JP2016110980A - 発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子の発光効率を向上させる。【解決手段】一対の電極間にEL層が挟まれた発光素子であって、EL層は、第1の発光層と、第2の発光層と、を有し、第1の発光層は、蛍光材料と、ホスト材料と、を有し、第2の発光層は、燐光材料と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、を有し、第2の発光層からの発光スペクトルは、黄色の波長領域にピークを有し、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とは励起錯体を形成する。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、電界を加えることにより発光が得られる発光層を一対の電極間に挟んでなる発光素子、または該発光素子を有する発光装置、電子機器、及び照明装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
近年、有機化合物を用いたエレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescence)を利用する発光素子(有機EL素子)の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光物質を含む有機化合物層(EL層)を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光物質からの発光を得ることができる。
一対の電極間に有機化合物を含む層を設けた発光素子、及び該発光素子を含む発光装置は、それぞれ有機電界発光素子、有機電界発光装置と呼ばれる。有機電界発光装置は表示装置や照明装置などへの応用が可能である(例えば特許文献1参照)。
特開2012−186461号公報
本発明の一態様の課題の一つは、発光素子の発光効率を向上させることである。または、本発明の一態様の課題の一つは、新規な半導体装置、新規な発光素子、または新規な発光装置を提供することである。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、一対の電極間にEL層が挟まれた発光素子であって、EL層は、第1の発光層と、第2の発光層と、を有し、第1の発光層は、蛍光材料と、ホスト材料と、を有し、第2の発光層は、燐光材料と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、を有し、第2の発光層からの発光スペクトルは、黄色の波長領域にピークを有し、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とは励起錯体を形成することを特徴とする発光素子である。
また、上記構成において、第2の発光層が有する燐光材料は1つであることが好ましい。
また、上記各構成において、励起錯体から燐光材料へのエネルギー授受があると好ましい。
また、上記各構成において、ホスト材料の一重項励起準位は、蛍光材料の一重項励起準位よりも大きく、ホスト材料の三重項励起準位は、蛍光材料の三重項励起準位よりも小さいと好ましい。
また、上記各構成において、ホスト材料の三重項励起準位は、第1の有機化合物及び第2の有機化合物の三重項励起準位よりも小さいと好ましい。
また、上記各構成において、第1の発光層と、第2の発光層とが、互いに接する領域を有すると好ましい。
また、上記各構成において、第1の発光層と、第2の発光層とが、互いに離れている領域を有すると好ましい。第1の発光層と、第2の発光層とが互いに離れている領域を有する場合、第1の発光層と第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と好ましい。
また、上記各構成において、第2の発光層は、第1の発光層上に設けられると好ましい。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成の発光素子と、トランジスタまたは基板を有することを特徴とする発光装置である。
なお、本明細書等における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスを含む。また、発光素子にコネクター、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)が取り付けられたモジュール、異方導電性フィルムまたはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、あるいは発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールは、発光装置を含む場合がある。
また、本発明の他の一態様は、上記構成の発光装置と、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、ことを特徴とする電子機器である。また、本発明の他の一態様は、上記構成のモジュールと、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、を有することを特徴とする電子機器である。また、本発明の他の一態様は、上記構成の発光装置と、筐体を有することを特徴とする照明装置である。
本発明の一態様により、発光素子の発光効率を向上させることができる。または、本発明の一態様により、新規な半導体装置、新規な発光素子、または新規な発光装置を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の一態様の発光素子を説明する断面模式図。 発光層におけるエネルギー準位の相関を説明する図。 発光層におけるエネルギー準位の相関を説明する図。 本発明の一態様の発光素子を説明する断面模式図。 本発明の一態様の発光素子を説明する断面模式図。 本発明の一態様の発光装置を説明する上面図及び断面図。 本発明の一態様の発光装置を説明する断面図。 本発明の一態様の発光装置を説明する断面図。 本発明の一態様の発光装置を説明する断面図。 本発明の一態様の発光装置を説明する断面図。 本発明の一態様の表示装置を説明するブロック図及び回路図。 表示モジュールを説明する斜視図。 電子機器について説明する図。 照明装置について説明する図。 実施例1乃至実施例3の発光素子の素子構造を説明する断面模式図。 実施例1の発光素子の電流密度−輝度特性、及び電圧−輝度特性を説明する図。 実施例1の発光素子の輝度−パワー効率特性、及び輝度−電流効率特性を説明する図。 実施例1の発光素子の発光スペクトルを説明する図。 実施例2の発光素子の電流密度−輝度特性、及び電圧−輝度特性を説明する図。 実施例2の発光素子の輝度−パワー効率特性、及び輝度−電流効率特性を説明する図。 実施例2の発光素子の発光スペクトルを説明する図。 実施例3の発光素子の電流密度−輝度特性、及び電圧−輝度特性を説明する図。 実施例3の発光素子の輝度−パワー効率特性、及び輝度−電流効率特性を説明する図。 実施例3の発光素子の発光スペクトルを説明する図。 実施例4の発光素子の素子構造を説明する断面模式図。 実施例4の発光素子の電流密度−輝度特性、及び電圧−輝度特性を説明する図。 実施例4の発光素子の発光スペクトルを説明する図。 実施例5の発光素子11の輝度−外部量子効率特性を説明する図。 実施例5の発光素子11の発光スペクトルを説明する図。 実施例5の発光素子11の信頼性を説明する図。 実施例5の発光素子12の輝度−外部量子効率特性を説明する図。 実施例5の発光素子12の発光スペクトルを説明する図。 実施例5の発光素子12の信頼性を説明する図。
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明の一態様は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明の一態様は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
また、本明細書などにおいて、第1、第2等として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
また、本明細書等において、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
また、本明細書等において蛍光材料とは、一重項励起状態の最も低い準位(S準位)から基底状態へ緩和する際に可視光領域の発光を示す材料である。燐光材料とは、三重項励起状態の最も低い準位(T準位)から基底状態へ緩和する際に、室温において可視光領域に発光を与える材料である。換言すると燐光材料とは、三重項励起エネルギーを可視光へ変換可能な材料である。
また、本明細書等において、青色の光は、420nm以上480nm以下の青色の波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有し、緑色の光は、500nm以上550nm未満の緑色の波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有し、黄色の光は、550nm以上590nm以下の黄色の波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有し、赤色の光は、600nm以上740nm以下の赤色の波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有する。
(実施の形態1)
本発明の一態様の発光素子について、図1を用いて以下説明を行う。なお、図1(A)は、本発明の一態様の発光素子100の断面模式図であり、図1(B)は、本発明の一態様の発光素子140の断面模式図である。
図1(A)に示す発光素子100は、一対の電極(第1の電極101及び第2の電極102)の間にEL層130が挟まれた構造である。また、EL層130は、第1の発光層113と、第2の発光層114と、を有する。また、発光素子100おいて、EL層130として、正孔注入層111、正孔輸送層112、電子輸送層115、及び電子注入層116が図示されているが、これらの積層構造は一例であり、本発明の一態様の発光素子におけるEL層130の構成はこれらに限定されない。なお、発光素子100において、第1の電極101が陽極として機能し、第2の電極102が陰極として機能する。
また、第1の発光層113は、蛍光材料と、ホスト材料とを有する。第1の発光層113からの発光スペクトルは、青色の波長領域にピークを有すると好ましい。また、第2の発光層114は、燐光材料と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを有する。第2の発光層114からの発光スペクトルは、黄色の波長領域にピークを有すると好ましい。また、第2の発光層114が有する燐光材料は1つであることが好ましい。また、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とは励起錯体(Exciplexともいう)を形成する。第1の有機化合物または第2の有機化合物の一方は、第2の発光層114のホスト材料として機能し、第1の有機化合物または第2の有機化合物の他方は、第2の発光層114のアシスト材料として機能する。なお、以下の説明においては、第1の有機化合物をホスト材料として、第2の有機化合物をアシスト材料として説明を行う。
第1の発光層113と第2の発光層114を上述の構成とすることで、第1の発光層113からの蛍光材料の発光(ここでは青色の波長領域にピークを有する発光)と、第2の発光層114からの燐光材料の発光(ここでは黄色の波長領域にピークを有する発光)とを、効率よく得ることが可能となる。
また、第1の発光層113のホスト材料のT準位が、第2の発光層114が有する第1の有機化合物及び第2の有機化合物のT準位よりも小さいと好ましい。また、第1の発光層113において、ホスト材料のS準位が蛍光材料のS準位よりも大きく、且つ、ホスト材料のT準位が蛍光材料のT準位よりも小さいと好ましい。
第2の発光層114における励起錯体を形成する第1の有機化合物と第2の有機化合物の組み合わせは、励起錯体を形成することが可能な組み合わせであればよいが、一方が正孔輸送性を有する材料であり、他方が電子輸送性を有する材料であることが、より好ましい。この場合、ドナー−アクセプタ型の励起状態を形成しやすくなり、効率よく励起錯体を形成することができるようになる。また、正孔輸送性を有する材料と電子輸送性を有する材料との組み合わせによって、第1の有機化合物と第2の有機化合物の組み合わせを構成する場合、その混合比によってキャリアバランスを容易に制御することができる。具体的には正孔輸送性を有する材料:電子輸送性を有する材料=1:9乃至9:1(重量比)の範囲が好ましい。また、該構成を有する発光素子100は、容易にキャリアバランスを制御することができることから、再結合領域の制御も簡便に行うことができる。
また、発光素子100では、キャリアの再結合領域はある程度の分布を持って形成されることが好ましい。このため、第1の発光層113または第2の発光層114において、適度なキャリアトラップ性があることが好ましく、特に、第2の発光層114が有する燐光材料が電子トラップ性を有していることが好ましい。
なお、発光素子100においては、第1の発光層113からの発光が、第2の発光層114からの発光よりも短波長側に発光のピークを有する構成とすることが好ましい。短波長の発光を呈する燐光材料を用いた発光素子は輝度劣化が早い傾向がある。そこで、短波長の発光を蛍光発光とすることによって、輝度劣化の小さい発光素子を提供することができる。
また、発光素子100においては、第1の発光層113と第2の発光層114とが、互いに接して積層されているため、EL層130を形成するための層数が少なく生産性が高い。
また、発光素子100は、第1の発光層113と第2の発光層114とで異なる発光波長の光を得ることによって、多色発光の素子とすることができる。発光素子100の発光スペクトルは異なる発光ピークを有する発光が合成された光となるため、少なくとも二つの極大値を有する発光スペクトルとなる。
また、発光素子100としては、白色発光を得るためにも好適である。第1の発光層113と第2の発光層114との光を互いに補色の関係とすることによって、白色発光を得ることができる。
また、第1の発光層113に発光波長の異なる複数の発光物質を用いることによって、三原色や、4色以上の発光色からなる演色性の高い白色発光を得ることもできる。この場合、第1の発光層113を層状にさらに分割し、当該分割した層ごとに異なる発光材料を含有させるようにしても良い。
<第2の発光層の発光機構>
ここで、第2の発光層114における第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光材料とのエネルギー準位の相関を図2(A)に示す。なお、図2(A)における表記及び符号は、以下の通りである。
・Host:第1の有機化合物
・Assist:第2の有機化合物
・Guest:燐光材料
・SPH:ホスト材料(第1の有機化合物)の一重項励起状態の最も低い準位
・TPH:ホスト材料(第1の有機化合物)の三重項励起状態の最も低い準位
・TPG:ゲスト材料(燐光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
・S:励起錯体の一重項励起状態の最も低い準位
・T:励起錯体の三重項励起状態の最も低い準位
