる。
なお、有機化合物を含む層107の形成には、上述した作製方法の他に蒸着法、インクジェット法、スピンコート法、ディップコート法など、湿式、乾式を問わず、用いることができる。
また、陰極と電子輸送層との間に、電子注入層を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を用いることができる。
この後、陰極を形成して発光素子が完成する。陰極としては、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下)金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、元素周期表の1族または2族に属する金属、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLiなど)、ユウロピウム(Er)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
なお、陽極または陰極として導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物を用いることもできる。導電性組成物は、陽極又は陰極として形成する場合、薄膜におけるシート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率が70%以上であることが好ましい。また、含まれる導電性高分子の抵抗率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリン及びまたはその誘導体、ポリピロール及びまたはその誘導体、ポリチオフェン及びまたはその誘導体、これらの2種以上の共重合体などがあげられる。
共役導電性高分子の具体例としては、ポリピロ−ル、ポリ(3−メチルピロール)、ポリ(3−ブチルピロール)、ポリ(3−オクチルピロール)、ポリ(3−デシルピロール)、ポリ(3,4−ジメチルピロール)、ポリ(3,4−ジブチルピロール)、ポリ(3−ヒドロキシピロール)、ポリ(3−メチル−4−ヒドロキシピロール)、ポリ(3−メトキシピロール)、ポリ(3−エトキシピロール)、ポリ(3−オクトキシピロール)、ポリ(3−カルボキシルピロール)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシルピロール)、ポリN−メチルピロール、ポリチオフェン、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ(3−ブチルチオフェン)、ポリ(3−オクチルチオフェン)、ポリ(3−デシルチオフェン)、ポリ(3−ドデシルチオフェン)、ポリ(3−メトキシチオフェン)、ポリ(3−エトキシチオフェン)、ポリ(3−オクトキシチオフェン)、ポリ(3−カルボキシルチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシルチオフェン)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリアニリン、ポリ(2−メチルアニリン)、ポリ(2−オクチルアニリン)、ポリ(2−イソブチルアニリン)、ポリ(3−イソブチルアニリン)、ポリ(2−アニリンスルホン酸)、ポリ(3−アニリンスルホン酸)等が挙げられる。
上記導電性高分子は、単独で陽極又は陰極に使用してもよいし、膜特性を調整するために有機樹脂を添加して導電性組成物として使用することができる。
有機樹脂としては、導電性高分子と相溶または混合分散可能であれば熱硬化性樹脂であってもよく、熱可塑性樹脂であってもよく、光硬化性樹脂であってもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド系樹脂、ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド12、ポリアミド11等のポリアミド樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル等のビニル樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、アラミド樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリウレア系樹脂、メラミン樹脂、フェノール系樹脂、ポリエーテル、アクリル系樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。
さらに、上記導電性高分子又は導電性組成物の電気伝導度を調整するために、アクセプタ性またはドナー性ドーパントをドーピングすることにより、共役導電性高分子の共役電子の酸化還元電位を変化させてもよい。
アクセプタ性ドーパントとしては、ハロゲン化合物、ルイス酸、プロトン酸、有機シアノ化合物、有機金属化合物等を使用することができる。ハロゲン化合物としては、塩素、臭素、ヨウ素、塩化ヨウ素、臭化ヨウ素、フッ化ヨウ素等が挙げられる。ルイス酸としては五フッ化燐、五フッ化ヒ素、五フッ化アンチモン、三フッ化硼素、三塩化硼素、三臭化硼素等が挙げられる。プロトン酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウフッ化水素酸、フッ化水素酸、過塩素酸等の無機酸と、有機カルボン酸、有機スルホン酸等の有機酸を挙げることができる。有機カルボン酸及び有機スルホン酸としては、カルボン酸化合物及びスルホン酸化合物を使用することができる。有機シアノ化合物としては、共役結合に二つ以上のシアノ基を含む化合物が使用できる。例えば、テトラシアノエチレン、テトラシアノエチレンオキサイド、テトラシアノベンゼン、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノアザナフタレン等を挙げられる。
ドナー性ドーパントとしては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、4級アミン化合物等を挙げることができる。
上記導電性高分子又は導電性組成物を、水または有機溶剤(アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、炭化水素系溶剤、芳香族系溶剤など)に溶解させて、湿式法により陽極又は陰極となる薄膜を形成することができる。
上記導電性高分子又は導電性組成物を溶解する溶媒としては、特に限定することはなく、上記した導電性高分子及び有機樹脂などの高分子樹脂化合物を溶解するものを用いればよい。例えば、水、メタノール、エタノール、プロピレンカーボネート、N‐メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエンなどの単独もしくは混合溶剤に溶解すればよい。
導電性組成物の成膜は上述のように溶媒に溶解した後、塗布法、コーティング法、液滴吐出法(インクジェット法ともいう)、印刷法等の湿式法を用いて成膜することができる。溶媒の乾燥は、熱処理を行ってもよいし、減圧下で行ってもよい。また、有機樹脂が熱硬化性の場合は、さらに加熱処理を行い、光硬化性の場合は、光照射処理を行えばよい。
なお、第2の電極100や第1の電極101の種類を変えることで、本実施の形態の発光素子は様々なバリエーションを有する。第2の電極100を光透過性とすることで、第2の電極100側から光を射出する構成となり、また、第2の電極100を遮光性(特に反射性)とし、第1の電極101を光透過性とすることで、第1の電極101の側から光を射出する構成となる。さらに、第2の電極100、第1の電極101の両方を光透過性とすることで、第2の電極側、第1の電極側の両方に光を射出する構成も可能となる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1に示した発光素子を用いて作製された発光装置の一例について説明する。なお、本発明の発光装置は以下に説明する構成を有する発光装置のみに限定されず、その表示を担う部分(本実施の形態では画素部602)に実施の形態1に示した発光素子が含まれているもの全てを含むものとする。
本実施の形態では、実施の形態1に示した発光素子を用いて作製された発光装置の一例について図3を用いて説明する。なお、図3(A)は、発光装置を示す上面図、図3(B)は図3(A)をA−A’およびB−B’で切断した断面図である。この発光装置は、発光素子の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部(ソース側駆動回路)601、画素部602、駆動回路部(ゲート側駆動回路)603を含んでいる。また、604は封止基板、605はシール材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、引き回し配線608はソース側駆動回路601及びゲート側駆動回路603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)609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板(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3(B)を用いて説明する。素子基板610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601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路601はnチャネル型TFT623とpチャネル型TFT624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路は、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を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602はスイッチング用TFT611と、電流制御用TFT612と、そのドレインに電気的に接続された第1の電極613と、当該第1の電極613、有機化合物を含む層616、第2の電極617よりなる発光素子とを含む複数の画素により形成される。なお、第1の電極613の端部を覆って絶縁物614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。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物614の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物614の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物614として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
第1の電極613上には、有機化合物を含む層616、および第2の電極617が積層され、発光素子が構成されている。ここで、陽極として機能する第1の電極613に用いる材料としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す)、または珪素もしくは酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛(ZnO)を含む酸化インジウム、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)、金(Au)、白金(Pt)、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(例えば、窒化チタン)の単層膜の他、積層構造も適用でき、例えば、窒化チタン膜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ようになる。
