JP2016110978A - 発光素子、発光装置、表示装置、電子機器、および照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1. 発光素子の構成例
本発明の一態様である発光素子の構成例について、図1(A)を用いて説明する。発光素子は、第1の電極100、第2の電極102、およびこれらの間に設けられた第1の発光層120と第2の発光層122を有する。第1の発光層120と第2の発光層122は互いに重なる。以下、第1の電極100を陽極、第2の電極102を陰極として説明する。
第1の電極100と第2の電極102は、第1の発光層120と第2の発光層122へそれぞれ正孔と電子を注入する機能を有する。これらの電極は金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物や積層体などを用いて形成することができる。金属としてはアルミニウム(Al)や銀(Ag)が典型例であり、その他、タングステン、クロム、モリブデン、銅、チタンなどの遷移金属、リチウム(Li)やセシウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム(Mg)などの第2族金属を用いることができる。遷移金属として希土類金属を用いても良い。合金としては、上記金属を含む合金を使用することができ、例えばMgAg、AlLiなどが挙げられる。導電性化合物としては、酸化インジウム−酸化スズ(Indium Tin Oxide)などの金属酸化物が挙げられる。導電性化合物としてグラフェンなどの無機炭素系材料を用いても良い。上述したように、これらの材料の複数を積層することによって第1の電極100、あるいは第2の電極102、あるいはその両者を形成しても良い。
第1の発光層120は第1のホスト材料と第1の発光材料を有し、第1の発光材料は蛍光材料である。第1の発光層120中では、第1のホスト材料が重量比で最も多く存在し、第1の発光材料は第1のホスト材料中に分散される。第1の発光材料のT1準位は第1のホスト材料のT1準位よりも高い。第1のホスト材料のS1準位は第1の発光材料のS1準位よりも高いことが好ましい。第1の発光層120の発光機構は後述する。
第2の発光層122は第2のホスト材料と第2の発光材料を有し、第2の発光材料は燐光材料である。第2の発光層122中では、第2のホスト材料が重量比で最も多く存在し、第2の発光材料は第2のホスト材料中に分散される。第2のホスト材料のT1準位は第2の発光材料のT1準位よりも高いことが好ましい。
図1(A)に示すように、本発明の一形態の発光素子は上述した第1の発光層120と第2の発光層122以外の層を有していても良い。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層などを有していても良い。また、これらの各層は複数の層から形成されていても良い。これらの層はキャリア注入障壁を低減する、キャリア輸送性を向上する、あるいは電極による消光現象を抑制することができ、発光効率の向上や駆動電圧の低減に寄与する。図1(A)は、第1の発光層120と第2の発光層122以外に正孔注入層124、正孔輸送層126、電子輸送層128、電子注入層130を有する発光素子を示している。なお本明細書および請求項において、第1の電極100と第2の電極102の間に設けられた複数の層全体をEL層と定義する。例えば図1(A)では、正孔注入層124、正孔輸送層126、第1の発光層120、第2の発光層122、電子輸送層128、ならびに電子注入層130を含む積層体がEL層である。
正孔注入層124は、第1の電極100からのホール注入障壁を低減することでホール注入を促進する機能を有し、例えば遷移金属酸化物、フタロシアニン誘導体、あるいは芳香族アミンなどによって形成される。遷移金属酸化物としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物などが挙げられる。フタロシアニン誘導体としては、フタロシアニンや金属フタロシアニンなどが挙げられる。芳香族アミンとしてはベンジジン誘導体やフェニレンジアミン誘導体などが挙げられる。ポリチオフェンやポリアニリンなどの高分子化合物を用いることもでき、例えばドープされたポリチオフェンであるポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)などがその代表例である。
正孔輸送層126は正孔輸送性材料を含む層であり、正孔注入層124の材料として例示した材料を使用することができる。正孔輸送層126は正孔注入層124に注入された正孔を第1の発光層120へ輸送する機能を有するため、正孔注入層124の最高被占軌道(HOMO:Highest Occupied Molecular Orbital)準位と同じ、あるいは近いHOMO準位を有することが好ましい。
