JP4592967B2

JP4592967B2 - 発光装置及び電気器具

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Publication number: JP4592967B2
Application number: JP2001023828A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2001291592A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光性有機膜を用いた発光装置に関する。また、その発光装置を表示部もしくは光源として用いた電気器具に関する。なお、本発明に用いることのできる発光性有機膜は、一重項励起もしくは三重項励起または両者の励起を経由して発光（燐光および／または蛍光）するすべての有機膜を含む。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＥＬ（Electro Luminescence）が得られる発光性有機膜（以下、有機ＥＬ膜という）を利用した発光素子（以下、ＥＬ素子という）を用いた発光装置（以下、ＥＬ発光装置という）の開発が進んでいる。ＥＬ発光装置は、陽極と陰極との間に有機ＥＬ膜を挟んだ構造からなるＥＬ素子を有し、陽極と陰極との間に電圧を加えることで発光を得る。
【０００３】
このとき、陽極からは正孔（ホール）がＥＬ材料中へ注入され、陰極からは電子（エレクトロン）が有機ＥＬ膜へ注入される。互いの電極から注入された電荷（キャリア）は有機ＥＬ膜内部を移動して再結合する。再結合することによって励起状態が生成され、そのうちの一部が光子に変換される。この光子が外部に取り出されることで発光として視認することができる。
【０００４】
このような従来の発光機構を図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。図２（Ａ）は従来のＥＬ素子の接合構造であり、２０１は陰極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、２０２は電子輸送層（ＥｌｅｃｔｒｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＬａｙｅｒ）、２０３は発光層（ＥｍｉｓｓｉｏｎＬａｙｅｒ）、２０４は正孔輸送層（ＨｏｌｅＴｒａｎｓｆｅｒＬａｙｅｒ）、２０５は陽極（Ａｎｏｄｅ）である。また、図２（Ｂ）はそのキャリア注入過程であり、陰極２０１と陽極２０５との間に電圧が印加されることで電子２０６及び正孔２０７が注入されて再結合し、発光が得られる。
【０００５】
このような発光機構を考えると、ＥＬ素子から発せられる光の効率、即ち発光効率（η（発光）と表す）は次式のように表される。
η（発光）＝η（注入）×η（再結合）×η（励起）×η（量子）
ここでη（注入）はキャリアが電極から注入される際の効率、η（再結合）は電子及び正孔が再結合する効率、η（励起）は再結合により一重項励起子が生成する効率、η（量子）は一重項励起子から光子に変換される効率である。
【０００６】
η（注入）は陰極（もしくは陽極）とＥＬ材料との界面における電位障壁に起因して変化し、電位障壁が低いほど効率は高い。また、η（再結合）はキャリアの注入バランス（注入された電子及び正孔の割合のバランス）により変化し、発光層（実際に発光する有機ＥＬ膜）のキャリア輸送特性に影響される。また、η（励起）は発光に寄与する一重項励起子の生成効率であり、理論上は約０．２５と決まっている。また、η（量子）は発光層が結晶質か非晶質かによって変化し、総じて結晶質の方が高い値が得られる。
【０００７】
さらに、発光層中で生成された光子は外部に取り出されるまでに散乱や熱失活により殆どが失われる（約８０％が失われる）ため、実際に観測される光はその分の損失も含めたものとなる。以上のように、ＥＬ素子の発光機構の過程では様々な要因により発光効率が低下してしまう。高い発光効率を得るには、上記の様々な効率を高め、総合的に高い発光効率を求めるしかない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はＥＬ素子におけるキャリアの再結合効率を高めるための手段を提供することを課題とし、発光効率の高い発光装置を提供することを課題とする。また、そのような発光装置を表示部もしくは光源として用いた電気器具を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子及び正孔の再結合効率（η（再結合）と表す）を改善するためにＥＬ素子のバンド構造に着目し、特定の領域に電子及び正孔を閉じ込めることで再結合する確率を増加させ、再結合効率を高めることを特徴とする。そのために、図１（Ａ）に示すようなバンド構造のＥＬ素子を形成する。
