JP7318070B2 - 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。
特許文献1では、燐光発光材料を用いた青色光発光層及びオレンジ色光発光層を有する発
光素子が開示されている。
米国特許出願公開第2005/0074630号明細書
理論的に内部量子効率を100%とすることが可能な燐光性化合物ではあるが、素子構造
や、他の材料との組み合わせの最適化無しでは、高い効率を実現することは難しい。特に
、異なるバンド(発光色)の燐光性化合物を発光物質として複数種用いる発光素子におい
ては、エネルギー移動を考慮するのはもちろんのこと、当該エネルギー移動自体の効率を
最適化せずには高い効率の発光を得ることは困難である。
また、発光色の異なる発光物質を複数種用いた多色発光素子においては、発光効率を高め
るだけでなく、各発光色の発光物質がバランス良く発光することが必要である。高い発光
効率を達成しつつ、各発光物質の発光バランスをも保つのは、容易なことではない。
そこで、本発明の一態様は、複数種の発光物質がバランスよく発光する発光素子を提供す
ることを目的の一とする。また、本発明の一態様は、発光効率が高い発光素子を提供する
ことを目的の一とする。また、本発明の一態様は、信頼性の高い発光素子を提供すること
を目的の一とする。
また、本発明の一態様は、上述の発光素子を用いることにより、消費電力の低減された発
光装置、電子機器、及び照明装置を各々提供することを目的の一とする。また、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、及び
照明装置を各々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、第1の電極と、第1の電極上の、第1の燐光性化合物及び第1のホス
ト材料を含む第1の発光層と、第1の発光層上の、第2の燐光性化合物及び第2のホスト
材料を含む第2の発光層と、第2の発光層上の、第3の燐光性化合物及び第3のホスト材
料を含む第3の発光層と、第3の発光層上の第2の電極と、を有し、第1の燐光性化合物
、第2の燐光性化合物、第3の燐光性化合物のうち、第2の燐光性化合物の発光のピーク
が最も長波長側にあり、第3の燐光性化合物の発光のピークが最も短波長側にあり、第3
のホスト材料の三重項励起エネルギーは、第1のホスト材料及び第2のホスト材料の三重
項励起エネルギーより高い発光素子である。
上記構成において、第1の燐光性化合物は、緑色の発光を呈し、第2の燐光性化合物は、
赤色の発光を呈し、第3の燐光性化合物は、青色の発光を呈することが好ましい。
なお、本明細書中において、緑色の発光を呈する燐光性化合物は、520nm以上600
nm未満に発光のピークを有し、赤色の発光を呈する燐光性化合物は、600nm以上7
50nm以下に発光のピークを有し、青色の発光を呈する燐光性化合物は、440nm以
上520nm未満に発光のピークを有する。
上記各構成において、第1のホスト材料、第2のホスト材料、及び第3のホスト材料が電
子輸送性を有することが好ましい。または、第1のホスト材料、第2のホスト材料、及び
第3のホスト材料が正孔輸送性を有することが好ましい。または、上記各構成において、
第1のホスト材料、第2のホスト材料、及び第3のホスト材料が電子輸送性及び正孔輸送
性を有することが好ましい。
上記各構成において、第1のホスト材料、第2のホスト材料、及び第3のホスト材料が正
孔輸送骨格及び電子輸送骨格を有することが好ましい。各ホスト材料が有する正孔輸送骨
格や電子輸送骨格は、それぞれ異なっていてもよいし、同一であってもよい。
上記各構成において、第1のホスト材料及び第2のホスト材料が同一であることが好まし
い。
上記各構成において、第1の発光層は、さらに第1のキャリア輸送性化合物を含み、第1
のホスト材料又は第1のキャリア輸送性化合物の一方は、正孔輸送性化合物であり、他方
は電子輸送性化合物であることが好ましい。
上記各構成において、第2の発光層は、さらに第2のキャリア輸送性化合物を含み、第2
のホスト材料又は第2のキャリア輸送性化合物の一方は、正孔輸送性化合物であり、他方
は電子輸送性化合物であることが好ましい。
上記各構成において、第3の発光層は、さらに第3のキャリア輸送性化合物を含み、第3
のホスト材料又は第3のキャリア輸送性化合物の一方は、正孔輸送性化合物であり、他方
は電子輸送性化合物であることが好ましい。
