JP2012038523A - 発光素子、発光装置、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、陽極3と、陰極7と、陽極3と陰極7との間に設けられ、陽極3と陰極7との間に通電することにより発光する第1の発光層42と、陰極3と第1の発光層42との間に設けられ、陽極3と陰極7との間に通電することにより発光する第2の発光層62と、第1の発光層42と第2の発光層62との間に設けられ、電子および正孔を発生させるキャリア発生層5とを有し、キャリア発生層5は、第1の発光層42に接するとともに、電子輸送性を有するn型電子輸送層51と、n型電子輸送層51と第2の発光層62との間に設けられ、電子吸引性を有する電子吸引層52とを備える。
【選択図】図1
Description
このような発光素子としては、例えば、陰極と陽極との間に、2層以上の発光層を有し、これらの発光層同士の間に電荷発生層(キャリア発生層)を設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来の発光素子においては、定電流で連続して駆動を行うと、時間の経過に伴い、駆動電圧が大きく上昇してしまうという問題があった。
本発明の発光素子は、陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第1の発光層と、
前記陰極と前記第1の発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第2の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との間に設けられ、電子および正孔を発生させるキャリア発生層とを有し、
前記キャリア発生層は、前記第1の発光層に接するとともに、電子輸送性を有するn型電子輸送層と、前記n型電子輸送層と前記第2の発光層との間に設けられ、電子吸引性を有する電子吸引層とを備えることを特徴とする。
これにより、キャリア発生層のn型電子輸送層の構成材料(具体的には電子ドナー性材料)が第1の発光層へ拡散しても、第1の発光層の発光特性を良好な状態に維持することができる。また、第1の発光層の厚さが厚くなりすぎるのを防止し、その結果、発光素子の初期の駆動電圧が大きくなるのを防止することができる。
このように構成されたn型電子輸送層は、優れた電子輸送性および電子注入性を有する。そのため、キャリア発生層で生じた電子を第1の発光層へ効率的に輸送・注入することができる。
これにより、キャリア発生層で生じた電子を第1の発光層へ効率的に輸送・注入するとともに、n型電子輸送層中の電子ドナー性材料が第1の発光層へ拡散する量を抑えて発光素子の長寿命化を図ることができる。
このような電子ドナー性材料は、優れた電子注入性を有する。そのため、キャリア発生層で生じた電子を第1の発光層へ効率的に注入することができる。
燐光を発する発光材料(燐光材料)は、蛍光を発光する発光材料(蛍光材料)に比し優れた発光効率を有する。しかし、燐光材料は、不純物に対して発光特性の変化が敏感であり、発光素子の連続駆動に伴って不純物の含有量が変化すると、発光特性が変動してしまうという。そこで、第1の発光層の発光材料として、燐光材料よりも不純物に対する発光特性の変化が鈍感な蛍光材料を用いることにより、発光素子の連続駆動に伴って第1の発光層へn型電子輸送層の構成材料が拡散しても、第1の発光層の発光特性の変化を抑えることができる。
発光素子の連続駆動に伴う不純物の拡散がないあるいは少ない第2の発光層の発光材料として、燐光材料を用いることにより、第2の発光層を効率的に発光させ、その結果、発光素子の発光効率を向上させることができる。
これにより、第1の発光層および第2の発光層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2の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第3の発光層を有することが好ましい。
これにより、第1の発光層、第2の発光層および第3の発光層をバランスよく発光させることができる。また、例えば、これらの発光層の発光色を赤色、緑色および青色とすることにより、白色発光の発光素子を実現することができる。
これにより、発光素子の連続駆動に伴う不純物の拡散がないあるいは少ない第3の発光層の発光材料として、燐光材料を用いることにより、第3の発光層を効率的に発光させ、その結果、発光素子の発光効率を向上させることができる。
これにより、第1の発光層、第2の発光層および第3の発光層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、前記電子吸引層は、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで構成されていることが好ましい。
芳香環含有有機シアン化合物は、優れた電子吸引性を有している。そのため、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで電子吸引層を構成することにより、キャリア発生層の正孔および電子の発生量を多くすることができる。
このような化合物は、電子吸引性に優れている。そのため、このような化合物を用いて構成された電子吸引層は、隣接する層から十分に電子を引き抜くことができるとともに、好適に引き抜いた電子を陽極側に輸送することができる。
これにより、一定電流での長時間駆動においても、駆動電圧の上昇を抑えることができる。
本発明の表示装置は、本発明の発光装置を備えることを特徴とする。
これにより、安定した駆動が可能で、信頼性に優れた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、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