【００１０】
図１（Ａ）において、１０１は陰極、１０２は電子輸送層、１０３は発光層、１０４は正孔輸送層、１０５は陽極である。また、発光層１０３の内部には、電子捕獲領域（Electron Trap Region）１０６、正孔捕獲領域（Hole Trap Region）１０７が形成される。なお、電子捕獲領域１０６と正孔捕獲領域１０７のどちらか片方が設けられた構造であっても良い。
【００１１】
ここで、電子捕獲領域１０６は、発光層１０３の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）準位を輸送されてきた電子を発光層内に閉じ込める作用を有する領域であり、発光層１０３のＬＵＭＯ準位よりも低いＬＵＭＯ準位を示す領域を指す。また、正孔捕獲領域１０７は、発光層１０３の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）準位を輸送されてきた正孔を発光層内に閉じ込める作用を有する領域であり、発光層１０３のＨＯＭＯ準位よりも高いＨＯＭＯ準位を示す領域を指す。
【００１２】
電子捕獲領域１０６は、発光層１０３の間にＬＵＭＯ準位を低くくするように作用する有機膜や有機物のクラスターを挟んだ構造とすることで形成できる。また、正孔捕獲領域１０７は、発光層１０３の間にＨＯＭＯ準位を高くするように作用する有機膜や有機物のクラスターを挟んだ構造とすることで形成できる。
【００１３】
また、上記電子捕獲領域１０６もしくは正孔捕獲領域１０７を設けると同時に、電子輸送層１０２と発光層１０３との間に正孔阻止層を設けても良いし、発光層１０３と正孔輸送層１０４との間に電子阻止層を設けても良い。勿論、正孔阻止層と電子阻止層を両方設ける構造としても良い。
【００１４】
図１（Ａ）に示したようなバンド構造とすると、図１（Ｂ）に示すようなキャリア注入過程となる。即ち、ＬＵＭＯ準位を輸送されてきた電子１０８は発光層１０３の内部に設けられた電子捕獲領域１０６に閉じ込められる。一方でＨＯＭＯ準位を輸送されてきた正孔１０９は正孔捕獲領域１０７に閉じ込められる。その結果、電子捕獲領域１０６と正孔捕獲領域１０７との間で電子１０８と正孔１０９の再結合が起こり、発光が得られる。
【００１５】
このとき、本発明では電子もしくは正孔が捕獲領域に閉じ込められた状態で再結合が行われるため、再結合効率（η（再結合））を従来例よりも向上させることができる。発光層内部に準位の井戸を形成してキャリアを閉じ込めるという発想は従来なかった発想と言える。
【００１６】
以上のように、本発明を実施することで発光効率に寄与するいくつかのパラメータのうち再結合に起因する効率（η（再結合））が向上し、ＥＬ素子の発光効率が向上する。従って、従来と同じ輝度を得るにもＥＬ素子の駆動電圧を低く設定することができるため、発光装置の低消費電力化が図れる。さらに、駆動電圧を下げることで有機ＥＬ膜の劣化が抑制され信頼性が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、図１（Ａ）に示したバンド構造を得るためのＥＬ素子の構造について図３を用いて説明する。図３（Ａ）はアクティブマトリクス型発光装置の画素の断面構造を模式的に表している。
【００１８】
図３（Ａ）において、３０１は基板、３０２はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、３０３は画素電極であり、画素電極３０３はＥＬ素子の陽極として機能する。基板３０１はガラス基板、プラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）を用いれば良い。また、ＴＦＴ３０２は如何なる構造のＴＦＴを用いても良く、プレーナ型ＴＦＴや逆スタガ型ＴＦＴを用いることができる。また、画素電極３０３は仕事関数の大きい透明導電膜、代表的には酸化インジウムと酸化スズとの化合物膜もしくは酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物膜を用いれば良い。
【００１９】
