JP2020039007A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
を利用した発光素子(以下、有機EL素子とも記す)に関する。
許文献1参照)。有機EL素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を
含む層(以下、発光層とも記す)を挟んだものであり、薄型軽量化できる、入力信号に高
速に応答できる、直流低電圧駆動が可能である、などの特性から、次世代のフラットパネ
ルディスプレイ素子として注目されている。
が広いという特徴も有している。さらに、有機EL素子は面光源であるため、液晶ディス
プレイのバックライトや照明等の光源としての応用も考えられている。
電圧を印加することにより、電極から注入された電子およびホール(正孔)が再結合して
発光物質が励起状態となり、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。そして、励起
状態の種類としては、一重項励起状態(S*)と三重項励起状態(T*)が可能である。
また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、S*:T*=1:3であると考えられ
ている。
(S*)からの発光は、同じスピン多重度間の電子遷移であり、蛍光と呼ばれる。一方、
三重項励起状態(T*)からの発光は、異なるスピン多重度間の電子遷移であり、燐光と
呼ばれる。通常、蛍光を発する化合物(以下、蛍光性化合物と記す)は室温において燐光
は観測されず蛍光のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子におけ
る内部量子効率(注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合)の理論的限界は、
S*:T*=1:3であることを根拠に25%とされている。
効率を100%まで上昇させることが可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて高い発
光効率を得ることが可能になる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するため
に、燐光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んにおこなわれている。特に、燐光性
化合物としては、その燐光量子効率の高さゆえに、イリジウム等を中心金属とする有機金
属錯体が注目されており、例えば、特許文献1には、イリジウムを中心金属とする有機金
属錯体が燐光材料として開示されている。
光や三重項−三重項消滅による消光を抑制するために、他の化合物からなるマトリクス中
に該燐光性化合物が分散するように形成されることが多い。この時、マトリクスとなる化
合物はホスト、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される化合物はゲスト(あるい
はドーパント)と呼ばれる。
性のよい材料を混合して形成する方法が提案されている。例えば、非特許文献1では電子
輸送性のよいトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(略称:Alq3)と、正孔輸
送性のよい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)という2種類の材料と、ゲスト(ドーパント)としてメチルキナクリドン
(略称:mqa)を用いる発光装置が提案されている。
バランスよく伝導させることができる。すなわち、電子はAlq3を伝導し、正孔はNP
Bを伝導して、いずれもmqaに至り、mqaを励起状態とすることができる。mqaは
蛍光しか発しないが、特許文献2では、ゲストとして燐光性化合物を用いることで、三重
項励起状態からの発光を得ることが開示されている。
(クラーク数5×10−7%)、金(クラーク数5×10−7%)より地表付近に埋蔵さ
れている量は少ない。このため、その安定供給に懸念があり、その使用量の削減が求めら
れる。
ると発光効率が低下する。これは以下のように説明できる。ゲスト分子を励起状態とする
には、大きく分けて2つの過程が考えられる。ひとつは、電子と正孔がゲスト分子に注入
されることによりゲスト分子が励起される直接再結合過程である。他のひとつは、励起さ
れたホスト分子の状態がゲスト分子に移動するエネルギー移動過程である。
、ゲストの濃度が低下すると再結合確率が減少し、発光効率が低下する。
の理論が提唱されている。
及びゲスト分子間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起こる、とするもの
である。双極子振動の共鳴現象によってホスト分子がゲスト分子にエネルギーを受け渡し
、ホスト分子が基底状態になり、ゲスト分子が励起状態になる。フェルスター機構の速度
定数kh * →gを数式(1)に示す。
発光スペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、
三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル)を表し、εg(ν
)は、ゲスト分子のモル吸光係数を表し、Nは、アボガドロ数を表し、nは、媒体の屈折
率を表し、Rは、ホスト分子とゲスト分子の分子間距離を表し、τは、実測される励起状
態の寿命(蛍光寿命や燐光寿命)を表し、cは、光速を表し、φは、発光量子効率(一重
項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光量子効率、三重項励起状態からのエ
ネルギー移動を論じる場合は燐光量子効率)を表し、K2は、ホスト分子とゲスト分子の
遷移双極子モーメントの配向を表す係数(0〜4)である。なお、ランダム配向の場合は
K2=2/3である。
き、励起状態のホスト分子の電子と基底状態のゲスト分子の電子の交換を通じてエネルギ
ー移動が起こる、とするものである。デクスター機構の速度定数kh * →gを数式(2)
に示す。
あり、νは、振動数を表し、f’h(ν)は、ホスト分子の規格化された発光スペクトル
(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態
からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル)を表し、ε’g(ν)は、ゲスト
分子の規格化された吸収スペクトルを表し、Lは、実効分子半径を表し、Rは、ホスト分
子とゲスト分子の分子間距離を表す。
スター機構によるエネルギー移動が可能な距離は10nm程度までとされている。したが
って、ゲストの濃度が小さくなり、ゲスト分子と励起状態にあるホスト分子との距離が大
きくなるとエネルギー移動の効率が著しく低下する。そのため、ゲストの濃度は3%以上
であることが必須とされてきた。
を考えると、ゲストを効率よく励起状態にするためにはゲストの濃度を高くする必要があ
る。しかしながら一方で、ゲストが高濃度の場合、ゲストが凝集することによる発光効率
の低下、いわゆる濃度消光が生じてしまうため、ゲストの励起状態が効率よく生成できた
としても、結果として素子の発光効率は低下してしまう。つまり、ゲストの濃度が低いと
、ゲストの励起状態の生成効率が悪くなり、ゲストの濃度が高いと、濃度消光が生じてし
まうため、いずれにしても発光効率が低下するというジレンマがあった。
トの濃度を低下させた発光素子を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は高
効率な発光装置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、長寿命な発光装
置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、劣化の少ない発光装置を提供
することを課題とする。また、本発明の一態様は、信頼性の高い発光装置を提供すること
を課題とする。本発明の一態様は上記の課題の少なくとも1つを解決する。
層を一対の電極間に有し、第1の有機化合物及び第2の有機化合物が、励起錯体を形成す
る組み合わせであり、第1の有機化合物と第2の有機化合物の重量の和に対する燐光性化
合物の重量の比率が、0.1%以上2.5%以下、好ましくは0.1%以上1.5%以下
、より好ましくは0.1%以上0.5%以下である発光素子である。
む発光層を一対の電極間に有し、少なくとも一つの第1の有機化合物及び少なくとも一つ
の第2の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、励起錯体が燐光性化合物
に作用して、燐光性化合物が燐光を発光し、第1の有機化合物と第2の有機化合物の重量
の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、0.1%以上2.5%以下、好ましくは0.
