JP6693053B2 - 発光素子、発光装置、認証装置および電子機器 - Google Patents
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Description
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700nm以上の波長域の光を発光する発光層と、
前記発光層と前記陽極との間に設けられた正孔注入層と、
前記発光層と前記陰極との間に設けられ、前記陰極側に位置する第1電子輸送層と、前記発光層側に位置する第2電子輸送層とを備える電子輸送層とを有し、
前記発光層、前記正孔注入層、前記第1電子輸送層および前記第2電子輸送層に含まれる有機材料は、ガラス転移温度Tgが135℃以上であるか、または、ガラス転移温度を有しないものであり、
前記発光層は、前記有機材料として、ホスト材料を、
前記正孔注入層は、前記有機材料として、正孔注入性材料を、
前記第2電子輸送層は、前記有機材料として、複素環骨格を有しないアントラセン骨格を有するアントラセン系化合物を、それぞれ、含有し、
前記ホスト材料、前記正孔注入性材料および前記アントラセン系化合物のガラス転移温度Tgを、それぞれ、Tg(Host)、Tg(HIL)およびTg(ETL2)としたとき、下記関係式(I)を満足することを特徴とする。
Tg(HIL)>Tg(Host)かつTg(ETL2)>Tg(Host) ・・・ (I)
また、第2電子輸送層は、有機材料として、複素環骨格を有しないアントラセン骨格を有するアントラセン系化合物を含有する。アントラセン骨格を有する化合物は、電子輸送性に優れる化合物である。また、アントラセン系化合物を、複素環骨格を有しないものとすることで、正孔の移動による酸化・還元に対して比較的強いものとなるため、正孔により変質・劣化するのを抑制することができる。
さらに、発光層は、有機材料として、ホスト材料を、正孔注入層は、有機材料として、正孔注入性材料を、第2電子輸送層は、有機材料として、アントラセン系化合物を、それぞれ、含有し、ホスト材料、正孔注入性材料およびアントラセン系化合物のガラス転移温度Tgを、それぞれ、Tg(Host)、Tg(HIL)およびTg(ETL2)としたとき、関係式(I)を満足することにより、発光素子が加熱されることで、発光素子が備える各層の温度がTg(Host)を超えて発光層が優先的に流動性を示したとしても、発光層に隣接する正孔注入層および第2電子輸送層が流動性を示すのが的確に抑制または防止されているため、発光層に含まれる有機材料(特に、発光材料)の拡散を防止することができる。
Tg(HIL)>Tg(ETL2) ・・・ (II)
このような発光装置は、近赤外域での発光が可能である。また、大きな電流で駆動する場合においても、高効率および長寿命な発光素子を備えるので、信頼性に優れる。
このような認証装置は、近赤外光を用いて生体認証を行うことができる。また、大きな電流で駆動する場合においても、高効率および長寿命な発光素子を備えるので、信頼性に優れる。
このような電子機器は、大きな電流で駆動する場合においても、高効率および長寿命な発光素子を備えるので、信頼性に優れる。
(陽極)
陽極3は、正孔注入層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。
一方、陰極8は、後述する電子注入層7を介して電子輸送層6に電子を注入する電極である。この陰極8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。
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(すなわち正孔注入性を有する)ものである。これにより、発光素子1の発光効率を高めることができる。ここで、正孔注入層4は、陽極3から注入された正孔を発光層5まで輸送する機能をも有する(すなわち正孔輸送性を有する)ものである。したがって、正孔注入層4は、正孔輸送性を有することから、正孔輸送層であるということもできる。
発光層5は、前述した陽極3と陰極8との間に通電することにより、発光するものである。
電子輸送層6は、発光層5と電子注入層7との間に設けられ、陰極8から電子注入層7を介して注入された電子を発光層5に輸送する機能を有するものである。
第1電子輸送層6bは、本実施形態では、アントラセン骨格と含窒素複素環骨格とを有する第1アントラセン系化合物を有機材料として含んでおり、第1電子輸送層6bでは、この第1アントラセン系化合物が、ガラス転移温度Tgが135℃以上であるか、または、ガラス転移温度を有しないものとなっている。
第2電子輸送層6aは、本実施形態では、複素環骨格を有しないアントラセン骨格を有する第2アントラセン系化合物を含むものである。換言すれば、第2電子輸送層6aは、アントラセン骨格を分子内に有し、かつ、炭素原子および水素原子で構成されている第2アントラセン系化合物を含むものである。このような第2電子輸送層6aにおいて、この第2アントラセン系化合物が有機材料として含まれ、この第2電子輸送層6aが、ガラス転移温度Tgが135℃以上であるか、または、ガラス転移温度を有しないものとなっている。