図1は、本発明の好適な実施形態にかかる発光素子の縦断面を模式的に示すである。なお、以下では、説明の便宜上、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(エレクトロルミネッセンス素子)1は、陽極3と第1の発光部(第1の発光ユニット)4とキャリア発生層5と第2の発光部(第2の発光ユニット)6と陰極7とがこの順に積層されてなるものである。
また、第1の発光部4は、陽極3側から陰極7側に、正孔輸送層41と第1の発光層42とがこの順で積層された積層体であり、第2の発光部6は、陽極3側から陰極7側に、正孔輸送層61と第2の発光層62と第3の発光層63と正孔ブロック層64と電子輸送層65と電子注入層66とがこの順で積層された積層体である。
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8で封止されている。
また、このような発光素子1では、例えば、これらの発光層の発光色を赤色、緑色および青色とすることにより、白色発光の発光素子を実現することができる。
基板2の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、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。
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、後述する第1の発光部4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。
陽極3の構成材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In3O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnO等の酸化物、Au、Pt、Ag、Cu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用いることができる。
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であるのが好ましく、50〜150nmであるのがより好ましい。
第1の発光部4は、上述したように、正孔輸送層41と第1の発光層42とを有している。
(正孔輸送層)
正孔輸送層41は、陽極3から注入された正孔を第1の発光層42まで輸送する機能を有するものである。
このような正孔輸送層41の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであるのが好ましく、10〜100nmであるのがより好ましい。
この第1の発光層42は、発光材料を含んで構成されている。
発光材料は、陰極7側から電子が供給(注入)されるとともに、陽極3側から正孔が供給(注入)されることにより、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、エキシトンが基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光やりん光)を放出(発光)するものである。
このような発光材料としては、特に限定されず、各種蛍光材料、各種燐光材料を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。
黄色の蛍光材料としては、例えば、ルブレン系材料等のナフタセン骨格を有する化合物であって、ナフタセンにアリール基(好ましくはフェニル基)が任意の位置で任意の数(好ましくは2〜6)置換された化合物、モノインデノペリレン誘導体等を用いることができる。
このホスト材料は、正孔と電子とを再結合して励起子を生成するとともに、その励起子のエネルギーを発光材料に移動(フェルスター移動またはデクスター移動)させて、発光材料を励起する機能を有する。
また、第1の発光層42の発光材料としては、蛍光材料を用いるのが好ましい。すなわち、第1の発光層42は、陽極3と陰極7との間に通電することにより蛍光を発する発光材料を含むのが好ましい。
また、第1の発光層42の発光のピーク波長は、500nm以下であるのが好ましく、400nm以上490nm以下であるのがより好ましく、430nm以上480nm以下であるのがさらに好ましい。言い換えると、第1の発光層42の発光色は、青色であるのが好ましい。
また、第1の発光層42の平均厚さは、30nm以上100nm以下であるのが好ましく、30nm以上70nm以下であるのがより好ましく、30nm以上50nm以下であるのがさらに好ましい。これにより、後述するキャリア発生層5のn型電子輸送層51の構成材料(特に、電子ドナー性材料)が第1の発光層42へ拡散しても、第1の発光層42の発光特性を良好な状態に維持することができる。また、第1の発光層42の厚さが厚くなりすぎるのを防止し、その結果、発光素子1の初期の駆動電圧が大きくなるのを防止することができる。すなわち、発光素子1の低駆動電圧化を図ることができる。
キャリア発生層5は、キャリア(正孔および電子)を発生させる機能を有するものである。
このキャリア発生層5は、陽極3側から陰極7側へ、n型電子輸送層51と電子吸引層52とがこの順で積層されてなるものである。
また、キャリア発生層5の平均厚さは、5〜80nmであることが好ましく、20〜70nmであることがより好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧が高くなるのを防止しつつ、キャリア発生層5の機能(キャリア発生機能)を十分に発揮させることができる。
(電子輸送層)
n型電子輸送層51は、前述した第1の発光層42と電子吸引層52との間に設けられ、電子吸引層52側から第1の発光層42側へ電子を輸送する機能を有する。
