JP4915356B2 - 発光素子、表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
特許文献1にかかる発光素子では、発光層同士の間に中間層を設けることで、発光層間での励起子のエネルギーの移動を防止することができる。これにより、各発光層をバランスよく発光させて、白色発光させることができる。
しかしながら、特許文献1にかかる発光素子では、純度の高い白色光を得ることが難しく、また、発光素子の耐久性が低いものとなっていた。
本発明の発光素子は、陰極と、
陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に設けられ、第1の色に発光する第1の発光層と、
前記第1の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記第1の色と異なる第2の色に発光する第2の発光層と、
前記第2の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記第1の色および前記第2の色と異なる第3の色に発光する第3の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との層間にこれらに接するように設けられ、前記第1の発光層と前記第2の発光層との間での励起子のエネルギー移動を阻止する機能を有する第1の中間層と、
前記第2の発光層と前記第3の発光層との層間にこれらに接するように設けられ、前記第2の発光層と前記第3の発光層との間での励起子のエネルギー移動を阻止する機能を有する第2の中間層とを備え、
前記第1の中間層は、アミン系の正孔輸送材料およびアセン系のバイポーラ材料を含んで構成され、前記第2の中間層よりも高い正孔輸送性を有し、
前記第2の中間層は、シロール系の電子輸送材料およびアセン系のバイポーラ材料を含んで構成され、前記第1の中間層よりも高い電子輸送性を有することを特徴とする。
これにより、3層以上の発光層が積層した構成において、耐久性および発光効率を優れたものとしつつ、各発光層をバランスよく発光させることができる。
特に、アミン系の正孔輸送材料を第1の中間層の構成材料として用いることにより、第1の発光層から第1の中間層を介して第2の発光層への正孔の受け渡しを極めて円滑に行うことができる。
また、シロール系の電子輸送材料を第2の中間層の構成材料として用いることにより、第3の発光層から第2の中間層を介して第2の発光層への電子の受け渡しを極めて円滑に行うことができる。
さらに、アセン系のバイポーラ材料を第1の中間層の構成材料として用いることにより、第1の中間層のキャリア耐性を優れたものとしつつ、第1の発光層から第1の中間層を介して第2の発光層への正孔の受け渡し、および、第2の発光層から第1の中間層を介して第1の発光層への電子の受け渡しを極めて円滑に行うことができる。また、アセン系のバイポーラ材料を第2の中間層の構成材料として用いることにより、第2の中間層のキャリア耐性を優れたものとしつつ、第2の発光層から第2の中間層を介して第3の発光層への正孔の受け渡し、および、第3の発光層から第2の中間層を介して第2の発光層への電子の受け渡しを極めて円滑に行うことができる。
これにより、耐久性および発光効率を優れたものとしつつ、第1の発光層と第2の発光層をバランスよく発光させることができる。
これにより、耐久性および発光効率を優れたものとしつつ、第2の発光層と第3の発光層をバランスよく発光させることができる。
これにより、白色発光させることができる。
これにより、白色発光させることができる。
本発明の発光素子では、前記第1の中間層および前記第2の中間層は、それぞれ、平均厚さが100nm以下であることが好ましい。
これにより、発光素子の駆動電圧を低減しつつ、各発光層をバランスよく発光させることができる。
これにより、優れた信頼性を有する表示装置を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の表示装置を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の発光素子の第1実施形態の縦断面を模式的に示す図、図2は、図1に示す発光素子における各層のエネルギー準位を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図1中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
このような発光素子1は、陽極3と正孔注入層4と正孔輸送層5と赤色発光層(第1の発光層)6と第1の中間層7と青色発光層(第2の発光層)8と第2の中間層9と緑色発光層(第3の発光層)10と電子輸送層11と電子注入層12と陰極13とがこの順に積層されてなるものである。
そして、発光素子1は、その全体が基板2上に設けられるとともに、封止部材15で封止されている。
基板2の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような基板2の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜30mm程度であるのが好ましく、0.1〜10mm程度であるのがより好ましい。