1%以上1.5%以下、より好ましくは0.1%以上0.5%以下である発光素子である
。
む発光層を一対の電極間に有し、第1の有機化合物または第2の有機化合物は、その一重
項励起子から、第1の有機化合物と第2の有機化合物の励起錯体が形成されるものであり
、第1の有機化合物と第2の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が
、0.1%以上2.5%以下、好ましくは0.1%以上1.5%以下、より好ましくは0
.1%以上0.5%以下である発光素子である。
む発光層を一対の電極間に有し、第1の有機化合物及び第2の有機化合物は、第1の有機
化合物のアニオン及び第2の有機化合物のカチオンから、第1の有機化合物と第2の有機
化合物の励起錯体が形成されるものであり、第1の有機化合物と第2の有機化合物の重量
の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、0.1%以上2.5%以下、好ましくは0.
1%以上1.5%以下、より好ましくは0.1%以上0.5%以下である発光素子である
。
化合物が燐光を発することが好ましい。
性化合物であることが好ましい。
好ましい。
吸光係数が5000M−1cm−1以上であることが好ましい。
第2の有機化合物は、正孔輸送性が電子輸送性よりも高いことが好ましい。
る。
ΦETは、数式(3)で表されると考えられる。krは、ホスト分子の発光過程(ホスト
分子の一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光、ホスト分子の三重項励
起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光)の速度定数を表し、knは、非発光過
程(熱失活や項間交差)の速度定数を表し、τは、実測されるホスト分子の励起状態の寿
命を表す。
定数kh * →gを、他の競合する速度定数kr+kn(=1/τ)に比べて遙かに大きく
すれば良いことがわかる。そして、そのエネルギー移動の速度定数kh * →gを大きくす
るためには、数式(1)及び数式(2)より、フェルスター機構、デクスター機構のどち
らの機構においても、ホスト分子の発光スペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移
動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は
燐光スペクトル)とゲスト分子の吸収スペクトルとの重なりが大きい方が良いことがわか
る。
子からゲスト分子へのエネルギー移動過程が生じやすいことがわかる。
準位をほぼ等しくなるように設定し、かつ、ゲスト分子の励起状態への遷移確率を高める
ことにより、よりエネルギー移動しやすくなる。
起状態のゲスト分子のエネルギーが基底状態のホスト分子に移動する過程も生じやすくな
り、結局、発光効率が低下してしまう。
励起錯体(エキサイプレックス、exciplex)は、励起状態における異種分子間の
相互作用によって形成される。励起錯体は、比較的深い最低空分子軌道(LUMO:Lo
west Unoccupied Molecular Orbital)準位をもつ材
料と、浅い最高被占有軌道(HOMO:Hightest Occupied Mole
cular Orbital)準位をもつ材料間との間で形成しやすいことが一般に知ら
れている。
及びLUMO準位は異なる。具体的には、エネルギー準位は、第1の有機化合物のHOM
O準位<第2の有機化合物のHOMO準位<第1の有機化合物のLUMO準位<第2の有
機化合物のLUMO準位という関係が成り立つ。
献1にある、Alq3とNPBとの間では励起錯体は形成できない。そして、励起錯体を
形成できない場合は、以下の効果を得ることはできないことに注意すべきである。
MO準位は、第1の有機化合物に由来し、HOMO準位は、第2の有機化合物に由来する
。したがって、励起錯体のエネルギー差は、第1の有機化合物のエネルギー差、及び第2
の有機化合物のエネルギー差よりも小さくなる。つまり、第1の有機化合物と第2の有機
化合物のそれぞれの発光波長に比べて、励起錯体の発光波長は長波長となる。
レックス(electroplex)の形成によるものである。本明細書において、エレ
クトロプレックスとは、基底状態の第1の有機化合物及び基底状態の第2の有機化合物か
ら、直接、励起錯体が形成されることを指す。具体的には、第1の有機化合物のアニオン
と第2の有機化合物のカチオンが隣接した場合、両者は励起錯体を形成する。
はホールトラップ性の化合物であるので、第1の有機化合物のアニオンと第2の有機化合
物のカチオンから、直接エレクトロプレックスが形成されることになる。
合物のそれぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
クトルとの重なりよりも、エレクトロプレックスの発光スペクトルと燐光性化合物の吸収
スペクトルとの重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、エレクトロプレック
スの発光スペクトルとゲストである燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して
、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様
では、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が励起状態に至り、発光する
。
目的としない波長で発光する、又は励起エネルギーが熱エネルギーとなることで、励起エ
ネルギーの一部を失う(失活する)。特に、ホスト分子が一重項励起状態である場合は、
三重項励起状態である場合に比べて励起寿命が短いため、一重項励起子の失活が起こりや
すい。励起子の失活は、発光素子の寿命の低下につながる要因の一つである。
状態(カチオン又はアニオン)から、エレクトロプレックスを形成するため、励起寿命の
短い一重項励起子の形成を抑制することができる。つまり、一重項励起子を形成すること
なく、直接励起錯体を形成する過程が存在しうる。これにより、上記一重項励起子の失活
も抑制することができる。したがって、寿命が長い発光素子を実現することができる。
ト分子にエネルギー移動をおこなって発光効率が高い発光素子を得る概念は、従前にない
。
一重項励起子を形成した後、基底状態の他方と相互作用して励起錯体を形成する素過程が
考えられる。エレクトロプレックスとは異なり、この場合は一旦、ホストの一重項励起子
が生成してしまうが、これは速やかに励起錯体に変換されるため、やはり一重項励起子の
失活を抑制することができる。
明らかである。したがって、ホストが失活することを抑制することができる。このため、
本発明の一態様では、寿命の長い発光素子を実現することができる。
機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
性化合物の吸収スペクトルとの重なりよりも、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物
の吸収スペクトルとの重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、励起錯体の発
光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動を
するため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様では、外部量子効率
が高い発光素子を実現することができる。
の有機化合物はホールトラップ性の化合物である。これら化合物のHOMO準位の差、及
びLUMO準位の差が大きい場合(具体的には差が0.3eV以上)、電子は優先的に第
1の有機化合物に入り、ホールは優先的に第2の有機化合物に入る。この場合、一重項励
起子を経て励起錯体が形成される過程よりも、エレクトロプレックスが形成される過程の
方が優先されると考えられる。
したがって、励起錯体を構成する分子は基底状態では、独立した2つあるいはそれ以上の
分子となり、これらの分子が基底状態で何らかの錯体を構成することはない。
分子が励起状態となったとして、そのゲスト分子が他の分子を励起しようとしても、本発
明の一態様においては、励起する対象となる分子は第1の有機化合物か第2の有機化合物
以外には存在しない。そして、第1の有機化合物か第2の有機化合物を励起するには、励
起状態のゲスト分子のエネルギーが足りないので、これらを励起することはできない。
、ゲスト分子が発光する前に失活する(すなわち発光効率を損なう)という現象は、原理
的に生じないと考えられる。このことも、発光効率を高くできる一因である。
ネルギー差をほぼ等しくすることが好ましい。すなわち、励起錯体の励起エネルギー準位
とゲストの励起エネルギー準位はほぼ等しくする。一方、励起錯体を構成する第1の有機
化合物と第2の有機化合物の励起エネルギー準位は、励起錯体の励起エネルギー準位より
高くなる。
せようとしてもエネルギーが不足するため、ゲスト分子から他の分子にエネルギー移動す
る確率は著しく低くなる。このため、本発明の一態様では発光効率が高められる。また、
熱失活を抑制できるので発光素子の寿命を伸ばし、劣化を抑制し、信頼性を高められる。
体が形成されることがある。すなわち、第1の有機化合物及び第2の有機化合物の一方が
一重項励起子を形成した後、基底状態の他方と相互作用することで励起錯体を形成する素
過程が考えられる。そして、この過程は非常に速やかにおこなわれると考えられる。
ゲストに励起エネルギーが移動する前に、励起エネルギーの一部が失われる(目的としな
い波長の発光または熱失活する)という問題がある(数式(3)におけるΦETが小さく
なりがちな傾向にある)。
るため、このような失活を抑制することができる。しかも、励起錯体の励起寿命は比較的
長いため、エネルギー移動効率ΦETを高めることとなると考えられる。したがって、素
