JP6545934B2 - 発光素子、照明装置、発光装置、及び電子機器 - Google Patents

発光素子、照明装置、発光装置、及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、発光素子、照明装置、発光装置、及び電子機器に関する。特に、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence、以下ELとも記す)現象を利用した発光素子、照明装置、発光装置、及び電子機器に関する。
EL現象を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。このような発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に、発光性の有機化合物を含む層(以下、EL層とも記す)を挟んだものである。EL現象を利用した発光素子は、薄型軽量化できる、入力信号に高速に応答できる、直流低電圧駆動が可能である、などの特性から、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、該発光素子を用いたディスプレイは、コントラストや画質に優れ、視野角が広いという特徴も有している。さらに、該発光素子は面光源であるため、液晶ディスプレイのバックライトや照明等の光源としての応用も考えられている。
発光物質に有機化合物を用い、一対の電極間に該有機化合物を含む層を設けた発光素子の場合、該素子に電圧を印加することにより、陰極から電子が、陽極から正孔(ホール)がそれぞれ該有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、注入した電子及び正孔が該有機化合物を励起状態に至らしめ、励起された該有機化合物から発光が得られる。
有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態(S)からの発光が蛍光、三重項励起状態(T)からの発光が燐光と呼ばれている。ここで、蛍光を発する化合物(以下、蛍光性化合物とも記す)は室温において、通常、燐光は観測されず蛍光のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率(注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合)の理論的限界は、上記の一重項励起状態と三重項励起状態の比率を根拠に25%とされている。
一方、燐光を発する化合物(以下、燐光性化合物とも記す)を用いれば、理論上、内部量子効率は100%にまで高めることが可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて高い発光効率を得ることが可能になる。このような理由から、発光効率の高い発光素子を実現するために、燐光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている。
特に、燐光性化合物としては、その燐光量子収率の高さゆえに、イリジウム等を中心金属とする有機金属錯体が注目されており、例えば、特許文献1には、イリジウムを中心金属とする有機金属錯体が燐光材料として開示されている。
国際公開第00/70655号パンフレット
燐光性化合物を用いた発光素子であっても、発光効率、信頼性、コスト等の面で未だ改善の余地が残されており、素子構造の改良や物質開発等が行われている。
そこで、本発明の一態様は、発光効率の高い発光素子を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、寿命が長い発光素子を提供することを目的の一とする。
または、本発明の一態様は、上述の発光素子を用いることにより、消費電力の低い発光装置、電子機器、もしくは照明装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、上述の発光素子を用いることにより、信頼性の高い発光装置、電子機器、もしくは照明装置を提供することを目的の一とする。
なお、本発明の一態様は、上記の課題の全てを解決する必要はないものとする。
本発明の一態様は、陽極と、陽極上の、正孔輸送性化合物及び化合物を含む正孔輸送層と、正孔輸送層上の、ホスト材料及びゲスト材料を含む発光層と、発光層上の陰極と、を有し、該化合物は、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料であり、該ホスト材料は、電子輸送性化合物であり、該ゲスト材料は、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料であり、該化合物は、該ゲスト材料よりも発光のピークが短波長側にあり、該ゲスト材料のみが発光する発光素子である。
または、本発明の一態様は、陽極と、陽極上の、正孔輸送性化合物及び化合物を含む正孔輸送層と、正孔輸送層上に接する、ホスト材料及びゲスト材料を含む発光層と、発光層上の陰極と、を有し、該化合物は、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料であり、該ホスト材料は、電子輸送性化合物であり、該ゲスト材料は、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料であり、該化合物は、該ゲスト材料よりも発光のピークが短波長側にあり、該ゲスト材料のみが発光する発光素子である。
上記各構成の発光素子において、該正孔輸送性化合物は、電子ブロック性を有することが好ましい。
上記各構成の発光素子において、該電子輸送性化合物は、正孔ブロック性を有することが好ましい。
上記各構成の発光素子において、該電子輸送性化合物と該化合物は、励起錯体を形成する組み合わせであることが好ましい。
上記各構成の発光素子において、該化合物及び該ゲスト材料は、イリジウムを含む有機金属錯体であることが好ましい。
上記各構成の発光素子を有する照明装置や、上記各構成の発光素子と、該発光素子を制御する手段を有する発光装置も本発明の一態様である。また、該発光装置を表示部に有する電子機器も本発明の一態様である。
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた表示装置を含む。また、発光装置にコネクター、例えば異方導電性フィルム、TCP(Tape Carrier Package)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、又は発光装置に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に含むものとする。さらに、照明器具等に用いられる発光装置も含むものとする。
本発明の一態様では、発光効率の高い発光素子を提供できる。または、本発明の一態様は、寿命が長い発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様では、上述の発光素子を用いることにより、消費電力の低い発光装置、電子機器、又は照明装置を提供できる。また、本発明の一態様では、上述の発光素子を用いることにより、信頼性の高い発光装置、電子機器、又は照明装置を提供できる。
本発明の一態様の発光素子の一例を示す図。 本発明の一態様の発光装置の一例を示す図。 本発明の一態様の発光装置の一例を示す図。 本発明の一態様の電子機器の一例を示す図。 本発明の一態様の照明装置の一例を示す図。 実施例の発光素子を示す図。 実施例1の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例1の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例1の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例1の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例1の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例2の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例2の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例2の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例2の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例3の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例3の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例3の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例3の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例4の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例4の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例4の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例4の発光素子の発光スペクトルを示す図。
実施の形態について、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。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について図1を用いて説明する。
本発明の一態様の発光素子は、陽極と、陽極上の、正孔輸送性化合物及び化合物を含む正孔輸送層と、正孔輸送層上の、ホスト材料(電子輸送性化合物)及びゲスト材料を含む発光層と、発光層上の陰極と、を有する。該化合物は、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料であり、ゲスト材料よりも発光のピークが短波長側にある。該発光素子からはゲスト材料の発光のみが取り出される。該発光素子において、正孔輸送層と発光層とが接する構成も本発明の一態様である。
なお、本明細書中において、熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)を示す物質を、熱活性化遅延蛍光材料と記す。ここで、遅延蛍光とは、通常の蛍光と同じスペクトルをもちながら、寿命が著しく長い発光をいう。その寿命は、10−6秒以上、好ましくは10−3秒以上である。
ここで、発光層のホスト材料として電子輸送性化合物を用い、正孔輸送層が正孔輸送性化合物のみからなる層である発光素子の場合、正孔輸送層と発光層の界面近傍でキャリア(電子及び正孔)の再結合が起こりやすく、発光層のゲスト材料だけでなく、正孔輸送性化合物が励起されることがある。これは、正孔輸送性化合物の電子ブロック性や電子輸送性化合物の正孔ブロック性が高いほど顕著になる。このとき、正孔輸送性化合物が蛍光性化合物であると、正孔輸送性化合物の一重項励起状態の励起子のエネルギーと三重項励起状態の励起子のエネルギーの双方を、発光層のゲスト材料の励起状態に移動させることは困難である。したがって、このような発光素子では、生成された励起子のエネルギーの一部しか、発光層のゲスト材料の発光に利用できないため、発光層のゲスト材料の発光が得にくく、発光素子の発光効率は低い。
一方、本発明の一態様の発光素子では、正孔輸送層に正孔輸送性化合物だけでなく、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料を有する。このとき、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料には、発光層のゲスト材料に比べて、発光のピークが短波長側にある化合物を用いる。
該化合物と該ゲスト材料の発光のピークは、例えば、同じ溶液中でのそれぞれのフォトルミネッセンス測定における発光スペクトルを用いて比較することができる。例えば、該化合物のトルエン溶媒中での発光スペクトルと、該ゲスト材料のトルエン溶媒中での発光スペクトルと、を用いて、発光のピークを比較すればよい。
または、該化合物とホスト材料とを発光層に有する発光素子の発光スペクトルと、該ゲスト材料と該ホスト材料とを発光層に有する発光素子の発光スペクトルと、を用いてもよい。このとき、2つの発光素子は、発光層以外の構成は同様であることが好ましい。または、本発明の一態様の発光素子における正孔輸送性化合物及び化合物を発光層に用いた発光素子の発光スペクトルと、本発明の一態様の発光素子におけるホスト材料及びゲスト材料を発光層に用いた発光素子の発光スペクトルと、を用いてもよい。このとき、2つの発光素子は、発光層以外の構成は同様であることが好ましい。
まず、正孔輸送層に正孔輸送性化合物及び燐光性化合物を有する場合について説明する。正孔輸送層と発光層の界面近傍、もしくは正孔輸送層にてキャリアの再結合が起こり、正孔輸送層中の燐光性化合物が励起されると、燐光性化合物で生じた一重項励起状態は、項間交差により三重項励起状態に変換される。すなわち、正孔輸送層における励起子は基本的に三重項励起状態に集約される。この三重項励起状態の励起子のエネルギーは、双極子−双極子相互作用(フェルスター機構)を利用したエネルギー移動によって、発光層のゲスト材料の励起状態に移動することができる。これは、燐光性化合物が発光性である(燐光量子収率が高いほど好ましい)ことと、ゲスト材料が一重項基底状態から一重項励起状態もしくは三重項励起状態への電子遷移に相当する直接吸収を有している(一重項励起状態もしくは三重項励起状態の吸収スペクトルが存在する)ことに起因している。これらの条件を満たせば、フェルスター機構による燐光性化合物からゲスト材料への三重項−一重項エネルギー移動もしくは三重項−三重項エネルギー移動が可能となる。つまり、燐光性化合物は、一重項励起状態の励起子のエネルギーと三重項励起状態の励起子のエネルギーの双方を、発光層のゲスト材料の励起状態に移動させることができる。これにより、正孔輸送層と発光層の界面近傍、もしくは正孔輸送層にて生成した励起子のエネルギーをゲスト材料の発光に利用することができる。
次に、正孔輸送層に正孔輸送性化合物及び熱活性化遅延蛍光材料を有する場合について説明する。正孔輸送層と発光層の界面近傍、もしくは正孔輸送層にてキャリアの再結合が起こり、正孔輸送層中の熱活性化遅延蛍光材料が励起されると、熱活性化遅延蛍光材料で生じた三重項励起状態は、逆項間交差により一重項励起状態に変換される。すなわち、正孔輸送層における励起子は基本的に一重項励起状態に集約される。この一重項励起状態の励起子のエネルギーは、フェルスター機構を利用したエネルギー移動によって、発光層のゲスト材料の励起状態に移動することができる。これは、熱活性化遅延蛍光材料が発光性である(蛍光量子収率が高いほど好ましい)ことと、ゲスト材料が一重項基底状態から一重項励起状態もしくは三重項励起状態への電子遷移に相当する直接吸収を有している(一重項励起状態もしくは三重項励起状態の吸収スペクトルが存在する)ことに起因している。これらの条件を満たせば、フェルスター機構による熱活性化遅延蛍光材料からゲスト材料への一重項−一重項エネルギー移動もしくは一重項−三重項エネルギー移動が可能となる。つまり、熱活性化遅延蛍光材料は、一重項励起状態の励起子のエネルギーと三重項励起状態の励起子のエネルギーの双方を、発光層のゲスト材料の励起状態に移動させることができる。これにより、正孔輸送層と発光層の界面近傍、もしくは正孔輸送層にて生成した励起子のエネルギーをゲスト材料の発光に利用することができる。
