JP2023016026A - 発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置 - Google Patents

発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置 Download PDF

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恒徳 鈴木
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Abstract

【課題】製造プロセスにおける熱耐性の高い発光デバイスを提供する。【解決手段】陽極と陰極との間にEL層を有し、EL層は少なくとも発光層を有し、発光層と陰極との間に発光層と接する第1の層を有し、発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第1の有機化合物および第2の有機化合物とは異なる第3の有機化合物を有し、発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第3の有機化合物は、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物である発光デバイスを提供する。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、発光デバイス、発光装置、表示装置、電子機器、照明装置および電子デバイスに関する。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、撮像装置、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。
有機化合物を用いたエレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescence)を利用する発光デバイス(有機ELデバイス)の実用化が進んでいる。これら発光デバイスの基本的な構成は、一対の電極間に発光材料を含む有機化合物層(EL層)を挟んだものである。このデバイスに電圧を印加して、キャリアを注入し、当該キャリアの再結合エネルギーを利用することにより、発光材料からの発光を得ることができる。
このような発光デバイスは自発光型であるためディスプレイの画素として用いると、液晶に比べ、視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適である。また、このような発光デバイスを用いたディスプレイは、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。さらに非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
また、これらの発光デバイスは発光層を二次元に連続して形成することが可能であるため、面状に発光を得ることができる。これは、白熱電球やLEDに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
このように発光デバイスを用いたディスプレイや照明装置はさまざまな電子機器に適用好適であるが、より良好な特性を有する発光デバイスを求めて研究開発が進められている。
発光デバイスの製造方法には、様々な方法が知られているが、高精細な発光デバイスを作成する方法の一つとして、ファインメタルマスクを使用することなく、発光層を形成する方法が知られている。その一例としては、絶縁基板の上方に形成された第1及び第2画素電極を含んだ電極アレイの上方にホスト材料とドーパント材料との混合物を含んだ第1ルミネッセンス性有機材料を堆積させて、電極アレイを含む表示領域に亘って広がった連続膜として第1発光層を形成する工程と、第1発光層のうち第1画素電極の上方に位置した部分に紫外光を照射することなしに、第1発光層のうち第2画素電極の上方に位置した部分に紫外光を照射する工程と、第1発光層上にホスト材料とドーパント材料との混合物を含み且つ第1ルミネッセンス性有機材料とは異なる第2ルミネッセンス性有機材料を堆積させて、第2発光層を表示領域に亘って広がった連続膜として形成する工程と、第2発光層の上方に対向電極を形成する工程とを含む、有機ELディスプレイの製造方法がある(特許文献1)。
また、有機ELデバイスの一つとして、非特許文献1には、標準的なUVフォトリソグラフィを使用した有機光電子デバイスの製造方法が開示されている(非特許文献1)。
特開2012-160473号公報
B.Lamprecht et al.,"Organic optoelectronic device fabrication using standard UV photolithography" phys.stat.sol.(RRL)2,No.1,p.16-18 (2008)
本発明の一態様は、耐熱性の高い発光デバイスを提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、製造プロセスにおける耐熱性の高い発光デバイスを提供することを課題の一とする。または、本発明の他の一態様は、信頼性の高い発光デバイスを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の小さい発光デバイス、発光装置、電子機器、表示装置および電子デバイスを各々提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力が小さく、信頼性の高い発光デバイス、発光装置、電子機器、表示装置および電子デバイスを提供することを課題の一とする。
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、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。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。
発光デバイスにガラス転移点(Tg)の高い材料を用いることで、発光デバイスの耐熱性を向上させることができるが、Tgを向上させるためには、一般に分子量を大きくするかまたは環の数が多い縮合環を導入することが挙げられる。具体的には、最低三重項励起エネルギー準位(T1準位)および最低一重項励起エネルギー準位(S1準位)に影響を与えにくいフェニル基などの炭化水素基の導入が簡便である。しかし、このような置換基を導入して分子量を増大させた場合、導入した置換基はキャリア輸送性に寄与しない骨格である事が多い。そのため、元のTgの低い材料と比較してキャリアの輸送性が損なわれる可能性があり、この輸送特性の低下に起因する発光デバイスのデバイス特性の低下が生じるという問題がある。しかし、本発明の一態様の発光デバイスには、ガラス転移点が高く、かつ、発光デバイスの特性を低下させにくい構造とするために、置換基の種類と位置を工夫した有機化合物を使用する。従って、デバイス特性を維持したまま、耐熱性が高い発光デバイスを提供することができる。
本発明の一態様は、陽極と陰極との間にEL層を有し、EL層は少なくとも発光層を有し、発光層と陰極との間に発光層と接する第1の層を有し、発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第1の有機化合物および第2の有機化合物とは異なる第3の有機化合物を有し、発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第3の有機化合物は、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物である発光デバイスである。
また、本発明の一態様は、陽極と陰極との間にEL層を有し、EL層は少なくとも発光層を有し、発光層と陰極との間に発光層と接する第1の層を有し、発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第1の有機化合物とは異なる第3の有機化合物を有し、発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格を有する有機化合物であり、第3の有機化合物は、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物である発光デバイスである。
また、本発明の一態様は、陽極と陰極との間にEL層を有し、EL層は少なくとも発光層を有し、発光層と陰極との間に発光層と接する第1の層を有し、発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第3の有機化合物を有し、発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、ベンゾフロピリミジン骨格を有する有機化合物であり、第3の有機化合物は、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物である発光デバイスである。
また、本発明の一態様は、上記構成の発光デバイスにおいて、第3の有機化合物は、ピリジン環またはジアジン環を含む縮合複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物である発光デバイスである。
また、本発明の一態様は、陽極と陰極との間にEL層を有し、EL層は少なくとも発光層を有し、発光層と陰極との間に発光層と接する第1の層を有し、発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第3の有機化合物を有し、第1の有機化合物および第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、下記式(G100)で表される有機化合物であり、第2の有機化合物は、下記式(G200)で表される有機化合物である発光デバイスである。
Figure 2023016026000002
上記式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。
Figure 2023016026000003
上記式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。
また、本発明の一態様は、陽極と陰極との間にEL層を有し、EL層は少なくとも発光層を有し、発光層と陰極との間に発光層と接する第1の層を有し、発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第3の有機化合物を有し、第1の有機化合物および第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、下記式(G100)で表される有機化合物であり、第3の有機化合物は、下記式(G300)で表される有機化合物である発光デバイスである。
Figure 2023016026000004
上記式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。
Figure 2023016026000005
上記式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。
また、本発明の一態様は、陽極と陰極との間にEL層を有し、EL層は少なくとも発光層を有し、発光層と陰極との間に発光層と接する第1の層を有し、発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第3の有機化合物を有し、第1の有機化合物および第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、下記式(G100)で表される有機化合物であり、第2の有機化合物は、下記式(G200)で表される有機化合物であり、第3の有機化合物は、下記式(G300)で表される有機化合物である発光デバイスである。
Figure 2023016026000006
上記式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。
Figure 2023016026000007
上記式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。
Figure 2023016026000008
上記式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。
また、本発明の一態様は、上記各構成において、第1の有機化合物、第2の有機化合物、および第3の有機化合物のいずれか一以上のガラス転移点が、120℃以上180℃以下である発光デバイスである。
また、本発明の一態様は、上記各構成において、発光物質は、燐光発光を呈する発光デバイスである。
また、本発明の一態様は、上記各構成の発光デバイス、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置である。
また、本発明の一態様は、隣接する第1の発光デバイスと、第2の発光デバイスと、を有し、第1の発光デバイスは、第1の陽極上に第1のEL層を挟んで陰極を有し、第1のEL層は、少なくとも第1の発光層を有し、第1の発光層と陰極との間に、第1の発光層と接する第1の層を有し、第1の発光層は、第1の発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第3の有機化合物を有し、第1の発光層の側面および第1の層の側面、と接して第1の絶縁層を有し、第1の層上に電子注入層を有し、第1の絶縁層は、第1の発光層の側面および第1の層の側面と、電子注入層と、の間に位置し、第2の発光デバイスは、第2の陽極上に第2のEL層を挟んで陰極を有し、第2のEL層は、少なくとも第2の発光層を有し、第2の発光層と陰極との間に、第2の発光層と接する第2の層を有し、第2の発光層は、第2の発光物質を有し、第2の層は、第3の有機化合物を有し、第2の発光層の側面および第2の層の側面、と接して第2の絶縁層を有し、第2の層上に電子注入層を有し、第2の絶縁層は、第2の発光層の側面および第2の層の側面と、電子注入層と、の間に位置し、第1の有機化合物および第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、第1の発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、下記式(G100)で表される有機化合物であり、第2の有機化合物は、下記式(G200)で表される有機化合物である発光装置である。
Figure 2023016026000009
上記式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。
Figure 2023016026000010
上記式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。
また、本発明の一態様は、隣接する第1の発光デバイスと、第2の発光デバイスと、を有し、第1の発光デバイスは、第1の陽極上に第1のEL層を挟んで陰極を有し、第1のEL層は、少なくとも第1の発光層を有し、第1の発光層と陰極との間に、第1の発光層と接する第1の層を有し、第1の発光層は、第1の発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第3の有機化合物を有し、第1の発光層の側面および第1の層の側面、と接して第1の絶縁層を有し、第1の層上に電子注入層を有し、第1の絶縁層は、第1の発光層の側面および第1の層の側面と、電子注入層と、の間に位置し、第2の発光デバイスは、第2の陽極上に第2のEL層を挟んで陰極を有し、第2のEL層は、少なくとも第2の発光層を有し、第2の発光層と陰極との間に、第2の発光層と接する第2の層を有し、第2の発光層は、第2の発光物質を有し、第2の層は、第3の有機化合物を有し、第2の発光層の側面および第2の層の側面、と接して第2の絶縁層を有し、第2の層上に電子注入層を有し、第2の絶縁層は、第2の発光層の側面および第2の層の側面と、電子注入層と、の間に位置し、第1の有機化合物および第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、第1の発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、式(G100)で表される有機化合物であり、第3の有機化合物は、式(G300)で表される有機化合物である発光装置である。
Figure 2023016026000011
上記式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。
Figure 2023016026000012
上記式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。
また、本発明の一態様は、隣接する第1の発光デバイスと、第2の発光デバイスと、を有し、第1の発光デバイスは、第1の陽極上に第1のEL層を挟んで陰極を有し、第1のEL層は、少なくとも第1の発光層を有し、第1の発光層と陰極との間に、第1の発光層と接する第1の層を有し、第1の発光層は、第1の発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、第1の層は、第3の有機化合物を有し、第1の発光層の側面および第1の層の側面、と接して第1の絶縁層を有し、第1の層上に電子注入層を有し、第1の絶縁層は、第1の発光層の側面および第1の層の側面と、電子注入層と、の間に位置し、第2の発光デバイスは、第2の陽極上に第2のEL層を挟んで陰極を有し、第2のEL層は、少なくとも第2の発光層を有し、第2の発光層と陰極との間に、第2の発光層と接する第2の層を有し、第2の発光層は、第2の発光物質を有し、第2の層は、第3の有機化合物を有し、第2の発光層の側面および第2の層の側面、と接して第2の絶縁層を有し、第2の層上に電子注入層を有し、第2の絶縁層は、第2の発光層の側面および第2の層の側面と、電子注入層と、の間に位置し、第1の有機化合物および第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、第1の発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、第1の有機化合物は、下記式(G100)で表される有機化合物であり、第2の有機化合物は、下記式(G200)で表される有機化合物であり、第3の有機化合物は、下記式(G300)で表される有機化合物である発光装置である。
Figure 2023016026000013
上記式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。
Figure 2023016026000014
上記式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。
Figure 2023016026000015
上記式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。
また、本発明の一態様は、上記各構成において、第1の有機化合物、第2の有機化合物、および第3の有機化合物のいずれか一以上のガラス転移点が、120℃以上180℃以下である発光装置である。
また、本発明の一態様は、上記各構成において、第2の発光物質は、青色発光または赤色発光を呈する物質である発光装置である。
また、本発明の一態様は、上記各構成において、第1の発光物質は、燐光発光を呈する発光装置である。
また、本発明の一態様は、上記各構成において、第2の発光物質は、燐光発光または蛍光発光を呈する発光装置である。
また、本発明の一態様は、上記各構成のいずれかを有する発光装置と、検知部、入力部、または、通信部と、を有する電子機器である。
また、本発明の一態様は、上記各構成のいずれかを有する発光装置と、筐体と、を有する照明装置である。
また、本発明の一態様は、発光デバイスを有する発光装置または受発光装置を含み、さらに発光装置または受発光装置を有する照明装置も範疇に含めるものである。従って、本明細書中における発光装置または受発光装置とは、画像表示デバイス、または光源(照明装置含む)を指す。また、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)等のコネクター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、または発光デバイスに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も全て発光装置および受発光装置に含むものとする。
本明細書においてトランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタの極性及び各端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び方が入れ替わる。
本明細書においてトランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース領域、或いは上記半導体膜に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレインとは、上記半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。
本明細書においてトランジスタが直列に接続されている状態とは、例えば、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみが、第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジスタが並列に接続されている状態とは、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方が第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方に接続され、第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方が第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方に接続されている状態を意味する。
本明細書において接続とは、電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して間接的に接続している状態も、その範疇に含む。
本明細書において回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であっても、実際には、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
本発明の一態様は、耐熱性の高い発光デバイスを提供することができる。また、本発明の一態様は、製造プロセスにおける耐熱性の高い発光デバイスを提供することができる。または、本発明の他の一態様は、信頼性の高い発光デバイスを提供することができる。または、本発明の一態様は、消費電力の小さい発光デバイス、発光装置、電子機器、表示装置および電子デバイスを各々提供することができる。または、本発明の一態様は、消費電力が小さく、信頼性の高い発光デバイス、発光装置、電子機器、表示装置、電子デバイスおよび照明装置を各々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。
図1(A)乃至図1(C)は、実施の形態に係る発光デバイスの構成を説明する図である。 図2(A)乃至図2(E)は、実施の形態に係る発光デバイスの構成を説明する図である。 図3(A)乃至図3(D)は、実施の形態に係る発光装置を説明する図である。 図4(A)乃至図4(C)は、実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 図5(A)乃至図5(C)は、実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 図6(A)乃至図6(C)は、実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 図7(A)乃至図7(C)は、実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 図8は、実施の形態に係る発光装置を説明する図である。 図9(A)乃至図9(F)は、実施の形態に係る装置および画素配置を説明する図である。 図10(A)乃至図10(C)は、実施の形態に係る画素回路を説明する図である。 図11(A)および図11(B)は、実施の形態に係る発光装置を説明する図である。 図12(A)乃至図12(E)は、実施の形態に係る電子機器を説明する図である。 図13(A)乃至図13(E)は、実施の形態に係る電子機器を説明する図である。 図14(A)および図14(B)は、実施の形態に係る電子機器を説明する図である。 図15(A)および図15(B)は、実施の形態に係る照明装置を説明する図である。 図16は、実施の形態に係る照明装置を説明する図である。 図17(A)乃至図17(C)は実施の形態に係る発光デバイスおよび受光デバイスを説明する図である。 図18は、実施例に係る発光デバイスの構成を説明する図である。 図19は、発光デバイス1および比較発光デバイス2の電流-電圧特性である。 図20は、発光デバイス1および比較発光デバイス2の外部量子効率-輝度特性である。 図21は、発光デバイス1および比較発光デバイス2の発光スペクトルである。 図22は、発光デバイス3および比較発光デバイス4の電流-電圧特性である。 図23は、発光デバイス3および比較発光デバイス4の外部量子効率-輝度特性である。 図24は、発光デバイス3、および比較発光デバイス4の発光スペクトルである。 図25は8mpTP-4mpDBtBPBfpmのH NMRスペクトルである。 図26は8mpTP-4mpDBtBPBfpmのジクロロメタン溶液における吸収スペクトルと発光スペクトルである。 図27は8mpTP-4mpDBtBPBfpmの薄膜における吸収スペクトルと発光スペクトルである。
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。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光デバイスについて説明する。なお、本実施の形態で示すデバイス構成とすることにより、耐熱性の高い発光デバイスを提供することができる。また、製造プロセス中の熱処理を含む工程に起因する発光デバイスの特性への影響を受けにくい発光デバイスを提供することができる。
図1(A)に本発明の一態様である発光デバイス100の構造を示す。図1(A)に示すように、発光デバイス100は、第1の電極101と、第2の電極102と、を有し、第1の電極101および第2の電極102との間に、正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、第2の電子輸送層108-2、および電子注入層109が順次積層された、EL層103を有する構造を有する。すなわち、発光デバイス100の電子輸送層は、第1の電子輸送層108-1および第2の電子輸送層108-2が積層された構造を有する。
発光層113は、少なくとも発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有する。
発光物質として、緑色から黄色の発光を呈する物質を用いることができる。また、発光物質として、燐光発光を呈する物質を用いることができる。これにより、EL層103は、緑色から黄色の光を射出することができる。
緑色から黄色の発光を呈する物質、および、燐光発光を呈する物質の具体例は、実施の形態2にて後述する。
なお、本明細書等において、緑色から黄色の発光を呈する物質とは、発光スペクトルのピーク波長が495nm以上590nm以下である発光物質を表す。
発光層113に用いる発光物質が燐光発光物質である場合、組み合わせる第1の有機化合物および第2の有機化合物として、発光物質の三重項励起エネルギー(基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)よりも三重項励起エネルギーの大きい有機化合物を選択すれば良い。
このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質へのエネルギー移動であるExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)を用いた発光を効率よく得ることができる。なお、複数の有機化合物の組み合わせとしては、励起錯体が形成しやすいものが良く、電子を受け取りやすい化合物(電子輸送性を有する物質)と、正孔を受け取りやすい化合物(正孔輸送性を有する物質)とを組み合わせることが特に好ましい。
従って、発光層113において、例えば、第1の有機化合物として、電子輸送性を有する有機化合物を用い、第2の有機化合物として、正孔輸送性を有する有機化合物を用いると、発光デバイス100の発光効率を向上させることができ、好ましい。
第1の有機化合物として、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格を有する有機化合物を用いることができる。ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格は、ベンゾフロピリミジン(Bfpm)骨格、フェナントロフロピラジン(Pnfpr)骨格、ナフトフロピラジン(Nfpr)骨格、ナフトフロピリミジン(Nfpm)骨格、フェナントロフロピリミジン(Pnfpm)骨格、ベンゾフロピラジン(Bfpr)骨格、ピリミジン骨格、キナゾリン骨格、ベンゾキナゾリン骨格、キノキサリン骨格、ベンゾキノキサリン骨格、またはジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格、などのジアジン環を含む縮合複素芳香環骨格であることが好ましく、かつガラス転移点が100℃以上、好ましくは120℃以上の有機化合物を用いることができる。また、トリアジン骨格、トリフェニレン骨格、ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格、ベンゾフロピリミジン(Bfpm)骨格、フェナントロフロピラジン(Pnfpr)骨格、ナフトフロピラジン(Nfpr)骨格、ナフトフロピリミジン(Nfpm)骨格、フェナントロフロピリミジン(Pnfpm)骨格、ベンゾフロピラジン(Bfpr)骨格、ベンゾフロピリジン(Bfpy)骨格、フェナントロフロピリジン(Pnfpy)骨格、ナフトフロピリジン(Nfpy)骨格、ピリミジン骨格、ピリジン骨格、キノリン骨格、ベンゾキノリン骨格、キナゾリン骨格、ベンゾキナゾリン骨格、キノキサリン骨格、ベンゾキノキサリン骨格、トリアザトリフェニレン骨格、テトラアザトリフェニレン骨格、ヘキサアザトリフェニレン骨格、またはフェナントロリン骨格、等の第1の骨格、およびジアリールアミン骨格、カルバゾール骨格、インドール骨格、ピロール骨格、ベンゾカルバゾール骨格、ジベンゾカルバゾール骨格、インドロカルバゾール骨格、インデノカルバゾール骨格、ジベンゾフラン骨格、フラン骨格、ベンゾフラン骨格、ベンゾナフトフラン骨格、ビスナフトフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、ベンゾチオフェン骨格、またはチオフェン骨格、等の第2の骨格、のいずれか一、または両方を有し、かつガラス転移点が100℃以上、好ましくは120℃以上の有機化合物を用いることもできる。
第1の有機化合物のガラス転移点が、120℃以上180℃以下であると、発光デバイス100の耐熱性を向上させることができ、好ましい。一般的に、発光デバイスにガラス転移点の高い材料を用いることで、上述の通り発光デバイスの特性が低下する場合がある。しかし、本発明の一態様の発光デバイスは、第1の有機化合物として、上述の第1の骨格を有する有機化合物を用いる。好ましくはベンゾフロピリミジン骨格を有する有機化合物を用いる。当該第1の骨格を有する有機化合物は、電子輸送性に優れることから、第1の有機化合物として使用することにより、ガラス転移点が高い場合であっても、発光デバイスの駆動電圧の上昇を抑制することが可能である。
また、例えばベンゾフロピリミジン骨格を有する有機化合物は高い最低三重項励起エネルギー準位(T1準位)を有することができるため、燐光物質を用いた発光デバイスに好適に用いることができる。具体的には、当該化合物が発光物質よりも高い最低三重項励起エネルギー準位(T1準位)を有すると、燐光物質の励起エネルギーが当該化合物に移動して無輻射失活してしまうことを抑制することができるため、励起エネルギーを有効に発光に変換することができる。
第1の有機化合物として、具体的には、下記式(G100)で表される有機化合物を用いることができる。
Figure 2023016026000016
上記式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。
上記式(G100)において、A100およびA101の具体例としては、下記式(A100-1)乃至式(A100-36)で表される基が挙げられる。なお、A100およびA101は以下の例示に限られることはない。
Figure 2023016026000017
Figure 2023016026000018
上記式(A100-7)において、R111およびR112の具体例としては、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、または置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基が挙げられる。
なお、A100およびA101において、アリール基およびヘテロアリール基が置換基を有する場合、当該置換基は、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、または置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基が挙げられる。
また、第1の有機化合物として、下記式(G101)で表される有機化合物を用いることができる。
Figure 2023016026000019
上記式(G101)中、R101乃至R104は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。また、α100は置換又は無置換のフェニレン基を表し、nは0乃至4の整数を表す。oは0乃至3の整数を表す。また、β100はフェニレン基を表し、lは0乃至4の整数を表す。また、mは0乃至1の整数を表す。また、Htuniは正孔輸送性を有する骨格を表す。
上記式(G101)において、Htuniとしては、高い三重項励起エネルギー準位(T1準位)を維持するために、置換又は無置換のジベンゾチオフェニル基、置換又は無置換のジベンゾフラニル基、置換又は無置換のカルバゾリル基を用いることが好ましい。なお、これらが置換基を有する場合、当該置換基としては炭素数1乃至3のアルキル基に代表される特性に大きな変化を及ぼさない基が好ましい。
Htuniの具体的な例としては、下記式(Ht-1)乃至(Ht-4)で表される基は合成が容易であり、好ましい例である。なお、Htuniは以下の例示に限られることはない。
Figure 2023016026000020
上記式(Ht-1)乃至(Ht-4)において、R121乃至R126はそれぞれ独立に、水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基又は置換もしくは無置換のフェニル基のいずれかを表す。
なお、上記式(Ht-1)乃至(Ht-3)において、R121乃至R125がすべて水素であると、原料の調達および合成が容易であり、好ましい。
同様の理由により、上記式(G100)および式(G101)において、R102及びR104が共に水素であると、好ましい。また、R100乃至R104がすべて水素であると好ましい。
なお、上記式(G100)および式(G101)(式(A100-1)乃至式(A100-36)および式(Ht-1)乃至(Ht-4)を含む)において、炭素数1乃至6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシル基、3-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、2-エチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基等が挙げられ、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基の具体例としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、2-メチルシクロヘキシル基、2,6-ジメチルシクロヘキシル基等が挙げられ、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基の具体例としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基等が挙げられ、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基の具体例としては、フェニル基、o-トリル基、m-トリル基、p-トリル基、メシチル基、o-ビフェニル基、m-ビフェニル基、p-ビフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、フルオレニル基、9,9-ジメチルフルオレニル基などが挙げられる。
上記式(G100)および式(G101)で表される有機化合物の具体例を以下に示す。
Figure 2023016026000021
Figure 2023016026000022
なお、上記構造式(100)乃至構造式(109)で表される有機化合物の名称は、以下の通りである。
構造式(100):4,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:4,8mDBtP2Bfpm)、構造式(101):8-(1,1’:4’,1’’-テルフェニル-3-イル)-4-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8mpTP-4mDBtPBfpm)、構造式(102):4,8-ビス[3-(ジベンゾフラン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン、構造式(103):8-(1,1’:4’,1’’-テルフェニル-3-イル)-4-[4’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-3-イル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8mpTP-4mpDBtBPBfpm)、構造式(104):4,8-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:4,8mCzP2Bfpm)、構造式(105):8-(1,1’:4’,1’’-テルフェニル-3-イル)-4-[3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン、構造式(106):8-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-4-[3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)ビフェニル-3-イル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン、構造式(107):8-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-4-{3-[2-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール-9-イル]フェニル}-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン、構造式(108):8-フェニル-4-{3-[2-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール-9-イル]フェニル}-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン、構造式(109):8-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-4-(3,5-ジ-9H-カルバゾール-9-イル-フェニル)-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン。
上記構造式(100)乃至(109)で表される有機化合物は、上記式(G100)および式(G101)で表される有機化合物の一例であり、具体例はこれに限られない。
第2の有機化合物として、カルバゾール骨格、3,3’-ビカルバゾール骨格、または2,3’-ビカルバゾール骨格などのπ電子過剰型複素芳香環、または縮合芳香族炭化水素環を有し、かつガラス転移点が100℃以上、好ましくは120℃以上の有機化合物を用いることができる。なお、カルバゾール骨格、3,3’-ビカルバゾール骨格、2,3’-ビカルバゾール骨格の窒素原子は、置換または無置換の炭素数6乃至30のアリール基を有する。
また、第2の有機化合物のガラス転移点が、120℃以上180℃以下であると、発光デバイス100の耐熱性を向上させることができ、好ましい。一般的に、発光デバイスにガラス転移点の高い材料を用いることで、上述の通り発光デバイスの特性が低下する場合がある。しかし、本発明の一態様の発光デバイスは、第2のホスト材料(アシスト材料)として、ビカルバゾール骨格を有する有機化合物を用いる。ビカルバゾール骨格を有する有機化合物はπ電子過剰型の複素芳香環を有することからHOMO(最高被占分子軌道:Highest Occupied Molecular Orbital)準位が比較的浅く、ホールの授受および輸送性に優れている。また、例えばカルバゾールの9位に縮合芳香環を有する場合であっても、ホールの授受に大きく寄与するビカルバゾール骨格が分子の大部分を占めることから、上述した置換基を有していてもホールの授受に与える影響は限定的であると考えられる。これらの観点から、ビカルバゾール骨格を有するガラス転移点が高い材料を用いても、発光デバイス100の電気特性を維持し、効率の良い発光デバイスを提供することができる。
第2の有機化合物として、下記式(G200)で表される有機化合物を用いることができる。
Figure 2023016026000023
上記式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素(重水素を含む)、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。
上記式(G200)中、炭素数1乃至6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシル基、3-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、2-エチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基等が挙げられ、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基の具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、2-メチルシクロヘキシル基、2,6-ジメチルシクロヘキシル基等が挙げられ、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基の具体例としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基が挙げられ、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基の具体例としては、フェニル基、o-トリル基、m-トリル基、p-トリル基、メシチル基、o-ビフェニル基、m-ビフェニル基、p-ビフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、フルオレニル基、9,9-ジメチルフルオレニル基などが挙げられ、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基としては、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ベンゾナフトフラニル基、ベンゾナフトチオフェニル基、インドロカルバゾリル基、ベンゾフロカルバゾリル基、ベンゾチエノカルバゾリル基、インデノカルバゾリル基、ジベンゾカルバゾリル基などが挙げられる。
また、第2の有機化合物として、下記式(G201)で表される有機化合物を用いることができる。
Figure 2023016026000024
上記式(G201)中、A200およびA201は、それぞれ独立に、無置換のトリフェニレニル基、無置換のフェナントリル基、無置換のβ-ナフチル基、無置換のフェニル基、無置換のビフェニル基、または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、無置換のβ-ナフチル基、または、無置換のトリフェニレニル基である。
上記式(G200)および式(G201)で表される有機化合物の具体例を以下に示す。
Figure 2023016026000025
Figure 2023016026000026
なお、上記構造式(200)乃至構造式(213)で表される有機化合物の名称は、以下の通りである。
構造式(200):9-(2-ナフチル)-9’-フェニル-9H,9’H-3,3’-ビカルバゾール(略称:βNCCP)、構造式(201):9-(3-ビフェニル)-9’-(2-ナフチル)-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:βNCCmBP)、構造式(202):9-(4-ビフェニル)-9’-(2-ナフチル)-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:βNCCBP)、構造式(203):9,9’-ジ-2-ナフチル-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール(略称:BisβNCz)、構造式(204):9-(2-ナフチル)-9’-[1,1’:4’,1’’-ターフェニル]-3-イル-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(205):9-(2-ナフチル)-9’-[1,1’:3’,1’’-ターフェニル]-3-イル-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(206):9-(2-ナフチル)-9’-[1,1’:3’,1’’-ターフェニル]-5’-イル-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(207):9-(2-ナフチル)-9’-[1,1’:4’,1’’-ターフェニル]-4-イル-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(208):9-(2-ナフチル)-9’-[1,1’:3’,1’’-ターフェニル]-4-イル-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(209):9-(2-ナフチル)-9’-(トリフェニレン-2-イル)-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(210):9-フェニル-9’-(トリフェニレン-2-イル)-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール(略称:PCCzTp)、構造式(211):9,9’-ビス(トリフェニレン-2-イル)-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(212):9-(4-ビフェニル)-9’-(トリフェニレン-2-イル)-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール、構造式(213):9-(トリフェニレン-2-イル)-9’-[1,1’:3’,1’’-ターフェニル]-4-イル-3,3’-9H,9’H-ビカルバゾール。
上記構造式(200)乃至(213)で表される有機化合物は、上記式(G200)および式(G201)で表される有機化合物の一例であり、具体例はこれに限られない。
電子輸送層(第1の電子輸送層108-1および第2の電子輸送層108-2)は、電子注入層109によって第2の電極102から注入された電子を発光層113に輸送する層であり、電子輸送性を有する有機化合物を用いることができる。電子輸送層を積層構造とする場合、発光層113に接する側の層(第1の電子輸送層108-1)に、耐熱性が高く、かつ、電子輸送性を有する有機化合物を用いると、発光デバイス100の耐熱性を向上することができる。
第1の電子輸送層108-1は、第3の有機化合物を有する。第3の有機化合物として、ガラス転移点が100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは140℃以上の有機化合物、好ましくはガラス転移点が100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは140℃以上の複素芳香族化合物を用いることが、発光デバイスの耐熱性向上の観点から好ましい。
また、第3の有機化合物として、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物を用いると好ましい。ここで、例えばピリジン環を含む複素芳香環とは、ピリジン環そのもの、およびピリジン環にベンゼン環が縮合したもの(すなわちキノリン環またはイソキノリン環)も含むと解釈される。
なお、第3の有機化合物として、上記複素芳香環骨格のうち、ピリジン環、またはジアジン環を含む縮合複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物を用いると特に好ましい。
また、ビカルバゾール骨格とは、下記式(g300)で表される骨格である。このような骨格を有する有機化合物は、耐熱性が高く、第3の有機化合物として用いることによって耐熱性の良好な発光デバイスを得ることができる。なお、下記式(g300)で表される骨格は、*の部分で上述の複素芳香環骨格または縮合複素芳香環骨格と結合する。なお、ビカルバゾール骨格と上述の複素芳香環骨格または縮合複素芳香環骨格とは、アリーレン基を介して結合していてもよい。
Figure 2023016026000027
式(g300)中、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表す。
第3の有機化合物として、下記式(G300)で表される有機化合物を用いることができる。このような有機化合物は、ガラス転移点(Tg)が高く、耐熱性が良好であることから発光デバイスの耐熱性が向上するため好ましい。このように、第1の電子輸送層108-1に、ビカルバゾール骨格と、ジアジン環の一種であるピラジン環を含む縮合芳香環とを有する有機化合物を用いることが好ましい。
Figure 2023016026000028
但し、上記式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。なお、Ar300のアリーレン基として、アントラセニレン基は含まないことが好ましい。
また、第3の有機化合物として、下記式(G301)で表される有機化合物を用いることができる。
Figure 2023016026000029
但し、上記式(G301)中、R301乃至R324は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。なお、Ar300のアリーレン基として、アントラセニレン基は含まないことが好ましい。
また、第3の有機化合物として、下記式(G302)で表される有機化合物を用いることができる。