本発明の一態様の発光素子100においては、第2の発光層114が有する第1の有機化合物と第2の有機化合物が励起錯体を形成する。励起錯体の一重項励起状態の最も低い準位(S)と励起錯体の三重項励起状態の最も低い準位(T)は互いに隣接することになる(図2(A)Route A参照)。
励起錯体は、2種類の物質からなる励起状態であり、光励起の場合、励起状態となった一つの分子がもう一方の基底状態の物質を取り込むことによって形成される。そして、光を発することによって基底状態となると、励起錯体を形成していた2種類の物質はまた元の別々の物質として振舞う。電気励起の場合は、一方のカチオン分子(ホール)と他方のアニオン分子(電子)が近接することで励起錯体を形成できる。すなわち電気励起においては、いずれの分子においても励起状態を形成することなく励起錯体が形成できるため、駆動電圧の低減につながる。そして、励起錯体の(S)と(T)の双方のエネルギーを、ゲスト材料(燐光材料)の三重項励起状態の最も低い準位へ移動させて発光が得られる(図2(A)Route B参照)。
なお、上記に示すRoute A及びRoute Bの過程を、本明細書等においてExTET(Exciplex−Triplet Energy Transfer)と呼称する。以上のように、本発明の一態様の発光素子は、励起錯体から燐光材料(ゲスト材料)へのエネルギー授受ができる。
また、第1の有機化合物及び第2の有機化合物は、一方がホールを、他方が電子を受け取り、それらが近接することで速やかに励起錯体を形成する。あるいは、一方が励起状態となると、速やかに他方の物質を取り込んで励起錯体を形成する。したがって、第2の発光層114における励起子のほとんどが励起錯体として存在する。励起錯体は、第1の有機化合物及び第2の有機化合物のどちらよりもバンドギャップは小さくなるため、一方のホールと他方の電子の再結合から励起錯体が形成されることにより、駆動電圧を下げることができる。
<第1の発光層の発光機構>
第1の発光層113では、キャリアの再結合により、励起状態が形成される。なお、第1の発光層113は、ホスト材料と蛍光材料を有する。蛍光材料と比較してホスト材料は大量に存在するので、励起状態は、ほぼホスト材料の励起状態として存在する。キャリアの再結合によって生じる一重項励起状態と三重項励起状態の比(以下、励起子生成確率)は約1:3となる。
まず、ホスト材料のT準位がゲスト材料のT準位よりも高い場合について、以下説明する。
ホスト材料の三重項励起状態からゲスト材料にエネルギー移動(三重項エネルギー移動)が生じる。しかしながら、ゲスト材料が蛍光材料であるため、三重項励起状態は可視光領域に発光を与えない。したがって、ホスト材料の三重項励起状態を発光として利用することができない。よって、ホスト材料のT準位がゲスト材料のT準位よりも高い場合においては、注入したキャリアのうち、最大でも約25%しか発光に利用することができない。
次に、本発明の一態様の第1の発光層113におけるホスト材料と、蛍光材料とのエネルギー準位の相関を図2(B)に示す。なお、図2(B)における表記及び符号は、以下の通りである。
・Host:ホスト材料
・Guest:蛍光材料
・SFH:ホスト材料の一重項励起状態の最も低い準位
・TFH:ホスト材料の三重項励起状態の最も低い準位
・SFG:ゲスト材料(蛍光材料)の一重項励起状態の最も低い準位
・TFG:ゲスト材料(蛍光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
図2(B)に示すように、ゲスト材料のT準位(図2(B)において、TFG)がホスト材料のT準位(図2(B)において、TFH)よりも高い構成である。
また、図2(B)に示すように、三重項−三重項消滅(TTA:Triplet−Triplet Annihilation)によって、三重項励起子同士が衝突することにより、その一部がホスト材料の一重項励起状態の最も低い準位(SFH)に変換される。ホスト材料の一重項励起状態の最も低い準位(SFH)からは、それよりも準位の低いゲスト材料(蛍光材料)の一重項励起状態の最も低い準位(SFG)へエネルギー移動が起こり(図2(B)Route C参照)、蛍光材料が発光する。
なお、ホスト材料のT準位がゲスト材料のT準位よりも小さいため、TFGは失活することなくTFHにエネルギー移動(図2(B)に示すRoute D参照)し、TTAに利用される。
<第1の発光層と第2の発光層の発光機構>
第1の発光層113及び第2の発光層114のそれぞれの発光機構について、上記説明したが、本発明の一態様の発光素子100においては、さらに、第1の発光層113と第2の発光層114の界面において、励起錯体から第1の発光層113のホスト材料へのエネルギー移動(とくに三重項励起準位のエネルギー移動)が起こったとしても、第1の発光層113にて上記三重項励起エネルギーを発光に変換することができる。
具体的には、第1の発光層113にTTAを用い、第2の発光層114にExTETを用いる場合のエネルギー準位の相関を図3に示す。なお、図3における表記及び符号は、以下の通りである。
・Fluorescence EML:蛍光発光層(第1の発光層113)
・Phosphorescence EML:燐光発光層(第2の発光層114)
・TFH:ホスト材料の三重項励起状態の最も低い準位
・SFG:ゲスト材料(蛍光材料)の一重項励起状態の最も低い準位
・TFG:ゲスト材料(蛍光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
・SPH:ホスト材料(第1の有機化合物)の一重項励起状態の最も低い準位
・TPH:ホスト材料(第1の有機化合物)の三重項励起状態の最も低い準位
・TPG:ゲスト材料(燐光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
・S:励起錯体の一重項励起状態の最も低い準位
・T:励起錯体の三重項励起状態の最も低い準位
図3に示すように、励起錯体は励起状態でしか存在しないため、励起錯体−励起錯体間の励起子拡散は生じにくい。また、励起錯体の励起準位(S、T)は、第2の発光層114の第1の有機化合物(すなわち、燐光材料のホスト材料)の励起準位(SPH、TPH)よりも低いので、励起錯体から第1の有機化合物へのエネルギーの拡散も生じない。すなわち、燐光発光層(第2の発光層114)内において、励起錯体の励起子拡散距離は短いため、燐光発光層(第2の発光層114)の発光効率を保つことが可能となる。また、蛍光発光層(第1の発光層113)と燐光発光層(第2の発光層114)の界面において、燐光発光層(第2の発光層114)の励起錯体の三重項励起エネルギーの一部が、蛍光発光層(第1の発光層113)に拡散したとしても、その拡散によって生じた蛍光発光層(第1の発光層113)の三重項励起エネルギーは、TTAを通じて発光されるため、エネルギー損失を低減することが可能となる。
以上のように、本発明の一態様の発光素子は、第2の発光層114にExTETを利用し、且つ第1の発光層113にTTAを利用することで、励起子生成確率を超える発光効率を得ることができる。したがって、高効率の発光素子を提供することができる。
なお、図1(A)においては、第1の発光層113が陽極として機能する第1の電極101側、第2の発光層114が陰極として機能する第2の電極102側に設けられているが、この積層順は逆であってもかまわない。具体的には、図1(B)に示す発光素子140のように、第1の発光層113が陰極として機能する電極側に設けられ、第2の発光層114が陽極として機能する電極側に設けられても良い。別言すると、発光素子140は、第2の発光層114上に第1の発光層113が設けられる構成である。
発光素子140に示すような構成とすることで、マイクロキャビティ構造(後述)を採用した場合、第2の発光層114及び/または第1の発光層113の光路長を調整しやすくなるため好適である。
ここで、本発明の一態様の発光素子100の各構成の詳細について、以下説明する。
<電極>
第1の電極101と第2の電極102は、第1の発光層113と第2の発光層114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が典型例であり、その他、銀、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101、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113と第2の発光層114から得られる発光は、第1の電極101、第2の電極102、あるいはこれらの両方を通して取り出される。したがって、これらのうちの少なくとも一つは可視光を透過する。光を取り出す方の電極に金属や合金などの光透過性の低い材料を用いる場合には、可視光を透過できる程度の厚さで第1の電極101、第2の電極102、あるいはこれらの一部を形成すればよい。この場合、具体的には1nmから10nmの厚さで形成する。
<第1の発光層>
第1の発光層113は、ホスト材料と蛍光材料を有する。第1の発光層113中では、ホスト材料が重量比で最も多く存在し、蛍光材料はホスト材料中に分散される。ホスト材料のS準位は、蛍光材料のS準位よりも大きく、ホスト材料のT準位は、蛍光材料のT準位よりも小さいことが好ましい。
ホスト材料として、アントラセン誘導体、あるいはテトラセン誘導体が好ましい。これらの誘導体はS準位が大きく、T準位が小さいからである。具体的には、9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(PCzPA)、3−[4−(1−ナフチル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(PCPN)、9−[4−(10−フェニル−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(CzPA)、7−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−7H−ジベンゾ[c,g]カルバゾール(cgDBCzPA)、6−[3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−ベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン(2mBnfPPA)、9−フェニル−10−{4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)−ビフェニル−4’−イル}−アントラセン(FLPPA)などが挙げられる。あるいは、5,12−ジフェニルテトラセン、5,12−ビス(ビフェニル−2−イル)テトラセンなどが挙げられる。
蛍光材料としては、ピレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、フェナントレン誘導体、ナフタレン誘導体などが挙げられる。特にピレン誘導体は発光量子収率が高いので好ましい。ピレン誘導体の具体例としては、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス〔3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル〕ピレン−1,6−ジアミン(1,6mMemFLPAPrn)、N,N’−ビス〔4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル〕−N,N’−ジフェニルピレン−1,6−ジアミン(1,6FLPAPrn)、N,N’−ビス(ジベンゾフラン−2−イル)−N,N’−ジフェニルピレン−1,6−ジアミン(1,6FrAPrn)、N,N’−ビス(ジベンゾチオフェン−2−イル)−N,N’−ジフェニルピレン−1,6−ジアミン(1,6ThAPrn)などが挙げられる。
<第2の発光層>
第2の発光層114は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光材料を有する。ここでは、第1の有機化合物をホスト材料として、第2の有機化合物をアシスト材料として以下説明する。
第2の発光層114中では、ホスト材料(第1の有機化合物)が重量比で最も多く存在し、燐光材料はホスト材料中に分散される。第2の発光層114のホスト材料(第1の有機化合物)のT準位は、第1の発光層113の蛍光材料のT準位よりも大きいことが好ましい。
燐光材料としては、イリジウム、ロジウム、あるいは白金系の有機金属錯体、あるいは金属錯体が挙げられ、中でも有機イリジウム錯体、例えばイリジウム系オルトメタル錯体が好ましい。オルトメタル化する配位子としては4H−トリアゾール配位子、1H−トリアゾール配位子、イミダゾール配位子、ピリジン配位子、ピリミジン配位子、ピラジン配位子、あるいはイソキノリン配位子などが挙げられる。金属錯体としては、ポルフィリン配位子を有する白金錯体などが挙げられる。
また、燐光材料としては、黄色の波長領域にピークを有する材料であると好ましい。また、該黄色の波長領域にピークを有する材料の発光スペクトルは、緑色及び赤色の波長領域にもスペクトル成分を含む材料であると好ましい。
ホスト材料(第1の有機化合物)としては、亜鉛やアルミニウム系金属錯体の他、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体などが挙げられる。他の例としては、芳香族アミンやカルバゾール誘導体などが挙げられる。
第2の有機化合物(アシスト材料)としては、第1の有機化合物と励起錯体を形成できる組み合わせとする。この場合、励起錯体の発光ピークが燐光材料の三重項MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer)遷移の吸収帯、より具体的には、最も長波長側の吸収帯と重なるように第1の有機化合物、第2の有機化合物、および燐光材料を選択することが好ましい。これにより、発光効率が飛躍的に向上した発光素子を与えることができる。ただし、燐光材料に替えて熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料を用いる場合においては、最も長波長側の吸収帯は一重項の吸収帯であることが好ましい。なお、TADF材料については、後述する。
第1の発光材料と第2の発光材料の発光色に限定は無く、同じでも異なっていても良い。各々から得られる発光が混合されて素子外へ取り出されるので、例えば両者の発光色が互いに補色の関係にある場合、発光素子は白色の光を与えることができる。発光素子の信頼性を考慮すると、第1の発光材料の発光ピーク波長は第2の発光材料のそれよりも短いことが好ましい。例えば、第1の発光材料が青色に発光し、第2の発光材料が黄色に発光することが好ましい。
<その他の層>
また、図1(A)に示すように、本発明の一形態の発光素子100は、上述した第1の発光層113と第2の発光層114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。また、これらの層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、印刷法(例えば、凸版印刷法、凹版印刷法、グラビア印刷法、平版印刷法、孔版印刷法等)、インクジェット法、塗布法等の方法を単独または組み合わせて用いて形成することができる。
<正孔注入層>
正孔注入層111は、第1の電極101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、例えば自己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。