このようなn型電子輸送層51は、電子輸送性を有する電子輸送性材料を主材料として構成されていればよいが、電子輸送性を有する電子輸送性材料の他、電子注入性を有する電子注入性材料(電子ドナー性材料)を含んで構成されているのが好ましい。
特に、n型電子輸送層51は、電子輸送性材料および電子ドナー性材料を含む混合材料で構成されているのが好ましい。このように構成されたn型電子輸送層51は、優れた電子輸送性および電子注入性を有する。そのため、キャリア発生層5で生じた電子を第1の発光層42へ効率的に輸送・注入することができる。
n型電子輸送層51に用いる電子輸送性材料としては、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。
このような無機絶縁材料としては、例えば、アルカリ金属カルコゲナイド(酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物)、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられ、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。
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。
また、無機半導体材料としては、例えば、Li、Na、Ba、Ca、Sr、Yb、Al、Ga、In、Cd、Mg、Si、Ta、SbおよびZnのうちの少なくとも1つの元素を含む酸化物、窒化物または酸化窒化物等が挙げられ、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。
n型電子輸送層51を電子輸送性材料および電子注入性材料を用いて構成する場合、電子輸送性材料をホスト材料とし、電子注入性材料をゲスト材料として、共蒸着等により電子輸送性材料に電子注入性材料をドープすることによりn型電子輸送層51を形成することができる。
また、n型電子輸送層51の平均厚さは、特に限定されないが、10〜100nmであるのが好ましく、10〜50nmであるのがより好ましい。これにより、電子吸引層52によって吸引された電子を効率的に陽極3側へ輸送することができるとともに、第1の発光部4を通過した正孔をブロックすることができる。
電子吸引層(電子引き抜き層)52は、第1の発光層42と第2の発光層62との間に設けられ、陰極7側に隣接する層(本実施形態では、第2の発光部6の正孔輸送層61)から電子を吸引する(引き抜く)機能を有する。電子吸引層52によって吸引された電子は、陽極3側に隣接する層(本実施形態では、n型電子輸送層51)に注入される。
この電子吸引性を有する有機化合物としては、芳香環を有する有機シアン化合物(以下、「芳香環含有有機シアン化合物」とも言う)が好適に用いられる。
芳香環含有有機シアン化合物は、優れた電子吸引性を有している。そのため、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで電子吸引層52を構成することにより、キャリア発生層5の正孔および電子の発生量を多くすることができる。
このような芳香環含有有機シアン化合物としては、前述したような機能を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、シアノ基が導入されたヘキサアザトリフェニレン誘導体であるのが好ましく、下記式(4)で表わされるようなヘキサアザトリフェニレン誘導体を用いるのがより好ましい。
特に、芳香環含有有機シアン化合物としては、前述したような式(4)に示す化合物において、R1〜R6はすべてシアノ基であるのが好ましい。すなわち、芳香環含有有機シアン化合物としては、下記式(5)で表わされるようなヘキサシアノヘキサアザトリフェニレンを用いるのが好ましい。このような化合物は、電子吸引性の高いシアノ基を複数有する。そのため、このような化合物を用いて構成された電子吸引層52は、隣接する層の構成材料(正孔輸送層61の正孔輸送材料等)からより効率よく電子を引き抜くことができ、キャリア(電子および正孔)の発生量を多くすることができる。
また、電子吸引層52の平均厚さは、5〜40nmであることが好ましく、10〜30nmであることがより好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧が高くなるのを防止しつつ、前述したような電子吸引層52の機能(電子吸引性)を十分に発揮させることができる。
第2の発光部6は、上述したように、正孔輸送層61と第2の発光層62と第3の発光層63と正孔ブロック層(中間層)64と電子輸送層65と電子注入層66とを有している。
(正孔輸送層)
正孔輸送層61は、キャリア発生層5(電子吸引層52)から注入された正孔を第2の発光層62まで輸送する機能を有する。また、正孔輸送層61は、第2の発光層62を通過した電子をブロックすることにより、電子がキャリア発生層5に届いてキャリア発生層5が劣化するのを防止する機能をも有している。
これにより、前述したように、電子吸引層52が、正孔輸送層61から効率的に電子を吸引することができる。その結果、キャリア発生層5の正孔および電子の発生量を多くすることができる。
特に、上述した中でも、正孔輸送層61を構成する正孔輸送材料としては、アミン系化合物が好ましく、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)であることがより好ましい。このような化合物は、キャリア発生層5(電子吸引層52)と接触することにより、電子が素早く引き抜かれ、正孔が発生して注入される。
このような正孔輸送層61の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであるのが好ましく、10〜100nmであるのがより好ましい。これにより、第2の発光層62に正孔を好適に輸送することができるとともに、第2の発光層62を通過した電子を好適にブロックすることができる。