子の効率だけでなく寿命にも影響すると考えられるホストの一重項励起子の失活を抑制す
ることができ、寿命の長い発光素子を実現することができる。
らの発光は素子から実質的に観察されないことが好ましい。したがって、ホストの励起錯
体を介して燐光性化合物にエネルギーを移動して、該燐光性化合物が、燐光を発すること
が好ましい。
の少なくとも一方が蛍光性化合物(すなわち、一重項励起状態から発光や熱失活が起こり
やすい化合物)である場合に有効となる。したがって、第1の有機化合物および第2の有
機化合物の少なくとも一方が蛍光性化合物であることが好ましい。
に燐光性化合物を用いると、該有機化合物自体が発光しやすくなり、ゲストへのエネルギ
ー移動が妨げられる。この場合、該有機化合物が効率よく発光すればよいが、ホストであ
る該有機化合物は濃度消光の問題が発生するため、高い発光効率を達成するのは困難であ
る。したがって、該有機化合物には、蛍光性化合物を用い、上述の構成によりエネルギー
移動することが好ましい。
で初めて得られる。例えば、非特許文献1に記載されている方法では、励起錯体が形成さ
れないため、ゲスト分子を励起する過程は直接再結合過程によるほかなく、発光効率が十
分に高くない。
あるものの、発光効率は大きく低下するのが常である。したがって、励起錯体を用いた発
光素子は、高効率な発光素子を得るには適さないと従来は考えられてきた。
動の媒体に用いることで、逆に極限まで発光効率を高めることができることを本発明者等
は見出した。これは、従来の固定概念とは相反する技術思想である。
ギー準位をほぼ等しくなるように設定し、かつ、ゲストの励起状態への遷移確率を高める
ことにより、よりエネルギー移動過程の確率を高める。その結果、ゲストの濃度を0.1
%以上2.5%以下、好ましくは0.1%以上1.5%以下、より好ましくは0.1%以
上0.5%以下としても十分なエネルギー移動を実現できる。そして、この濃度であれば
濃度消光を抑制することができるため、発光効率を極限まで高めることができる。
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
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明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、以下に説明する発明の構成において
、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、
その繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施の形態の発光素
子は、発光物質であるゲストと、該ゲストを分散するホストとを発光層に有する。具体的
には、ゲストとして燐光性化合物を用い、ホストとして第1の有機化合物と第2の有機化
合物とを用いる。また、第1の有機化合物及び第2の有機化合物は、励起錯体を形成する
組み合わせである。
ネルギーの準位(T*準位)は、ゲストのT*準位よりも高いことが好ましい。ホストの
T*準位がゲストのT*準位よりも低いと、発光に寄与するゲストの三重項励起エネルギ
ーをホストが消光(クエンチ)してしまい、発光効率の低下を招くためである。
、ゲストのT*準位は第1の有機化合物(または第2の有機化合物)のT*準位より低く
なるため、多くの場合、この問題は克服できる。
た励起錯体が発光する場合、その発光波長は、第1の有機化合物と第2の有機化合物のそ
れぞれの発光波長(蛍光波長)に比べて、長波長側に存在する。換言すれば、励起錯体を
形成することで、第1の有機化合物の蛍光スペクトルや第2の有機化合物の蛍光スペクト
ルを、より長波長側に位置する発光スペクトルに変換することができる。
燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯に比べて短波長側に位置し、該吸収帯との
重なりがなかったとしても、励起錯体を形成することで、その蛍光スペクトルを長波長の
発光スペクトルに変換し、該吸収帯との重なりを大きくすることができる。
トルとの重なりを利用して、励起錯体から燐光性化合物へのエネルギー移動をするため、
ゲストの濃度が0.1%以上2.5%以下、好ましくは0.1%以上1.5%以下、より
好ましくは0.1%以上0.5%以下であっても、十分なエネルギー移動効率が得られる
。
光スペクトルのピークのエネルギー値と、吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯
のピークのエネルギー値との差が0.3eV以内であることが好ましい。より好ましくは
0.2eV以内であり、最も好ましいのは0.1eV以内である。
素子を示した図である。図1(A)における発光素子は、第1の電極101の上に順に積
層した正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113、電子輸送層114、電子注
入層115と、さらにその上に設けられた第2の電極103から構成されている。
、導電性化合物、及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、例えば
、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素又は
酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、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。
法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛膜は、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、IWZO膜は、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。
バルト、銅、パラジウム、又は金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる
。
合物と電子受容体(アクセプター)とを混合してなる複合材料を用いて形成される場合に
は、第1の電極101に用いる物質は、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。例えば、アルミニ
ウム、銀、アルミニウムを含む合金(例えば、Al−Si)等も用いることもできる。
成することができる。
伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いて形成することが好ましい。具体的には、
元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカ
リ金属、およびカルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム、およ
びこれらを含む合金(例えば、Mg−Ag、Al−Li)、ユーロピウム、イッテルビウ
ム等の希土類金属およびこれらを含む合金の他、アルミニウムや銀などを用いることがで
きる。
合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いる場合には、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。
とができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを
用いることができる。
を用いることもでき、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき
る。なお、EL層102を形成する物質には、有機化合物のみからなるものだけでなく、
無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
んでなる正孔注入層111、正孔輸送性の高い物質を含んでなる正孔輸送層112、電子
輸送性の高い物質を含んでなる電子輸送層114、電子注入性の高い物質を含んでなる電
子注入層115などを適宜組み合わせて積層することにより形成される。
ては、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウ
ム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀
酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。ま
た、フタロシアニン(略称:H2Pc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)
等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
)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)、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)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−
N’−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:DNTP
D)、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)、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:P
CzPCN1)等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。
。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/PS