正孔注入層111として、正孔輸送性材料と、これに対して電子受容性を示す材料との複合材料を用いることもできる。あるいは、電子受容性を示す材料を含む層と正孔輸送材料を含む層の積層を用いても良い。これらの材料間では定常状態、あるいは電界存在下において電荷の授受が可能である。電子受容性を示す材料としては、キノジメタン誘導体やクロラニル誘導体、ヘキサアザトリフェニレン誘導体などの有機アクセプタを挙げることができる。また、遷移金属酸化物、例えば第4族から第8族金属の酸化物を用いることができる。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、酸化レニウムなどである。中でも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。
正孔輸送性材料としては、電子よりも正孔の輸送性の高い材料を用いることができ、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。具体的には、芳香族アミン、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、スチルベン誘導体などを用いることができる。また、前記正孔輸送性材料は高分子化合物であっても良い。
<正孔輸送層>
正孔輸送層112は正孔輸送性材料を含む層であり、正孔注入層111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112は正孔注入層111に注入された正孔を第1の発光層113へ輸送する機能を有するため、正孔注入層111の最高被占有軌道(HOMO)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。
<電子輸送層>
電子輸送層115は、電子注入層116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114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、1×10−6cm/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。
<電子注入層>
電子注入層116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、先に示す電子輸送性材料と、これに対して電子供与性を示す材料の複合材料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。
<基板、FETなど>
また、発光素子100は、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に作製すればよい。基板上に作製する順番としては、第1の電極101側から順に積層しても、第2の電極102側から順に積層しても良い。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、例えば電界効果トランジスタ(FET)を形成し、FETと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、FET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を作製できる。
また、上記においては、第2の発光層114に含まれる発光材料を燐光材料として説明したが、これに限定されない。第2の発光層114に含まれる発光材料としては、三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料であればよい。該三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料としては、燐光材料の他に、TADF材料が挙げられる。したがって、燐光材料と記載した部分に関しては、TADF材料と読み替えても構わない。なお、TADF材料とは、三重項励起状態をわずかな熱エネルギーによって一重項励起状態にアップコンバート(逆項間交差)が可能で、一重項励起状態からの発光(蛍光)を効率よく呈する材料のことである。また、熱活性化遅延蛍光が効率良く得られる条件としては、三重項励起準位と一重項励起準位のエネルギー差が0eV以上0.2eV以下、好ましくは0eV以上0.1eV以下であることが挙げられる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1に示す発光素子100、140と異なる構成の発光素子について、図4(A)(B)を用いて以下説明する。なお、図4(A)は、本発明の一態様の発光素子150の断面模式図であり、図4(B)は、本発明の一態様の発光素子160の断面模式図である。
発光素子150は、第1の発光層113と第2の発光層114との間に分離層120を有する点で発光素子100と異なっている。分離層120は、第1の発光層113と第2の発光層114に接している。他の層の構造は実施の形態1と同様であるので、説明は省略する。
分離層120は、第2の発光層114中で生成する第1の有機化合物、または燐光材料の励起状態から第1の発光層113中のホスト材料、または蛍光材料へのデクスター機構によるエネルギー移動(特に三重項エネルギー移動)を防ぐために設けられる。従って、分離層は数nm程度の厚さがあればよい。具体的には、0.1nm以上20nm以下、あるいは1nm以上10nm以下、あるいは1nm以上5nm以下である。
分離層120は単一の材料で構成されていても良いが、正孔輸送性材料と電子輸送性材料の両者が含まれていても良い。単一の材料で構成する場合、バイポーラー性材料を用いても良い。ここでバイポーラー性材料とは、電子と正孔の移動度の比が100以下である材料を指す。分離層120に含まれる材料は、実施の形態1で例示した正孔輸送性材料または電子輸送性材料などを使用することができる。また、分離層120に含まれる材料、もしくはそのうちの少なくとも一つは、第2の発光層114のホスト材料(第1の有機化合物)と同一の材料で形成しても良い。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。
例えば、分離層120が第2の発光層114のホスト材料(第1の有機化合物)とアシスト材料(第2の有機化合物)と同一の材料で形成された場合、第1の発光層113と第2の発光層114とが、第2の発光層114の燐光材料を含まない層(分離層120)を介して積層される構成となる。このような構成とすることで、分離層120と第2の発光層114を燐光材料の有無で蒸着することが可能となる。上記構成を別言すると、分離層120は、燐光材料を含まない領域を有し、第2の発光層114は、燐光材料を含む領域を有する。また、このような構成とすることで、分離層120と第2の発光層114を同じチャンバーで成膜することが可能となる。これにより、製造コストを削減することができる。
あるいは、分離層120に含まれる材料、もしくはそのうちの少なくとも一つは、第2の発光層114のホスト材料(第1の有機化合物)よりもT準位が高くても良い。
正孔輸送性材料と電子輸送性材料の混合比を調整することによって再結合領域を調整することができ、これにより発光色の制御を行うことができる。例えば、第1の電極101と第2の電極102がそれぞれ陽極と陰極である場合、分離層120の正孔輸送材料の割合を増やすことで再結合領域を第1の電極101側から第2の電極102側へシフトすることができる。これにより、第2の発光層114からの発光の寄与を増大させることができる。逆に、電子輸送材料の割合を増やすことで再結合領域を第2の電極102側から第1の電極101側へシフトすることができ、第1の発光層113からの発光の寄与を増大させることができる。第1の発光層113と第2の発光層114からの発光色が異なる場合には、発光素子全体の発光色を変化させることができる。
正孔輸送性材料と電子輸送性材は分離層120内で励起錯体を形成しても良く、これによって励起子の拡散を効果的に防ぐことができる。具体的には、第2の発光層114のホスト材料(第1の有機化合物)あるいは燐光材料の励起状態から、第1の発光層113のホスト材料あるいは蛍光材料へのエネルギー移動を防ぐことができる。
また、実施の形態1で示す発光素子140と同様に、第1の発光層113が第2の発光層114の上に位置しても良い。具体的には、図4(B)に示す発光素子160のように、正孔輸送層112上に第2の発光層114が設けられ、その上に分離層120を介して第1の発光層113が設けられる構成としてもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態3)
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5を用いて説明する。なお、図5は、本発明の一態様の発光素子170を説明する断面模式図である。
発光素子170は、第1の電極101と、第2の電極102との間に、複数の発光ユニット(図5においては、第1の発光ユニット131及び第2の発光ユニット132)を有する。1つの発光ユニットは、図1で示すEL層130と同様な構成を有する。つまり、図1で示した発光素子100は、1つの発光ユニットを有し、発光素子170は、複数の発光ユニットを有する。
また、図5に示す発光素子170において、第1の発光ユニット131と第2の発光ユニット132が積層されており、第1の発光ユニット131と第2の発光ユニット132との間には電荷発生層133が設けられる。なお、第1の発光ユニット131と第2の発光ユニット132は、同じ構成でも異なる構成でもよい。
電荷発生層133には、有機化合物と金属酸化物の複合材料が含まれている。該複合材料には、先に示す正孔注入層111に用いることができる複合材料を用いればよい。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール化合物、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、有機化合物としては、正孔移動度が1×10−6cm/Vs以上であるものを適用することが好ましい。ただし、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。有機化合物と金属酸化物の複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。なお、発光ユニットの陽極側の面が電荷発生層133に接している場合は、電荷発生層133が発光ユニットの正孔輸送層の役割も担うことができるため、発光ユニットは正孔輸送層を設けなくとも良い。
なお、電荷発生層133は、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と他の材料により構成される層を組み合わせた積層構造として形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。
なお、第1の発光ユニット131と第2の発光ユニット132に挟まれる電荷発生層133は、第1の電極101と第2の電極102に電圧を印加したときに、一方の発光ユニットに電子を注入し、他方の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。例えば、図5において、第1の電極101の電位の方が第2の電極102の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層133は、第1の発光ユニット131に電子を注入し、第2の発光ユニット132に正孔を注入するものであればよい。
また、図5においては、2つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、3つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。発光素子170のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度発光を可能とし、さらに長寿命な素子を実現できる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低い発光装置を実現することができる。
なお、複数のユニットのうち、少なくとも一つのユニットに、EL層130の構成を適用することによって、該ユニットの製造工程を削減することができるため、実用化に有利な多色発光素子を提供することができる。
なお、上記構成は、他の実施の形態や本実施の形態中の他の構成と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態3に記載の発光素子を用いた発光装置について図6を用いて説明する。
図6(A)は発光装置600を示す上面図、図6(B)は図6(A)の一点鎖線A−B、及び一点鎖線C−Dで切断した断面図である。発光装置600は、駆動回路部(ソース線駆動回路部601、及びゲート線駆動回路部603)、並びに画素部602を有する。なお、ソース線駆動回路部601、ゲート線駆動回路部603、及び画素部602は、発光素子の発光を制御する機能を有する。
また、発光装置600は、素子基板610と、封止基板604と、シール材605と、シール材605で囲まれた領域607と、引き回し配線608と、FPC609と、を有する。
なお、引き回し配線608は、ソース線駆動回路部601及びゲート線駆動回路部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FPC609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FPC609しか図示されていないが、FPC609にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。
また、ソース線駆動回路部601は、nチャネル型のFET623とpチャネル型のFET624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。なお、ソース線駆動回路部601またはゲート線駆動回路部603は、種々のCMOS回路、NMOS回路もしくはPMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路部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、駆動回路部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、スイッチング用のFET611と、電流制御用のFET612と、電流制御用のFET612のドレインに電気的に接続された第1の電極613と、を有する。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。絶縁物614としては、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることができる。
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乃至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、ネガ型の感光性樹脂、またはポジ型の感光性樹脂のいずれも使用することができる。