以上のように、本発明の一態様の発光素子では、発光層にて生成された励起子のエネルギーだけでなく、正孔輸送層と発光層の界面近傍や正孔輸送層にて生成された励起子のエネルギーをもゲスト材料の発光に利用することができる。つまり、正孔輸送層内におけるキャリアの再結合によって、正孔輸送層が有する燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料が励起されても、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料はほとんど発光せず、発光素子からはゲスト材料の発光のみが取り出される。したがって、本発明の一態様を適用することで、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
特に、正孔輸送性化合物は、電子ブロック性を有することが好ましい。これにより、電子が発光層から正孔輸送層(のより陽極側)に進入することを抑制し、正孔輸送層と発光層の界面近傍でのキャリアの再結合確率を高めることができる。本明細書等において、電子ブロック性を有する正孔輸送性化合物は、陰極側で接する層に含まれる化合物よりもLUMO準位が浅く(高く)、電子注入性及び電子輸送性が極めて低い化合物である。
特に、電子輸送性化合物は、正孔ブロック性を有することが好ましい。これにより、正孔が正孔輸送層から発光層(のより陰極側)に進入することを抑制し、正孔輸送層と発光層の界面近傍でのキャリアの再結合確率を高めることができる。本明細書等において、正孔ブロック性を有する電子輸送性化合物は、陽極側で接する層に含まれる化合物よりもHOMO準位が深く(低く)、正孔注入性及び正孔輸送性が極めて低い化合物である。
特に、電子輸送性化合物と、正孔輸送層が有する燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料とは、励起錯体を形成する組み合わせであっても良い。本発明の一態様の発光素子では、正孔輸送層と発光層の界面近傍におけるキャリアの再結合の際に、電子輸送性化合物と、正孔輸送層が有する燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料と、が励起錯体を形成しても、励起錯体の励起エネルギーがゲスト材料の励起状態に移動することができる。
つまり、電子輸送性化合物と、正孔輸送層が有する燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料と、が励起錯体を形成しても、励起錯体はほとんど発光せず、発光素子からはゲスト材料の発光のみが取り出される。したがって、本発明の一態様の発光素子は、発光効率が高い。
また、本発明の一態様の発光素子において、励起錯体が形成される電圧のしきい値は、該励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギーによって決まる。例えば、励起錯体の発光スペクトルのピークが620nm(2.0eV)であれば、その励起錯体を電気エネルギーで形成するのに必要な電圧のしきい値も2.0V程度である。
ここで、励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギーが高すぎる(波長が短すぎる)と、励起錯体が形成される電圧のしきい値も増大してしまう。この場合、励起錯体からゲスト材料にエネルギー移動してゲスト材料を発光させるために、より大きな電圧を要することになり、余分なエネルギーを消費してしまうため、好ましくない。
この観点から、励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギーが低い(波長が長い)ほど、該電圧のしきい値は小さくなり好ましい。
本発明の一態様には、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、ゲスト材料の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上(すなわち、励起錯体の発光のピークのエネルギーが、ゲスト材料の吸収のピークのエネルギー以下)である発光素子が含まれる。該発光素子は、キャリアの再結合によってゲスト材料が発光を始める電圧の値よりも、キャリアの再結合によって励起錯体が形成される電圧の値の方が小さい。
つまり、発光素子に印加される電圧が、ゲスト材料が発光を始める値未満であっても、キャリアが再結合し励起錯体を形成することで、発光素子に再結合電流が流れ始める。したがって、発光開始電圧の低い発光素子や、駆動電圧の低い(電圧−電流特性の良い)発光素子を実現することができる。
また、これにより、ゲスト材料が発光を始める値に電圧が達した頃には、発光層中に十分な数のキャリアが存在し、ゲスト材料の発光に寄与できるキャリアの再結合が円滑に、かつ数多く行われる。よって、ゲスト材料のしきい値電圧(発光開始電圧)付近において、輝度は急激に高くなる。つまり、電圧−輝度特性の発光開始電圧付近の立ち上がりを急峻にすることができるため、所望の輝度に要する駆動電圧も低くすることができる。また、実用的な輝度を得る場合には、ゲスト材料のしきい値電圧(発光開始電圧)以上の電圧で駆動するため、ゲスト材料の発光が支配的であり、発光素子は高い電流効率を実現することもできる。
ゲスト材料には、蛍光性化合物、燐光性化合物、熱活性化遅延蛍光材料のいずれを用いてもよい。
また、正孔輸送層が有する燐光性化合物やゲスト材料として用いる燐光性化合物としては、イリジウムを含む有機金属錯体が好ましい。イリジウムを含む有機金属錯体は、量子収率が高い、モル吸光係数が大きいなどの利点がある。フェルスター機構によるエネルギー移動は、正孔輸送層が有する燐光性化合物の燐光量子収率が高いほど起こりやすく、例えば、0.1以上が好ましく、0.5以上が特に好ましい。また、フェルスター機構によるエネルギー移動は、ゲスト材料のモル吸光係数が大きいほど起こりやすく、例えば、ゲスト材料の最も長波長側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、2000M−1・cm−1以上が好ましく、5000M−1・cm−1以上が特に好ましい。このような大きなモル吸光係数を有する化合物としては、例えば、ビス(3,5−ジメチル−2−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(mppr−Me)(dpm)])、(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)])、(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)])、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)])、トリス[2−メチル−3−(6−tert−ブチル−4−ピリミジニル−κN3)ピリジル−κC4]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBumpypm)])などが挙げられる。
≪発光素子の構成例≫
図1(A)に示す発光素子は、第1の電極201及び第2の電極205の間にEL層203を有する。本実施の形態では、第1の電極201が陽極として機能し、第2の電極205が陰極として機能する。
第1の電極201と第2の電極205の間に、発光素子のしきい値電圧より高い電圧を印加すると、EL層203に第1の電極201側から正孔が注入され、第2の電極205側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層203において再結合し、EL層203に含まれる発光物質が発光する。
EL層203は、発光物質を含む発光層303と、発光層303及び陽極の間の正孔輸送層302と、を少なくとも有する。
また、EL層中に発光層を複数設け、それぞれの層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、発光層を2つ有する発光素子において、第1の発光層の発光色と第2の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、発光層を3つ以上有する発光素子の場合でも同様である。
また、EL層203は、発光層、正孔輸送層以外の層として、正孔注入性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。EL層203には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。
図1(B)に示す発光素子は、第1の電極201及び第2の電極205の間にEL層203を有し、該EL層203では、正孔注入層301、正孔輸送層302、発光層303、電子輸送層304及び電子注入層305が、第1の電極201側からこの順に積層されている。
図1(C)(D)に示す発光素子のように、第1の電極201及び第2の電極205の間に複数のEL層が積層されていてもよい。この場合、積層されたEL層の間には、中間層207を設けることが好ましい。中間層207は、電荷発生領域を少なくとも有する。
例えば、図1(C)に示す発光素子は、第1のEL層203aと第2のEL層203bとの間に、中間層207を有する。また、図1(D)に示す発光素子は、EL層をn層(nは2以上の自然数)有し、各EL層の間には、中間層207を有する。
EL層203(m)とEL層203(m+1)の間に設けられた中間層207における電子と正孔の挙動について説明する。第1の電極201と第2の電極205の間に、発光素子のしきい値電圧より高い電圧を印加すると、中間層207において正孔と電子が発生し、正孔は第2の電極205側に設けられたEL層203(m+1)へ移動し、電子は第1の電極201側に設けられたEL層203(m)へ移動する。EL層203(m+1)に注入された正孔は、第2の電極205側から注入された電子と再結合し、当該EL層203(m+1)に含まれる発光物質が発光する。また、EL層203(m)に注入された電子は、第1の電極201側から注入された正孔と再結合し、当該EL層203(m)に含まれる発光物質が発光する。よって、中間層207において発生した正孔と電子は、それぞれ異なるEL層において発光に至る。
なお、EL層同士を接して設けることで、両者の間に中間層と同じ構成が形成される場合は、中間層を介さずにEL層同士を接して設けることができる。例えば、EL層の一方の面に電荷発生領域が形成されている場合、その面に接してEL層を設けることができる。
また、それぞれのEL層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、2つのEL層を有する発光素子において、第1のEL層の発光色と第2のEL層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、3つ以上のEL層を有する発光素子の場合でも同様である。
≪発光素子の材料≫
以下に、それぞれの層に用いることができる材料を例示する。なお、各層は、単層構造であっても、二層以上の積層構造であってもよい。
〈陽極〉
陽極として機能する電極は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物等を1種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数の大きい(4.0eV以上)材料を用いることが好ましい。例えば、インジウムスズ酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素もしくは酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、グラフェン、金、白金、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、又は金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。また、銀、銅、アルミニウム、チタン等をナノワイヤ状(もしくは線状、細線状)に形成し、その上に導電性物質(導電性有機材料やグラフェンなど)を、塗布法又は印刷法等によって形成することで電極を形成してもよい。
なお、陽極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金等も用いることができる。
〈陰極〉
陰極として機能する電極は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物などを1種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数が小さい(3.8eV以下)材料を用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第1族又は第2族に属する元素(例えば、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等)、これら元素を含む合金(例えば、Mg−Ag、Al−Li)、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属、これら希土類金属を含む合金、アルミニウム、銀等を用いることができる。
なお、陰極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができる。例えば、ITO、珪素又は酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物等も用いることができる。
電極は、それぞれ、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。また、銀ペースト等を用いる場合には、塗布法やインクジェット法を用いればよい。
発光は、第1の電極201又は第2の電極205のいずれか一方又は両方を通って外部に取り出される。従って、第1の電極201又は第2の電極205のいずれか一方又は両方は、透光性を有する。第1の電極201のみが透光性を有する電極である場合、発光は第1の電極201を通って取り出される。また、第2の電極205のみが透光性を有する電極である場合、発光は第2の電極205を通って取り出される。第1の電極201及び第2の電極205がいずれも透光性を有する電極である場合、発光は第1の電極201及び第2の電極205を通って、両方から取り出される。なお、光を取り出さない側の電極には光を反射する材料を用いることが好ましい。
また、陰極(もしくは上部電極)上に有機膜、透明半導体膜、窒化珪素膜などの絶縁膜、などを設けてもよい。これらの膜はパッシベーション膜としての役割を果たし、発光素子への不純物や水分の侵入を抑制することができる。または、陰極における表面プラズモンによる光エネルギーの損失を低減することができる。