不透明基板としては、例えば、アルミナのようなセラミックス材料で構成された基板、ステンレス鋼のような金属基板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成したもの、樹脂材料で構成された基板等が挙げられる。
(陽極)
陽極3は、後述する正孔注入層4を介して正孔輸送層5に正孔を注入する電極である。この陽極3の構成材料としては、仕事関数が大きく、導電性に優れる材料を用いるのが好ましい。
このような陽極3の平均厚さは、特に限定されないが、10〜200nm程度であるのが好ましく、50〜150nm程度であるのがより好ましい。
一方、陰極13は、後述する電子注入層12を介して電子輸送層11に電子を注入する電極である。この陰極13の構成材料としては、仕事関数の小さい材料を用いるのが好ましい。
陰極13の構成材料としては、例えば、Li、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb、Ag、Cu、Al、Cs、Rbまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば、複数層の積層体等)用いることができる。
このような陰極13の平均厚さは、特に限定されないが、100〜10000nm程度であるのが好ましく、200〜500nm程度であるのがより好ましい。
なお、本実施形態の発光素子1は、ボトムエミッション型であるため、陰極13に、光透過性は、特に要求されない。
正孔注入層4は、陽極3からの正孔注入効率を向上させる機能を有するものである。
この正孔注入層4の構成材料(正孔注入材料)としては、特に限定されないが、例えば、銅フタロシアニンや、4,4’,4’’−トリス(N,N−フェニル−3−メチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)等が挙げられる。
このような正孔注入層4の平均厚さは、特に限定されないが、5〜150nm程度であるのが好ましく、10〜100nm程度であるのがより好ましい。
なお、この正孔注入層4は、省略することができる。
正孔輸送層5は、陽極3から正孔注入層4を介して注入された正孔を輸送する機能を有するものである。本実施形態では、正孔輸送層5は、陽極3から正孔注入層4を介して注入された正孔を赤色発光層6へ輸送する。
この正孔輸送層5の構成材料(正孔輸送材料)には、各種p型の高分子材料や、各種p型の低分子材料を単独または組み合わせて用いることができる。
このようなp型の高分子材料は、他の化合物との混合物として用いることもできる。一例として、ポリチオフェンを含有する混合物としては、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
このような正孔輸送層5の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nm程度であるのが好ましく、10〜100nm程度であるのがより好ましい。
なお、この正孔輸送層5は、省略することができる。
この赤色発光層(第1の発光層)6は、赤色(第1の色)に発光する赤色発光材料を含んで構成されている。
このような赤色発光材料としては、特に限定されず、各種赤色蛍光材料、赤色燐光材料を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
この第1の中間層7は、前述した赤色発光層6と後述する青色発光層8との層間にこれらに接するように設けられている。そして、第1の中間層7は、赤色発光層6と青色発光層8との間で励起子のエネルギーが移動するのを阻止する機能を有する。この機能により、赤色発光層6および青色発光層8をそれぞれ効率よく発光させることができる。
このような第1の中間層7は、その構成材料を適宜選択することにより、赤色発光層6と青色発光層8とをバランスよく発光させることができる。
なお、図2では、上側から下側へ向け、エネルギー準位が高くなっている。本明細書では、エネルギー準位は、エネルギーレベル(電位[eV])が小さいほど高く、エネルギーレベル(電位[eV])が大きいほど低い。したがって、図2では、上側から下側へ向け、エネルギーレベル(電位[eV])が小さくなっている。
また、第1の中間層7の構成材料の最低空軌道のエネルギー準位は、赤色発光層6の構成材料の最低空軌道のエネルギー準位と青色発光層8の構成材料の最低空軌道のエネルギー準位との間にある。これにより、赤色発光層6の構成材料の最低空軌道と青色発光層8の構成材料の最低空軌道との間のエネルギーギャップを緩和して(エネルギーギャップによる障壁の高さを低くして)、発光素子1の駆動電圧を低減することができる。
また、第1の中間層7の構成材料としては、キャリア(特に正孔)輸送性に優れた材料と、キャリア耐性に優れた材料とを組み合わせたものを用いるのが好ましい。これにより、前述したようなバランスのよい赤色発光層6および青色発光層8の発光を実現しつつ、耐久性および発光効率(電流効率や駆動電圧)を優れたものとすることができる。
特に、ベンジジン系アミン誘導体のなかでも、第1の中間層7に用いられるアミン系の正孔輸送材料としては、2つ以上のナフチル基を導入したものが好ましい。このようなベンジジン系アミン誘導体としては、例えば、下記化1で表されるようなN,N’−ビス(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル〔1,1’−ビフェニル〕−4,4’−ジアミン(α−NPD)や、下記化2で表されるようなN,N,N’,N’−テトラナフチル−ベンジジン(TNB)などが挙げられる。
