JP6700017B2 - 発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置 - Google Patents
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Description
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乃至図3を用いて以下説明する。
まず、本発明の一態様の発光素子の構成について、図1(A)(B)(C)を用いて、以下説明する。
まず、発光素子150の発光機構について、以下説明を行う。
(α)直接再結合過程
(β)エネルギー移動過程
まず、ゲスト材料132における直接再結合過程を説明する。キャリア(電子または正孔)が、ゲスト材料132において再結合し、ゲスト材料132の励起状態が形成される。このとき、ゲスト材料132の励起状態が一重項励起状態のとき、蛍光発光が得られる。一方で、ゲスト材料132の励起状態が三重項励起状態のとき、熱失活する。
次に、ホスト材料131及びゲスト材料132のエネルギー移動過程を説明するために、図1(C)にエネルギー準位の相関を説明する模式図を示す。なお、図1(C)における表記及び符号は、以下の通りである。
・Host(131):ホスト材料131
・Guest(132):ゲスト材料132(蛍光材料)
・SH:ホスト材料131の最低励起一重項エネルギー準位
・TH:ホスト材料131の最低励起三重項エネルギー準位
・S1G:ゲスト材料132(蛍光材料)の最低励起一重項エネルギー準位
・T1G:ゲスト材料132(蛍光材料)の最低励起三重項エネルギー準位
・T2G:ゲスト材料132(蛍光材料)の第二励起三重項エネルギー準位
フェルスター機構では、エネルギー移動に、分子間の直接的接触を必要とせず、ホスト材料131及びゲスト材料132間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起こる。双極子振動の共鳴現象によってホスト材料131がゲスト材料132にエネルギーを受け渡し、励起状態のホスト材料131が基底状態になり、基底状態のゲスト材料132が励起状態になる。なお、フェルスター機構の速度定数kh*→gを数式(1)に示す。
デクスター機構では、ホスト材料131とゲスト材料132が軌道の重なりを生じる接触有効距離に近づき、励起状態のホスト材料131の電子と、基底状態のゲスト材料132との電子の交換を通じてエネルギー移動が起こる。なお、デクスター機構の速度定数kh*→gを数式(2)に示す。
上述の一般式(G1)及び一般式(G2)のエネルギー移動過程のいずれにおいても、ホスト材料131の一重項励起状態(1H*)からゲスト材料132の一重項励起状態(1G*)へのエネルギー移動であるため、フェルスター機構(数式(1))及びデクスター機構(数式(2))の両方の機構によるエネルギー移動が生じる。
一方、ホスト材料131の三重項励起エネルギーが、逆項間交差によって効率よく一重項励起エネルギーに変換されるためには、ホスト材料131の三重項励起エネルギーが逆項間交差を経ずにゲスト材料132へと移動すること、を抑制することが重要となる。つまり、ホスト材料131の三重項励起エネルギー準位から、ゲスト材料132の三重項励起エネルギー準位への、エネルギー移動過程を抑制することが重要となる。
発光層130において、上記のエネルギー準位を有するゲスト材料132としては、アントラセン、テトラセン、クリセン、ピレン、ペリレン、アクリドン、の中から選ばれる一以上の骨格と、芳香族アミン、アルキル基、アリール基、の中から選ばれる一以上の置換基と、を有する材料が好ましい。また、当該骨格と、当該置換基とが結合することで、最低励起一重項エネルギー準位が安定化し、第二励起三重項エネルギー準位が最低励起一重項エネルギー準位以上となりやすいため好適である。また、同一構造を有する当該2つの置換基と、当該骨格とが結合することで、最低励起一重項エネルギー準位が安定化し、第二励起三重項エネルギー準位が最低励起一重項エネルギー準位以上となりやすいため、好適である。また、当該骨格を有する有機材料は、蛍光量子収率が高いため、発光材料に好適である。また、当該骨格を有する有機材料は、信頼性が良好であるため、発光材料に好適である。
次に、図1(B)(C)に示す構成と異なる構成について、図3(A)(B)を用いて、以下説明する。
(α)直接再結合過程
(β)エネルギー移動過程
発光層130における励起錯体を形成する有機化合物131_1と、有機化合物131_2との組み合わせは、励起錯体を形成することが可能な組み合わせであればとくに限定はないが、一方が正孔輸送性を有する材料であり、他方が電子輸送性を有する材料であることが、より好ましい。この場合、ドナー−アクセプター型の励起状態を形成しやすくなり、効率よく励起錯体を形成することができるようになる。また、正孔輸送性を有する材料と電子輸送性を有する材料との組み合わせによって、有機化合物131_1と有機化合物131_2の組み合わせを構成する場合、その混合比によってキャリアバランスを容易に制御することができる。具体的には正孔輸送性を有する材料:電子輸送性を有する材料=1:9から9:1(重量比)の範囲が好ましい。また、該構成を有することで、容易にキャリアバランスを制御することができることから、再結合領域の制御も簡便に行うことができる。