S)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
なる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子受容体によって有機化合物に
正孔が発生するため、正孔注入性および正孔輸送性に優れている。この場合、有機化合物
としては、発生した正孔の輸送に優れた材料(正孔輸送性の高い物質)であることが好ま
しい。
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、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高
い有機化合物であることが好ましい。具体的には、10−6cm2/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、複合材料に用いることのできる有機化
合物を具体的に列挙する。
、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN
1、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(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェ
ニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4−フェニル
−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFL
P)等の芳香族アミン化合物や、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−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン
(略称:CzPA)、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(略称:PCzPA)、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のカルバゾール誘導体
を用いることができる。
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−t
ert−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−B
uDBA)、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)アントラセン等の芳香
族炭化水素化合物を用いることができる。
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、ペンタセン、コロネン、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)等の芳香族炭化水素化合物を用いることが
できる。
ルオロキノジメタン(略称:F4−TCNQ)、クロラニル等の有機化合物や、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。
と、上述した電子受容体を用いて複合材料を形成し、正孔注入層111に用いてもよい。
ては、NPB、TPD、BPAFLP、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフルオ
レン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)、4,4
’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]
ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに
述べた物質は、主に10−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。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。なお、
正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以
上積層したものとしてもよい。
体や、t−BuDNA、DNA、DPAnthのようなアントラセン誘導体を用いても良
い。
どの高分子化合物を用いることもできる。
て燐光性化合物を有し、ホストとして第1の有機化合物及び第2の有機化合物を有する。
ホストは、2種以上用いることができる。ホストの総重量(ホストが第1の有機化合物及
び第2の有機化合物の場合はそれらの重量の和)に対して、ゲストの重量の比率は0.1
%以上2.5%以下、好ましくは0.1%以上1.5%以下、より好ましくは0.1%以
上0.5%以下とする。
、上述のフェルスター機構によるエネルギー移動を考慮すると、燐光性化合物の最も長波
長側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、2000M−1・cm−1以上が好ましく、5
000M−1・cm−1以上が特に好ましい。
ル−2−フェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:
[Ir(mppr−Me)2(dpm)])、(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジ
フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)2(acac
)])、(アセチルアセトナト)ビス[4−(2−ノルボルニル)−6−フェニルピリミ
ジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(nbppm)2(acac)])、(2
,6−ジメチル−3,5−ヘプタンジオナト−κ2O,O’)ビス[4−メチル−2−(
3−メチル−4−ピリミジニル−κN3)フェニル−κC]イリジウム(III)(略称
:[Ir(5mdppm)2(dibm)])、(アセチルアセトナト)ビス(2−フェ
ニルジベンゾ[f,h]キノキサリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dbq
−P)2(acac)])などが挙げられる。特に、[Ir(dppm)2(acac)
]のように、モル吸光係数が5000M−1・cm−1以上に達する材料を用いると、外
部量子効率が30%程度に達する発光素子が得られる。
ェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTPDB
q−II)、2−[4−(3,6−ジフェニル−9H−カルバゾール−9−イル)フェニ
ル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2CzPDBq−III)、7−[3−(
ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:7
mDBTPDBq−II)、及び、6−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニ
ル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:6mDBTPDBq−II)のような電子
を受け取りやすい化合物のうちいずれか一と、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−フェニル−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:PC
BA1BP)、及び、4、4’−ジ(1−ナフチル)−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:PCBNBB)のようなホールを
受け取りやすい化合物のうちいずれか一と、を組み合わせることが好ましい。ただし、こ
れらに限定されることなく、励起錯体を形成できる組み合わせであればよい。
て適切な[Ir(dppm)2(acac)]、[Ir(mppr−Me)2(dpm)
]の主な物性値は表1の通りである。
は、−2.78eV、HOMO準位は−5.46eVとなる。これは、2mDBTPDB
q−IIとPCBNBBの励起錯体のLUMO準位、HOMO準位と同じである。そして
、燐光性化合物である[Ir(mppr−Me)2(dpm)]のLUMO準位、HOM
O準位も同じレベルである。
れより低いため、[Ir(dppm)2(acac)]は電子をトラップしやすいことが
わかる。このため、[Ir(dppm)2(acac)]を燐光性化合物に用いた場合に
は、[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を用いた場合より直接再結合過程の確率が
高いことが示唆される。
も三重項励起状態のエネルギー準位(T*準位)は2mDBTPDBq−IIやPCBN
BBのT*準位よりも0.1電子ボルト以上低いので、[Ir(mppr−Me)2(d
pm)]や[Ir(dppm)2(acac)]が三重項励起状態となった後、その状態
が2mDBTPDBq−IIやPCBNBBの三重項励起状態にエネルギー移動する確率
は小さい。特に[Ir(dppm)2(acac)]では、0.18電子ボルトも低いの
で、[Ir(dppm)2(acac)]はより発光効率が高いことが示唆される。
ては、Alq3、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alm
q3)、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