Figure 2023016026000030
但し、上記式(G302)中、R301乃至R324は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25の環を形成するアリーレン基、または単結合を表す。なお、Ar300のアリーレン基として、アントラセニレン基は含まないことが好ましい。
また、第3の有機化合物として、下記式(G303)で表される有機化合物を用いることができる。
Figure 2023016026000031
但し、上記式(G303)中、R301乃至R324は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。なお、Ar300のアリーレン基として、アントラセニレン基は含まないことが好ましい。
なお、上述した式(g300)、式(G300)、式(G301)、式(G302)および式(G303)における炭素数1乃至6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基などが挙げられる。また、環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基などが挙げられる。環を形成する炭素数6乃至13のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、インデニル基、ナフチル基、フルオレニル基などが挙げられる。また、Arにおける炭素数6乃至25のアリーレン基としては、1,2-または1,3-または1,4-フェニレン基、2,6-または3,5-または2,4-トルイレン基、4,6-ジメチルベンゼン-1,3-ジイル基、2,4,6-トリメチルベンゼン-1,3-ジイル基、2,3,5,6-テトラメチルベンゼン-1,4-ジイル基、3,3’-または3,4’-または4,4’-ビフェニレン基、1,1’:3’,1’’-テルベンゼン-3,3’’-ジイル基、1,1’:4’,1’’-テルベンゼン-3,3’’-ジイル基、1,1’:4’,1’’-テルベンゼン-4,4’’-ジイル基、1,1’:3’,1’’:3’’,1’’’-クアテルベンゼン-3,3’’’-ジイル基、1,1’:3’,1’’:4’’,1’’’-クアテルベンゼン-3,4’’’-ジイル基、1,1’:4’,1’’:4’’,1’’’-クアテルベンゼン-4,4’’’-ジイル基、1,4-または1,5-または2,6-または2,7-ナフチレン基、2,7-フルオレニレン基、9,9-ジメチル-2,7-フルオレニレン基、9,9-ジフェニル-2,7-フルオレニレン基、9,9-ジメチル-1,4-フルオレニレン基、スピロ-9,9’-ビフルオレン-2,7-ジイル基、9,10-ジヒドロ-2,7-フェナントレニレン基、2,7-フェナントレニレン基、3,6-フェナントレニレン基、9,10-フェナントレニレン基、2,7-トリフェニレニレン基、3,6-トリフェニレニレン基、2,8-ベンゾ[a]フェナントレニレン基、2,9-ベンゾ[a]フェナントレニレン基、5,8-ベンゾ[c]フェナントレニレン基などが挙げられる。
また、上述した炭素数1乃至6のアルキル基、環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、および炭素数6乃至25のアリーレン基は各々置換基を有していても良く、該置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基などの炭素数1乃至6のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基などの環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、インデニル基、ナフチル基、フルオレニル基、9,9’-ジメチルフルオレニル基などの環を形成する炭素数が6乃至13のアリール基が好ましい。
なお、上記式(G300)乃至式(G303)で表される有機化合物の具体例を以下に示す。
Figure 2023016026000032
Figure 2023016026000033
なお、上記構造式(300)乃至構造式(312)で表される有機化合物の名称は、以下の通りである。
構造式(300):2-{3-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-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:2mPCCzPDBq)、構造式(301):2-{3-[2-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-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:2mPCCzPDBq-02)、構造式(302):2-{3-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-2-イル)-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:2mPCCzPDBq-03)、構造式(303):2-{3-[3-(N-(3,5-ジ-tert-ブチルフェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-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、構造式(304):9-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:mPCCzPTzn)、構造式(305):9-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-2,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:mPCCzPTzn-02)、構造式(306):9-[4-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:PCCzPTzn)、構造式(307):9-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:PCCzTzn(CzT))、構造式(308):9-[3-(4,6-ジフェニル-ピリミジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:2PCCzPPm)、構造式(309):9-(4,6-ジフェニル-ピリミジン-2-イル)-9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:2PCCzPm)、構造式(310):4-[2-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール-9-イル]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:4PCCzBfpm-02)、構造式(311):4-{3-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール-9-イル]フェニル}ベンゾ[h]キナゾリン、構造式(312):9-[3-(2,6-ジフェニル-ピリジン-4-イル)フェニル]-9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール。
なお、第1の電子輸送層108-1として、第1の電極101側から、発光層113を通過して第2の電極102側に移動する正孔をブロックするための機能を有すると、より好ましい。従って、第1の電子輸送層108-1は、正孔ブロック層と呼称することもできる。
なお、第3の有機化合物には、発光層に用いた第1の有機化合物および第2の有機化合物とは異なる材料を用いることが好ましい。発光層でキャリアの再結合により生成した励起子は全てが発光に寄与できるとは限らず、発光層に接する、あるいは近傍に存在する層に拡散してしまうことがある。この現象を回避するためには、発光層に接する、あるいは近傍に存在する層に用いられる材料のエネルギー準位(最低一重項励起エネルギー準位または最低三重項励起エネルギー準位)が、発光層に用いられる材料よりも高いことが好ましい。従って、第3の有機化合物は、発光層に用いる第1の有機化合物および第2の有機化合物とは異なることが効率の高いデバイスを得るために好ましい。
第2の電子輸送層108-1に用いることのできる電子輸送性を有する有機化合物の具体例は、実施の形態2にて後述する。
なお、図1(A)に示す発光デバイス100の具体的な構造の一例を図1(B)および図1(C)に示す。図1(B)は、第1の電極101上に正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、第2の電子輸送層108-2、および電子注入層109が順次積層された構造を有する。なお、図1(B)の断面図からわかるように、第1の電極101の端部(または、側面)よりも、正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、および第2の電子輸送層108-2の端部(または、側面)が内側になる構造を有する。また、正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、および第2の電子輸送層108-2の端部(または、側面)と、第1の電極101上の一部および端部(または、側面)と、絶縁層107が接する構造を有する。
なお、絶縁層107を設けることにより、正孔注入・輸送層104の端部(または、側面)、発光層113の端部(または、側面)、第1の電子輸送層108-1の端部(または、側面)、および第2の電子輸送層108-2の端部(または、側面)を保護することができる。これにより、工程による各層へのダメージを抑制することができると共に、異なる層と接触による電気的な接続を防止することが可能となる。
電子注入層109は、EL層103の一部だが、図1(B)に示すように、EL層103の他の層(正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、および第2の電子輸送層108-2)とは異なる形状を有する。但し、電子注入層109と、第2の電極102と、を同じ形状とすることができる。電子注入層109および第2の電極102を複数の発光デバイスに共通する層とすることができるため、発光デバイス100の製造工程を簡略化し、スループットを向上させることが可能となる。
また、図1(C)に示すような構造の発光デバイスとしても良い。第1の電極101上に第1の電極101を覆って正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、第2の電子輸送層108-2、および電子注入層109が順次積層され、正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、および第2の電子輸送層108-2の端部が、図1(C)の断面視において、第1の電極101の端部(または、側面)よりも、外側になる構造を有する。また、正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、および第2の電子輸送層108-2の端部と、絶縁層107が接する構造を有する。
絶縁層107は、正孔注入・輸送層104の端部(または、側面)、発光層113の端部(または、側面)、第1の電子輸送層108-1の端部(または、側面)、および第2の電子輸送層108-2の端部(または、側面)と、それぞれ接する。また、絶縁層107は、正孔注入・輸送層104の端部(または、側面)、発光層113の端部(または、側面)、第1の電子輸送層108-1の端部(または、側面)、および第2の電子輸送層108-2端部(または、側面)と、第2の絶縁層140との間に位置する。また、第2の絶縁層140と絶縁層107、および第2の電子輸送層108-2上に電子注入層109を有する。なお、第2の絶縁層140には、有機化合物、または無機化合物を用いることができる。
第2の絶縁層140に有機化合物を用いる場合は、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等を用いることができる。また、感光性の樹脂を用いても良い。感光性の樹脂としては、ポジ型の材料、又はネガ型の材料を用いることができる。
第2の絶縁層140として、感光性の樹脂を用いることにより、製造プロセスにおける露光及び現像の工程のみで第2の絶縁層140を作製することができるため、ドライエッチング、あるいはウェットエッチング等による他の層への影響を低減することができる。また、ネガ型の感光性樹脂を用いることにより、別工程に用いるフォトマスク(露光マスク)を兼用できる場合があるため好ましい。
図1(B)および図1(C)に示すデバイス構造は、EL層103の一部の層を所望の形状にするために製造工程途中でパターン形成する際、その加工表面に熱が加わり、また大気に晒されることがあるため、発光層113または電子輸送層の結晶化などの問題が発生し、発光デバイスの信頼性および輝度が低下する場合がある。これに対して、本実施の形態1で示す発光デバイス100は、発光層113および第1の電子輸送層108-1に耐熱性の高い材料を用いるため、その結晶化などの問題を抑制することができる。なお、この場合、電子輸送層の形成後にEL層103の一部である電子注入層109が形成されるため、電子注入層109の構造のみEL層103の他の層(正孔注入・輸送層104、発光層113、第1の電子輸送層108-1、および第2の電子輸送層108-2)とは、異なる構造を有する。
なお、図1(B)および図1(C)に示す形状を有する発光デバイス100は、このような製造方法によるパターン形成が可能なデバイス構造の一例であるが、本発明の一態様の発光デバイスの形状は、これに限られない。なお、このような本発明の一態様であるデバイス構造を有することで、効率の低下、および信頼性の悪化を抑制した発光デバイスを提供することができる。
なお、図1(B)および図1(C)に示す絶縁層107は、不要であれば設けなくてもよい。例えば、電子注入層109と、正孔注入・輸送層104と、の間の導通が十分小さい場合、発光デバイス100は絶縁層107を有していなくてもよい。
第1の電極101、第2の電極102、正孔注入・輸送層104、発光層113、電子注入層109、絶縁層107として用いることのできる材料については、後の実施の形態にて説明する材料を適用することができるものとする。
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2)
本実施の形態では、実施の形態1で示した発光デバイスの他の構成について、図2(A)乃至図2(E)を用いて説明する。
≪発光デバイスの基本的な構造≫
発光デバイスの基本的な構造について説明する。図2(A)には、一対の電極間に発光層を含むEL層を有する発光デバイスを示す。具体的には、第1の電極101と第2の電極102との間にEL層103が挟まれた構造を有する。
また、図2(B)には、一対の電極間に複数(図2(B)では、2層)のEL層(103a、103b)を有し、EL層の間に電荷発生層106を有する積層構造(タンデム構造)の発光デバイスを示す。タンデム構造の発光デバイスは、電流量を変えることなく高効率な発光装置を実現することができる。
電荷発生層106は、第1の電極101と第2の電極102の間に電位差を生じさせたときに、一方のEL層(103aまたは103b)に電子を注入し、他方のEL層(103bまたは103a)に正孔を注入する機能を有する。従って、図2(B)において、第1の電極101に、第2の電極102よりも電位が高くなるように電圧を印加すると、電荷発生層106からEL層103aに電子が注入され、EL層103bに正孔が注入されることとなる。
なお、電荷発生層106は、光の取り出し効率の点から、可視光に対して透光性を有する(具体的には、電荷発生層106に対する可視光の透過率が、40%以上)ことが好ましい。また、電荷発生層106は、第1の電極101および第2の電極102よりも低い導電率であっても機能する。
また、図2(C)には、本発明の一態様である発光デバイスのEL層103の積層構造を示す。但し、この場合、第1の電極101は陽極として、第2の電極102は陰極として機能するものとする。EL層103は、第1の電極101上に、正孔(ホール)注入層111、正孔(ホール)輸送層112、発光層113、電子輸送層114、電子注入層115が順次積層された構造を有する。なお、発光層113は、発光色の異なる発光層を複数積層した構成であっても良い。例えば、赤色を発光する発光物質を含む発光層と、緑色を発光する発光物質を含む発光層と、青色を発光する発光物質を含む発光層とが積層、またはキャリア輸送性材料を有する層を介して積層された構造であっても良い。または、黄色を発光する発光物質を含む発光層と、青色を発光する発光物質を含む発光層との組み合わせであっても良い。ただし、発光層113の積層構造は上記に限定されない。例えば、発光層113は、発光色の同じ発光層を複数積層した構成であっても良い。例えば、青色を発光する発光物質を含む第1の発光層と、青色を発光する発光物質を含む第2の発光層とが積層、またはキャリア輸送性材料を有する層を介して積層された構造であっても良い。発光色の同じ発光層を複数積層した構成の場合、単層の構成よりも信頼性を高めることができる場合がある。また、図2(B)に示すタンデム構造のように複数のEL層を有する場合であっても、各EL層が、陽極側から上記のように順次積層される構造とする。また、第1の電極101が陰極で、第2の電極102が陽極の場合は、EL層103の積層順は逆になる。具体的には、陰極である第1の電極101上の111が、電子注入層、112が電子輸送層、113が発光層、114が正孔(ホール)輸送層、115が正孔(ホール)注入層、という構成を有する。
EL層(103、103a、103b)に含まれる発光層113は、それぞれ発光物質、および複数の物質を適宜組み合わせて有しており、所望の発光色を呈する蛍光発光、または燐光発光が得られる構成とすることができる。また、発光層113を発光色の異なる積層構造としてもよい。なお、この場合、積層された各発光層に用いる発光物質およびその他の物質は、それぞれ異なる材料を用いればよい。また、図2(B)に示す複数のEL層(103a、103b)から、それぞれ異なる発光色が得られる構成としても良い。この場合も各発光層に用いる発光物質およびその他の物質を異なる材料とすればよい。
また、本発明の一態様である発光デバイスにおいて、例えば、図2(C)に示す第1の電極101を反射電極とし、第2の電極102を半透過・半反射電極とし、微小光共振器(マイクロキャビティ)構造とすることにより、EL層103に含まれる発光層113から得られる発光を両電極間で共振させ、第2の電極102から射出される発光を強めることができる。
なお、発光デバイスの第1の電極101が、反射性を有する導電性材料と透光性を有する導電性材料(透明導電膜)との積層構造からなる反射電極である場合、透明導電膜の膜厚を制御することにより光学調整を行うことができる。具体的には、発光層113から得られる光の波長λに対して、第1の電極101と、第2の電極102との電極間の光学距離(膜厚と屈折率の積)がmλ/2(ただし、mは1以上の整数)またはその近傍となるように調整することが好ましい。
また、発光層113から得られる所望の光(波長:λ)を増幅させるために、第1の電極101から発光層113の所望の光が得られる領域(発光領域)までの光学距離と、第2の電極102から発光層113の所望の光が得られる領域(発光領域)までの光学距離と、をそれぞれ(2m’+1)λ/4(ただし、m’は1以上の整数)またはその近傍となるように調節するのが好ましい。なお、ここでいう発光領域とは、発光層113における正孔(ホール)と電子との再結合領域を示す。
このような光学調整を行うことにより、発光層113から得られる特定の単色光のスペクトルを狭線化させ、色純度の良い発光を得ることができる。
但し、上記の場合、第1の電極101と第2の電極102との光学距離は、厳密には第1の電極101における反射領域から第2の電極102における反射領域までの総厚ということができる。しかし、第1の電極101および第2の電極102における反射領域を厳密に決定することは困難であるため、第1の電極101と第2の電極102の任意の位置を反射領域と仮定することで充分に上述の効果を得ることができるものとする。また、第1の電極101と、所望の光が得られる発光層との光学距離は、厳密には第1の電極101における反射領域と、所望の光が得られる発光層における発光領域との光学距離であるということができる。しかし、第1の電極101における反射領域、および所望の光が得られる発光層における発光領域を厳密に決定することは困難であるため、第1の電極101の任意の位置を反射領域、所望の光が得られる発光層の任意の位置を発光領域と仮定することで充分に上述の効果を得ることができるものとする。
図2(D)に示す発光デバイスは、タンデム構造を有する発光デバイスであり、マイクロキャビティ構造を有するため、各EL層(103a、103b)からの異なる波長の光(単色光)を取り出すことができる。従って、異なる発光色を得るための塗り分け(例えば、RGB)が不要となる。従って、高精細化を実現することが容易である。また、着色層(カラーフィルタ)との組み合わせも可能である。さらに、特定波長の正面方向の発光強度を強めることが可能となるため、低消費電力化を図ることができる。
図2(E)に示す発光デバイスは、図2(B)に示したタンデム構造の発光デバイスの一例であり、図に示すように、3つのEL層(103a、103b、103c)が電荷発生層(106a、106b)を挟んで積層される構造を有する。なお、3つのEL層(103a、103b、103c)は、それぞれに発光層(113a、113b、113c)を有しており、各発光層の発光色は、自由に組み合わせることができる。例えば、発光層113aを青色、発光層113bを赤色、緑色、または黄色のいずれか、発光層113cを青色とすることができるが、発光層113aを赤色、発光層113bを青色、緑色、または黄色のいずれか、発光層113cを赤色とすることもできる。
なお、上述した本発明の一態様である発光デバイスにおいて、第1の電極101と第2の電極102の少なくとも一方は、透光性を有する電極(透明電極、半透過・半反射電極など)とする。透光性を有する電極が透明電極の場合、透明電極の可視光の透過率は、40%以上とする。また、半透過・半反射電極の場合、半透過・半反射電極の可視光の反射率は、20%以上80%以下、好ましくは40%以上70%以下とする。また、これらの電極は、抵抗率が1×10-2Ωcm以下とするのが好ましい。
また、上述した本発明の一態様である発光デバイスにおいて、第1の電極101と第2の電極102の一方が、反射性を有する電極(反射電極)である場合、反射性を有する電極の可視光の反射率は、40%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下とする。また、この電極は、抵抗率が1×10-2Ωcm以下とするのが好ましい。
≪発光デバイスの具体的な構造≫
次に、本発明の一態様である発光デバイスの具体的な構造について説明する。また、ここでは、タンデム構造を有する図2(D)を用いて説明する。なお、図2(A)および図2(C)に示すシングル構造の発光デバイスについてもEL層の構成については同様とする。また、図2(D)に示す発光デバイスがマイクロキャビティ構造を有する場合は、第1の電極101を反射電極として形成し、第2の電極102を半透過・半反射電極として形成する。従って、所望の電極材料を単数または複数用い、単層または積層して形成することができる。なお、第2の電極102は、EL層103bを形成した後、適宜材料を選択して形成する。
<第1の電極および第2の電極>
第1の電極101および第2の電極102を形成する材料としては、上述した両電極の機能が満たせるのであれば、以下に示す材料を適宜組み合わせて用いることができる。例えば、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適宜用いることができる。具体的には、In-Sn酸化物(ITOともいう)、In-Si-Sn酸化物(ITSOともいう)、In-Zn酸化物、In-W-Zn酸化物が挙げられる。その他、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、イットリウム(Y)、ネオジム(Nd)などの金属、およびこれらを適宜組み合わせて含む合金を用いることもできる。その他、上記例示のない元素周期表の第1族または第2族に属する元素(例えば、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr))、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)などの希土類金属およびこれらを適宜組み合わせて含む合金、その他グラフェン等を用いることができる。
図2(D)に示す発光デバイスにおいて、第1の電極101が陽極である場合、第1の電極101上にEL層103aの正孔注入層111aおよび正孔輸送層112aが真空蒸着法により順次積層形成される。EL層103aおよび電荷発生層106が形成された後、電荷発生層106上にEL層103bの正孔注入層111bおよび正孔輸送層112bが同様に順次積層形成される。
<正孔注入層>
正孔注入層(111、111a、111b)は、陽極である第1の電極101および電荷発生層(106、106a、106b)からEL層(103、103a、103b)に正孔(ホール)を注入する層であり、有機アクセプタ材料および正孔注入性の高い材料を含む層である。
有機アクセプタ材料は、そのLUMO(最低空軌道:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位の値とHOMO準位の値が近い他の有機化合物との間で電荷分離させることにより、当該有機化合物に正孔(ホール)を発生させることができる材料である。従って、有機アクセプタ材料としては、キノジメタン誘導体、クロラニル誘導体、およびヘキサアザトリフェニレン誘導体などの電子吸引基(ハロゲン基またはシアノ基)を有する化合物を用いることができる。例えば、7,7,8,8-テトラシアノ-2,3,5,6-テトラフルオロキノジメタン(略称:F-TCNQ)、3,6-ジフルオロ-2,5,7,7,8,8-ヘキサシアノキノジメタン、クロラニル、2,3,6,7,10,11-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)、1,3,4,5,7,8-ヘキサフルオロテトラシアノ-ナフトキノジメタン(略称:F6-TCNNQ)、2-(7-ジシアノメチレン-1,3,4,5,6,8,9,10-オクタフルオロ-7H-ピレン-2-イリデン)マロノニトリル等を用いることができる。なお、有機アクセプタ材料の中でも特にHAT-CNのように複素原子を複数有する縮合芳香環に電子吸引基が結合している化合物は、アクセプタ性が高く、熱に対して膜質が安定であるため好適である。その他にも、電子吸引基(特にフルオロ基のようなハロゲン基またはシアノ基)を有する[3]ラジアレン誘導体は、電子受容性が非常に高いため好ましく、具体的にはα,α’,α’’-1,2,3-シクロプロパントリイリデントリス[4-シアノ-2,3,5,6-テトラフルオロベンゼンアセトニトリル]、α,α’,α’’-1,2,3-シクロプロパントリイリデントリス[2,6-ジクロロ-3,5-ジフルオロ-4-(トリフルオロメチル)ベンゼンアセトニトリル]、α,α’,α’’-1,2,3-シクロプロパントリイリデントリス[2,3,4,5,6-ペンタフルオロベンゼンアセトニトリル]などを用いることができる。
また、正孔注入性の高い材料としては、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(モリブデン酸化物、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、マンガン酸化物等の遷移金属酸化物等)を用いることができる。具体的には、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムが挙げられる。上記の中でも、酸化モリブデンは大気中で安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。この他、フタロシアニン(略称:HPc)または銅フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、等を用いることができる。
また、上記材料に加えて低分子化合物である、4,4’,4’’-トリス(N,N-ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’-トリス[N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N,N’-ビス{4-[ビス(3-メチルフェニル)アミノ]フェニル}-N,N’-ジフェニル-(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジアミン(略称:DNTPD)、1,3,5-トリス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)、3-[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6-ビス[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3-[N-(1-ナフチル)-N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)アミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等の芳香族アミン化合物、等を用いることができる。
また、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)である、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)等を用いることができる。または、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)(略称:PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(略称:PAni/PSS)等の酸を添加した高分子系化合物、等を用いることもできる。
また、正孔注入性の高い材料としては、正孔輸送性材料と、上述した有機アクセプタ材料(電子受容性材料)を含む混合材料を用いることもできる。この場合、有機アクセプタ材料により正孔輸送性材料から電子が引き抜かれて正孔注入層111で正孔が発生し、正孔輸送層112を介して発光層113に正孔が注入される。なお、正孔注入層111は、正孔輸送性材料と有機アクセプタ材料(電子受容性材料)を含む混合材料からなる単層で形成しても良いが、正孔輸送性材料と有機アクセプタ材料(電子受容性材料)とをそれぞれ別の層で積層して形成しても良い。
なお、正孔輸送性材料としては、電界強度[V/cm]の平方根が600における正孔移動度が、1×10-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質が好ましい。なお、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ることができる。
また、正孔輸送性材料としては、π電子過剰型複素芳香環を有する化合物(例えばカルバゾール誘導体、フラン誘導体、またはチオフェン誘導体)、および芳香族アミン(芳香族アミン骨格を有する有機化合物)等の正孔輸送性の高い材料が好ましい。
なお、上記カルバゾール誘導体(カルバゾール環を有する有機化合物)としては、ビカルバゾール誘導体(例えば、3,3’-ビカルバゾール誘導体)、カルバゾリル基を有する芳香族アミン等が挙げられる。
また、上記ビカルバゾール誘導体(例えば、3,3’-ビカルバゾール誘導体)としては、具体的には、3,3’-ビス(9-フェニル-9H-カルバゾール)(略称:PCCP)、9,9’-ビス(ビフェニル-4-イル)-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:BisBPCz)、9,9’-ビス(1,1’-ビフェニル-3-イル)-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:BismBPCz)、9-(1,1’-ビフェニル-3-イル)-9’-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-9H,9’H-3,3’-ビカルバゾール(略称:mBPCCBP)、9-(2-ナフチル)-9’-フェニル-9H,9’H-3,3’-ビカルバゾール(略称:βNCCP)などが挙げられる。
また、上記カルバゾリル基を有する芳香族アミンとしては、具体的には、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)、N-(4-ビフェニル)-N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9-フェニル-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:PCBiF)、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-アミン(略称:PCBBiF)、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)アミン(略称:PCBFF)、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-4-アミン、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-4-アミン、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9-ジフェニル-9H-フルオレン-2-アミン、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9-ジフェニル-9H-フルオレン-4-アミン、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9’-スピロビ(9H-フルオレン)-2-アミン、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9’-スピロビ(9H-フルオレン)-4-アミン、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-N-(1,1’:3’,1’’-ターフェニル-4-イル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-アミン、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-N-(1,1’:4’,1’’-ターフェニル-4-イル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-アミン、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-N-(1,1’:3’,1’’-ターフェニル-4-イル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-4-アミン、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-N-(1,1’:4’,1’’-ターフェニル-4-イル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-4-アミン、4,4’-ジフェニル-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:PCBBi1BP)、4-(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:PCBANB)、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)、4-フェニルジフェニル-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)アミン(略称:PCA1BP)、N,N’-ビス(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N,N’-ジフェニルベンゼン-1,3-ジアミン(略称:PCA2B)、N,N’,N’’-トリフェニル-N,N’,N’’-トリス(9-フェニルカルバゾール-3-イル)ベンゼン-1,3,5-トリアミン(略称:PCA3B)、9,9-ジメチル-N-フェニル-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]フルオレン-2-アミン(略称:PCBAF)、N-フェニル-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]スピロ-9,9’-ビフルオレン-2-アミン(略称:PCBASF)、3-[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6-ビス[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3-[N-(1-ナフチル)-N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)アミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)、3-[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA1)、3,6-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA2)、3,6-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-(1-ナフチル)アミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzTPN2)、2-[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]スピロ-9,9’-ビフルオレン(略称:PCASF)、N-[4-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-N-(4-フェニル)フェニルアニリン(略称:YGA1BP)、N,N’-ビス[4-(カルバゾール-9-イル)フェニル]-N,N’-ジフェニル-9,9-ジメチルフルオレン-2,7-ジアミン(略称:YGA2F)、4,4’,4’’-トリス(カルバゾール-9-イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)などが挙げられる。
なお、カルバゾール誘導体としては、上記に加えて、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(略称:PCPPn)、3-[4-(1-ナフチル)-フェニル]-9-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PCPN)、1,3-ビス(N-カルバゾリル)ベンゼン(略称:mCP)、4,4’-ジ(N-カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、3,6-ビス(3,5-ジフェニルフェニル)-9-フェニルカルバゾール(略称:CzTP)、1,3,5-トリス[4-(N-カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9-[4-(10-フェニル-9-アントラセニル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CzPA)等が挙げられる。
また、上記フラン誘導体(フラン環を有する有機化合物)としては、具体的には、4,4’,4’’-(ベンゼン-1,3,5-トリイル)トリ(ジベンゾフラン)(略称:DBF3P-II)、4-{3-[3-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]フェニル}ジベンゾフラン(略称:mmDBFFLBi-II)等が挙げられる。
また、上記チオフェン誘導体(チオフェン環を有する有機化合物)としては、具体的には、4,4’,4’’-(ベンゼン-1,3,5-トリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P-II)、2,8-ジフェニル-4-[4-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP-III)、4-[4-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]-6-フェニルジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP-IV)などのチオフェン環を有する有機化合物等が挙げられる。
また、上記芳香族アミンとしては、具体的には、4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα-NPD)、N,N’-ビス(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)、4,4’-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)、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:BPAFLP)、4-フェニル-3’-(9-フェニルフルオレン-9-イル)トリフェニルアミン(略称:mBPAFLP)、N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-N-{9,9-ジメチル-2-[N’-フェニル-N’-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)アミノ]-9H-フルオレン-7-イル}フェニルアミン(略称:DFLADFL)、N-(9,9-ジメチル-2-ジフェニルアミノ-9H-フルオレン-7-イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、2-[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]スピロ-9,9’-ビフルオレン(略称:DPASF)、2,7-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]スピロ-9,9’-ビフルオレン(略称:DPA2SF)、4,4’,4’’-トリス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:1’-TNATA)、4,4’,4’’-トリス(N,N-ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’-トリス[N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:m-MTDATA)、N,N’-ジ(p-トリル)-N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、DNTPD、1,3,5-トリス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)、N-(4-ビフェニル)-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:BnfABP)、N,N-ビス(4-ビフェニル)-6-フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-アミン(略称:BBABnf)、4,4’-ビス(6-フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-イル)-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:BnfBB1BP)、N,N-ビス(4-ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-6-アミン(略称:BBABnf(6))、N,N-ビス(4-ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-アミン(略称:BBABnf(8))、N,N-ビス(4-ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[2,3-d]フラン-4-アミン(略称:BBABnf(II)(4))、N,N-ビス[4-(ジベンゾフラン-4-イル)フェニル]-4-アミノ-p-ターフェニル(略称:DBfBB1TP)、N-[4-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-N-フェニル-4-ビフェニルアミン(略称:ThBA1BP)、4-(2-ナフチル)-4’,4’’-ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNB)、4-[4-(2-ナフチル)フェニル]-4’,4’’-ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNBi)、4,4’-ジフェニル-4’’-(6;1’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAαNβNB)、4,4’-ジフェニル-4’’-(7;1’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAαNβNB-03)、4,4’-ジフェニル-4’’-(7-フェニル)ナフチル-2-イルトリフェニルアミン(略称:BBAPβNB-03)、4,4’-ジフェニル-4’’-(6;2’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBA(βN2)B)、4,4’-ジフェニル-4’’-(7;2’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBA(βN2)B-03)、4,4’-ジフェニル-4’’-(4;2’-ビナフチル-1-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAβNαNB)、4,4’-ジフェニル-4’’-(5;2’-ビナフチル-1-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAβNαNB-02)、4-(4-ビフェニリル)-4’-(2-ナフチル)-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:TPBiAβNB)、4-(3-ビフェニリル)-4’-[4-(2-ナフチル)フェニル]-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:mTPBiAβNBi)、4-(4-ビフェニリル)-4’-[4-(2-ナフチル)フェニル]-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:TPBiAβNBi)、4-フェニル-4’-(1-ナフチル)トリフェニルアミン(略称:αNBA1BP)、4,4’-ビス(1-ナフチル)トリフェニルアミン(略称:αNBB1BP)、4,4’-ジフェニル-4’’-[4’-(カルバゾール-9-イル)ビフェニル-4-イル]トリフェニルアミン(略称:YGTBi1BP)、4’-[4-(3-フェニル-9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]トリス(1,1’-ビフェニル-4-イル)アミン(略称:YGTBi1BP-02)、4-[4’-(カルバゾール-9-イル)ビフェニル-4-イル]-4’-(2-ナフチル)-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:YGTBiβNB)、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-N-[4-(1-ナフチル)フェニル]-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-2-アミン(略称:PCBNBSF)、N,N-ビス([1,1’-ビフェニル]-4-イル)-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-2-アミン(略称:BBASF)、N,N-ビス([1,1’-ビフェニル]-4-イル)-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-4-アミン(略称:BBASF(4))、N-(1,1’-ビフェニル-2-イル)-N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-4-アミン(略称:oFBiSF)、N-(4-ビフェニル)-N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)ジベンゾフラン-4-アミン(略称:FrBiF)、N-[4-(1-ナフチル)フェニル]-N-[3-(6-フェニルジベンゾフラン-4-イル)フェニル]-1-ナフチルアミン(略称:mPDBfBNBN)、4-フェニル-4’-[4-(9-フェニルフルオレン-9-イル)フェニル]トリフェニルアミン(略称:BPAFLBi)、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-4-アミン、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-3-アミン、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-2-アミン、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-1-アミン、等が挙げられる。
その他にも、正孔輸送性材料として、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)である、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)等を用いることができる。または、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)(略称:PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(略称:PAni/PSS)等の酸を添加した高分子系化合物、等を用いることもできる。
但し、正孔輸送性材料は、上記に限られることなく公知の様々な材料を1種または複数種組み合わせて正孔輸送性材料として用いてもよい。
なお、正孔注入層(111、111a、111b)は、公知の様々な成膜方法を用いて形成することができるが、例えば、真空蒸着法を用いて形成することができる。
<正孔輸送層>
正孔輸送層(112、112a、112b)は、正孔注入層(111、111a、111b)によって、第1の電極101から注入された正孔を発光層(113、113a、113b、113c)に輸送する層である。なお、正孔輸送層(112、112a、112b)は、正孔輸送性材料を含む層である。従って、正孔輸送層(112、112a、112b)には、正孔注入層(111、111a、111b)に用いることができる正孔輸送性材料を用いることができる。
なお、本発明の一態様である発光デバイスにおいて、正孔輸送層(112、112a、112b)と同じ有機化合物を発光層(113、113a、113b、113c)に用いることができる。正孔輸送層(112、112a、112b)と発光層(113、113a、113b、113c)に同じ有機化合物を用いると、正孔輸送層(112、112a、112b)から発光層(113、113a、113b、113c)への正孔の輸送が効率よく行えるため、より好ましい。