・Host1(131_1):有機化合物131_1
・Host2(131_2):有機化合物131_2
・Guest(132):ゲスト材料132(蛍光材料)
・SH1:有機化合物131_1の最低励起一重項エネルギー準位
・TH1:有機化合物131_1の最低励起三重項エネルギー準位
・SE:励起錯体の最低励起一重項エネルギー準位
・TE:励起錯体の最低励起三重項エネルギー準位
・S1G:ゲスト材料132(蛍光材料)の最低励起一重項エネルギー準位
・T1G:ゲスト材料132(蛍光材料)の最低励起三重項エネルギー準位
・T2G:ゲスト材料132(蛍光材料)の第二励起三重項エネルギー準位
発光層130において、ホスト材料131が有機化合物131_1及び有機化合物131_2により形成される、すなわちホスト材料が二種の材料から構成される場合、例えば以下の材料を用いることができる。
次に、図1(A)に示す発光素子150のその他の構成の詳細について、以下説明する。
電極101及び電極102は、発光層130へ正孔と電子を注入する機能を有する。電極101及び電極102は、金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物や積層体などを用いて形成することができる。金属としてはアルミニウムが典型例であり、その他、銀、タングステン、クロム、モリブデン、銅、チタンなどの遷移金属、リチウムやセシウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウムなどの第2族金属を用いることができる。遷移金属としてイッテルビウム(Yb)などの希土類金属を用いても良い。合金としては、上記金属を含む合金を使用することができ、例えばMgAg、AlLiなどが挙げられる。導電性化合物としては、酸化インジウム−酸化スズ(Indium Tin Oxide)などの金属酸化物が挙げられる。導電性化合物としてグラフェンなどの無機炭素系材料を用いても良い。上述したように、これらの材料の複数を積層することによって電極101及び電極102の一方または双方を形成しても良い。
正孔注入層111は、電極101からのホール注入障壁を低減することでホール注入を促進する機能を有し、例えば遷移金属酸化物、フタロシアニン誘導体、あるいは芳香族アミンなどによって形成される。遷移金属酸化物としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物などが挙げられる。フタロシアニン誘導体としては、フタロシアニンや金属フタロシアニンなどが挙げられる。芳香族アミンとしてはベンジジン誘導体やフェニレンジアミン誘導体などが挙げられる。ポリチオフェンやポリアニリンなどの高分子化合物を用いることもでき、例えば自己ドープされたポリチオフェンであるポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)などがその代表例である。
正孔輸送層112は正孔輸送性材料を含む層であり、正孔注入層111の材料として例示した材料を使用することができる。正孔輸送層112は正孔注入層111に注入された正孔を発光層130へ輸送する機能を有するため、正孔注入層111の最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orbital、HOMOともいう)と同じ、あるいは近いHOMOを有することが好ましい。
電子輸送層117は、電子注入層118を経て電極102から注入された電子を発光層130へ輸送する機能を有する。電子輸送性材料としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、1×10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。具体的には、キノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体などが挙げられる。また、発光層130で例示した電子輸送性材料を用いることができる。
電子注入層118は電極102からの電子注入障壁を低減することで電子注入を促進する機能を有し、例えば第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩などを用いることができる。また、先に示す電子輸送性材料と、これに対して電子供与性を示す材料の複合材料を用いることもできる。電子供与性を示す材料としては、第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物などを挙げることができる。
また、発光素子150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、電極101側から順に積層しても、電極102側から順に積層しても良い。
本実施の形態においては、実施の形態1に示す構成と異なる構成の発光素子、及び当該発光素子の発光機構について、図4(A)(B)を用いて、以下説明を行う。
図4(A)は、発光素子450の断面模式図である。
発光層420の発光機構としては、図3(A)に示す発光層130と同様の発光機構である。
次に、発光層430の発光機構について、以下説明を行う。
・Host(431_1):ホスト材料(有機化合物431_1)
・Assist(431_2):アシスト材料(有機化合物431_2)
・Guest(432):ゲスト材料432(燐光材料)