次に、３０４は画素電極の段差にＥＬ材料が形成されないようにするための絶縁膜であり、珪素を含む絶縁膜（酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜）または有機樹脂膜を用いることが可能である。
【００２０】
また、有機ＥＬ層３０５は有機ＥＬ膜を単層で用いても積層して用いても良い。即ち、有機ＥＬ膜を単層で用いて発光層としても良いし、様々な有機膜を組み合わせて積層し、各々を正孔輸送層（正孔注入層も含む）、正孔阻止層、発光層、電子阻止層もしくは電子輸送層（電子注入層も含む）のいずれかとして機能させることも可能である。
【００２１】
また、陰極３０６は仕事関数の小さい材料を用いることが好ましく、周期表の１族もしくは２族に属する元素を含む材料を用いる。代表的にはアルミニウムとリチウムとの合金膜、マグネシウムと銀との合金膜を用いれば良い。勿論、他のどのような組み合わせの導電膜を用いても良い。
【００２２】
ここで、図３（Ａ）において３０７で示される領域を拡大した構造を図３（Ｂ）に示す。本実施の形態において、有機ＥＬ層３０５は正孔輸送層３０８、発光層３０９、電子輸送層３１０で形成されている。さらに、発光層３０９は発光層３０９a、発光層３０９b、発光層３０９cの三層構造となっている。勿論、発光層３０９a、発光層３０９b及び発光層３０９cはすべて同一の有機ＥＬ膜である。さらに、発光層３０９aと発光層３０９bとの界面には有機物のクラスター３１１が形成され、発光層３０９bと発光層３０９cとの界面には有機物のクラスター３１２が形成される。
【００２３】
ここで、有機物のクラスター３１１は正孔捕獲領域を形成し、有機物のクラスター３１２は電子捕獲領域を形成する。但し、材料を変えることで有機物のクラスター３１１で電子捕獲領域を形成し、有機物のクラスター３１２で正孔捕獲領域を形成することも可能である。
【００２４】
ここで示した有機ＥＬ層３０５は蒸着法、塗布法（スピンコーティング法、ディップ法、ＬＢ法もしくはナイフエッジ法）または印刷法で形成すれば良い。但し、有機物のクラスター３１１、３１２は蒸着法により形成することが望ましい。また、有機物のクラスターは規則的に設けられていても不規則に設けられていても良い。さらに、平板状の形状であっても粒状の形状であっても良い。勿論、本発明は上記成膜方法に限定されるものではなく、図３（Ｂ）の構造を形成しうるならば如何なる成膜方法を用いても良い。
【００２５】
本実施の形態のような構造からなる有機ＥＬ層を有したＥＬ素子では、陽極３０３から注入された正孔が有機物のクラスター３１１に捕獲され、陰極３０６から注入された電子が有機物のクラスター３１２に捕獲される。これは有機物のクラスター３１１ではＨＯＭＯ準位が高くなっており、有機物のクラスター３１２ではＬＵＭＯ準位が低くなっているからである。
【００２６】
従って、局部的なポテンシャル（エネルギー準位）の井戸に閉じ込められた電子及び正孔は高い効率で再結合し、ＥＬ素子全体の発光効率が向上する。その結果、消費電力が低く、信頼性の高い発光装置が得られる。
【００２７】
なお、発光層３０９に蛍光物質を添加して発光中心を蛍光物質に移しても良い。また、カラー発色をさせる場合には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三種類の発光層を画素ごとに並べて成膜しても良いし、白色発光の発光層にカラーフィルターを組み合わせても良い。さらに、青色発光の発光層に色変換層（ＣＣＭ）とカラーフィルターを組み合わせても良い。また、フォトブリーチング法と呼ばれる技術（光照射より蛍光色素が劣化する現象を利用した技術）を用いることも可能である。
【００２８】
また、本実施の形態ではＴＦＴとＥＬ素子とを電気的に接続させたアクティブマトリクス型発光装置を例に挙げたが、パッシブマトリクス型発光装置に本発明を実施しても構わない。また、液晶ディスプレイのバックライトもしくは蛍光表示灯のバックライトとなる光源として用いることも可能である。
【００２９】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、図３（Ｂ）に示した有機物のクラスター３１１、３１２の代わりに有機膜を用いる場合の例を図４に示す。なお、発光装置の構造は図３（Ａ）と同様である。
【００３０】
本実施例では、電子捕獲領域を形成するためにＬＵＭＯ準位を低くくするように作用する有機膜４０１もしくは正孔捕獲領域を形成するためにＨＯＭＯ準位を高くするように作用する有機膜４０２を設けた構造とする点に特徴がある。有機膜４０１、４０２は両方とも設けても良いし、どちらか片方を設けても良い。また、有機膜４０１、４０２の膜厚は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とすれば良い。