〈発光層〉
上記の通り、本実施の形態の発光素子の発光層は、ホスト材料である電子輸送性化合物と、ゲスト材料と、を含む。ホスト材料は、ゲスト材料を分散する材料である。また、発光層は、ゲスト材料やホスト材料以外の材料をさらに含んでいてもよい。例えば、発光層が、ホスト材料である電子輸送性化合物と、ゲスト材料のほかに、さらに電子輸送性化合物や正孔輸送性化合物等を含んでいてもよい。本明細書中では、発光層に含まれる割合が最も多い化合物を、その発光層におけるホスト材料とする。
発光層において、ゲスト材料をホスト材料に分散させた構成とすることにより、発光層の結晶化を抑制することができる。また、ゲスト材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制し、発光素子の発光効率を高くすることができる。
なお、発光層に正孔輸送性化合物を含まない構成、又は、発光層に正孔輸送性化合物を10wt%以下で含む構成が適用された本発明の一態様の発光素子は、正孔輸送層と発光層の界面近傍や正孔輸送層にて生成された励起子のエネルギーのより多くをゲスト材料の発光に利用でき、発光効率の高い発光素子を得ることができるため好ましい。
なお、ホスト材料(もしくは、発光層に含まれるゲスト材料以外の材料)のT準位(三重項励起エネルギーの準位)は、ゲスト材料のT準位よりも高いことが好ましい。ホスト材料のT準位がゲスト材料のT準位よりも低いと、発光に寄与するゲスト材料の三重項励起エネルギーをホスト材料が消光(クエンチ)してしまい、発光効率の低下を招くためである。
発光層303のゲスト材料として用いることができる燐光性化合物を以下に例示する。
青色の発光を呈する燐光性化合物としては、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)])のような4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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:FIracac)のような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イリジウム錯体が挙げられる。
上述した中でも、4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率が優れるため、特に好ましい。
緑色の発光を呈する燐光性化合物としては、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[4−(2−ノルボルニル)−6−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(endo−,exo−混合物)(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骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(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)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、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。
上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率が際だって優れるため、特に好ましい。
赤色の発光を呈する燐光性化合物としては、(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)])、ビス[4,6−ジ(ナフタレン−1−イル)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(d1npm)(dpm)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(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)])、(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)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、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)のような白金錯体や、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)])、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。
上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率が際だって優れるため、特に好ましい。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、色度の良い赤色発光が得られるため、白色発光素子に適用すると演色性を高めることができる。
また、発光層303のゲスト材料として用いることができる熱活性化遅延蛍光材料を以下に例示する。
熱活性化遅延蛍光材料として、具体的には、フラーレンやその誘導体、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。該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:PtCl(OEP))等が挙げられる。さらに、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)等のπ電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有する複素環化合物を用いることもできる。なお、π電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環とが直接結合した物質は、π電子過剰型複素芳香環のドナー性とπ電子不足型複素芳香環のアクセプター性が共に強くなり、S準位(一重項励起エネルギーの準位)とT準位の差が小さくなるため、特に好ましい。
また、発光層303のゲスト材料として用いることができる蛍光性化合物を以下に例示する。
蛍光性化合物としては、例えば、N,N’−ビス[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6FLPAPrn)、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)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン(略称:TBP)、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)、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)、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)、クマリン30、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)、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)などが挙げられる。
電子輸送性化合物としては、正孔よりも電子の輸送性の高い化合物であればよく、特に、10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する化合物であることが好ましい。
電子輸送性化合物としては、例えば、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型複素芳香族化合物や、キノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール系配位子又はチアゾール系配位子を有する金属錯体などが挙げられる。
具体的には、例えば、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(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(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などの金属錯体、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)、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)、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)、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)などのポリアゾール骨格を有する複素環化合物、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−[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−[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)などのキノキサリン骨格又はジベンゾキノキサリン骨格を有する複素環化合物、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−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mCzP2Pm)、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)などのジアジン骨格(ピリミジン骨格やピラジン骨格)を有する複素環化合物、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:3,5DCzPPy)、1,3,5−トリ[3−(3−ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)、3,3’,5,5’−テトラ[(m−ピリジル)−フェン−3−イル]ビフェニル(略称:BP4mPy)などのピリジン骨格を有する複素環化合物が挙げられる。上述した中でも、キノキサリン骨格又はジベンゾキノキサリン骨格を有する複素環化合物、ジアジン(ピリミジンやピラジン)骨格を有する複素環化合物、ピリジン骨格を有する複素環化合物は、信頼性が良好であり好ましい。特に、ジアジン骨格を有する複素環化合物は、電子輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。
さらに、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)などのキノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、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)、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)等の複素芳香族化合物が挙げられる。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)等の高分子化合物が挙げられる。
〈正孔輸送層〉
上記の通り、本実施の形態の発光素子の正孔輸送層は、正孔輸送性化合物と、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料と、を含む。
正孔輸送層が有する燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料は、例えば、発光層に用いることができる燐光性化合物や熱活性化遅延蛍光材料として例示した物質を適用することができる。ただし、正孔輸送層が有する燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料と発光層が有するゲスト材料とは同一材料ではなく、正孔輸送層には、発光層が有するゲスト材料よりも発光のピークが短波長側にある化合物を用いる。
なお、正孔輸送層では、層全体にわたって、正孔輸送性化合物に燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料が分散されていてもよいし、発光層との界面近傍に、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料が添加されていてもよい。
正孔輸送性化合物としては、電子よりも正孔の輸送性の高い化合物であればよく、特に、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する化合物であることが好ましい。
正孔輸送性化合物としては、例えば、芳香族アミン骨格を有する化合物、カルバゾール骨格を有する化合物、チオフェン骨格を有する化合物、又はフラン骨格を有する化合物等が挙げられ、特に、π電子過剰型複素芳香族化合物が好ましい。また、芳香族アミン骨格を有する化合物やカルバゾール骨格を有する化合物は、信頼性が良好であり、また、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与するため好ましい。
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)、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)、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−(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)、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)、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)、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−(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)、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)、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)、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)、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)、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−(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−(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)、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−(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)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−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:DNTPD)、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)等が挙げられる。
