JP5803648B2 - 発光素子、発光装置、表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
このような発光素子としては、例えば、陰極と陽極との間に、2層以上の発光層を有し、これらの発光層同士の間に電荷発生層(キャリア発生層)を設けたものが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
また、陽極と陰極との間に介挿された層の合計の厚さを単に薄くしただけでは、複数の発光層をバランスよく発光させることができなかったり、駆動電圧の上昇を招いてしまったりする。
本発明の発光素子は、陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第1の発光層と、
前記陰極と前記第1の発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第2の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより電子および正孔を発生させるキャリア発生層とを有し、
前記キャリア発生層は、電子輸送性を有するn型電子輸送層と、前記n型電子輸送層と前記第2の発光層との間に設けられ、電子吸引性を有する電子吸引層とを備え、
前記n型電子輸送層の平均厚さは、前記電子吸引層の平均厚さよりも厚く、
前記n型電子輸送層の平均厚さと前記電子吸引層の平均厚さとの合計が25nm以下でり、
前記n型電子輸送層の平均厚さが10nm以上20nm以下であることを特徴とする。
このように構成された発光素子によれば、n型電子輸送層の平均厚さが前記電子吸引層の平均厚さよりも厚いので、キャリア発生層全体の厚さを薄くしても、キャリア発生層の機能(キャリア発生機能)を十分に発揮させることができる。その結果、駆動電圧を抑えるとともに、第1の発光層および第2の発光層をバランスよく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の発光層と前記n型電子輸送層との間にこれらの両層に接して設けられ、電子輸送性材料を含み、かつ、電子ドナー性材料を実質的に含まずに構成された電子輸送層を有することが好ましい。
これにより、n型電子輸送層から第1の発光層へ電子を効率的に輸送しつつ、n型電子輸送層の構成材料が第1の発光層へ拡散するのを防止することができる。その結果、長期にわたり第1の発光層および第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、駆動電圧の上昇を抑えつつ、電子輸送層の機能を好適に発揮させることができる。
本発明の発光素子では、前記電子吸引層と前記第2の発光層との間にこれらの両層に接して設けられ、正孔輸送性材料を含んで構成された正孔輸送層を有することが好ましい。
これにより、電子吸引層が正孔輸送層から効率的に電子を吸引することができる。その結果、キャリア発生層の正孔および電子の発生量を多くすることができる。
これにより、駆動電圧の上昇を抑えつつ、正孔輸送層の機能を好適に発揮させることができる。
本発明の発光素子では、前記n型電子輸送層は、電子輸送性材料および電子ドナー性材料を含む混合材料で構成されていることが好ましい。
このように構成されたn型電子輸送層は、優れた電子輸送性および電子注入性を有する。そのため、キャリア発生層で生じた電子を第1の発光層へ効率的に輸送・注入することができる。
これにより、n型電子輸送層の電子輸送性を優れたものとすることができる。
本発明の発光素子では、前記金属錯体は、Al金属錯体であることが好ましい。
これにより、n型電子輸送層中の電子ドナー性材料(電子注入性材料)がn型電子輸送層から第1の発光層へ拡散するのを防止または抑制することができる。
このような電子ドナー性材料は、優れた電子注入性を有する。そのため、キャリア発生層で生じた電子を第1の発光層側へ効率的に注入することができる。
アルカリ金属化合物(アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物等)は仕事関数が非常に小さく、これを用いてn型電子輸送層を構成することにより、発光素子は、高い輝度が得られるものとなる。
これにより、キャリア発生層で生じた電子を第1の発光層へさらに効率的に注入することができる。
本発明の発光素子では、前記電子吸引層は、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで構成されていることが好ましい。
芳香環含有有機シアン化合物は、優れた電子吸引性を有している。そのため、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで電子吸引層を構成することにより、キャリア発生層の正孔および電子の発生量を多くすることができる。
このような化合物は、電子吸引性に優れている。そのため、このような化合物を用いて構成された電子吸引層は、隣接する層から十分に電子を引き抜くことができるとともに、好適に引き抜いた電子を陽極側に輸送することができる。
これにより、第1の発光層、第2の発光層および第3の発光層をバランスよく発光させることができる。また、例えば、これらの発光層の発光色を赤色、緑色および青色とすることにより、白色発光の発光素子を実現することができる。
これにより、比較的簡単に、第1の発光層、第2の発光層および第3の発光層をバランスよく発光させることができる。
本発明の発光装置では、本発明の発光素子を備えることを特徴とする。
このように構成された発光装置によれば、発光素子の駆動電圧を抑えるとともに、第1の発光層および第2の発光層をバランスよく発光させることができる。