このような第1の中間層7中におけるアミン系の正孔輸送材料の含有量は、特に限定されないが、10〜90wt%であるのが好ましく、30〜70wt%であるのがより好ましく、40〜60wt%であるのがさらに好ましい。
また、このようなアセン系のバイポーラ材料は、第1の中間層7の構成材料として、前述したようなアミン系の正孔輸送材料と併用(例えば混合)して用いると、発光素子1の耐久性および発光効率をさらに向上させることができる。
また、第1の中間層7中におけるアセン系のバイポーラ材料の含有量は、特に限定されないが、10〜90vol%であるのが好ましく、30〜70vol%であるのがより好ましく、40〜60vol%であるのがさらに好ましい。
なお、第1の中間層7には、前述したような材料以外の材料が含まれていてもよい。
また、第1の中間層7は、その平均厚さが100nm以下(1〜100nm)であるのが好ましく、3〜50nmであるのがより好ましく、5〜30nmであるのがさらに好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧を低減しつつ、赤色発光層6と青色発光層8とをバランスよく発光させることができる。
青色発光層(第2の発光層)8は、青色(第2の色)に発光する青色発光材料を含んで構成されている。
このような青色発光材料としては、特に限定されず、各種青色蛍光材料、青色燐光材料を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
また、青色発光層8の構成材料としては、赤色発光層6と同様に、前述したような青色発光材料と併用して、この青色発光材料をゲスト材料するホスト材料を用いることができる。
この第2の中間層9は、前述した青色発光層8と後述する緑色発光層10との層間にこれらに接するように設けられている。そして、第2の中間層9は、青色発光層8と緑色発光層10との間で励起子のエネルギーが移動するのを阻止する機能を有する。この機能により、青色発光層8および緑色発光層10をそれぞれ効率よく発光させることができる。
このような第2の中間層9は、その構成材料を適宜選択することにより、青色発光層8と緑色発光層10とをバランスよく発光させることができる。
また、第2の中間層9の構成材料の最低空軌道のエネルギー準位は、青色発光層8の構成材料の最低空軌道のエネルギー準位と緑色発光層10の構成材料の最低空軌道のエネルギー準位との間にある。これにより、青色発光層8の構成材料の最低空軌道と緑色発光層10の構成材料の最低空軌道との間のエネルギーギャップを緩和して(エネルギーギャップによる障壁の高さを低くして)、発光素子1の駆動電圧を低減することができる。
また、第2の中間層9の構成材料としては、キャリア(特に電子)輸送性に優れた材料と、キャリア耐性に優れた材料とを組み合わせたものを用いるのが好ましい。これにより、前述したようなバランスのよい青色発光層8および緑色発光層10の発光を実現しつつ、耐久性および発光効率(電流効率や駆動電圧)を優れたものとすることができる。
このようなシロール系の電子輸送材料としては、シロール環骨格を有し、かつ、前述したような効果を発揮するものであれば、特に限定されず、例えば、下記化6や下記化7で表されるようなシラシクロペンタジエン誘導体などが挙げられる。
また、第2の中間層9中におけるシロール系の電子輸送材料の含有量は、特に限定されないが、10〜90vol%であるのが好ましく、30〜70vol%であるのがより好ましく、40〜60vol%であるのがさらに好ましい。
また、このようなアセン系のバイポーラ材料は、第2の中間層9の構成材料として、前述したようなシロール系の電子輸送材料と併用(例えば混合)して用いると、発光素子1の耐久性および発光効率をさらに向上させることができる。
なお、第2の中間層9には、前述したような材料以外の材料が含まれていてもよい。
また、第2の中間層9は、その平均厚さが100nm以下(1〜100nm)であるのが好ましく、3〜50nmであるのがより好ましく、5〜30nmであるのがさらに好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧を低減しつつ、青色発光層8と緑色発光層10とをバランスよく発光させることができる。
緑色発光層(第3の発光層)10は、緑色(第3の色)に発光する緑色発光材料を含んで構成されている。
このような緑色発光材料としては、特に限定されず、各種緑色蛍光材料、緑色燐光材料を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
前述したような緑色発光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、緑色発光層10中における緑色発光材料の含有量(ドープ量)は、0.01〜10wt%であるのが好ましく、0.1〜5wt%であるのがより好ましい。緑色発光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、前述した赤色発光層6や青色発光層8の発光量とのバランスをとりつつ緑色発光層10を発光させることができる。
電子輸送層11は、陰極13から電子注入層12を介して注入された電子を輸送する機能を有するものである。本実施形態では、電子輸送層11は、陰極13から電子注入層12を介して注入された電子を緑色発光層10に輸送する。