[一般式ETL2−B中、R3、R4は、それぞれ、水素原子、アルキル基、置換基を有してもよいアリール基を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。]
電子注入層7は、陰極8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。
封止部材9は、陽極3、積層体14、および陰極8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9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。
Tg(HIL)>Tg(Host)かつTg(ETL2)>Tg(Host) ・・・ (I)
Tg(HIL)>Tg(ETL2) ・・・ (II)
[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。
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のが好ましい。
発光層5は、例えば、真空蒸着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。
電子注入層7の構成材料として無機材料を用いる場合、電子注入層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、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。
陰極8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。
最後に、得られた発光素子1を覆うように封止部材9を被せ、基板2に接合する。
次に、本発明の発光装置の実施形態について説明する。
以上説明したようなディスプレイ装置100は、例えば軍事用途等の近赤外線ディスプレイとして用いることができる。
次に、本発明の認証装置の実施形態を説明する。
図3に示す認証装置1000は、生体F(本実施形態では指先)の生体情報を用いて個人を認証する生体認証装置である。
マイクロレンズアレイ1002は、カバーガラス1001の生体Fが接触または近接する側と反対側に設けられている。このマイクロレンズアレイ1002は、複数のマイクロレンズがマトリクス状に配列して構成されている。
受光素子駆動部1004は、受光素子群1003を駆動する駆動回路である。
このような認証装置1000は、各種の電子機器に組み込むことができる。
図4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。
例えば、本発明の発光素子および発光装置は照明用の光源として用いてもよい。
1.発光材料の製造
(IRD1−2の製造)
5リットルのフラスコに発煙硝酸1500mlを入れ冷却した。そこへ10〜50℃に保つようにして硫酸1500mlを分割添加した。さらにそこへ原料のジブロモベンゾチアジアゾールである化合物(a)を150gを1時間かけて少量ずつ添加した。その際に溶液温度は5℃以下になるように行った。全量添加後、室温(25℃)において20時間反応させた。反応後、氷3kgに反応液を注ぎ、一晩攪拌した。その後、ろ過してメタノール、ヘプタンで洗浄した。
Ar下、5リットルのフラスコに、得られたジブロモ体である化合物(b)30gとトリフェニルアミンのボロン酸体160g、トルエン2500ml、2M炭酸セシウム水溶液(152g/(蒸留水)234ml)を入れ、90℃で一晩反応させた。反応後ろ過、分液、濃縮し、得られた粗体52gをシリカゲルカラム(SiO2 5kg)で分離し、赤紫色固体を得た。
Ar下、1リットルのフラスコに、得られたジニトロ体である化合物(c)6g、還元鉄7g、酢酸600mlを入れ、80℃で4時間反応させて室温まで冷却させた。反応後、反応液をイオン交換水1.5リットルに注ぎ、そこへ酢酸エチル1.5リットルをさらに添加した。添加後、固体が析出していたので、テトラヒドロフラン1リットルと食塩300gを添加し、分液した。水層は1リットルのテトラヒドロフランで再抽出した。濃縮乾燥したものを再度、少量の水、メタノールにて洗浄し、橙色固体を得た。
Ar下、1リットルのフラスコに、得られたジアミン体である化合物(d)4.5g、ベンジル3.7g、溶媒として酢酸300mlを入れ、80℃にて2時間反応させた。反応後、室温まで冷却させ、反応液をイオン交換水1リットルに注ぎ、結晶をろ過、水洗、7gの黒緑色固体を得た。そして、その黒緑色固体をシリカゲルカラム(SiO2 1kg)で精製した。
(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100nmのITO電極(陽極)を形成した。
なお、前記式HIL−1で表わされる化合物のTgは、137℃であった。
なお、前記式ETL2−3で表わされる化合物のTgは、145℃であった。
なお、前記式ETL1−3で表わされる化合物のTgは、135℃であった。
以上の工程により、実施例1の発光素子を製造した。