この第2の発光層62は、発光材料を含んで構成されている。
このような発光材料としては、特に限定されず、上述した第1の発光層42と同様の発光材料を用いることができる。なお、第2の発光層62に用いる発光材料は、第1の発光層42の発光材料と同一であってもよいし、異なるものであってもよい。また、第2の発光層62の発光色は、前述した第1の発光層42の発光色と同じであっても異なっていてもよい。
前述したような発光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、第2の発光層62中における発光材料の含有量(ドープ量)は、0.1〜10wt%であるのが好ましく、0.5〜5wt%であるのがより好ましい。発光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
発光素子1の連続駆動に伴う不純物の拡散がないあるいは少ない第2の発光層62の発光材料として、燐光材料を用いることにより、第2の発光層62を効率的に発光させ、その結果、発光素子1の発光効率を向上させることができる。
また、第2の発光層62の平均厚さは、特に限定されないが、5〜50nmであるのが好ましく、5〜40nmであるのがより好ましく、5〜30nmであるのがさらに好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧を抑えるとともに、第2の発光層62を効率的に発光させることができる。特に、本実施形態のように第2の発光層62と第3の発光層63とが積層されている場合において、第2の発光層62の厚さを比較的薄くすることにより、正孔および電子の再結合を生じる再結合領域内に、第2の発光層62および第3の発光層63の双方を存在させ、これらをバランスよく発光させることができる。
この第3の発光層63は、発光材料を含んで構成されている。
本実施形態では、第3の発光層63は、前述した第2の発光層62に接している。これにより、第2の発光部6における正孔および電子の再結合領域内に第2の発光層62および第3の発光層63の双方を簡単に存在させることができる。そのため、第2の発光層62および第3の発光層63の双方を簡単に発光させることができる。
また、第3の発光層63は、発光材料に加え、この発光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料とを含んで構成されていてもよい。
また、第3の発光層63の発光材料としては、燐光材料を用いるのが好ましい。すなわち、第3の発光層63は、陽極3と陰極7との間に通電することにより燐光を発する発光材料を含むのが好ましい。
また、第3の発光層63の発光のピーク波長は、第1の発光層42の発光のピーク波長よりも長いのが好ましい。これにより、第1の発光層42、第2の発光層62および第3の発光層63をバランスよく発光させることができる。
正孔ブロック層64は、正孔をブロックする機能を有する。これにより、前述した第3の発光層63から電子輸送層65へ正孔が輸送されるのを防止することができる。そのため、電子輸送層65が正孔により劣化するのを防止することができる。また、正孔ブロック層64は、電子を輸送する機能を有する。これにより、後述する電子輸送層65から受け取った電子を第3の発光層63へ輸送することができる。
なお、この正孔ブロック層64は、第2の発光層62、第3の発光層63および電子輸送層65の構成によっては、省略してもよい。
電子輸送層65は、陰極7から電子注入層66を介して注入された電子を正孔ブロック層64第2の発光層62に輸送する機能を有するものである。
電子輸送層65の構成材料(電子輸送性材料)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65の平均厚さは、特に限定されないが、10〜100nmであるのが好ましく、10〜50nmであるのがより好ましい。
電子注入層66は、陰極7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66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。
このような無機絶縁材料としては、例えば、アルカリ金属カルコゲナイド(酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物)、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられ、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。これらを主材料として電子注入層66を構成することにより、電子注入性をより向上させることができる。特にアルカリ金属化合物(アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物等)は仕事関数が非常に小さく、これを用いて電子注入層66を構成することにより、発光素子1は、高い輝度が得られるものとなる。
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66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。
陰極7は、前述した第2の発光部6に電子を注入する電極である。この陰極7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7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7の平均厚さは、特に限定されないが、100〜400nm程度であるのが好ましく、100〜200nm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7に、光透過性は、特に要求されない。