なお、FET(FET611、612、623、624)の構造は、特に限定されない。例えば、スタガ型のトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタの極性についても特に限定はなく、N型およびP型のトランジスタを有する構造、及びN型のトランジスタまたはP型のトランジスタのいずれか一方のみからなる構造を用いてもよい。また、トランジスタに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定はない。例えば、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜を用いることができる。また、半導体材料としては、第13族(ガリウム等)半導体、第14族(ケイ素等)半導体、化合物半導体(酸化物半導体を含む)、有機半導体等を用いることができる。トランジスタとしては、例えば、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、さらに好ましくは3eV以上の酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができるため好ましい。該酸化物半導体としては、In−Ga酸化物、In−M−Zn酸化物(Mは、Al、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNd)等が挙げられる。
第1の電極613上には、EL層616、および第2の電極617がそれぞれ形成されている。なお、第1の電極613は、陽極として機能し、第2の電極617は、陰極として機能する。
また、EL層616は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、印刷法(例えば、凸版印刷法、凹版印刷法、グラビア印刷法、平版印刷法、孔版印刷法等)、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。EL層616は、実施の形態1乃至実施の形態3で説明したような構成を含んでいる。また、EL層616を構成する他の材料としては、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)であっても良い。
なお、第1の電極613、EL層616、及び第2の電極617により、発光素子618が形成される。発光素子618は、実施の形態1乃至実施の形態3の構成を有する発光素子である。なお、画素部は複数の発光素子が形成される場合、実施の形態1乃至実施の形態3に記載の発光素子と、それ以外の構成を有する発光素子の両方が含まれていても良い。
また、シール材605で封止基板604を素子基板610と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で囲まれた領域607に発光素子618が備えられた構造になっている。なお、領域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。封止基板には凹部を形成し、そこに乾燥材(図示しない)を設けると水分の影響による劣化を抑制することができ、好ましい構成である。
なお、シール材605にはエポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板604に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiber 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乃至実施の形態3に記載の発光素子を用いて作製された発光装置を得ることができる。
本実施の形態における発光装置600は、実施の形態1乃至実施の形態3に記載の発光素子を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、実施の形態1乃至実施の形態3で示した発光素子は発光効率の良好な発光素子であり、消費電力の低減された発光装置とすることができる。また、量産しやすい発光素子であり、安価な発光装置を提供することができる。
次に、白色発光を呈する発光素子を形成し、着色層(カラーフィルタ)等を設けることによってフルカラー化した発光装置の断面図の一例を図7(A)(B)示す。
図7(A)には基板1001、下地絶縁膜1002、ゲート絶縁膜1003、ゲート電極1006、1007、1008、第1の層間絶縁膜1020、第2の層間絶縁膜1021、周辺部1042、画素部1040、駆動回路部1041、発光素子の第1の電極1024Y、1024R、1024G、1024B、隔壁1025、EL層1028、発光素子の第2の電極1026、封止基板1031、シール材1032などが図示されている。
また、図7(A)では着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B、及び黄色の着色層1034Y)は透明な基材1033に設けている。また、黒色層(ブラックマトリックス)1035をさらに設けても良い。着色層及び黒色層が設けられた透明な基材1033は、位置合わせし、基板1001に固定する。なお、着色層、及び黒色層は、オーバーコート層1036で覆われている。また、図7(A)においては、着色層を透過する光は赤、青、緑、黄となることから、4色の画素で映像を表現することができる。
図7(B)では着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B)をゲート絶縁膜1003と第1の層間絶縁膜1020との間に形成する例を示した。このように、着色層は基板1001と封止基板1031の間に設けられていても良い。なお、本発明の一態様の発光素子は、黄色の波長を発することができるため、図7(B)に示すように黄色の着色層を設けない構成としてもよい。
また、以上に説明した発光装置では、FETが形成されている基板1001側に光を取り出す構造(ボトムエミッション型)の発光装置としたが、封止基板1031側に発光を取り出す構造(トップエミッション型)の発光装置としても良い。
トップエミッション型の発光装置の断面図の一例を図8に示す。この場合、基板1001は光を通さない基板を用いることができる。FETと発光素子の陽極とを接続する接続電極を作製するまでは、ボトムエミッション型の発光装置と同様に形成する。その後、電極1022を覆うように、第3の層間絶縁膜1037を形成する。この絶縁膜は平坦化の役割を担っていても良い。第3の層間絶縁膜1037は第2の層間絶縁膜と同様の材料の他、他の様々な材料を用いて形成することができる。
発光素子の第1の電極1024Y、1024R、1024G、1024Bはここでは陽極とするが、陰極であっても構わない。また、図8のようなトップエミッション型の発光装置である場合、第1の電極1024Y、1024R、1024G、1024Bを反射電極とすることが好ましい。EL層1028の構成は、実施の形態1乃至実施の形態3においてEL層130として説明したような構成とし、且つ、白色の発光が得られるような素子構造とする。
また、図8においては、EL層1028上に第2の電極1026が設けられる構成である。例えば、第2の電極1026を半透過・半反射電極として、第1の電極1024Y、1024R、1024G、1024Bと、第2の電極1026との間で、光の共振効果を利用した微小光共振器(マイクロキャビティ)構造を採用し、特定波長における光強度を増加させてもよい。
図8のようなトップエミッションの構造では着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B、及び黄色の着色層1034Y)を設けた封止基板1031で封止を行うことができる。封止基板1031には画素と画素との間に位置するように黒色層1035を設けても良い。着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B、及び黄色の着色層1034Y)や黒色層1035は、オーバーコート層(図示しない)によって覆われていても良い。なお、封止基板1031は透光性を有する基板を用いることとする。
また、図8においては、白色の発光が得られるような発光素子と、該発光素子にそれぞれ着色層を設ける構成を例示したが、これに限定されない。例えば、図9(A)に示すように、白色の発光が得られるような発光素子と、赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、及び黄色の着色層1034Yを設けて、青色の着色層を設けずに、赤、緑、青、黄の4色でフルカラー表示を行う構成、または図9(B)に示すように、白色の発光が得られるような発光素子と、赤色の着色層1034R、及び緑色の着色層1034Gを設けて、青色及び黄色の着色層を設けずに、赤、緑、青、黄の4色でフルカラー表示を行う構成としてもよい。図8に示すように、白色の発光が得られるような発光素子と、該発光素子にそれぞれ着色層を設ける構成とした場合、外光反射を抑制できるといった効果を奏する。一方で、図9(B)に示すように、白色の発光が得られるような発光素子と、赤色の着色層及び緑色の着色層を設け、青色及び黄色の着色層を設けない構成とした場合、発光素子から射出された光のエネルギー損失が少ないため、消費電力を低くできるといった効果を奏する。
また、図10(A)に示すように、白色の発光が得られるような発光素子と、該発光素子にそれぞれ着色層を設けて、赤、緑、青の3色でフルカラー表示を行う構成、または図10(B)に示すように、白色の発光が得られるような発光素子と、赤色の着色層1034R、及び緑色の着色層1034Gを設けて、青色の着色層を設けずに、赤、緑、青の3色でフルカラー表示を行う構成としてもよい。
なお、図9(A)(B)、及び図10(A)(B)は、本発明の一態様の発光装置を説明する断面模式図であり、図8に示す駆動回路部1041、周辺部1042等を省略して例示している。また、図8に限らず、図9及び図10においても、マイクロキャビティ構造を採用してもよい。
本実施の形態における発光装置は、実施の形態1乃至実施の形態3に記載の発光素子を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、実施の形態1乃至実施の形態3で示した発光素子は発光効率の良好な発光素子であり、消費電力の低減された発光装置とすることができる。また、実施の形態1乃至実施の形態3に記載の発光素子と、カラーフィルタ等の着色層とを組み合わせることで、白色発光を得られる最適な素子構造とすることができる。また、実施の形態1乃至実施の形態3に記載の発光素子は、量産しやすい発光構造であり、安価な発光装置を提供することができる。
なお、上記構成は、他の実施の形態や本実施の形態中の他の構成と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置を有する表示装置について、図11を用いて説明を行う。
なお、図11(A)は、本発明の一態様の表示装置を説明するブロック図であり、図11(B)は、本発明の一態様の表示装置が有する画素回路を説明する回路図である。
図11(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部802という)と、画素部802の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部804という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路806という)と、端子部807と、を有する。なお、保護回路806は、設けない構成としてもよい。
駆動回路部804の一部、または全部は、画素部802と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部804の一部、または全部が、画素部802と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回路部804の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated Bonding)によって、実装することができる。
画素部802は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置された複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路801という)を有し、駆動回路部804は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ804aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するための回路(以下、ソースドライバ804b)などの駆動回路を有する。
ゲートドライバ804aは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ804aは、端子部807を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力する。例えば、ゲートドライバ804aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力され、パルス信号を出力する。ゲートドライバ804aは、走査信号が与えられる配線(以下、走査線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲートドライバ804aを複数設け、複数のゲートドライバ804aにより、走査線GL_1乃至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ804aは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ804aは、別の信号を供給することも可能である。
ソースドライバ804bは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ804bは、端子部807を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元となる信号(画像信号)が入力される。ソースドライバ804bは、画像信号を元に画素回路801に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ804bは、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ804bは、データ信号が与えられる配線(以下、データ線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有する。または、ソースドライバ804bは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ソースドライバ804bは、別の信号を供給することも可能である。
ソースドライバ804bは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ804bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ804bを構成してもよい。
複数の画素回路801のそれぞれは、走査信号が与えられる複数の走査線GLの一つを介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線DLの一つを介してデータ信号が入力される。また。複数の画素回路801のそれぞれは、ゲートドライバ804aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列目の画素回路801は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ804aからパルス信号が入力され、走査線GL_mの電位に応じてデータ線DL_n(nはY以下の自然数)を介してソースドライバ804bからデータ信号が入力される。