電子注入層130は第2の電極102からの電子注入障壁を低減することで電子注入を促進する機能を有し、例えば第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩などを用いることができる。また、電子輸送性材料(後述)と、これに対して電子供与性を示す材料の混合層を用いることもできる。電子供与性を示す材料としては、第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物などを挙げることができる。
電子輸送層128は、電子注入層130を経て第2の電極102から注入された電子を第2の発光層122へ輸送する機能を有する。電子輸送性材料としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、1×10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。具体的には、キノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体などが挙げられる。
図1(A)に示した発光素子では、第2の発光層122が第1の発光層120の上に設置されているが、本発明の一態様はこの構造に限られず、図1(B)に示すように、第1の発光層120が第2の発光層122の上に位置しても良い。
第1のホスト材料と第1の発光材料のエネルギー準位の相関を図2に示す。図2における符号は以下のとおりである。
S0(h):第1のホスト材料の基底状態の準位
S0(g):第1の発光材料の基底状態の準位
S1(h):第1のホスト材料の一重項励起状態の最も低い準位
S1(g):第1の発光材料の一重項励起状態の最も低い準位
T1(h):第1のホスト材料の三重項励起状態の最も低い準位
T1(g): 第1の発光材料の三重項励起状態の最も低い準位
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子について図1(C)を用いて説明する。本実施の形態の発光素子は、第1の発光層120と第2の発光層122の間に分離層135を有する点で実施の形態1の発光素子と異なっている。分離層135は第1の発光層120と第2の発光層122に接している。他の層の構造は実施の形態1のそれと同様であるので、説明は省略する。
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子について図3(A)を用いて説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、図3(A)に示すように、第1の電極100、第2の電極102、およびこれらの間に設けられた第1の発光ユニット140−1、第2の発光ユニット140−2を有する。第1の発光ユニット140−1と第2の発光ユニット140−2は互いに重なっており、その間には中間層150が設けられる。以下、第1の電極100を陽極、第2の電極102を陰極として説明する。第1の電極100や第2の電極102など、実施の形態1および2と同じ符号、あるいは名称を付与した構成要素は実施の形態1や2のそれと同様であるので、詳細な説明は省略する。
第1の発光ユニット140−1は、第1の発光層120と第2の発光層122を有する。これらの層の構成や材料は実施の形態1で示したものと同様である。従って、図3(A)に示した発光素子では第2の発光層122が第1の発光層120の上に設置されているが、第1の発光層120を第2の発光層122の上に設けても構わない。また、図3(A)に示すように、正孔注入層124や正孔輸送層126−1、電子輸送層128−1を設けても良い。これらの層としては、実施の形態1に示した正孔注入層124や正孔輸送層126、電子輸送層128と同様のものを使用することができる。なお、図示しないが、実施の形態2で示したように、第1の発光層120と第2の発光層122の間に分離層135を設けても良い。
中間層150は第1の電極100と第2の電極102に電圧を印加したときに、第1の発光ユニット140−1に電子を注入し、第2の発光ユニット140−2に正孔を注入する機能を有する。また、可視光を透過することができ、40%以上の透過率を有することが好ましい。ここでは、中間層150は第1の層150−1と第2の層150−2で構成される。第1の層150−1は第1の発光ユニット140−1側に設けられ、第2の層150−2は第2の発光ユニット140−2側に設けられる。
第2の発光ユニット140−2は第3の発光層132を有する。第3の発光層132は第3のホスト材料と第3の発光材料を有し、第3の発光材料は蛍光材料、もしくは燐光材料である。第3の発光層132中では第3のホスト材料が重量比で最も多く存在し、第3の発光材料は第3のホスト材料中に分散される。第3のホスト材料は、実施の形態1で示した第1のホスト材料や第2のホスト材料と同様のものを用いることができる。また、第3のホスト材料は第1のホスト材料や第2のホスト材料と同じでも良く、異なっていても良い。第3の発光材料として蛍光材料を用いる場合には、第3のホスト材料のS1準位は第3の発光材料のそれよりも高いことが好ましい。一方、第3の発光材料として燐光材料を用いる場合には、第3のホスト材料のT1準位は第3の発光材料のそれよりも高いことが好ましい。第3の発光材料としては、実施の形態1で示した第1の発光材料や第2の発光材料と同様の材料を使用することができる。