このように構成された表示装置によれば、発光素子の駆動電圧を抑えるとともに、第1の発光層および第2の発光層をバランスよく発光させることができる。
本発明の電子機器は、本発明の発光装置を備えることを特徴とする。
このように構成された電子機器によれば、発光素子の駆動電圧を抑えるとともに、第1の発光層および第2の発光層をバランスよく発光させることができる。
図1は、本発明の好適な実施形態にかかる発光素子の縦断面を模式的に示すである。なお、以下では、説明の便宜上、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(エレクトロルミネッセンス素子)1は、陽極3と第1の発光部(第1の発光ユニット)4とキャリア発生層5と第2の発光部(第2の発光ユニット)6と陰極7とがこの順に積層されてなるものである。
また、第1の発光部4は、陽極3側から陰極7側に、正孔輸送層41(第1の正孔輸送層)と発光層(第3の発光層)42と発光層(第1の発光層)43と電子輸送層44(第1の電子輸送層)とがこの順で積層された積層体であり、第2の発光部6は、陽極3側から陰極7側に、正孔輸送層61(第2の正孔輸送層)と発光層(第2の発光層)62と電子輸送層63(第2の電子輸送層)と電子注入層64とがこの順で積層された積層体である。
このような発光素子1にあっては、陽極3と陰極7との間に駆動電圧が印加されることにより、キャリア発生層5においてキャリア(電子および正孔)が発生する。そして、発光層42および発光層43に対し、陽極3側から正孔が供給(注入)されるとともに、キャリア発生層5から電子が供給される。また、発光層62に対し、陰極7側から電子が供給(注入)されるとともに、キャリア発生層5から正孔が供給(注入)される。これにより、各発光層42、43、62では、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、エキシトンが基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光やりん光)を放出(発光)する。
また、このような発光素子1では、例えば、これらの発光層の発光色を赤色、緑色および青色とすることにより、白色発光の発光素子を実現することができる。
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。
なお、発光素子1が基板2と反対側から光を取り出す構成(トップエミッション型)の場合、基板2には、透明基板および不透明基板のいずれも用いることができる。
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、後述する第1の発光部4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。
陽極3の構成材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In3O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnO等の酸化物、Au、Pt、Ag、Cu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用いることができる。
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であるのが好ましく、50〜150nmであるのがより好ましい。
第1の発光部4は、上述したように、正孔輸送層41と発光層(第3の発光層)42と発光層(第1の発光層)43と電子輸送層44とを有している。
(正孔輸送層)
正孔輸送層41は、陽極3から注入された正孔を発光層42まで輸送する機能を有するものである。
このような正孔輸送層41の平均厚さは、特に限定されないが、15nm以上50nm以下であるのが好ましく、17nm以上45nm以下であるのがより好ましく、20nm以上40nm以下であるのがさらに好ましい。
これにより、正孔輸送層41の機能を好適に発揮させるとともに、陽極3と陰極7との間の各層の層厚を薄くして低駆動電圧化を図ろうとしたとき、光路長を容易に調整することができる。
発光層42は、発光材料を含んで構成されている。
発光材料は、陰極7側から電子が供給(注入)されるとともに、陽極3側から正孔が供給(注入)されることにより、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、エキシトンが基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光やりん光)を放出(発光)するものである。
このような発光材料としては、特に限定されず、各種蛍光材料、各種燐光材料を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。
赤色の燐光材料としては、例えば、イリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウム等の金属錯体が挙げられ、これら金属錯体の配位子の内の少なくとも1つがフェニルピリジン骨格、ビピリジル骨格、ポルフィリン骨格等を持つものも挙げられる。より具体的には、下記式(1)で表わされるトリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム(Ir(piq)3)、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジネート−N,C3’]イリジウム(アセチルアセトネート)(btp2Ir(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−12H,23H−ポルフィリン−白金(II)、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジネート−N,C3’]イリジウム、ビス(2−フェニルピリジン)イリジウム(アセチルアセトネート)が挙げられる。