正孔注入層の形成に用いる正孔注入性材料、第2電子輸送層の形成に用いる第2アントラセン系化合物、および、第1電子輸送層の形成に用いる第1アントラセン系化合物の種類を、表1に示すものを用いたこと以外は、前記実施例1と同様にして、発光素子を製造した。
3−1.基本特性
各実施例および各比較例の発光素子について、それぞれ、一定電流電源(株式会社東陽テクニカ製 KEITHLEY2400)を用いて、発光素子に1.0A/cm2の定電流を流し、そのときの700nm〜1000nmの波長域における発光強度を小型ファイバ光学分光器(オーシャンオプティクス社製 S2000)を用いて測定し、その測定結果に基づいて、発光素子における発光出力(mW/cm2)および極大波長(nm)を求めた。
これらの測定結果を表2に示す。
各実施例および各比較例の発光素子について、それぞれ、恒温槽において所定の温度条件下(110℃〜140℃)で2時間放置した。その後、前記3−1で説明したのと同様の方法を用いて、700nm〜1000nmの波長域における発光強度を測定した。
〇:スペクトル形状の変化が認められず、加熱後の発光が正常である
×:スペクトル形状の変化・シフトが認められ、加熱後の発光に異常がある
その評価結果を表3に示す。
各実施例および比較例1の発光素子について、それぞれ、表3に示すような1.0A/cm2以上の電流密度で通電して10分間駆動させた。その後、前記3−1で説明したのと同様の方法を用いて、700nm〜1000nmの波長域における発光強度を測定した。
〇:スペクトル形状の変化が認められず、加熱後の発光が正常である
×:スペクトル形状の変化・シフトが認められ、加熱後の発光に異常がある
その評価結果を表4に示す。
1A‥‥発光素子
2‥‥基板
3‥‥陽極
4‥‥正孔注入層
5‥‥発光層
6‥‥電子輸送層
6a‥‥第2電子輸送層
6b‥‥第1電子輸送層
7‥‥電子注入層
8‥‥陰極
9‥‥封止部材
13‥‥陰極
14‥‥積層体
20‥‥封止基板
21‥‥基板
22‥‥平坦化層
24‥‥駆動用トランジスタ
27‥‥導電部
31‥‥隔壁
32‥‥反射膜
33‥‥腐食防止膜
34‥‥陰極カバー
35‥‥エポキシ層
100‥‥ディスプレイ装置
100B‥‥光源
241‥‥半導体層
242‥‥ゲート絶縁層
243‥‥ゲート電極
244‥‥ソース電極
245‥‥ドレイン電極
1000‥‥認証装置
1001‥‥カバーガラス
1002‥‥マイクロレンズアレイ
1003‥‥受光素子群
1004‥‥受光素子駆動部
1005‥‥制御部
1006‥‥発光素子駆動部
1100‥‥パーソナルコンピュータ
1102‥‥キーボード
1104‥‥本体部
1106‥‥表示ユニット
F‥‥生体
Claims (8)
- 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700nm以上の波長域の光を発光する発光層と、
前記発光層と前記陽極との間に設けられた正孔注入層と、
前記発光層と前記陰極との間に設けられ、前記陰極側に位置する第1電子輸送層と、前記発光層側に位置する第2電子輸送層とを備える電子輸送層とを有し、
前記発光層、前記正孔注入層、前記第1電子輸送層および前記第2電子輸送層に含まれる有機材料は、ガラス転移温度Tgが135℃以上であるか、または、ガラス転移温度を有しないものであり、
前記発光層は、前記有機材料として、ホスト材料を、
前記正孔注入層は、前記有機材料として、正孔注入性材料を、
前記第2電子輸送層は、前記有機材料として、複素環骨格を有しないアントラセン骨格を有するアントラセン系化合物を、それぞれ、含有し、
前記ホスト材料、前記正孔注入性材料および前記アントラセン系化合物のガラス転移温度Tgを、それぞれ、Tg(Host)、Tg(HIL)およびTg(ETL2)としたとき、下記関係式(I)を満足することを特徴とする発光素子。
Tg(HIL)>Tg(Host)かつTg(ETL2)>Tg(Host) ・・・ (I) - 前記アントラセン系化合物は、ガラス転移温度Tgが145℃以上である請求項1または2に記載の発光素子。
- さらに、Tg(HIL)およびTg(ETL2)は、下記関係式(II)を満足する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の発光素子。
Tg(HIL)>Tg(ETL2) ・・・ (II) - 前記陽極と前記陰極との間に0.5A/cm2以上2.0A/cm2以下の電流密度で通電して用いられる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光素子。
- 請求項1ないし5のいずれか1項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1ないし5のいずれか1項に記載の発光素子を備えることを特徴とする認証装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の発光素子を備えることを特徴とする電子機器。
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