JP4764328B2 - 発光素子及び表示装置 - Google Patents
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A. H. Davis, et al, "Organic luminescent devices and magnetoelectronics", Journal of Applied Physics, May 15, 2003, Volume 93, Issue 10, pp. 7358-7360 H. Tang, et al, "Bright high efficiency blue organic light-emitting diodes with Al2O3/Al cathodes", Applied Physics Letters, November 3, 1997, Volume 71, Issue 18, pp. 2560-2562
また、陽極及び陰極との両方が強磁性体層を有することで、強磁性体層の磁化の方向によって、有機物層に注入するスピンの向きを調整して、発光効率を向上することが可能になる。
また、かかる構成によれば、発光素子は、導電性ポリマ層によって絶縁体層と有機物層との間のエネルギ障壁を低下させて、効率的にキャリアを注入することができる。
また、陽極及び陰極との両方が強磁性体層を有することで、強磁性体層の磁化の方向によって、有機物層に注入するスピンの向きを調整して、発光効率を向上することが可能になる。
また、導電性ポリマ層によって絶縁体層と有機物層との間のエネルギ障壁を低下させて、効率的にキャリアを注入することができる。
[発光素子の構成]
まず、図1を参照して、本発明における発光素子1、1A、1B、1Cの構成について説明する。図1は、本発明における発光素子の構成を模式的に示した拡大断面図、(a)は、強磁性体層及び絶縁体層をそれぞれ陽極側と陰極側とに備える発光素子の構成を模式的に示した拡大断面図、(b)は、強磁性体層をそれぞれ陽極側と陰極側とに、絶縁体層を陽極側のみに備える発光素子の構成を模式的に示した拡大断面図、(c)は、強磁性体層及び絶縁体層を陰極側のみに備える発光素子の構成を模式的に示した拡大断面図、(d)は、強磁性体層、絶縁体層及び導電性ポリマ層をそれぞれ陽極側と陰極側とに備える発光素子の構成を模式的に示した拡大断面図である。
強磁性陽極(陽極)12は、強磁性体を含む強磁性体層12bを有する陽極である。ここでは、強磁性陽極12は、陽極層12a及び強磁性体層12bから構成される。このように、陽極を強磁性体層12bを有する強磁性陽極12とすることで、有機物層14にスピン偏極正孔を注入することができる。
陽極層12aは、図示しない電源と電気的に接続される、透明な電子伝導体又は半導体からなる層である。この陽極層12aは、本発明の作用効果を損なわないものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ITO(Indium Tin Oxide;インジウムドープ酸化スズ)や酸化スズ(SnO2)等によって形成することができる。なお、陽極層12aの形成方法は、当該技術分野における様々な方法、例えば真空蒸着法やスパッタリング法等によって行うことができる。
強磁性体層12b、16aは、強磁性体を含む膜であり、スピン偏極正孔及びスピン偏極電子の供給源となるものである。そして、強磁性体層12b、16aから有機物層14にスピン偏極正孔及びスピン偏極電子を注入することで、発光層14bの発光効率を向上させることができる。
ws=(1/4)・[1−PePhcos(φ)] …(5)
絶縁体層13、15は、絶縁体からなる層で、トンネル効果により強磁性体層12b、16aからのキャリアを効率良くホール輸送層14a及び電子輸送層14cに注入するためのものである。強磁性体層12b、16aから直接有機物層14に対しては、仕事関数の違いから効率良くキャリアを注入することが困難であるが、これらの層の間に絶縁体層13、15を介在させることで、トンネル効果によりキャリアを効率良く注入することができる。この絶縁体層13、15は、絶縁体からなり、かつ、MgOからなる層を含んで形成されている。