このホスト材料は、正孔と電子とを再結合して励起子を生成するとともに、その励起子のエネルギーを発光材料に移動(フェルスター移動またはデクスター移動)させて、発光材料を励起する機能を有する。
また、発光層42の発光のピーク波長は、後述する発光層62の発光のピーク波長よりも長いのが好ましい。これにより、比較的簡単に、発光層42、発光層43および発光層62をバランスよく発光させることができる。
また、発光層42の平均厚さは、5〜50nmであるのが好ましく、5〜40nm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の駆動電圧を抑えるとともに、発光層42を効率的に発光させることができる。特に、本実施形態のように発光層42と発光層43とが積層されている場合において、発光層42の厚さを比較的薄くすることにより、正孔および電子の再結合を生じる再結合領域内に、発光層42および発光層43の双方を存在させ、これらをバランスよく発光させることができる。
発光層43は、発光材料を含んで構成されている。
本実施形態では、発光層43は、前述した発光層42に接している。これにより、第1の発光部4における正孔および電子の再結合領域内に発光層42および発光層43の双方を簡単に存在させることができる。そのため、発光層42および発光層43の双方を簡単に発光させることができる。
また、発光層43は、発光材料に加え、この発光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料とを含んで構成されていてもよい。
前述したような発光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、発光層43中における発光材料の含有量(ドープ量)は、0.1〜30wt%であるのが好ましく、0.5〜20wt%であるのがより好ましい。発光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
また、発光層43の発光材料としては、燐光材料を用いるのが好ましい。すなわち、発光層43は、陽極3と陰極7との間に通電することにより燐光を発する発光材料を含むのが好ましい。これにより、発光層43を効率的に発光させ、その結果、発光素子1の発光効率を向上させることができる。
電子輸送層44は、発光層43と後述するキャリア発生層5のn型電子輸送層51との間にこれらの両層に接して設けられ、キャリア発生層5で発生した電子を発光層43に輸送する機能を有するものである。
この電子輸送層44は、電子輸送性材料を含み、かつ、電子ドナー性材料を実質的に含まずに構成されている。これにより、n型電子輸送層51から発光層43へ電子を効率的に輸送しつつ、n型電子輸送層51の構成材料が発光層43へ拡散するのを防止することができる。
電子輸送層44の構成材料(電子輸送性材料)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。
キャリア発生層5は、キャリア(正孔および電子)を発生させる機能を有するものである。
このキャリア発生層5は、陽極3側から陰極7側へ、n型電子輸送層51と電子吸引層52とがこの順で積層されてなるものである。
これに対し、仮に、n型電子輸送層51の平均厚さが電子吸引層52の平均厚さよりも薄いと、キャリア発生層5全体の厚さを薄くした場合、n型電子輸送層51の厚さが薄くなりすぎて、n型電子輸送層51が電子を輸送する機能を十分に発揮することができない。そのため、この場合、電子吸引層52で吸引された電子をn型電子輸送層51が陽極3側へ輸送することができず、その結果、キャリア発生層5の機能を十分に発揮することができない。
特に、発光素子1の駆動電圧を抑えるという観点から、キャリア発生層5に平均厚さ(すなわち、n型電子輸送層51の平均厚さと電子吸引層52の平均厚さとの合計)は、25nm以下であるのが好ましく、20nm以下であるのがより好ましい。
(n型電子輸送層)
n型電子輸送層51は、前述した電子輸送層44と電子吸引層52との間に設けられ、電子吸引層52側から電子輸送層44側へ電子を輸送する機能を有する。
このようなn型電子輸送層51は、電子輸送性を有する電子輸送性材料を主材料として構成されていればよいが、電子輸送性を有する電子輸送性材料の他、電子注入性を有する電子注入性材料(電子ドナー性材料)を含んで構成されているのが好ましい。
特に、n型電子輸送層51は、電子輸送性材料および電子ドナー性材料を含む混合材料で構成されているのが好ましい。このように構成されたn型電子輸送層51は、優れた電子輸送性および電子注入性を有する。そのため、キャリア発生層5で生じた電子を発光層43側へ効率的に輸送・注入することができる。
n型電子輸送層51に用いる電子輸送性材料としては、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。
特に、金属錯体は、Al金属錯体であるのが好ましく、Alq3であるのがより好ましい。これにより、n型電子輸送層51中の電子ドナー性材料(電子注入性材料)がn型電子輸送層51から発光層43へ拡散するのを防止または抑制することができる。