電子輸送層11の構成材料(電子輸送材料)としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)等の8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
電子輸送層11の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、0.5〜100nm程度であるのがより好ましく、1〜50nm程度であるのがさらに好ましい。
電子注入層12は、陰極13からの電子注入効率を向上させる機能を有するものである。
この電子注入層12の構成材料(電子注入材料)としては、例えば、各種の無機絶縁材料、各種の無機半導体材料が挙げられる。
アルカリ土類金属カルコゲナイドとしては、例えば、CaO、BaO、SrO、BeO、BaS、MgO、CaSe等が挙げられる。
アルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、CsF、LiF、NaF、KF、LiCl、KCl、NaCl等が挙げられる。
アルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、CaF2、BaF2、SrF2、MgF2、BeF2等が挙げられる。
電子注入層12の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、0.2〜100nm程度であるのがより好ましく、0.2〜50nm程度であるのがさらに好ましい。
封止部材15は、陽極3、積層体14、および陰極13を覆うように設けられ、これらを気密的に封止し、酸素や水分を遮断する機能を有する。封止部材15を設けることにより、発光素子1の信頼性の向上や、変質・劣化の防止(耐久性向上)等の効果が得られる。
また、封止部材15は、平板状として、基板2と対向させ、これらの間を、例えば熱硬化性樹脂等のシール材で封止するようにしてもよい。
[1] まず、基板2を用意し、この基板2上に陽極3を形成する。
陽極3は、例えば、プラズマCVD、熱CVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着等の乾式メッキ法、電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等を用いて形成することができる。
正孔注入層4は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、正孔注入層4は、例えば、正孔注入材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる正孔注入層形成用材料を、陽極3上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
正孔注入層形成用材料の調製に用いる溶媒または分散媒としては、例えば、各種無機溶媒や、各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。
なお、乾燥は、例えば、大気圧または減圧雰囲気中での放置、加熱処理、不活性ガスの吹付け等により行うことができる。
ここで、酸素プラズマ処理の条件としては、例えば、プラズマパワー100〜800W程度、酸素ガス流量50〜100mL/min程度、被処理部材(陽極3)の搬送速度0.5〜10mm/sec程度、基板2の温度70〜90℃程度とするのが好ましい。
正孔輸送層5は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、正孔輸送材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる正孔輸送層形成用材料を、正孔注入層4上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
赤色発光層6は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
[5] 次に、赤色発光層6上に、第1の中間層7を形成する。
第1の中間層7は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
青色発光層8は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
[7] 次に、青色発光層8上に、第2の中間層9を形成する。
第2の中間層9は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
緑色発光層10は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
[9] 次に、緑色発光層10上に電子輸送層11を形成する。
電子輸送層11は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、電子輸送層11は、例えば、電子輸送材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる電子輸送層形成用材料を、緑色発光層10上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