さらに、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又はα−NPD)、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−(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)、4,4’,4’’−トリス(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、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)、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)などの芳香族アミン化合物や、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)、3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)、CzPA、PCzPAなどのカルバゾール誘導体が挙げられる。また、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)等の高分子化合物が挙げられる。
また、4,4’,4’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)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)などのチオフェン骨格を有する化合物や、4,4’,4’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)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)などのフラン骨格を有する化合物が挙げられる。
〈電子輸送層〉
電子輸送層304は、電子輸送性の物質を含む層である。
電子輸送性の物質としては、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であればよく、特に、10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。
電子輸送層304には、例えば、発光層に用いることができる物質として例示した電子輸送性化合物を適用することができる。
〈正孔注入層〉
正孔注入層301は、正孔注入性の物質を含む層である。
正孔注入性の物質としては、例えば、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物等を用いることができる。
また、フタロシアニン(略称:HPc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
また、TDATA、MTDATA、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)、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1等の芳香族アミン化合物を用いることができる。
また、PVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPD等の高分子化合物、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)(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
また、正孔注入層301を、電荷発生領域としてもよい。陽極と接する正孔注入層301が電荷発生領域であると、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を該陽極に用いることができる。電荷発生領域を構成する材料については後述する。
〈電子注入層〉
電子注入層305は、電子注入性の物質を含む層である。
電子注入性の物質としては、例えば、リチウム、セシウム、カルシウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、フッ化エルビウム等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属又はこれらの化合物(酸化物、炭酸塩、ハロゲン化物など)を用いることができる。
また、電子注入層305を、電荷発生領域としてもよい。陰極と接する電子注入層305が電荷発生領域であると、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を該陰極に用いることができる。電荷発生領域を構成する材料については後述する。
〈電荷発生領域〉
正孔注入層、電子注入層、中間層などに用いる電荷発生領域は、正孔輸送性の物質に電子受容体(アクセプター)が添加された構成であっても、電子輸送性の物質に電子供与体(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よい。
正孔輸送性の物質や電子輸送性の物質としては、発光層に用いることができる物質として例示した正孔輸送性化合物や電子輸送性化合物が挙げられる。
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:F4−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物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、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
また、電子供与体としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、又は元素周期表における第13族に属する金属及びその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム、インジウム、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、上述したEL層203及び中間層207を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
本実施の形態における発光素子は、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に作製すればよい。基板上に作製する順番としては、第1の電極201側から順に積層しても、第2の電極205側から順に積層しても良い。発光装置は一基板上に一つの発光素子を形成したものでも良いが、複数の発光素子を形成しても良い。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、素子分割された照明装置やパッシブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、例えば薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、TFTと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、TFTによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、TFTの構造は、特に限定されない。スタガ型のTFTでもよいし逆スタガ型のTFTでもよい。また、TFTに用いる半導体の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体を用いてもよいし、結晶性半導体を用いてもよい。また、TFT基板に形成される駆動用回路についても、N型及びP型のTFTからなるものでもよいし、若しくはN型のTFT又はP型のTFTのいずれか一方からのみなるものであってもよい。
本実施の形態で示した発光素子を用いて、パッシブマトリクス型の発光装置や、トランジスタによって発光素子の駆動が制御されたアクティブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、該発光装置を電子機器又は照明装置等に適用することができる。
以上、本発明の一態様の発光素子は、発光効率が良好である。また、本発明の一態様の発光素子は、寿命が長い。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置について図2及び図3を用いて説明する。本実施の形態の発光装置は、本発明の一態様の発光素子を有する。該発光素子の発光効率は高いため、消費電力の低い発光装置を実現できる。
図2(A)は、本発明の一態様の発光装置を示す平面図であり、図2(B)は、図2(A)を一点鎖線A−Bで切断した断面図である。
本実施の形態の発光装置は、支持基板401、封止基板405及び封止材407に囲まれた空間415内に、発光素子403を有する。発光素子403は、ボトムエミッション構造の発光素子であり、具体的には、支持基板401上に可視光を透過する第1の電極421を有し、第1の電極421上にEL層423を有し、EL層423上に第2の電極425を有する。発光素子403は実施の形態1で示した本発明の一態様が適用された発光素子である。封止基板405は発光素子403側に乾燥剤418を有する。
第1の端子409aは、補助配線417及び第1の電極421と電気的に接続する。第1の電極421上には、補助配線417と重なる領域に、絶縁層419が設けられている。第1の端子409aと第2の電極425は、絶縁層419によって電気的に絶縁されている。第2の端子409bは、第2の電極425と電気的に接続する。なお、本実施の形態では、補助配線417上に第1の電極421が形成されている構成を示すが、第1の電極421上に補助配線417を形成してもよい。
支持基板401と大気との界面に光取り出し構造411aを有することが好ましい。大気と支持基板401の界面に光取り出し構造411aを設けることで、全反射の影響で大気に取り出せない光を低減し、発光装置の光の取り出し効率を向上させることができる。
また、発光素子403と支持基板401との界面に光取り出し構造411bを有することが好ましい。光取り出し構造411bが凹凸を有する場合、光取り出し構造411bと第1の電極421の間に、平坦化層413を設けることが好ましい。これによって、第1の電極421を平坦な膜とすることができ、EL層423における第1の電極421の凹凸に起因するリーク電流の発生を抑制することができる。また、平坦化層413と支持基板401との界面に、光取り出し構造411bを有するため、全反射の影響で大気に取り出せない光を低減し、発光装置の光の取り出し効率を向上させることができる。
平坦化層413は、光取り出し構造411bと接する面よりも、第1の電極421と接する面のほうが平坦である。平坦化層413の材料としては、透光性を有し、高屈折率であるガラス、樹脂等を用いることができる。
図3(A)は、本発明の一態様の発光装置を示す平面図であり、図3(B)は、図3(A)を一点鎖線C−Dで切断した断面図であり、図3(C)は発光部の変形例を示す断面図である。
本実施の形態に係るアクティブマトリクス型の発光装置は、支持基板501上に、発光部551(断面は図3(B)の発光部551a又は図3(C)の発光部551bである)、駆動回路部552(ゲート側駆動回路部)、駆動回路部553(ソース側駆動回路部)及び封止材507を有する。発光部551及び駆動回路部552、553は、支持基板501、封止基板505及び封止材507で形成された空間515に封止されている。
本発明の一態様の発光装置には、塗り分け方式、カラーフィルタ方式、色変換方式のいずれを適用してもよい。図3(B)にはカラーフィルタ方式を適用して作製した場合の発光部551aを示し、図3(C)には塗り分け方式を適用して作製した場合の発光部551bを示す。
発光部551a及び発光部551bは、それぞれ、スイッチング用のトランジスタ541aと、電流制御用のトランジスタ541bと、トランジスタ541bの配線(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された第1の電極521とを含む複数の発光ユニットにより形成されている。
発光部551aが有する発光素子503は、ボトムエミッション構造であり、可視光を透過する第1の電極521と、EL層523と、第2の電極525とで構成されている。また、第1の電極521の端部を覆って隔壁519が形成されている。
発光部551bが有する発光素子504は、トップエミッション構造であり、第1の電極561と、EL層563と、可視光を透過する第2の電極565とで構成されている。また、第1の電極561の端部を覆って隔壁519が形成されている。EL層563において、少なくとも発光素子によって異なる材料からなる層(例えば発光層)は塗り分けられている。
支持基板501上には、駆動回路部552、553に外部からの信号(ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き出し配線517が設けられる。ここでは、外部入力端子としてFPC509(Flexible Printed Circuit)を設ける例を示している。
駆動回路部552、553は、トランジスタを複数有する。図3(B)では、駆動回路部552が有するトランジスタのうち、2つのトランジスタ(トランジスタ542及びトランジスタ543)を示している。
工程数の増加を防ぐため、引き出し配線517は、発光部や駆動回路部に用いる電極や配線と同一の材料、同一の工程で作製することが好ましい。本実施の形態では、引き出し配線517を、発光部551及び駆動回路部552に含まれるトランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一の材料、同一の工程で作製した例を示す。
図3(B)において、封止材507は、引き出し配線517上の第1の絶縁層511と接している。封止材507は金属との密着性が低い場合がある。したがって、封止材507は、引き出し配線517上に設けられた無機絶縁膜と接することが好ましい。このような構成とすることで、封止性及び密着性が高く、信頼性の高い発光装置を実現することができる。無機絶縁膜としては、金属や半導体の酸化物膜、金属や半導体の窒化物膜、金属や半導体の酸窒化物膜が挙げられ、具体的には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜等が挙げられる。