・SPH:ホスト材料(有機化合物431_1)の一重項励起状態の最も低い準位
・TPH:ホスト材料(有機化合物431_1)の三重項励起状態の最も低い準位
・TPG:ゲスト材料432(燐光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
・SPE:励起錯体の一重項励起状態の最も低い準位
・TPE:励起錯体の三重項励起状態の最も低い準位
発光層420に用いることのできる材料としては、先の実施の形態1に示す発光層130に用いることのできる材料を援用すればよい。
発光層430中では、有機化合物431_1(ホスト材料)が重量比で最も多く存在し、ゲスト材料432(燐光材料)は、有機化合物431_1(ホスト材料)中に分散される。
本実施の形態においては、実施の形態1、および実施の形態2に示す構成と異なる構成の発光素子について、図5(A)(B)を用いて、以下説明を行う。
図5(A)は、本発明の一態様の発光素子452を説明する断面模式図である。
まず、発光層460の発光機構について、以下説明を行う。
・Host(461):ホスト材料461
・Guest(462):ゲスト材料462(蛍光材料)
・SFH:ホスト材料461の一重項励起状態の最も低い準位
・TFH:ホスト材料461の三重項励起状態の最も低い準位
・SFG:ゲスト材料462(蛍光材料)の一重項励起状態の最も低い準位
・TFG:ゲスト材料462(蛍光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
発光層470の発光機構としては、図3(A)に示す発光層130と同様の発光機構である。
発光層460中では、ホスト材料461が重量比で最も多く存在し、ゲスト材料462(蛍光材料)は、ホスト材料461中に分散される。ホスト材料461の一重項励起エネルギー準位は、ゲスト材料462(蛍光材料)の一重項励起エネルギー準位よりも高く、ホスト材料461の三重項励起エネルギー準位は、ゲスト材料462(蛍光材料)の三重項励起エネルギー準位よりも低いことが好ましい。
発光層470に用いることのできる材料としては、実施の形態1に示す発光層130に用いることのできる材料を援用すればよい。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する表示装置について、図6(A)(B)を用いて説明を行う。
図6(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部802という)と、画素部802の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部804という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路806という)と、端子部807と、を有する。なお、保護回路806は、設けない構成としてもよい。
図6(A)に示す複数の画素回路801は、例えば、図6(B)に示す構成とすることができる。
本実施の形態においては、本発明の一態様の発光素子を有する表示装置、及び該表示装置に入力装置を取り付けた電子機器について、図7乃至図11を用いて説明を行う。
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わせたタッチパネル2000について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセンサを用いる場合について説明する。
次に、図8(A)を用いて、表示装置2501の詳細について説明する。図8(A)は、図7(B)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。
次に、図8(C)を用いて、タッチセンサ2595の詳細について説明する。図8(C)は、図7(B)に示す一点鎖線X3−X4間の断面図に相当する。
次に、図9(A)を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図9(A)は、図7(A)に示す一点鎖線X5−X6間の断面図に相当する。
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図10を用いて説明を行う。
また、図10(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量2603のみを設けるパッシブマトリクス型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有するアクティブマトリクス型のタッチセンサとしてもよい。アクティブマトリクス型のタッチセンサに含まれるセンサ回路の一例を図11に示す。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する表示モジュール及び電子機器について、図12及び図13を用いて説明を行う。
図12に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチセンサ8004、FPC8005に接続された表示装置8006、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有する。