電子注入層12の構成材料として無機材料を用いる場合、電子注入層12は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセス、無機微粒子インクの塗布および焼成等を用いて形成することができる。
[11] 次に、電子注入層12上に、陰極13を形成する。
陰極13は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、金属箔の接合、金属微粒子インクの塗布および焼成等を用いて形成することができる。
以上のような工程を経て、発光素子1が得られる。
最後に、得られた発光素子1を覆うように封止部材15を被せ、基板2に接合する。
図3は、本発明の発光素子の第2実施形態の縦断面を模式的に示す図、図4は、図3に示す発光素子における各層のエネルギー準位を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図3中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
本実施形態にかかる発光素子1Aは、発光層の積層順が異なるとともに、第1の中間層および第2の中間層がそれぞれ第1の層および第2の層の2層で構成されている以外は、前述した第1実施形態の発光素子1と同様である。
特に、第1の中間層7Aは、緑色発光層10に接するように設けられた第1の層71と、赤色発光層6に接するように設けられた第2の層72とで構成されている。また、第2の中間層9Aは、赤色発光層6に接するように設けられた第1の層91と、青色発光層8に接するように設けられた第2の層92とで構成されている。
このような第1の中間層7Aおよび第2の中間層9Aは、それぞれ、積層構造(2層構造)を有するため、第1の層および第2の層のそれぞれの構成材料や厚さを調整することにより、所望の特性を有する第1の中間層7Aや第2の中間層9Aを容易に得ることができる。
なお、図4では、図2と同様、上側から下側へ向け、エネルギー準位が高くなっている。したがって、図4では、上側から下側へ向け、エネルギーレベル(電位[eV])が小さくなっている。
また、第1の中間層7Aの構成材料としては、キャリア(特に正孔)輸送性に優れた材料と、キャリア耐性に優れた材料とを組み合わせたものを用いるのが好ましい。これにより、前述したようなバランスのよい緑色発光層10および赤色発光層6の発光を実現しつつ、耐久性および発光効率(電流効率や駆動電圧)を優れたものとすることができる。
また、第2の層72中におけるアセン系のバイポーラ材料の含有量は、特に限定されないが、50〜100vol%であるのが好ましく、80〜100vol%であるのがより好ましく、90〜100vol%であるのがさらに好ましい。
また、第1の層71および第2の層72は、それぞれの平均厚さが1〜50nm以下であるのが好ましく、3〜30nm以下であるのがより好ましく、5〜20nm以下であるのがさらに好ましい。これにより、発光素子1Aの駆動電圧を低減しつつ、赤色発光層6と緑色発光層10とをバランスよく発光させることができる。
また、第1の中間層7A全体の平均厚さは、100nm以下(1〜100nm)であるのが好ましく、3〜50nmであるのがより好ましく、5〜30nmであるのがさらに好ましい。これにより、発光素子1Aの駆動電圧を低減しつつ、緑色発光層10と赤色発光層6とをバランスよく発光させることができる。
また、第2の層92中におけるシロール系の電子輸送材料の含有量は、特に限定されないが、50〜100vol%であるのが好ましく、80〜100vol%であるのがより好ましく、90〜100vol%であるのがさらに好ましい。
また、第1の層91および第2の層92は、それぞれの平均厚さが1〜50nm以下であるのが好ましく、3〜30nm以下であるのがより好ましく、5〜20nm以下であるのがさらに好ましい。これにより、発光素子1Aの駆動電圧を低減しつつ、青色発光層8と赤色発光層6とをバランスよく発光させることができる。
また、本実施形態のように赤色発光層6が中央部に設けられている場合、赤色発光層6(第2の発光層)の厚さは、他の発光層(第1の発光層や第2の発光層)の厚さよりも薄いのが好ましい。赤色の発光材料は、バンドギャップが小さく、発光しやすい。そのため、赤色発光層6の厚さを他の発光層の厚さより小さくすることで、赤色発光層6の発光量を適度に抑え、各発光層の発光バランスを最適化することができる。
特に、第1の中間層7Aおよび第2の中間層9Aをそれぞれ積層構造(2層構造)とすることで、積層構造を構成する各層の構成材料や厚さを調整することにより、所望の特性を有する第1の中間層7Aおよび第2の中間層9Aを容易に得ることができる。
なお、ディスプレイ装置の駆動方式としては、特に限定されず、アクティブマトリックス方式、パッシブマトリックス方式のいずれであってもよい。
図5は、本発明の表示装置を適用したディスプレイ装置の実施形態を示す縦断面図である。
図5に示すディスプレイ装置100は、基板21と、サブ画素100R、100G、100Bに対応して設けられた複数の発光素子1R、1G、1Bおよびカラーフィルタ19R、19G、19Bと、各発光素子1R、1G、1Bをそれぞれ駆動するための複数の駆動用トランジスタ24とを有している。ここで、ディスプレイ装置100は、トップエミッション構造のディスプレイパネルである。
各駆動用トランジスタ24は、シリコンからなる半導体層241と、半導体層241上に形成されたゲート絶縁層242と、ゲート絶縁層242上に形成されたゲート電極243と、ソース電極244と、ドレイン電極245とを有している。