また、第1の絶縁層511は、トランジスタを構成する半導体への不純物の拡散を抑制する効果を奏する。また、第2の絶縁層513は、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化機能を有する絶縁膜を選択することが好適である。
図3(B)に示す封止基板505には、発光素子503(の発光領域)と重なる位置に、着色層であるカラーフィルタ533が設けられており、隔壁519と重なる位置に、ブラックマトリクス531が設けられている。さらに、カラーフィルタ533及びブラックマトリクス531を覆うオーバーコート層535が設けられている。また、図3(C)に示す封止基板505には、乾燥剤506が設けられている。
本発明の一態様の発光装置に用いることができる材料の一例を記す。
[基板]
発光素子からの光を取り出す側の基板には該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイア、有機樹脂などの材料を用いることができる。また、フレキシブルな発光装置の基板には可撓性を有する材料を用いる。
ガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等を用いることができる。
可撓性及び可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、可撓性を有する程度の厚さのガラスや、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)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた発光装置も軽量にすることができる。
また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板の他に、金属材料や合金材料を用いた金属基板等を用いることもできる。金属材料や合金材料は熱伝導性が高く、封止基板全体に熱を容易に伝導できるため、発光装置の局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。
金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、又はアルミニウム合金もしくはステンレス等の金属の合金などを好適に用いることができる。
また、導電性の基板の表面を酸化する、又は表面に絶縁膜を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、又はスパッタリング法などを用いて絶縁膜を形成してもよいし、酸素雰囲気で放置する又は加熱するほか、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよい。
可撓性の基板としては、上記材料を用いた層が、発光装置の表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン層など)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂層など)等と積層されて構成されていてもよい。また、水分等による発光素子の寿命の低下等を抑制するために、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等の透水性の低い絶縁膜を有していてもよい。
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い発光装置とすることができる。
例えば、発光素子に近い側からガラス層、接着層、及び有機樹脂層を積層した基板を用いることができる。当該ガラス層の厚さとしては20μm以上200μm以下、好ましくは25μm以上100μm以下とする。このような厚さのガラス層は、水や酸素に対する高いバリア性と可撓性を同時に実現できる。また、有機樹脂層の厚さとしては、10μm以上200μm以下、好ましくは20μm以上50μm以下とする。このような有機樹脂層をガラス層よりも外側に設けることにより、ガラス層の割れやクラックを抑制し、機械的強度を向上させることができる。このようなガラス材料と有機樹脂の複合材料を基板に適用することにより、極めて信頼性が高いフレキシブルな発光装置とすることができる。
[絶縁膜]
支持基板と発光素子の間や支持基板とトランジスタの間に、絶縁膜を形成してもよい。絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの無機絶縁材料を用いて形成できる。特に、トランジスタや発光素子への水分等の侵入を抑制するため、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等の透水性の低い絶縁膜を用いることが好ましい。同様の目的や材料で、トランジスタや発光素子を覆う絶縁膜を設けてもよい。
[発光素子]
本発明の一態様の発光装置は、実施の形態1に示した発光素子を1以上有する。
[隔壁]
隔壁には、有機樹脂又は無機絶縁材料を用いることができる。有機樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等を用いることができる。無機絶縁材料としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。隔壁の作製が容易となるため、特に感光性の樹脂を用いることが好ましい。
隔壁の形成方法は、特に限定されず、例えば、フォトリソグラフィ法、スパッタ法、蒸着法、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷等)等を用いればよい。
[補助配線]
補助配線は必ずしも設ける必要は無いが、電極の抵抗に起因する電圧降下を抑制できるため、設けることが好ましい。
補助配線の材料は、銅(Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)、ニッケル(Ni)、から選ばれた材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成する。また、補助配線の材料としてアルミニウムを用いることもできる。アルミニウムを用いる場合には、透明酸化物導電材料を直接接して設けると腐食する恐れがある。そのため、腐食が生じないように補助配線を積層構造とし、ITOなどと接しない層にアルミニウムを用いることが好ましい。補助配線の膜厚は、0.1μm以上3μm以下とすることができ、好ましくは、0.1μm以上0.5μm以下である。
補助配線の材料にペースト(銀ペーストなど)を用いると、補助配線を構成する金属が粒状になって凝集する。そのため、補助配線の表面が粗く隙間の多い構成となり、例えば絶縁層419上に補助配線を設けても、EL層が補助配線を完全に覆うことが難しく、上部電極と補助配線との電気的な接続をとることが容易になり好ましい。
[封止材]
発光装置の封止方法は限定されず、例えば、固体封止であっても中空封止であってもよい。例えば、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。発光装置は、窒素やアルゴンなどの不活性な気体で充填されていてもよく、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等の樹脂で充填されていてもよい。また、樹脂内に乾燥剤が含まれていてもよい。
[光取り出し構造]
光取り出し構造としては、半球レンズ、マイクロレンズアレイ、凹凸構造が施されたフィルム、光拡散フィルム等を用いることができる。例えば、基板上に上記レンズやフィルムを、該基板又は該レンズもしくはフィルムと同程度の屈折率を有する接着剤等を用いて接着することで、光取り出し構造を形成することができる。
[トランジスタ]
本発明の一態様の発光装置はトランジスタを有していてもよい。トランジスタの構造は限定されず、トップゲート型のトランジスタを用いてもよいし、逆スタガ型などのボトムゲート型のトランジスタを用いてもよい。また、nチャネル型トランジスタを用いても、pチャネル型トランジスタを用いてもよい。また、トランジスタに用いる材料についても特に限定されない。例えば、シリコンやIn−Ga−Zn系金属酸化物等の酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを適用することができる。
本実施の形態は、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3)
本実施の形態では、本発明の一態様を適用した発光装置を用いた電子機器及び照明装置の一例について、図4及び図5を用いて説明する。
本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の発光装置を有する。また、本実施の形態の照明装置は、発光部(照明部)に本発明の一態様の発光装置を有する。本発明の一態様の発光装置を適用することで、消費電力の低い電子機器や照明装置を実現できる。
発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、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(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器及び照明装置の具体例を図4及び図5に示す。
図4(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7102が組み込まれている。表示部7102では、映像を表示することが可能である。本発明の一態様を適用した発光装置は、表示部7102に用いることができる。また、ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。
テレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が有する操作スイッチや、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。リモコン操作機7111が有する操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部7102に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機7111に、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置7100は、受信機やモデムなどを有する構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図4(B)は、コンピュータの一例を示している。コンピュータ7200は、本体7201、筐体7202、表示部7203、キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様の発光装置をその表示部7203に用いることにより作製される。
図4(C)は、携帯型ゲーム機の一例を示している。携帯型ゲーム機7300は、筐体7301a及び筐体7301bの二つの筐体で構成されており、連結部7302により、開閉可能に連結されている。筐体7301aには表示部7303aが組み込まれ、筐体7301bには表示部7303bが組み込まれている。また、図4(C)に示す携帯型ゲーム機は、スピーカ部7304、記録媒体挿入部7305、操作キー7306、接続端子7307、センサ7308(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、LEDランプ、マイクロフォン等を有している。もちろん、携帯型ゲーム機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部7303a、表示部7303bの両方、又は一方に本発明の一態様の発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図4(C)に示す携帯型ゲーム機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型ゲーム機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図4(C)に示す携帯型ゲーム機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図4(D)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを有している。なお、携帯電話機7400は、本発明の一態様の発光装置を表示部7402に用いることにより作製される。
図4(D)に示す携帯電話機7400は、表示部7402を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
表示部7402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの二つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力を主とする入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。
また、携帯電話機7400内部に、ジャイロセンサ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機7400の向き(縦か横か)を判断して、表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、又は筐体7401の操作ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7402に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図4(E)は、二つ折り可能なタブレット型端末(開いた状態)の一例を示している。タブレット型端末7500は、筐体7501a、筐体7501b、表示部7502a、表示部7502bを有する。筐体7501aと筐体7501bは、軸部7503により接続されており、該軸部7503を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体7501aは、電源7504、操作キー7505、スピーカ7506等を有している。なお、タブレット型端末7500は、本発明の一態様の発光装置を表示部7502a、表示部7502bの両方、又は一方に用いることにより作製される。
表示部7502aや表示部7502bは、少なくとも一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーに触れることでデータ入力をすることができる。例えば、表示部7502aの全面にキーボードボタンを表示させてタッチパネルとし、表示部7502bを表示画面として用いることができる。