2)、BAlq、Zn(BOX)2、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)2)などの金属錯体が挙げられる。また、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−ter
t−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリア
ゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフ
ェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTA
Z)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)
、4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:Bz
Os)などの複素芳香族化合物も用いることができる。また、ポリ(2,5−ピリジン−
ジイル)(略称:PPy)、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)のような高分子化合物を用いることもできる。ここに述べ
た物質は、主に10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔
よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いてもよ
い。
のとしてもよい。
チウム、セシウム、カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、
リチウム酸化物等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用
いることができる。また、フッ化エルビウムのような希土類金属化合物を用いることがで
きる。また、上述した電子輸送層114を構成する物質を用いることもできる。
合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が
発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。
、具体的には、例えば上述した電子輸送層114を構成する物質(金属錯体や複素芳香族
化合物等)を用いることができる。
、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグ
ネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金
属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バ
リウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いること
もできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることも
できる。
、電子注入層115は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、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。
積層されていても良い。この場合、積層された第1のEL層104と第2のEL層105
との間には、電荷発生層106を設けることが好ましい。電荷発生層106は上述の複合
材料で形成することができる。
い。この場合、他の材料からなる層としては、電子供与性物質と電子輸送性の高い物質と
を含む層や、透明導電膜からなる層などを用いることができる。
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発光素子とすること
が容易である。また、一方のEL層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である
。この構造は上述のEL層の構造と組み合わせて用いることができる。
の色の発光を得ることができる。例えば、2つのEL層を有する発光素子において、第1
のEL層の発光色と第2のEL層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素
子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、3つ以上のEL層を
有する発光素子の場合でも同様である。
に、正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113、電子輸送層114、電子注入
バッファー層116、電子リレー層117、及び第2の電極103と接する複合材料層1
18を有していても良い。
いて第2の電極103を形成する際に、EL層102が受けるダメージを低減することが
できるため、好ましい。複合材料層118は、前述の、正孔輸送性の高い有機化合物にア
クセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。
14との間の注入障壁を緩和することができるため、複合材料層118で生じた電子を電
子輸送層114に容易に注入することができる。
びこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸
リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲ
ン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を
含む))等の電子注入性の高い物質を用いることが可能である。
成される場合には、電子輸送性の高い物質に対して質量比で、0.001以上0.1以下
の比率でドナー性物質を添加することが好ましい。
れらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチ
ウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化
物、炭酸塩を含む)、または希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む
))の他、テトラチアナフタセン(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロ
セン等の有機化合物を用いることもできる。
料を用いて形成することができる。
を形成することが好ましい。電子リレー層117は、必ずしも設ける必要は無いが、電子
輸送性の高い電子リレー層117を設けることで、電子注入バッファー層116へ電子を
速やかに送ることが可能となる。
構造は、複合材料層118に含まれるアクセプター性物質と、電子注入バッファー層11
6に含まれるドナー性物質とが相互作用を受けにくく、互いの機能を阻害しにくい構造で
ある。したがって、駆動電圧の上昇を防ぐことができる。
O準位は、複合材料層118に含まれるアクセプター性物質のLUMO準位と、電子輸送
層114に含まれる電子輸送性の高い物質のLUMO準位との間となるように形成する。
位も複合材料層118におけるアクセプター性物質のLUMO準位と、電子輸送層114
に含まれる電子輸送性の高い物質のLUMO準位との間となるようにする。具体的なエネ
ルギー準位の数値としては、電子リレー層117に含まれる電子輸送性の高い物質のLU
MO準位は−5.0eV以上、好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下とするとよ
い。
は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。
SnPc(Phthalocyanine tin(II) complex)、ZnP
c(Phthalocyanine zinc complex)、CoPc(Coba
lt(II)phthalocyanine, β−form)、FePc(Phtha
locyanine Iron)及びPhO−VOPc(Vanadyl 2,9,16
,23−tetraphenoxy−29H,31H−phthalocyanine)
のいずれかを用いることが好ましい。
、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることが好ましい。金属−酸素の二重結
合はアクセプター性(電子を受容しやすい性質)を有するため、電子の移動(授受)がよ
り容易になる。また、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体は安定であると考えられる
。したがって、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより発光素子を低
電圧でより安定に駆動することが可能になる。
い。具体的には、VOPc(Vanadyl phthalocyanine)、SnO
Pc(Phthalocyanine tin(IV) oxide complex)
及びTiOPc(Phthalocyanine titanium oxide co
mplex)のいずれかは、分子構造的に金属−酸素の二重結合が他の分子に対して作用
しやすく、アクセプター性が高いため好ましい。
具体的にはPhO−VOPcのような、フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体が好
ましい。フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体は、溶媒に可溶である。そのため、
発光素子を形成する上で扱いやすいという利点を有する。また、溶媒に可溶であるため、
成膜に用いる装置のメンテナンスが容易になるという利点を有する。
アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属及びこれらの化合物(アルカリ金属化合物