有機化合物を含む層616は、実施の形態1に記載した有機化合物を含む層107と同様の構成を有している。また、有機化合物を含む層616を構成する材料としては、低分子化合物、または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマーを含む)のいずれを用いてもよい。また、有機化合物を含む層616に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物をその一部に用いてもよい。有機化合物を含む層616は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。
さらに、有機化合物を含む層616上に形成され、陰極として機能する第2の電極617に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Mg、Li、Ca、またはこれらの合金や化合物、MgAg、MgIn、AlLi、LiF、CaF等)を用いることが好ましい。なお、有機化合物を含む層616で生じた光を第2の電極617を透過させる場合には、第2の電極617として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのが良い。
ここで、第1の電極613、有機化合物を含む層616、第2の電極617によって発光素子が構成されるが、発光素子の詳しい構造及び材料については実施の形態1において説明したため、繰り返しとなる説明を省略する。実施の形態1を参照されたい。なお、本実施の形態における第1の電極613、有機化合物を含む層616、第2の電極617はそれぞれ実施の形態1における第1の電極101、有機化合物を含む層107、第2の電極100に相当する。
上述してきた駆動回路、画素部のTFT及び発光素子が形成された素子基板610と、封止基板604とをシール材605によって貼り合わせることにより、素子基板610、封止基板604、およびシール材605で囲まれた空間607に、実施の形態1で示した発光素子106が備えられた構造の発光装置が提供される。なお、空間607には、充填材が充填されており、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605で充填される場合もある。
なお、シール材605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604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)、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、実施の形態1に示した発光素子を用いて作製された本発明の発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、実施の形態1に示した発光素子を用いており、当該発光素子が駆動時間の蓄積に対して劣化の度合いが低減された発光素子であることから、信頼性の高い発光装置を得ることができる。また、当該発光素子が設計者の意図する発光色を容易に実現するところから、表示品質の優れた発光装置とすることができる。
また、実施の形態1に示した発光素子は、白色発光素子として好適な構成であることから、照明用途として好適に用いることが可能である。
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、この他、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図4には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図4(A)は、発光装置を示す斜視図、図4(B)は図4(A)をX−Yで切断した断面図である。図4において、基板951上には、電極952と電極956との間には有機化合物を含む層955が設けられている。電極952の端部は絶縁層953で覆われている。そして、絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。隔壁層954の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層954を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。パッシブマトリクス型の発光装置においても、実施の形態1に示した発光素子を用いており、当該発光素子が駆動時間の蓄積に対して劣化の度合いが低減された発光素子であることから、信頼性の高い発光装置を得ることができる。また、当該発光素子が設計者の意図する発光色を容易に実現するところから、表示品質の優れた発光装置とすることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態2に示す発光装置をその一部に含む電子機器について説明する。これら電子機器は、実施の形態1に示した発光素子を含んだ表示部を有する。
実施の形態1に示した発光素子を有する電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、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)、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Digital Versatile Disc(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。これらの電子機器の具体例を図5に示す。
図5(A)は本発明に係るテレビ装置であり、筐体9101、支持台9102、表示部9103、スピーカー部9104、ビデオ入力端子9105等を含む。このテレビ装置は、表示部9103は、実施の形態1に示した発光素子を表示素子として用いることによって作製される。また、駆動時間の蓄積に対する劣化の度合いが低減された当該発光素子を用いて作製されたテレビ装置は、表示部9103の信頼性が高く、この表示部9103を備えた当該テレビ装置は信頼性の高いテレビ装置となっている。当該発光素子は劣化が低減された発光素子であることから、テレビ装置に搭載される劣化補償機能回路を大幅に削減もしくは縮小することができる。
図5(B)は本発明に係るコンピュータであり、本体9201、筐体9202、表示部9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む。このコンピュータは、表示部9203は、実施の形態1に示した発光素子を表示素子として用いることによって作製される。また、駆動時間の蓄積に対する劣化の度合いが低減された当該発光素子を用いて作製されたコンピュータは表示部9203の信頼性が高く、この表示部9203を備えた当該コンピュータは信頼性の高いコンピュータとなっている。当該発光素子は劣化が低減された発光素子であることから、このコンピュータに搭載される劣化補償機能回路を大幅に削減もしくは縮小することができ、コンピュータの小型軽量化を図ることができる。
図5(C)は本発明に係る携帯電話であり、本体9401、筐体9402、表示部9403、音声入力部9404、音声出力部9405、操作キー9406、外部接続ポート9407、アンテナ9408等を含む。この携帯電話は、表示部9403は、実施の形態1に示した発光素子を表示素子として用いることによって作製されている。また、駆動時間の蓄積に対する劣化の度合いが低減された当該発光素子を用いて作製された携帯電話では、表示部9403の信頼性が高く、この表示部9403を備えた当該携帯電話は信頼性の高い携帯電話となっている。当該発光素子は劣化が低減された発光素子であることから、この携帯電話に搭載される劣化補償機能回路を大幅に削減もしくは縮小することができ、携帯電話のさらなる小型軽量化を図ることができる。小型軽量化が図られた本発明の携帯電話には、様々な付加価値を備えても携帯に適したサイズ、重量に止めることができ、本発明の携帯電話は高機能な携帯電話としても適した構成となっている。
図5(D)は本発明の係るカメラであり、本体9501、表示部9502、筐体9503、外部接続ポート9504、リモコン受信部9505、受像部9506、バッテリー9507、音声入力部9508、操作キー9509、接眼部9510等を含む。このカメラは、表示部9502は、実施の形態1に示した発光素子を表示素子として用いることによって作製されている。また、駆動時間の蓄積に対する劣化の度合いが低減された当該発光素子を用いて作製されたカメラでは表示部9502の信頼性が高く、この表示部9502を備えた当該カメラは信頼性の高いカメラとなっている。当該発光素子は劣化が低減された発光素子であることから、このカメラに搭載される劣化補償機能回路を大幅に削減もしくは縮小することができ、カメラの小型軽量化を図ることができる。
以上の様に、実施の形態1に示した発光素子を用いて作製された発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、駆動時間の蓄積に対する劣化の度合いが低減された当該発光素子を用いて作製された表示部は信頼性が高く、当該表示部を有する電子機器は信頼性の高い電子機器とすることができる。
また、本発明の発光装置として、照明装置を挙げることもできる。実施の形態1に示した発光素子を照明装置に適用する一態様を、図6を用いて説明する。
図6は、実施の形態1に示した発光素子をバックライトとして適用した液晶表示装置の一例である。図6に示した液晶表示装置は、筐体901、液晶層902、バックライトユニット903、筐体904を有し、液晶層902は、ドライバIC905と接続されている。また、バックライトユニット903は、実施の形態1に示した発光素子を用いて形成されており、端子906により、電流が供給されている。
ここで、液晶のバックライトユニット903は、各画素に設けられたカラーフィルタを透過して実際に液晶表示装置を視聴する人の目に触れる際に、最適な光となるような発光色を呈していることが望ましい。すなわち、通常、カラーフィルタとしては画素ごとに赤、青又は緑の光を透過する膜が設けられるが、カラーフィルタの材料によって光の透過率も異なる上、色によって人間の視感度も異なることから、バックライトは赤、青及び緑各々の波長成分において所望の輝度を有することが望ましい。この点において、実施の形態1に示した発光素子はカラーバランスを調節することが容易であるために、液晶のバックライトユニット903として非常に好適に用いることができる。
なお、バックライトユニット903は実施の形態1に示した発光素子を1つのみ用いていても良いし、当該発光素子を複数用いていても良い。
このように、実施の形態1に示した発光素子を液晶表示装置のバックライトに適用することができる。当該バックライトは大面積化も可能であるため、液晶表示装置の大面積化も可能になる。また、駆動時間の蓄積に伴う劣化の度合いが小さい当該発光素子を用いて作製することにより、信頼性の高いバックライトが得られる。さらに、当該バックライトは薄型で所望の発光色を容易に得ることができるため、液晶表示装置の薄型化、映像の高品質化も可能となる。