図5(A)に示す室内の照明装置7601、ロール型の照明装置7602、卓上照明装置7603、及び面状照明装置7604は、それぞれ本発明の一態様の発光装置を用いた照明装置の一例である。本発明の一態様の発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、厚みが薄いため、壁に取り付けて使用することができる。
図5(B)に示す卓上照明装置は、照明部7701、支柱7703、支持台7705等を有する。照明部7701には、本発明の一態様の発光装置が用いられている。本発明の一態様では、発光部が曲面を有する照明装置、又はフレキシブルに曲がる照明部を有する照明装置を実現することができる。このように、フレキシブルな発光装置を照明装置に用いることで、照明装置のデザインの自由度が向上するのみでなく、例えば、自動車の天井、ダッシュボード等の曲面を有する場所にも照明装置を設置することが可能となる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図6を用いて説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
以下に、本実施例の発光素子1、発光素子2、比較発光素子3、及び比較発光素子4の作製方法を示す。
(発光素子1)
ガラス基板1100上に、珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)膜をスパッタリング法にて成膜することで、陽極として機能する第1の電極1101を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、ガラス基板1100上に発光素子を形成するための前処理として、ガラス基板1100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ガラス基板1100を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、ガラス基板1100を30分程度放冷した。
次に、第1の電極1101が形成された面が下方となるように、第1の電極1101が形成されたガラス基板1100を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極1101上に、4,4’,4’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P−II)と酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層1111を形成した。その膜厚は、40nmとし、DBT3P−IIと酸化モリブデンの比率は、重量比で2:1(=DBT3P−II:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で、複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、正孔注入層1111上に、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)及びトリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])を共蒸着することで、正孔輸送層1112を形成した。その膜厚は、20nmとし、BPAFLPと[Ir(ppy)]の比率は、重量比で1:0.02(=BPAFLP:[Ir(ppy)])となるように調節した。
次に、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)及び(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)])を共蒸着し、正孔輸送層1112上に発光層1113を形成した。ここで、2mDBTBPDBq−II及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTBPDBq−II:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調節した。また、発光層1113の膜厚は40nmとした。
次に、発光層1113上に、2mDBTBPDBq−IIを膜厚15nmとなるように成膜し、さらに、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を膜厚10nmとなるように成膜することで、電子輸送層1114を形成した。
その後、電子輸送層1114上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層1115を形成した。
最後に、陰極として機能する第2の電極1103として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子1を作製した。
なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
(発光素子2)
発光素子2の正孔輸送層1112は、BPAFLP及びトリス[3−(6−tert−ブチル−4−ピリミジニル−κN3)−9−フェニル−9H−カルバゾール−2−イル−κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBupczpm)])を共蒸着することで形成した。ここで、BPAFLP及び[Ir(tBupczpm)]の重量比は、1:0.02(=BPAFLP:[Ir(tBupczpm)])となるように調節した。また、正孔輸送層1112の膜厚は20nmとした。正孔輸送層1112以外は発光素子1と同様に作製した。
(比較発光素子3)
比較発光素子3の正孔輸送層1112は、BPAFLPを膜厚20nmとなるように成膜することで形成した。正孔輸送層1112以外は発光素子1と同様に作製した。
(比較発光素子4)
比較発光素子4の正孔輸送層1112は、BPAFLP及び[Ir(tBuppm)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここで、BPAFLP及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比は、1:0.02(=BPAFLP:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調節した。また、正孔輸送層1112の膜厚は20nmとした。正孔輸送層1112以外は発光素子1と同様に作製した。
以上により得られた本実施例の発光素子の素子構造を表1に示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてそれぞれ封止した。その後、これら発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
本実施例の発光素子の電流密度−輝度特性を図7に示す。図7において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、電圧−電流特性を図8に示す。図8において、横軸は電圧(V)を、縦軸は電流(mA)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図9に示す。図9において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は外部量子効率(%)を表す。また、本実施例の発光素子に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを図10に示す。図10において、横軸は波長(nm)を、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、本実施例の発光素子の輝度1000cd/m付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表2に示す。
輝度1000cd/m付近のとき、発光素子1のCIE色度座標は(x,y)=(0.39,0.59)であり、発光素子2のCIE色度座標は(x,y)=(0.39,0.60)であり、比較発光素子3のCIE色度座標は(x,y)=(0.40,0.59)であり、比較発光素子4のCIE色度座標は(x,y)=(0.40,0.59)であった。この結果から、本実施例の発光素子は、[Ir(tBuppm)(acac)]に由来する緑色発光が得られたことがわかった。
発光素子1及び発光素子2は、比較発光素子3及び比較発光素子4に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高かった。
本実施例の各発光素子は、発光層1113に電子輸送性化合物(2mDBTBPDBq−II)及び燐光性化合物([Ir(tBuppm)(acac)])を有し、正孔輸送層1112に正孔輸送性化合物(BPAFLP)を有する。比較発光素子3は、正孔輸送層1112に燐光性化合物を有さない構成であり、比較発光素子4は、正孔輸送層1112が有する燐光性化合物と発光層1113が有する燐光性化合物が同一である構成である。一方、本発明の一態様が適用された発光素子1及び発光素子2は、正孔輸送層1112に、発光層1113が有する燐光性化合物よりも発光のピークが短波長側にある燐光性化合物を有する。このような構成とすることで、発光効率の高い発光素子を実現できる。
また、図8に示すように、発光素子1及び発光素子2は、比較発光素子3及び比較発光素子4に比べて、発光開始電圧が低かった。
本発明の一態様が適用された発光素子1及び発光素子2では、正孔輸送層1112が有する燐光性化合物と、発光層1113が有する電子輸送性化合物が励起錯体を形成する組み合わせである。特に、該発光素子は、キャリアの再結合によって発光層1113が有する燐光性化合物([Ir(tBuppm)(acac)])が発光を始める電圧の値よりも、キャリアの再結合によって励起錯体が形成される電圧の値の方が小さい。
つまり、発光素子に印加される電圧が、[Ir(tBuppm)(acac)]が発光を始める値未満であっても、キャリアが再結合し励起錯体を形成することで、発光素子に再結合電流が流れ始める。したがって、発光開始電圧が低い発光素子を実現することができる。
また、各発光素子の信頼性を試験した。信頼性試験の結果を図11に示す。図11において、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%)を示し、横軸は素子の駆動時間(h)を示す。信頼性試験は、室温で行い、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で発光素子を駆動した。図11から、発光素子1の160時間後の輝度は初期輝度の86%を保っており、発光素子2の160時間後の輝度は初期輝度の83%を保っていた。一方、比較発光素子3の69時間後の輝度は初期輝度の85%未満であり、比較発光素子4の69時間後の輝度は初期輝度の86%未満であった。この信頼性試験の結果から、発光素子1及び発光素子2は、比較発光素子3及び比較発光素子4に比べて長寿命であることが明らかとなった。
以上、本発明の一態様を適用することで、発光効率が高く、寿命が長い発光素子を実現できることが示された。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図6を用いて説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、既に示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子5及び比較発光素子6の作製方法を示す。
(発光素子5)
発光素子5は、正孔輸送層1112及び発光層1113以外は発光素子1と同様に作製した。
発光素子5の正孔輸送層1112は、BPAFLP及びトリス[2−メチル−3−(6−tert−ブチル−4−ピリミジニル−κN3)ピリジル−κC4]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBumpypm)])を共蒸着することで形成した。ここで、BPAFLP及び[Ir(tBumpypm)]の重量比は、1:0.02(=BPAFLP:[Ir(tBumpypm)])となるように調節した。また、正孔輸送層1112の膜厚は20nmとした。
発光素子5の発光層1113は、2mDBTBPDBq−II及びトリス(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)])を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTBPDBq−II及び[Ir(tBuppm)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTBPDBq−II:[Ir(tBuppm)])となるように調節した。また、発光層1113の膜厚は40nmとした。
(比較発光素子6)
比較発光素子6は、発光層1113以外は比較発光素子3と同様に作製した。そして、比較発光素子6の発光層1113は、発光素子5の発光層1113と同様に作製した。
以上により得られた本実施例の発光素子の素子構造を表3に示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてそれぞれ封止した。その後、これら発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
本実施例の発光素子の電流密度−輝度特性を図12に示す。図12において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、電圧−電流特性を図13に示す。図13において、横軸は電圧(V)を、縦軸は電流(mA)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図14に示す。図14において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は外部量子効率(%)を表す。また、本実施例の発光素子に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを図15に示す。図15において、横軸は波長(nm)を、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、本実施例の発光素子の輝度1000cd/m付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表4に示す。
輝度1000cd/m付近のとき、発光素子5及び比較発光素子6のCIE色度座標は(x,y)=(0.39,0.60)であった。この結果から、本実施例の発光素子は、[Ir(tBuppm)]に由来する緑色発光が得られたことがわかった。
発光素子5は、比較発光素子6に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高かった。
本実施例の各発光素子は、発光層1113に電子輸送性化合物(2mDBTBPDBq−II)及び燐光性化合物([Ir(tBuppm)])を有し、正孔輸送層1112に正孔輸送性化合物(BPAFLP)を有する。比較発光素子6は、正孔輸送層1112に燐光性化合物を有さない構成である。一方、本発明の一態様が適用された発光素子5は、正孔輸送層1112に、発光層1113が有する燐光性化合物よりも発光のピークが短波長側にある燐光性化合物を有する。このような構成とすることで、発光効率の高い発光素子を実現できる。