上記各構成において、第2の発光層の膜厚は、2nm以上20nm以下、好ましくは5n
m以上10nm以下であることが好ましい。
上記各構成において、第2の発光層は、第1の発光層及び第3の発光層と接することが好
ましい。具体的には、本発明の一態様は、第1の電極と、第1の電極上の、第1の燐光性
化合物及び第1のホスト材料を含む第1の発光層と、第1の発光層上に接する、第2の燐
光性化合物及び第2のホスト材料を含む第2の発光層と、第2の発光層上に接する、第3
の燐光性化合物及び第3のホスト材料を含む第3の発光層と、第3の発光層上の第2の電
極と、を有し、第1の燐光性化合物、第2の燐光性化合物、第3の燐光性化合物のうち、
第2の燐光性化合物の発光のピークが最も長波長側にあり、第3の燐光性化合物の発光の
ピークが最も短波長側にあり、第3のホスト材料の三重項励起エネルギーは、第1のホス
ト材料及び第2のホスト材料の三重項励起エネルギーより高い発光素子である。
上記各構成において、第1のキャリア輸送性化合物と第2のキャリア輸送性化合物は同一
の材料であってもよい。
なお、上記各構成の発光素子を用いた発光装置、照明装置、及び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 P
ackage)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、複数種の発光物質がバランスよく発光する発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様では、発光効率が高い発光素子を提供できる。また、本発明の一態
様では、信頼性の高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、消費電力の低減された
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。 比較例の発光素子の一例を示す図。 発光層のエネルギー移動を説明する図。 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の発光素子の輝度-電流効率特性を示す図。 実施例1の発光素子の電圧-輝度特性を示す図。 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の発光素子の輝度-電流効率特性を示す図。 実施例2の発光素子の電圧-輝度特性を示す図。 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2の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例2の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
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~図3を用いて説明する。
本発明の一態様の主旨は、それぞれ発光のピーク波長が異なる3種類の燐光性化合物を用
い、これら3種類の燐光性化合物の全てを効率良く発光させることにより、多色発光素子
の発光効率の向上や、長寿命化を実現するというものである。
燐光性化合物を用いた多色発光素子を得る一般的な手法としては、何らかのホスト材料中
に、それぞれ発光のピーク波長が異なる複数の燐光性化合物を適当な比率で分散する手法
が挙げられる。しかしながらこのような手法の場合、最も長波長の発光を示す燐光性化合
物が発光しやすくなってしまうため、多色発光を得るための素子構造(特にホスト材料中
の各燐光性化合物の濃度)の設計・制御は非常に困難である。
多色発光素子を得る他の手法として、それぞれ発光のピーク波長が異なる発光素子を直列
に積層する、いわゆるタンデム構造が挙げられる。例えば、青色発光素子と、緑色発光素
子と、赤色発光素子の3つを直列に積層して同時に発光させれば、容易に多色光(この場
合白色光)が得られる。素子構造も、青色、緑色、赤色の各素子をそれぞれ最適化すれば
よいので、その設計・制御は比較的容易である。しかしながら、3つの素子を積層するた
め、層数は増大し、作製は煩雑となる。また、各素子の接続部(いわゆる中間層)での電
気的接触に問題が生じると、駆動電圧の増大、すなわち電力ロスを招いてしまう場合があ
る。
≪比較例の発光素子≫