図3(A)で示した発光素子では、第1の発光層120と第2の発光層122を有する発光ユニット(第1の発光ユニット140−1)が第1の電極100側に形成されているが、図3(B)に示すように、第2の電極102側に形成されていても良い。またこの場合、実施の形態2と同様に、第1の発光層120と第2の発光層122の間に分離層135を設けても良い。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する発光装置の一例として、アクティブマトリクス型発光装置について、図4を用いて説明する。図4(A)は発光装置の上面図であり、図4(B)は図4(A)のA−A´断面図である。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する発光装置の一例として、パッシブマトリクス型発光装置について、図5を用いて説明する。図5(A)は発光装置を示す斜視図、図5(B)は図5(A)のX−Y断面図である。
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を有する発光装置を含む電子機器の一例について、図6、図7を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を有する発光装置を含む照明装置の一例について、図8を用いて説明する。
ガラス基板上に形成された酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO(Indium Tin SiO2 Doped Oxide)、膜厚110nm、面積4mm2(2mm×2mm))を第1の電極100とし、この上に1,3,5−トリ(ジベンゾチオフェン−4−イル)ベンゼン(DBT3P−II)と酸化モリブデンを重量比(DBT3P−II:MoO3)が2:1、膜厚が30nmになるように共蒸着して正孔注入層124を形成した。
発光素子1の初期特性を図10から図13に示す。図10に示すように、発光素子1は2.4V付近から発光が始まり、5.0Vの電圧で8000cd/m2を超える輝度を示すことから、低電圧で駆動できることが分かる。また、1000cd/m2において電流効率、外部量子効率はそれぞれ20.4cd/A、10.7%(図11参照)、パワー効率は16.9lm/W(図12参照)であり、このことから高い効率を有することが確認できる。この発光素子1は、青色発光蛍光材料(1,6mMemFLPAPrn)を第1の発光層120に、赤色発光燐光材料(Ir(tppr)2(dpm))を第2の発光層122のうちの一層目122(1)に、緑色発光燐光材料(Ir(tBuppm)2(acac))を第2の発光層122のうちの二層目122(2)に有している。図13に発光素子の500cd/m2における電界発光スペクトルを示す。赤、青、緑の波長領域にピークがそれぞれ観測されることから、これらの3つの発光材料から同時に発光が得られていることが分かる。実際、1000cd/m2における発光の色度は(x、y)=(0.38、0.36)であり、白色発光が得られていることが分かる。
発光素子1と同様に第1の電極100上に正孔注入層124と正孔輸送層126を形成した後、PCzPAと1,6mMemFLPAPrnを重量比(PCzPA:1,6mMemFLPAPrn)が1:0.05、膜厚が10nmになるように共蒸着して第1の発光層120を形成した。
発光素子2の初期特性を図14から図17に示す。図14に示すように、発光素子2は2.6V付近から発光が始まり、4.3Vの電圧で10000cd/m2を超える輝度を示すことから、低電圧で駆動できることが分かる。また、1000cd/m2において電流効率、外部量子効率はそれぞれ55.3cd/A、17.2%(図15参照)、パワー効率は52.6lm/W(図16参照)であり、高い効率を有することが確認できる。この発光素子2は、青色発光蛍光材料(1,6mMemFLPAPrn)を第1の発光層120に、黄色発光燐光材料(Ir(ppm−dmp)2(acac))を第2の発光層122に有している。図17に1000cd/m2における発光素子2の電界発光スペクトルを示す。青および黄色の波長領域にピークがそれぞれ観測されることから、これらの2つの発光材料から同時に発光が得られていることが分かる。1000cd/m2における発光の色度は(x、y)=(0.41、0.49)であった。
(参考例1)
第1の電極1100として、ガラス基板上にITSO膜を、厚さ110nmになるよう形成した。なお、第1の電極1100の電極面積としては、4mm2(2mm×2mm)とした。
発光素子4は、先に示す発光素子3の作製と、以下の工程のみ異なり、それ以外の工程は発光素子3と同様の作製方法とした。