図11(A)に示す保護回路806は、例えば、ゲートドライバ804aと画素回路801の間の配線である走査線GLに接続される。または、保護回路806は、ソースドライバ804bと画素回路801の間の配線であるデータ線DLに接続される。または、保護回路806は、ゲートドライバ804aと端子部807との間の配線に接続することができる。または、保護回路806は、ソースドライバ804bと端子部807との間の配線に接続することができる。なお、端子部807は、外部の回路から表示装置に電源及び制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
保護回路806は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
図11(A)に示すように、画素部802と駆動回路部804にそれぞれ保護回路806を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。ただし、保護回路806の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ804aに保護回路806を接続した構成、またはソースドライバ804bに保護回路806を接続した構成とすることもできる。あるいは、端子部807に保護回路806を接続した構成とすることもできる。
また、図11(A)においては、ゲートドライバ804aとソースドライバ804bによって駆動回路部804を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ804aのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実装する構成としても良い。
また、図11(A)に示す複数の画素回路801は、例えば、図11(B)に示す構成とすることができる。
図11(B)に示す画素回路801は、トランジスタ852、854と、容量素子862と、発光素子872と、を有する。
トランジスタ852のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる配線(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ852のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(以下、走査線GL_mという)に電気的に接続される。
トランジスタ852は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
容量素子862の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線(以下、電位供給線VL_aという)に電気的に接続され、他方は、トランジスタ852のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
容量素子862は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
トランジスタ854のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電気的に接続される。さらに、トランジスタ854のゲート電極は、トランジスタ852のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
発光素子872のアノード及びカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に接続され、他方は、トランジスタ854のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
発光素子872としては、実施の形態1乃至実施の形態3に示す発光素子を用いることができる。
なお、電位供給線VL_a及び電位供給線VL_bの一方には、高電源電位VDDが与えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。
図11(B)の画素回路801を有する表示装置では、例えば、図11(A)に示すゲートドライバ804aにより各行の画素回路801を順次選択し、トランジスタ852をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
データが書き込まれた画素回路801は、トランジスタ852がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ854のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子872は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図12及び図13を用いて説明を行う。
図12に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有する。
本発明の一態様の発光装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。
上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
タッチパネル8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル8006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール8000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
図13(A)乃至図13(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定するまたは検知する機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有することができる。
図13(A)乃至図13(G)に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチセンサ機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図13(A)乃至図13(G)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。また、図13(A)乃至図13(G)には図示していないが、電子機器には、複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体(外部またはカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
図13(A)乃至図13(G)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図13(A)は、携帯情報端末9100を示す斜視図である。携帯情報端末9100が有する表示部9001は、可撓性を有する。そのため、湾曲した筐体9000の湾曲面に沿って表示部9001を組み込むことが可能である。また、表示部9001はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部9001に表示されたアイコンに触れることで、アプリケーションを起動することができる。
図13(B)は、携帯情報端末9101を示す斜視図である。携帯情報端末9101は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を省略して図示しているが、図13(A)に示す携帯情報端末9100と同様の位置に設けることができる。また、携帯情報端末9101は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、3つの操作ボタン9050(操作アイコンまたは単にアイコンともいう)を表示部9001の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部9001の他の面に表示することができる。なお、情報9051の一例としては、電子メールやSNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやSNSなどの題名、電子メールやSNSなどの送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報9051が表示されている位置に、情報9051の代わりに、操作ボタン9050などを表示してもよい。
図13(C)は、携帯情報端末9102を示す斜視図である。携帯情報端末9102は、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携帯情報端末9102の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状態で、その表示(ここでは情報9053)を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末9102の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
図13(D)は、腕時計型の携帯情報端末9200を示す斜視図である。携帯情報端末9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子9006を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子9006を介さずに無線給電により行ってもよい。
図13(E)(F)(G)は、折り畳み可能な携帯情報端末9201を示す斜視図である。また、図13(E)が携帯情報端末9201を展開した状態の斜視図であり、図13(F)が携帯情報端末9201を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図13(G)が携帯情報端末9201を折り畳んだ状態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9201が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることにより、携帯情報端末9201を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末9201は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲げることができる。
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。ただし、本発明の一態様の発光装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。また、本実施の形態において述べた電子機器の表示部においては、可撓性を有し、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる構成、または折り畳み可能な表示部の構成について例示したが、これに限定されず、可撓性を有さず、平面部に表示を行う構成としてもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置を適用した照明装置の一例について、図14を用いて説明する。
図14は、発光装置を室内の照明装置8501として用いた例である。なお、発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面を有する筐体を用いることで、発光領域が曲面を有する照明装置8502を形成することもできる。本実施の形態で示す発光装置に含まれる発光素子は薄膜状であり、筐体のデザインの自由度が高い。したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる。さらに、室内の壁面に大型の照明装置8503を備えても良い。また、照明装置8501、8502、8503に、タッチセンサを設けて、発光装置の電源のオンまたはオフを行ってもよい。
また、発光装置をテーブルの表面に用いることによりテーブルとしての機能を備えた照明装置8504とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光装置を用いることにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
以上のように、発光装置を適用した様々な照明装置が得られる。なお、これらの照明装置は本発明の一態様に含まれるものとする。
また、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子の作製例を示す。本実施例で作製する発光素子(発光素子1乃至発光素子4)の断面模式図を図15(A)(B)に、素子構造の詳細を表1に、使用した化合物の構造と略称を以下に示す。
<1−1.発光素子1の作製>
ガラス基板500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 SiO Doped Oxide)、膜厚110nm、面積2mm×2mm)を第1の電極501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(MoO)を重量比(DBT3P−II:MoO)が2:1、膜厚が40nmになるように共蒸着して正孔注入層511を形成した。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。
正孔注入層511上に3−[4−(9−フェナントリル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(PCPPn)を膜厚が20nmになるように蒸着して正孔輸送層512を形成した。
正孔輸送層512上に7−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−7H−ジベンゾ[c,g]カルバゾール(cgDBCzPA)、およびN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス〔3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル〕ピレン−1,6−ジアミン(1,6mMemFLPAPrn)を重量比(cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)が1:0.02、膜厚が10nmになるように共蒸着して第1の発光層513を形成した。なお、第1の発光層513において、cgDBCzPAがホスト材料であり、1,6mMemFLPAPrnが蛍光材料(ゲスト材料)である。
第1の発光層513上に2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(2mDBTBPDBq−II)、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9−ジメチル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9H−フルオレン−2−アミン(PCBBiF)、およびビス{2−[6−(2,6−ジメチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}(2,4−ペンタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(Ir(ppm−dmp)(acac))を重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:Ir(ppm−dmp)(acac))が0.8:0.2:0.05、膜厚が20nmになるように共蒸着して第2の発光層514を形成した。なお、第2の発光層514において、2mDBTBPDBq−IIが第1の有機化合物(ホスト材料)であり、PCBBiFが第2の有機化合物(アシスト材料)であり、Ir(ppm−dmp)(acac)が燐光材料(ゲスト材料)である。