このような無機絶縁材料としては、例えば、アルカリ金属カルコゲナイド(酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物)、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられ、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。
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。
特に、n型電子輸送層51に用いる電子注入性材料(電子ドナー性材料)としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いるのが好ましい。これにより、n型電子輸送層51の電子輸送性を優れたものとしつつ、n型電子輸送層51の電子注入性をより向上させることができる。特に、アルカリ金属化合物(アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物等)は仕事関数が非常に小さく、これを用いてn型電子輸送層51を構成することにより、発光素子1は、高い輝度が得られるものとなる。
また、n型電子輸送層51は、正孔をブロックする機能を有する。
n型電子輸送層51を電子輸送性材料および電子注入性材料を用いて構成する場合、電子輸送性材料をホスト材料とし、電子注入性材料をゲスト材料として、共蒸着等により電子輸送性材料に電子注入性材料をドープすることによりn型電子輸送層51を形成することができる。
特に、n型電子輸送層51の平均厚さが10nm以上であることにより、キャリア発生層5の機能(キャリア発生機能)を十分に発揮させることができる。
電子吸引層(電子引き抜き層)52は、発光層43と発光層62との間に設けられ、陰極7側に隣接する層(本実施形態では、第2の発光部6の正孔輸送層61)から電子を吸引する(引き抜く)機能を有する。電子吸引層52によって吸引された電子は、陽極3側に隣接する層(本実施形態では、n型電子輸送層51)に注入される。
この電子吸引性を有する有機化合物としては、芳香環を有する有機シアン化合物(以下、「芳香環含有有機シアン化合物」とも言う)が好適に用いられる。
芳香環含有有機シアン化合物は、優れた電子吸引性を有している。そのため、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで電子吸引層52を構成することにより、キャリア発生層5の正孔および電子の発生量を多くすることができる。
このような芳香環含有有機シアン化合物としては、前述したような機能を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、シアノ基が導入されたヘキサアザトリフェニレン誘導体であるのが好ましく、下記式(4)で表わされるようなヘキサアザトリフェニレン誘導体を用いるのがより好ましい。
特に、芳香環含有有機シアン化合物としては、前述したような式(4)に示す化合物において、R1〜R6はすべてシアノ基であるのが好ましい。すなわち、芳香環含有有機シアン化合物としては、下記式(5)で表わされるようなヘキサシアノヘキサアザトリフェニレンを用いるのが好ましい。このような化合物は、電子吸引性の高いシアノ基を複数有する。そのため、このような化合物を用いて構成された電子吸引層52は、隣接する層の構成材料(正孔輸送層61の正孔輸送材料等)からより効率よく電子を引き抜くことができ、キャリア(電子および正孔)の発生量を多くすることができる。
また、電子吸引層52の平均厚さは、3〜20nmであることが好ましく、5〜10nmであることがより好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧が高くなるのを防止しつつ、前述したような電子吸引層52の機能(電子吸引性)を十分に発揮させることができる。
第2の発光部6は、上述したように、正孔輸送層61と発光層62と電子輸送層63と電子注入層64とを有している。
(正孔輸送層)
正孔輸送層61は、キャリア発生層5(電子吸引層52)から注入された正孔を発光層62まで輸送する機能を有する。また、正孔輸送層61は、発光層62を通過した電子をブロックすることにより、電子がキャリア発生層5に届いてキャリア発生層5が劣化するのを防止する機能をも有している。
これにより、前述したように、電子吸引層52が、正孔輸送層61から効率的に電子を吸引することができる。その結果、キャリア発生層5の正孔および電子の発生量を多くすることができる。
特に、上述した中でも、正孔輸送層61を構成する正孔輸送材料は、トリフェニルアミン誘導体であることが好ましく、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体であることがより好ましい。このような化合物は、キャリア発生層5(電子吸引層52)と接触することにより、電子が素早く引き抜かれ、正孔が発生して注入される。
これに対し、かかる平均厚さが前記下限値未満であると、正孔輸送層61の構成材料やキャリア発生層5の構成等によっては、キャリア発生層5から発光層62へ輸送される正孔の量が少なくなり、発光層62の発光特性が低下する場合がある。一方、かかる平均厚さが前記上限値を超えると、発光素子1の駆動電圧が大きくなる傾向を示す。また、かかる平均厚さが前記上限値を超えると、陽極3と陰極7との間の各層の層厚を薄くして低駆動電圧化を図ろうとしたとき、光路長を調整することが難しくなる傾向を示す。
発光層62は、発光材料を含んで構成されている。