発光素子1Rは、平坦化層22上に、反射膜32、腐食防止膜33、陽極3、積層体(有機EL発光部)14、陰極13、陰極カバー34がこの順に積層されている。本実施形態では、各発光素子1R、1G、1Bの陽極3は、画素電極を構成し、各駆動用トランジスタ24のドレイン電極245に導電部(配線)27により電気的に接続されている。また、各発光素子1R、1G、1Bの陰極13は、共通電極とされている。
隣接する発光素子1R、1G、1B同士の間には、隔壁31が設けられている。また、これらの発光素子1R、1G、1B上には、これらを覆うように、エポキシ樹脂で構成されたエポキシ層35が形成されている。
カラーフィルタ19Rは、発光素子1Rからの白色光Wを赤色に変換するものである。また、カラーフィルタ19Gは、発光素子1Gからの白色光Wを緑色に変換するものである。また、カラーフィルタ19Bは、発光素子1Bからの白色光Wを青色に変換するものである。このようなカラーフィルタ19R、19G、19Bを発光素子1R、1G、1Bと組み合わせて用いることで、フルカラー画像を表示することができる。
そして、カラーフィルタ19R、19G、19Bおよび遮光層36上には、これらを覆うように封止基板20が設けられている。
以上説明したようなディスプレイ装置100は、フルカラー画像を表示することができる。なお、単色画像を表示するように構成してもよい。
このようなディスプレイ装置100(本発明の表示装置)は、各種の電子機器に組み込むことができる。
この図において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部を備える表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このパーソナルコンピュータ1100において、表示ユニット1106が備える表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206とともに、表示部を備えている。
携帯電話機1200において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
ディジタルスチルカメラ1300において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
また、ケース1302の正面側(図示の構成では裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板1308のメモリに転送・格納される。
また、本発明の発光素子では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、例えば、本発明の発光素子は、前述した第1実施形態および第2実施形態のうちの任意の2以上の構成を組み合わせるようにしてもよい。例えば、第1実施形態において、第1の中間層および第2の中間層のうちの少なくとも一方の中間層を2層で構成してもよく(積層構造としてもよく)、第2実施形態において、第1の中間層および第2の中間層のうちの少なくとも一方の中間層を単層で構成してもよい。
また、第1の中間層および第2の中間層のそれぞれが前述したような機能を発揮することができるものであれば、赤色発光層6と青色発光層8と緑色発光層10との積層順は、前述した実施形態のものに限定されない。
また、前述した実施形態では、第1の中間層および第2の中間層は、それぞれ、1層または2層で構成されているものを説明したが、当該中間層は3層以上で構成されていてもよい。
1.発光素子の製造
(参考例)
<1> まず、平均厚さ0.5mmの透明なガラス基板を用意した。次に、この基板上に、スパッタ法により、平均厚さ100nmのITO電極(陽極)を形成した。
そして、基板をエタノールに浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3> 次に、正孔注入層上に、前述した化1で表わされるようなアミン系の正孔輸送材料(α−NPD)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ40nmの正孔輸送層を形成した。
<6> 次に、第1の中間層上に、赤色発光層の構成材料を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ10nmの赤色発光層(第2の発光層)を形成した。赤色発光層の構成材料としては、赤色発光材料(ゲスト材料)としてRD001(出光興産社製)を用い、ホスト材料としてBH215(出光興産社製)を用いた。また、赤色発光層中の発光材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、1.0wt%とした。
<8> 次に、第2の中間層上に、青色発光層の構成材料を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ10nmの青色発光層(第3の発光層)を形成した。青色発光層の構成材料としては、青色発光材料としてBD102(出光興産社製)を用い、ホスト材料としてBH215(出光興産社製)を用いた。また、青色発光層中の青色発光材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、5.0wt%とした。