図2(A)に示す比較例の発光素子300は、第1の電極301と、第1の電極301上
に設けられたEL層303と、EL層303上に設けられた第2の電極305と、を有す
る。第1の電極301及び第2の電極305は、一方が陽極として機能し、他方が陰極と
して機能する。本実施の形態では、第1の電極301が陽極として機能し、第2の電極3
05が陰極として機能する。
第1の電極301と第2の電極305の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加す
ると、EL層303に第1の電極301側から正孔が注入され、第2の電極305側から
電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層303において再結合し、EL層30
3に含まれる発光物質が発光する。
図2(B)に示すように、EL層303は、第1の電極301側から、赤色の発光を呈す
る燐光性化合物311Rd及びホスト材料311Rhを含む赤色発光層311R、緑色の
発光を呈する燐光性化合物311Gd及びホスト材料311Ghを含む緑色発光層311
G、青色の発光を呈する燐光性化合物311Bd及びホスト材料311Bhを含む青色発
光層311Bを有する。各発光層に含まれる燐光性化合物は、それぞれホスト材料に分散
されており、各燐光性化合物は、各ホスト材料によって互いに隔離されている。
この場合、各燐光性化合物間において、電子交換相互作用(いわゆるデクスター機構)に
よるエネルギー移動は抑制される。すなわち、青色の発光を呈する燐光性化合物311B
dが励起された後、その励起エネルギーがデクスター機構により緑色の発光を呈する燐光
性化合物311Gdや赤色の発光を呈する燐光性化合物311Rdへ移動する現象は生じ
にくい。また、緑色の発光を呈する燐光性化合物311Gdが励起された後、その励起エ
ネルギーがデクスター機構により赤色の発光を呈する燐光性化合物311Rdへ移動する
現象も生じにくい。したがって、最も長波長の発光を示す燐光性化合物311Rdが主と
して発光してしまう現象が抑制される。また、発光素子300におけるキャリアの再結合
領域311exは、青色発光層311B内、あるいは青色発光層311Bと緑色発光層3
11Gとの界面近傍とする(すなわち、青色の発光を呈する燐光性化合物311Bdを主
として励起する)。これにより、赤色発光層311Rにて直接励起子が生成することで、
赤色の発光を呈する燐光性化合物311Rdが主として発光することが抑制される。
ただし、青色の発光を呈する燐光性化合物311Bdからのエネルギー移動が完全に抑制
されてしまうと、今度は赤色の発光を呈する燐光性化合物311Rdの発光が得られない
ことになる。そこで、発光素子300では、青色の発光を呈する燐光性化合物311Bd
の励起エネルギーが、部分的に緑色の発光を呈する燐光性化合物311Gdへ移動し、さ
らには、緑色の発光を呈する燐光性化合物311Gdの励起エネルギーが、部分的に赤色
の発光を呈する燐光性化合物311Rdへ移動するような素子設計がされている。このよ
うな隔離された分子間でのエネルギー移動は、双極子-双極子相互作用(フェルスター機
構)を利用することによって可能となる。
ここで、上述の通り、各燐光性化合物は各ホスト材料中に分散されており、各燐光性化合
物は各ホスト材料によって互いに隔離されているため、青色の発光を呈する燐光性化合物
311Bdで生じた励起エネルギーの全てが、フェルスター機構によって緑色の発光を呈
する燐光性化合物311Gd及び赤色の発光を呈する燐光性化合物311Rdにエネルギ
ー移動してしまうことはない。例えば図2(B)における緑色発光層311Gの膜厚を2
0nm以下とすることで、部分的なエネルギー移動が発生し、燐光性化合物311Bd、
燐光性化合物311Gd、燐光性化合物311Rdの全てを発光させることができる。
発光素子300における各燐光性化合物間でのフェルスター機構によるエネルギー移動の
模式図を図3(A)に示す。図3(A)に示すように、まず燐光性化合物311Bdで生
じた一重項励起状態(S)は、項間交差により三重項励起状態(T)に変換される。
すなわち、青色発光層311Bにおける励起子は、基本的にTに集約される。
次に、このTの励起子のエネルギーは、一部はそのまま発光して青色発光に変換される
が、フェルスター機構を利用することにより、一部は燐光性化合物311Gdの三重項励
起状態(T)に移動することができる。これは、燐光性化合物311Bdが発光性であ