図7は、実施の形態1に示した発光素子を、照明装置である電気スタンドに用いた例である。図7に示す電気スタンドは、筐体2001と、光源2002を有し、光源2002として、実施の形態1に示した発光素子が形成されている。光源2002は当該発光素子1つで構成されていても良いし、複数の当該発光素子によって構成されていても良い。また、異なる発光色を呈する複数種の発光素子によって構成されていても良い。このように、実施の形態1に示した発光素子を用いて光源2002を作製することができる。駆動時間の蓄積に伴う劣化の度合いが小さい当該発光素子を用いて作製された光源2002は、信頼性が高いため、これが備えられた電気スタンドも信頼性の高い電気スタンドとすることができる。また、実施の形態1に示した発光素子はカラーバランスの調整が容易であることから、目に優しい発光色を呈するなど、用途に合わせた発光色を有する電気スタンドを容易に提供することができる。
図8は、実施の形態1に示した発光素子を、室内の照明装置3001に適用した例である。照明装置3001は当該発光素子1つで構成されていても良いし、複数の当該発光素子によって構成されていても良い。また、異なる発光色を呈する複数種の発光素子によって構成されていても良い。このように、実施の形態1に示した発光素子で説明した発光素子を用いて照明装置3001を作製することができる。当該発光素子を適用して作製された照明装置3001は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、発光効率の良好な当該発光素子を用いて作製された照明装置3001は、薄型で低消費電力な照明装置とすることができる。また、駆動時間の蓄積に伴う劣化の度合いが小さい当該発光素子を用いて作製された照明装置3001は信頼性の高い照明装置とすることができる。また、実施の形態1に示した発光素子はカラーバランスの調整が容易であることから、暖色系の発光色から寒色系の発光色まで様々な色の発光を容易に提供することが可能である。これにより、例え1ばリビング用に暖色系の色、キッチンやダイニング用に演色性の良い色など、用途に合わせた発光色を有する照明装置を容易に提供することができる。
本実施例では実施の形態1に記載された発光素子の作製方法及び素子特性を説明する。なお、発光素子1乃至6の素子構成はそれぞれ表1の通りである。
Figure 2009099966
(発光素子1)
まず、ガラス基板上に膜厚110nmの珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、第1の電極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
この後、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)と4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)とを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第3の層を形成した。ここで、DPAnthと2YGAPPAとの重量比は1:0.1(=DPAnth:2YGAPPA)となるように調節した。
そして、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)とルブレンとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、YGAPAとルブレンとの重量比は1:0.0025(=YGAPA:ルブレン)となるように調節した。
さらに、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)と2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第1の層を形成した。ここで、CzPAと2YGAPPAとの重量比は1:0.05(=CzPA:2YGAPPA)となるように調節した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)を10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法を用いてバソフェナントロリン(略称:BPhen)を20nmの膜厚となるように成膜して電子輸送層を形成した。
それから、同様に抵抗加熱による蒸着法を用いて、フッ化リチウム(LiF)を1nm程度形成し、電子注入層を形成し、最後にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することによって第2の電極を形成し、発光素子1を作製した。
以上により得られた発光素子1を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子1の電流密度−輝度特性を図9に示す。また、輝度−電流効率特性を図10に示す。また、電圧−輝度特性を図11に示す。また、電圧−電流特性を図12に示す。また、発光素子1に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図13に示す。
発光素子1において、第1の層及び第3の層の発光中心物質である2YGAPPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質であるルブレンは黄色の発光を呈する物質である。すなわち、図13において、462nm付近にピークを有する発光は2YGAPPAの、549nm付近にピークを有する発光はルブレンの発光であり、発光素子1においては、短波長側の2YGAPPAの発光と、長波長側のルブレンとの発光がほぼ同じ強度で得られていることがわかる。従来の構成においては、エネルギー移動などの影響により長波長側の発光が強く出てしまい、発光色のバランスを取ることが難しかったが、本発明の構成を用いることによって、以上に説明した発光素子1のように、短波長側の発光強度と長波長側の発光強度をほぼ同じにすることも可能となり、発光色のバランスを容易に調節することができるようになる。なお、発光素子1の輝度900cd/mのCIE色度座標は(x=0.26,y=0.35)で白色の発光であった。
(発光素子2)
まず、ガラス基板上に膜厚110nmの珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、第1の電極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、NPBと酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
この後、DPAnthと2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第3の層を形成した。ここで、DPAnthと2YGAPPAとの重量比は1:0.1(=DPAnth:2YGAPPA)となるように調節した。
そして、YGAPAとルブレンとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、YGAPAとルブレンとの重量比は1:0.0025(=YGAPA:ルブレン)となるように調節した。
さらに、CzPAと2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第1の層を形成した。ここで、CzPAと2YGAPPAとの重量比は1:0.05(=CzPA:2YGAPPA)となるように調節した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、Alqを10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法を用いてBPhenを20nmの膜厚となるように成膜して電子輸送層を形成した。
それから、同様に抵抗加熱による蒸着法を用いて、フッ化リチウム(LiF)を1nm程度形成し、電子注入層を形成し、最後にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することによって第2の電極を形成し、発光素子2を作製した。
以上により得られた発光素子2を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子2の電流密度−輝度特性を図14に示す。また、輝度−電流効率特性を図15に示す。また、電圧−輝度特性を図16に示す。また、電圧−電流特性を図17に示す。また、発光素子2に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図18に示す。
発光素子2において、第1の層及び第3の層の発光中心物質である2YGAPPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質であるルブレンは黄色の発光を呈する物質である。すなわち、図18において、462nm付近にピークを有する発光は2YGAPPAの、549nm付近にピークを有する発光はルブレンの発光であり、発光素子2においては、短波長側の2YGAPPAの発光が、長波長側のルブレンの発光より大きな強度で得られていることがわかる。従来の構成においては、エネルギー移動などの影響により長波長側の発光が強く出てしまい、発光色のバランスを取ることが難しかったが、本発明の構成を用いることによって以上に説明した発光素子2のように、短波長側の発光強度を長波長側の発光強度より強く得ることも可能となり、発光色のバランスを容易に調節することができるようになる。なお、発光素子2の輝度780cd/mのCIE色度座標は(x=0.26,y=0.34)で白色の発光であった。
(発光素子3)
発光素子3は、発光素子1及び2の比較例として、第3の層が形成されていない発光素子、すなわち、実施の形態1で従来例として示した発光素子115の構成を有する発光素子を作製した。まず、ガラス基板上に膜厚110nmの珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、第1の電極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、NPBと酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
そして、YGAPAとルブレンとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、YGAPAとルブレンとの重量比は1:0.0025(=YGAPA:ルブレン)となるように調節した。
さらに、CzPAと2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第1の層を形成した。ここで、CzPAと2YGAPPAとの重量比は1:0.05(=CzPA:2YGAPPA)となるように調節した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、Alqを10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法を用いてBPhenを20nmの膜厚となるように成膜して電子輸送層を形成した。