【００３１】
本実施例の構造とした場合においても、有機膜４０１で正孔が捕獲され、有機膜４０２で電子が捕獲されるため、再結合効率を向上させることができ、ＥＬ素子の駆動電圧を低くすることができる。即ち、消費電力が低く、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【００３２】
〔実施例２〕
図３（Ｂ）に示した構造では、正孔捕獲領域となる有機物のクラスター３１１が陽極３０３側に設けられ、電子捕獲領域となる有機物のクラスター３１２が陰極３０６側に設けられた構造となっているが、この配置は逆でも良い。即ち、正孔捕獲領域となる有機物のクラスター３１１が陰極３０６側に設けられ、電子捕獲領域となる有機物のクラスター３１２が陽極３０３側に設けられた構造となっていても構わない。
【００３３】
同様に、図４に示した構造において、正孔捕獲領域となる有機膜４０１が陰極３０６側に設けられ、電子捕獲領域となる有機膜４０２が陽極３０３側に設けられた構造となっていても構わない。
【００３４】
〔実施例３〕
本実施例では、図１（Ａ）と異なるバンド構造を有するＥＬ素子を用いた発光装置について図５を用いて説明する。なお、図５において図１と異なる点は発光層５００の部分だけなのでその他の部分は同一の符号を用いる。
【００３５】
図５（Ａ）に示す本実施例の構造は、発光層５００の内部に電子捕獲領域５０１、正孔阻止領域５０２、正孔捕獲領域５０３及び電子阻止領域５０４が形成されている点に特徴がある。ここで正孔阻止領域とは、正孔１０９の陰極１０１側への移動を阻止する電位障壁となる領域であり、電子阻止領域とは電子１０８の陽極１０５側への移動を阻止する電位障壁となる領域である。
【００３６】
本実施例では、電子捕獲領域５０１と正孔阻止領域５０２とが同一の有機物で形成され、正孔捕獲領域５０３と電子阻止領域５０４とが同一の有機物で形成される。同一の有機物とは有機膜もしくは有機物のクラスターであるが、本実施例ではＬＵＭＯ準位及びＨＯＭＯ準位を低くする作用を持つ有機物と、ＬＵＭＯ準位及びＨＯＭＯ準位を高くする作用を持つ有機物とを用いる必要がある。その際、ＬＵＭＯ準位及びＨＯＭＯ準位を低くする作用を持つ有機物により電子捕獲領域５０１及び正孔阻止領域５０２が形成され、ＬＵＭＯ準位及びＨＯＭＯ準位を高くする作用を持つ有機物により正孔捕獲領域５０３及び電子阻止領域５０４が形成される。
【００３７】
なお、本実施例では、発光層５００の内部に電子捕獲領域５０１、正孔阻止領域５０２、正孔捕獲領域５０３及び電子阻止領域５０４の四つの領域が形成された例を示したが、いずれか一つまたはいずれか二つもしくは三つとしても良い。勿論、二つもしくは三つとする場合の組み合わせは自由である。
【００３８】
本実施例の構造とすると、電極から注入されたキャリアは阻止領域に阻まれて発光層５００の内部に留まるため、捕獲領域に閉じ込められる確率が向上し、延いては再結合効率（η（再結合））が向上する。その結果、ＥＬ素子の駆動電圧が下がり、発光装置の消費電力の低下、信頼性の向上が図れる。
【００３９】
〔実施例４〕
本実施例では、図１（Ａ）と異なるバンド構造を有するＥＬ素子を用いた発光装置について図６を用いて説明する。なお、図６において図１と異なる点は発光層６００の部分だけなのでその他の部分は同一の符号を用いる。
【００４０】
図６（Ａ）に示す本実施例の構造は、発光層６００の内部に電子捕獲領域６０１及び正孔捕獲領域６０２が形成され、両者が同一の有機物で形成されている点に特徴がある。同一の有機物とは有機膜もしくは有機物のクラスターであるが、本実施例ではＬＵＭＯ準位を低くし、且つ、ＨＯＭＯ準位を高くする作用を持つ有機物を用いる必要がある。
【００４１】
本実施例の構造としたとき、電極から注入されたキャリアは同一層に形成された捕獲領域に閉じ込められるが、この場合にはＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位のバンドギャップが非常に小さくなるため再結合効率（η（再結合））が向上する。その結果、ＥＬ素子の駆動電圧が下がり、発光装置の消費電力の低下、信頼性の向上が図れる。
【００４２】
〔実施例５〕
本実施例では、本願発明の発光装置の一例について図７を用いて説明する。なお、図７（Ａ）は断面図、図７（Ｂ）は上面図である。
【００４３】