<発光層>
発光層(113、113a、113b、113c)は、発光物質を含む層である。なお、発光層(113、113a、113b、113c)に用いることができる発光物質としては、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、赤色などの発光色を呈する物質を適宜用いることができる。また、発光層を複数有する場合には、各発光層に異なる発光物質を用いることにより異なる発光色を呈する構成(例えば、補色の関係にある発光色を組み合わせて得られる白色発光)とすることができる。さらに、一つの発光層が異なる発光物質を有する積層構造としてもよい。
また、発光層(113、113a、113b、113c)は、発光物質(ゲスト材料)に加えて、1種または複数種の有機化合物(ホスト材料等)を有していても良い。
なお、発光層(113、113a、113b、113c)にホスト材料を複数用いる場合、新たに加える第2のホスト材料として、既存のゲスト材料および第1のホスト材料のエネルギーギャップよりも大きなエネルギーギャップを有する物質を用いるのが好ましい。また、第2のホスト材料の最低一重項励起エネルギー準位(S1準位)は、第1のホスト材料のS1準位よりも高く、第2のホスト材料の最低三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、ゲスト材料のT1準位よりも高いことが好ましい。また、第2のホスト材料の最低三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、第1のホスト材料のT1準位よりも高いことが好ましい。このような構成とすることにより、2種類のホスト材料による励起錯体を形成することができる。なお、効率よく励起錯体を形成するためには、正孔を受け取りやすい化合物(正孔輸送性材料)と、電子を受け取りやすい化合物(電子輸送性材料)とを組み合わせることが特に好ましい。また、この構成により、高効率、低電圧、長寿命を同時に実現することができる。
なお、上記のホスト材料(第1のホスト材料および第2のホスト材料を含む)として用いる有機化合物としては、発光層に用いるホスト材料としての条件を満たせば、前述の正孔輸送層(112、112a、112b)に用いることができる正孔輸送性材料、または後述の電子輸送層(114、114a、114b)に用いることができる電子輸送性材料、等の有機化合物が挙げられ、複数種の有機化合物(上記、第1のホスト材料および第2のホスト材料)からなる励起錯体であっても良い。なお、複数種の有機化合物で励起状態を形成する励起錯体(エキサイプレックス、エキシプレックスまたはExciplexともいう)は、S1準位とT1準位との差が極めて小さく、三重項励起エネルギーを一重項励起エネルギーに変換することが可能なTADF材料としての機能を有する。また、励起錯体を形成する複数種の有機化合物の組み合わせとしては、例えば一方がπ電子不足型複素芳香環を有し、他方がπ電子過剰型複素芳香環を有すると好ましい。なお、励起錯体を形成する組み合わせとして、一方にイリジウム、ロジウム、または白金系の有機金属錯体、あるいは金属錯体等の燐光発光物質を用いても良い。
発光層(113、113a、113b、113c)に用いることができる発光物質として、特に限定は無く、一重項励起エネルギーを可視光領域の発光に変える発光物質、または三重項励起エネルギーを可視光領域の発光に変える発光物質を用いることができる。
≪一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質≫
発光層(113、113a、113b、113c)に用いることのできる、一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、以下に示す蛍光を発する物質(蛍光発光物質)が挙げられる。例えば、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(略称:1,6mMemFLPAPrn)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ビス[4-(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(略称: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(略称: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(略称:1,6ThAPrn)、N,N’-(ピレン-1,6-ジイル)ビス[(N-フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン)-6-アミン](略称:1,6BnfAPrn)、N,N’-(ピレン-1,6-ジイル)ビス[(N-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-02)、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)などが挙げられる。
また、5,6-ビス[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-2,2’-ビピリジン(略称:PAP2BPy)、5,6-ビス[4’-(10-フェニル-9-アントリル)ビフェニル-4-イル]-2,2’-ビピリジン(略称:PAPP2BPy)、N,N’-ビス[4-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-N,N’-ジフェニルスチルベン-4,4’-ジアミン(略称:YGA2S)、4-(9H-カルバゾール-9-イル)-4’-(10-フェニル-9-アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、4-(9H-カルバゾール-9-イル)-4’-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9-ジフェニル-N-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:PCAPA)、4-(10-フェニル-9-アントリル)-4’-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、4-[4-(10-フェニル-9-アントリル)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:PCBAPBA)、ペリレン、2,5,8,11-テトラ-tert-ブチルペリレン(略称:TBP)、N,N’’-(2-tert-ブチルアントラセン-9,10-ジイルジ-4,1-フェニレン)ビス[N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9-ジフェニル-N-[4-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:2PCAPPA)、N-[4-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)フェニル]-N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)等を用いることができる。
また、N-[9,10-ビス(1,1’-ビフェニル-2-イル)-2-アントリル]-N,9-ジフェニル-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:2PCABPhA)、N-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)-N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N-[9,10-ビス(1,1’-ビフェニル-2-イル)-2-アントリル]-N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10-ビス(1,1’-ビフェニル-2-イル)-N-[4-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-N-フェニルアントラセン-2-アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9-トリフェニルアントラセン-9-アミン(略称:DPhAPhA)、クマリン545T、N,N’-ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、ルブレン、5,12-ビス(1,1’-ビフェニル-4-イル)-6,11-ジフェニルテトラセン(略称:BPT)、2-(2-{2-[4-(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}-6-メチル-4H-ピラン-4-イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2-{2-メチル-6-[2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)、N,N,N’,N’-テトラキス(4-メチルフェニル)テトラセン-5,11-ジアミン(略称:p-mPhTD)、7,14-ジフェニル-N,N,N’,N’-テトラキス(4-メチルフェニル)アセナフト[1,2-a]フルオランテン-3,10-ジアミン(略称:p-mPhAFD)、2-{2-イソプロピル-6-[2-(1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)、2-{2-tert-ブチル-6-[2-(1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、2-(2,6-ビス{2-[4-(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}-4H-ピラン-4-イリデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2-{2,6-ビス[2-(8-メトキシ-1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)、1,6BnfAPrn-03、3,10-ビス[N-(9-フェニル-9H-カルバゾール-2-イル)-N-フェニルアミノ]ナフト[2,3-b;6,7-b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10PCA2Nbf(IV)-02)、3,10-ビス[N-(ジベンゾフラン-3-イル)-N-フェニルアミノ]ナフト[2,3-b;6,7-b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10FrA2Nbf(IV)-02)などが挙げられる。特に、1,6FLPAPrn、1,6mMemFLPAPrn、1,6BnfAPrn-03のようなピレンジアミン化合物、等を用いることができる。
≪三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質≫
次に、発光層113に用いることのできる、三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、例えば、燐光を発する物質(燐光発光物質)、または熱活性化遅延蛍光を示す熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料が挙げられる。
燐光発光物質とは、低温(例えば77K)以上室温以下の温度範囲(すなわち、77K以上313K以下)のいずれかにおいて、燐光を呈し、且つ蛍光を呈さない化合物のことをいう。該燐光発光物質としては、スピン軌道相互作用の大きい金属元素を有すると好ましく、有機金属錯体、金属錯体(白金錯体)、希土類金属錯体等が挙げられる。具体的には遷移金属元素が好ましく、特に白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、または白金(Pt))を有することが好ましく、中でもイリジウムを有することで、一重項基底状態と三重項励起状態との間の直接遷移に係わる遷移確率を高めることができ好ましい。
≪燐光発光物質(450nm以上570nm以下:青色または緑色)≫
青色または緑色を呈し、発光スペクトルのピーク波長が450nm以上570nm以下である燐光発光物質としては、以下のような物質が挙げられる。
例えば、トリス{2-[5-(2-メチルフェニル)-4-(2,6-ジメチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN2]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:[Ir(mpptz-dmp)])、トリス(5-メチル-3,4-ジフェニル-4H-1,2,4-トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz)])、トリス[4-(3-ビフェニル)-5-イソプロピル-3-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrptz-3b)])、トリス[3-(5-ビフェニル)-5-イソプロピル-4-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPr5btz)])、のような4H-トリアゾール環を有する有機金属錯体、トリス[3-メチル-1-(2-メチルフェニル)-5-フェニル-1H-1,2,4-トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz1-mp)])、トリス(1-メチル-5-フェニル-3-プロピル-1H-1,2,4-トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Prptz1-Me)])のような1H-トリアゾール環を有する有機金属錯体、fac-トリス[1-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-2-フェニル-1H-イミダゾール]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrpmi)])、トリス[3-(2,6-ジメチルフェニル)-7-メチルイミダゾ[1,2-f]フェナントリジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(dmpimpt-Me)])のようなイミダゾール環を有する有機金属錯体、ビス[2-(4’,6’-ジフルオロフェニル)ピリジナト-N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1-ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2-(4’,6’-ジフルオロフェニル)ピリジナト-N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス{2-[3’,5’-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト-N,C2’}イリジウム(III)ピコリナート(略称:[Ir(CFppy)(pic)])、ビス[2-(4’,6’-ジフルオロフェニル)ピリジナト-N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIr(acac))のように電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属錯体等が挙げられる。
≪燐光発光物質(495nm以上590nm以下:緑色または黄色)≫
緑色または黄色を呈し、発光スペクトルのピーク波長が495nm以上590nm以下である燐光発光物質としては、以下のような物質が挙げられる。
例えば、トリス(4-メチル-6-フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)])、トリス(4-t-ブチル-6-フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)])、(アセチルアセトナト)ビス(6-メチル-4-フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(6-tert-ブチル-4-フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[6-(2-ノルボルニル)-4-フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(nbppm)(acac)])、(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)(略称:[Ir(mpmppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)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}イリジウム(III)(略称:[Ir(dmppm-dmp)(acac)])、(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)(acac)])のようなピリミジン環を有する有機金属イリジウム錯体、(アセチルアセトナト)ビス(3,5-ジメチル-2-フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr-Me)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(5-イソプロピル-3-メチル-2-フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr-iPr)(acac)])のようなピラジン環を有する有機金属イリジウム錯体、トリス(2-フェニルピリジナト-N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])、ビス(2-フェニルピリジナト-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(ppy)(acac)])、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(bzq)(acac)])、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(bzq)])、トリス(2-フェニルキノリナト-N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(pq)])、ビス(2-フェニルキノリナト-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(pq)(acac)])、ビス[2-(2-ピリジニル-κN)フェニル-κC][2-(4-フェニル-2-ピリジニル-κN)フェニル-κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)(4dppy)])、ビス[2-(2-ピリジニル-κN)フェニル-κC][2-(4-メチル-5-フェニル-2-ピリジニル-κN)フェニル-κC]、[2-(メチル-d)-8-[4-(1-メチルエチル-1-d)-2-ピリジニル-κN]ベンゾフロ[2,3-b]ピリジン-7-イル-κC]ビス[5-(メチル-d)-2-[5-(メチル-d)-2-ピリジニル-κN]フェニル-κC]イリジウム(III)(略称:Ir(5mtpy-d(mbfpypy-iPr-d))、[2-d-メチル-(2-ピリジニル-κN)ベンゾフロ[2,3-b]ピリジン-κC]ビス[2-(2-ピリジニル-κN)フェニル-κC]イリジウム(III)(略称:Ir(ppy)(mbfpypy-d3))、[2-(4-メチル-5-フェニル-2-ピリジニル-κN)フェニル-κC]ビス[2-(2-ピリジニル-κN)フェニル-κC]イリジウム(III)(略称:Ir(ppy)(mdppy))のようなピリジン環を有する有機金属イリジウム錯体、ビス(2,4-ジフェニル-1,3-オキサゾラト-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(dpo)(acac)])、ビス{2-[4’-(パーフルオロフェニル)フェニル]ピリジナト-N,C2’}イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(p-PF-ph)(acac)])、ビス(2-フェニルベンゾチアゾラト-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(bt)(acac)])などの有機金属錯体の他、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:[Tb(acac)(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。
≪燐光発光物質(570nm以上750nm以下:黄色または赤色)≫
黄色または赤色を呈し、発光スペクトルのピーク波長が570nm以上750nm以下である燐光発光物質としては、以下のような物質が挙げられる。
例えば、(ジイソブチリルメタナト)ビス[4,6-ビス(3-メチルフェニル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dibm)])、ビス[4,6-ビス(3-メチルフェニル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dpm)])、(ジピバロイルメタナト)ビス[4,6-ジ(ナフタレン-1-イル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(d1npm)(dpm)])のようなピリミジン環を有する有機金属錯体、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5-トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(acac)])、ビス(2,3,5-トリ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(tppr)(dpm)])、ビス{4,6-ジメチル-2-[3-(3,5-ジメチルフェニル)-5-フェニル-2-ピラジニル-κN]フェニル-κC}(2,6-ジメチル-3,5-ヘプタンジオナト-κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmdppr-P)(dibm)])、ビス{4,6-ジメチル-2-[5-(4-シアノ-2,6-ジメチルフェニル)-3-(3,5-ジメチルフェニル)-2-ピラジニル-κN]フェニル-κC}(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナト-κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmdppr-dmCP)(dpm)])、ビス[2-(5-(2,6-ジメチルフェニル)-3-(3,5-ジメチルフェニル)-2-ピラジニル-κN)-4,6-ジメチルフェニル-κC](2,2’,6,6’-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナト-κ2O,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmdppr-dmp)(dpm)])、(アセチルアセトナト)ビス[2-メチル-3-フェニルキノキサリナト-N,C2’]イリジウム(III)(略称:[Ir(mpq)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(2,3-ジフェニルキノキサリナト-N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dpq)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[2,3-ビス(4-フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Fdpq)(acac)])のようなピラジン環を有する有機金属錯体、トリス(1-フェニルイソキノリナト-N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(piq)])、ビス(1-フェニルイソキノリナト-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(piq)(acac)])、およびビス[4,6-ジメチル-2-(2-キノリニル-κN)フェニル-κC](2,4-ペンタンジオナト-κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmpqn)(acac)])のようなピリジン環を有する有機金属錯体、2,3,7,8,12,13,17,18-オクタエチル-21H,23H-ポルフィリン白金(II)(略称:[PtOEP])のような白金錯体、トリス(1,3-ジフェニル-1,3-プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(DBM)(Phen)])、およびトリス[1-(2-テノイル)-3,3,3-トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(TTA)(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。
≪TADF材料≫
また、TADF材料としては、以下に示す材料を用いることができる。TADF材料とは、S1準位とT1準位との差が小さく(好ましくは、0.2eV以下)、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、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー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。また、TADF材料における遅延蛍光とは、通常の蛍光と同様のスペクトルを持ちながら、寿命が著しく長い発光をいう。その寿命は、1×10-6秒以上、好ましくは1×10-3秒以上である。
TADF材料としては、例えば、フラーレン、およびその誘導体、プロフラビン等のアクリジン誘導体、エオシン等が挙げられる。また、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、スズ(Sn)、白金(Pt)、インジウム(In)、もしくはパラジウム(Pd)等を含む金属含有ポルフィリンが挙げられる。金属含有ポルフィリンとしては、例えば、プロトポルフィリン-フッ化スズ錯体(略称:SnF(Proto IX))、メソポルフィリン-フッ化スズ錯体(略称:SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン-フッ化スズ錯体(略称:SnF(Hemato IX))、コプロポルフィリンテトラメチルエステル-フッ化スズ錯体(略称:SnF(Copro III-4Me))、オクタエチルポルフィリン-フッ化スズ錯体(略称:SnF(OEP))、エチオポルフィリン-フッ化スズ錯体(略称:SnF(Etio I))、オクタエチルポルフィリン-塩化白金錯体(略称:PtClOEP)等が挙げられる。
Figure 2023016026000034
その他にも、2-(ビフェニル-4-イル)-4,6-ビス(12-フェニルインドロ[2,3-a]カルバゾール-11-イル)-1,3,5-トリアジン(略称:PIC-TRZ)、2-{4-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール-9-イル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:PCCzPTzn)、2-[4-(10H-フェノキサジン-10-イル)フェニル]-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:PXZ-TRZ)、3-[4-(5-フェニル-5,10-ジヒドロフェナジン-10-イル)フェニル]-4,5-ジフェニル-1,2,4-トリアゾール(略称:PPZ-3TPT)、3-(9,9-ジメチル-9H-アクリジン-10-イル)-9H-キサンテン-9-オン(略称:ACRXTN)、ビス[4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)フェニル]スルホン(略称:DMAC-DPS)、10-フェニル-10H,10’H-スピロ[アクリジン-9,9’-アントラセン]-10’-オン(略称:ACRSA)、4-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:4PCCzBfpm)、4-[4-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:4PCCzPBfpm)、9-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-2,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:mPCCzPTzn-02)等のπ電子過剰型複素芳香族化合物及びπ電子不足型複素芳香族化合物を有する複素芳香族化合物を用いてもよい。
なお、π電子過剰型複素芳香族化合物とπ電子不足型複素芳香族化合物とが直接結合した物質は、π電子過剰型複素芳香族化合物のドナー性とπ電子不足型複素芳香族化合物のアクセプタ性が共に強くなり、一重項励起状態と三重項励起状態のエネルギー差が小さくなるため、特に好ましい。また、TADF材料として、一重項励起状態と三重項励起状態間が熱平衡状態にあるTADF材料(TADF100)を用いてもよい。このようなTADF材料は発光寿命(励起寿命)が短くなるため、発光デバイスにおける高輝度領域での効率低下を抑制することができる。
Figure 2023016026000035
また、上記の他に、三重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料としては、ペロブスカイト構造を有する遷移金属化合物のナノ構造体が挙げられる。特に金属ハロゲンペロブスカイト類のナノ構造体がこのましい。該ナノ構造体としては、ナノ粒子、ナノロッドが好ましい。
発光層(113、113a、113b、113c)において、上述した発光物質(ゲスト材料)と組み合わせて用いる有機化合物(ホスト材料等)としては、発光物質(ゲスト材料)のエネルギーギャップより大きなエネルギーギャップを有する物質を、一種もしくは複数種選択して用いればよい。
≪蛍光発光用ホスト材料≫
発光層(113、113a、113b、113c)に用いる発光物質が蛍光発光物質である場合、組み合わせる有機化合物(ホスト材料)として、一重項励起状態のエネルギー準位が大きく、三重項励起状態のエネルギー準位が小さい有機化合物、または蛍光量子収率が高い有機化合物を用いるのが好ましい。したがって、このような条件を満たす有機化合物であれば、本実施の形態で示す、正孔輸送性材料(前述)および電子輸送性材料(後述)等を用いることができる。
一部上述した具体例と重複するが、発光物質(蛍光発光物質)との好ましい組み合わせという観点から、有機化合物(ホスト材料)としては、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ジベンゾ[g,p]クリセン誘導体等の縮合多環芳香族化合物が挙げられる。
なお、蛍光発光物質と組み合わせて用いることが好ましい有機化合物(ホスト材料)の具体例としては、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(略称:PCzPA)、3,6-ジフェニル-9-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:DPCzPA)、3-[4-(1-ナフチル)-フェニル]-9-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PCPN)、9,10-ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、N,N-ジフェニル-9-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:CzA1PA)、4-(10-フェニル-9-アントリル)トリフェニルアミン(略称:DPhPA)、YGAPA、PCAPA、N,9-ジフェニル-N-{4-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]フェニル}-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:PCAPBA)、N-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)-N,9-ジフェニル-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:2PCAPA)、6,12-ジメトキシ-5,11-ジフェニルクリセン、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’-オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン-2,7,10,15-テトラアミン(略称:DBC1)、9-[4-(10-フェニル-9-アントラセニル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称: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(略称: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(略称: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(略称:FLPPA)、9,10-ビス(3,5-ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2-tert-ブチル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:t-BuDNA)、9-(1-ナフチル)-10-(2-ナフチル)アントラセン(略称:α、βADN)、2-(10-フェニルアントラセン-9-イル)ジベンゾフラン、2-(10-フェニル-9-アントラセニル)-ベンゾ[b]ナフト[2,3-d]フラン(略称:Bnf(II)PhA)、9-(1-ナフチル)-10-[4-(2-ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:αN-βNPAnth)、2,9-ジ(1-ナフチル)-10-フェニルアントラセン(略称:2αN-αNPhA)、9-(1-ナフチル)-10-[3-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:αN-mαNPAnth)、9-(2-ナフチル)-10-[3-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:βN-mαNPAnth)、9-(1-ナフチル)-10-[4-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:αN-αNPAnth)、9-(2-ナフチル)-10-[4-(2-ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:βN-βNPAnth)、2-(1-ナフチル)-9-(2-ナフチル)-10-フェニルアントラセン(略称:2αN-βNPhA)、9-(2-ナフチル)-10-[3-(2-ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:βN-mβNPAnth)、1-[4-(10-[1,1’-ビフェニル]-4-イル-9-アントラセニル)フェニル]-2-エチル-1H-ベンゾイミダゾール(略称:EtBImPBPhA)、9,9’-ビアントリル(略称:BANT)、9,9’-(スチルベン-3,3’-ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’-(スチルベン-4,4’-ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS2)、1,3,5-トリ(1-ピレニル)ベンゼン(略称:TPB3)、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。
≪燐光発光用ホスト材料≫
また、発光層(113、113a、113b、113c)に用いる発光物質が燐光発光物質である場合、組み合わせる有機化合物(ホスト材料)として、発光物質の三重項励起エネルギー(基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)よりも三重項励起エネルギーの大きい有機化合物を選択すれば良い。なお、励起錯体を形成させるべく複数の有機化合物(例えば、第1のホスト材料、および第2のホスト材料(またはアシスト材料)等)を発光物質と組み合わせて用いる場合は、これらの複数の有機化合物を燐光発光物質と混合して用いることが好ましい。
このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質へのエネルギー移動であるExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)を用いた発光を効率よく得ることができる。なお、複数の有機化合物の組み合わせとしては、励起錯体が形成しやすいものが良く、正孔を受け取りやすい化合物(正孔輸送性材料)と、電子を受け取りやすい化合物(電子輸送性材料)とを組み合わせることが特に好ましい。
なお、一部上述した具体例と重複するが、発光物質(燐光発光物質)との好ましい組み合わせという観点から、有機化合物(ホスト材料、アシスト材料)としては、芳香族アミン(芳香族アミン骨格を有する有機化合物)、カルバゾール誘導体(カルバゾール環を有する有機化合物)、ジベンゾチオフェン誘導体(ジベンゾチオフェン環を有する有機化合物)、ジベンゾフラン誘導体(ジベンゾフラン環を有する有機化合物)、オキサジアゾール誘導体(オキサジアゾール環を有する有機化合物)、トリアゾール誘導体(トリアゾール環を有する有機化合物)、ベンゾイミダゾール誘導体(ベンゾイミダゾール環を有する有機化合物)、キノキサリン誘導体(キノキサリン環を有する有機化合物)、ジベンゾキノキサリン誘導体(ジベンゾキノキサリン環を有する有機化合物)、ピリミジン誘導体(ピリミジン環を有する有機化合物)、トリアジン誘導体(トリアジン環を有する有機化合物)、ピリジン誘導体(ピリジン環を有する有機化合物)、ビピリジン誘導体(ビピリジン環を有する有機化合物)、フェナントロリン誘導体(フェナントロリン環を有する有機化合物)、フロジアジン誘導体(フロジアジン環を有する有機化合物)、亜鉛およびアルミニウム系の金属錯体、等が挙げられる。
なお、上記の有機化合物のうち、正孔輸送性の高い有機化合物である、芳香族アミン、およびカルバゾール誘導体の具体例としては、上述した正孔輸送性材料の具体例と同じものが挙げられ、これらはいずれもホスト材料として好ましい。
また、上記の有機化合物のうち、正孔輸送性の高い有機化合物である、ジベンゾチオフェン誘導体、およびジベンゾフラン誘導体の具体例としては、4-{3-[3-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]フェニル}ジベンゾフラン(略称:mmDBFFLBi-II)、4,4’,4’’-(ベンゼン-1,3,5-トリイル)トリ(ジベンゾフラン)(略称:DBF3P-II)、DBT3P-II、2,8-ジフェニル-4-[4-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP-III)、4-[4-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]-6-フェニルジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP-IV)、4-[3-(トリフェニレン-2-イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:mDBTPTp-II)等が挙げられ、これらはいずれもホスト材料として好ましい。
その他、ビス[2-(2-ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2-(2-ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども好ましいホスト材料として挙げられる。
また、上記の有機化合物のうち、電子輸送性の高い有機化合物である、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、キナゾリン誘導体、フェナントロリン誘導体等の具体例としては、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)、9-[4-(5-フェニル-1,3,4-オキサジアゾール-2-イル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CO11)、3-(4-ビフェニリル)-4-フェニル-5-(4-tert-ブチルフェニル)-1,2,4-トリアゾール(略称:TAZ)、2,2’,2’’-(1,3,5-ベンゼントリイル)トリス(1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、2-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール(略称:mDBTBIm-II)、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:BzOs)、などのポリアゾール環を有する複素芳香環を含む有機化合物、バソフェナントロリン(略称:Bphen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、2,9-ジ(ナフタレン-2-イル)-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(略称:NBphen)、2,2-(1,3-フェニレン)ビス[9-フェニル-1,10-フェナントロリン](略称:mPPhen2P)、2,2’-(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジイルビス(9-フェニル-1,10-フェナントロリン)(略称:PPhen2BP)、などのピリジン環を有する複素芳香環を含む有機化合物、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:2mDBTPDBq-II)、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(略称:2mDBTBPDBq-II)、2-[3’-(9H-カルバゾール-9-イル)ビフェニル-3-イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mCzBPDBq)、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:7mDBTPDBq-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)、2-{4-[9,10-ジ(2-ナフチル)-2-アントリル]フェニル}-1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール(略称:ZADN)、2-[4’-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-3,1’-ビフェニル-1-イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mpPCBPDBq)、等が挙げられ、これらはいずれもホスト材料として好ましい。
また、上記の有機化合物のうち、電子輸送性の高い有機化合物である、ピリジン誘導体、ジアジン誘導体(ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリダジン誘導体を含む)、トリアジン誘導体、フロジアジン誘導体の具体例として、4,6-ビス[3-(フェナントレン-9-イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mPnP2Pm)、4,6-ビス[3-(4-ジベンゾチエニル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mDBTP2Pm-II)、4,6-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mCzP2Pm)、2-{4-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール-9-イル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:PCCzPTzn)、9-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-2,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:mPCCzPTzn-02)、3,5-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ピリジン(略称:35DCzPPy)、1,3,5-トリ[3-(3-ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)、9,9’-[ピリミジン-4,6-ジイルビス(ビフェニル-3,3’-ジイル)]ビス(9H-カルバゾール)(略称:4,6mCzBP2Pm)、2-[3’-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-1,1’-ビフェニル-3-イル]-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mFBPTzn)、8-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-4-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8BP-4mDBtPBfpm)、9-[3’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-3-イル]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9mDBtBPNfpr)、9-[3’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-4-イル]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9pmDBtBPNfpr)、11-[3’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-3-イル]フェナントロ[9’,10’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:11mDBtBPPnfpr)、11-[3’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-4-イル]フェナントロ[9’,10’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン、11-[3’-(9H-カルバゾール-9-イル)ビフェニル-3-イル]フェナントロ[9’,10’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン、12-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)フェナントロ[9’,10’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:12PCCzPnfpr)、9-[(3’-9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)ビフェニル-4-イル]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9pmPCBPNfpr)、9-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9PCCzNfpr)、10-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:10PCCzNfpr)、9-[3’-(6-フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-イル)ビフェニル-3-イル]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9mBnfBPNfpr)、9-{3-[6-(9,9-ジメチルフルオレン-2-イル)ジベンゾチオフェン-4-イル]フェニル}ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9mFDBtPNfpr)、9-[3’-(6-フェニルジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-3-イル]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9mDBtBPNfpr-02)、9-[3-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン(略称:9mPCCzPNfpr)、9-{(3’-[2,8-ジフェニルジベンゾチオフェン-4-イル]ビフェニル-3-イル}ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン、11-{(3’-[2,8-ジフェニルジベンゾチオフェン-4-イル]ビフェニル-3-イル}フェナントロ[9’,10’:4,5]フロ[2,3-b]ピラジン、5-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-7,7-ジメチル-5H,7H-インデノ[2,1-b]カルバゾール(略称:mINc(II)PTzn)、2-[3’-(トリフェニレン-2-イル)-1,1’-ビフェニル-3-イル]-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mTpBPTzn)、2-[(1,1’-ビフェニル)-4-イル]-4-フェニル-6-[9,9’-スピロビ(9H-フルオレン)-2-イル]-1,3,5-トリアジン(略称:BP-SFTzn)、2,6-ビス(4-ナフタレン-1-イルフェニル)-4-[4-(3-ピリジル)フェニル]ピリミジン(略称:2,4NP-6PyPPm)、9-[4-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-2-ジベンゾチオフェニル]-2-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PCDBfTzn)、2-[1,1’-ビフェニル]-3-イル-4-フェニル-6-(8-[1,1’:4’,1’’-ターフェニル]-4-イル-1-ジベンゾフラニル)-1,3,5-トリアジン(略称:mBP-TPDBfTzn)、6-(1,1’-ビフェニル-3-イル)-4-[3,5-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-2-フェニルピリミジン(略称:6mBP-4Cz2PPm)、4-[3,5-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-2-フェニル-6-(1,1’-ビフェニル-4-イル)ピリミジン(略称:6BP-4Cz2PPm)、などのジアジン環を有する複素芳香環を含む有機化合物、などが挙げられ、これらはいずれもホスト材料として好ましい。