(酸化リチウムなどの酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウムなどの炭酸塩
を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、又は希土
類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))の他、テトラチアナフタセン
(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロセンなどの有機化合物を用いるこ
とができる。電子リレー層117にこれらドナー性物質を含ませることによって、電子の
移動が容易となり、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
した材料の他、複合材料層118に含まれるアクセプター性物質のアクセプター準位より
高いLUMO準位を有する物質を用いることができる。
.0eV以下の範囲にLUMO準位を有する物質を用いることが好ましい。このような物
質としては例えば、ペリレン誘導体や、含窒素縮合芳香族化合物などが挙げられる。なお
、含窒素縮合芳香族化合物は、安定であるため、電子リレー層117を形成する為に用い
る材料として、好ましい材料である。
物(略称:PTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックビスベン
ゾイミダゾール(略称:PTCBI)、N,N’−ジオクチル−3,4,9,10−ペリ
レンテトラカルボン酸ジイミド(略称:PTCDI−C8H)、N,N’−ジヘキシル−
3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド(略称:Hex PTC)等が挙
げられる。
フェナントロリン−2,3−ジカルボニトリル(略称:PPDN)、2,3,6,7,1
0,11−ヘキサシアノ−1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレン(略称
:HAT(CN)6)、2,3−ジフェニルピリド[2,3−b]ピラジン(略称:2P
YPR)、2,3−ビス(4−フルオロフェニル)ピリド[2,3−b]ピラジン(略称
:F2PYPR)等が挙げられる。
5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(略称:NTCDA)、パーフルオロペン
タセン、銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン(略称:F16CuPc)、N,N’−ビ
ス(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−ペンタデカフルオ
ロオクチル)−1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド(略称:NTCD
I−C8F)、3’,4’−ジブチル−5,5’’−ビス(ジシアノメチレン)−5,5
’’−ジヒドロ−2,2’:5’,2’’−テルチオフェン)(略称:DCMT)、メタ
ノフラーレン(例えば、[6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル)等を用いるこ
とができる。
ー性物質との共蒸着などの方法によって電子リレー層117を形成すれば良い。
料を用いてそれぞれ形成すれば良い。
電流が流れ、EL層102において正孔と電子とが再結合することにより発光する。そし
て、この発光は、第1の電極101または第2の電極103のいずれか一方または両方を
通って外部に取り出される。従って、第1の電極101または第2の電極103のいずれ
か一方、または両方が可視光に対する透光性を有する電極となる。
に限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第
1の電極101及び第2の電極103から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領
域を設けた構成であれば上記以外のものでもよい。
高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性の物質(電子及
び正孔の輸送性の高い物質)、又は正孔ブロック材料等から成る層を、発光層と自由に組
み合わせて構成すればよい。
スタによって発光素子の駆動が制御されたアクティブマトリクス型の発光装置を作製する
ことができる。また、該発光装置を電子機器又は照明装置等に適用することができる。
の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
第2の有機化合物、及び燐光性化合物の組み合わせの一例について図2を用いて説明する
。
(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−Me)2(
dpm)])である。また、本実施例で用いる第1の有機化合物は、2−[3−(ジベン
ゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDB
TPDBq−II)である。また、本実施例で用いる第2の有機化合物は、4、4’−ジ
(1−ナフチル)−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:PCBNBB)である。以上の材料の化学式を以下に示す。
図2(A)および図2(B)に燐光性化合物である[Ir(mppr−Me)2(dpm
)]のジクロロメタン溶液の紫外可視吸収スペクトル(吸収スペクトルA)を示す。吸収
スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用い、
ジクロロメタン溶液(0.093mmol/L)を石英セルに入れ、室温で測定をおこな
った。
また、同じく図2(A)および図2(B)に、第1の有機化合物である2mDBTPDB
q−IIの薄膜の発光スペクトル(発光スペクトル1)、第2の有機化合物であるPCB
NBBの薄膜の発光スペクトル(発光スペクトル2)、及び2mDBTPDBq−IIと
PCBNBBの混合材料の薄膜の発光スペクトル(発光スペクトル3)を示す。図2(A
)において、横軸は、波長(nm)を示し、縦軸は、モル吸光係数ε(M−1・cm−1
)及び発光強度(任意単位)を示す。図2(B)において、横軸は、エネルギー(eV)
を示し、縦軸は、モル吸光係数ε(M−1・cm−1)及び発光強度(任意単位)を示す
。
0nm付近にブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与す
る吸収帯であると考えられる。
有する。そして、発光スペクトル3のピークは、発光スペクトル1、2のピークに比べて
、該吸収帯と近い位置に存在する。図2(A)および図2(B)より、吸収スペクトルA
の発光に強く寄与する吸収帯と最も重なりが大きい発光スペクトルは、発光スペクトル3
であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルAのピークと発光スペクトル3のピ
ークの差は0.10eVであった。
スペクトルよりも長波長(低エネルギー)側にピークを有することがわかった。このこと
から、2mDBTPDBq−IIとPCBNBBを混合することで、励起錯体が形成され
ることが示唆された。
トルにおいて発光に強く寄与すると考えられる吸収帯と重なりが大きいことがわかった。
よって、2mDBTPDBq−IIとPCBNBBの混合材料をホスト、[Ir(mpp
r−Me)2(dpm)]をゲストに用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと
燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネ
ルギー移動効率が高いことが示唆された。したがって、外部量子効率が高い発光素子を得
られることが示唆された。
第2の有機化合物、及び燐光性化合物の組み合わせの一例について図3を用いて説明する
。
リミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)2(acac)])であ
る。また、本実施例で用いる第1の有機化合物は、2mDBTPDBq−IIである。ま
た、本実施例で用いる第2の有機化合物は、PCBNBBである。本実施例で用いた材料
の化学式を以下に示す。なお、実施例1で示した材料の化学式は省略する。
図3(A)および図3(B)に燐光性化合物である[Ir(dppm)2(acac)]
のジクロロメタン溶液の紫外可視吸収スペクトル(吸収スペクトルB)を示す。吸収スペ
クトルの測定には、紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用い、ジク
ロロメタン溶液(0.093mmol/L)を石英セルに入れ、室温で測定をおこなった
。
また、同じく図3(A)および図3(B)に、第1の有機化合物である2mDBTPDB
q−IIの薄膜の発光スペクトル(発光スペクトル4)、第2の有機化合物であるPCB
NBBの薄膜の発光スペクトル(発光スペクトル5)、及び2mDBTPDBq−IIと
PCBNBBの混合材料の薄膜の発光スペクトル(発光スペクトル6)を示す。図3(A
)において、横軸は、波長(nm)を示し、縦軸は、モル吸光係数ε(M−1・cm−1
)及び発光強度(任意単位)を示す。図3(B)において、横軸は、エネルギー(eV)
を示し、縦軸は、モル吸光係数ε(M−1・cm−1)及び発光強度(任意単位)を示す
。
m付近にブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与する吸
収帯であると考えられる。
有する。そして、発光スペクトル6のピークは、発光スペクトル4、5のピークに比べて
、該吸収帯と近い位置に存在する。図3(A)および図3(B)より、吸収スペクトルB