このような発光材料としては、特に限定されず、上述した発光層42と同様の発光材料を用いることができる。なお、発光層62に用いる発光材料は、発光層42の発光材料と同一であってもよいし、異なるものであってもよい。また、発光層62に用いる発光材料は、発光層43の発光材料と同一であってもよいし、異なるものであってもよい。また、発光層62の発光色は、前述した発光層42の発光色と同じであっても異なっていてもよい。また、発光層62の発光色は、前述した発光層43の発光色と同じであっても異なっていてもよい。
かかるホスト材料としては、前述した発光層42のホスト材料と同様のものを用いることができる。
前述したような発光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、発光層62中における発光材料の含有量(ドープ量)は、0.1〜10wt%であるのが好ましく、0.5〜5wt%であるのがより好ましい。発光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
また、発光層62の発光のピーク波長は、500nm以下であるのが好ましく、400nm以上490nm以下であるのがより好ましく、430nm以上480nm以下であるのがさらに好ましい。言い換えると、発光層62の発光色は、青色であるのが好ましい。
また、発光層62の発光材料としては、蛍光材料を用いるのが好ましい。すなわち、発光層62は、陽極3と陰極7との間に通電することにより蛍光を発する発光材料を含むのが好ましい。
なお、本実施形態では、第2の発光部6が1層の発光層を備えるものを例に説明しているが、第2の発光部6は、複数の発光層が積層されてなる積層体であってもよい。この場合、複数の発光層の発光色が互いに同じであっても異なっていてもよい。また、第2の発光部6が複数の発光層を有する場合、発光層同士の間に中間層が設けられていてもよい。
電子輸送層63は、陰極7から電子注入層64を介して注入された電子を発光層62に輸送する機能を有するものである。
電子輸送層63の構成材料(電子輸送性材料)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、1,3−ビス(N,N−t−ブチル−フェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(OXD−7)等の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63の平均厚さは、特に限定されないが、10〜100nmであるのが好ましく、10〜50nmであるのがより好ましい。
電子注入層64は、陰極7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64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。
このような無機絶縁材料としては、例えば、アルカリ金属カルコゲナイド(酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物)、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられ、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。これらを主材料として電子注入層64を構成することにより、電子注入性をより向上させることができる。特にアルカリ金属化合物(アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物等)は仕事関数が非常に小さく、これを用いて電子注入層64を構成することにより、発光素子1は、高い輝度が得られるものとなる。
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64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。
陰極7は、前述した第2の発光部6に電子を注入する電極である。この陰極7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7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7の平均厚さは、特に限定されないが、100〜400nm程度であるのが好ましく、100〜200nm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7に、光透過性は、特に要求されない。
封止部材8は、陽極3、積層体15、および陰極7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8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。
封止部材8の構成材料としては、例えば、Al、Au、Cr、Nb、Ta、Tiまたはこれらを含む合金、酸化シリコン、各種樹脂材料等を挙げることができる。なお、封止部材8の構成材料として導電性を有する材料を用いる場合には、短絡を防止するために、封止部材8と陽極3、積層体15、および陰極7との間には、必要に応じて、絶縁膜を設けるのが好ましい。
以上のように構成された発光素子1によれば、陽極3と陰極7との間で電圧を印加することにより、キャリア発生層5で正孔および電子が発生する。発生した電子は、発光層42、43に輸送され、陽極3から注入された正孔と再結合することにより、発光に寄与する。また、発生した正孔は、発光層62に輸送され、陰極7から注入された電子と再結合することにより、発光に寄与する。