また、上記の有機化合物のうち、電子輸送性の高い有機化合物である、金属錯体の具体例としては、亜鉛系またはアルミニウム系の金属錯体である、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq)、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:BeBq)、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8-キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)の他、キノリン環またはベンゾキノリン環を有する金属錯体等が、挙げられ、これらはいずれもホスト材料として好ましい。
その他、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などもホスト材料として好ましい。
さらに、正孔輸送性の高い有機化合物であり、かつ電子輸送性の高い有機化合物である、バイポーラ性の9-フェニル-9’-(4-フェニル-2-キナゾリニル)-3,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:PCCzQz)、2-[4’-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-3,1’-ビフェニル-1-イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mpPCBPDBq)、5-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-7,7-ジメチル-5H,7H-インデノ[2,1-b]カルバゾール(略称:mINc(II)PTzn)、11-(4-[1,1’-ビフェニル]-4-イル-6-フェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-11,12-ジヒドロ-12-フェニル-インドロ[2,3-a]カルバゾール(略称:BP-Icz(II)Tzn)、7-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-2-イル)キナゾリン-2-イル]-7H-ジベンゾ[c,g]カルバゾール(略称:PC-cgDBCzQz)などのジアジン環を有する有機化合物等をホスト材料として用いることもできる。
<電子輸送層>
電子輸送層(114、114a、114b)は、後述する電子注入層(115、115a、115b)によって第2の電極102および電荷発生層(106、106a、106b)から注入された電子を発光層(113、113a、113b、113c)に輸送する層である。なお、本発明の一態様である発光デバイスは、電子輸送層が積層構造を有することで耐熱性を向上させることができる。また、電子輸送層(114、114a、114b)に用いる電子輸送性材料は、電界強度[V/cm]の平方根が600における電子移動度が、1×10-6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質が好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いることができる。また、電子輸送層(114、114a、114b)は、単層でも機能するが、2層以上の積層構造としてもよい。なお、上記の混合材料は、耐熱性を有するため、これを用いた電子輸送層上でフォトリソ工程を行うことにより、熱工程によるデバイス特性への影響を抑制することができる。
≪電子輸送性材料≫
電子輸送層(114、114a、114b)に用いることができる電子輸送性材料としては、電子輸送性の高い有機化合物を用いることができ、例えば複素芳香族化合物を用いることができる。なお、複素芳香族化合物とは、環の中に少なくとも2種類の異なる元素を含む環式化合物である。なお、環構造としては、3員環、4員環、5員環、6員環等が含まれるが、特に5員環、または、6員環が好ましく、含まれる元素としては、炭素の他に窒素、酸素、または硫黄などのいずれか一又は複数を含む複素芳香族化合物が好ましい。特に窒素を含む複素芳香族化合物(含窒素複素芳香族化合物)が好ましく、含窒素複素芳香族化合物、またはこれを含むπ電子不足型複素芳香族化合物等の電子輸送性の高い材料(電子輸送性材料)を用いることが好ましい。なお、この電子輸送性材料は、発光層に用いた材料とは異なる材料を用いることが好ましい。発光層でキャリアの再結合により生成した励起子は全てが発光に寄与できるとは限らず、発光層に接する、あるいは近傍に存在する層に拡散してしまうことがある。この現象を回避するためには、発光層に接する、あるいは近傍に存在する層に用いられる材料のエネルギー準位(最低一重項励起エネルギー準位または最低三重項励起エネルギー準位)が、発光層に用いられる材料よりも高いことが好ましい。従って、電子輸送性材料は、発光層に用いる材料とは異なることが効率の高いデバイスを得るために好ましい。
複素芳香族化合物は、少なくとも1つの複素芳香環を有する有機化合物である。
なお、複素芳香環は、ピリジン環、ジアジン環、トリアジン環、ポリアゾール環、オキサゾール環、またはチアゾール環等のいずれか一を有する。また、ジアジン環を有する複素芳香環には、ピリミジン環、ピラジン環、またはピリダジン環などを有する複素芳香環が含まれる。また、ポリアゾール環を有する複素芳香環には、イミダゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環を有する複素芳香環が含まれる。
また、複素芳香環は、縮環構造を有する縮合複素芳香環を含む。なお、縮合複素芳香環としては、キノリン環、ベンゾキノリン環、キノキサリン環、ジベンゾキノキサリン環、キナゾリン環、ベンゾキナゾリン環、ジベンゾキナゾリン環、フェナントロリン環、フロジアジン環、ベンゾイミダゾール環、などが挙げられる。
なお、例えば、炭素の他に窒素、酸素、または硫黄などのいずれか一又は複数を含む複素芳香族化合物のうち、5員環構造を有する複素芳香族化合物としては、イミダゾール環を有する複素芳香族化合物、トリアゾール環を有する複素芳香族化合物、オキサゾール環を有する複素芳香族化合物、オキサジアゾール環を有する複素芳香族化合物、チアゾール環を有する複素芳香族化合物、ベンゾイミダゾール環を有する複素芳香族化合物などが挙げられる。
また、例えば、炭素の他に窒素、酸素、または硫黄などのいずれか一又は複数を含む複素芳香族化合物のうち、6員環構造を有する複素芳香族化合物としては、ピリジン環、ジアジン環(ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環などを含む)、トリアジン環、ポリアゾール環などの複素芳香環を有する複素芳香族化合物などが挙げられる。なお、ピリジン環が連結した構造である複素芳香族化合物に含まれるが、ビピリジン構造を有する複素芳香族化合物、ターピリジン構造を有する複素芳香族化合物などが挙げられる。
さらに、上記6員環構造を一部に含む縮環構造を有する複素芳香族化合物としては、キノリン環、ベンゾキノリン環、キノキサリン環、ジベンゾキノキサリン環、フェナントロリン環、フロジアジン環(フロジアジン環のフラン環に芳香環が縮合した構造を含む)、ベンゾイミダゾール環などの縮合複素芳香環を有する複素芳香族化合物、などが挙げられる。
上記、5員環構造(ポリアゾール環(イミダゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環を含む)、オキサゾール環、チアゾール環、ベンゾイミダゾール環など)を有する複素芳香族化合物の具体例としては、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)、9-[4-(5-フェニル-1,3,4-オキサジアゾール-2-イル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CO11)、3-(4-ビフェニリル)-4-フェニル-5-(4-tert-ブチルフェニル)-1,2,4-トリアゾール(略称:TAZ)、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-EtTAZ)、2,2’,2’’-(1,3,5-ベンゼントリイル)トリス(1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、2-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール(略称:mDBTBIm-II)、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:BzOs)などが挙げられる。
上記、6員環構造(ピリジン環、ジアジン環、トリアジン環などを有する複素芳香環を含む)を有する複素芳香族化合物の具体例としては、3,5-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ピリジン(略称:35DCzPPy)、1,3,5-トリ[3-(3-ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)、などのピリジン環を有する複素芳香環を含む複素芳香族化合物、2-{4-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール-9-イル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:PCCzPTzn)、9-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-2,3’-ビ-9H-カルバゾール(略称:mPCCzPTzn-02)、5-[3-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]-7,7-ジメチル-5H,7H-インデノ[2,1-b]カルバゾール(略称:mINc(II)PTzn)、2-[3’-(トリフェニレン-2-イル)-1,1’-ビフェニル-3-イル]-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mTpBPTzn)、2-[(1,1’-ビフェニル)-4-イル]-4-フェニル-6-[9,9’-スピロビ(9H-フルオレン)-2-イル]-1,3,5-トリアジン(略称:BP-SFTzn)、2,6-ビス(4-ナフタレン-1-イルフェニル)-4-[4-(3-ピリジル)フェニル]ピリミジン(略称:2,4NP-6PyPPm)、9-[4-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-2-ジベンゾチオフェニル]-2-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PCDBfTzn)、2-[1,1’-ビフェニル]-3-イル-4-フェニル-6-(8-[1,1’:4’,1’’-ターフェニル]-4-イル-1-ジベンゾフラニル)-1,3,5-トリアジン(略称:mBP-TPDBfTzn)、2-{3-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mDBtBPTzn)、mFBPTznなどのトリアジン環を有する複素芳香環を含む複素芳香族化合物、4,6-ビス[3-(フェナントレン-9-イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mPnP2Pm)、4,6-ビス[3-(4-ジベンゾチエニル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mDBTP2Pm-II)、4,6-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mCzP2Pm)、4,6mCzBP2Pm、6-(1,1’-ビフェニル-3-イル)-4-[3,5-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-2-フェニルピリミジン(略称:6mBP-4Cz2PPm)、4-[3,5-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-2-フェニル-6-(1,1’-ビフェニル-4-イル)ピリミジン(略称:6BP-4Cz2PPm)、4-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-8-(ナフタレン-2-イル)-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8βN-4mDBtPBfpm)、8BP-4mDBtPBfpm、9mDBtBPNfpr、9pmDBtBPNfpr、3,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ベンゾフロ[2,3-b]ピラジン(略称:3,8mDBtP2Bfpr)、4,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:4,8mDBtP2Bfpm)、8-[3’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)(1,1’-ビフェニル-3-イル)]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8mDBtBPNfpm)、8-[(2,2’-ビナフタレン)-6-イル]-4-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8(βN2)-4mDBtPBfpm)などのジアジン(ピリミジン)環を有する複素芳香環を含む複素芳香族化合物、などが挙げられる。なお、上記複素芳香環を含む芳香族化合物には、縮合複素芳香環を有する複素芳香族化合物を含む。
その他にも、2,2’-(ピリジン-2,6-ジイル)ビス(4-フェニルベンゾ[h]キナゾリン)(略称:2,6(P-Bqn)2Py)、2,2’-(2,2’-ビピリジン-6,6’-ジイル)ビス(4-フェニルベンゾ[h]キナゾリン)(略称:6,6’(P-Bqn)2BPy)、2,2’-(ピリジン-2,6-ジイル)ビス{4-[4-(2-ナフチル)フェニル]-6-フェニルピリミジン}(略称:2,6(NP-PPm)2Py)、6-(1,1’-ビフェニル-3-イル)-4-[3,5-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-2-フェニルピリミジン(略称:6mBP-4Cz2PPm)、などのジアジン(ピリミジン)環を有する複素芳香環を含む複素芳香族化合物、2,4,6-トリス(3’-(ピリジン-3-イル)ビフェニル-3-イル)-1,3,5-トリアジン(略称:TmPPPyTz)、2,4,6-トリス(2-ピリジル)-1,3,5-トリアジン(略称:2Py3Tz)、2-[3-(2,6-ジメチル-3-ピリジル)-5-(9-フェナントレニル)フェニル]-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mPn-mDMePyPTzn)、などのトリアジン環を有する複素芳香環を含む複素芳香族化合物、等が挙げられる。
上記、6員環構造を一部に含む縮環構造を有する複素芳香族化合物(縮環構造を有する複素芳香族化合物)の具体例としては、バソフェナントロリン(略称:Bphen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、2,9-ジ(ナフタレン-2-イル)-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(略称:NBphen)、2,2’-(1,3-フェニレン)ビス[9-フェニル-1,10-フェナントロリン](略称:mPPhen2P)、2-フェニル-9-[4-[4-(9-フェニル-1,10-フェナントロリン-2-イル)フェニル]フェニル]-1,10-フェナントロリン(略称:PPhen2BP)、2,2’-(ピリジン-2,6-ジイル)ビス(4-フェニルベンゾ[h]キナゾリン)(略称:2,6(P-Bqn)2Py)、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:2mDBTPDBq-II)、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(略称:2mDBTBPDBq-II)、2-[3’-(9H-カルバゾール-9-イル)ビフェニル-3-イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mCzBPDBq)、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:7mDBTPDBq-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)、2mpPCBPDBq、などのキノキサリン環を有する複素芳香族化合物、等が挙げられる。
電子輸送層(114、114a、114b)には、上記に示す複素芳香族化合物の他にも下記に示す金属錯体を用いることができる。トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、Almq、8-キノリノラトリチウム(I)(略称:Liq)、BeBq、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8-キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)等のキノリン環またはベンゾキノリン環を有する金属錯体、ビス[2-(2-ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2-(2-ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)等のオキサゾール環またはチアゾール環を有する金属錯体等が挙げられる。
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電子輸送性材料として用いることもできる。
また、電子輸送層(114、114a、114b)は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が2層以上積層した構造であってもよい。
<電子注入層>
電子注入層(115、115a、115b)は、電子注入性の高い物質を含む層である。また、電子注入層(115、115a、115b)は、第2の電極102からの電子の注入効率を高めるための層であり、第2の電極102に用いる材料の仕事関数の値と、電子注入層(115、115a、115b)に用いる材料のLUMO準位の値とを比較した際、その差が小さい(0.5eV以下)材料を用いることが好ましい。従って、電子注入層115には、リチウム、セシウム、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、8-(キノリノラト)リチウム(略称:Liq)、2-(2-ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPP)、2-(2-ピリジル)-3-ピリジノラトリチウム(略称:LiPPy)、4-フェニル-2-(2-ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPPP)、リチウム酸化物(LiO)、炭酸セシウム等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物を用いることができる。また、イッテルビウム(Yb)のような希土類金属またはフッ化エルビウム(ErF)のような希土類金属化合物を用いることができる。なお、電子注入層(115、115a、115b)には、上記の材料を複数種混合して形成しても良いし、上記の材料のうち複数種を積層させて形成しても良い。また、電子注入層(115、115a、115b)にエレクトライドを用いてもよい。エレクトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。なお、上述した電子輸送層(114、114a、114b)を構成する物質を用いることもできる。
また、電子注入層(115、115a、115b)に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる混合材料を用いてもよい。このような混合材料は、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。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層(114、114a、114b)に用いる電子輸送性材料(金属錯体および複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属および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および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。また、これらの材料を複数、積層して用いても良い。
その他にも、電子注入層(115、115a、115b)に、有機化合物と金属とを混合してなる混合材料を用いても良い。なお、ここで用いる有機化合物としては、LUMO準位が-3.6eV以上-2.3eV以下であると好ましい。また、非共有電子対を有する材料が好ましい。
したがって、上記の混合材料に用いる有機化合物としては、電子輸送層に用いることができるとして上述した、複素芳香族化合物を金属と混合してなる混合材料を用いてもよい。複素芳香族化合物としては、5員環構造(イミダゾール環、トリアゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、チアゾール環、ベンゾイミダゾール環など)を有する複素芳香族化合物、6員環構造(ピリジン環、ジアジン環(ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環などを含む)、トリアジン環、ビピリジン環、ターピリジン環など)を有する複素芳香族化合物、6員環構造を一部に含む縮環構造(キノリン環、ベンゾキノリン環、キノキサリン環、ジベンゾキノキサリン環、フェナントロリン環など)を有する複素芳香族化合物などの非共有電子対を有する材料が好ましい。具体的な材料については、上述したので、ここでの説明は省略する。
また、上記の混合材料に用いる金属としては、周期表における第5族、第7族、第9族または第11族に属する遷移金属および第13族に属する材料を用いることが好ましく、例えば、Ag、Cu、Al、またはIn等が挙げられる。また、この時、有機化合物は、遷移金属との間でSOMO(半占有軌道:Singly Occupied Molecular Orbital)を形成する。
なお、例えば、発光層113bから得られる光を増幅させる場合には、第2の電極102と、発光層113bとの光学距離が、発光層113bが呈する光の波長λの1/4未満となるように形成するのが好ましい。この場合、電子輸送層114bまたは電子注入層115bの膜厚を変えることにより、調整することができる。
また、図2(D)に示す発光デバイスのように、2つのEL層(103a、103b)の間に電荷発生層106を設けることにより、複数のEL層が一対の電極間に積層された構造(タンデム構造ともいう)とすることもできる。
<電荷発生層>
電荷発生層106は、第1の電極(陽極)101と第2の電極(陰極)102との間に電圧を印加したときに、EL層103aに電子を注入し、EL層103bに正孔を注入する機能を有する。なお、電荷発生層106は、正孔輸送性材料に電子受容体(アクセプタ)が添加された構成であっても、電子輸送性材料に電子供与体(ドナー)が添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていても良い。なお、上述した材料を用いて電荷発生層106を形成することにより、EL層が積層された場合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。
電荷発生層106において、有機化合物である正孔輸送性材料に、電子受容体が添加された構成とする場合、正孔輸送性材料としては、本実施の形態で示した材料を用いることができる。また、電子受容体としては、7,7,8,8-テトラシアノ-2,3,5,6-テトラフルオロキノジメタン(略称:F-TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また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、酸化レニウムなどが挙げられる。
また、電荷発生層106において、電子輸送性材料に電子供与体が添加された構成とする場合、電子輸送性材料としては、本実施の形態で示した材料を用いることができる。また、電子供与体としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第2族、第13族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、イッテルビウム(Yb)、インジウム(In)、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物を電子供与体として用いてもよい。
なお、図2(D)では、EL層103が2層積層された構成を示したが、異なるEL層の間に電荷発生層を設けることにより3層以上のEL層の積層構造としてもよい。
<基板>
本実施の形態で示した発光デバイスは、様々な基板上に形成することができる。なお、基板の種類は、特定のものに限定されることはない。基板の一例としては、半導体基板(例えば単結晶基板又はシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどが挙げられる。
なお、ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどが挙げられる。また、可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチック、アクリル樹脂等の合成樹脂、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ樹脂、無機蒸着フィルム、又は紙類などが挙げられる。
なお、本実施の形態で示す発光デバイスの作製には、蒸着法などの気相法、スピンコート法、およびインクジェット法などの液相法を用いることができる。蒸着法を用いる場合には、スパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、分子線蒸着法、真空蒸着法などの物理蒸着法(PVD法)、化学蒸着法(CVD法)等を用いることができる。特に発光デバイスのEL層に含まれる様々な機能を有する層(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)については、蒸着法(真空蒸着法等)、塗布法(ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等)、印刷法(インクジェット法、スクリーン(孔版印刷)法、オフセット(平版印刷)法、フレキソ(凸版印刷)法、グラビア法、マイクロコンタクト法等)などの方法により形成することができる。
なお、上記塗布法、印刷法などの成膜方法を適用する場合において、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)、中分子化合物(低分子と高分子の中間領域の化合物:分子量400以上4000以下)、無機化合物(量子ドット材料等)等を用いることができる。なお、量子ドット材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料などを用いることができる。
本実施の形態で示す発光デバイスのEL層103を構成する各層(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)は、本実施の形態において示した材料に限られることはなく、それ以外の材料であっても各層の機能を満たせるものであれば組み合わせて用いることができる。
なお、本明細書等において、「層」という用語と「膜」という用語は適宜入れ換えて用いることができる。
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ものとする。
(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装置(表示パネルともいう)の具体的な構成例、および製造方法について説明する。
<発光装置700の構成例1>
図3(A)に示す発光装置700は、発光デバイス550B、発光デバイス550G、発光デバイス550R、および隔壁528を有する。また、発光デバイス550B、発光デバイス550G、発光デバイス550R、および隔壁528は、第1の基板510上に設けられた機能層520上に形成される。機能層520には、複数のトランジスタで構成された駆動回路GDなどの他、これらを電気的に接続する配線等が含まれる。なお、これらの駆動回路は、一例として、発光デバイス550B、発光デバイス550G、および発光デバイス550Rと、それぞれ電気的に接続され、これらを駆動することができる。また、発光装置700は、機能層520および各発光デバイス上に絶縁層705を備え、絶縁層705は、第2の基板770と機能層520とを貼り合わせる機能を有する。
なお、発光デバイス550B、発光デバイス550G、および発光デバイス550Rは、実施の形態1および実施の形態2で示したデバイス構造を有する。すなわち、図2(A)に示す構造におけるEL層103が各発光デバイスで異なる場合を示す。
なお、本明細書等において、各色の発光デバイス(例えば青(B)、緑(G)、及び赤(R))で、発光層を作り分ける、または発光層を塗り分ける構造をSBS(Side By Side)構造と呼ぶ場合がある。なお、図3(A)に示す発光装置700においては発光デバイス550B、発光デバイス550G、発光デバイス550Rがこの順に並ぶが、本発明の一態様はこの構成に限られない。例えば、発光装置700において、これらの発光デバイスが、発光デバイス550R、発光デバイス550G、発光デバイス550Bの順で並んでいても良い。
図3(A)に示すように、発光デバイス550Bは、電極551B、電極552、およびEL層103Bを有する。なお、各層の具体的な構成は実施の形態2に示す通りである。また、EL層103Bは、発光層を含む複数の機能の異なる層からなる積層構造を有する。図3(A)では、EL層103Bに含まれる層のうち、正孔注入・輸送層104B、発光層113B、積層構造を有する電子輸送層108B-1\108B-2、および電子注入層109のみを図示するが、本発明はこれに限らない。なお、正孔注入・輸送層104Bは、実施の形態2で示した正孔注入層および正孔輸送層の機能を有する層を示し、積層構造を有していても良い。なお、本明細書中では、いずれの発光デバイスにおいても正孔注入・輸送層をこのように読み替えることができるとする。
なお、電子輸送層108B-1\108B-2は、実施の形態1で説明した構成を有する。また、陽極側から発光層を通過して陰極側に移動する正孔をブロックするための機能を有していても良い。また、電子注入層109についても一部または全部が異なる材料を用いて形成される積層構造を有していても良いこととする。
また、図3(A)に示すようにEL層103Bに含まれる層のうち、正孔注入・輸送層104B、発光層113B、電子輸送層108B-1\108B-2の側面(または、端部)に絶縁層107が形成されていても良い。絶縁層107は、EL層103Bの側面(または端部)に接して形成される。これにより、EL層103Bの側面から内部への酸素および水分、またはこれらの構成元素の侵入を抑制することができる。なお、絶縁層107には、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。また、絶縁層107は、前述の材料を用いて積層して形成されていても良い。また、絶縁層107の形成には、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いることができるが、被覆性の良好なALD法がより好ましい。
また、EL層103Bの一部(正孔注入・輸送層104B、発光層113B、および電子輸送層108B-1\108B-2)および絶縁層107を覆って、電子注入層109が形成される。なお、電子注入層109は、層中の電気抵抗が異なる2層以上の積層構造としても良い。
また、電極552は、電子注入層109上に形成される。なお、電極551Bと電極552とは、互いに重なる領域を有する。また、電極551Bと電極552との間にEL層103Bを有する。
また、図3(A)に示すEL層103Bは、実施の形態2で説明したEL層103と同様の構成を有する。また、EL層103Bは、例えば、青色の光を射出することができる。
図3(A)に示すように、発光デバイス550Gは、電極551G、電極552、およびEL層103Gを有する。なお、各層の具体的な構成は実施の形態1および実施の形態2に示す通りである。また、EL層103Gは、発光層を含む複数の機能の異なる層からなる積層構造を有する。図3(A)では、EL層103Gに含まれる層のうち、正孔注入・輸送層104G、発光層113G、電子輸送層108G-1\108G-2、および電子注入層109のみを図示するが、本発明はこれに限らない。なお、正孔注入・輸送層104Gは、実施の形態2で示した正孔注入層および正孔輸送層の機能を有する層を示し、積層構造を有していても良い。
なお、電子輸送層108G-1\108G-2は、実施の形態1で説明した構成を有する。また、陽極側から発光層を通過して陰極側に移動する正孔をブロックするための機能を有していても良い。また、電子注入層109についても一部または全部が異なる材料を用いて形成される積層構造を有していても良いこととする。
また、図3(A)に示すようにEL層103Gに含まれる層のうち、正孔注入・輸送層104G、発光層113G、電子輸送層108G-1\108G-2の側面(または、端部)に絶縁層107が形成されていても良い。絶縁層107は、EL層103Gの側面(または端部)に接して形成される。これにより、EL層103Gの側面から内部への酸素および水分、またはこれらの構成元素の侵入を抑制することができる。なお、絶縁層107には、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。また、絶縁層107は、前述の材料を用いて積層して形成されていても良い。また、絶縁層107の形成には、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いることができるが、被覆性の良好なALD法がより好ましい。
また、EL層103Gの一部(正孔注入・輸送層104G、発光層113G、および電子輸送層108G-1\108G-2)および絶縁層107を覆って、電子注入層109が形成される。なお、電子注入層109は、層中の電気抵抗が異なる2層以上の積層構造としても良い。
また、電極552は、電子注入層109上に形成される。なお、電極551Gと電極552とは、互いに重なる領域を有する。また、電極551Gと電極552との間にEL層103Gを有する。
また、図3(A)に示すEL層103Gは、実施の形態2で説明したEL層103と同様の構成を有する。また、EL層103Gは、例えば、緑色の光を射出することができる。
図3(A)に示すように、発光デバイス550Rは、電極551R、電極552、およびEL層103Rを有する。なお、各層の具体的な構成は実施の形態1及び実施の形態2に示す通りである。また、EL層103Rは、発光層113Rを含む複数の機能の異なる層からなる積層構造を有する。図3(A)では、EL層103Rに含まれる層のうち、正孔注入・輸送層104R、発光層113R、電子輸送層108R-1\108R-2、および電子注入層109のみを図示するが、本発明はこれに限らない。なお、正孔注入・輸送層104Rは、実施の形態2で示した正孔注入層および正孔輸送層の機能を有する層を示し、積層構造を有していても良い。
なお、電子輸送層108R-1\108R-2は、実施の形態1で説明した構成を有する。また、陽極側から発光層を通過して陰極側に移動する正孔をブロックするための機能を有していても良い。また、電子注入層109についても一部または全部が異なる材料を用いて形成される積層構造を有していても良いこととする。
また、図3(A)に示すようにEL層103Rに含まれる層のうち、正孔注入・輸送層104R、発光層113R、電子輸送層108R-1\108R-2の側面(または、端部)に絶縁層107が形成されていても良い。絶縁層107は、EL層103Rの側面(または端部)に接して形成される。これにより、EL層103Rの側面から内部への酸素および水分、またはこれらの構成元素の侵入を抑制することができる。なお、絶縁層107には、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。また、絶縁層107は、前述の材料を用いて積層して形成されていても良い。また、絶縁層107の形成には、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いることができるが、被覆性の良好なALD法がより好ましい。
また、EL層103Rの一部(正孔注入・輸送層104R、発光層113R、および電子輸送層108R-1\108R-2)および絶縁層107を覆って、電子注入層109が形成される。なお、電子注入層109は、層中の電気抵抗が異なる2層以上の積層構造としても良い。
また、電極552は、電子注入層109上に形成される。なお、電極551Rと電極552とは、互いに重なる領域を有する。また、電極551Rと電極552との間にEL層103Rを有する。
また、図3(A)に示すEL層103Rは、実施の形態2で説明したEL層103と同様の構成を有する。また、EL層103Rは、例えば、赤色の光を射出することができる。
EL層103B、EL層103G、およびEL層103Rの間には、それぞれ隔壁528を有する。なお、図3(A)に示すように、各発光デバイスのEL層(EL層103B、EL層103G、EL層103R)と隔壁528とは、絶縁層107を介して側面(または端部)で接する。
各EL層において、特に陽極と発光層との間に位置する正孔輸送領域に含まれる正孔注入層は、導電率が高いことが多いため、隣り合う発光デバイスに共通する層として形成されると、クロストークの原因となる場合がある。したがって、本構成例で示すように各EL層の間に、絶縁材料からなる隔壁528を設けることにより、隣り合う発光デバイス間で生じるクロストークの発生を抑制することが可能となる。
また、本実施の形態で説明する製造方法においては、パターニング工程によりEL層の側面(または端部)が、工程の途中で露出する。そのためEL層の側面(または端部)からの酸素および水などの侵入により、EL層の劣化が進行しやすくなる。したがって、隔壁528を設けることにより、製造プロセスにおけるEL層の劣化を抑制することが可能となる。
また、隔壁528を設けることにより、隣接する発光デバイス間に形成された凹部を平坦化することも可能である。なお、凹部が平坦化されることで各EL層上に形成される電極552の断線を抑制することが可能である。なお、隔壁528の形成に用いる絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等の有機材料を適用することができる。また、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラル、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、またはアルコール可溶性のポリアミド樹脂などの有機材料を用いてもよい。また、フォトレジストなどの感光性の樹脂を用いることができる。なお、感光性の樹脂は、ポジ型の材料、またはネガ型の材料を用いることができる。
感光性の樹脂を用いることにより、露光及び現像の工程のみで隔壁528を作製することができる。また、ネガ型の感光性樹脂(例えばレジスト材料など)を用いて隔壁528を形成してもよい。また、隔壁528として、有機材料を有する絶縁層を用いる場合、可視光を吸収する材料を用いると好適である。隔壁528に可視光を吸収する材料を用いると、EL層からの発光を隔壁528により吸収することが可能となり、隣接するEL層に漏れうる光(迷光)を抑制することができる。したがって、表示品位の高い表示パネルを提供することができる。
また、隔壁528の上面の高さと、EL層103B、EL層103G、およびEL層103Rのいずれかの上面の高さとの差が、例えば、隔壁528の厚さの0.5倍以下が好ましく、0.3倍以下がより好ましい。また、例えば、EL層103B、EL層103G、およびEL層103Rのいずれかの上面が隔壁528の上面よりも高くなるように、隔壁528を設けてもよい。また、例えば、隔壁528の上面が、EL層103B、EL層103G、およびEL層103Rの上面よりも高くなるように、隔壁528を設けてもよい。
1000ppiを超える高精細な発光装置(表示パネル)において、EL層103B、EL層103G、およびEL層103Rとの間に電気的な導通が認められると、デバイスの効率が低下すると共にクロストーク現象が発生し、発光装置の表示可能な色域が狭くなってしまう。また、電極551R、電極551G、電極551Bの端部が絶縁体で覆われた構造とする場合には、開口率の低下を招く。しかし、図3(A)に示す形状の隔壁528を設けることで、1000ppiを超える高精細な表示パネル、好ましくは2000ppiを超える高精細な表示パネル、より好ましくは5000ppiを超える超高精細な表示パネルを提供することができる。
また、図3(B)および図3(C)は、図3(A)の断面図中の一点鎖線Ya-Ybに対応する発光装置700の上面概略図を示す。すなわち、発光デバイス550B、発光デバイス550G、及び発光デバイス550Rは、それぞれマトリクス状に配列している。なお、図3(B)は、X方向に同一の色の発光デバイスが配列する、いわゆるストライプ配列を示している。また、X方向と交差するY方向には、異なる色の発光デバイスが配列している。なお、発光デバイスの配列方法はこれに限られず、デルタ配列、ジグザグ配列などの配列方法を適用してもよいし、ペンタイル配列、ダイヤモンド配列等を用いることもできる。
なお、各EL層(EL層103B、EL層103G、およびEL層103R)の分離加工において、フォトリソグラフィ法によるパターン形成を行っているため、高精細な発光装置(表示パネル)を作製することができる。また、フォトリソグラフィ法によるパターン形成により加工されたEL層の端部(側面)は、概略同一表面を有する(または、概略同一平面上に位置する)形状となる。また、この時、各EL層間の間隙580の幅(SE)は、5μm以下が好ましく、1μm以下がより好ましい。
EL層において、特に陽極と発光層との間に位置する正孔輸送領域に含まれる正孔注入層は、導電率が高いことが多いため、隣り合う発光デバイスに共通する層として形成されると、横方向の電流リークに伴うクロストークの原因となる場合がある。したがって、本構成例で示すようにフォトリソグラフィ法によるパターン形成によりEL層を分離加工することにより、隣り合う発光デバイス間で生じるクロストークの発生を抑制することが可能となる。
また、図3(D)は、図3(B)および図3(C)中の領域150を含む一点鎖線C1-C2に対応する断面概略図である。図3(D)には、接続電極551Cと電極552とが電気的に接続する接続部130を示している。接続部130では、接続電極551C上に電極552が接して設けられている。また、接続電極551Cの端部を覆って隔壁528が設けられている。
<発光装置の製造方法の例1>
図4(A)に示すように、電極551B、電極551G、および電極551Rを形成する。例えば、第1の基板510上に形成された機能層520上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ法を用いて、所定の形状に加工する。
なお、導電膜の形成には、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法等を用いて形成することができる。CVD法としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、または熱CVD法などがある。また、熱CVD法のひとつに、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法がある。
また、導電膜の加工には、上述したフォトリソグラフィ法以外に、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。また、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を直接形成してもよい。
フォトリソグラフィ法としては、代表的には以下の2つの方法がある。一つは、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法である。もう一つは、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法である。なお、前者の方法を行う場合、レジスト塗布後の加熱(PAB:Pre Applied Bake)、および露光後の加熱(PEB:Post Exposure Bake)などの熱処理工程がある。本発明の一態様では、導電膜の加工だけでなく、EL層の形成に用いる薄膜(有機化合物からなる膜、または有機化合物を一部に含む膜)の加工にもリソグラフィー法を用いる。
フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光は、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線、KrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外(EUV:Extreme Ultra-violet)光またはX線を用いてもよい。また、露光に用いる光に代えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
レジストマスクを用いた薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。
次に、図4(B)に示すように、電極551B、電極551G、および電極551R上にEL層103Bの一部を形成する。なお、図4(B)において、EL層103Bの一部としては、正孔注入・輸送層104B、発光層113B、および電子輸送層108B-1\108B-2まで形成されている。なお、これらのEL層103Bの一部は、例えば、真空蒸着法を用いて、電極551B、電極551G、および電極551R上に、これらを覆うように形成することができる。さらに、EL層103Bの一部である電子輸送層108B-1\108B-2上にマスク層110Bを形成する。
マスク層110Bは、EL層103Bのエッチング処理に対する耐性の高い膜、すなわちエッチングの選択比の大きい膜を用いることができる。また、マスク層110Bは、エッチングの選択比の異なる、第1のマスク層と第2のマスク層との積層構造であることが好ましい。また、マスク層110Bは、EL層103Bへのダメージの少ないウェットエッチング法により除去可能な膜を用いることができる。ウェットエッチングに用いるエッチング材料としては、シュウ酸などを用いることができる。
マスク層110Bとしては、例えば、金属膜、合金膜、金属酸化物膜、半導体膜、無機絶縁膜などの無機膜を用いることができる。また、マスク層110Bは、スパッタリング法、蒸着法、CVD法、ALD法などの各種成膜方法により形成することができる。
マスク層110Bとしては、例えば金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ジルコニウム、及びタンタルなどの金属材料、または該金属材料を含む合金材料を用いることができる。特に、アルミニウムまたは銀などの低融点材料を用いることが好ましい。
また、マスク層110Bとしては、インジウムガリウム亜鉛酸化物(In-Ga-Zn酸化物、IGZOとも表記する)などの金属酸化物を用いることができる。さらに、酸化インジウム、インジウム亜鉛酸化物(In-Zn酸化物)、インジウムスズ酸化物(In-Sn酸化物)、インジウムチタン酸化物(In-Ti酸化物)、インジウムスズ亜鉛酸化物(In-Sn-Zn酸化物)、インジウムチタン亜鉛酸化物(In-Ti-Zn酸化物)、インジウムガリウムスズ亜鉛酸化物(In-Ga-Sn-Zn酸化物)などを用いることができる。またはシリコンを含むインジウムスズ酸化物などを用いることもできる。
なお、上記ガリウムに代えて元素M(Mは、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムから選ばれた一種または複数種)を用いた場合にも適用できる。特に、Mは、ガリウム、アルミニウム、またはイットリウムから選ばれた一種または複数種とすることが好ましい。
また、マスク層110Bとしては、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化シリコンなどの無機絶縁材料を用いることができる。
また、マスク層110Bとしては、EL層103Bの一部であり、最上部に位置する膜(電子輸送層108B-1\108B-2)に対して、化学的に安定な溶媒に溶解しうる材料を用いることが好ましい。特に、水またはアルコールに溶解する材料を、マスク層110Bに好適に用いることができる。マスク層110Bを成膜する際には、水またはアルコールなどの溶媒に溶解させた状態で、湿式の成膜方法で塗布した後に、溶媒を蒸発させるための加熱処理を行うことが好ましい。このとき、減圧雰囲気下での加熱処理を行うことで、低温且つ短時間で溶媒を除去できるため、EL層103Bの一部への熱的なダメージを低減することができ、好ましい。
なお、マスク層110Bを積層構造にする場合には、上述した材料で形成される層を第1のマスク層とし、その下に第2のマスク層を形成して積層構造とすることができる。
この場合の第2のマスク層は、第1のマスク層エッチングする際のハードマスクとして用いる膜である。また、第2のマスク層の加工時には、第1のマスク層が露出する。したがって、第1のマスク層と第2のマスク層とは、互いにエッチングの選択比の大きい膜の組み合わせを選択する。そのため、第1のマスク層のエッチング条件、及び第2のマスク層のエッチング条件に応じて、第2のマスク層に用いることのできる膜を選択することができる。
例えば、第2のマスク層のエッチングに、フッ素を含むガス(フッ素系ガスともいう)を用いたドライエッチングを用いる場合には、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、タングステン、チタン、モリブデン、タンタル、窒化タンタル、モリブデンとニオブを含む合金、またはモリブデンとタングステンを含む合金などを、第2のマスク層に用いることができる。ここで、上記フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して、エッチングの選択比を大きくとれる(すなわち、エッチング速度を遅くできる)膜としては、IGZO、ITOなどの金属酸化物膜などがあり、これを第1のマスク層に用いることができる。
なお、これに限られず、第2のマスク層は、様々な材料の中から、第1のマスク層のエッチング条件、及び第2のマスク層のエッチング条件に応じて、選択することができる。例えば、上記第1のマスク層に用いることのできる膜の中から選択することもできる。