発光素子5は、先に示す発光素子3の作製と、以下の工程のみ異なり、それ以外の工程は発光素子3と同様の作製方法とした。
発光素子6は、先に示す発光素子3の作製と、以下の工程のみ異なり、それ以外の工程は発光素子3と同様の作製方法とした。
次に、上記作製した発光素子3乃至発光素子6の輝度−電流効率曲線を図19に示す。また、電圧−輝度曲線を図20に示す。また、輝度−外部量子効率曲線を図21に示す。なお、各発光素子の測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
実施例2で用いたIr(ppm−dmp)2(acac)の合成方法を記す。合成スキームは以下のとおりである。
4,6−ジクロロピリミジン5.0g、フェニルボロン酸4.9g、炭酸ナトリウム7.1g、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(PdCl2(PPh3)2)0.34g、アセトニトリル20mL、水20mLの混合物に対し、アルゴン気流下、マイクロ波(2.45GHz 100W)を1時間照射して加熱還流した。得られた混合物をジクロロメタンで抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:ジクロロメタン)により精製することで、4−クロロ−6−フェニルピリミジンを1.6g(収率:23%,淡い黄色の固体)で得た。なお本参考例では、マイクロ波の照射はマイクロ波合成装置(CEM社製 Discover)を用いた。
4−クロロ−6−フェニルピリミジン1.6g、2,6−ジメチルフェニルボロン酸1.5g、炭酸ナトリウム1.8g、PdCl2(PPh3)259mg、N,N−ジメチルホルムアミド20mL、水20mLの混合物に対し、アルゴン気流下、マイクロ波(2.45GHz 100W)を2時間照射することで加熱還流した。得られた混合物をジクロロメタンで抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル:ヘキサン=1:5)により精製し、Hppm−dmpを0.50g得た(収率:23%、淡い黄色の油状物)。
Hppm−dmp1.0g、塩化イリジウム(III)水和物0.57g、2−エトキシエタノール20mL、水20mLの混合物に対し、アルゴン気流下、マイクロ波(2.45GHz 100W)を3時間照射することで加熱還流した。得られた混合物をろ過し、固体をメタノールで洗浄することで、[Ir(ppm−dmp)2Cl]2を1.1g得た(収率:74%、橙色の固体)。
[Ir(ppm−dmp)2Cl]21.1g、炭酸ナトリウム0.77g、アセチルアセトン(Hacac)0.23g、2−エトキシエタノール30mLの混合物に対し、アルゴン気流下、マイクロ波(2.45GHz 120W)を2時間照射することで加熱還流した。得られた混合物をろ過し、不溶部をメタノールで洗浄した。得られたろ液を濃縮し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル:ヘキサン=1:5)で精製し、得られた固体をヘキサンで再結晶をすることにより、Ir(ppm−dmp)2(acac)を得た(収率:59%、橙色粉末固体)。得られた橙色粉末固体0.21gを、トレインサブリメーション法により昇華精製し、目的物の橙色固体を収率48%で回収した。昇華精製条件は、圧力2.7Pa、アルゴンガス流量5.0mL/min、240℃であった。得られたIr(ppm−dmp)2(acac)の1H−NMR(核磁気共鳴)スペクトルデータを以下に示す。
102 第2の電極
120 第1の発光層
122 第2の発光層
122(1) 第2の発光層122の一層目
122(2) 第2の発光層122の二層目
124 正孔注入層
126 正孔輸送層
126−1 正孔輸送層
126−2 正孔輸送層
128 電子輸送層
128−1 電子輸送層
128−2 電子輸送層
128(1) 電子輸送層
128(2) 電子輸送層
130 電子注入層
132 発光層
135 分離層
140−1 第1の発光ユニット
140−2 第2の発光ユニット
150 中間層
401 素子基板
402 画素部
403 ソース側駆動回路
404a ゲート側駆動回路
404b ゲート側駆動回路
405 シール材
406 封止基板
407 配線
408 FPC
409 nチャネル型トランジスタ
410 pチャネル型トランジスタ
411 スイッチング用トランジスタ
412 電流制御用トランジスタ
413 第1の電極
414 絶縁物
415 EL層
416 第2の電極
417 発光素子
418 領域
551 基板
552 第1の電極
553 絶縁層
554 隔壁層
555 EL層
556 第2の電極
730 筐体
731a 表示部
731b 表示部
732a タッチパネル領域
732b タッチパネル領域
733 留め具
734 表示モード切り替えスイッチ
735 電源スイッチ
736 省電力モード切り替えスイッチ