図７（Ａ）において、７０１は基板であり、その上に画素部７０２及び駆動回路７０３が形成されている。画素部７０２及び駆動回路７０３は配線７０４〜７０６によって電気信号の授受を行うことができる。基板７０１は可視光に対して透明であれば如何なる材料を用いても良い。
【００４４】
画素部７０２にはＴＦＴ及びＥＬ素子を含む複数の画素（典型的には図３（Ａ）に示したような構造の画素）がマトリクス状に形成されており、その上にはパッシベーション膜７０７が形成されている。本実施例ではパッシベーション膜７０７として酸化タンタル膜をスパッタ法により形成しているが、有機ＥＬ膜を劣化させない温度で成膜可能であれば窒化シリコン膜を設けても良い。
【００４５】
また、配線７０４、７０６の上にはエポキシ系樹脂からなるシール剤７０８が画素部７０２及び駆動回路７０３を囲むように形成され、シール剤７０８によってプリント配線板（ＰＷＢ：Printed wiring board）７０９が貼り合わせてある。なお、プリント配線板の材質としては、典型的にはガラス布−エポキシ、エポキシ系フィルム、ガラス布−耐熱エポキシ、セラミックス、アルミナ、紙ベース−フェノールもしくは紙ベース−エポキシを用いることができる。また、ガラス基板、結晶化ガラス基板もしくはプラスチック基板を用いても良い。本実施例では、コア材にセラミックス７１０を用い、それをガラス布−エポキシ系基材７１１で挟んだプリント配線板を用いる。
【００４６】
このとき、シール剤７０８の内部には異方導電性フィルム（代表的には、金属粒子を分散させた樹脂）もしくはメタルバンプ（代表的には、はんだバンプ、金バンプ、ニッケルバンプもしくは銅バンプ）からなる導電体７１２、７１３が設けられ、導電体７１２、７１３を介して配線７０４もしくは７０６とプリント配線板７０９に形成された配線群７１４とが電気的に接続されている。なお、ここでいう配線群とは、プリント配線板７０９の表面、裏面もしくは内部に形成されている配線の総称である。
【００４７】
また、配線群７１４はＦＰＣ（Flexible Printed circuit）７１５に伝送されてきた電気信号を導電体７１２、７１３に伝送したり、プリント配線板７０９上に接続された様々なＩＣ（集積回路）７１５、７１６の間で電気信号をやりとりするための配線であり、１〜２０μmの厚さで形成されている。配線群７１４として、代表的には銅箔、金箔、銀箔、ニッケル箔もしくはアルミニウム箔からなるパターンが用いられる。
【００４８】
以上のような構造を含む本実施例の発光装置は、ＦＰＣ７１５に伝送されてきた電気信号をプリント配線板７０９で処理し、処理を行った電気信号を導電体７１２、７１３を介して画素部７０２もしくは駆動回路７０３に伝送する。このとき、本実施例ではプリント配線板７０９がＥＬ素子を外的な衝撃から保護する保護板となっている。また、プリント配線板７０９はＥＬ素子を閉空間に封入するための基板として用いることもできる。
【００４９】
なお、本実施例ではプリント配線板７０９に信号処理機能を持たせるべくＩＣを搭載した例を示したが、単に配線群のみを形成し、画素部７０２や駆動回路７０３で用いられる配線を低抵抗化するための冗長配線として用いることもできる。こうすることで、例えばＥＬ素子に電流を供給する配線やＴＦＴのゲート配線の信号遅延を改善することができる。
【００５０】
以上のように、プリント配線板を発光装置の基板の一つとして用いることで発光装置の高性能化や高信頼性化が図れる。なお、本実施例の構成に実施例１〜４のいずれの構成を組み合わせて実施しても良い。
【００５１】
〔実施例６〕
本実施例では、本発明に用いることができる有機ＥＬ膜について説明する。本発明の特徴は、発光層の内部にＬＵＭＯ準位もしくはＨＯＭＯ準位を局部的に変化させる有機物のクラスターや有機膜を設ける点にあり、この条件を満たすものであれば如何なる有機膜を用いても構わない。なお、三重項励起を経由して発光する有機物のクラスターもしくは有機膜を用いても構わない。
【００５２】
具体的には、発光層としてＡｌｑ3（トリス−６−キノリラトアルミニウム錯体）、ＤＰＶＢｉ（ジスチルアリーレン誘導体）、ＢｅＢｑ2（ビスベンゾキノリラトベリリウム錯体）、ＴＰＤ（トリフェニルアミン誘導体）、α−ＮＰＤ、ＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）、ＰＶＫ（ポリビニルカルバゾール）といった材料を用いることが可能である。ここで発光層として用いることのできる上記材料の分子構造を以下に示す。
【００５３】
【化１】