また、第2のマスク層としては、例えば窒化物膜を用いることができる。具体的には、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ガリウム、窒化ゲルマニウムなどの窒化物を用いることもできる。
または、第2のマスク層として、酸化物膜を用いることができる。代表的には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウムなどの酸化物膜または酸窒化物膜を用いることもできる。
次に、図4(C)に示すようにマスク層110B上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いてレジストを所望の形状(レジストマスク:REG)に形成する。なお、このような方法を行う場合、レジスト塗布後の加熱(PAB:Pre Applied Bake)、および露光後の加熱(PEB:Post Exposure Bake)などの熱処理工程がある。例えば、PAB温度は、100℃前後、PEB温度は120℃前後になる。そのため、これらの処理温度に耐えうる発光デバイスであることが必要である。
次に、得られたレジストマスクREGを用い、レジストマスクREGに覆われないマスク層110Bの一部をエッチングにより除去し、レジストマスクREGを除去した後、マスク層に覆われないEL層103Bの一部をエッチングにより除去し、電極551G上のEL層103Bおよび電極551R上のEL層103Bをエッチングにより取り除いて、側面を有する(または側面が露出する)形状、または紙面と交差する方向に延びる帯状の形状、に加工する。具体的には、電極551Bと重なるEL層103B上にパターン形成したマスク層110Bを用い、ドライエッチングを行う。なお、マスク層110Bが上記の第1のマスク層および第2のマスク層との積層構造を有する場合には、レジストマスクREGにより第2のマスク層の一部をエッチングした後、レジストマスクREGを除去し、第2のマスク層をマスクとして、第1のマスク層の一部をエッチングし、EL層103Bを所定の形状に加工しても良い。これらのエッチング処理により、図5(A)の形状を得る。
次に、図5(B)に示すように、マスク層110B、電極551G、および電極551R上にEL層103Gの一部を形成する。なお、図5(B)において、EL層103Gは、正孔注入・輸送層104G、発光層113G、および電子輸送層108G-1\108G-2まで形成されている。なお、これらのEL層103Gは、例えば、真空蒸着法を用いて、マスク層110B、電極551G、および電極551R上に、これらを覆うように形成することができる。
次に、図5(C)に示すように、EL層103Gの一部である電子輸送層108G-1\108G-2の上にマスク層110Gを形成し、マスク層110Gの上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いてレジストを所望の形状(レジストマスク:REG)に形成し、得られたレジストマスクに覆われないマスク層110Gの一部をエッチングにより除去し、レジストマスクを除去した後、マスク層に覆われないEL層103Gの一部をエッチングにより除去し、電極551B上のEL層103Gの一部および電極551R上のEL層103Gの一部をエッチングにより取り除いて、図6(A)に示すような、側面を有する(または側面が露出する)形状、または紙面と交差する方向に延びる帯状の形状、に加工する。なお、マスク層110Gが上記の第1のマスク層および第2のマスク層との積層構造を有する場合には、レジストマスクにより第2のマスク層の一部をエッチングした後、レジストマスクを除去し、第2のマスク層をマスクとして、第1のマスク層の一部をエッチングし、EL層103Gの一部を所定の形状に加工しても良い。
次に、図6(B)に示すように、マスク層110B、マスク層110G、および電極551R上にEL層103Rの一部を形成する。なお、図6(B)において、EL層103Rの一部としては、正孔注入・輸送層104R、発光層113R、および電子輸送層108R-1\108R-2までが形成されている。なお、これらのEL層103Rの一部は、例えば、真空蒸着法を用いて、マスク層110B、マスク層110G、および電極551R上に、これらを覆うように形成することができる。
次に、図6(C)に示すように、EL層103Rの一部である電子輸送層108R-1\108R-2の上にマスク層110Rを形成し、マスク層110Rの上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いてレジストを所望の形状(レジストマスク:REG)に形成し、得られたレジストマスクに覆われないマスク層110Rの一部をエッチングにより除去し、レジストマスクを除去した後、マスク層に覆われないEL層103Rの一部をエッチングにより除去し、電極551B上のEL層103Rの一部および電極551G上のEL層103Rの一部をエッチングにより取り除いて、側面を有する(または側面が露出する)形状、または紙面と交差する方向に延びる帯状の形状、に加工する。なお、マスク層110Rが上記の第1のマスク層および第2のマスク層との積層構造を有する場合には、レジストマスクにより第2のマスク層の一部をエッチングした後、レジストマスクを除去し、第2のマスク層をマスクとして、第1のマスク層の一部をエッチングし、EL層103Rの一部を所定の形状に加工しても良い。さらに、EL層(103B、103G、103R)上のマスク層(110B、110G、110R)、を残したまま、マスク層(110B、110G、110R)上に絶縁層107を形成し、図7(A)の形状を得る。
なお、絶縁層107の形成には、例えば、ALD法を用いることができる。この場合、絶縁層107は、図7(A)に示すように各EL層(103B、103G、103R)の側面に接して形成される。これにより、各EL層(103B、103G、103R)の側面から内部への酸素および水分、またはこれらの構成元素の侵入を抑制することができる。なお、絶縁層107に用いる材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。
次に、図7(B)に示すように、マスク層(110B、110G、110R)を除去した後、絶縁層107上に隔壁528を形成し、隔壁528、および電子輸送層(108B-1\108B-2、108G-1\108G-2、108R-1\108R-2)上に電子注入層109を形成する。電子注入層109は、例えば、真空蒸着法を用いて形成する。なお、電子注入層109は、電子輸送層(108B-1\108B-2、108G-1\108G-2、108R-1\108R-2)上に形成される。なお、電子注入層109は、各EL層(103B、103G、103R)の一部である、正孔注入・輸送層(104R、104G、104B)、発光層(113R、113G、113B)、および電子輸送層(108B-1\108B-2、108G-1\108G-2、108R-1\108R-2)の側面(または端部)で絶縁層107を介して接する構造を有する。
次に、図7(C)に示すように、電極552を形成する。電極552は、例えば、真空蒸着法を用いて形成する。なお、電極552は、電子注入層109上に形成される。なお、電極552は、電子注入層109、および絶縁層107を介して各EL層(103B、103G、103R)(但し、図7(C)に示すEL層(103B、103G、103R)は、正孔注入・輸送層(104R、104G、104B)、発光層、および電子輸送層(108B-1\108B-2、108G-1\108G-2、108R-1\108R-2)を含む。)の側面(または端部)と接する構造を有する。これにより、各EL層(103B、103G、103R)と電極552、より具体的には、各EL層(103B、103G、103R)がそれぞれ有する正孔注入・輸送層(104B、104G、104R)と電極552とが、電気的に短絡することを防ぐことができる。
以上の工程により、発光デバイス550B、発光デバイス550G、および発光デバイス550Rにおける、EL層103B、EL層103G、およびEL層103Rをそれぞれ分離加工することができる。
なお、これらのEL層(EL層103B、EL層103G、およびEL層103R)の分離加工において、フォトリソグラフィ法によるパターン形成を行っているため、高精細な発光装置(表示パネル)を作製することができる。また、フォトリソグラフィ法によるパターン形成により加工されたEL層の端部(側面)は、概略同一表面を有する(または、概略同一平面上に位置する)形状となる。
EL層において、特に陽極と発光層との間に位置する正孔輸送領域に含まれる正孔注入層は、導電率が高いことが多いため、隣り合う発光デバイスに共通する層として形成されると、横方向の電流リークに伴うクロストークの原因となる場合がある。したがって、本構成例で示すようにフォトリソグラフィ法によるパターン形成によりEL層を分離加工することにより、隣り合う発光デバイス間で生じるクロストークの発生を抑制することが可能となる。
<発光装置700の構成例2>
図8に示す発光装置700は、発光デバイス550B、発光デバイス550G、発光デバイス550R、および隔壁532を有する。また、発光デバイス550B、発光デバイス550G、発光デバイス550R、および隔壁532は、第1の基板510上に設けられた機能層520上に形成される。機能層520には、複数のトランジスタで構成された駆動回路GDなどの他、これらを電気的に接続する配線等が含まれる。なお、これらの駆動回路は、一例として、発光デバイス550B、発光デバイス550G、および発光デバイス550Rと、それぞれ電気的に接続され、これらを駆動することができる。
なお、発光デバイス550B、発光デバイス550G、および発光デバイス550Rは、実施の形態1および実施の形態2で示したデバイス構造を有する。特に、図2(A)に示す構造におけるEL層103が各発光デバイスで異なる場合を示す。
なお、図8に示す各発光デバイスの具体的な構成は、図3で説明した、発光デバイス550B、発光デバイス550G、発光デバイス550Rと同じである。
図8に示すように、各発光デバイス(550B、550G、550R)のEL層(103B、103G、103R)は、それぞれ、正孔注入・輸送層(104B、104G、104R)、発光層(113B、113G、113R)、電子輸送層(108B-1\108B-2、108G-1\108G-2、108R-1\108R-2)、および電子注入層109を有する。
また、本構成の各EL層(EL層103B、EL層103G、およびEL層103R)は、分離加工において、フォトリソグラフィ法によるパターン形成を行っているため、加工されたEL層の端部(側面)が概略同一表面を有する(または、概略同一平面上に位置する)形状となる。
各発光デバイスがそれぞれ有する、EL層(EL層103B、EL層103G、およびEL層103R)は、隣り合う発光デバイスとの間に、それぞれ間隙580を有する。なお、ここで、間隙580を隣り合う発光デバイスのEL層の間の距離SEで表す場合、距離SEが小さいほど開口率を高めること、及び、精細度を高めることができる。一方、距離SEが大きいほど、隣り合う発光デバイスとの作製工程ばらつきの影響を許容できるため、製造歩留まりを高めることができる。本明細書により作製される発光デバイス微細化プロセスに好適であるため、隣り合う発光デバイスのEL層の間の距離SEは、0.5μm以上5μm以下、好ましくは1μm以上3μm以下、より好ましくは1μm以上2.5μm以下、さらに好ましくは1μm以上2μm以下とすることができる。なお、代表的には、距離SEは1μm以上2μm以下(例えば1.5μmまたはその近傍)であることが好ましい。
EL層において、特に陽極と発光層との間に位置する正孔輸送領域に含まれる正孔注入層は、導電率が高いことが多いため、隣り合う発光デバイスに共通する層として形成されると、横方向の電流リークに伴うクロストークの原因となる場合がある。したがって、本構成例で示すようにフォトリソグラフィ法によるパターン形成によりEL層を分離加工することにより、隣り合う発光デバイス間で生じるクロストークの発生を抑制することが可能となる。
なお、本明細書等において、メタルマスク、またはFMM(ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク)を用いて作製されるデバイスをMM(メタルマスク)構造のデバイスという場合がある。また、本明細書等において、メタルマスク、またはFMMを用いることなく作製されるデバイスをMML(メタルマスクレス)構造のデバイスという場合がある。MML構造の発光装置は、メタルマスクを用いずに作製するため、FMM構造、またはMM構造の発光装置よりも画素配置及び画素形状等の設計自由度が高い。
なお、MML構造の発光装置が有する島状のEL層は、メタルマスクのパターンによって形成されるのではなく、EL層を成膜した後に加工することで形成される。したがって、これまでに比べて高精細な発光装置または高開口率の発光装置を実現することができる。さらに、EL層を各色で作り分けることができるため、極めて鮮やかでコントラストが高く、表示品位の高い発光装置を実現できる。また、EL層上にマスク層を設けることで、作製工程中にEL層が受けるダメージを低減することができるため、発光デバイスの信頼性を高めることができる。
なお、上記発光層を島状に加工する場合、発光層まで積層したEL層をフォトリソグラフィ法を用いて加工する構造が考えられる。当該構造の場合、発光層にダメージ(加工によるダメージなど)が入り、信頼性が著しく損なわれる場合がある。そこで本発明の一態様の表示パネルを作製する際には、発光層よりも上方に位置する層(例えば、キャリア輸送層、またはキャリア注入層、より具体的には電子輸送層、または電子注入層など)の上にて、マスク層などを形成し、発光層を島状に加工する方法を用いることが好ましい。当該方法を適用することで、信頼性の高い表示パネルを提供することができる。
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ものとする。
(実施の形態4)
本実施の形態では、装置720について、図9乃至図11を用いて説明する。なお、図9乃至図11に示す装置720は、実施の形態1および実施の形態2で示す発光デバイスを有することから発光装置であるが、本実施の形態で説明する装置720は、電子機器などの表示部に適用可能であることから表示パネルまたは表示装置ということもできる。また、上記発光デバイスを光源とし、発光デバイスからの光を受光できる受光デバイスを備える構成とする場合には、受発光装置ということもできる。なお、これらの発光装置、表示パネル、表示装置、および受発光装置は、少なくとも発光デバイスを有する構成とする。
また、本実施の形態の発光装置、表示パネル、表示装置、および受発光装置は、高解像度または大型の発光装置、表示パネル、表示装置、および受発光装置とすることができる。したがって、本実施の形態の発光装置、表示パネル、表示装置、および受発光装置は、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、スマートフォン、腕時計型端末、タブレット端末、携帯情報端末、および音響再生装置等の表示部に用いることもできる。
図9(A)には、これらの装置(発光装置、表示パネル、表示装置、および受発光装置を含む)720の上面図を示す。
図9(A)において、装置720は、基板710と基板711とが貼り合わされた構成を有する。また、装置720は、表示領域701、回路704、および配線706等を有する。なお、表示領域701は、複数の画素を有し、図9(A)に示す画素703(i,j)は、図9(B)に示すように、画素703(i,j)に隣接する画素703(i+1,j)を有する。
また、装置720には、図9(A)に示すように、COG(Chip On Glass)方式またはCOF(Chip on Film)方式等により、基板710にIC(集積回路)712が設けられている例を示す。なお、IC712としては、例えば走査線駆動回路または信号線駆動回路などを有するICを適用できる。図9(A)では、信号線駆動回路を有するICをIC712に用い、回路704として、走査線駆動回路を有する構成を示す。
配線706は、表示領域701及び回路704に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、FPC(Flexible Printed Circuit)713を介して外部から配線706に入力されるか、またはIC712から配線706に入力される。なお、装置720にICを設けない構成としてもよい。また、ICを、COF方式等により、FPCに実装してもよい。
図9(B)に、表示領域701の画素703(i,j)、および画素703(i+1,j)を示す。すなわち、画素703(i,j)は、互いに異なる色を発する発光デバイスを有する副画素を、複数種有する構成とすることができる。または、上記に加え、同じ色を発する発光デバイスを有する副画素を複数含む構成とすることもできる。例えば、画素は、副画素を3種類有する構成とすることができる。当該3つの副画素としては、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の副画素、黄色(Y)、シアン(C)、及びマゼンタ(M)の3色の副画素などが挙げられる。または、画素は副画素を4種類有する構成とすることができる。当該4つの副画素としては、R、G、B、白色(W)の4色の副画素、R、G、B、Yの4色の副画素などが挙げられる。具体的には、青色を表示する副画素702B(i,j)、緑色を表示する副画素702G(i,j)および赤色を表示する副画素702R(i,j)で構成された画素703(i,j)とすることができる。
また、副画素は、発光デバイスだけでなく受光デバイスを有する構成としてもよい。なお、副画素に受光デバイスを有する構成とする場合には、装置720を受発光装置ともいう。
図9(C)乃至図9(F)に示す画素703(i,j)は、受光デバイスを有する副画素702PS(i,j)を含む、様々なレイアウトの一例を示す。なお、図9(C)に示す画素の配列は、ストライプ配列であり、図9(D)に示す画素の配列は、マトリクス配列である。また、図9(E)に示す画素の配列は、1つの副画素(副画素B)の隣に、3つの副画素(副画素R、副画素G、副画素PS)が縦に3つ並んだ構成を有する。また、図9(F)に示す画素の配列は、縦長の副画素G、副画素B、副画素Rが横に3つ並び、その下側に副画素PSと、横長の副画素IRと、が横に並んだ構成を有する。なお、副画素702PS(i,j)が検出する光の波長は特に限定されないが、副画素702PS(i,j)が有する受光デバイスは、副画素702R(i,j)、副画素702G(i,j)、副画素702B(i,j)、または副画素702IR(i,j)が有する発光デバイスが発する光に感度を有することが好ましい。例えば、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、赤色などの波長域の光、及び、赤外の波長域の光のうち、一つまたは複数を検出することが好ましい。
また、図9(F)に示すように赤外線を射出する副画素702IR(i,j)を上記の一組に加えて、画素703(i,j)としてもよい。具体的には、650nm以上1000nm以下の波長を有する光を含む光を射出する副画素を、画素703(i,j)に用いてもよい。
なお、副画素の配列は、図9に示す構成に限られることはなく、様々な方法を適用することができる。副画素の配列としては、例えば、ストライプ配列、Sストライプ配列、マトリクス配列、デルタ配列、ベイヤー配列、ペンタイル配列などが挙げられる。
また、副画素の上面形状としては、例えば、三角形、四角形(長方形、正方形を含む)、五角形などの多角形、これら多角形の角が丸い形状、楕円形、または円形などが挙げられる。ここでいう副画素の上面形状は、発光デバイスの発光領域の上面形状に相当する。
さらに、画素に、発光デバイスだけでなく受光デバイスを有する構成とする場合には、画素が受光機能を有するため、画像を表示しながら、対象物の接触または近接を検出することができる。例えば、発光装置が有する副画素全てで画像を表示するだけでなく、一部の副画素は、光源としての光を呈し、残りの副画素で画像を表示することもできる。
なお、副画素702PS(i,j)の受光面積は、他の副画素の発光面積よりも小さいことが好ましい。受光面積が小さいほど、撮像範囲が狭くなり、撮像結果のボケの抑制、及び、解像度の向上が可能となる。そのため、副画素702PS(i,j)を用いることで、高精細または高解像度の撮像を行うことができる。例えば、副画素702PS(i,j)を用いて、指紋、掌紋、虹彩、脈形状(静脈形状、動脈形状を含む)、または顔などを用いた個人認証のための撮像を行うことができる。
また、副画素702PS(i,j)は、タッチセンサ(ダイレクトタッチセンサともいう)またはニアタッチセンサ(ホバーセンサ、ホバータッチセンサ、非接触センサ、タッチレスセンサともいう)などに用いることができる。例えば、副画素702PS(i,j)は、赤外光を検出することが好ましい。これにより、暗い場所でも、タッチ検出が可能となる。
ここで、タッチセンサまたはニアタッチセンサは、対象物(指、手、またはペンなど)の近接もしくは接触を検出することができる。タッチセンサは、受発光装置と、対象物とが、直接接することで、対象物を検出できる。また、ニアタッチセンサは、対象物が受発光装置に接触しなくても、当該対象物を検出することができる。例えば、受発光装置と、対象物との間の距離が0.1mm以上300mm以下、好ましくは3mm以上50mm以下の範囲で受発光装置が当該対象物を検出できる構成であると好ましい。当該構成とすることで、受発光装置に対象物が直接触れずに操作することが可能となる、別言すると非接触(タッチレス)で受発光装置を操作することが可能となる。上記構成とすることで、受発光装置に汚れ、または傷がつくリスクを低減することができる、または対象物が表示装置に付着した汚れ(例えば、ゴミ、細菌、またはウィルスなど)に直接触れずに、受発光装置を操作することが可能となる。
なお、高精細な撮像を行うため、副画素702PS(i,j)は、受発光装置が有する全ての画素に設けられていることが好ましい。一方で、副画素702PS(i,j)は、タッチセンサまたはニアタッチセンサなどに用いる場合は、指紋などを撮像する場合と比較して高い精度が求められないため、受発光装置が有する一部の画素に設けられていればよい。受発光装置が有する副画素702PS(i,j)の数を、副画素702R(i,j)等の数よりも少なくすることで、検出速度を高めることができる。
次に、発光デバイスを有する副画素の画素回路の一例について図10(A)により説明する。図10(A)に示す画素回路530は、発光デバイス(EL)550、トランジスタM15、トランジスタM16、トランジスタM17、及び容量素子C3を有する。なお、発光デバイス550として、発光ダイオードを用いることができる。特に、発光デバイス550として、実施の形態1および実施の形態2で説明した、発光デバイスを用いることが好ましい。
図10(A)において、トランジスタM15は、ゲートが配線VGと電気的に接続し、ソースまたはドレインの一方が配線VSと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が、容量素子C3の一方の電極、及びトランジスタM16のゲートと電気的に接続する。トランジスタM16のソースまたはドレインの一方は配線V4と電気的に接続し、他方は、発光デバイス550のアノード、及びトランジスタM17のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタM17は、ゲートが配線MSと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線OUT2と電気的に接続する。発光デバイス550のカソードは、配線V5と電気的に接続する。
配線V4及び配線V5には、それぞれ定電位が供給される。発光デバイス550のアノード側を高電位に、カソード側をアノード側よりも低電位にすることができる。トランジスタM15は、配線VGに供給される信号により制御され、画素回路530の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能する。また、トランジスタM16は、ゲートに供給される電位に応じて発光デバイス550に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。トランジスタM15が導通状態のとき、配線VSに供給される電位がトランジスタM16のゲートに供給され、その電位に応じて発光デバイス550の発光輝度を制御することができる。トランジスタM17は配線MSに供給される信号により制御され、トランジスタM16と発光デバイス550との間の電位を、配線OUT2を介して外部に出力する機能を有する。
なお、図10(A)の画素回路530が有するトランジスタM15、トランジスタM16、およびトランジスタM17、並びに、図10(B)の画素回路531が有するトランジスタM11、トランジスタM12、トランジスタM13、及びトランジスタM14には、それぞれチャネルが形成される半導体層に金属酸化物(酸化物半導体)を用いたトランジスタを適用することが好ましい。
シリコンよりもバンドギャップが広く、かつキャリア密度の小さい金属酸化物を用いたトランジスタは、極めて小さいオフ電流を実現することができる。そのため、その小さいオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。そのため、特に容量素子C2または容量素子C3に直列に接続されるトランジスタM11、トランジスタM12、及びトランジスタM15には、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることが好ましい。また、これ以外のトランジスタも同様に酸化物半導体を適用したトランジスタを用いることで、作製コストを低減することができる。
また、トランジスタM11乃至トランジスタM17に、チャネルが形成される半導体にシリコンを適用したトランジスタを用いることもできる。特に単結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどの結晶性の高いシリコンを用いることで、高い電界効果移動度を実現することができ、より高速な動作が可能となるため好ましい。
また、トランジスタM11乃至トランジスタM17のうち、一以上に酸化物半導体を適用したトランジスタを用い、それ以外にシリコンを適用したトランジスタを用いる構成としてもよい。
次に、受光デバイスを有する副画素の画素回路の一例について、図10(B)により説明する。図10(B)に示す画素回路531は、受光デバイス(PD)560、トランジスタM11、トランジスタM12、トランジスタM13、トランジスタM14、及び容量素子C2を有する。ここでは、受光デバイス(PD)560として、フォトダイオードを用いた例を示している。
図10(B)において、受光デバイス(PD)560は、アノードが配線V1と電気的に接続し、カソードがトランジスタM11のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタM11は、ゲートが配線TXと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が容量素子C2の一方の電極、トランジスタM12のソースまたはドレインの一方、及びトランジスタM13のゲートと電気的に接続する。トランジスタM12は、ゲートが配線RESと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線V2と電気的に接続する。トランジスタM13は、ソースまたはドレインの一方が配線V3と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方がトランジスタM14のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタM14は、ゲートが配線SE1と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線OUT1と電気的に接続する。
配線V1、配線V2、及び配線V3には、それぞれ定電位が供給される。受光デバイス(PD)560を逆バイアスで駆動させる場合には、配線V2に、配線V1の電位よりも高い電位を供給する。トランジスタM12は、配線RESに供給される信号により制御され、トランジスタM13のゲートに接続するノードの電位を、配線V2に供給される電位にリセットする機能を有する。トランジスタM11は、配線TXに供給される信号により制御され、受光デバイス(PD)560に流れる電流に応じて上記ノードの電位が変化するタイミングを制御する機能を有する。トランジスタM13は、上記ノードの電位に応じた出力を行う増幅トランジスタとして機能する。トランジスタM14は、配線SE1に供給される信号により制御され、上記ノードの電位に応じた出力を配線OUT1に接続する外部回路で読み出すための選択トランジスタとして機能する。
なお、図10(A)および図10(B)において、トランジスタをnチャネル型のトランジスタとして表記しているが、pチャネル型のトランジスタを用いることもできる。
画素回路530が有するトランジスタと画素回路531が有するトランジスタは、同一基板上に並べて形成されることが好ましい。特に、画素回路530が有するトランジスタと画素回路531が有するトランジスタとを1つの領域内に混在させて周期的に配列する構成とすることが好ましい。
また、受光デバイス(PD)560または発光デバイス(EL)550と重なる位置に、トランジスタ及び容量素子の一方又は双方を有する層を1つまたは複数設けることが好ましい。これにより、各画素回路の実効的な占有面積を小さくでき、高精細な受光部または表示部を実現できる。
次に、図10(A)および図10(B)で説明した画素回路に適用できるトランジスタの具体的な構造の一例を図10(C)に示す。なお、トランジスタとしては、ボトムゲート型のトランジスタまたはトップゲート型のトランジスタなどを適宜用いることができる。
図10(C)に示すトランジスタは、半導体膜508、導電膜504、絶縁膜506、導電膜512Aおよび導電膜512Bを有する。トランジスタは、例えば、絶縁膜501C上に形成される。また、当該トランジスタは、絶縁膜516(絶縁膜516A及び絶縁膜516B)、及び絶縁膜518を有する。
半導体膜508は、導電膜512Aと電気的に接続される領域508A、導電膜512Bと電気的に接続される領域508Bを有する。半導体膜508は、領域508Aおよび領域508Bの間に領域508Cを有する。
導電膜504は領域508Cと重なる領域を備え、導電膜504はゲート電極の機能を有する。
絶縁膜506は、半導体膜508および導電膜504の間に挟まれる領域を有する。絶縁膜506は第1のゲート絶縁膜の機能を有する。
導電膜512Aはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の一方を備え、導電膜512Bはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の他方を有する。
また、導電膜524をトランジスタに用いることができる。導電膜524は、導電膜504との間に半導体膜508を挟む領域を有する。導電膜524は、第2のゲート電極の機能を有する。絶縁膜501Dは半導体膜508および導電膜524の間に挟まれ、第2のゲート絶縁膜の機能を有する。
絶縁膜516は、例えば、半導体膜508を覆う保護膜として機能する。絶縁膜516としては、例えば、具体的には、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜または酸化ネオジム膜を含む膜を用いることができる。
絶縁膜518は、例えば、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の拡散を抑制する機能を備える材料を適用することが好ましい。具体的には、絶縁膜518としては、例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用いることができる。また、酸化窒化シリコン、及び酸化窒化アルミニウムのそれぞれに含まれる酸素の原子数と窒素の原子数は、窒素の原子数のほうが多いことが好ましい。
なお、画素回路のトランジスタに用いる半導体膜を形成する工程において、駆動回路のトランジスタに用いる半導体膜を形成することができる。例えば、画素回路のトランジスタに用いる半導体膜と同じ組成の半導体膜を、駆動回路に用いることができる。
また、半導体膜508は、例えば、インジウムと、M(Mは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、及びマグネシウムから選ばれた一種または複数種)と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、及びスズから選ばれた一種または複数種であることが好ましい。
特に、半導体膜508として、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IGZOとも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム、スズ、及び亜鉛を含む酸化物を用いることが好ましい。または、インジウム、ガリウム、スズ、及び亜鉛を含む酸化物を用いることが好ましい。または、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IAZOとも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IAGZOとも記す)を用いることが好ましい。
半導体膜がIn-M-Zn酸化物の場合、当該In-M-Zn酸化物におけるInの原子数比はMの原子数比以上であることが好ましい。このようなIn-M-Zn酸化物の金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1またはその近傍の組成、In:M:Zn=1:1:1.2またはその近傍の組成、In:M:Zn=1:3:2またはその近傍の組成、In:M:Zn=1:3:4またはその近傍の組成、In:M:Zn=2:1:3またはその近傍の組成、In:M:Zn=3:1:2またはその近傍の組成、In:M:Zn=4:2:3またはその近傍の組成、In:M:Zn=4:2:4.1またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:3またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:6またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:7またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:8またはその近傍の組成、In:M:Zn=6:1:6またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:2:5またはその近傍の組成、等が挙げられる。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±30%の範囲を含む。
例えば、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍の組成と記載する場合、Inの原子数比を4としたとき、Gaの原子数比が1以上3以下であり、Znの原子数比が2以上4以下である場合を含む。また、原子数比がIn:Ga:Zn=5:1:6またはその近傍の組成と記載する場合、Inの原子数比を5としたときに、Gaの原子数比が0.1より大きく2以下であり、Znの原子数比が5以上7以下である場合を含む。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍の組成と記載する場合、Inの原子数比を1としたときに、Gaの原子数比が0.1より大きく2以下であり、Znの原子数比が0.1より大きく2以下である場合を含む。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
また、トランジスタの半導体層は、金属酸化物(酸化物半導体ともいう)を有することが好ましい。なお、結晶性を有する酸化物半導体としては、CAAC(c-axis-aligned crystalline)-OS、nc(nanocrystalline)-OS等が挙げられる。
または、シリコンをチャネル形成領域に用いたトランジスタ(Siトランジスタ)を用いてもよい。シリコンとしては、単結晶シリコン(単結晶Si)、多結晶シリコン、非晶質シリコン等が挙げられる。特に、半導体層に低温ポリシリコン(LTPS(Low Temperature Poly Silicon))を有するトランジスタ(以下、LTPSトランジスタともいう)を用いることができる。LTPSトランジスタは、電界効果移動度が高く、周波数特性が良好である。
LTPSトランジスタ等のSiトランジスタを適用することで、高周波数で駆動する必要のある回路(例えばソースドライバ回路)を表示部と同一基板上に作り込むことができる。これにより、発光装置に実装される外部回路を簡略化でき、部品コスト及び実装コストを削減することができる。
チャネルが形成される半導体に金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を有するトランジスタ(以下、OSトランジスタともいう)は、非晶質シリコンを用いたトランジスタと比較して電界効果移動度が極めて高い。また、OSトランジスタは、オフ状態におけるソース-ドレイン間のリーク電流(以下、オフ電流ともいう)が著しく小さく、当該トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。また、OSトランジスタを適用することで、発光装置の消費電力を低減することができる。
また、室温下における、チャネル幅1μmあたりのOSトランジスタのオフ電流値は、1aA(1×10-18A)以下、1zA(1×10-21A)以下、または1yA(1×10-24A)以下とすることができる。なお、室温下における、チャネル幅1μmあたりのSiトランジスタのオフ電流値は、1fA(1×10-15A)以上1pA(1×10-12A)以下である。したがって、OSトランジスタのオフ電流は、Siトランジスタのオフ電流よりも10桁程度低いともいえる。
また、画素回路に含まれる発光デバイスの発光輝度を高くする場合、発光デバイスに流す電流量を大きくする必要がある。そのためには、画素回路に含まれている駆動トランジスタのソース-ドレイン間電圧を高くする必要がある。OSトランジスタは、Siトランジスタと比較して、ソース-ドレイン間において耐圧が高いため、OSトランジスタのソース-ドレイン間には高い電圧を印加することができる。したがって、画素回路に含まれる駆動トランジスタをOSトランジスタとすることで、発光デバイスに流れる電流量を大きくし、発光デバイスの発光輝度を高くすることができる。
また、トランジスタが飽和領域で動作する場合において、OSトランジスタは、Siトランジスタよりも、ゲート-ソース間電圧の変化に対して、ソース-ドレイン間電流の変化を小さくすることができる。このため、画素回路に含まれる駆動トランジスタとしてOSトランジスタを適用することによって、ゲート-ソース間電圧の変化によって、ソース-ドレイン間に流れる電流を細かく定めることができるため、発光デバイスに流れる電流量を制御することができる。このため、画素回路における階調を大きくすることができる。
また、トランジスタが飽和領域で動作するときに流れる電流の飽和特性において、OSトランジスタは、ソース-ドレイン間電圧が徐々に高くなった場合においても、Siトランジスタよりも安定した電流(飽和電流)を流すことができる。そのため、OSトランジスタを駆動トランジスタとして用いることで、例えば、ELデバイスの電流-電圧特性にばらつきが生じた場合においても、発光デバイスに安定した電流を流すことができる。つまり、OSトランジスタは、飽和領域で動作する場合において、ソース-ドレイン間電圧を高くしても、ソース-ドレイン間電流がほぼ変化しないため、発光デバイスの発光輝度を安定させることができる。
上記のとおり、画素回路に含まれる駆動トランジスタにOSトランジスタを用いることで、「黒浮きの抑制」、「発光輝度の上昇」、「多階調化」、「発光デバイスのばらつきの抑制」などを図ることができる。
または、駆動回路のトランジスタに用いる半導体膜を、画素回路のトランジスタに用いる半導体膜と同一の工程で形成することができる。または、画素回路を形成する基板と同一の基板上に駆動回路を形成することができる。または、電子機器を構成する部品数を低減することができる。
また、半導体膜508には、シリコンを用いてもよい。シリコンとしては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンなどが挙げられる。特に、半導体層に低温ポリシリコン(LTPS(Low Temperature Poly Silicon))を有するトランジスタ(以下、LTPSトランジスタともいう)を用いることが好ましい。LTPSトランジスタは、電界効果移動度が高く、周波数特性が良好である。
LTPSトランジスタなどのシリコンを用いたトランジスタを適用することで、高周波数で駆動する必要のある回路(例えばソースドライバ回路)を表示部と同一基板上に作り込むことができる。これにより、発光装置に実装される外部回路を簡略化でき、部品コスト及び実装コストを削減することができる。
また、画素回路に含まれるトランジスタの少なくとも一に、OSトランジスタを用いることが好ましい。OSトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジスタと比較して電界効果移動度が極めて高い。また、OSトランジスタは、オフ状態におけるソース-ドレイン間のリーク電流(以下、オフ電流ともいう)が著しく小さく、当該トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。また、OSトランジスタを適用することで、発光装置の消費電力を低減することができる。
画素回路に含まれるトランジスタの一部に、LTPSトランジスタを用い、他の一部にOSトランジスタを用いることで、消費電力が低く、駆動能力の高い発光装置を実現することができる。より好適な例としては、配線間の導通、非導通を制御するためのスイッチとして機能するトランジスタなどにOSトランジスタを適用し、電流を制御するトランジスタなどにLTPSトランジスタを適用することが好ましい。なお、LTPSトランジスタと、OSトランジスタと、の双方を組み合わせる構成をLTPOと呼称する場合がある。LTPOとすることで、消費電力が低く、駆動能力の高い表示パネルを実現することができる。
例えば、画素回路に設けられるトランジスタの一は、発光デバイスに流れる電流を制御するためのトランジスタとして機能し、駆動トランジスタとも呼ぶことができる。駆動トランジスタのソース及びドレインの一方は、発光デバイスの画素電極と電気的に接続される。当該駆動トランジスタには、LTPSトランジスタを用いることが好ましい。これにより、画素回路において発光デバイスに流れる電流を大きくできる。
一方、画素回路に設けられるトランジスタの他の一は、画素の選択、非選択を制御するためのスイッチとして機能し、選択トランジスタとも呼ぶことができる。選択トランジスタのゲートはゲート線と電気的に接続され、ソース及びドレインの一方は、ソース線(信号線)と電気的に接続される。選択トランジスタには、OSトランジスタを適用することが好ましい。これにより、フレーム周波数を著しく小さく(例えば1fps以下)しても、画素の階調を維持することができるため、静止画を表示する際にドライバを停止することで、消費電力を低減することができる。
酸化物半導体を半導体膜に用いる場合、装置720は、酸化物半導体を半導体膜に用い、且つMML(メタルマスクレス)構造の発光デバイスを有する構成となる。当該構成とすることで、トランジスタに流れうるリーク電流、及び隣接する発光デバイス間に流れうるリーク電流(横リーク電流、サイドリーク電流などともいう)を、極めて低くすることができる。また、上記構成とすることで、表示装置に画像を表示した場合に、観察者が画像のきれ、画像のするどさ、高い彩度及び高いコントラスト比のいずれか一または複数を観測できる。なお、トランジスタに流れうるリーク電流、及び発光デバイス間の横リーク電流が極めて低い構成とすることで、黒表示時に生じうる光漏れ(いわゆる黒浮き)などが限りなく少ない表示(真黒表示ともいう)とすることができる。
特に、MML構造の発光デバイスの中でも、先に示すSBS構造を適用することで、発光デバイスの間に設けられる層(例えば、発光デバイスの間で共通して用いる有機層、共通層ともいう)が分断された構成となるため、サイドリークがない、またはサイドリークが極めて少ない表示とすることができる。
また、表示パネルの画面のサイズに応じて、表示パネルに用いるトランジスタの構成を適宜選択すればよい。例えば、表示パネルのトランジスタとして、単結晶Siトランジスタを用いる場合、対角のサイズが0.1インチ以上3インチ以下の画面サイズに適用することができる。また、表示パネルのトランジスタとして、LTPSトランジスタを用いる場合、対角のサイズが0.1インチ以上30インチ以下、好ましくは1インチ以上30インチ以下の画面サイズに適用することができる。また、表示パネルにLTPO(LTPSトランジスタと、OSトランジスタとを、組み合わせる構成)を用いる場合、対角のサイズを0.1インチ以上50インチ以下、好ましくは1インチ以上50インチ以下の画面サイズに適用することができる。また、表示パネルのトランジスタとして、OSトランジスタを用いる場合、対角のサイズを0.1インチ以上200インチ以下、好ましくは50インチ以上100インチ以下の画面サイズに適用することができる。
なお、単結晶Siトランジスタは、単結晶Si基板の大きさより、大型化が非常に困難である。また、LTPSトランジスタは、製造工程にてレーザ結晶化装置を用いるため、大型化(代表的には、対角のサイズにて30インチを超える画面サイズ)への対応が難しい。一方でOSトランジスタは、製造工程にてレーザ結晶化装置などを用いる制約がない、または比較的低温のプロセス温度(代表的には450℃以下)で製造することが可能なため、比較的大面積(代表的には、対角のサイズにて50インチ以上100インチ以下)の表示パネルまで対応することが可能である。また、LTPOについては、LTPSトランジスタを用いる場合と、OSトランジスタを用いる場合との間の領域の表示パネルのサイズ(代表的には、対角のサイズにて1インチ以上50インチ以下)に適用することが可能となる。
次に、図11(A)および図11(B)に装置の断面図を示す。
図11(A)(B)は、図9(A)に示す装置が発光装置である場合の断面図を示す。具体的には、FPC713および配線706を含む領域の一部、画素703(i,j)を含む表示領域701の一部をそれぞれ切断した時の断面図を示す。なお、図11(A)には、図面の上方(第2の基板770側)に光を取り出す構造(トップエミッション型)の発光装置を示し、図11(B)には、図面の下方(第1の基板510側)に光を取り出す構造(ボトムエミッション型)の発光装置を示す。
図11(A)において、装置(発光装置)700は、第1の基板510と、第2の基板770と、の間に機能層520を有する。機能層520には、上述したトランジスタ(M15、M16、M17)および容量素子(C3)等の他、これらを電気的に接続する配線(VS、VG、V4、V5)等が含まれる。図11(A)では、機能層520は、画素回路530B(i,j)ならびに画素回路530G(i,j)および駆動回路GDを含む構成を示すが、これに限らない。
また、機能層520が有する各画素回路(例えば、図11(A)に示す画素回路530B(i,j)、画素回路530G(i,j))は、機能層520上に形成される各発光デバイス(例えば、図11(A)に示す発光デバイス550B(i,j)、発光デバイス550G(i,j))と電気的に接続される。具体的には、発光デバイス550B(i,j)は配線591Bを介して画素回路530B(i,j)に電気的に接続され、発光デバイス550G(i,j)は配線591Gを介して画素回路530G(i,j)に電気的に接続されている。また、機能層520および各発光デバイス上に絶縁層705が設けられており、絶縁層705は、第2の基板770と機能層520とを貼り合わせる機能を有する。
なお、第2の基板770には、マトリクス状にタッチセンサを備える基板を用いることができる。例えば、静電容量式のタッチセンサまたは光学式のタッチセンサを備えた基板を第2の基板770に用いることができる。これにより、本発明の一態様の発光装置をタッチパネルとして使用することができる。
また、図11(A)及び図11(B)では、アクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、実施の形態1および実施の形態2に示す発光デバイスの構成は、パッシブマトリクス型の発光装置に適用しても良い。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器の構成について、図12(A)乃至図14(B)により説明する。
図12(A)乃至図14(B)は、本発明の一態様の電子機器の構成を説明する図である。図12(A)は電子機器のブロック図であり、図12(B)乃至図12(E)は電子機器の構成を説明する斜視図である。また、図13(A)乃至図13(E)は電子機器の構成を説明する斜視図である。また、図14(A)および図14(B)は電子機器の構成を説明する斜視図である。
本実施の形態で説明する電子機器5200Bは、演算装置5210と、入出力装置5220と、を有する(図12(A)参照)。
演算装置5210は、操作情報を供給される機能を備え、操作情報に基づいて画像情報を供給する機能を有する。
入出力装置5220は、表示部5230、入力部5240、検知部5250、通信部5290、操作情報を供給する機能および画像情報を供給される機能を有する。また、入出力装置5220は、検知情報を供給する機能、通信情報を供給する機能および通信情報を供給される機能を有する。
入力部5240は操作情報を供給する機能を有する。例えば、入力部5240は、電子機器5200Bの使用者の操作に基づいて操作情報を供給する。
具体的には、キーボード、ハードウェアボタン、ポインティングデバイス、タッチセンサ、照度センサ、撮像装置、音声入力装置、視線入力装置、姿勢検出装置などを、入力部5240に用いることができる。
表示部5230は表示パネルおよび画像情報を表示する機能を有する。例えば、実施の形態3において説明する表示パネルを表示部5230に用いることができる。
検知部5250は検知情報を供給する機能を有する。例えば、電子機器が使用されている周辺の環境を検知して、検知情報として供給する機能を有する。
具体的には、照度センサ、撮像装置、姿勢検出装置、圧力センサ、人感センサなどを検知部5250に用いることができる。
通信部5290は通信情報を供給される機能および供給する機能を有する。例えば、無線通信または有線通信により、他の電子機器または通信網と接続する機能を有する。具体的には、無線構内通信、電話通信、近距離無線通信などの機能を有する。
図12(B)は、円筒状の柱などに沿った外形を有する電子機器を示す。一例として、デジタルサイネージ等が挙げられる。本発明の一態様である表示パネルは、表示部5230に適用することができる。なお、使用環境の照度に応じて、表示方法を変更する機能を備えていても良い。また、人の存在を検知して、表示内容を変更する機能を有する。これにより、例えば、建物の柱に設置することができる。または、広告または案内等を表示することができる。
図12(C)は、使用者が使用するポインタの軌跡に基づいて画像情報を生成する機能を有する電子機器を示す。一例として、電子黒板、電子掲示板、電子看板等が挙げられる。具体的には、対角線の長さが20インチ以上、好ましくは40インチ以上、より好ましくは55インチ以上の表示パネルを用いることができる。または、複数の表示パネルを並べて1つの表示領域に用いることができる。または、複数の表示パネルを並べてマルチスクリーンに用いることができる。