<10> 次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を真空蒸着法により成膜し、平均厚さ1nmの電子注入層を形成した。
<11> 次に、電子注入層上に、Alを真空蒸着法により成膜した。これにより、Alで構成される平均厚さ150nmの陰極を形成した。
<12> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、発光素子を製造した。
第1の中間層および第2の中間層のそれぞれの構成材料、および、赤色発光層(第2の発光層)の厚さが異なる以外は、前述した参考例と同様にして発光素子を製造した。
ここで、赤色発光層の平均厚さは5nmであった。
また、第1の中間層の構成材料として、前述した化1で表わされるアミン系の正孔輸送材料(α−NPD)と、前述した化4で表わされるアセン系のバイポーラ材料(TBADN)との混合物を用いた。アミン系の正孔輸送材料とアセン系のバイポーラ材料との混合比は、(アミン系の正孔輸送材料):(アセン系のバイポーラ材料)=50:50であった。
また、第2の中間層の構成材料として、シロール系の電子輸送材料(チッソ社製ET4)と、前述した化4で表わされるアセン系のバイポーラ材料(TBADN)との混合物を用いた。シロール系の電子輸送材料とアセン系のバイポーラ材料との混合比は、(シロール系の電子輸送材料):(アセン系のバイポーラ材料)=50:50であった。
また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちLUMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.1eVであった。また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちLUMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のLUMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちHOMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
発光層の積層順と、第1の中間層および第2の中間層の構成材料とが異なる以外は、前述した参考例と同様にして発光素子を製造した。
ここで、第1の発光層を赤色発光層とし、第2の発光層を青色発光層とし、第3の発光層を緑色発光層とした。
また、第2の中間層の構成材料としては、シロール系の電子輸送材料(チッソ社製ET4)と、前述した化5で表わされるアセン系のバイポーラ材料(MADN)との混合物を用いた。シロール系の電子輸送材料とアセン系のバイポーラ材料との混合比は、(シロール系の電子輸送材料):(アセン系のバイポーラ材料)=50:50であった。
また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちLUMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のLUMOのエネルギー準位は、緑色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.1eVであった。また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちLUMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちHOMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
第1の中間層および第2の中間層のそれぞれの構成が異なる以外は、前述した参考例と同様にして発光素子を製造した。すなわち、図1に示すような発光素子を製造した。
ここで、第1の中間層は、緑色発光層側に設けられた第1の層と、赤色発光層側に設けられた第2の層とで構成された積層構造とした。また、第2の中間層は、赤色発光層側に設けられた第1の層と、青色発光層側に設けられた第2の層とで構成された積層構造とした。
また、第2の中間層において、第1の層の構成材料としては、前述した化5で表わされるアセン系のバイポーラ材料(MADN)を用い、第2の層の構成材料としては、シロール系の電子輸送材料(チッソ社製ET4)を用いた。
また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちLUMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のLUMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.1eVであった。また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちLUMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
また、第2の中間層の構成材料(上記の2種の材料のうちHOMOのエネルギー準位の低いほうの材料)のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.2eVであった。
中間層を省略した以外は、前述した参考例と同様にして発光素子を製造した。
(比較例2)
第2の中間層の構成材料が異なる以外は、前述した参考例と同様にして発光素子を製造した。