真空蒸着法の場合の条件は、抵抗加熱式では100〜500W程度、電子銃方式では100〜300mA程度である。更に、絶縁体層13、15は、膜厚が0.3〜4nmに形成されていることが好ましい。特に、有機物層14を成膜した以降の成膜、ここでは、絶縁体層15、強磁性体層16a及び陰極層16bの成膜は、スパッタリングではなく真空蒸着によって行うことが望ましい。これは、条件によっては、スパッタリングで発生するプラズマが有機物層14にダメージを与える可能性があるためである。
有機物層14は、絶縁体層13と絶縁体層15との間に形成され、正孔注入を絶縁体層13を介して強磁性体層12bから、電子注入を絶縁体層15を介して強磁性体層16aから受けて有機エレクトロルミネッセンスにより発光するものである。有機物層14は、ホール輸送層14aと、発光層14bと、電子輸送層14cとを備えている。
強磁性陰極(陰極)16は、強磁性体を含む強磁性体層16aを有する陰極である。ここでは、強磁性陰極16は、強磁性体層16a及び陰極層16bから構成される。このように、陰極を強磁性体層16aを有する強磁性陰極16とすることで、有機物層14にスピン偏極電子を注入することができる。
陰極層16bは、図示しない電源と電気的に接続される、電子伝導体又は半導体からなる層である。この陰極層16bは、例えば、Al、Cu、Au、Pt、Hf又はWや、これらのうちの2種類以上を組み合わせた合金によって形成することができる。なお、陰極層16bの形成方法は、当該技術分野における様々な方法、例えば真空蒸着法やスパッタリング法等によって行うことができる。
導電性ポリマ層18C、19Cは、絶縁体層13と有機物層14との間、及び、絶縁体層15と有機物層14との間に形成され、導電性ポリマからなる層である。導電性ポリマ層18C、19Cは、絶縁体層13と有機物層14との間、及び、絶縁体層15と有機物層14との間のエネルギ障壁を低下させるバッファ層として機能する。これによって、ホール輸送層14a及び電子輸送層14cに対して、更に効率的にキャリアを注入することができる。
次に、本発明の表示装置(図示せず)の構成について説明する。本発明の表示装置は、本発明の発光素子(1、1A、1B又は1C)を有する。本発明の表示装置は、例えば、基板11上に2次元方向に発光素子(1、1A、1B又は1C)を複数配列して複数のサブピクセルを形成することで、有機ELディスプレイとして構成することとしてもよい。そして、発光素子(1、1A、1B又は1C)を備える構成とすることで、本発明の表示装置は、発光効率の高い表示装置となる。
続いて、図1(a)を参照して、本発明における発光素子1の発光の動作について説明する。なお、発光素子1A〜1Cも同様の動作であるため、ここでは発光素子1の場合についてのみ説明することとする。
まず、図2に示すような発光素子1Dを作製した。ここでは、発光素子1Dをサブピクセルとして基板11上に2次元方向に複数配列した有機ELディスプレイ(表示装置、図示せず)を作製した。
このように作製された本発明に係る実施例1及び実施例2と、本発明で規制した条件を満足しない比較例1〜3の発光素子1Dを有する表示装置に電流を通電し、電圧・発光特性、外部量子効率、電流・発光特性及び電流・電圧特性を調べた。測定結果を図3に示す。図3は、実施例及び比較例の発光素子の発光特性を示すグラフ、(a)は、電圧と輝度の関係を示すグラフ、(b)は、電流密度と輝度の関係を示すグラフ、(c)は、電流密度と外部量子効率特性の関係を示すグラフ、(d)は、電圧と電流密度の関係を示すグラフである。
11 基板
12a 陽極層
12b、16a 強磁性体層
13、15 絶縁体層
14 有機物層
14a ホール輸送層
14b 発光層
14c 電子輸送層
16b 陰極層
18C、19C 導電性ポリマ層
Claims (2)
- 通電によって発光する発光素子であって、
強磁性体を含む第1の強磁性体層を有する陽極と、
強磁性体を含む第2の強磁性体層を有する陰極と、
前記陽極及び前記陰極間に形成され、有機エレクトロルミネッセンスにより発光する有機物層と、
前記第1の強磁性体層と前記有機物層との間、及び、前記第2の強磁性体層と前記有機物層との間のそれぞれに、所定の膜厚を有するように形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層と前記有機物層との間に導電性ポリマを含む導電性ポリマ層と、
を備え、
前記絶縁体層が、MgO層であることを特徴とする発光素子。 - 請求項1に記載の発光素子を含む表示装置。
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