図12(D)は、他の装置から情報を受信して、表示部5230に表示することができる電子機器を示す。一例として、ウェアラブル型電子機器などが挙げられる。具体的には、いくつかの選択肢を表示できる、または、使用者が選択肢からいくつかを選択し、当該情報の送信元に返信することができる。または、例えば、使用環境の照度に応じて、表示方法を変更する機能を有する。これにより、例えば、ウェアラブル型電子機器の消費電力を低減することができる。または、例えば、晴天の屋外等の外光の強い環境においても好適に使用できるように、画像をウェアラブル型電子機器に表示することができる。
図12(E)は、筐体の側面に沿って緩やかに曲がる曲面を備える表示部5230を有する電子機器を示す。一例として、携帯電話などが挙げられる。なお、表示部5230は表示パネルを備え、表示パネルは、例えば、前面、側面、上面および背面に表示する機能を有する。これにより、例えば、携帯電話の前面だけでなく、側面、上面および背面に情報を表示することができる。
図13(A)は、インターネットから情報を受信して、表示部5230に表示することができる電子機器を示す。一例として、スマートフォンなどが挙げられる。例えば、作成したメッセージを表示部5230で確認することができる。または、作成したメッセージを他の装置に送信できる。または、例えば、使用環境の照度に応じて、表示方法を変更する機能を有する。これにより、スマートフォンの消費電力を低減することができる。または、例えば、晴天の屋外等の外光の強い環境においても好適に使用できるように、画像をスマートフォンに表示することができる。
図13(B)は、リモートコントローラーを入力部5240とすることができる電子機器を示す。一例として、テレビジョンシステムなどが挙げられる。または、例えば、放送局またはインターネットから情報を受信して、表示部5230に表示することができる。または、検知部5250を用いて使用者を撮影できる。または、使用者の映像を送信できる。または、使用者の視聴履歴を取得して、クラウド・サービスに提供できる。または、クラウド・サービスから、レコメンド情報を取得して、表示部5230に表示できる。または、レコメンド情報に基づいて、番組または動画を表示できる。または、例えば、使用環境の照度に応じて、表示方法を変更する機能を有する。これにより、晴天の日に屋内に差し込む強い外光が当たっても好適に使用できるように、映像をテレビジョンシステムに表示することができる。
図13(C)は、インターネットから教材を受信して、表示部5230に表示することができる電子機器を示す。一例として、タブレットコンピュータなどが挙げられる。または、入力部5240を用いて、レポートを入力し、インターネットに送信することができる。または、クラウド・サービスから、レポートの添削結果または評価を取得して、表示部5230に表示することができる。または、評価に基づいて、好適な教材を選択し、表示することができる。
例えば、他の電子機器から画像信号を受信して、表示部5230に表示することができる。または、スタンドなどに立てかけて、表示部5230をサブディスプレイに用いることができる。これにより、例えば、晴天の屋外等の外光の強い環境においても好適に使用できるように、画像をタブレットコンピュータに表示することができる。
図13(D)は、複数の表示部5230を有する電子機器を示す。一例として、デジタルカメラなどが挙げられる。例えば、検知部5250で撮影しながら表示部5230に表示することができる。または、撮影した映像を検知部に表示することができる。または、入力部5240を用いて、撮影した映像に装飾を施せる。または、撮影した映像にメッセージを添付できる。または、インターネットに送信できる。または、使用環境の照度に応じて、撮影条件を変更する機能を有する。これにより、例えば、晴天の屋外等の外光の強い環境においても好適に閲覧できるように、被写体をデジタルカメラに表示することができる。
図13(E)は、他の電子機器をスレイブに用い、本実施の形態の電子機器をマスターに用いて、他の電子機器を制御することができる電子機器を示す。一例として、携帯可能なパーソナルコンピュータなどが挙げられる。例えば、画像情報の一部を表示部5230に表示し、画像情報の他の一部を他の電子機器の表示部に表示することができる。または、画像信号を供給することができる。または、通信部5290を用いて、他の電子機器の入力部から書き込む情報を取得できる。これにより、例えば、携帯可能なパーソナルコンピュータを用いて、広い表示領域を利用することができる。
図14(A)は、加速度または方位を検知する検知部5250を有する電子機器を示す。一例として、ゴーグル型の電子機器などが挙げられる。または、検知部5250は、使用者の位置または使用者が向いている方向に係る情報を供給することができる。または、電子機器は、使用者の位置または使用者が向いている方向に基づいて、右目用の画像情報および左目用の画像情報を生成することができる。または、表示部5230は、右目用の表示領域および左目用の表示領域を有する。これにより、例えば、没入感を得られる仮想現実空間の映像を、ゴーグル型の電子機器に表示することができる。
図14(B)は、撮像装置、加速度または方位を検知する検知部5250を有する電子機器を示す。一例として、めがね型の電子機器などが挙げられる。または、検知部5250は、使用者の位置または使用者が向いている方向に係る情報を供給することができる。または、電子機器は、使用者の位置または使用者が向いている方向に基づいて、画像情報を生成することができる。これにより、例えば、現実の風景に情報を添付して表示することができる。または、拡張現実空間の映像を、めがね型の電子機器に表示することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態1および実施の形態2に記載の発光デバイスを照明装置として用いる構成について、図15により説明する。なお、図15(A)は、図15(B)に示す照明装置の上面図における線分e-fの断面図である。
本実施の形態における照明装置は、支持体である透光性を有する基板400上に、第1の電極401が形成されている。第1の電極401は実施の形態1および実施の形態2における第1の電極101に相当する。第1の電極401側から発光を取り出す場合、第1の電極401は透光性を有する材料により形成する。
第2の電極404に電圧を供給するためのパッド412が基板400上に形成される。
第1の電極401上にはEL層403が形成されている。EL層403は実施の形態1および実施の形態2におけるEL層103の構成に相当する。なお、これらの構成については当該記載を参照されたい。
EL層403を覆って第2の電極404を形成する。第2の電極404は実施の形態1および実施の形態2における第2の電極102に相当する。発光を第1の電極401側から取り出す場合、第2の電極404は反射率の高い材料によって形成される。第2の電極404はパッド412と接続することによって、電圧が供給される。
以上、第1の電極401、EL層403、及び第2の電極404を有する発光デバイスを本実施の形態で示す照明装置は有している。当該発光デバイスは発光効率の高い発光デバイスであるため、本実施の形態における照明装置は消費電力の小さい照明装置とすることができる。
以上の構成を有する発光デバイスが形成された基板400と、封止基板407とをシール材(405、406)を用いて固着し、封止することによって照明装置が完成する。シール材405、406はどちらか一方でもかまわない。また、内側のシール材406(図15(B)では図示せず)には乾燥剤を混ぜることもでき、これにより、水分を吸着することができ、信頼性の向上につながる。
また、パッド412と第1の電極401の一部をシール材405、406の外に伸張して設けることによって、外部入力端子とすることができる。また、その上にコンバーターなどを搭載したICチップ420などを設けても良い。
(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、またはその一部である発光デバイスを適用して作製される照明装置の応用例について、図16を用いて説明する。
室内の照明装置としては、シーリングライト8001として応用できる。シーリングライト8001には、天井直付型および天井埋め込み型がある。なお、このような照明装置は、発光装置を筐体およびカバーと組み合わせることにより構成される。その他にもコードペンダント型(天井からのコード吊り下げ式)への応用も可能である。
また、足元灯8002は、床面に灯りを照射し、足元の安全性を高めることができる。例えば、寝室、階段、および通路などに使用するのが有効である。その場合、部屋の広さおよび構造に応じて適宜サイズおよび形状を変えることができる。また、発光装置と支持台とを組み合わせて構成される据え置き型の照明装置とすることも可能である。
また、シート状照明8003は、薄型のシート状の照明装置である。壁面に張り付けて使用するため、場所を取らず幅広い用途に用いることができる。なお、大面積化も容易である。なお、曲面を有する壁面、筐体等に用いることもできる。
また、光源からの光が所望の方向のみに制御された照明装置8004を用いることもできる。
また、電気スタンド8005は、光源8006を有し、光源8006としては、本発明の一態様である発光装置、またはその一部である発光デバイスを適用することができる。
なお、上記以外にも室内に備えられた家具の一部に本発明の一態様である発光装置、またはその一部である発光デバイスを適用することにより、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。
(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置に適用できる、発光デバイスおよび受光デバイスについて、図17を用いて説明する。
本発明の一態様の表示装置810が有する発光デバイス805a、及び受光デバイス805bの断面概略図を、図17(A)に示す。
発光デバイス805aは、光を発する機能(以下、発光機能とも記す)を有する。発光デバイス805aは、電極801a、EL層803a、及び電極802を有する。発光デバイス805aは、実施の形態1および実施の形態2で示した有機ELを利用する発光デバイス(有機ELデバイス)であることが好ましい。したがって電極801aと電極802との間に挟持されるEL層803aは、少なくとも発光層を有する。発光層は、発光物質を有する。電極801aと電極802との間に電圧を印加することにより、EL層803aから光が射出される。EL層803aは、発光層に加えて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、キャリア(正孔または電子)ブロック層、電荷発生層などの様々な層を有していてもよい。
受光デバイス805bは、光を検出する機能(以下、受光機能とも記す)を有する。受光デバイス805bは、例えば、pn型またはpin型のフォトダイオードを用いることができる。受光デバイス805bは、電極801b、受光層803b、及び電極802を有する。電極801bと電極802との間に挟持される受光層803bは、少なくとも活性層を有する。なお、受光層803bには、上述したEL層803aが有する様々な層(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、キャリア(正孔または電子)ブロック層、電荷発生層など)に用いる材料を用いることもできる。受光デバイス805bは、光電変換デバイスとして機能し、受光層803bに入射する光によって電荷を発生させ、電流として取り出すことができる。この時、電極801bと電極802との間に電圧を印加してもよい。受光層803bに入射する光量に基づき、発生する電荷量が決まる。
受光デバイス805bは、可視光を検出する機能を有する。受光デバイス805bは、可視光に感度を有する。受光デバイス805bは、可視光及び赤外光を検出する機能を有するとさらに好ましい。受光デバイス805bは、可視光、及び赤外光に感度を有することが好ましい。
なお、本明細書等における青色(B)の波長領域とは、400nm以上490nm未満であり、青色(B)の光は、該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルのピークを有するとする。また、緑色(G)の波長領域とは、490nm以上580nm未満であり、緑色(G)の光は、該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルのピークを有するとする。また、赤色(R)の波長領域とは、580nm以上700nm未満であり、赤色(R)の光は、該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルのピークを有するとする。また、本明細書等において、可視光の波長領域とは、400nm以上700nm未満とし、可視光とは、該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルのピークを有するとする。また、赤外(IR)の波長領域とは、700nm以上900nm未満とし、赤外(IR)光は、該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルのピークを有するとする。
受光デバイス805bの活性層は、半導体を含む。当該半導体としては、シリコンなどの無機半導体、及び、有機化合物を含む有機半導体等が挙げられる。受光デバイス805bとしては、活性層に有機半導体を含む、有機半導体デバイス(または有機フォトダイオード)を用いることが好ましい。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化、及び大面積化が容易であり、また、形状及びデザインの自由度が高いため、様々な表示装置に適用できる。また、有機半導体を用いることで、発光デバイス805aが有するEL層803aと、受光デバイス805bが有する受光層803bと、を同じ方法(例えば、真空蒸着法)で形成することができ、共通の製造装置を使用できるため好ましい。なお、受光デバイス805bの受光層803bには、本発明の一態様である有機化合物を用いることができる。
本発明の一態様の表示装置は、発光デバイス805aとして有機ELデバイスを用い、受光デバイス805bとして有機フォトダイオードを好適に用いることができる。有機ELデバイス及び有機フォトダイオードは、同一基板上に形成することができる。したがって、有機ELデバイスを用いた表示装置に有機フォトダイオードを内蔵することができる。本発明の一態様である表示装置は、画像を表示する機能に加えて、撮像機能及びセンシング機能の一方または双方も有する。
電極801a及び電極801bは、同一面上に設けられる。図17(A)は、電極801a及び電極801bが基板800上に設けられる構成を示している。なお、電極801a及び電極801bは、例えば、基板800上に形成された導電膜を島状に加工することにより形成できる。つまり、電極801a及び電極801bは、同じ工程を経て形成することができる。
基板800は、発光デバイス805a及び受光デバイス805bの形成に耐えうる耐熱性を有する基板を用いることができる。基板800として、絶縁性基板を用いる場合には、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、有機樹脂基板などを用いることができる。また、シリコンまたは炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板などの半導体基板を用いることができる。
特に、基板800として、前述の絶縁性基板または半導体基板上に、トランジスタなどの半導体素子を含む半導体回路が形成された基板を用いることが好ましい。当該半導体回路は、例えば、画素回路、ゲート線駆動回路(ゲートドライバ)、ソース線駆動回路(ソースドライバ)などを構成していることが好ましい。また、上記に加えて演算回路、記憶回路などが構成されていてもよい。
また、電極802は、発光デバイス805a及び受光デバイス805bで共通する層からなる電極である。これらの電極のうち、光を射出させる、または光を入射させる側の電極には、可視光及び赤外光を透過する導電膜を用いる。光を射出させない、または光を入射させない側の電極には、可視光及び赤外光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
本発明の一態様である表示装置における電極802は、発光デバイス805aおよび受光デバイス805bのそれぞれの一方の電極として機能する。
図17(B)は、発光デバイス805aの電極801aが、電極802よりも高い電位を有する場合について示す。この時、電極801aは、発光デバイス805aの陽極として機能し、電極802は、陰極として機能する。また、受光デバイス805bの電極801bは、電極802より低い電位を有する。なお、図17(B)では、電流の流れる向きを分かりやすくするため、発光デバイス805aの左側に発光ダイオードの回路記号を示し、受光デバイス805bの右側にフォトダイオードの回路記号を示している。また、キャリア(電子及びホール)の流れる向きを各デバイス中に模式的に矢印で示している。
図17(B)に示す構成の場合、電極801aに第1の配線を介して第1の電位が供給され、電極802に第2の配線を介して第2の電位が供給され、電極801bに第3の配線を介して第3の電位が供給される時、各電位の大きさの関係は、第1の電位>第2の電位>第3の電位となる。
また、図17(C)は、発光デバイス805aの電極801aが、電極802よりも低い電位を有する場合について示す。この時、電極801aは、発光デバイス805aの陰極として機能し、電極802は、陽極として機能する。また、受光デバイス805bの電極801bは、電極802より低い電位を有し、かつ電極801aよりも高い電位を有する。なお、図17(C)では、電流の流れる向きを分かりやすくするため、発光デバイス805aの左側に発光ダイオードの回路記号を示し、受光デバイス805bの右側にフォトダイオードの回路記号を示している。また、キャリア(電子及びホール)の流れる向きを各デバイス中に模式的に矢印で示している。
図17(C)に示す構成の場合、電極801aに第1の配線を介して第1の電位が供給され、電極802に第2の配線を介して第2の電位が供給され、電極801bに第3の配線を介して第3の電位が供給される時、各電位の大きさの関係は、第2の電位>第3の電位>第1の電位となる。
なお、本実施の形態で示す受光デバイス805bの精細度としては、100ppi以上、好ましくは200ppi以上、より好ましくは300ppi以上、より好ましくは400ppi以上、さらに好ましくは500ppi以上であって、2000ppi以下、1000ppi以下、または600ppi以下などとすることができる。特に、200ppi以上600ppi以下、好ましくは300ppi以上600ppi以下の精細度で受光デバイス805bを配置することで、指紋の撮像に好適に用いることができる。本発明の一態様の表示装置を用いて指紋認証を行う場合、受光デバイス805bの精細度を高くすることで、例えば、指紋の特徴点(Minutia)を高い精度で抽出でき、指紋認証の精度を高めることができる。また、精細度が、500ppi以上であると、米国国立標準技術研究所(NIST:National Institute of Standards and Technology)などの規格に準拠できるため、好適である。なお、受光デバイスの精細度を500ppiと仮定した場合、1画素あたり50.8μmのサイズとなり、指紋の幅(代表的には、300μm以上500μm以下)を撮像するには、十分な精細度であることがわかる。
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、本発明の一態様の発光デバイス1(デバイス1)と、比較発光デバイス2(比較デバイス2)と、をそれぞれ作製し、各発光デバイスの特性比較を行った結果を示す。以下に、発光デバイス1および比較発光デバイス2に用いた有機化合物の構造式を示す。また、発光デバイス1および比較発光デバイス2のデバイス構造を示す。
Figure 2023016026000036
Figure 2023016026000037
≪発光デバイス1の作製≫
本実施例で示す発光デバイス1は、図18に示すように基板900上に形成された第1の電極901上に正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電子輸送層914(第1の電子輸送層、第2の電子輸送層)および電子注入層915が順次積層され、電子注入層915上に第2の電極903が積層され、第2の電極903上にキャップ層904が積層された構造を有する。
まず、基板900上に第1の電極901を形成した。電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。また、基板900には、ガラス基板を用いた。また、第1の電極901は、銀を100nmおよび酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)を10nmの膜厚でスパッタリング法により、順次成膜して積層形成した。
ここで、前処理として、基板の表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。その後、10-4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で60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、第1の電極901上に正孔注入層911を形成した。正孔注入層911は、真空蒸着装置内を10-4Paに減圧した後、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-アミン(略称:PCBBiF)と分子量672でフッ素を含む電子アクセプタ材料(OCHD-003)とを、重量比で1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)となるように10nm共蒸着して形成した。
次に、正孔注入層911上に正孔輸送層912を形成した。正孔輸送層912は、PCBBiFを用い、140nm蒸着して形成した。
次に、正孔輸送層912上に発光層913を形成した。
発光層913は、4,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:4,8mDBtP2Bfpm)と、9-(2-ナフチル)-9’-フェニル-9H,9’H-3,3’-ビカルバゾール(略称:βNCCP)と、[2-d-メチル-(2-ピリジニル-κN)ベンゾフロ[2,3-b]ピリジン-κC]ビス[2-(2-ピリジニル-κN)フェニル-κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)(mbfpypy-d3)])とを、重量比で4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:[Ir(ppy)(mbfpypy-d3)]=0.6:0.4:0.05となるように共蒸着して、50nmの膜厚となるように形成した。
次に、発光層913上に電子輸送層914を形成した。なお、本実施例において、電子輸送層914は、第1の電子輸送層と第2の電子輸送層との積層構造を有する。
第1の電子輸送層は、2-{3-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-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:2mPCCzPDBq)を用い、10nmの膜厚となるように蒸着して形成した。第2の電子輸送層は、2,9-ジ(ナフタレン-2-イル)-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(略称:NBPhen)を用い、25nmの膜厚となるように蒸着して形成した。
次に、電子輸送層914上に電子注入層915を形成した。電子注入層915は、フッ化リチウム(LiF)を用い、膜厚が1nmになるように蒸着して形成した。
次に、電子注入層915上に第2の電極903を形成した。第2の電極903は、AgとMgを体積比で1:0.1、膜厚が15nmとなるように共蒸着法により形成した。なお、本実施例において、第2の電極903は、陰極として機能する。
次に、第2の電極903上にキャップ層904を形成した。キャップ層904は、4,4’,4’’-(ベンゼン-1,3,5-トリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P-II)を用い、80nmの膜厚となるように蒸着して形成した。
以上の工程により、発光デバイス1を作製した。次に、比較発光デバイス2の作製方法について説明する。
≪比較発光デバイス2の作製≫
比較発光デバイス2は、発光デバイス1において発光層913に用いた4,8mDBtP2Bfpmを8-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-4-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8BP-4mDBtPBfpm)に変え、重量比で8BP-4mDBtPBfpm:βNCCP:[Ir(ppy)(mbfpypy-d3)]=0.5:0.5:0.05となるように共蒸着した点と、第1の電子輸送層に用いた2mPCCzPDBqを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(略称:2mDBTBPDBq-II)に変えた点とで、発光デバイス1と異なる。その他は発光デバイス1と同様に作製した。なお、比較発光デバイス2は、同じ構成を有する発光デバイスを二つ作製した。
発光デバイス1および比較発光デバイス2に用いた有機化合物のガラス転移点を以下の表に示す。
Figure 2023016026000038
上記発光デバイス1および比較発光デバイス2を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業(シール材をデバイスの周囲に塗布し、封止時にUV処理、80℃にて1時間熱処理)を行った後、これらの発光デバイスの初期特性について測定(1度目)を行った。その後、発光デバイス1および一方の比較発光デバイス2を恒温槽のホットプレート上に設置し、120℃で1時間保存し、再度同様の初期特性について測定(2度目)を行った。続いて、2度目の測定が終わった発光デバイス1と、他方の比較発光デバイス2を再度恒温槽のホットプレート上に設置し、130℃で1時間保存し、同様に3度目の初期特性の測定を行った。
発光デバイス1における、加熱保存試験前(ref)、120℃保存試験後および130℃保存試験後の測定結果および比較発光デバイス2における、加熱保存試験前(ref)、120℃保存試験後および130℃保存試験後の測定結果を、図19乃至図21に示す。具体的には、電流-電圧特性を図19に、外部量子効率-輝度特性を図20に、発光スペクトルを図21に示す。
また、発光デバイス1の1000cd/m付近における主要な特性を表3に、比較発光デバイス2の1000cd/m付近における主要な特性を表4に示した。輝度、CIE色度、及び発光スペクトルの測定には分光放射計(トプコン社製、SR-UL1R)を用いた。また、各発光デバイスの測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
Figure 2023016026000039
Figure 2023016026000040
図19乃至図21より、発光デバイス1は、130℃までの保存試験を行っても、外部量子効率は低下せず、良好な特性を示した。一方、比較発光デバイス2は、120℃の保存試験を行うことにより外部量子効率が低下し、更に、130℃までの保存試験を行うことにより電流-電圧特性が著しく悪化し、外部量子効率が著しく減少した。これらの結果から、発光デバイス1は、耐熱性の良好な発光デバイスであることがわかった。また、発光デバイス1に用いた4,8mDBtP2Bfpm、2mPCCzPDBqが耐熱性の高い材料であることがわかった。
本実施例では、製造途中で加熱を行う製造方法によって、本発明の一態様の発光デバイス3(デバイス3)と、比較発光デバイス4(比較デバイス4)と、をそれぞれ作製し、各発光デバイスの特性比較を行った結果を示す。なお、発光デバイス3、比較発光デバイス4は、共通した構造を有する複数の発光デバイスの総称である。すなわち、発光デバイス3および比較発光デバイス4は本実施例では各々3つずつ(発光デバイス3(ref)、発光デバイス3(120℃)、発光デバイス3(130℃)、比較発光デバイス4(ref)、比較発光デバイス4(120℃)、比較発光デバイス4(130℃))存在し、これらは作製途中で加えられる加熱温度がそれぞれ異なるものである。以下に、発光デバイス3および比較発光デバイス4に用いた有機化合物の構造式を示す。また、発光デバイス3および比較発光デバイス4のデバイス構造を示す。
Figure 2023016026000041
Figure 2023016026000042
≪発光デバイス3の作製≫
本実施例で示す発光デバイス3は、実施例1で説明した発光デバイス1と同様、図18に示すように基板900上に形成された第1の電極901上に正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電子輸送層914(第1の電子輸送層、第2の電子輸送層)および電子注入層915が順次積層され、電子注入層915上に第2の電極903が積層され、第2の電極903上にキャップ層904が積層された構造を有する。
まず、基板900上に第1の電極901を形成した。電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。また、基板900には、ガラス基板を用いた。また、第1の電極901は、銀を100nmおよび酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)を85nmの膜厚でスパッタリング法により、順次成膜して積層形成した。
ここで、前処理として、基板の表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。その後、10-4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で60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、第1の電極901上に正孔注入層911を形成した。正孔注入層911は、真空蒸着装置内を10-4Paに減圧した後、PCBBiFとOCHD-003とを、重量比で1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)となるように10nm共蒸着して形成した。
次に、正孔注入層911上に正孔輸送層912を形成した。正孔輸送層912は、PCBBiFを用い、65nm蒸着して形成した。
次に、正孔輸送層912上に発光層913を形成した。
発光層913は、4,8mDBtP2Bfpmと、βNCCPと、[Ir(ppy)(mbfpypy-d3)]とを、重量比で4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:[Ir(ppy)(mbfpypy-d3)]=0.6:0.4:0.1となるように共蒸着して、40nmの膜厚となるように形成した。
次に、発光層913上に電子輸送層914を形成した。なお、本実施例において、電子輸送層914は、第1の電子輸送層と第2の電子輸送層との積層構造を有する。
第1の電子輸送層は、2mPCCzPDBqを用い、10nmの膜厚となるように蒸着して形成した。第2の電子輸送層は、NBPhenを用い、20nmの膜厚となるように蒸着して形成した。
次に、電子輸送層914上に、マスク層を形成した。具体的には、トリメチルアルミニウム(略称:TMA)をプリカーサーに用い、水蒸気を酸化剤に用いて、ALD(Atomic Layer Deposition)法により、酸化アルミニウムを膜厚30nmとなるように成膜した。その後、発光デバイス3(ref)では加熱を行わず、発光デバイス3(120℃)では、120℃で1時間、発光デバイス3(130℃)では、130℃で1時間加熱を行なった。
次に、TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)を0.2%以上5.0%以下含む水溶液(東京応化工業株式会社製、商品名:NMD3)を用いて450秒ウェットエッチング処理を行い、マスク層を除去し、純水で洗浄した後、高真空下、80℃で1時間加熱した。
次に、電子輸送層914上に電子注入層915を形成した。電子注入層915は、フッ化リチウム(LiF)と、イッテルビウム(Yb)とを、体積比でLiF:Yb=1:1となるように共蒸着して、2nmの膜厚となるように形成した。
次に、電子注入層915上に第2の電極903を形成した。第2の電極903は、AgとMgを体積比で1:0.1、膜厚が15nmとなるように共蒸着法により形成した。なお、本実施例において、第2の電極903は、陰極として機能する。
次に、第2の電極903上にキャップ層904を形成した。キャップ層904はDBT3P-IIを用い、70nmの膜厚となるように蒸着して形成した。
以上の工程により、発光デバイス3を作製した。次に、比較発光デバイス4の作製方法について説明する。
≪比較発光デバイス4の作製≫
比較発光デバイス4(比較発光デバイス4(ref)、比較発光デバイス4(120℃)、比較発光デバイス4(130℃))は、発光デバイス3において第1の電極に用いたAgを銀(Ag)、パラジウム(Pd)および銅(Cu)を含む合金(略称:APC)に変えた点と、発光層913に用いた4,8mDBtP2Bfpmを8BP-4mDBtPBfpmに、βNCCPを3,3’-ビス(9-フェニル-9H-カルバゾール)(略称:PCCP)に変えた点と、第1の電子輸送層に用いた2mPCCzPDBqを8BP-4mDBtPBfpmに変えた点で、発光デバイス3と異なる。その他は発光デバイス3(発光デバイス3(ref)、発光デバイス3(120℃)、発光デバイス3(130℃))と同様に作製した。
発光デバイス3および比較発光デバイス4に用いた有機化合物のガラス転移点を以下の表に示す。
Figure 2023016026000043
上記発光デバイス3および比較発光デバイス4を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業(シール材をデバイスの周囲に塗布し、封止時にUV処理、80℃にて1時間熱処理)を行った後、これらの発光デバイスの初期特性について測定を行った。
発光デバイス3および比較発光デバイス4における、電流-電圧特性を図22に、外部量子効率-輝度特性を図23に、発光スペクトルを図24に示す。
また、発光デバイス3の1000cd/m付近における主要な特性を表7に、比較発光デバイス4の1000cd/m付近における主要な特性を表8に示した。輝度、CIE色度、及び発光スペクトルの測定には分光放射計(トプコン社製、SR-UL1R)を用いた。また、各発光デバイスの測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
Figure 2023016026000044
Figure 2023016026000045
図22乃至図24より、発光デバイス3は、130℃の加熱まで劣化はあまり大きくなく、良好な結果を示した。一方、比較発光デバイス4は、120℃の加熱ですでに大きく特性を劣化させた。これらの結果から、発光デバイス3は、製造プロセス中の熱処理を含む工程に起因する影響を受けにくい、耐熱性の良好な発光デバイスであることがわかった。また、発光デバイス3に用いた4,8mDBtP2Bfpm、βNCCP、2mPCCzPDBqが耐熱性の高い材料であることがわかった。
<合成例1>
本合成例では、本発明の一態様の発光デバイスに用いることのできる有機化合物である、8-(1,1’:4’,1’’-テルフェニル-3-イル)-4-[4’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-3-イル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン(略称:8mpTP-4mpDBtBPBfpm)(構造式(103))の合成方法について具体的に説明する。
Figure 2023016026000046
<ステップ1:4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾチオフェンの合成>
1000mLのフラスコに、ジベンゾチオフェン-4-ボロン酸22.8g(100mmol)、4-ブロモヨードベンゼン56.6g(200mmol)、炭酸カリウム(略称:KCO)41.5g(300mmol)、トルエン500mL、エタノール125mL、および水150mLを投入した。次に、フラスコ内を減圧して混合物を脱気した後、窒素置換した。次いで、フラスコ内を、窒素気流下にて50℃に加熱し、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(略称:Pd(PPh)2.31g(2.0mmol)を加えた後、80℃に昇温して8時間加熱攪拌した。反応後、反応溶液を分液し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄して硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。得られた濾液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン)にて精製した。フラクションを濃縮して乾燥し、白色固体17.1g(収率50.4%)を得た。ステップ1の合成スキームを下記(a-1)に示す。
Figure 2023016026000047
<ステップ2:[4-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ボロン酸の合成>
1000mL三口フラスコに、ステップ1にて得られた4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾチオフェン17.0g(50.0mmol)を入れフラスコ内を窒素置換した。ここにテトラヒドロフラン(略称:THF)250mLを加え、-78℃で30分間撹拌した。この混合溶液に、1.63Mのn-ブチルリチウム(略称:n-BuLi)のヘキサン溶液37.5mL(60.0mmol)を滴下し、-78℃で2時間撹拌した。ホウ酸トリメチル(略称:B(OMe))6.27mL(65.0mmol)を加え、室温まで昇温しながら20時間撹拌した。この溶液に1M塩酸140mLを加え1時間撹拌した。得られた混合物を水層と有機層に分液し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層と抽出溶液を合わせて、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して固体を得た。この固体をヘキサンで洗浄し、白色固体12.2g(収率80%)を得た。ステップ2の合成スキームを下記(a-2)に示す。
Figure 2023016026000048
<ステップ3:4-(3’-ブロモ[1,1’-ビフェニル]-4-イル)ジベンゾチオフェンの合成>
200mLのフラスコに、ステップ2にて得られた[4-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ボロン酸6.40g(21.0mmol)、3-ブロモヨードベンゼン11.9g(42.0mmol)、炭酸カリウム(略称:KCO)8.7g(63.0mmol)、トルエン105mL、エタノール26mL、および水32mLを投入した。次に、フラスコ内を減圧して混合物を脱気した後、窒素置換した。次いで、フラスコ内を、窒素気流下にて50℃に加熱し、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(略称:Pd(PPh)485mg(0.42mmol)を加えた後、80℃に昇温して8時間加熱攪拌した。反応後、反応溶液を分液し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄して硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。得られた濾液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン)にて精製した。フラクションを濃縮して乾燥し、白色固体8.19g(収率93.9%)を得た。ステップ3の合成スキームを下記(a-3)に示す。
Figure 2023016026000049
<ステップ4:4’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)-[1,1’-ビフェニル]-3-イル]ボロン酸の合成>
300mL三口フラスコに、ステップ3にて得られた4-(3’-ブロモ[1,1’-ビフェニル]-4-イル)ジベンゾチオフェン8.18g(19.7mmol)を入れフラスコ内を窒素置換した。ここにテトラヒドロフラン(THF)99mLを加え、-78℃で30分間撹拌した。この混合溶液に、1.63Mのn-ブチルリチウム(略称:n-BuLi)のヘキサン溶液14.8mL(23.6mmol)を滴下し、-78℃で2時間撹拌した。ホウ酸トリメチル(略称:B(OMe))2.47mL(25.6mmol)を加え、室温まで昇温しながら20時間撹拌した。この溶液に1M塩酸50mLを加え1時間撹拌した。得られた混合物を水層と有機層に分液し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層と抽出溶液を合わせて、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して固体を得た。この固体をヘキサンで洗浄し、白色固体6.45g(収率86.1%)を得た。ステップ4の合成スキームを下記(a-4)に示す。
Figure 2023016026000050
<ステップ5:8-クロロ-4’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)-[1,1’-ビフェニル]-3-イル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジンの合成>
200mLフラスコに、ステップ4にて得られた4’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)-[1,1’-ビフェニル]-3-イル]ボロン酸6.43g(16.9mmol)、4,8-ジクロロ[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン4.04g(16.9mmol)、炭酸カリウム(略称:KCO)7.00g(50.7mmol)、トルエン85mL、エタノール22mL、および水25mLを投入した。次に、フラスコ内を減圧して混合物を脱気した後、窒素置換した。次いで、フラスコ内を、窒素気流下にて50℃に加熱し、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(略称:Pd(PPh)391mg(0.34mmol)を加えた後、80℃に昇温して7時間加熱攪拌した。反応後、この混合物を吸引濾過し、濾物を水とエタノールで洗浄した。得られた固体を加熱したトルエンに溶解し、セライト、アルミナ、セライトの順で積層した濾過材に通して吸引濾過した。得られた濾液を濃縮し、トルエンで再結晶して淡黄色固体7.12g(収率78.2%)を得た。ステップ5の合成スキームを下記(a-5)に示す。
Figure 2023016026000051
<ステップ6:8mpTP-4mpDBtBPBfpmの合成>
200mL三口フラスコに、ステップ5で得られた8-クロロ-4’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)-[1,1’-ビフェニル]-3-イル]-[1]ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン2.40g(4.45mmol)、2-([1,1’:4’,1’’-テルフェニル]-3-イル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン2.06g(5.78mmol)、フッ化セシウム(略称:CsF)1.01g(6.68mmol)、炭酸セシウム(略称:CsCO)2.90g(8.90mmol)、およびジエチレングリコールジメチルエーテル(略称:Diglyme)22mLを投入した。次に、フラスコ内を減圧して混合物を脱気した後、窒素置換した。次いで、フラスコ内を、窒素気流下にて60℃に加熱し、ジ(1-アダマンチル)-n-ブチルホスフィン(略称:cataCXium(登録商標))を93.0mg(0.26mmol)、酢酸パラジウムを29.0mg(0.11mmol)加えた後、130℃に昇温して25時間加熱攪拌した。反応後、この混合物を吸引濾過し、濾物を水とエタノールで洗浄した。得られた固体を加熱したトルエンに溶解し、セライト・アルミナ・セライトの順で積層した濾過材に通して吸引濾過した。得られた濾液を濃縮し、トルエンで再結晶して淡黄色固体2.63g(収率80.7%)を得た。ステップ6の合成スキームを下記(a-6)に示す。
Figure 2023016026000052
<昇華精製>
得られた淡黄色固体2.63gをトレインサブリメーション法により圧力3.00Pa、アルゴン流量15mL/min、370℃の条件で40時間加熱し、昇華精製して淡黄色固体1.86g(回収率:71%)を得た。質量分析の結果、目的物である8mpTP-4mpDBtBPBfpm(質量数733)が得られたことを確認した。
また、昇華精製後の8mpTP-4mpDBtBPBfpmの重水素化クロロホルム(略称:CDCl)溶液の核磁気共鳴分光法(H-NMR)のチャートを図25に示す。この結果からも、8mpTP-4mpDBtBPBfpmが得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,500MHz):δ=7.40(t,J=6.8Hz,1H),7.47-7.52(m,4H),7.58-7.63(m,3H),7.67-7.80(m,9H),7.86-7.94(m,7H),8.00(s,1H),8.08(d,J=8.6Hz,1H),8.20-8.24(m,2H),8.62(s,1H),8.68(d,J=6.3Hz,1H),8.97(s,1H),9.35(s,1H).
<発光スペクトルおよび吸収スペクトル測定>
8mpTP-4mpDBtBPBfpmのジクロロメタン溶液および薄膜における紫外可視吸収スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。
図26は、8mpTP-4mpDBtBPBfpmのジクロロメタン溶液の吸収強度の波長依存性又は発光強度の波長依存性を示す図である。溶液状態の紫外可視吸収スペクトルは、8mpTP-4mpDBtBPBfpmのジクロロメタン溶液を石英セルに入れて測定した吸収スペクトルから溶媒(ジクロロメタン)のみを石英セルに入れて測定した吸収スペクトルを、差し引くことで得た。図27は、8mpTP-4mpDBtBPBfpmの薄膜の吸収強度の波長依存性又は発光強度の波長依存性を示す図である。薄膜の吸収スペクトルは、石英基板の吸収スペクトルを石英基板上に成膜した8mpTP-4mpDBtBPBfpmの吸収スペクトルから差し引くことで得た。なお、紫外可視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 V-770DS)を用いた。また、発光スペクトルの測定には、分光蛍光光度計((株)日本分光製 FP-8600DS)を用いた。なお、ここで作製した測定サンプル(石英セルに溶液を入れた状態)を、発光デバイスまたは発光ユニットなどと呼ぶ場合もある。
図26に示す通り、8mpTP-4mpDBtBPBfpmのジクロロメタン溶液の紫外可視吸収スペクトルは、268nm付近に吸収強度のピークを備えていた。また、発光スペクトルは、441nm付近(励起光は330nm)に発光強度のピークを備えていた。
図27に示す通り、8mpTP-4mpDBtBPBfpmの薄膜の紫外可視吸収スペクトルは、275nm付近に吸収強度のピークを備えていた。また、発光スペクトルは、415nm付近(励起光は320nm)に発光強度のピークを備えていた。
これらの結果より、本発明の一態様の有機化合物である8mpTP-4mpDBtBPBfpmは発光物質、または可視域の発光物質とともに用いるホスト材料として有効に利用可能であることがわかった。
<Tg測定>
8mpTP-4mpDBtBPBfpmのガラス転移点(Tg)を測定した。Tgは、示差走査熱量測定装置((株)パーキンエルマージャパン製、PYRIS1DSC)を用い、アルミセルに粉末を乗せ、測定した。この結果、8mpTP-4mpDBtBPBfpmのTgは132℃であった。このことから本発明の化合物は高い熱物性を示すことが明らかとなり、このような化合物を用いて作製した薄膜は膜質が安定であることが期待できる。膜質が安定した薄膜を形成できる化合物を有機デバイスに用いることで高い耐熱性を有する有機デバイスを提供する事が可能となる。
GD 駆動回路
IR 副画素
M11 トランジスタ
M12 トランジスタ
M13 トランジスタ
M14 トランジスタ
M15 トランジスタ
M16 トランジスタ
M17 トランジスタ
MS 配線
PS 副画素
REG レジストマスク
RES 配線
SE1 配線
SE 距離
Si 単結晶
TX 配線
VG 配線
VS 配線
100 発光デバイス
101 第1の電極
102 第2の電極
103 EL層
103a EL層
103b EL層
103B EL層
103G EL層
103R EL層
104 正孔注入・輸送層
104B 正孔注入・輸送層
104G 正孔注入・輸送層
104R 正孔注入・輸送層
107 絶縁層
108-1 第1の電子輸送層
108-2 第2の電子輸送層
108B-1\108B-2 電子輸送層
108G-1\108G-2 電子輸送層
108R-1\108R-2 電子輸送層
109 電子注入層
111 正孔注入層
111a 正孔注入層
111b 正孔注入層
112 正孔輸送層
112a 正孔輸送層
112b 正孔輸送層
113 発光層
113a 発光層
113b 発光層
113c 発光層
113R 発光層
113G 発光層
113B 発光層
114 電子輸送層
114a 電子輸送層
114b 電子輸送層
115 電子注入層
115a 電子注入層
115b 電子注入層
150 領域
140 第2の絶縁層
400 基板
401 第1の電極
403 EL層
404 第2の電極
405 シール材
406 シール材
407 封止基板
412 パッド
420 ICチップ
501C 絶縁膜
501D 絶縁膜
504 導電膜
506 絶縁膜
508 半導体膜
508A 領域
508B 領域
508C 領域
510 第1の基板
512A 導電膜
512B 導電膜
516 絶縁膜
516A 絶縁膜
516B 絶縁膜
518 絶縁膜
520 機能層
524 導電膜
528 隔壁
530 画素回路
531 画素回路
530B 画素回路
530G 画素回路
532 隔壁
550 発光デバイス
550B 発光デバイス
550G 発光デバイス
550R 発光デバイス
551B 電極
551C 接続電極
551G 電極
551R 電極
552 電極
580 間隙
591G 配線
591B 配線
700 発光装置
701 表示領域
702B 副画素
702G 副画素
702PS 副画素
702R 副画素
702IR 副画素
703 画素
704 回路
705 絶縁層
706 配線
710 基板
711 基板
712 IC
713 FPC
720 装置
770 基板
800 基板
801a 電極
801b 電極
802 電極
803a EL層
803b 受光層
805a 発光デバイス
805b 受光デバイス
810 表示装置
900 基板
901 第1の電極
903 第2の電極
904 キャップ層
911 正孔注入層
912 正孔輸送層
913 発光層
914 電子輸送層
915 電子注入層
5200B 電子機器
5210 演算装置
5220 入出力装置
5230 表示部
5240 入力部
5250 検知部
5290 通信部
8001 シーリングライト
8002 足元灯
8003 シート状照明
8004 照明装置
8005 電気スタンド
8006 光源