第2の発光層514上に2mDBTBPDBq−IIを10nm、バソフェナントロリン(Bphen)を15nmになるように順次蒸着し、電子輸送層(515(1)、515(2))を形成した。電子輸送層(515(1)、515(2))上にフッ化リチウムを1nmの膜厚になるように蒸着して電子注入層516を形成し、さらにアルミニウムを200nmの膜厚になるように蒸着して第2の電極502を形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、シール材を用いて封止ガラス基板をガラス基板上に固定することで発光素子を封止した。なお、封止方法としては、シール材を発光素子の周囲に塗布し、封止時に365nmの紫外光を6J/cm照射し、80℃にて1時間熱処理した。以上の工程により発光素子1を得た。
<1−2.発光素子2の作製>
発光素子1と同様に第1の電極501上にDBT3P−IIと酸化モリブデンを重量比(DBT3P−II:MoO)が2:1、膜厚が40nmになるように共蒸着して正孔注入層511を形成した。
正孔注入層511上にPCPPnを膜厚が20nmになるように蒸着して正孔輸送層512を形成した。
正孔輸送層512上にcgDBCzPA、および1,6mMemFLPAPrnを重量比(cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)が1:0.02、膜厚が10nmになるように共蒸着して第1の発光層513を形成した。
第1の発光層513上に2mDBTBPDBq−II、およびPCBBiFを重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF)が0.6:0.4、膜厚が2nmになるように共蒸着して分離層520を形成した。
分離層520上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、およびIr(ppm−dmp)(acac)を重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:Ir(ppm−dmp)(acac))が0.8:0.2:0.05、膜厚が20nmになるように共蒸着して第2の発光層514を形成した。
第2の発光層514上に2mDBTBPDBq−IIを10nm、Bphenを15nmになるように順次蒸着し、電子輸送層(515(1)、515(2))を形成した。電子輸送層(515(1)、515(2))上にフッ化リチウムを1nmの膜厚になるように蒸着して電子注入層516を形成し、さらにアルミニウムを200nmの膜厚になるように蒸着して第2の電極502を形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、シール材を用いて封止ガラス基板をガラス基板上に固定することで発光素子を封止し、発光素子2を得た。なお、封止方法としては、発光素子1と同様の方法とした。
<1−3.発光素子3の作製>
発光素子3は、先に示す発光素子1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1と同様の作製方法とした。
第1の発光層513上に2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(2mDBTBPDBq−II)、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9−ジメチル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9H−フルオレン−2−アミン(PCBBiF)、およびビス{2−[6−(2,6−ジメチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}(2,4−ペンタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(Ir(ppm−dmp)(acac))を重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:Ir(ppm−dmp)(acac))が0.5:0.5:0.05、膜厚が20nmになるように共蒸着して第2の発光層514を形成した。
<1−4.発光素子4の作製>
発光素子4は、先に示す発光素子2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2と同様の作製方法とした。
分離層520上に2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(2mDBTBPDBq−II)、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9−ジメチル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9H−フルオレン−2−アミン(PCBBiF)、およびビス{2−[6−(2,6−ジメチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}(2,4−ペンタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(Ir(ppm−dmp)(acac))を重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:Ir(ppm−dmp)(acac))が0.5:0.5:0.05、膜厚が20nmになるように共蒸着して第2の発光層514を形成した。
なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
<1−5.発光素子1乃至発光素子4の特性>
発光素子1乃至発光素子4の電流密度−輝度特性を図16(A)に示す。なお、図16(A)において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。また、発光素子1乃至発光素子4の電圧−輝度特性を図16(B)に示す。なお、図16(B)において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。また、発光素子1乃至発光素子4の輝度−パワー効率特性を図17(A)に示す。なお、図17(A)において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸はパワー効率(lm/W)を、それぞれ示す。また、発光素子1乃至発光素子4の輝度−電流効率特性を図17(B)に示す。なお、図17(B)において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は電流効率(cd/A)を、それぞれ示す。なお、各発光素子の測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における発光素子1乃至発光素子4の素子特性を表2に示す。
また、発光素子1乃至発光素子4に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを図18に示す。図18に示す通り、発光素子1乃至発光素子4は、青色及び黄色の波長領域にピークがそれぞれ観察されることから、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。
なお、表1に示す通り、発光素子1及び発光素子2は、分離層520の有無が異なる。また、発光素子3及び発光素子4は、分離層520の有無が異なる。図16及び図17に示す結果より、発光素子1及び発光素子2では分離層520の有無に関わらず、概ね同じ素子特性が得られた。また、図16及び図17に示す結果より、発光素子3及び発光素子4では分離層520の有無に関わらず、概ね同じ素子特性が得られた。なお、発光素子1及び発光素子2と、発光素子3及び発光素子4とを比較した場合、発光素子3及び発光素子4の第2の発光層514の第2の有機化合物(アシスト材料)であるPCBBiFの濃度を増やしている。これにより、黄色のスペクトル強度が高くなっていることが分かる。したがって、高効率の素子特性を維持し、且つ黄色のスペクトル強度を容易に調整することが分かった。また、図18に示す結果より、発光素子1と発光素子2においては、分離層520の有無で青色と黄色の発光スペクトルの強度比を調整できることが確認できた。
以上、本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いる事ができる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子の作製例を示す。本実施例で作製する発光素子(発光素子5)の断面模式図を図15(B)に、素子構造の詳細を表3に、使用した化合物の構造と略称を以下に示す。なお、実施例1に記載の発光素子1乃至発光素子4で使用した化合物の構造と名称は省略する。
<2−1.発光素子5の作製>
発光素子1と同様に第1の電極501上にDBT3P−IIと酸化モリブデンを重量比(DBT3P−II:MoO)が2:1、膜厚が20nmになるように共蒸着して正孔注入層511を形成した。
正孔注入層511上にPCPPnを膜厚が20nmになるように蒸着して正孔輸送層512を形成した。
正孔輸送層512上にcgDBCzPA、およびN,N’−ビス(ジベンゾフラン−4−イル)−N,N’−ジフェニル−ピレン−1,6−ジアミン(1,6FrAPrn−II)を重量比(cgDBCzPA:1,6FrAPrn−II)が1:0.03、膜厚が5nmになるように共蒸着して第1の発光層513を形成した。なお、第1の発光層513において、cgDBCzPAがホスト材料であり、1,6FrAPrn−IIが蛍光材料(ゲスト材料)である。
第1の発光層513上に2mDBTBPDBq−II、およびPCBBiFを重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF)が0.6:0.4、膜厚が2nmになるように共蒸着して分離層520を形成した。
分離層520上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、およびビス{4,6−ジメチル−2−[6−(2,6−ジメチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}(2,4−ペンタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(Ir(dmppm−dmp)(acac))を重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:Ir(dmppm−dmp)(acac))が0.8:0.2:0.05、膜厚が20nmになるように共蒸着して第2の発光層514を形成した。なお、第2の発光層514において、2mDBTBPDBq−IIが第1の有機化合物(ホスト材料)であり、PCBBiFが第2の有機化合物(アシスト材料)であり、Ir(dmppm−dmp)(acac)が燐光材料(ゲスト材料)である。
第2の発光層514上に2mDBTBPDBq−IIを10nm、Bphenを15nmになるように順次蒸着し、電子輸送層(515(1)、515(2))を形成した。電子輸送層(515(1)、515(2))上にフッ化リチウムを1nmの膜厚になるように蒸着して電子注入層516を形成し、さらにアルミニウムを200nmの膜厚になるように蒸着して第2の電極502を形成した。
なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、シール材を用いて封止ガラス基板をガラス基板上に固定することで発光素子を封止し、発光素子5を得た。なお、封止方法としては、発光素子1と同様の方法とした。
<2−2.発光素子5の特性>
発光素子5の電流密度−輝度特性を図19(A)に示す。なお、図19(A)において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。また、発光素子5の電圧−輝度特性を図19(B)に示す。なお、図19(B)において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。また、発光素子5の輝度−パワー効率特性を図20(A)に示す。なお、図20(A)において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸はパワー効率(lm/W)を、それぞれ示す。また、発光素子5の輝度−電流効率特性を図20(B)に示す。なお、図20(B)において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は電流効率(cd/A)を、それぞれ示す。なお、発光素子の測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における発光素子5の素子特性を表4に示す。
また、発光素子5に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを図21に示す。図21に示す通り、発光素子5は、青色及び黄色の波長領域にピークがそれぞれ観察されることから、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。
本実施例の発光素子5は、実施例1に示す発光素子1乃至発光素子4と第1の発光層513の蛍光材料、及び第2の発光層514の燐光材料が異なる。図19及び図20に示す結果より、発光素子5は、実施例1に示す発光素子1乃至発光素子4と同様に、高効率な素子特性であることが分かる。また、発光素子5の1000cd/m付近における相関色温度を測定したところ、2850Kであった。したがって、照明用途としても使用可能であることが分かる。
以上、本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いる事ができる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子の作製例を示す。本実施例で作製する発光素子(発光素子6)の断面模式図を図15(B)に、素子構造の詳細を表5に、使用した化合物の構造と略称を以下に示す。なお、実施例1に記載の発光素子1乃至発光素子4で使用した化合物の構造と名称は省略する。
<3−1.発光素子6の作製>
発光素子1と同様に第1の電極501上にDBT3P−IIと酸化モリブデンを重量比(DBT3P−II:MoO)が2:1、膜厚が20nmになるように共蒸着して正孔注入層511を形成した。
正孔注入層511上にPCPPnを膜厚が20nmになるように蒸着して正孔輸送層512を形成した。
正孔輸送層512上にcgDBCzPA、および1,6mMemFLPAPrnを重量比(cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)が1:0.03、膜厚が5nmになるように共蒸着して第1の発光層513を形成した。