の発光に強く寄与する吸収帯と最も重なりが大きい発光スペクトルは、発光スペクトル6
であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルBのピークと発光スペクトル6のピ
ークの差は0.02eVであった。
スペクトルよりも長波長(低エネルギー)側にピークを有することがわかった。このこと
から、2mDBTPDBq−IIとPCBNBBを混合することで、励起錯体が形成され
ることが示唆された。
ペクトルにおいて発光に強く寄与すると考えられる吸収帯と重なりが大きいことがわかっ
た。また、モル吸光係数も5000M−1・cm−1以上である。よって、2mDBTP
DBq−IIとPCBNBBの混合材料をホスト、[Ir(dppm)2(acac)]
をゲストに用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペク
トルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いこと
が示唆された。さらに、ゲストの濃度が低くても十分にエネルギー移動することが期待で
きる。
2−ノルボルニル)−6−フェニルピリミジナト)]イリジウム(III)(略称:[I
r(nbppm)2(acac)])をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの
濃度を増減させて、特性を調べた。[Ir(nbppm)2(acac)]の構造を以下
に示す。
本実施例で用いる第2の有機化合物は、4−フェニル−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:PCBA1BP)である。なお、2
mDBTPDBq−IIとPCBA1BPの組み合わせは、実施例1の2mDBTPDB
q−IIとPCBNBBの組み合わせと同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの
位置も実施例1と概ね同じである。
製し、その特性を比較した。発光素子1、発光素子2、発光素子3の構造は図1(A)に
示すものである。本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。ただし、既に示し
たものは除く。
ジウム錫酸化物(ITSO)が成膜されたガラス基板を用意した。ITSO表面は、2m
m角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は2mm×2m
mとした。この基板上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し
、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。
℃で30分間の真空焼成を行った後、基板を30分程度放冷した。次に、ITSOが形成
された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固
定した。
)−ベンゼン(略称:DBT3P−II)と酸化モリブデン(VI)とを、DBT3P−
II:酸化モリブデン=4:2(重量比)となるように共蒸着することにより、正孔注入
層111を形成した。膜厚は40nmとした。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。
ン(略称:BPAFLP)を20nm蒸着することにより正孔輸送層112を形成した。
r(nbppm)2(acac)]を、2mDBTPDBq−II:PCBA1BP:[
Ir(nbppm)2(acac)]=0.8:0.2:x(重量比)となるように40
nm共蒸着することによって発光層113を形成した。ここで、発光素子1ではx=0.
01、発光素子2ではx=0.025、発光素子3ではx=0.05とした。
hen)を20nm蒸着することにより、電子輸送層114を形成した。すなわち、本実
施例では電子輸送層114は厚さ10nmの2mDBTPDBq−IIの第1の電子輸送
層と、厚さ20nmのBPhenの第2の電子輸送層よりなる。
電子注入層115を形成した。以上でEL層102が形成された。上述した蒸着過程にお
いては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表2に示す。なお、表中、xは、発光素子
1では0.01、発光素子2では0.025、発光素子3では0.05である。
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(封止時に80℃に
て1時間熱処理)を行った後、これら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。
d/m2)、横軸が電流密度(mA/cm2)を示す。また、発光素子1乃至発光素子3
の電圧−輝度特性を図5に示す。図5では縦軸が輝度(cd/m2)、横軸が電圧(V)
を示す。発光素子1乃至発光素子3の電圧−電流特性を図6に示す。図6では縦軸が電流
(mA)、横軸が電圧(V)を示す。発光素子1乃至発光素子3の色度−輝度特性を図7
に示す。図7では縦軸が色度、横軸が輝度(cd/m2)を示す。
(cd/A)、横軸が輝度(cd/m2)を示す。発光素子1乃至発光素子3のパワー効
率−輝度特性を図9に示す。図9では縦軸がパワー効率(lm/W)、横軸が輝度(cd
/m2)を示す。発光素子1乃至発光素子3の外部量子効率−輝度特性を図10に示す。
図10では縦軸が外部量子効率(%)、横軸が輝度(cd/m2)を示す。発光素子1乃
至発光素子3の発光スペクトルを図11に示す。図11では縦軸が発光強度(任意単位)
、横軸が波長(nm)を示す。
は発光素子3を示す。
光効率が高いことがわかる。表3に発光素子1乃至発光素子3の主な特性を示す。表3に
おいて、LE1は発光素子1を、LE2は発光素子2を、LE3は発光素子3を示す。表
3からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を1%とした発光素子1で
あっても、よりゲストの重量比の高い発光素子2や発光素子3より優れた特性が得られる
ことがわかった。
ンジオナト−κ2O,O’)ビス[4−メチル−2−(3−メチル−4−ピリミジニル−
κN3)フェニル−κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)2(d
ibm)])をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増減させて、特性
を調べた。[Ir(5mdppm)2(dibm)]の構造を以下に示す。
本実施例で用いる第2の有機化合物は、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)である。NPBの構造式を以下に示す。なお
、2mDBTPDBq−IIとNPBの組み合わせは、実施例1と同様、励起錯体を形成
し、その発光スペクトルの位置も実施例1と概ね同じである。
製し、その特性を比較した。発光素子4、発光素子5、発光素子6の構造は図1(A)に
示すものである。
ジウム錫酸化物(ITSO)が成膜されたガラス基板を用意した。ITSO表面は、2m
m角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は2mm×2m
mとした。この基板上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し
、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。
℃で30分間の真空焼成を行った後、基板を30分程度放冷した。次に、ITSOが形成
された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固
定した。
DBT3P−II:酸化モリブデン=4:2(重量比)となるように共蒸着することによ
り、正孔注入層111を形成した。膜厚は40nmとした。
ppm)2(dibm)]を、2mDBTPDBq−II:NPB:[Ir(5mdpp
m)2(dibm)]=0.8:0.2:x(重量比)となるように40nm共蒸着する
ことによって発光層113を形成した。ここで、発光素子4ではx=0.01、発光素子
5ではx=0.025、発光素子6ではx=0.05とした。
により、電子輸送層114を形成した。さらに電子輸送層114上にフッ化リチウムを1
nmとなるように蒸着することによって電子注入層115を形成した。以上でEL層10
2が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表4に示す。なお、表中、xは、発光素子
4では0.01、発光素子5では0.025、発光素子6では0.05である。
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(封止時に80℃に
て1時間熱処理)を行った後、これら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。
(cd/m2)、横軸が電流密度(mA/cm2)を示す。また、発光素子4乃至発光素
子6の電圧−輝度特性を図13に示す。図13では縦軸が輝度(cd/m2)、横軸が電
圧(V)を示す。発光素子4乃至発光素子6の電圧−電流特性を図14に示す。図14で
は縦軸が電流(mA)、横軸が電圧(V)を示す。発光素子4乃至発光素子6の色度−輝
度特性を図15に示す。図15では縦軸が色度、横軸が輝度(cd/m2)を示す。
効率(cd/A)、横軸が輝度(cd/m2)を示す。発光素子4乃至発光素子6のパワ
ー効率−輝度特性を図17に示す。図17では縦軸がパワー効率(lm/W)、横軸が輝
度(cd/m2)を示す。発光素子4乃至発光素子6の外部量子効率−輝度特性を図18
に示す。図18では縦軸が外部量子効率(%)、横軸が輝度(cd/m2)を示す。発光