Claims (19)

  1. 陽極と陰極との間にEL層を有し、
    前記EL層は少なくとも発光層を有し、
    前記発光層と前記陰極との間に前記発光層と接する第1の層を有し、
    前記発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、
    前記第1の層は、前記第1の有機化合物および前記第2の有機化合物とは異なる第3の有機化合物を有し、
    前記発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、
    前記第3の有機化合物は、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物である発光デバイス。
  2. 請求項1において、
    前記第1の有機化合物は、ピリジン環、ジアジン環およびトリアジン環の中から選ばれる1を含む複素芳香環骨格を有する有機化合物である、発光デバイス。
  3. 請求項1において、
    前記第1の有機化合物は、ベンゾフロピリミジン骨格を有する有機化合物である、発光デバイス。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
    前記第3の有機化合物は、ピリジン環またはジアジン環を含む縮合複素芳香環骨格と、ビカルバゾール骨格と、を有する有機化合物である発光デバイス。
  5. 陽極と陰極との間にEL層を有し、
    前記EL層は少なくとも発光層を有し、
    前記発光層と前記陰極との間に前記発光層と接する第1の層を有し、
    前記発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、
    前記第1の層は、第3の有機化合物を有し、
    前記第1の有機化合物および前記第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、
    前記発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、
    前記第1の有機化合物は、式(G100)で表される有機化合物であり、
    前記第2の有機化合物は、式(G200)で表される有機化合物である発光デバイス。
    Figure 2023016026000053