それから、同様に抵抗加熱による蒸着法を用いて、フッ化リチウム(LiF)を1nm程度形成し、電子注入層を形成し、最後にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することによって第2の電極を形成し、発光素子3を作製した。
以上により得られた発光素子3を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
図19に発光素子3の発光スペクトルを示した。発光素子3において、第1の層の発光中心物質である2YGAPPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質であるルブレンは黄色の発光を呈する物質である。すなわち、図19において、465nm付近にピークを有する発光は2YGAPPAの、549nm付近にピークを有する発光はルブレンの発光であるが、発光素子3においては、長波長側のルブレンの発光が、短波長側の2YGAPPAの発光より大きな強度で得られていることがわかる。ここで、第2の層の構成を参照すると、第2の層はYGAPAとルブレンとを1:0.0025の割合で共蒸着しているが、これは、現状、本発明者らが制御可能なルブレン濃度の最も小さいレベルの値である。すなわち、できうるだけルブレン濃度を小さくしても、長波長側の発光色を有するルブレンの発光が強く出てしまい、従来の構成では発光色の制御が困難であることが分かる。なお、発光素子3の輝度1740cd/mのCIE色度座標は(x=0.28,y=0.38)で青白色の発光であった。
続いて、信頼性に関する評価を行った結果を示す。図20に、発光素子1及び発光素子3を初期輝度1000cd/mとし、電流密度一定の条件で駆動した際の規格化輝度時間変化を表す図を示した。なお、図中太線が発光素子1の、細線が発光素子3の結果を表すグラフである。図からも、比較例である発光素子3より、発光素子1の方が輝度の低下が抑制されていることが分かる。なお、発光素子3は590時間で53%まで輝度が低下したのに対し、発光素子1は1100時間まで54%の輝度を保っており、約2倍の寿命を得ることができた。
(発光素子4)
まず、ガラス基板上に膜厚110nmの珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、第1の電極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、NPBと酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
この後、DPAnthと2YGAPPAとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第3の層を形成した。ここで、DPAnthと2YGAPPAとの重量比は1:0.1(=DPAnth:2YGAPPA)となるように調節した。
そして、9−フェニル−9’−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−3,3’−ビ(9H−カルバゾール)(略称:PCCPA)とルブレンとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、PCCPAとルブレンとの重量比は1:0.0025(=PCCPA:ルブレン)となるように調節した。
さらに、CzPAと2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第1の層を形成した。ここで、CzPAと2YGAPPAとの重量比は1:0.05(=CzPA:2YGAPPA)となるように調節した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、Alqを10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法を用いてBPhenを20nmの膜厚となるように成膜して電子輸送層を形成した。
それから、同様に抵抗加熱による蒸着法を用いて、フッ化リチウムを1nm程度形成し、電子注入層を形成し、最後にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することによって第2の電極を形成し、発光素子4を作製した。
以上により得られた発光素子4を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子4の電流密度−輝度特性を図21に示す。また、輝度−電流効率特性を図22に示す。また、電圧−輝度特性を図23に示す。また、電圧−電流特性を図24に示す。また、発光素子4に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図25に示す。
発光素子4において、第1の層及び第3の層の発光中心物質である2YGAPPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質であるルブレンは黄色の発光を呈する物質である。すなわち、図25おいて、462nm付近にピークを有する発光は2YGAPPAの、549nm付近にピークを有する発光はルブレンの発光であり、発光素子4においては、短波長側の2YGAPPAの発光が、長波長側のルブレンの発光より大きな強度で得られていることがわかる。従来の構成においては、エネルギー移動などの影響により長波長側の発光が強く出てしまい、発光色のバランスを取ることが難しかったが、本発明の構成を用いることによって以上に説明した発光素子4のように、短波長側の発光強度を長波長側の発光強度より強く得ることも可能となり、発光色のバランスを容易に調節することができるようになる。なお、発光素子4の輝度810cd/mのCIE色度座標は(x=0.25,y=0.34)で青みがかった白色の発光であった。
(発光素子5)
まず、ガラス基板上に膜厚110nmの珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、第1の電極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、NPBと酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
この後、DPAnthと2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第3の層を形成した。ここで、DPAnthと2YGAPPAとの重量比は1:0.1(=DPAnth:2YGAPPA)となるように調節した。
そして、PCCPAとルブレンとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、PCCPAとルブレンとの重量比は1:0.0025(=PCCPA:ルブレン)となるように調節した。
さらに、CzPAと2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第1の層を形成した。ここで、CzPAと2YGAPPAとの重量比は1:0.05(=CzPA:2YGAPPA)となるように調節した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、Alqを10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法を用いてBPhenを20nmの膜厚となるように成膜して電子輸送層を形成した。
それから、同様に抵抗加熱による蒸着法を用いて、フッ化リチウムを1nm程度形成し、電子注入層を形成し、最後にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することによって第2の電極を形成し、発光素子5を作製した。
以上により得られた発光素子5を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子5の電流密度−輝度特性を図26に示す。また、輝度−電流効率特性を図27に示す。また、電圧−輝度特性を図28に示す。また、電圧−電流特性を図29に示す。また、発光素子5に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図30に示す。
発光素子5において、第1の層及び第3の層の発光中心物質である2YGAPPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質であるルブレンは黄色の発光を呈する物質である。すなわち、図30において、462nm付近にピークを有する発光は2YGAPPAの、549nm付近にピークを有する発光はルブレンの発光であり、発光素子5においては、短波長側の2YGAPPAの発光が、長波長側のルブレンの発光より大きな強度で得られていることがわかる。従来の構成においては、エネルギー移動などの影響により長波長側の発光が強く出てしまい、発光色のバランスを取ることが難しかったが、本発明の構成を用いることによって以上に説明した発光素子5のように、短波長側の発光強度を長波長側の発光強度より強く得ることも可能となり、発光色のバランスを容易に調節することができるようになる。なお、発光素子5の輝度890cd/mのCIE色度座標は(x=0.25,y=0.33)で若干青みがかった白色の発光であった。
(発光素子6)
発光素子6は、発光素子4及び5の比較例として、第3の層が形成されていない発光素子を作製した。まず、ガラス基板上に膜厚110nmの珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、第1の電極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、NPBと酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
そして、PCCPAとルブレンとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、PCCPAとルブレンとの重量比は1:0.0025(=PCCPA:ルブレン)となるように調節した。
さらに、CzPAと2YGAPPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第1の層を形成した。ここで、CzPAと2YGAPPAとの重量比は1:0.05(=CzPA:2YGAPPA)となるように調節した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、Alqを10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法を用いてBPhenを20nmの膜厚となるように成膜して電子輸送層を形成した。
それから、同様に抵抗加熱による蒸着法を用いて、フッ化リチウムを1nm程度形成し、電子注入層を形成し、最後にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することによって第2の電極を形成し、発光素子6を作製した。
以上により得られた発光素子6を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