【００５４】
【化２】

【００５５】
【化３】

【００５６】
【化４】

【００５７】
【化５】

【００５８】
【化６】

【００５９】
【化７】

【００６０】
また、具体的には、蛍光色素としてクマリン６、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、キナクリドン、ルブレンもしくはペリレンといった材料を用いることが可能である。ここで発光層として用いることのできる上記材料の分子構造を以下に示す。
【００６１】
【化８】

【００６２】
【化９】

【００６３】
【化１０】

【００６４】
【化１１】

【００６５】
【化１２】

【００６６】
上記発光層と蛍光物質を適切に組み合わせることで本発明のバンド構造を形成することが可能である。なお、本実施例の構成は実施例１〜６のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【００６７】
〔実施例７〕
本発明を実施して作製された発光装置は様々な電気器具の表示部として用いることができる。例えば、ＴＶ放送等を大画面で鑑賞するには対角２０〜６０インチのディスプレイとして本発明の発光装置を筐体に組み込んだディスプレイを用いるとよい。なお、発光装置を筐体に組み込んだディスプレイには、パソコン用ディスプレイ、ＴＶ放送受信用ディスプレイ、広告表示用ディスプレイ等の全ての情報表示用ディスプレイが含まれる。
【００６８】
また、液晶モジュール（液晶パネル）を筐体に組み込んだ液晶ディスプレイにおいて、バックライトの光源として本発明の発光装置を用いることも可能である。さらに、工事現場の蛍光表示灯などの光源として用いても良い。これら液晶ディスプレイや蛍光表示灯も電気器具である。
【００６９】
また、その他にも様々な電気器具の表示部として本発明の発光装置を用いることができる。本発明の電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音楽再生装置（代表的にはカーオーディオもしくはオーディオコンポーネント）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（代表的にはモバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機もしくは電子書籍）、画像再生装置（代表的には記録媒体に記録された画像を再生し、表示する表示部を備えた装置）が挙げられる。特に、斜め方向から見ることの多い携帯情報端末は視野角の広さが重要視されるため、発光装置を用いることが望ましい。それら電気器具の具体例を図８、図９に示す。
【００７０】
図８（Ａ）は発光装置を筐体に組み込んだディスプレイであり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３等を含む。本願発明は表示部２００３に用いることができる。このようなディスプレイは発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。
【００７１】
図８（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。本願発明の発光装置は表示部２１０２に用いることができる。
【００７２】
図８（Ｃ）は頭部取り付け型のＥＬディスプレイの一部（右片側）であり、本体２２０１、信号ケーブル２２０２、頭部固定バンド２２０３、表示部２２０４、光学系２２０５、発光装置２２０６等を含む。本願発明は発光装置２２０６に用いることができる。
【００７３】
図８（Ｄ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２３０１、記録媒体（ＤＶＤ等）２３０２、操作スイッチ２３０３、表示部（ａ）２３０４、表示部（ｂ）２３０５等を含む。表示部（ａ）は主として画像情報を表示し、表示部（ｂ）は主として文字情報を表示するが、本願発明の発光装置はこれら表示部（ａ）、（ｂ）に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【００７４】
図８（Ｅ）は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体２４０１、カメラ部２４０２、受像部２４０３、操作スイッチ２４０４、表示部２４０５等を含む。本願発明の発光装置は表示部２４０５に用いることができる。
【００７５】
図８（Ｆ）はパーソナルコンピュータであり、本体２５０１、筐体２５０２、表示部２５０３、キーボード２５０４等を含む。本願発明の発光装置は表示部２５０３に用いることができる。