    (式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。)
    Figure 2023016026000054

    (式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。)
  6. 陽極と陰極との間にEL層を有し、
    前記EL層は少なくとも発光層を有し、
    前記発光層と前記陰極との間に前記発光層と接する第1の層を有し、
    前記発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、
    前記第1の層は、第3の有機化合物を有し、
    前記第1の有機化合物および前記第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、
    前記発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、
    前記第1の有機化合物は、式(G100)で表される有機化合物であり、
    前記第3の有機化合物は、式(G300)で表される有機化合物である発光デバイス。
    Figure 2023016026000055

    (式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。)
    Figure 2023016026000056

    (式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。)
  7. 陽極と陰極との間にEL層を有し、
    前記EL層は少なくとも発光層を有し、
    前記発光層と前記陰極との間に前記発光層と接する第1の層を有し、
    前記発光層は、発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、
    前記第1の層は、第3の有機化合物を有し、
    前記第1の有機化合物および前記第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、
    前記発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、
    前記第1の有機化合物は、式(G100)で表される有機化合物であり、
    前記第2の有機化合物は、式(G200)で表される有機化合物であり、
    前記第3の有機化合物は、式(G300)で表される有機化合物である発光デバイス。
    Figure 2023016026000057

    (式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。)
    Figure 2023016026000058

    (式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。)
    Figure 2023016026000059

    (式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。)
  8. 請求項1乃至請求項3および請求項5乃至請求項7のいずれか一において、
    前記第1の有機化合物、前記第2の有機化合物、および前記第3の有機化合物のいずれか一以上のガラス転移点が、120℃以上180℃以下である発光デバイス。
  9. 請求項1乃至請求項3および請求項5乃至請求項7のいずれか一において、
    前記発光物質は、燐光発光を呈する発光デバイス。
  10. 請求項1乃至請求項3および請求項5乃至請求項7のいずれか一に記載の発光デバイス、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置。
  11. 隣接する第1の発光デバイスと、第2の発光デバイスと、を有し、
    前記第1の発光デバイスは、第1の陽極上に第1のEL層を挟んで陰極を有し、
    前記第1のEL層は、少なくとも第1の発光層を有し、
    前記第1の発光層と前記陰極との間に、前記第1の発光層と接する第1の層を有し、
    前記第1の発光層は、第1の発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、
    前記第1の層は、第3の有機化合物を有し、
    前記第1の発光層の側面および前記第1の層の側面、と接して第1の絶縁層を有し、
    前記第1の層上に電子注入層を有し、
    前記第2の発光デバイスは、第2の陽極上に第2のEL層を挟んで前記陰極を有し、
    前記第2のEL層は、少なくとも第2の発光層を有し、
    前記第2の発光層と前記陰極との間に、前記第2の発光層と接する第2の層を有し、
    前記第2の発光層は、第2の発光物質を有し、
    前記第2の層は、前記第3の有機化合物を有し、
    前記第2の発光層の側面および前記第2の層の側面、と接して第2の絶縁層を有し、
    前記第2の層上に前記電子注入層を有し、
    前記第1の有機化合物および前記第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、
    前記第1の発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、
    前記第1の有機化合物は、式(G100)で表される有機化合物であり、
    前記第2の有機化合物は、式(G200)で表される有機化合物である発光装置。
    Figure 2023016026000060

    (式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。)
    Figure 2023016026000061

    (式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。)
  12. 隣接する第1の発光デバイスと、第2の発光デバイスと、を有し、
    前記第1の発光デバイスは、第1の陽極上に第1のEL層を挟んで陰極を有し、
    前記第1のEL層は、少なくとも第1の発光層を有し、
    前記第1の発光層と前記陰極との間に、前記第1の発光層と接する第1の層を有し、
    前記第1の発光層は、第1の発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、
    前記第1の層は、第3の有機化合物を有し、
    前記第1の発光層の側面および前記第1の層の側面、と接して第1の絶縁層を有し、
    前記第1の層上に電子注入層を有し、
    前記第2の発光デバイスは、第2の陽極上に第2のEL層を挟んで前記陰極を有し、
    前記第2のEL層は、少なくとも第2の発光層を有し、
    前記第2の発光層と前記陰極との間に、前記第2の発光層と接する第2の層を有し、
    前記第2の発光層は、第2の発光物質を有し、
    前記第2の層は、前記第3の有機化合物を有し、
    前記第2の発光層の側面および前記第2の層の側面、と接して第2の絶縁層を有し、
    前記第2の層上に前記電子注入層を有し、
    前記第1の有機化合物および前記第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、
    前記第1の発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、
    前記第1の有機化合物は、式(G100)で表される有機化合物であり、
    前記第3の有機化合物は、式(G300)で表される有機化合物である発光装置。
    Figure 2023016026000062

    (式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。)
    Figure 2023016026000063

    (式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。)
  13. 隣接する第1の発光デバイスと、第2の発光デバイスと、を有し、
    前記第1の発光デバイスは、第1の陽極上に第1のEL層を挟んで陰極を有し、
    前記第1のEL層は、少なくとも第1の発光層を有し、
    前記第1の発光層と前記陰極との間に、前記第1の発光層と接する第1の層を有し、
    前記第1の発光層は、第1の発光物質、第1の有機化合物、および第2の有機化合物を有し、
    前記第1の層は、第3の有機化合物を有し、
    前記第1の発光層の側面および前記第1の層の側面、と接して第1の絶縁層を有し、
    前記第1の層上に電子注入層を有し、
    前記第2の発光デバイスは、第2の陽極上に第2のEL層を挟んで前記陰極を有し、
    前記第2のEL層は、少なくとも第2の発光層を有し、
    前記第2の発光層と前記陰極との間に、前記第2の発光層と接する第2の層を有し、
    前記第2の発光層は、第2の発光物質を有し、
    前記第2の層は、前記第3の有機化合物を有し、
    前記第2の発光層の側面および前記第2の層の側面、と接して第2の絶縁層を有し、
    前記第2の層上に前記電子注入層を有し、
    前記第1の有機化合物および前記第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であり、
    前記第1の発光物質は、緑色から黄色の発光を呈する物質であり、
    前記第1の有機化合物は、式(G100)で表される有機化合物であり、
    前記第2の有機化合物は、式(G200)で表される有機化合物であり、
    前記第3の有機化合物は、式(G300)で表される有機化合物である発光装置。
    Figure 2023016026000064

    (式(G100)中、A100およびA101は、置換または無置換のアリール基および置換または無置換のヘテロアリール基のいずれか一以上を有する、炭素数6乃至100の基を表す。また、R101乃至R104は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基を表す。)
    Figure 2023016026000065

    (式(G200)中、R201乃至R214は各々独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7の単環式飽和炭化水素基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数7乃至10の多環式飽和炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至20のヘテロアリール基を表す。また、A200およびA201は、それぞれ、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフェニル基、または置換または無置換のビフェニル基、または置換または無置換のターフェニル基のいずれかであり、かつA200およびA201の少なくとも一は、置換または無置換のナフチル基、または、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のトリフェニレニル基である。)
    Figure 2023016026000066

    (式(G300)中、A300は、ピリジン骨格を有する複素芳香環、ジアジン骨格を有する複素芳香環、およびトリアジン骨格を有する複素芳香環のいずれかを表し、R301乃至R315は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数5乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至13のアリール基、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数3乃至13のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ar300は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数6乃至25のアリーレン基、または単結合を表す。)
  14. 請求項11乃至請求項13のいずれか一において、
    前記第1の有機化合物、前記第2の有機化合物、および前記第3の有機化合物のいずれか一以上のガラス転移点が、120℃以上180℃以下である発光装置。
  15. 請求項11乃至請求項13のいずれか一において、
    前記第2の発光物質は、青色発光または赤色発光を呈する物質である発光装置。
  16. 請求項11乃至請求項13のいずれか一において、
    前記第1の発光物質は、燐光発光を呈する発光装置。
  17. 請求項11乃至請求項13のいずれか一において、
    前記第2の発光物質は、燐光発光または蛍光発光を呈する発光装置。
  18. 請求項11乃至請求項13のいずれか一に記載の発光装置と、検知部、入力部、または、通信部と、を有する電子機器。
  19. 請求項11乃至請求項13のいずれか一に記載の発光装置と、筐体と、を有する照明装置。
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