封止部材8は、陽極3、積層体15、および陰極7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8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。
封止部材8の構成材料としては、例えば、Al、Au、Cr、Nb、Ta、Tiまたはこれらを含む合金、酸化シリコン、各種樹脂材料等を挙げることができる。なお、封止部材8の構成材料として導電性を有する材料を用いる場合には、短絡を防止するために、封止部材8と陽極3、積層体15、および陰極7との間には、必要に応じて、絶縁膜を設けるのが好ましい。
また、封止部材8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。
これにより、発光素子1は、第1の発光層42、第2の発光層62および第3の発光層63をそれぞれ発光させることができるので、発光層が1層のみの発光素子に比較して、発光効率を向上させるとともに、駆動電圧を低減することができる。
[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。
第1の発光部4は、正孔輸送層41および第1の発光層42を順次陽極3上に形成することにより設けることができる。
上述したような各層は、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。
液状材料の供給方法としては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、インクジェット印刷法等の各種塗布法を用いることもできる。かかる塗布法を用いることにより、第1の発光部4を構成する各層を比較的容易に形成することができる。
液状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。
なお、乾燥は、例えば、大気圧または減圧雰囲気中での放置、加熱処理、不活性ガスの吹付け等により行うことができる。
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。
キャリア発生層5は、第1の発光部4上にn型電子輸送層51および電子吸引層52を順次積層することにより形成することができる。
キャリア発生層5を構成する各層は、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、キャリア発生層5を構成する層の材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる材料を、第1の発光部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。
第2の発光部6は、第1の発光部4と同様にして形成することができる。
[5] 次に、第2の発光部6上に、陰極7を形成する。
陰極7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8を被せ、基板2に接合する。
このような発光装置は、前述したような発光素子1を備えるため、比較的低電圧で駆動し、高い発光効率および長い発光寿命を有しており、また、定電流での連続駆動においても駆動電圧の上昇を抑えることができ、信頼性の高いものとなる。
また、このような発光装置は、例えば照明等に用いる光源等として使用することができる。
また、発光装置中の複数の発光素子1をマトリックス状に配置することにより、ディスプレイ装置に用いる発光装置を構成することができる。
図2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2に示すディスプレイ装置100は、サブ画素100R、100G、100Bに対応して設けられた複数の発光素子1R、1G、1Bを備える発光装置101と、カラーフィルタ19R、19G、19Bとを有している。ここで、ディスプレイ装置100は、トップエミッション構造のディスプレイパネルである。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。
基板21上には、複数の駆動用トランジスタ24が設けられ、これらの駆動用トランジスタ24を覆うように、絶縁材料で構成された平坦化層22が形成されている。
各駆動用トランジスタ24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。
発光素子1Rは、平坦化層22上に、反射膜32、腐食防止膜33、陽極3、積層体(有機EL発光部)15、陰極7、陰極カバー34がこの順に積層されている。本実施形態では、各発光素子1R、1G、1Bの陽極3は、画素電極を構成し、各駆動用トランジスタ24のドレイン電極245に導電部(配線)27により電気的に接続されている。また、各発光素子1R、1G、1Bの陰極7は、共通電極とされている。
隣接する発光素子1R、1G、1B同士の間には、隔壁31が設けられている。
また、このように構成された発光装置101上には、これを覆うように、エポキシ樹脂で構成されたエポキシ層35が形成されている。
カラーフィルタ19Rは、発光素子1Rからの白色光Wを赤色(R)に変換するものである。また、カラーフィルタ19Gは、発光素子1Gからの白色光Wを緑色(G)に変換するものである。また、カラーフィルタ19Bは、発光素子1Bからの白色光Wを青色(B)に変換するものである。このようなカラーフィルタ19R、19G、19Bを発光素子1R、1G、1Bと組み合わせて用いることで、フルカラー画像を表示することができる。