【００７６】
なお、将来的に発光輝度がさらに高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズや光ファイバー等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【００７７】
また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。
【００７８】
ここで図９（Ａ）は携帯電話であり、本体２６０１、音声出力部２６０２、音声入力部２６０３、表示部２６０４、操作スイッチ２６０５、アンテナ２６０６を含む。本願発明の発光装置は表示部２６０４に用いることができる。なお、表示部２６０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【００７９】
また、図９（Ｂ）は音楽再生装置、具体的にはカーオーディオであり、本体２７０１、表示部２７０２、操作スイッチ２７０３、２７０４を含む。本願発明の発光装置は表示部２７０２に用いることができる。また、本実施例ではカーオーディオを示すが、携帯型や家庭用の音響再生装置に用いても良い。なお、表示部２７０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型の音響再生装置において特に有効である。
【００８０】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例１〜５に示したいずれの構成発光装置を用いても良い。
【００８１】
〔実施例８〕
本発明の発光装置を表示部とする電気器具を屋外で使う場合、当然暗い所で見る場合も明るい所で見る場合もある。このとき、暗い所ではさほど輝度が高くなくても十分に認識できるが、明るい所では輝度が高くないと認識できない場合がありうる。ＥＬ発光装置の場合、輝度は素子を動作させる電流量に比例して変化するため、輝度を高くする場合は消費電力も増してしまう。しかし、発光輝度をそのような高いレベルに合わせてしまうと、暗い所では消費電力ばかり大きくで必要以上に明るい表示となってしまうことになる。
【００８２】
そのような場合に備えて、本発明のＥＬ発光装置もしくは電気器具に外部の明るさをセンサーで感知して、明るさの程度に応じて発光輝度を調節する機能を持たせることは有効である。即ち、明るい所では発光輝度を高くし、暗い所では発光輝度を低くする。その結果、消費電力の増加を防ぐとともに観測者に疲労感を与えないＥＬ発光装置を実現することができる。
【００８３】
なお、外部の明るさを感知するセンサーとしては、ＣＭＯＳセンサーやＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）を用いることができる。ＣＭＯＳセンサーは公知の技術を用いてＥＬ素子の形成された基板上に一体形成することもできるし、ＩＣを外付けしても良い。また、ＣＣＤを形成したＩＣをＥＬ素子の形成された基板に取り付けても良いし、ＥＬ発光装置を表示部として用いた電気器具の一部にＣＣＤやＣＭＯＳセンサーを設ける構造としても構わない。
【００８４】
こうして外部の明るさを感知するセンサーによって得られた信号に応じて、発光素子を動作させる電流量を変えるための制御回路を設け、それにより外部の明るさに応じてＥＬ素子の発光輝度を調節しうる。なお、このような調節は自動で行われるようにしても良いし、手動で行えるようにしても良い。
【００８５】
本発明のＥＬ発光装置もしくは電気器具に本実施例の構成を加えると、ＥＬ発光装置のさらなる低消費電力化を図ることが可能である。なお、本実施例の構成は、実施例７に示したどの電気器具においても実施することが可能である。
【００８６】
【発明の効果】
本発明を実施することでＥＬ素子の駆動電圧を下げることが可能となり、発光装置の低消費電力化及び高信頼性化（長寿命化）が図れる。さらには、本発明の発光装置を表示部に用いた電気器具の低消費電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＬ素子のバンド構造を示す図。
【図２】ＥＬ素子のバンド構造を示す図。
【図３】ＥＬ発光装置の画素及びＥＬ素子の断面構造を示す図。
【図４】ＥＬ素子の断面構造を示す図。
【図５】ＥＬ素子のバンド構造を示す図。
【図６】ＥＬ素子のバンド構造を示す図。
【図７】ＥＬ発光装置の断面構造を示す図。
【図８】電気器具の一例を示す図。
【図９】電気器具の一例を示す図。