る(燐光量子収率φが高い)ことと、燐光性化合物311Gdが一重項基底状態から三重
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(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TからTへの三重項-三重項エネルギー移動が可能となる。また、Tから燐光性
化合物311Rdの一重項励起状態(S)へのエネルギー移動も、寄与は小さいものの
、フェルスター機構の条件を満たせば発生し得る。Sは項間交差により、燐光性化合物
311Rdの三重項励起状態(T)に変換されるため、燐光性化合物311Rdの発光
に寄与する。
なお、燐光性化合物311Gdの一重項励起状態(S)は、燐光性化合物311Bdの
三重項励起状態(T)よりもエネルギーが高い場合が多いため、上述したエネルギー移
動にあまり寄与しない場合が多い。したがってここでは割愛している。
さらに、燐光性化合物311GdのTの励起子のエネルギーは、一部はそのまま発光し
て緑色発光に変換されるが、フェルスター機構を利用することにより、一部は燐光性化合
物311Rdの三重項励起状態(T)に移動することができる。これは、燐光性化合物
311Gdが発光性である(燐光量子収率φが高い)ことと、燐光性化合物311Rdが
一重項基底状態から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(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TからTへの三重項-三重項エネルギー移動が可能となる
。以上で述べたようなエネルギー移動により生成したTは、燐光性化合物311Rdの
赤色発光に変換される。このようにして、燐光性化合物の各々から発光を得ることができ
る。
なお、フェルスター機構におけるエネルギードナー(発光素子300では、燐光性化合物
311Bd及び燐光性化合物311Gd)は発光性である必要があるため、燐光性化合物
311Bd及び燐光性化合物311Gdの燐光量子収率は、それぞれ0.1以上であるこ
とが好ましい。
以上で述べたように、比較例の発光素子300は、各燐光性化合物をホスト材料及び積層
構造を用いて隔離しつつ、最も短波長の発光を示す燐光性化合物を主として励起する素子
構造である。このような素子構造においては、ある程度の距離以内(例えば20nm以内
)であればフェルスター機構を利用したエネルギー移動が一部で生じるため、青色の発光
を呈する燐光性化合物の励起エネルギーが、部分的に緑色の発光を呈する燐光性化合物へ
移動し、さらには、緑色の発光を呈する燐光性化合物の励起エネルギーが、部分的に赤色
の発光を呈する燐光性化合物へ移動し、各燐光性化合物から発光を得ることができる。
しかし、駆動中に青色発光層311Bが劣化すると、励起子のエネルギーの一部が劣化物
によってクエンチ(消光)されてしまう。つまり、図3(A)のQで示す位置に、クエン
チャ(消光剤)のエネルギー準位が生成されると考えられる。図3(A)に示すように、
クエンチャのエネルギーは、燐光性化合物311GdのTの励起子のエネルギーより低
いと考えられる。したがって、燐光性化合物311BdのTの励起子のエネルギーの一
部がクエンチャへ移動すると、その後、クエンチャ上の励起子のエネルギーが燐光性化合
物311GdのT、さらには燐光性化合物311RdのTに移動することは難しい。
つまり、燐光性化合物311GdのT、さらには燐光性化合物311RdのTの生成
が妨げられてしまう。これは、発光素子300の寿命の低下、信頼性の低下の原因の一つ
であると考えられる。
≪本発明の一態様の発光素子≫
一方、本発明の一態様の発光素子では、3つの発光層のうち、最も短波長の発光を呈する
燐光性化合物を含む発光層と、最も長波長の発光を呈する燐光性化合物を含む発光層とが
隣り合うように積層する。また、本発明の一態様の発光素子では、3つの発光層それぞれ
で、キャリアの再結合が行われる。
図1(A)に示す本発明の一態様の発光素子は、第1の電極101と、第1の電極101
上に設けられたEL層103と、EL層103上に設けられた第2の電極105と、を有
する。第1の電極101及び第2の電極105は、一方が陽極として機能し、他方が陰極
として機能する。本実施の形態では、第1の電極101が陽極として機能し、第2の電極
105が陰極として機能する。