第1の発光層513上に2mDBTBPDBq−II、およびPCBBiFを重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF)が0.6:0.4、膜厚が2nmになるように共蒸着して分離層520を形成した。
分離層520上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、および(アセチルアセトナト)ビス[5−メチル−6−(2−メチルフェニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(別名:ビス{2−[5−メチル−6−(2−メチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}(2,4−ペンタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III))(Ir(mpmppm)(acac))を重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:Ir(mpmppm)(acac))が0.8:0.2:0.05、膜厚が20nmになるように共蒸着して第2の発光層514を形成した。なお、第2の発光層514において、2mDBTBPDBq−IIが第1の有機化合物(ホスト材料)であり、PCBBiFが第2の有機化合物(アシスト材料)であり、Ir(mpmppm)(acac)が燐光材料(ゲスト材料)である。
第2の発光層514上に2mDBTBPDBq−IIを10nm、Bphenを15nmになるように順次蒸着し、電子輸送層(515(1)、515(2))を形成した。電子輸送層(515(1)、515(2))上にフッ化リチウムを1nmの膜厚になるように蒸着して電子注入層516を形成し、さらにアルミニウムを200nmの膜厚になるように蒸着して第2の電極502を形成した。
なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、シール材を用いて封止ガラス基板をガラス基板上に固定することで発光素子を封止し、発光素子6を得た。なお、封止方法としては、発光素子1と同様の方法とした。
<3−2.発光素子6の特性>
発光素子6の電流密度−輝度特性を図22(A)に示す。なお、図22(A)において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。また、発光素子6の電圧−輝度特性を図22(B)に示す。なお、図22(B)において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。また、発光素子6の輝度−パワー効率特性を図23(A)に示す。なお、図23(A)において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸はパワー効率(lm/W)を、それぞれ示す。また、発光素子6の輝度−電流効率を図23(B)に示す。なお、図23(B)において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は電流効率(cd/A)を、それぞれ示す。なお、発光素子の測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における発光素子6の素子特性を表6に示す。
また、発光素子6に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを図24に示す。図24に示す通り、発光素子6は、青色及び黄色の波長領域にピークがそれぞれ観察されることから、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。
本実施例の発光素子6は、実施例1に示す発光素子1乃至発光素子4と第2の発光層514の燐光材料が異なる。図22及び図23に示す結果より、発光素子6は、実施例1に示す発光素子1乃至発光素子4と同様に、高効率な素子特性であることが分かる。また、発光素子6の1000cd/m付近における相関色温度を測定したところ、3090Kであった。したがって、照明用途としても使用可能であることが分かる。
以上、本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いる事ができる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子の作製例を示す。本実施例で作製する発光素子(発光素子7乃至発光素子10)の断面模式図を図25に、素子構造の詳細を表7に、それぞれ示す。なお。発光素子7乃至発光素子10に使用した化合物の構造については、発光素子1乃至発光素子6で使用した化合物の構造と同様であるため、ここでの記載は省略する。
<4−1.発光素子7乃至発光素子10の作製>
ガラス基板500上に、第1の電極501(1)として、アルミニウム(Al)と、ニッケル(Ni)と、ランタン(La)の合金膜(Al−Ni−La)をスパッタリング法により、200nmの膜厚で成膜した。次に、第1の電極501(2)として、チタン(Ti)をスパッタリング法により6nmの膜厚で成膜し、300℃で1時間の熱処理を行うことで酸化チタンを有する膜を形成した。次に、第1の電極501(3)として、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法により成膜した。なお、第1の電極501(1)、第1の電極501(2)、及び第1の電極501(3)により、第1の電極501が構成され、第1の電極501の電極面積を2mm×2mmとした。
また、発光素子7、発光素子8、及び発光素子10の第1の電極501(3)の膜厚は75nmとし、発光素子9の第1の電極501(3)の膜厚は40nmとした。
次に、第1の電極501(3)上にDBT3P−IIと酸化モリブデンを重量比(DBT3P−II:MoO)が2:1になるように共蒸着して正孔注入層511を形成した。
また、発光素子7の正孔注入層511の膜厚は87.5nmとし、発光素子8の正孔注入層511の膜厚は57.5nmとし、発光素子9の正孔注入層511の膜厚は50nmとし、発光素子10の正孔注入層511の膜厚は65nmとした
次に、正孔注入層511上にPCPPnを膜厚が20nmになるように蒸着して正孔輸送層512を形成した。
正孔輸送層512上にcgDBCzPA、及び1,6mMemFLPAPrnを重量比(cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)が1:0.02、膜厚が10nmになるように共蒸着して第1の発光層513を形成した。
第1の発光層513上に2mDBTBPDBq−II、およびPCBBiFを重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF)が0.2:0.3、膜厚が2nmになるように共蒸着して分離層520を形成した。
分離層520上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、及びIr(mpmppm)(acac)を重量比(2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:Ir(mpmppm)(acac)が0.8:0.2:0.06、膜厚が20nmになるように共蒸着して第2の発光層514を形成した。
第2の発光層514上に2mDBTBPDBq−II、及びBphenをそれぞれ膜厚が15nm、20nmになるように順次蒸着し、電子輸送層(515(1)、515(2))を形成した。電子輸送層(515(1)、515(2))上にフッ化リチウムを1nmの膜厚になるように蒸着して電子注入層516を形成した。
電子注入層516上に銀(Ag)とマグネシウム(Mg)の合金を体積比(Ag:Mg)が0.5:0.05、膜厚が15nmになるように共蒸着して第2の電極502(1)を形成した。
次に、第2の電極502(1)上にITO膜を、70nmの膜厚になるようにスパッタリング法により形成した。
なお、表7に示すように、発光素子7の封止基板550には、着色層552として、膜厚2.36μmの赤色(R)のカラーフィルタを、発光素子8の封止基板550には、着色層552として、膜厚1.29μmの緑色(G)のカラーフィルタを、発光素子9の封止基板550には、着色層552として、膜厚0.78μmの青色(B)のカラーフィルタを、発光素子10の封止基板550には、着色層552として、膜厚0.80μmの黄色(Y)のカラーフィルタを、それぞれ形成した。
上記により作製した発光素子7乃至発光素子10と、上記により作製した封止基板とを大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において張り合わせることにより封止した(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時に365nmの紫外光を6J/cm照射し、80℃にて1時間熱処理した)。
なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
<4−2.発光素子7乃至発光素子10の特性>
発光素子7乃至発光素子10の電流密度−輝度特性を図26(A)に示す。なお、図26(A)において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。また、発光素子7乃至発光素子10の電圧−輝度特性を図26(B)に示す。なお、図26(B)において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m)を、それぞれ示す。なお、各発光素子の測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における発光素子7乃至発光素子10の素子特性を表8に示す。
また、発光素子7乃至発光素子10に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを図27に示す。図27に示す通り、発光素子7は赤色の波長領域にピークが観察され、発光素子8は緑色の波長領域にピークが観察され、発光素子9は青色の波長領域にピークが観察され、発光素子10は黄色の波長領域にピークが観察される。したがって、発光素子7乃至発光素子10を組み合わせて用いることで、フルカラー化を実現できることが分かる。
また、本実施例で作製した発光素子7乃至発光素子10は、表7に示す通り、同一の第1の発光層513、及び第2の発光層514を用いている。また、図26及び図27に示す結果より、第1の発光層513及び第2の発光層514を同一の構造を用いても、それぞれ異なる発光スペクトルを有する発光素子において、電流効率が高く、優れた素子特性であることが確認できた。
以上、本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いる事ができる。
(参考例)
実施例1及び実施例2で用いたIr(ppm−dmp)(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。
<1.4−クロロ−6−フェニルピリミジンの合成>
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(Pd(PPhCl)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ー(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。
<2.4−フェニル−6−(2,6−ジメチルフェニル)ピリミジン(Hppm−dmp)の合成>
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、Pd(PPhCl59mg、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)。
<3.ジ−μ−クロロ−テトラキス{2−[6−(2,6−ジメチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}ジイリジウム(III)([Ir(ppm−dmp)Cl])の合成>
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)Cl]を1.1g得た(収率:74%、橙色の固体)。
<4.Ir(ppm−dmp)(acac)の合成>
[Ir(ppm−dmp)Cl]1.1g、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)(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)(acac)のH−NMR(核磁気共鳴)スペクトルデータを以下に示す。
H−NMR.δ(CDCl):1.85(s,6H),2.26(s,12H),5.35(s,1H),6.46−6.48(dd,2H),6.83−6.90(dm,4H),7.20−7.22(d,4H),7.29−7.32(t,2H),7.63−7.65(dd,2H),7.72(ds,2H),9.24(ds,2H)。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子の構成における第1の発光層のみを有する発光素子11と、本発明の一態様である発光素子の構成における第2の発光層のみを有する発光素子12の作製例を示す。また、本実施例で使用した化合物(N,N’−(ピレン−1,6−ジイル)ビス[(6,N−ジフェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン)−8−アミン](略称:1,6BnfAPrn−03))の構造を以下に示す。なお、上述した他の実施例に記載の発光素子で使用した化合物の構造と名称は省略する。
<5−1.発光素子11および12の作製>
発光素子11は、実施例1で説明した発光素子1と同様に第1の電極501上に正孔注入層511、正孔輸送層512、第1の発光層513が積層された構造を有するが、第2の発光層514を形成せずに第1の発光層513上に電子輸送層515(1)、515(2)、電子注入層516、第2の電極502が順次積層される構造である。また、発光素子12は、実施例1で説明した発光素子1と同様に第1の電極501上に正孔注入層511、正孔輸送層512が積層された構造を有するが、第1の発光層513を形成せずに正孔輸送層512上に第2の発光層514、電子輸送層515(1)、515(2)、電子注入層516、第2の電極502が順次積層される構造である。
したがって、発光素子の具体的な作製方法については、実施例1を参照することとし、本実施例で作製する発光素子(発光素子11および12)の詳細な素子構造は表9に示す通りとする。
<5−2.発光素子11および12の特性>
発光素子11の輝度−外部量子効率特性を図28、発光素子12の輝度−外部量子効率特性を図31にそれぞれ示す。なお、図28および図31において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。なお、発光素子の測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における発光素子11および発光素子12の素子特性を表10に示す。