図13(A)乃至図13(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(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)、マイクロフォン9008、等を有することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を適用した照明装置の一例について、図14を用いて説明する。
101 電極
102 電極
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
117 電子輸送層
118 電子注入層
130 発光層
131 ホスト材料
131_1 有機化合物
131_2 有機化合物
132 ゲスト材料
150 発光素子
401 電極
402 電極
411 正孔注入層
412 正孔輸送層
413 電子輸送層
414 電子注入層
415 正孔注入層
416 正孔輸送層
417 電子輸送層
418 電子注入層
420 発光層
421 ホスト材料
421_1 有機化合物
421_2 有機化合物
422 ゲスト材料
430 発光層
431 ホスト材料
431_1 有機化合物
431_2 有機化合物
432 ゲスト材料
441 発光ユニット
442 発光ユニット
445 電荷発生層
446 発光ユニット
447 発光ユニット
450 発光素子
452 発光素子
460 発光層
461 ホスト材料
462 ゲスト材料
470 発光層
471 ホスト材料
471_1 有機化合物
471_2 有機化合物
472 ゲスト材料
801 画素回路
802 画素部
804 駆動回路部
804a 走査線駆動回路
804b 信号線駆動回路
806 保護回路
807 端子部
852 トランジスタ
854 トランジスタ
862 容量素子
872 発光素子
2000 タッチパネル
2001 タッチパネル
2501 表示装置
2502R 画素
2502t トランジスタ
2503c 容量素子
2503g 走査線駆動回路
2503t トランジスタ
2509 FPC
2510 基板
2510a 絶縁層
2510b 可撓性基板
2510c 接着層
2511 配線
2519 端子
2521 絶縁層
2528 隔壁
2550R 発光素子
2560 封止層
2567BM 遮光層
2567p 反射防止層
2567R 着色層
2570 基板
2570a 絶縁層
2570b 可撓性基板
2570c 接着層
2580R 発光モジュール
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 接続層
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2611 トランジスタ
2612 トランジスタ
2613 トランジスタ
2621 電極
2622 電極
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチセンサ
8005 FPC
8006 表示装置
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
8501 照明装置
8502 照明装置
8503 照明装置
8504 照明装置
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 携帯情報端末
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
Claims (9)
- 一対の電極と、前記一対の電極間に設けられたEL層と、を有し、
前記EL層は、ホスト材料と、ゲスト材料と、を有し、
前記ホスト材料は、室温で熱活性化遅延蛍光を呈することができる機能を有し、
前記ゲスト材料は、蛍光を呈することができる機能を有し、
前記ゲスト材料の第二励起三重項エネルギー準位は、前記ホスト材料の最低励起三重項エネルギー準位以上であり、
前記ホスト材料の最低励起三重項エネルギー準位は、前記ゲスト材料の最低励起一重項エネルギー準位以上である発光素子。 - 請求項1において、
前記ゲスト材料の第二励起三重項エネルギー準位は、前記ホスト材料の最低励起一重項エネルギー準位以上である発光素子。 - 請求項1または2において、
前記ホスト材料の熱活性化遅延蛍光の発光エネルギーは、前記ゲスト材料の燐光発光エネルギー以上である発光素子。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記ホスト材料の熱活性化遅延蛍光の発光エネルギーと、前記ゲスト材料の燐光発光エネルギーと、の差が0.5eV以上である発光素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記ホスト材料の熱活性化遅延蛍光の発光エネルギーは、前記ゲスト材料の蛍光発光エネルギー以上である発光素子。 - 請求項1乃至5のいずれか一において、
前記ホスト材料の最低励起一重項エネルギー準位と、前記ホスト材料の最低励起三重項エネルギー準位と、の差が0eVを超えて0.2eV以下である発光素子。 - 請求項1乃至6のいずれか一に記載の発光素子と、カラーフィルタ、シール、またはトランジスタと、を有する表示装置。
- 請求項7に記載の表示装置と、筐体またはタッチセンサと、を有する電子機器。
- 請求項1乃至6のいずれか一に記載の発光素子と、筐体またはタッチセンサと、を有する照明装置。
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