特に、発光素子1は、n型電子輸送層51の平均厚さが電子吸引層52の平均厚さよりも厚いので、キャリア発生層5全体の厚さを薄くしても、キャリア発生層5の機能(キャリア発生機能)を十分に発揮させることができる。その結果、駆動電圧を抑えるとともに、発光層42、発光層43および発光層62をバランスよく発光させることができる。
以上のように構成された発光素子1は、例えば、次のようにして製造することができる。
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。
[2] 次に、陽極3上に第1の発光部4を形成する。
第1の発光部4は、正孔輸送層41、発光層42、発光層43および電子輸送層44を順次陽極3上に形成することにより設けることができる。
また、各層の構成材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる液体材料を、陽極3(またはその上の層)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。
液状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。
また、本工程に先立って、陽極3の上面には、酸素プラズマ処理を施すようにしてもよい。これにより、陽極3の上面に親液性を付与すること、陽極3の上面に付着する有機物を除去(洗浄)すること、陽極3の上面付近の仕事関数を調整すること等を行うことができる。
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。
キャリア発生層5は、第1の発光部4上にn型電子輸送層51および電子吸引層52を順次積層することにより形成することができる。
キャリア発生層5を構成する各層は、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、キャリア発生層5を構成する層の材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる材料を、第1の発光部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。
第2の発光部6は、第1の発光部4と同様にして形成することができる。
[5] 次に、第2の発光部6上に、陰極7を形成する。
陰極7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。
上述したような発光素子1は、例えば、発光装置(本発明の発光装置)に用いることができる。
このような発光装置は、前述したような発光素子1を備えるため、発光素子1の駆動電圧を抑えるとともに、発光層42、発光層43および発光層62をバランスよく発光させることができる。
また、このような発光装置は、例えば照明等に用いる光源等として使用することができる。
また、発光装置中の複数の発光素子1をマトリックス状に配置することにより、ディスプレイ装置に用いる発光装置を構成することができる。
図2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2に示すディスプレイ装置100は、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を備える発光装置101と、カラーフィルタ19R、19G、19B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。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。
基板21上には、複数の駆動用トランジスタ24が設けられ、これらの駆動用トランジスタ24を覆うように、絶縁材料で構成された平坦化層22が形成されている。
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)15、陰極7、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7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、このように構成された発光装置101上には、これを覆うように、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(R)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(G)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(B)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。
このようなディスプレイ装置100(本発明の表示装置)は、前述したような発光装置を用いるため、発光素子1の駆動電圧を抑えるとともに、発光層42、発光層43および発光層62をバランスよく発光させることができる。
図3は、本発明の電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
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。
以上、本発明の発光素子、発光装置、表示装置および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものでない。
また、前述した発光素子では、発光部(発光ユニット)は、発光層以外の層(例えば、正孔輸送層、電子輸送層等)を有するものとして説明したが、これに限定されず、少なくとも1層の発光層を有していればよく、例えば、発光層のみで構成されていてもよい。
また、前述した発光素子の任意の層間に必要に応じて層を追加してもよい。