また、発光素子11に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを図29に示す。同様に発光素子12に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを図32に示す。なお、図29および図32において、横軸は波長(nm)を、縦軸は発光強度(任意単位)を示す。図29に示す通り、発光素子11は、青色の波長領域にピークが観察されることから、第1の発光層513に含まれる発光材料からの発光が得られていることが分かる。また、図32に示す通り、発光素子12は、黄色の波長領域にピークが観察されることから、第2の発光層514に含まれる発光材料からの発光が得られていることが分かる。
また、発光素子11および発光素子12について信頼性試験を行った。発光素子11について測定した結果を図30、発光素子12について測定した結果を図33に示す。図30および図33において、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%)を示し、横軸は素子の駆動時間(h)を示す。なお、信頼性試験は、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で発光素子11および発光素子12をそれぞれ駆動させた。その結果、発光素子11では130時間まで、発光素子12では1300時間まで、それぞれの初期輝度のおよそ90%を維持することができた。
以上、本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いる事ができる。
(参考例)
本参考例では、実施例で用いた有機化合物、N,N’−(ピレン−1,6−ジイル)ビス[(6,N−ジフェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン)−8−アミン](略称:1,6BnfAPrn−03)の合成方法について説明する。なお、1,6BnfAPrn−03の構造を以下に示す。
<ステップ1:6−ヨードベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フランの合成>
500mL三口フラスコに、8.5g(39mmol)のベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フランを加え、フラスコ内を窒素置換した後、195mLのテトラヒドロフラン(THF)を加えた。この溶液を−75℃に冷却してから、この溶液に25mL(40mmol)のn−ブチルリチウム(1.59mol/L n−ヘキサン溶液)を滴下して加えた。滴下後、得られた溶液を室温で1時間攪拌した。
所定時間経過後、この溶液を−75℃に冷却してから、ヨウ素10g(40mmol)をTHF40mLに溶かした溶液を滴下して加えた。滴下後、得られた溶液を室温に戻しながら17時間攪拌した。所定時間経過後、この混合物にチオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、1時間攪拌した後、この混合物の有機層を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を自然濾過し、得られた溶液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)を通して吸引濾過した。得られた濾液を濃縮して得た固体を、トルエンにて再結晶を行ったところ、目的の白色粉末を収量6.0g(18mmol)、収率45%で得た。ステップ1の合成スキームを以下に示す。
<ステップ2:.6−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フランの合成>
200mL三口フラスコに、6.0g(18mmol)の6−ヨードベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フランと、2.4g(19mmol)のフェニルボロン酸と、70mLのトルエンと、20mLのエタノールと、22mLの炭酸カリウム水溶液(2.0mol/L)を入れた。この混合物を減圧しながら攪拌することで脱気をした。脱気後フラスコ内を窒素下としてから、480mg(0.42mmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加えた。この混合物を窒素気流下、90℃で12時間攪拌した。
所定時間経過後、この混合物に水を加え、有機層と水層に分離した。該水層からトルエンにより抽出した抽出液と有機層を合わせて、水で洗浄後、硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を自然濾過し、得られた濾液を濃縮して得た固体を、トルエンに溶かした。得られた溶液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、アルミナを通して吸引濾過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、トルエンにより再結晶を行ったところ、目的の白色固体を収量4.9g(17mmol)、収率93%で得た。ステップ2の合成スキームを以下に示す。
<ステップ3:8−ヨード−6−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フランの合成>
300mL三口フラスコに、4.9g(17mmol)の6−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]を加え、フラスコ内を窒素置換した後、87mLのテトラヒドロフラン(THF)を加えた。この溶液を−75℃に冷却してから、この溶液に11mL(18mmol)のn−ブチルリチウム(1.59mol/L n−ヘキサン溶液)を滴下して加えた。滴下後、得られた溶液を室温で1時間攪拌した。所定時間経過後、この溶液を−75℃に冷却してから、ヨウ素4.6g(18mmol)をTHF18mLに溶かした溶液を滴下して加えた。
得られた溶液を室温に戻しながら17時間攪拌した。所定時間経過後、この混合物にチオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、1時間攪拌した後、この混合物の有機層を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を自然濾過して得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、アルミナを通して吸引濾過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、トルエンにより再結晶を行ったところ、目的の白色固体を収量3.7g(8.8mmol)、収率53%で得た。ステップ3の合成スキームを以下に示す。
<ステップ4:1,6BnfAPrn−03の合成>
100mL三口フラスコに、0.71g(2.0mmol)の1,6−ジブロモピレンと、1.0g(10.4mmol)のナトリウムtert−ブトキシドと、トルエン10mLと、0.36mL(4.0mmol)のアニリンと、0.3mLのトリ(tert−ブチル)ホスフィンの10wt%ヘキサン溶液を加え、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に50mg(85μmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加え、80℃で2時間攪拌した。
所定時間経過後、得られた混合物に、1.7g(4.0mmol)の8−ヨード−6−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フランと、180mg(0.44mmol)の2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’、6’−ジメトキシビフェニル(略称:S−Phos)と、50mg(85μmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加え、この混合物を100℃で15時間攪拌した。所定時間経過後、得られた混合物をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通してろ過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、エタノールで洗浄し、トルエンにて再結晶を行ったところ、目的の黄色固体を1.38g(1.4mmol)、収率71%で得た。
得られた黄色固体1.37mg(1.4mmol)をトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、アルゴン流量10mL/min、圧力2.3Paの条件で黄色固体を370℃で加熱して行った。昇華精製後、黄色固体を0.68g(0.70mmol)、50%の回収率で得た。ステップ4の合成スキームを以下に示す。
なお、上記ステップ4で得られた黄色固体の核磁気共鳴分光法(H NMR)による分析結果を以下に示す。この結果から、1,6BnfAPrn−03が得られたことがわかった。
H NMR(ジクロロメタン−d2、500MHz):δ=6.88(t、J=7.7Hz、4H)、7.03−7.06(m、6H)、7.11(t、J=7.5Hz、2H)、7.13(d、J=8.0Hz、2H)、7.28−7.32(m、8H)、7.37(t、J=8.0Hz、2H)、7.59(t、J=7.2Hz、2H)、7.75(t、J=7.7Hz、2H)、7.84(d、J=9.0Hz、2H)、7.88(d、J=8.0Hz、2H)、8.01(s、2H)、8.07(d、J=8.0Hz、4H)、8.14(d、J=9.0Hz、2H)、8.21(d、J=8.0Hz、2H)、8.69(d、J=8.5Hz、2H).
100 発光素子
101 電極
102 電極
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 発光層
114 発光層
115 電子輸送層
116 電子注入層
120 分離層
130 EL層
131 発光ユニット
132 発光ユニット
133 電荷発生層
140 発光素子
150 発光素子
160 発光素子
170 発光素子
500 ガラス基板
501 電極
502 電極
511 正孔注入層
512 正孔輸送層
513 発光層
514 発光層
515(1) 電子輸送層
515(2) 電子輸送層
516 電子注入層
520 分離層
550 封止基板
552 着色層
600 発光装置
601 ソース線駆動回路部
602 画素部
603 ゲート線駆動回路部
604 封止基板
605 シール材
607 領域
608 配線
609 FPC
610 素子基板
611 FET
612 FET
613 電極
614 絶縁物
616 EL層
617 電極
618 発光素子
623 FET
624 FET
801 画素回路
802 画素部
804 駆動回路部
804a ゲートドライバ
804b ソースドライバ
806 保護回路
807 端子部
852 トランジスタ
854 トランジスタ
862 容量素子
872 発光素子
1001 基板
1002 下地絶縁膜
1003 ゲート絶縁膜
1006 ゲート電極
1007 ゲート電極
1008 ゲート電極
1020 層間絶縁膜
1021 層間絶縁膜
1022 電極
1024B 電極
1024G 電極
1024R 電極
1024Y 電極
1025 隔壁
1026 電極
1028 EL層
1031 封止基板
1032 シール材
1033 基材
1034B 着色層
1034G 着色層
1034R 着色層
1034Y 着色層
1035 黒色層
1036 オーバーコート層
1037 層間絶縁膜
1040 画素部
1041 駆動回路部
1042 周辺部
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
8501 照明装置
8502 照明装置
8503 照明装置
8504 照明装置
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
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9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末

Claims (15)

  1. 一対の電極間にEL層が挟まれた発光素子であって、
    前記EL層は、
    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、
    蛍光材料と、
    ホスト材料と、を有し、
    前記第2の発光層は、
    燐光材料と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、を有し、
    前記第2の発光層からの発光スペクトルは、
    黄色の波長領域にピークを有し、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物とは励起錯体を形成する、
    ことを特徴とする発光素子。
  2. 請求項1において、
    前記燐光材料は、1つである、
    ことを特徴とする発光素子。
  3. 請求項1において、
    前記励起錯体から前記燐光材料へのエネルギー授受がある、
    ことを特徴とする発光素子。
  4. 請求項1において、
    前記ホスト材料の一重項励起準位は、
    前記蛍光材料の一重項励起準位よりも大きく、
    前記ホスト材料の三重項励起準位は、
    前記蛍光材料の三重項励起準位よりも小さい、
    ことを特徴とする発光素子。
  5. 請求項1または請求項4において、
    前記ホスト材料の三重項励起準位は、
    前記第1の有機化合物及び前記第2の有機化合物の三重項励起準位よりも小さい、
    ことを特徴とする発光素子。
  6. 請求項1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。
  7. 請求項1において、
    前記第1の発光層と、前記第2の発光層とが、互いに離れている領域を有する、
    ことを特徴とする発光素子。
  8. 請求項7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。
  9. 請求項1または請求項6乃至請求項8のいずれか一項において、
    前記第2の発光層は、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。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれか一つに記載の発光素子と、
    トランジスタまたは基板を有する、
    ことを特徴とする発光装置。
  11. 請求項10に記載の発光装置と、
    前記発光装置に接続されるコネクターと、を有する、
    ことを特徴とするモジュール。
  12. 請求項11において、
    前記コネクターは、
    FPCまたはTCPである、
    ことを特徴とするモジュール。
  13. 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、
    ことを特徴とする電子機器。
  14. 請求項11または請求項12に記載のモジュールと、
    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、
    ことを特徴とする電子機器。
  15. 請求項10に記載の発光装置と、
    筐体を有する、
    ことを特徴とする照明装置。
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