図31に発光素子6の発光スペクトルを示した。発光素子6において、第1の層の発光中心物質である2YGAPPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質であるルブレンは黄色の発光を呈する物質である。すなわち、図31において、465nm付近にピークを有する発光は2YGAPPAの、549nm付近にピークを有する発光はルブレンの発光であるが、発光素子6においては、長波長側のルブレンの発光が、短波長側の2YGAPPAの発光より大きな強度で得られていることがわかる。なお、発光素子6の輝度1520cd/mのCIE色度座標は(x=0.28,y=0.36)で若干青よりの白色発光であった。
続いて、信頼性に関する評価を行った結果を示す。図32に、発光素子4及び発光素子6を初期輝度1000cd/mとし、電流密度一定の条件で駆動した際の規格化輝度時間変化を表す図を示した。なお、図中太線が発光素子4の、細線が発光素子6の結果を表すグラフである。図からも、比較例である発光素子6より、発光素子4の方が輝度の低下が抑制されていることが分かる。なお、発光素子6は590時間で58%まで輝度が低下したのに対し、発光素子4は1100時間まで61%の輝度を保っており、約2倍の寿命を得ることができた。
本実施例では実施の形態1に記載された発光素子の作製方法及び素子特性を説明する。なお、発光素子7及び8の素子構成はそれぞれ表2の通りである。
Figure 2009099966
(発光素子7)
まず、ガラス基板上に膜厚110nmの珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、第1の電極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
この後、9−フェニル−9’−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−3,3’−ビ(9H−カルバゾール)(略称:PCCPA)と4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)とを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第3の層を形成した。ここで、PCCPAとPCBAPAとの重量比は1:0.1(=PCCPA:PCBAPA)となるように調節した。
そして、PCCPAとN,9−ジフェニル−N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)とを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、PCCPAと2PCAPAとの重量比は1:0.005(=PCCPA:2PCAPA)となるように調節した。
さらに、CzPAとPCBAPAとを共蒸着することにより、20nmの膜厚の第1の層を形成した。ここで、CzPAとPCBAPAとの重量比は1:0.05(=CzPA:PCBAPA)となるように調節した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)を10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法を用いてバソフェナントロリン(略称:BPhen)を20nmの膜厚となるように成膜して電子輸送層を形成した。
それから、同様に抵抗加熱による蒸着法を用いて、フッ化リチウム(LiF)を1nm程度形成し、電子注入層を形成し、最後にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することによって第2の電極を形成し、発光素子7を作製した。
以上により得られた発光素子7を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子7の電流密度−輝度特性を図33に示す。また、輝度−電流効率特性を図34に示す。また、電圧−輝度特性を図35に示す。また、電圧−電流特性を図36に示す。また、発光素子7に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図37に示す。
発光素子7において、第1の層及び第3の層の発光中心物質であるPCBAPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質である2PCAPAは緑色の発光を呈する物質である。すなわち、図37において、466nm付近にピークを有する発光はPCBAPAの、493nm付近にピークを有する発光は2PCAPAの発光であり、発光素子7においては、短波長側のPCBAPAの発光と、長波長側の2PCAPAとの発光がほぼ同じ強度で得られていることがわかる。従来の構成においては、エネルギー移動などの影響により長波長側の発光が強く出てしまい、発光色のバランスを取ることが難しかったが、本発明の構成を用いることによって、以上に説明した発光素子1のように、短波長側の発光強度と長波長側の発光強度をほぼ同じにすることも可能となり、発光色のバランスを容易に調節することができるようになる。なお、発光素子7の輝度1100cd/mのCIE色度座標は(x=0.18,y=0.27)で青緑色の発光であった。
(発光素子8)
発光素子8は第3の層を形成するまでは発光素子7と同様に作製した。
続いて、PCBAPAと2PCAPAとを共蒸着することにより、10nmの膜厚の第2の層を形成した。ここで、PCBAPAと2PCAPAとの重量比は1:0.02(=PCBAPA:2PCAPA)となるように調節した。
その後第1の層から陰極まで発光素子7と同様に作製し、発光素子8を作製した。
以上により得られた発光素子8を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子8の電流密度−輝度特性を図38に示す。また、輝度−電流効率特性を図39に示す。また、電圧−輝度特性を図40に示す。また、電圧−電流特性を図41に示す。また、発光素子8に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図42に示す。
発光素子8において、第1の層及び第3の層の発光中心物質であるPCBAPAは青色の発光を、第2の層の発光中心物質である2PCAPAは緑色の発光を呈する物質である。すなわち、図42において、470nm付近にピークを有する発光はPCBAPAの、500nm付近にピークを有する発光は2PCAPAの発光である。このように、本発明の発光素子は、長波長側の発光中心物質の発光を強く出すことも可能であり、発光色のバランスを容易に調節することができる発光素子であることが言える。なお、発光素子8の輝度1190cd/mのCIE色度座標は(x=0.20,y=0.33)で青緑色の発光であった。
なお、これら青緑色の発光を提供する積層構造(正孔注入層〜電子注入層までの積層構造)と赤色の発光を提供する積層構造とを積層した構造を、有機化合物を含む層として有する発光素子を作製することによって、白色の発光を呈する発光素子を提供することができる。この際、青緑色の発光を提供する積層構造と赤色の発光を提供する積層構造との間には、電荷発生層を設ける。電荷発生層は実施の形態1で説明した複合材料で形成することができる。また、電荷発生層は複合材料よりなる層と他の材料よりなる層との積層構造をなしていてもよく、この場合、他の材料よりなる層としては、電子供与性物質と電子輸送性の高い物質とを含む層や透明導電膜よりなる層などを用いることができる。このような構成を有する発光素子は、赤色の発光を燐光、青緑の発光を蛍光としてもエネルギーの移動や消光などの問題が起こり難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ白色発光素子とすることが容易である。また、青緑色の発光色の調整が容易であるため、所望の色の白色発光を得やすいという利点もある。
(参考例)
発光素子1乃至6で用いた2YGAPPAは公知の物質ではないので、その合成方法を説明する。なお、2YGAPPAは下記構造式(1)で表される。
Figure 2009099966
[ステップ1]2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンの合成
(i)2−ブロモ−9,10−アントラキノンの合成
2−ブロモ−9,10−アントラキノンの合成スキームを(A−1)に示す。
Figure 2009099966
臭化銅(II)46g(0.20mol)、アセトニトリル500mLを1L三口フラスコへ入れた。さらに、亜硝酸tert−ブチル17g(0.17mol)を加え。この混合物を65℃に加熱した。この混合物へ、2−アミノ−9,10−アントラキノン25g(0.11mol)を加え、同温度で6時間撹拌した。反応後、反応溶液を3mol/Lの塩酸500mL中に注ぎ、この懸濁液を3時間撹拌したところ、固体が析出した。この析出物を吸引濾過により回収し、吸引濾過しながら、水、エタノールで洗浄した。濾物をトルエンに溶かしてフロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135以下同じ)、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855以下同じ)、アルミナを通して吸引濾過し、得られたろ液を濃縮して固体を得た。この固体を、クロロホルム、ヘキサンの混合溶媒により再結晶したところ目的物である2−ブロモ−9,10−アントラキノンの乳白色粉末状固体を18.6g、収率58%で得た。
(ii)2−ブロモ−9,10−ジフェニル−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオールの合成
2−ブロモ−9,10−ジフェニル−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオールの合成スキームを(A−2)に示す。
Figure 2009099966
2−ブロモ−9,10−アントラキノン4.9g(17mmol)を300mL三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換し、テトラヒドロフラン(THF)100mLを加えて、よく溶かした。その後、この溶液へ、フェニルリチウム18mL(37mmol)を滴下して加え、室温で約12時間撹拌した。反応後、溶液を水で洗浄後、水層を酢酸エチルで抽出した。抽出溶液と有機層をあわせて、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引濾過し、濾液を濃縮して、目的物の2−ブロモ−9,10−ジフェニル−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオールを得た(約7.6g)。
(iii)2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンの合成
2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンの合成スキームを(A−3)に示す。
Figure 2009099966