そして、カラーフィルタ19R、19G、19Bおよび遮光層36上には、これらを覆うように封止基板20が設けられている。
このようなディスプレイ装置100(本発明の表示装置)は、前述したような発光装置を用いるため、比較的低電圧で駆動し、耐久性に優れ(発光寿命が長く)、発光効率に優れたものである。そのため、少ない消費電力で高品位な画像を長期にわたり表示することができる。特に、定電流での連続駆動においても、駆動電圧の上昇を抑えることができるので、安定した駆動が可能であり、信頼性に優れる。
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におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
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。
また、ケース1302の正面側(図示の構成では裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示のように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニタ1430が、デ−タ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピュータ1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、回路基板1308のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ1430や、パーソナルコンピュータ1440に出力される構成になっている。
例えば、前述した発光素子は、3層の発光層を有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、発光素子は、2層の発光層を有するものであってもよいし4層以上の発光層を有するものであってもよい。この場合、キャリア発生層の一方の面側と他方の面側にそれぞれ少なくとも1層の発光層が設けられていればよい。
また、前述した発光素子では、発光部(発光ユニット)は、発光層以外の層(例えば、正孔輸送層、電子輸送層等)を有するものとして説明したが、これに限定されず、少なくとも1層の発光層を有していればよく、例えば、発光層のみで構成されていてもよい。
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50nmのITO電極(陽極)を形成した。
そして、基板をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3> 次に、正孔輸送層上に、真空蒸着法を用いて、平均厚さ30nmの第1の発光層を形成した。
ここで、第1の発光層を構成する構成材料としては、青色発光材料(ゲスト材料)であるBD102(出光興産社製)とホスト材料であるBH215(出光興産社製)との混合材料を用いた。また、第1の発光層中における青色発光材料の含有量(ドープ濃度)は、5.0wt%とした。
<5> 次に、電子輸送層上に、ヘキサシアノヘキサアザトリフェニレンを真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ20nmの電子吸引層を形成した。これにより、n型電子輸送層および電子吸引層からなるキャリア発生層を得た。
<7> 次に、正孔輸送層上に、真空蒸着法を用いて、平均厚さ10nmの第2の発光層を形成した。
ここで、第2の発光層を構成する構成材料としては、赤色発光材料(ゲスト材料)であるIr(piq)3とホスト材料であるCBPとの混合材料を用いた。また、第2の発光層中における赤色発光材料の含有量(ドープ濃度)は、10.0wt%とした。
ここで、第3の発光層を構成する構成材料としては、緑色発光材料(ゲスト材料)であるIr(ppy)3とホスト材料であるCBPとの混合材料を用いた。また、第3の発光層中における赤色発光材料の含有量(ドープ濃度)は、10.0wt%とした。
<10> 次に、正孔ブロック層上に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ30nmの電子輸送層(第2の発光部の電子輸送層)を形成した。
<12> 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100nmの陰極を形成した。
<13> 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。
以上の工程により、基板上に、陽極、正孔輸送層、第1の発光層、キャリア発生層(n型電子輸送層、電子吸引層)、正孔輸送層、第2の発光層、第3の発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層、陰極がこの順に積層された発光素子(タンデム型の発光素子)を製造した。
第1の発光層の平均厚さを45nmとし、キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを25nm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。
(実施例3)
第1の発光層の平均厚さを65nmとし、キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを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。
キャリア発生層のn型電子輸送層においてLiO2(アルカリ金属化合物)に代えてLi(アルカリ金属単体)を用いるとともに、第1の発光層の平均厚さを45nmとし、キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを25nm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。