737 操作キー
738 操作スイッチ
739 操作スイッチ
750 太陽電池
752 充放電制御回路
754 バッテリー
756 DCDCコンバータ
801 照明装置
802 照明装置
803 照明装置
804 照明装置
811 発光装置
812 発光装置
813 発光装置
814 発光装置
821 筐体
822 支持体
824 支持体
1100 第1の電極
1102 第2の電極
1122 発光層
1122(1) 発光層
1122(2) 発光層
1124 正孔注入層
1126 正孔輸送層
1128(1) 電子輸送層
1128(2) 電子輸送層
1130 電子注入層
6100 テレビジョン装置
6101 筐体
6103 表示部
6201 本体
6202 筐体
6203 表示部
6204 キーボード
6205 外部接続ポート
6206 ポインティングデバイス
6302 筐体
6304 表示パネル
6305 アイコン
6306 アイコン
6311 操作ボタン
6312 操作ボタン
6313 接続端子
6321 バンド
6322 留め金
6400 携帯電話機
6401 筐体
6402 表示部
6403 操作ボタン
6404 外部接続ポート
6405 スピーカ
6406 マイク
Claims (15)
- 第1の電極と、
前記第1の電極上の第2の電極と、
第1の発光層と
第2の発光層と、を有し、
前記第1の発光層は、前記第1の電極と前記第2の電極の間に設けられ、
前記第2の発光層は、前記第1の電極と前記第2の電極の間に設けられ、
前記第1の発光層と、前記第2の発光層とは、互いに重なる領域を有し、
前記第1の発光層は第1のホスト材料と第1の発光材料を有し、
前記第2の発光層は第2のホスト材料と第2の発光材料を有し、
前記第1の発光材料は蛍光材料であり、前記第2の発光材料は燐光材料であり、
前記第1の発光材料の三重項励起状態の最も低い準位(T1準位)は、前記第1のホスト材料のT1準位よりも高いことを特徴とする発光素子。 - 第1の電極と、
前記第1の電極上の第2の電極と、
第1の発光ユニットと、
第2の発光ユニットと、を有し、
前記第1の発光ユニットは、前記第1の電極と前記第2の電極の間に設けられ、
前記第2の発光ユニットは、前記第1の電極と前記第2の電極の間に設けられ、
前記第1の発光ユニットと前記第2の発光ユニットとは、互いに重なる領域を有し、
前記第1の発光ユニットと前記第2の発光ユニットの間の中間層を有し、
前記第1の発光ユニットは、互いに重なり合う第1の発光層と第2の発光層を有し、
前記第2の発光ユニットは第3の発光層を有し、
前記第1の発光層は第1のホスト材料と第1の発光材料を有し、
前記第2の発光層は第2のホスト材料と第2の発光材料を有し、
前記第3の発光層は第3のホスト材料と第3の発光材料を有し、
前記第1の発光材料は蛍光材料であり、前記第2の発光材料は燐光材料であり、前記第3の発光材料は蛍光材料あるいは燐光材料のうちの一つであり、
前記第1の発光材料のT1準位は、前記第1のホスト材料のT1準位よりも高いことを特徴とする発光素子。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の発光層と前記第2の発光層とが、互いに接する領域を有することを特徴とする発光素子。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の発光層と前記第2の発光層とが、互いに離れていることを特徴とする発光素子。 - 請求項4において、
前記第1の発光層と前記第2の発光層の間に、正孔輸送性材料と電子輸送性材料とが混合された層を有することを特徴とする発光素子。 - 請求項1または請求項2において、
前記第2の発光層が前記第1の発光層上に設けられることを特徴とする発光素子。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の発光層が前記第2の発光層上に設けられることを特徴とする発光素子。 - 請求項2において、
前記第2の発光ユニットが前記第1の発光ユニット上に設けられることを特徴とする発光素子。 - 請求項2において、
前記第1の発光ユニットが前記第2の発光ユニット上に設けられることを特徴とする発光素子。 - 請求項1または請求項2に記載の発光素子を複数有し、
トランジスタ、または基板を有する発光装置。 - 請求項10に記載の発光装置と、
前記発光装置に接続されたコネクターと、を有するモジュール。 - 請求項11において、
前記コネクターはFPCあるいはTCPから選ばれることを特徴とするモジュール。 - 請求項10に記載の発光装置と、
外部接続ポート、キーボード、操作ボタン、スピーカ、または、マイクと、
を有する電子機器。 - 請求項11または請求項12に記載のモジュールを有する電子機器。
- 請求項10に記載の発光装置と、
筐体または支持体と、
を有する照明装置。
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