得られた2−ブロモ−9,10−ジフェニル−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール約7.6g(17mmol)、ヨウ化カリウム5.1g(31mmol)、ホスフィン酸ナトリウム一水和物9.7g(92mmol)、氷酢酸50mLを500mL三口フラスコへ入れ、120℃で2時間還流した。その後、反応混合物へ50%ホスフィン酸30mLを加え、120℃で1時間撹拌した。反応後、溶液を水で洗浄後、水層を酢酸エチルで抽出した。抽出溶液と、有機層とを合わせて、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引濾過し、得られた濾液を濃縮したところ、固体を得た。この固体をトルエンに溶かしてからセライト、フロリジール、アルミナを通してろ過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、クロロホルム、ヘキサンの混合溶媒により再結晶したところ目的物である2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンの淡黄色粉末状固体を5.1g得た。(ii)と(iii)の2段階での収率は74%であった。
[ステップ2]2−(4−ブロモフェニル)−9,10−ジフェニルアントラセンの合成
(i)2−ヨード−9,10−ジフェニルアントラセンの合成
2−ヨード−9,10−ジフェニルアントラセンの合成スキームを(A−4)に示す。
Figure 2009099966
2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセン10g(24mmol)を500mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した後、テトラヒドロフラン150mLを加え、溶解した。この溶液を−78℃で撹拌した。この溶液に1.6mmol/Lのn−ブチルリチウム溶液19mLをシリンジにより滴下し−78℃で1時間撹拌して反応させたところ白色固体が析出した。反応後この反応混合物に、ヨウ素12g(49mmol)をテトラヒドロフラン80mLに溶解した溶液を滴下ロートより滴下した。滴下後、この混合物を−78℃で1時間、室温で12時間撹拌した。反応後、反応溶液にチオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、1時間室温で撹拌した。この混合物に酢酸エチルを加え、抽出を行った。水層と有機層を分離し、有機層をチオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。水層と有機層を分離し、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去した。得られたろ液を濃縮したところ、固体を得た。この固体にメタノールを加え、超音波を照射して洗浄したところ固体が析出した。この固体を吸引濾過により回収したところ、淡黄色粉末状固体を収量9.9g、収率90%で得た。
(ii)2−(4−ブロモフェニル)−9,10−ジフェニルアントラセンの合成
2−(4−ブロモフェニル)−9,10−ジフェニルアントラセンの合成スキームを(A−5)に示す。
Figure 2009099966
4−ブロモフェニルボロン酸2.0g(9.9mmol)、酢酸パラジウム(0)0.02g(0.089mmol)、2−ヨード−9,10−ジフェニルアントラセン5.0g(11mmol)、トリス(o−トリル)ホスフィン 0.30g(0.99mmol)を200mL三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物にトルエン50mL、炭酸カリウム水溶液(2mol/L)20mL、エタノール10mLを加えた。この混合物を100℃で8時間加熱攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加え、この懸濁液を飽和炭酸水素ナトリウム水、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層と水層を分離し、有機層をセライト、アルミナ、フロリジールを通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮したところ、固体を得た。この固体にメタノールを加え、超音波を照射して洗浄したところ固体が析出した。吸引濾過によりこの固体を回収したところ、淡黄色粉末状固体を収量4.6g、収率87%で得た。核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が2−(4−ブロモフェニル)−9,10−ジフェニルアントラセンであることを確認した。
2−(4−ブロモフェニル)−9,10−ジフェニルアントラセンのH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.33−7.36(m,2H),7.40(d,J=8.4Hz,2H),7.49−7.72(m、15H),7.78(d,J=9.3Hz,1H),7.85(d,J=1.5Hz,1H)。
[ステップ3]4−(カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)の合成
(i)N−(4−ブロモフェニル)カルバゾールの合成
N−(4−ブロモフェニル)カルバゾールの合成スキームを(A−6)に示す。
Figure 2009099966
まず、N−(4−ブロモフェニル)カルバゾールの合成方法について説明する。300mLの三口フラスコに、1,4−ジブロモベンゼンを56g(0.24mol)、カルバゾールを31g(0.18mol)、よう化銅(I)を4.6g(0.024mol)、炭酸カリウムを66g(0.48mol)、18−クラウン−6−エーテルを2.1g(0.008mol)入れ、窒素置換し、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)を8mL加え、180℃で6時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷ましてから、吸引ろ過により沈殿物を除去し、得られたろ液を希塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、乾燥後、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮したところ、油状物質を得た。この油状物質をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=9:1)により精製して、得られた固体を、クロロホルム、ヘキサンの混合溶媒により再結晶したところ、目的物であるN−(4−ブロモフェニル)カルバゾールの淡褐色プレート状結晶を21g、収率35%で得た。核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物がN−(4−ブロモフェニル)カルバゾールであることを確認した。
この化合物のH NMRデータを以下に示す。H NMR(300MHz,CDCl);δ=8.14(d,J=7.8Hz,2H),7.73(d,J=8.7Hz,2H),7.46(d,J=8.4Hz,2H),7.42−7.26(m,6H)。
(ii)4−(カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)の合成
4−(カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)の合成スキームを(A−7)に示す。
Figure 2009099966
200mLの三口フラスコに、上記(i)で得たN−(4−ブロモフェニル)カルバゾールを5.4g(17.0mmol)、アニリンを1.8mL(20.0mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を100mg(0.17mmol)、ナトリウム−tert−ブトキシド(略称:tert−BuONa)を3.9g(40mmol)入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、トリ(tert−ブチル)ホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)を0.1mL、トルエンを50mL加えた。この混合物を80℃、6時間撹拌した。反応後、反応混合物を、フロリジール、セライト、アルミナを通してろ過し、ろ液を水、飽和食塩水で洗浄した。有機層を、硫酸マグネシウムで乾燥し、この混合物を自然ろ過した。ろ液を濃縮して得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=9:1)により精製したところ目的物である4−(カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)を4.1g、収率73%で得た。核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が4−(カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)であることを確認した。
この化合物のH NMRデータを以下に示す。H NMR(300MHz,DMSO−d);δ=8.47(s,1H),8.22(d,J=7.8Hz,2H),7.44−7.16(m,14H),6.92−6.87(m,1H)。
[ステップ4]2YGAPPAの合成法
2YGAPPAの合成スキームを(A−8)に示す。
Figure 2009099966
ステップ2で合成した2−(4−ブロモフェニル)−9,10−ジフェニルアントラセン0.51g(1.1mmol)、tert−BuONa0.20g(2.1mmol)、4−(カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン0.35g(1.1mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)0.02g(0.04mmol)を50mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物にトルエン10mL、トリ(tert−ブチル)ホスフィンの10wt%ヘキサン溶液0.02mLを加えた。 この混合物を80℃で3時間加熱攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加え、この懸濁液をフロリジール、セライト、アルミナを通して吸引ろ過した。得られたろ液を水、飽和食塩水で洗浄した後、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。カラムクロマトグラフィーはまずトルエン:ヘキサン=1:10を展開溶媒として用い、次いでトルエン:ヘキサン=1:5の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して固体を得た。この固体をジクロロメタンとメタノールの混合溶媒で再結晶したところ、粉末状黄色固体を収量0.51g、収率65%で得た。核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が,2−(4−{N−[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアミノ}フェニル)−9,10−ジフェニルアントラセン(略称:2YGAPPA)であることを確認した。
得られた黄色固体1.4gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして333℃で9時間行った。収量1.2gで収率は86%であった。