Claims

第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とで挟まれた発光層とを有し、
前記第１の電極は陰極又は陽極の一方であり、
前記第２の電極は前記陰極又は陽極の他方であり、
前記発光層の内部には、電子捕獲領域と、前記電子捕獲領域よりも前記第２の電極側に正孔捕獲領域とが設けられており、
前記電子捕獲領域は前記発光層のＬＵＭＯ準位よりも低いＬＵＭＯ準位を有し、
前記電子捕獲領域は前記正孔捕獲領域のＨＯＭＯ準位よりも低いＨＯＭＯ準位を有し、
前記正孔捕獲領域は前記発光層のＨＯＭＯ準位よりも高いＨＯＭＯ準位を有し、
前記正孔捕獲領域は前記電子捕獲領域のＬＵＭＯ準位よりも高いＬＵＭＯ準位を有する
ことを特徴とする発光装置。
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とで挟まれた発光層とを有し、
前記第１の電極は陰極又は陽極の一方であり、
前記第２の電極は前記陰極又は陽極の他方であり、
前記発光層の内部には、電子捕獲領域と、前記電子捕獲領域よりも前記第２の電極側に正孔捕獲領域とが設けられており、
前記電子捕獲領域は前記発光層のＬＵＭＯ準位よりも低いＬＵＭＯ準位を有し、
前記電子捕獲領域は前記発光層のＨＯＭＯ準位よりも低いＨＯＭＯ準位を有し、
前記電子捕獲領域は前記正孔捕獲領域のＨＯＭＯ準位よりも低いＨＯＭＯ準位を有し、
前記正孔捕獲領域は前記発光層のＨＯＭＯ準位よりも高いＨＯＭＯ準位を有し、
前記正孔捕獲領域は前記発光層のＬＵＭＯ準位よりも高いＬＵＭＯ準位を有し、
前記正孔捕獲領域は前記電子捕獲領域のＬＵＭＯ準位よりも高いＬＵＭＯ準位を有する
ことを特徴とする発光装置。
請求項１又は請求項２において、
前記電子捕獲領域は電子を前記発光層内に閉じ込める作用をし、
前記正孔捕獲領域は正孔を前記発光層内に閉じ込める作用をすることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記電子捕獲領域は前記正孔の前記第１の電極側への移動を阻止する電位障壁となり、
前記正孔捕獲領域は前記電子の前記第２の電極側への移動を阻止する電位障壁となることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記電子捕獲領域は第１の有機膜で形成され、
前記正孔捕獲領域は第２の有機膜で形成されることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記電子捕獲領域は第１の有機物のクラスターで形成され、
前記正孔捕獲領域は第２の有機物のクラスターで形成されることを特徴とする発光装置。
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とで挟まれた発光層とを有し、
前記第１の電極は陰極又は陽極の一方であり、
前記第２の電極は前記陰極又は陽極の他方であり、
前記発光層の内部には、第１の有機物のクラスターと、前記第１の有機物のクラスターよりも前記第２の電極側の位置に第２の有機物のクラスターとが設けられており、
前記第１の有機物のクラスターは、前記発光層のＬＵＭＯ準位を局部的に低く変化させる有機物であり、
前記第２の有機物のクラスターは、前記発光層のＨＯＭＯ準位を局部的に高く変化させる有機物である
ことを特徴とする発光装置。
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とで挟まれた発光層とを有し、
前記第１の電極は陰極又は陽極の一方であり、
前記第２の電極は前記陰極又は陽極の他方であり、
前記発光層の内部には、第１の有機物のクラスターと、前記第１の有機物のクラスターよりも前記第２の電極側の位置に第２の有機物のクラスターとが設けられており、
前記第１の有機物のクラスターは、前記発光層のＬＵＭＯ準位に局部的なエネルギー準位の井戸を形成する有機物であり、
前記第２の有機物のクラスターは、前記発光層のＨＯＭＯ準位に局部的なエネルギー準位の井戸を形成する有機物である
ことを特徴とする発光装置。
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、
前記第１の有機物のクラスターと前記第２の有機物のクラスターは、異なる有機物で形成されていることを特徴とする発光装置。
請求項６乃至請求項９のいずれか一項において、
前記第１の有機物のクラスター及び前記第２の有機物のクラスターは、粒状の形状であることを特徴とする発光装置。
請求項６乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記第１の有機物のクラスター及び前記第２の有機物のクラスターは、前記発光層の内部に挟まれていることを特徴とする発光装置。
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とで挟まれた発光層とを有し、
前記第１の電極は陰極又は陽極の一方であり、
前記第２の電極は前記陰極又は陽極の他方であり、
前記発光層は、前記第１の電極側から順に設けられた第１の発光層と、第１の有機膜と、第２の発光層と、第２の有機膜と、第３の発光層とを有し、
前記発光層の内部には、前記第１の有機膜と、前記第１の有機膜よりも前記第２の電極側の位置に前記第２の有機膜とが設けられており、
前記第１の有機膜は、前記第１乃至第３の発光層のＬＵＭＯ準位よりも低いＬＵＭＯ準位を有し、
前記第１の有機膜は、前記第２の有機膜のＨＯＭＯ準位よりも低いＨＯＭＯ準位を有し、
前記第２の有機膜は、前記第１乃至第３の発光層のＨＯＭＯ準位よりも高いＨＯＭＯ準位を有し、
前記第２の有機膜は、前記第１の有機膜のＬＵＭＯ準位よりも高いＬＵＭＯ準位を有する
ことを特徴とする発光装置。
請求項５又は請求項１２において、
前記第１の有機膜と前記第２の有機膜は、異なる有機物で形成されていることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項において、
さらに電子輸送層と、正孔輸送層とを有し、
前記第１の電極が前記陰極である場合は、前記第１の電極と前記発光層との間に前記電子輸送層が設けられ、且つ、前記第２の電極と前記発光層との間に前記正孔輸送層が設けられ、
前記第１の電極が前記陽極である場合は、前記第１の電極と前記発光層との間に前記正孔輸送層が設けられ、且つ、前記第２の電極と前記発光層との間に前記電子輸送層が設けられる
ことを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項において、
前記発光層は、白色発光の発光層であることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光装置を表示部に用いたことを特徴とする電気器具。
請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光装置を光源として用いたことを特徴とする電気器具。