キャリア発生層のn型電子輸送層中のLiO2の濃度を陽極側から陰極側に向けて濃くするとともに、第1の発光層の平均厚さを45nmとし、キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを25nm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、キャリア発生層のn型電子輸送層の第1の発光層との界面付近におけるLiO2の濃度を2vol%とし、n型電子輸送層の電子吸引層との界面付近におけるLiO2の濃度を5vol%となるようにした。
第1の発光層とキャリア発生層のn型電子輸送層とが接触しないように、これらの層間に電子輸送層を設けた以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
第1の発光層とキャリア発生層のn型電子輸送層との間に設けた電子輸送層は、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)を真空蒸着法により成膜することにより平均厚さ20nmの層として形成した。
2−1.発光効率の評価
各実施例および比較例について、直流電源を用いて発光素子に100mA/cm2の定電流を流した。そして、そのときの外部量子効率を測定した。
2−2.発光寿命の評価
各実施例および比較例について、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。
各実施例および比較例について、直流電源を用いて発光素子に100mA/cm2の定電流を500時間に亘り流しつづけ、その間、駆動電圧を測定した。そして、初期の駆動電圧と500時間後の駆動電圧との差(電圧上昇量)を求めた。
以上の各評価の結果を表1に示す。なお、表1において、外部量子効率および寿命については、比較例を1として規格化した値を用いた。
表1から明らかなように、各実施例の発光素子は、いずれも、比較例の発光素子と同等の優れた外部量子効率および長寿命を有しながら、連続駆動時における電圧上昇を抑えることができた。
Claims (16)
- 陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第1の発光層と、
前記陰極と前記第1の発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第2の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との間に設けられ、電子および正孔を発生させるキャリア発生層とを有し、
前記キャリア発生層は、前記第1の発光層に接するとともに、電子輸送性を有するn型電子輸送層と、前記n型電子輸送層と前記第2の発光層との間に設けられ、電子吸引性を有する電子吸引層とを備えることを特徴とする発光素子。 - 前記第1の発光層の平均厚さは、30nm以上100nm以下である請求項1に記載の発光素子。
- 前記n型電子輸送層は、電子輸送性材料および電子ドナー性材料を含む混合材料で構成されている請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記n型電子輸送層中における前記電子ドナー性材料の濃度は、前記陰極側から前記陽極側に向けて漸減している請求項3に記載の発光素子。
- 前記電子ドナー性材料は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物のうちの1種または2種以上を組み合わせたものを含む請求項3または4に記載の発光素子。
- 前記第1の発光層は、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより蛍光を発する発光材料を含む請求項1ないし5のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第2の発光層は、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより燐光を発する発光材料を含む請求項6に記載の発光素子。
- 前記第2の発光層の前記発光のピーク波長は、前記第1の発光層の前記発光のピーク波長よりも長い請求項6または7に記載の発光素子。
- 前記第2の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第3の発光層を有する請求項1ないし8のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第3の発光層は、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより燐光を発する発光材料を含む請求項9に記載の発光素子。
- 前記第3の発光層の前記発光のピーク波長は、前記第1の発光層の前記発光のピーク波長よりも長い請求項10に記載の発光素子。
- 前記電子吸引層は、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで構成されている請求項1ないし11のいずれかに記載の発光素子。
- 前記有機シアン化合物は、ヘキサアザトリフェニレン誘導体である請求項12に記載の発光素子。
- 請求項1ないし13のいずれかに記載の発光素子を備えることを特徴とする発光装置。
- 請求項14に記載の発光装置を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項15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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