また、得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。これより、上述の構造式(1)で表されるYGAPPAが得られたことがわかった。
NMR(CDCl,300MHz):δ=7.06−7.15(m,1H),7.17−7.74(m,33H),7.78(d,J=9.8Hz,1H),7.90(s,1H),8.14(d,J=7.8Hz,2H)。
以上のように、2YGAPPAを合成することができる。
続いて、発光素子4乃至6で用いたPCCPAも公知の物質ではないため、その合成方法を説明する。PCCPAは構造式(2)で表される構造を有する物質である。
Figure 2009099966
[ステップ1:9−フェニル−3,3’−ビ(9H−カルバゾール)(略称:PCC)の合成]
3−ブロモカルバゾール2.5g(10mmol)、N−フェニルカルバゾール−3−ボロン酸2.9g(10mmol)、トリ(オルト−トリル)ホスフィン152mg(0.50mmol)を200mL三口フラスコへ入れた。フラスコ内を窒素で置換し、この混合物へジメトキシエタノール(DME)50mL、炭酸カリウム水溶液(2mol/L)10mLを加えた。この混合物を減圧しながら攪拌することで脱気し、脱気後、酢酸パラジウム50mg(0.2mmol)を加えた。この混合物を、窒素気流下で80℃3時間攪拌した。攪拌後、この混合物にトルエン約50mLを加え、30分ほど攪拌し、この混合物を水、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を自然ろ過し、得られたろ液を濃縮したところ油状物質を得た。得られた油状物質をトルエンに溶かし、この溶液をフロリジール、アルミナ、セライトを通してろ過し、得られたろ液を濃縮したところ、目的物の白色固体を、3.3g収率80%で得た。ステップ1の合成スキームを下記(B−1)に示す。
Figure 2009099966
なお、上記ステップ1で得られた固体のH NMRスペクトルを核磁気共鳴分光法によって測定した。以下に測定データを示す。
H NMR(DMSO−d,300MHz):δ=7.16−7.21(m,1H),7.29−7.60(m,8H),7.67−7.74(m,4H),7.81−7.87(m、2H),8.24(d,J=7.8Hz、1H),8.83(d,J=7.8Hz、1H)、8.54(d,J=1.5Hz、1H),8.65(d,J=1.5Hz、1H)、11.30(s、1H)
[ステップ2:PCCPAの合成]
9−フェニル−10−(4−ブロモフェニル)アントラセン1.2g(3.0mmol)と、PCC1.2g(3.0mmol)、tert−BuONa1.0g(10mmol)を100mL三口フラスコへ入れた。フラスコ内を窒素にて置換し、この混合物へトルエン20mL、トリ(tert−ブチル)ホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)0.1mLを加えた。この混合物を減圧しながら攪拌することで脱気をした。脱気後、この混合物へ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)96mg(0.17mmol)を加えた。この混合物を窒素気流下で、110℃8時間還流した。還流後、この混合物にトルエン約50mLを加え、30分ほど攪拌し、この混合物を水、飽和食塩水の順で洗浄した。洗浄後、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を自然ろ過し、得られたろ液を濃縮したところ、油状物質を得た。得られた油状物質を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒ヘキサン:トルエン=1:1)により精製した。得られた淡黄色固体をクロロホルム/ヘキサンにより再結晶すると、目的物であるPCCPAの淡黄色粉末状固体を1.2g収率54%で得た。得られた淡黄色粉末状固体2.4gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力8.7Pa、アルゴンガスを流量3.0mL/minで流しながら、350℃でPCCPAを加熱した。昇華精製後、PCCPAの淡黄色固体を2.2g回収率94%で得た。また、ステップ2の合成スキームを下記(B−2)に示す。
Figure 2009099966
なお、上記ステップ2で得られた固体のH NMRを測定した。以下に測定データを示す。これより、上述の構造式(2)で表されるPCCPAが得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.34−7.91(m,32H),8.27(d,J=7.2Hz、1H),8.31(d,J=7.5Hz、1H)、8.52(dd,J=1.5Hz,J=5.4Hz、2H)
また、発光素子7及び8で用いたPCBAPAも公知の物質ではないため、その合成方法を説明する。PCBAPAは下記構造式(3)で表される構造を有する物質である。
Figure 2009099966
[ステップ1:9−フェニル−9H−カルバゾール−3−ボロン酸の合成]3−ブロモ−9−フェニル−9H−カルバゾール10g(31mmol)を500mLの三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。テトラヒドロフラン(THF)150mLをフラスコに加えて、3−ブロモ−9−フェニル−9H−カルバゾールを溶かした。この溶液を−80℃に冷却した。この溶液へn−ブチルリチウム(1.58mol/Lヘキサン溶液)20mL(32mmol)を、シリンジにより滴下して加えた。滴下終了後、溶液を同温度で1時間攪拌した。攪拌後、この溶液へホウ酸トリメチル3.8mL(34mmol)を加え、室温に戻しながら約15時間攪拌した。攪拌後、この溶液に希塩酸(1.0mol/L)約150mLを加えて、1時間攪拌した。攪拌後、この混合物の水層を酢酸エチルで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて、飽和炭酸水素ナトリウムで洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、乾燥後この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮したところ、淡褐色の油状物を得た。この油状物を減圧乾燥したところ、目的物の淡褐色固体を7.5g収率86%で得た。ステップ1の合成スキームを下記(C−1)に示す。
Figure 2009099966
[ステップ2:4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)ジフェニルアミン(略称:PCBA)の合成]
4−ブロモジフェニルアミン6.5g(26mmol)、ステップ1で合成した9−フェニル−9H−カルバゾール−3−ボロン酸7.5g(26mmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン400mg(1.3mmol)を500mL三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へトルエン100mL、エタノール50mL、炭酸カリウム水溶液(0.2mol/L)14mLを加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、酢酸パラジウム(II)67mg(30mmol)を加えた。この混合物を100℃10時間還流した。還流後、この混合物の水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせ、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、乾燥後この混合物を自然ろ過し、得られたろ液を濃縮したところ、淡褐色の油状物を得た。この油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:トルエン=4:6)により精製し、精製後に得られた白色固体をジクロロメタンとヘキサンの混合溶媒にて再結晶し、PCBAの白色固体を4.9g収率45%で得た。ステップ2の合成スキームを下記(C−2)に示す。
Figure 2009099966
[ステップ3:PCBAPAの合成]
9−(4−ブロモフェニル)−10−フェニルアントラセン7.8g(12mmol)、PCBA4.8g(12mmol)、ナトリウム tert−ブトキシド5.2g(52mmol)を300mL三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、トルエン60mL、トリ(tert−ブチル)ホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)0.30mLを加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)136mg(0.24mmol)を加えた。この混合物を、100℃で3時間攪拌した。攪拌後、この混合物に約50mLのトルエンを加え、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、アルミナ、フロリジール((和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)を通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮し、黄色固体を得た。この固体をトルエンとヘキサンの混合溶媒にて再結晶し、目的物のPCBAPAの淡黄色固体6.6g収率75%で得た。得られた淡黄色粉末状固体3.0gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力8.7Pa、アルゴンガスを流量3.0mL/minでながしながら、350℃でPCBAPAを加熱した。昇華精製後、PCBAPAの淡黄色固体を2.7g、回収率90%で得た。また、ステップ3の合成スキームを下記(C−3)に示す。
Figure 2009099966
なお、上記ステップ3で得られた固体のH NMRスペクトルを測定した。以下に測定データを示す。測定結果から、上述の構造式(3)で表されるPCBAPAが得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.09−7.14(m,1H),7.28−7.72(m、33H)、7.88(d,J=8.4Hz、2H),8.19(d,J=7.2Hz、1H)、8.37(d,J=1.5Hz,1H)