また、第1の中間層の構成材料のHOMOのエネルギー準位は、緑色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも大きく、その差が0.1eVであった。また、第1の中間層の構成材料のHOMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のHOMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.1eVであった。また、第1の中間層の構成材料のLUMOのエネルギー準位は、赤色発光層の構成材料(ホスト材料)のLUMOのエネルギー準位よりも小さく、その差が0.1eVであった。
2−1.発光効率の評価
参考例、各実施例および比較例について、直流電源を用いて発光素子に10mA/cm2の定電流を流したときの電圧値(駆動電圧)および電流効率を測定した。なお、各測定では、参考例、各実施例および比較例において、電圧値および電流効率をそれぞれ5個の発光素子について測定した。
その結果を表1に示す。
参考例、各実施例および比較例について、直流電源を用いて発光素子に100mA/cm2の定電流を流しつづけ、その間、輝度計を用いて輝度を測定し、その輝度が初期の輝度の80%となる時間(LT80)を測定した。なお、参考例、各実施例および比較例において、半減期の値をそれぞれ5個の発光素子について測定した。その結果を表1に示す。
参考例、各実施例および比較例について、直流電源を用いて発光素子に1mA/cm2の定電流を流し、色度計を用いて光の色度(x,y)を求めた。また、参考例、各実施例および比較例について、直流電源を用いて発光素子に50mA/cm2の定電流を流し、色度計を用いて光の色度(x,y)を求めた。
表1から明らかなように、参考例、各実施例の発光素子は、比較例の発光素子に比し、発光効率を同等なものとしつつ、色度バランスおよび耐久性に優れていることがわかる。
Claims (8)
- 陰極と、
陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に設けられ、第1の色に発光する第1の発光層と、
前記第1の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記第1の色と異なる第2の色に発光する第2の発光層と、
前記第2の発光層と前記陰極との間に設けられ、前記第1の色および前記第2の色と異なる第3の色に発光する第3の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との層間にこれらに接するように設けられ、前記第1の発光層と前記第2の発光層との間での励起子のエネルギー移動を阻止する機能を有する第1の中間層と、
前記第2の発光層と前記第3の発光層との層間にこれらに接するように設けられ、前記第2の発光層と前記第3の発光層との間での励起子のエネルギー移動を阻止する機能を有する第2の中間層とを備え、
前記第1の中間層は、アミン系の正孔輸送材料およびアセン系のバイポーラ材料を含んで構成され、前記第2の中間層よりも高い正孔輸送性を有し、
前記第2の中間層は、シロール系の電子輸送材料およびアセン系のバイポーラ材料を含んで構成され、前記第1の中間層よりも高い電子輸送性を有することを特徴とする発光素子。 - 前記第1の中間層は、前記第1の発光層に接するように設けられ、アミン系の正孔輸送材料を主材料として構成された第1の層と、前記第2の発光層に接するように設けられ、アセン系のバイポーラ材料を主材料として構成された第2の層とを含んで構成されている請求項1に記載の発光素子。
- 前記第2の中間層は、前記第2の発光層に接するように設けられ、アセン系のバイポーラ材料を主材料として構成された第1の層と、前記第3の発光層に接するように設けられ、シロール系の電子輸送材料を主材料として構成された第2の層とを含んで構成されている請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記第1の発光層は、前記第1の色として赤色に発光する赤色発光層であり、前記第2の発光層は、前記第2の色として青色に発光する青色発光層であり、前記第3の発光層は、前記第3の色として緑色に発光する緑色発光層である請求項1ないし3のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第1の発光層は、前記第1の色として緑色に発光する緑色発光層であり、前記第2の発光層は、前記第2の色として赤色に発光する赤色発光層であり、前記第3の発光層は、前記第3の色として青色に発光する青色発光層である請求項1ないし3のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第1の中間層および前記第2の中間層は、それぞれ、平均厚さが100nm以下である請求項1ないし5のいずれかに記載の発光素子。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の発光素子を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項7に記載の表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
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