素子4乃至発光素子6の発光スペクトルを図19に示す。図19では縦軸が発光強度(任
意単位)、横軸が波長(nm)を示す。
6は発光素子6を示す。
発光効率が高いことがわかる。表5に発光素子4乃至発光素子6の主な特性を示す。なお
、表5において、LE4は発光素子4を、LE5は発光素子5を、LE6は発光素子6を
示す。表5からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を1%とした発光
素子4であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子5や発光素子6より優れた特性が
得られることがわかった。
ェニルジベンゾ[f,h]キノキサリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(db
q−P)2(acac)])をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増
減させて、特性を調べた。[Ir(dbq−P)2(acac)]の構造を以下に示す。
本実施例で用いる第2の有機化合物は、NPBである。なお、2mDBTPDBq−II
とNPBの組み合わせは、実施例1(2mDBTPDBq−IIとPCBNBBの組み合
わせ)と同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの位置も実施例1と概ね同等であ
る。
製し、その特性を比較した。発光素子7、発光素子8、発光素子9の構造は図1(A)に
示すものである。
ジウム錫酸化物(ITSO)が成膜されたガラス基板を用意した。ITSO表面は、2m
m角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は2mm×2m
mとした。この基板上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し
、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。
で30分間の真空焼成を行った後、基板を30分程度放冷した。次に、ITSOが形成さ
れた面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固定
した。
DBT3P−II:酸化モリブデン=4:2(重量比)となるように共蒸着することによ
り、正孔注入層111を形成した。膜厚は40nmとした。
−P)2(acac)]を、2mDBTPDBq−II:NPB:[Ir(dbq−P)
2(acac)]=0.8:0.2:x(重量比)となるように40nm共蒸着すること
によって発光層113を形成した。ここで、発光素子7ではx=0.01、発光素子8で
はx=0.025、発光素子9ではx=0.05とした。
により、電子輸送層114を形成した。さらに電子輸送層114上にフッ化リチウムを1
nmとなるように蒸着することによって電子注入層115を形成した。以上でEL層10
2が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表6に示す。なお、表中、xは、発光素子
7では0.01、発光素子8では0.025、発光素子9では0.05である。
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(封止時に80℃に
て1時間熱処理)を行った後、これら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。
(cd/m2)、横軸が電流密度(mA/cm2)を示す。また、発光素子7乃至発光素
子9の電圧−輝度特性を図21に示す。図21では縦軸が輝度(cd/m2)、横軸が電
圧(V)を示す。発光素子7乃至発光素子9の電圧−電流特性を図22に示す。図22で
は縦軸が電流(mA)、横軸が電圧(V)を示す。発光素子7乃至発光素子9の色度−輝
度特性を図23に示す。図23では縦軸が色度、横軸が輝度(cd/m2)を示す。
効率(cd/A)、横軸が輝度(cd/m2)を示す。発光素子7乃至発光素子9のパワ
ー効率−輝度特性を図25に示す。図25では縦軸がパワー効率(lm/W)、横軸が輝
度(cd/m2)を示す。発光素子7乃至発光素子9の外部量子効率−輝度特性を図26
に示す。図26では縦軸が外部量子効率(%)、横軸が輝度(cd/m2)を示す。発光
素子7乃至発光素子9の外部エネルギー効率−輝度特性を図27に示す。図27では縦軸
が外部エネルギー効率(%)、横軸が輝度(cd/m2)を示す。発光素子7乃至発光素
子9の発光スペクトルを図28に示す。図28では縦軸が発光強度(任意単位)、横軸が
波長(nm)を示す。
9は発光素子9を示す。
発光効率が高いことがわかる。表7に発光素子7乃至発光素子9の主な特性を示す。なお
、表7において、LE7は発光素子7を、LE8は発光素子8を、LE9は発光素子9を
示す。表7からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を1%とした発光
素子7であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子8や発光素子9より優れた特性が
得られることがわかった。
102 EL層
103 第2の電極
104 第1のEL層
105 第2のEL層
106 電荷発生層
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 発光層
114 電子輸送層
115 電子注入層
116 電子注入バッファー層
117 電子リレー層
118 複合材料層
Claims (5)
- 一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、燐光性化合物と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、を含み、
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組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークは、前記第1の有機化合物の発光スペクトルのピーク及び前記第2の有機化合物の発光スペクトルのピークに比べて、前記燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯と近い位置にあり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピークのエネルギー値との差が0.2eV以内である、発光素子。 - 一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、燐光性化合物と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、を含み、
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組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークは、前記第1の有機化合物の発光スペクトルのピーク及び前記第2の有機化合物の発光スペクトルのピークに比べて、前記燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯と近い位置にあり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピークのエネルギー値との差が0.1eV以内である、発光素子。 - 一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、燐光性化合物と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、を含み、
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組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークは、前記第1の有機化合物の発光スペクトルのピーク及び前記第2の有機化合物の発光スペクトルのピークに比べて、前記燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯のピークと近い位置にあり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピークのエネルギー値との差が0.2eV以内である、発光素子。 - 一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、燐光性化合物と、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、を含み、
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組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークは、前記第1の有機化合物の発光スペクトルのピーク及び前記第2の有機化合物の発光スペクトルのピークに比べて、前記燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯のピークと近い位置にあり、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピークのエネルギー値との差が0.1eV以内である、発光素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記第1の有機化合物と前記第2の有機化合物の重量の和に対する前記燐光性化合物の重量の比率が、0.1%以上2.5%以下である、発光素子。
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