以上、本発明の一態様を適用することで、発光効率が高い発光素子を実現できることが示された。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図6を用いて説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、既に示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子7及び比較発光素子8の作製方法を示す。
(発光素子7)
発光素子7は、正孔輸送層1112以外は発光素子5と同様に作製した。
発光素子7の正孔輸送層1112は、9−[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]9H−カルバゾール(略称:mCzFLP)及び[Ir(tBumpypm)]を共蒸着することで形成した。ここで、mCzFLP及び[Ir(tBumpypm)]の重量比は、1:0.02(=mCzFLP:[Ir(tBumpypm)])となるように調節した。また、正孔輸送層1112の膜厚は20nmとした。
(比較発光素子8)
比較発光素子8は、正孔輸送層1112以外は比較発光素子6と同様に作製した。比較発光素子8の正孔輸送層1112は、mCzFLPを膜厚20nmとなるように成膜することで形成した。
以上により得られた本実施例の発光素子の素子構造を表5に示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてそれぞれ封止した。その後、これら発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
本実施例の発光素子の電流密度−輝度特性を図16に示す。図16において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、電圧−電流特性を図17に示す。図17において、横軸は電圧(V)を、縦軸は電流(mA)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図18に示す。図18において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は外部量子効率(%)を表す。また、本実施例の発光素子に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを図19に示す。図19において、横軸は波長(nm)を、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、本実施例の発光素子の輝度1000cd/m付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表6に示す。
輝度1000cd/m付近のとき、発光素子7のCIE色度座標は(x,y)=(0.38,0.60)であり、比較発光素子8のCIE色度座標は(x,y)=(0.39,0.60)であった。この結果から、本実施例の発光素子は、[Ir(tBuppm)]に由来する緑色発光が得られたことがわかった。
発光素子7は、比較発光素子8に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高かった。
本実施例の各発光素子は、発光層1113に電子輸送性化合物(2mDBTBPDBq−II)及び燐光性化合物([Ir(tBuppm)])を有し、正孔輸送層1112に正孔輸送性化合物(mCzFLP)を有する。比較発光素子8は、正孔輸送層1112に燐光性化合物を有さない構成である。一方、本発明の一態様が適用された発光素子7は、正孔輸送層1112に、発光層1113が有する燐光性化合物よりも発光のピークが短波長側にある燐光性化合物を有する。このような構成とすることで、発光効率の高い発光素子を実現できる。
以上、本発明の一態様を適用することで、発光効率が高い発光素子を実現できることが示された。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図6を用いて説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、既に示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子9及び比較発光素子10の作製方法を示す。
(発光素子9)
発光素子9は、発光層1113以外は発光素子1と同様に作製した。
発光素子9の発光層1113は、2mDBTBPDBq−II及び(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)])を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTBPDBq−II及び[Ir(dppm)(acac)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTBPDBq−II:[Ir(dppm)(acac)])となるように調節した。また、発光層1113の膜厚は40nmとした。
(比較発光素子10)
比較発光素子10は、発光層1113以外は比較発光素子3と同様に作製した。比較発光素子10の発光層1113は、発光素子9の発光層1113と同様に作製した。
以上により得られた本実施例の発光素子の素子構造を表7に示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてそれぞれ封止した。その後、これら発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
本実施例の発光素子の電流密度−輝度特性を図20に示す。図20において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、電圧−電流特性を図21に示す。図21において、横軸は電圧(V)を、縦軸は電流(mA)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図22に示す。図22において、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は外部量子効率(%)を表す。また、本実施例の発光素子に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを図23に示す。図23において、横軸は波長(nm)を、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、本実施例の発光素子の輝度1000cd/m付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表8に示す。
輝度1000cd/m付近のとき、発光素子9のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.46)であり、比較発光素子10のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.45)であった。この結果から、本実施例の発光素子は、[Ir(dppm)(acac)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
発光素子9は、比較発光素子10に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高かった。
本実施例の各発光素子は、発光層1113に電子輸送性化合物(2mDBTBPDBq−II)及び燐光性化合物([Ir(dppm)(acac)])を有し、正孔輸送層1112に正孔輸送性化合物(BPAFLP)を有する。比較発光素子10は、正孔輸送層1112に燐光性化合物を有さない構成である。一方、本発明の一態様が適用された発光素子9は、正孔輸送層1112に、発光層1113が有する燐光性化合物よりも発光のピークが短波長側にある燐光性化合物を有する。このような構成とすることで、発光効率の高い発光素子を実現できる。
また、発光素子9は、比較発光素子10に比べて、発光開始電圧が低かった。
本発明の一態様が適用された発光素子9では、正孔輸送層1112が有する燐光性化合物と、発光層1113が有する電子輸送性化合物が励起錯体を形成する組み合わせである。特に、該発光素子は、キャリアの再結合によって発光層1113が有する燐光性化合物([Ir(dppm)(acac)])が発光を始める電圧の値よりも、キャリアの再結合によって励起錯体が形成される電圧の値の方が小さい。
つまり、発光素子に印加される電圧が、[Ir(dppm)(acac)]が発光を始める値未満であっても、キャリアが再結合し励起錯体を形成することで、発光素子に再結合電流が流れ始める。したがって、発光開始電圧が低い発光素子を実現することができる。
以上、本発明の一態様を適用することで、発光効率が高い発光素子を実現できることが示された。
(参考例1)
上記実施例1で用いたトリス[3−(6−tert−ブチル−4−ピリミジニル−κN3)−9−フェニル−9H−カルバゾール−2−イル−κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBupczpm)])の合成方法の一例を示す。
<ステップ1;4−tert−ブチル−6−ヒドロキシピリミジンの合成>
まず、ホルムアミジン酢酸塩7.2g、ナトリウムメトキシド7.5g、メタノール70mLを100mL三口フラスコに入れ、この混合溶液に4,4−ジメチルオキソ吉草酸メチル10gを加え、室温で24時間撹拌した。所定時間経過後、この混合溶液に、水17mLと酢酸7.2mLの混合溶液を加え、室温で撹拌した。この混合物を濃縮し、得られた残渣を水に溶解し、酢酸エチルで抽出した。得られた抽出溶液を飽和食塩水で洗浄し、有機層に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。この固体を酢酸エチルで洗浄し、4−tert−ブチル−6−ヒドロキシピリミジンを得た(白色粉末、収率49%)。ステップ1の合成スキームを下記(a−1)に示す。
<ステップ2;4−tert−ブチル−6−クロロピリミジンの合成>
次に、上記ステップ1で得た4−tert−ブチル−6−ヒドロキシピリミジン4.7g、塩化ホスホリル14mLを50mL三口フラスコに入れ、1.5時間加熱還流した。還流後、減圧下にて塩化ホスホリルを留去した。得られた残渣をジクロロメタンに溶解し、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。得られた有機層に無水硫酸マグネシウムを加え、乾燥させた。この混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮した。得られた残渣を、ヘキサン:酢酸エチル=10:1を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、4−tert−ブチル−6−クロロピリミジンを得た(白色粉末、収率78%)。ステップ2の合成スキームを下記(a−2)に示す。
<ステップ3;4−tert−ブチル−6−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)ピリミジン(略称:HtBupczpm)の合成>
次に、上記ステップ2で得た4−tert−ブチル−6−クロロピリミジン1.00gと9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イルボロン酸3.44g、炭酸ナトリウム1.32g、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(略称:PdCl(PPh)0.050g、水20mL、DMF20mLを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、内部をアルゴン置換した。この反応容器にマイクロ波(2.45GHz 100W)を60分間照射することで加熱した。その後この溶液に水を加え、ジクロロメタンにて有機層を抽出した。得られた有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムにて乾燥した。乾燥した後の溶液をろ過した。この溶液の溶媒を留去した後、得られた残渣を、ヘキサン:酢酸エチル=2:1を展開溶媒とするフラッシュカラムクロマトグラフィーで精製し、HtBupczpmを得た(白色粉末、収率95%)。なお、マイクロ波の照射はマイクロ波合成装置(CEM社製 Discover)を用いた。ステップ3の合成スキームを下記(a−3)に示す。
<ステップ4;ジ−μ−クロロ−テトラキス[3−(6−tert−ブチル−4−ピリミジニル−κN3)−9−フェニル−9H−カルバゾール−2−イル−κC]ジイリジウム(III)(略称:[Ir(tBupczpm)Cl])の合成>
次に、2−エトキシエタノール30mLと水10mL、上記ステップ3で得たHtBupczpm2.10g、塩化イリジウム水和物(IrCl・HO)(Sigma−Aldrich社製)0.80gを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、フラスコ内をアルゴン置換した。その後、マイクロ波(2.45GHz 100W)を1時間照射し、反応させた。溶媒を留去した後、得られた残渣をエタノールで吸引ろ過、洗浄し、[Ir(tBupczpm)Cl]を得た(緑色粉末、収率72%)。また、ステップ4の合成スキームを下記(a−4)に示す。
<ステップ5;[Ir(tBupczpm)]の合成>
さらに、フェノール10g、上記ステップ4で得た[Ir(tBupczpm)Cl] 1.07g、HtBupczpm1.06g、炭酸カリウム0.77gを、還流管を付けた100mL三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した。その後、185℃で9時間加熱し、反応させた。得られた残渣にメタノールを加えて超音波にかけ、吸引ろ過した。得られた固体をジクロロメタンに溶解させ、水、飽和食塩水で洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、乾燥した後の溶液をろ過した。この溶液の溶媒を留去した後、得られた残渣を、ジクロロメタンに溶解させ、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)/アルミナ/セライトでろ過した後、ジクロロメタンとエタノールの混合溶媒にて再結晶することにより、[Ir(tBupczpm)]を黄色粉末として得た(収率74%)。ステップ5の合成スキームを下記(a−5)に示す。
なお、上記ステップ5で得られた黄色粉末の核磁気共鳴分光法(H NMR)による分析結果を下記に示す。このことから、[Ir(tBupczpm)]が得られたことがわかった。
H NMR.δ(CDCl):1.39(s,27H),6.41(t,3H),6.50(s,3H),6.67(t,6H),6.93(d,6H),7.27(t,3H),7.32−7.37(m,6H),7.93(s,3H),8.10(d,3H),8.50(s,3H),8.54(s,3H).