1.発光素子の製造
(実施例1)
<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50nmのITO電極(陽極)を形成した。
そして、基板をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3> 次に、正孔輸送層上に、真空蒸着法を用いて、平均厚さ10nmの第3の発光層(赤色発光層)を形成した。
ここで、第3の発光層を構成する構成材料としては、赤色燐光材料(ゲスト材料)であるbtp2Ir(acac)と、ホスト材料であるCBPとの混合材料を用いた。また、第3の発光層中における赤色燐光材料の含有量(ドープ濃度)は、10.0wt%とした。
ここで、第1の発光層を構成する構成材料としては、緑色燐光材料(ゲスト材料)であるIr(ppy)3と、ホスト材料であるCBPとの混合材料を用いた。また、第1の発光層中における緑色燐光材料の含有量(ドープ濃度)は、15.0wt%とした。
<6> 次に、第1の発光部の電子輸送層上に、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)と、Li2Oとを真空蒸着法(共蒸着)により蒸着させ、平均厚さ20nmのn型電子輸送層(キャリア発生層のn型電子輸送層)を形成した。なお、このn型電子輸送層中のBCPと、Li2Oとの含有量は、体積比で98:2となるようにした。
<8> 次に、キャリア発生層上(電子吸引層上)に、4,4’,4”−トリス(N−カルバゾリル)−トリフェニルアミン(TCTA)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ10nmの正孔輸送層を形成した。
ここで、第2の発光層を構成する構成材料としては、青色発光材料(ゲスト材料)であるBD102(出光興産社製)とホスト材料であるBH215(出光興産社製)との混合材料を用いた。また、第2の発光層中における青色発光材料の含有量(ドープ濃度)は、10.0wt%とした。
<11> 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1.0nmの電子注入層を形成した。
<13> 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、基板上に、陽極、正孔輸送層、第3の発光層、第1の発光層、電子輸送層、キャリア発生層(n型電子輸送層、電子吸引層)、正孔輸送層、第2の発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極がこの順に積層された発光素子(タンデム型の発光素子)を製造した。
キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを15nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例3)
キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを10nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
キャリア発生層のn型電子輸送層の構成材料が異なるとともに、n型電子輸送層の平均厚さを10nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
本実施例では、第1の発光部の電子輸送層上に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)と、Li2Oとを真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ10nmのn型電子輸送層(キャリア発生層のn型電子輸送層)を形成した。なお、このn型電子輸送層中の(8−キノラリト)アルミニウム(Alq3)と、Li2Oとの含有量は、体積比で98:2となるようにした。
第1の発光部の電子輸送層の平均厚さを5nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例6)
第1の発光部の電子輸送層の平均厚さを15nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
第2の発光部の正孔輸送層の平均厚さを5nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例8)
第2の発光部の正孔輸送層の平均厚さを15nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
第1の発光部の電子輸送層の平均厚さを20nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例10)
第2の発光部の正孔輸送層の平均厚さを20nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
第1の発光部の正孔輸送層の平均厚さを20nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例12)
第1の発光部の正孔輸送層の平均厚さを15nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例13)
第1の発光部の正孔輸送層の平均厚さを50nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