第1の電極101と第2の電極105の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加す
ると、EL層103に第1の電極101側から正孔が注入され、第2の電極105側から
電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層103において再結合し、EL層10
3に含まれる発光物質が発光する。
EL層103は、発光層203を少なくとも有する。EL層103は、発光層以外の層と
して、正孔注入性もしくは電子注入性の物質、正孔輸送性もしくは電子輸送性の物質、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103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(A)に示すように、本発明の一態様の発光素子は、発光層203として、第1の電
極101上の第1の発光層203xと、第1の発光層203x上の第2の発光層203y
と、第2の発光層203y上の第3の発光層203zと、を有する。このとき、第1~第
3の各発光層は、タンデム構造とは異なり、互いに接して設けることが好ましい。このよ
うな構成であれば、各色の発光層間のキャリアの再結合分布を調節できるので、最終的に
各色の発光層から均等な発光を得ることができる。
第1の発光層203xは、第1の燐光性化合物及び第1のホスト材料を含む。第2の発光
層203yは、第2の燐光性化合物及び第2のホスト材料を含む。第3の発光層203z
は、第3の燐光性化合物及び第3のホスト材料を含む。ここで、第1の燐光性化合物、第
2の燐光性化合物、第3の燐光性化合物のうち、第2の燐光性化合物の発光のピークが最
も長波長側にあり、第3の燐光性化合物の発光のピークが最も短波長側にある。また、第
3のホスト材料の三重項励起エネルギーは、第1のホスト材料及び第2のホスト材料の三
重項励起エネルギーより高い。
本発明の一態様の発光素子では、第1のホスト材料、第2のホスト材料、及び第3のホス
ト材料が電子輸送性を有する。または、本発明の一態様の発光素子では、第1のホスト材
料、第2のホスト材料、及び第3のホスト材料が正孔輸送性を有する。または、本発明の
一態様の発光素子では、第1のホスト材料、第2のホスト材料、及び第3のホスト材料が
電子輸送性及び正孔輸送性を有する。これらの構成のいずれかが適用された発光素子にお
けるキャリアの再結合領域は、第1の発光層から第3の発光層にかけて広く存在する。し
たがって、各発光層にて、含まれる発光物質が効率良く発光し、高効率な多色発光素子を
得ることができる。
例えば、陽極側に第3の発光層(発光のピークが最も短波長である燐光性化合物を含む発
光層)を有する場合、各発光層のホスト材料は正孔輸送性を有することが好ましい。また
、本実施の形態のように、陰極側に第3の発光層を有する場合、各発光層のホスト材料は
電子輸送性を有することが好ましい。
また、第1のホスト材料、第2のホスト材料、及び第3のホスト材料がそれぞれ正孔輸送
骨格及び電子輸送骨格を有することが好ましい。
正孔輸送骨格としては、芳香族アミン、π電子過剰型複素芳香環等が挙げられる。特に、
π電子過剰型複素芳香環は化学的安定性及び熱的安定性が高いため好ましい。π電子過剰
型複素芳香環としては、ピロール骨格を含む複素芳香環、フラン骨格を含む複素芳香環、
チオフェン骨格を含む複素芳香環等が挙げられる。具体的には、例えば、カルバゾール、
ジベンゾ[c,g]カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン等の骨格が挙げ
られる。
電子輸送骨格としては、π電子不足型複素芳香環が電子輸送性に優れているため好ましい
。π電子不足型複素芳香環としては、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を
含む複素芳香環、ピリミジン骨格を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、ト
リアジン骨格を含む複素芳香環、イミダゾール骨格を含む複素芳香環、オキサゾール骨格
を含む複素芳香環、チアゾール骨格を含む複素芳香環、トリアゾール骨格を含む複素芳香
環等が挙げられる。具体的には、例えば、ピリジン、ピリミジン、キノキサリン、ジベン
ゾ[f,h]キノキサリン、ベンゾイミダゾール等の骨格が挙げられる。