(参考例2)
上記実施例2で用いたトリス[2−メチル−3−(6−tert−ブチル−4−ピリミジニル−κN3)ピリジル−κC4]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBumpypm)])の合成方法の一例を示す。
<ステップ1;4−tert−ブチル−6−ヒドロキシピリミジンの合成>
まず、ホルムアミジン酢酸塩7.2g、ナトリウムメトキシド7.5g、メタノール70mLを100mL三口フラスコに入れ、この混合溶液に4,4−ジメチルオキソ吉草酸メチル10gを加え、室温で24時間撹拌した。所定時間経過後、この混合溶液に、水17mLと酢酸7.2mLの混合溶液を加え、室温で撹拌した。この混合物を濃縮し、得られた残渣を水に溶解し、酢酸エチルで抽出した。得られた抽出溶液を飽和食塩水で洗浄し、有機層に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。この固体を酢酸エチルで洗浄し、4−tert−ブチル−6−ヒドロキシピリミジンを得た(白色固体、収率49%)。ステップ1の合成スキームを下記(b−1)に示す。
<ステップ2;4−tert−ブチル−6−クロロピリミジンの合成>
次に、上記ステップ1で得た4−tert−ブチル−6−ヒドロキシピリミジン4.7g、塩化ホスホリル14mLを50mL三口フラスコに入れ、1.5時間加熱還流した。還流後、減圧下にて塩化ホスホリルを留去した。得られた残渣をジクロロメタンに溶解し、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。得られた有機層に無水硫酸マグネシウムを加え、乾燥させた。この混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して固体を得た。この固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘキサン:酢酸エチル=10:1(v/v)の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して4−tert−ブチル−6−クロロピリミジンを得た(白色固体、収率78%)。ステップ2の合成スキームを下記(b−2)に示す。
<ステップ3;4−(2−メチルピリジン−3−イル)−6−tert−ブチルピリミジン(略称:HtBumpypm)の合成>
次に、上記ステップ2で得た4−tert−ブチル−6−クロロピリミジン2.0g、2−メチルピリジン−3−ボロン酸 ピナコールエステル3.0g、1M酢酸カリウム水溶液17mL、1M炭酸ナトリウム水溶液17mL、アセトニトリル40mLを100mL丸底フラスコにいれ、フラスコ内をアルゴン置換した。この混合物にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.78gを加え、100℃、100Wの条件でマイクロ波を1時間照射し、反応させた。この反応混合物を酢酸エチルで抽出し、飽和食塩水で洗浄した。得られた抽出溶液に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、混合物を自然ろ過してろ液を得た。得られたろ液を酢酸エチルとヘキサンの混合溶媒に溶解し、セライト・アルミナ・セライトを通して、ろ過した。得られたろ液をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘキサン:酢酸エチル=3:2(v/v)の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して油状物を得た。この油状物をヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒に溶解して、さらにセライト・アルミナ・セライトの順に積層したろ過補助剤を通してろ過した。得られたろ液を濃縮してHtBumpypmを得た(淡黄色油状物、収率92%)。ステップ3の合成スキームを下記(b−3)に示す。
<ステップ4;[Ir(tBumpypm)]の合成>
次に、上記ステップ3で得られたHtBumpypm3.31g、トリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III)1.42gを、三方コックを付けた反応容器に入れ、反応容器内をアルゴン置換した。その後、250℃にて50時間半加熱し、反応させた。得られた残渣を酢酸エチル:メタノール=4:1を展開溶媒とするフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製した。フラクションの溶媒を留去し得られた固体を、ジクロロメタンとヘキサンの混合溶媒にて2回再結晶することにより、[Ir(tBumpypm)]を得た(黄褐色粉末、収率22%)。ステップ4の合成スキームを下記(b−4)に示す。
なお、上記ステップ4で得られた黄褐色粉末の核磁気共鳴分光法(H NMR)による分析結果を下記に示す。このことから、[Ir(tBumpypm)]が得られたことがわかった。
H NMR.δ(CDCl):1.41(s,27H),2.94(s,9H),6.64(d,3H),7.70(d,3H),8.12(s,3H),8.24(s,3H).
(参考例3)
上記実施例3で用いた9−[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]9H−カルバゾール(略称:mCzFLP)の合成方法の一例を示す。
9−(3−ブロモフェニル)−9−フェニル−9H−フルオレン4.9g(12.4mmol)、カルバゾール2.1g(12.4mmol)とナトリウム tert−ブトキシド3.6g(37.2mmol)を100mL三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物にキシレン31.0mL、トリ(tert−ブチル)ホスフィンの10%ヘキサン溶液0.2mL、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)48.1mg(0.1mmol)を加え、140℃にして3.5時間攪拌した。攪拌後、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)47.7mg(0.1mmol)とトリ(tert−ブチル)ホスフィンの10%ヘキサン溶液0.6mLを加え1.5時間攪拌した。
攪拌後、酢酸エチルを70mL、トルエンを150mL加えて加熱し、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、セライト、アルミナを通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し得た固体を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒はヘキサン:トルエン=7:3)により精製したところ目的の白色固体を得た。得られた白色固体をトルエンとヘキサンの混合溶媒で再結晶を行い、目的の白色固体を2.7g、収率46%で得た。
得られた白色固体1.5gを、トレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力2.7Pa、アルゴンガスを流量5.0mL/minで流しながら、186℃で固体を加熱した。昇華精製後、目的物の白色固体を1.4g、回収率93%で得た。上記合成法の反応スキームを下記(c−1)に示す。
上記反応スキーム(c−1)で得られた化合物を核磁気共鳴法(H NMR)により測定した。以下に測定データを示す。このことから、mCzFLPが得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,500MHz):δ=7.19−7.49(m,21H),7.77(d,J=7.5Hz,2H),8.10(d,J=7.0Hz,2H).
201 第1の電極
203 EL層
203a EL層
203b EL層
205 第2の電極
207 中間層
301 正孔注入層
302 正孔輸送層
303 発光層
304 電子輸送層
305 電子注入層
401 支持基板
403 発光素子
405 封止基板
407 封止材
409a 第1の端子
409b 第2の端子
411a 光取り出し構造
411b 光取り出し構造
413 平坦化層
415 空間
417 補助配線
418 乾燥剤
419 絶縁層
421 第1の電極
423 EL層
425 第2の電極
501 支持基板
503 発光素子
504 発光素子
505 封止基板
506 乾燥剤
507 封止材
509 FPC
511 絶縁層
513 絶縁層
515 空間
517 配線
519 隔壁
521 第1の電極
523 EL層
525 第2の電極
531 ブラックマトリクス
533 カラーフィルタ
535 オーバーコート層
541a トランジスタ
541b トランジスタ
542 トランジスタ
543 トランジスタ
551 発光部
551a 発光部
551b 発光部
552 駆動回路部
553 駆動回路部
561 第1の電極
563 EL層
565 第2の電極
1100 ガラス基板
1101 第1の電極
1103 第2の電極
1111 正孔注入層
1112 正孔輸送層
1113 発光層
1114 電子輸送層
1115 電子注入層
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7102 表示部
7103 スタンド
7111 リモコン操作機
7200 コンピュータ
7201 本体
7202 筐体
7203 表示部
7204 キーボード
7205 外部接続ポート
7206 ポインティングデバイス
7300 携帯型ゲーム機
7301a 筐体
7301b 筐体
7302 連結部
7303a 表示部
7303b 表示部
7304 スピーカ部
7305 記録媒体挿入部
7306 操作キー
7307 接続端子
7308 センサ
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
7500 タブレット型端末
7501a 筐体
7501b 筐体
7502a 表示部
7502b 表示部
7503 軸部
7504 電源
7505 操作キー
7506 スピーカ
7601 照明装置
7602 照明装置
7603 卓上照明装置
7604 面状照明装置
7701 照明部
7703 支柱
7705 支持台

Claims (8)

  1. 陽極と、
    前記陽極上の正孔注入層と、
    前記正孔注入層上の、正孔輸送性化合物及び化合物を含む正孔輸送層と、
    前記正孔輸送層上に接する、ホスト材料及びゲスト材料を含む発光層と、
    前記発光層上の陰極と、を有し、
    前記化合物は、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料であり、
    前記ホスト材料は、電子輸送性化合物であり、
    前記ゲスト材料は、燐光性化合物又は熱活性化遅延蛍光材料であり、
    前記正孔注入層は、前記化合物を含まず、
    前記化合物は、前記ゲスト材料よりも発光のピークが短波長側にあり、
    前記ゲスト材料のみが発光する発光素子。
  2. 請求項1において、
    前記正孔輸送性化合物は、電子ブロック性を有する発光素子。
  3. 請求項1または2において、
    前記電子輸送性化合物は、正孔ブロック性を有する発光素子。
  4. 請求項1乃至のいずれか一項において、
    前記電子輸送性化合物と前記化合物は、励起錯体を形成する組み合わせである発光素子。
  5. 請求項1乃至のいずれか一項において、
    前記化合物及び前記ゲスト材料は、イリジウムを含む有機金属錯体である発光素子。
  6. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の発光素子を有する照明装置。
  7. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の発光素子と、前記発光素子を制御する手段を有する発光装置。
  8. 請求項に記載の発光装置を表示部に有する電子機器。
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