キャリア発生層の電子吸引層の平均厚さを20nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(比較例2)
キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを5nmとし、電子吸引層の平均厚さを20nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(比較例3)
第1の発光部の電子輸送層の平均厚さを30nmとし、キャリア発生層のn型電子輸送層の平均厚さを30nmとし、電子吸引層の平均厚さを30nmとし、第2の発光部の正孔輸送層の平均厚さを70nmとし、第2の発光部の発光層(第2の発光層)の平均厚さを40nmとした以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
以上の各実施例および各比較例の発光素子の構成を表1に示す。
2−1.発光バランス(色バランス)の評価
各実施例および各比較例について、直流電源を用いて発光素子に100mA/cm2の定電流を流し、色度計を用いて光の色度(x,y)(CIE表色系)を測定した。また、このとき、輝度計を用いて輝度(光量)も測定した。
各実施例および各比較例の発光素子に対して、直流電源を用いて10mA/cm2の一定電流を流し、初期状態の駆動電圧[A]を測定した。そして、これら発光素子を100℃の条件で2時間高温保存した後、高温保存後の駆動電圧[B]を、前記と同様の条件で測定した。
以上の各評価の結果を表2に示す。なお、表2において、輝度および駆動電圧については、比較例1を基準として規格化した値を用いて評価した結果を示している。
特に、実施例1〜4、8、11〜13の発光素子は、光量を高いものとしつつ、熱保存後の駆動電圧の上昇を抑えることができた。
Claims (19)
- 陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第1の発光層と、
前記陰極と前記第1の発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第2の発光層と、
前記第1の発光層と前記第2の発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより電子および正孔を発生させるキャリア発生層とを有し、
前記キャリア発生層は、電子輸送性を有するn型電子輸送層と、前記n型電子輸送層と前記第2の発光層との間に設けられ、電子吸引性を有する電子吸引層とを備え、
前記n型電子輸送層の平均厚さは、前記電子吸引層の平均厚さよりも厚く、
前記n型電子輸送層の平均厚さと前記電子吸引層の平均厚さとの合計が25nm以下でり、
前記n型電子輸送層の平均厚さが10nm以上20nm以下であることを特徴とする発光素子。 - 前記電子吸引層の平均厚さが3nm以上20nm以下である請求項1に記載の発光素子。
- 前記第1の発光層と前記n型電子輸送層との間にこれらの両層に接して設けられ、電子輸送性材料を含み、かつ、電子ドナー性材料を実質的に含まずに構成された電子輸送層を有する請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記電子輸送層の平均厚さは、8nm以上15nm以下である請求項3に記載の発光素子。
- 前記電子吸引層と前記第2の発光層との間にこれらの両層に接して設けられ、正孔輸送性材料を含んで構成された正孔輸送層を有する請求項1ないし4のいずれかに記載の発光素子。
- 前記正孔輸送層の平均厚さは、8nm以上15nm以下である請求項5に記載の発光素子。
- 前記n型電子輸送層は、電子輸送性材料および電子ドナー性材料を含む混合材料で構成されている請求項1ないし6のいずれかに記載の発光素子。
- 前記n型電子輸送層に含まれる前記電子輸送性材料は、金属錯体を含む請求項7に記載の発光素子。
- 前記金属錯体は、Al金属錯体である請求項8に記載の発光素子。
- 前記n型電子輸送層に含まれる前記電子ドナー性材料は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物のうちの1種または2種以上を組み合わせたものを含む請求項7ないし9のいずれかに記載の発光素子。
- 前記n型電子輸送層に含まれる前記電子ドナー性材料は、アルカリ金属化合物を含む請求項10に記載の発光素子。
- 前記アルカリ金属化合物は、Li2Oである請求項11に記載の発光素子。
- 前記電子吸引層は、芳香環を有する有機シアン化合物を含んで構成されている請求項1ないし12のいずれかに記載の発光素子。
- 前記有機シアン化合物は、ヘキサアザトリフェニレン誘導体である請求項13に記載の発光素子。
- 前記第1の発光層と前記陽極との間に前記第1の発光層に接して設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する第3の発光層を有する請求項1ないし14のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第3の発光層の発光のピーク波長は、前記第1の発光層および前記第2の発光層の発光のピーク波長よりも長い請求項15に記載の発光素子。
- 請求項1ないし16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発光装置。
- 請求項17に記載の発光装置を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項17に記載の発光装置を備えることを特徴とする電子機器。
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