各ホスト材料が有する正孔輸送骨格及び電子輸送骨格は、それぞれ異なっていてもよいし
、同一であってもよい。
ただし、第3のホスト材料の三重項励起エネルギーは、第1のホスト材料及び第2のホス
ト材料の三重項励起エネルギーより高いため、第3のホスト材料が有する正孔輸送骨格や
電子輸送骨格は、第1のホスト材料や第2のホスト材料が有する正孔輸送骨格や電子輸送
骨格と異なることが好ましい。また、第3のホスト材料が有する電子輸送骨格の三重項励
起エネルギーは、第1のホスト材料や第2のホスト材料が有する電子輸送骨格の三重項励
起エネルギーより高いことが好ましい。
一方、第1のホスト材料と第2のホスト材料が有する正孔輸送骨格や電子輸送骨格は、同
一であることが好ましく、特に電子輸送骨格が同一であることが好ましい。第1の発光層
と第2の発光層の双方でキャリアの再結合を引き起こすためには、第1の発光層と第2の
発光層の間のキャリア移動が潤滑である必要があるためである。したがって、第1のホス
ト材料と第2のホスト材料が同一であることがさらに好ましい。
また、本発明の一態様の発光素子において、第1の発光層は、第1のキャリア輸送性化合
物を含んでいてもよい。このとき、第1のホスト材料又は第1のキャリア輸送性化合物の
一方は、正孔輸送性化合物であり、他方は電子輸送性化合物である。特に第1のホスト材
料及び第1のキャリア輸送性化合物が励起錯体を形成する組み合わせであることが好まし
い。
同様に、本発明の一態様の発光素子において、第2の発光層は、第2のキャリア輸送性化
合物を含んでいてもよい。このとき、第2のホスト材料又は第2のキャリア輸送性化合物
の一方は、正孔輸送性化合物であり、他方は電子輸送性化合物である。特に第2のホスト
材料及び第2のキャリア輸送性化合物が励起錯体を形成する組み合わせであることが好ま
しい。
同様に、本発明の一態様の発光素子において、第3の発光層は、第3のキャリア輸送性化
合物を含んでいてもよい。このとき、第3のホスト材料又は第3のキャリア輸送性化合物
の一方は、正孔輸送性化合物であり、他方は電子輸送性化合物である。特に第3のホスト
材料及び第3のキャリア輸送性化合物が励起錯体を形成する組み合わせであることが好ま
しい。
キャリア輸送性化合物を有する発光層の輸送性は、ホスト材料とキャリア輸送性化合物(
すなわち電子輸送性化合物と正孔輸送性化合物)との混合比を変えることによって調整す
ることができる。
発光層203のより詳細な例を図1(B)に示す。図1(B)に示す発光層203は、第
1の電極101側から、緑色の発光を呈する燐光性化合物203Gd及びホスト材料20
3Ghを含む緑色発光層203G、赤色の発光を呈する燐光性化合物203Rd及びホス
ト材料203Rhを含む赤色発光層203R、青色の発光を呈する燐光性化合物203B
d及びホスト材料203Bhを含む青色発光層203Bを有する。各発光層に含まれる燐
光性化合物は、それぞれホスト材料に分散されており、各燐光性化合物は、各ホスト材料
によって互いに隔離されている。
この場合、各燐光性化合物間において、電子交換相互作用(いわゆるデクスター機構)に
よるエネルギー移動は抑制される。すなわち、青色の発光を呈する燐光性化合物203B
dが励起された後、その励起エネルギーがデクスター機構により緑色の発光を呈する燐光
性化合物203Gdや赤色の発光を呈する燐光性化合物203Rdへ移動する現象は生じ
にくい。また、緑色の発光を呈する燐光性化合物203Gdが励起された後、その励起エ
ネルギーがデクスター機構により赤色の発光を呈する燐光性化合物203Rdへ移動する
現象も生じにくい。したがって、最も長波長の発光を示す燐光性化合物203Rdが主と
して発光してしまう現象が抑制される。
図1(B)に示す発光層203の構成が適用された発光素子におけるキャリアの再結合領
域は、青色発光層203Bから緑色発光層203Gにかけて広く存在する。つまり、青色
発光層203B内、赤色発光層203R内、及び緑色発光層203G内に該キャリアの再
結合領域は存在する。
本発明の一態様の発光素子では、発光層203を構成する各層でキャリアの再結合が行わ
れる。ここで、青色の発光を呈する燐光性化合物203Bdで生じた一重項励起状態(S
)は、項間交差により三重項励起状態(T)に変換される。すなわち、青色発光層2
03Bにおける励起子は、基本的にTに集約される。このTの励起子のエネルギーは