本発明の発光素子の概念図。 従来の発光素子の概念図。 本発明の発光装置の上面図及び断面図。 本発明の発光装置の斜視図及び断面図。 本発明の電子機器を表す図。 本発明の電子機器を表す図。 本発明の電子機器を表す図。 本発明の電子機器を表す図。 発光素子1の電流密度−輝度特性を表す図。 発光素子1の輝度−電流効率特性を表す図。 発光素子1の電圧−輝度特性を表す図。 発光素子1の電圧−電流特性を表す図。 発光素子1の発光スペクトルを表す図。 発光素子2の電流密度−輝度特性を表す図。 発光素子2の輝度−電流効率特性を表す図。 発光素子2の電圧−輝度特性を表す図。 発光素子2の電圧−電流特性を表す図。 発光素子2の発光スペクトルを表す図。 発光素子3の発光スペクトルを表す図。 発光素子1及び発光素子3の規格化輝度時間変化を表す図。 発光素子4の電流密度−輝度特性を表す図。 発光素子4の輝度−電流効率特性を表す図。 発光素子4の電圧−輝度特性を表す図。 発光素子4の電圧−電流特性を表す図。 発光素子4の発光スペクトルを表す図。 発光素子5の電流密度−輝度特性を表す図。 発光素子5の輝度−電流効率特性を表す図。 発光素子5の電圧−輝度特性を表す図。 発光素子5の電圧−電流特性を表す図。 発光素子5の発光スペクトルを表す図。 発光素子6の発光スペクトルを表す図。 発光素子4及び発光素子6の規格化輝度時間変化を表す図。 発光素子7の電流密度−輝度特性を表す図。 発光素子7の輝度−電流効率特性を表す図。 発光素子7の電圧−輝度特性を表す図。 発光素子7の電圧−電流特性を表す図。 発光素子7の発光スペクトルを表す図。 発光素子8の電流密度−輝度特性を表す図。 発光素子8の輝度−電流効率特性を表す図。 発光素子8の電圧−輝度特性を表す図。 発光素子8の電圧−電流特性を表す図。 発光素子8の発光スペクトルを表す図。
符号の説明
100 第2の電極
101 第1の電極
102 第1の層
103 第2の層
104 第3の層
105 正孔輸送層
106 発光素子
107 有機化合物を含む層
110 第2の電極
111 第1の電極
112 第1の層
113 第2の層
114 正孔輸送層
115 発光素子
116 有機化合物を含む層
601 駆動回路部(ソース側駆動回路)
602 画素部
603 駆動回路部(ゲート側駆動回路)
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 配線
609 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
610 素子基板
611 スイッチング用TFT
612 電流制御用TFT
613 第1の電極
614 絶縁物
616 有機化合物を含む層
617 第2の電極
618 発光素子
623 nチャネル型TFT
624 pチャネル型TFT
901 筐体
902 液晶層
903 バックライトユニット
904 筐体
905 ドライバIC
906 端子
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 有機化合物を含む層
956 電極
2001 筐体
2002 光源
3001 照明装置
9101 筐体
9102 支持台
9103 表示部
9104 スピーカー部
9105 ビデオ入力端子
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9401 本体
9402 筐体
9403 表示部
9404 音声入力部
9405 音声出力部
9406 操作キー
9407 外部接続ポート
9408 アンテナ
9501 本体
9502 表示部
9503 筐体
9504 外部接続ポート
9505 リモコン受信部
9506 受像部
9507 バッテリー
9508 音声入力部
9509 操作キー
9510 接眼部

Claims (19)

  1. 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、
    前記有機化合物を含む層は、前記第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光を担う層と、前記第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、
    前記第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、
    前記第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、
    前記第3の層は前記第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、
    前記第1の層において前記第2の有機化合物は前記第1の有機化合物より多く含まれ、
    前記第2の層において前記第4の有機化合物は前記第3の有機化合物より多く含まれ、
    前記第3の層において前記第5の有機化合物は前記第1の有機化合物より多く含まれる発光素子。
  2. 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、
    前記有機化合物を含む層は、前記第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光を担う層と、前記第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、
    前記第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、
    前記第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、
    前記第3の層は前記第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、
    前記第1の層における前記第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第2の層における前記第3の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第3の層における前記第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満である発光素子。
  3. 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、
    前記有機化合物を含む層は、前記第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光を担う層と、前記第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、
    前記第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、
    前記第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、
    前記第3の層は前記第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、
    前記第1の層における前記第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第2の層における前記第3の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第3の層における前記第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第1の電極と前記第2の電極との間に、前記第1の電極の方が電位が高くなるように電圧をかけた際、前記第1の有機化合物及び前記第3の有機化合物から発光が得られる発光素子。
  4. 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間に位置する有機化合物を含む層とを有し、
    前記有機化合物を含む層は、前記第2の電極側から第1の層、第2の層及び第3の層が積層した発光を担う層と、前記第3の層に接して設けられた正孔輸送層とを少なくとも有し、
    前記第1の層は第1の有機化合物と第2の有機化合物を含み、
    前記第2の層は第3の有機化合物と第4の有機化合物を含み、
    前記第3の層は前記第1の有機化合物と第5の有機化合物を含み、
    前記第1の層における前記第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第2の層における前記第3の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第3の層における前記第1の有機化合物の割合は0.1wt%以上50wt%未満であり、
    前記第1の有機化合物は前記第1の層及び前記第3の層においての発光中心物質であり、
    前記第3の有機化合物は前記第2の層においての発光中心物質である発光素子。
  5. 請求項1乃至請求項4において、前記第4の有機化合物及び前記第5の有機化合物は、正孔輸送性の材料であり、前記第2の有機化合物は電子輸送性の材料であることを特徴とする発光素子。
  6. 請求項1乃至請求項5において、前記第4の有機化合物が縮合多環系の物質であることを特徴とする発光素子。
  7. 請求項1乃至請求項5において、前記第4の有機化合物が3環以上6環以下の縮合多環芳香族化合物であることを特徴とする発光素子。
  8. 請求項1乃至請求項5において、前記第4の有機化合物がアントラセン誘導体であることを特徴とする発光素子。
  9. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
    前記第4の有機化合物と前記第5の有機化合物は同じ物質であることを特徴とする発光素子。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
    前記第1の有機化合物の発する光のピーク波長が前記第3の有機化合物の発する光のピーク波長より短い波長であることを特徴とする発光素子。
  11. 請求項10において、
    前記第1の有機化合物の発する光の色と、
    前記第3の有機化合物の発する光の色とが互いに補色の関係であることを特徴とする発光素子。
  12. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
    前記第1の有機化合物は青色の光を発し、
    前記第3の有機化合物は黄色の光を発することを特徴とする発光素子。
  13. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
    前記第1の有機化合物の発する光のピーク波長が400nm〜480nmの範囲内にあり、
    前記第3の有機化合物の発する光のピーク波長が540nm〜600nmの範囲内にあることを特徴とする発光素子。
  14. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
    前記第1の有機化合物は青緑色の光を発し、
    前記第3の有機化合物は赤色の光を発することを特徴とする発光素子。
  15. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
    前記第1の有機化合物の発する光のピーク波長が480nm〜520nmの範囲内にあり、
    前記第3の有機化合物の発する光のピーク波長が600nm〜700nmの範囲内にあることを特徴とする発光素子。
  16. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、
    前記発光素子の発する光が白色光であることを特徴とする発光素子。
  17. 請求項1乃至請求項16に記載の発光素子を用いた照明装置。
  18. 請求項1乃至請求項16に記載の発光素子と前記発光素子の発光を制御する手段を備えた発光装置。
  19. 請求項18に記載の発光装置を搭載した電子機器。
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