、そのまま発光して青色発光に変換される。同様に、赤色の発光を呈する燐光性化合物2
03Rdで生じた一重項励起状態(S)は、項間交差により三重項励起状態(T)に
変換される。すなわち、赤色発光層203Rにおける励起子は、基本的にTに集約され
る。このTの励起子のエネルギーは、そのまま発光して赤色発光に変換される。また、
緑色の発光を呈する燐光性化合物203Gdで生じた一重項励起状態(S)は、項間交
差により三重項励起状態(T)に変換される。すなわち、緑色発光層203Gにおける
励起子は、基本的にTに集約される。このTの励起子のエネルギーは、そのまま発光
して緑色発光に変換される。
このように、発光素子におけるキャリアの再結合領域が、各発光層に含まれるようにする
ことで、各発光層においてキャリアの再結合が行われ、各発光層に含まれる燐光性化合物
の各々から発光を得ることができる。
ここで、本発明の一態様の発光素子では、Tの励起子のエネルギーが、部分的に燐光性
化合物203Rdや燐光性化合物203Gdへ移動するような素子設計がされている。こ
のような隔離された分子間でのエネルギー移動は、双極子-双極子相互作用(フェルスタ
ー機構)を利用することによって可能となる。
ここで、上述の通り、各燐光性化合物は各ホスト材料中に分散されており、各燐光性化合
物は各ホスト材料によって互いに隔離されているため、燐光性化合物203Bdで生じた
励起エネルギーの全てが、フェルスター機構によって燐光性化合物203Rdや燐光性化
合物203Gdにエネルギー移動してしまうことはない。例えば、図1(B)における赤
色発光層203Rの膜厚を2nm以上20nm以下とすることで、部分的なエネルギー移
動が発生し、燐光性化合物203Bd、燐光性化合物203Rd及び燐光性化合物203
Gdを発光させることができる。
本発明の一態様の発光素子における各燐光性化合物間でのフェルスター機構によるエネル
ギー移動の模式図を図3(B)に示す。図3(B)に示すように、まず燐光性化合物20
3Bdで生じた一重項励起状態(S)は、項間交差により三重項励起状態(T)に変
換される。すなわち、青色発光層203Bにおける励起子は、基本的にTに集約される
次に、このTの励起子のエネルギーは、一部はそのまま発光して青色発光に変換される
が、フェルスター機構を利用することにより、一部は燐光性化合物203Gdの三重項励
起状態(T)に移動することができる。これは、燐光性化合物203Bdが発光性であ
る(燐光量子収率φが高い)ことと、燐光性化合物203Gdが一重項基底状態から三重
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(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TからTへの三重項-三重項エネルギー移動が可能となる。また、Tから燐光性
化合物203Gdの三重項励起状態(T)へのエネルギー移動も、寄与は小さいものの
、フェルスター機構の条件を満たせば発生し得る。Tは燐光性化合物203Gdの発光
に寄与する。なお、フェルスター機構におけるエネルギードナー(ここでは燐光性化合物
203Bd)は発光性である必要があるため、燐光性化合物203Bdの燐光量子収率は
、0.1以上であることが好ましい。
本発明の一態様の発光素子においても、駆動中に青色発光層203Bが劣化すると、励起
子のエネルギーの一部が劣化物によってクエンチ(消光)されてしまう。つまり、図3(
B)のQで示す位置に、クエンチャ(消光剤)のエネルギー準位が生成されると考えられ
る。しかし、図3(B)に示すように、クエンチャのエネルギーは、燐光性化合物311
RdのTの励起子のエネルギーよりも高いと考えられるため、燐光性化合物311Bd
のTの励起子のエネルギーの一部がクエンチャへ移動すると、その後、クエンチャ上の
励起子のエネルギーは燐光性化合物311RdのTに移動することができる。したがっ
て、比較例の発光素子300に比べて、本発明の一態様の発光素子では、クエンチャによ
る燐光性化合物311GdのTや燐光性化合物311RdのTの生成の妨げが生じに
くい。したがって、本発明の一態様を適用することで、比較例の発光素子300に比べて
、寿命が長く、信頼性が高い発光素子を実現できる。
つまり、クエンチャが生成される発光層と隣接する発光層が、クエンチャのエネルギーよ
りも三重項励起状態のエネルギーが低い燐光性化合物を含む構成とすることで、クエンチ
ャの生成による発光素子の寿命の低下や信頼性の低下を抑制することができる。
なお、ホスト材料203Rh及びホスト材料203Ghが同一であると、緑色発光層20
3Gにキャリアが到達しやすい、TからTへのエネルギー移動が生じやすい等の利点
があり、好ましい。
以上のように、本発明の一態様の発光素子では、各発光層にてキャリアの再結合が行われ
るため、各発光層に含まれる燐光性化合物の各々から発光を得ることができる。また、フ
ェルスター機構を利用した発光層間のエネルギー移動において、クエンチャによる三重項
励起状態の生成の妨げが抑制されている。したがって、複数の発光物質がバランスよく発
光する発光素子を提供できる。また、発光効率が高い発光素子を提供できる。また、信頼
性の高い発光素子を提供できる。
以下に本発明の一態様の発光素子の別の例を示す。
図1(C)に示す発光素子は、第1の電極101と第1の発光層203xとの間に、第1
の電極101上に設けられた正孔注入層201と、正孔注入層201上に設けられた正孔
輸送層202と、を有する。また、第3の発光層203zと第2の電極105との間に、
第3の発光層203z上に設けられた電子輸送層204と、電子輸送層204上に設けら
れた電子注入層205と、を有する。なお、第1の発光層203x、第2の発光層203
y、及び第3の発光層203zは、図1(B)と同様の構成を適用してもよい。
図1(D)に示す発光素子は、第1の電極101と、第1の電極101上に設けられたE
L層103と、EL層103上に設けられた電荷発生領域107と、電荷発生領域107
上に設けられた第2の電極105と、を有する。EL層103は、図1(A)と同様の構
成である。
図1(E)に示す発光素子のように、第1の電極101及び第2の電極105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、電荷発生領域
107を設けることが好ましい。
図1(E)に示す発光素子は、第1の電極101と、第1の電極101上に設けられたE
L層103aと、EL層103a上に設けられた電荷発生領域107と、電荷発生領域1
07上に設けられたEL層103bと、EL層103b上に設けられた第2の電極105
と、を有する。EL層103a又はEL層103bの少なくとも一方は、図1(A)と同
様の構成である。
EL層103aとEL層103bの間に設けられた電荷発生領域107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101と第2の電極105の間に、発光素子の閾
値電圧より高い電圧を印加すると、電荷発生領域107において正孔と電子が発生し、正
孔は第2の電極105側に設けられたEL層103bへ移動し、電子は第1の電極101
側に設けられたEL層103aへ移動する。EL層103bに注入された正孔は、第2の
電極105側から注入された電子と再結合し、当該EL層103bに含まれる発光物質が
発光する。また、EL層103aに注入された電子は、第1の電極101側から注入され
た正孔と再結合し、当該EL層103aに含まれる発光物質が発光する。よって、電荷発
生領域107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、両者の間に電荷発生領域と同じ構成が形成され
る場合は、電荷発生領域107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。
なお、第1の電極101と第2の電極105との間に設けられる層の構成は、上記のもの
には限定されない。しかし、発光領域と電極やキャリア注入層に用いられる金属とが近接
することによって生じる消光が抑制されるように、第1の電極101及び第2の電極10
5から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成が好ましい。
また、発光層203に接する正孔輸送層や電子輸送層は、発光層で生成した励起子からの
エネルギー移動を抑制するため、その三重項励起エネルギーが発光層を構成する物質が有
する三重項励起エネルギーより高い物質で構成することが好ましい。
≪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、発光層以外の各層は
、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 O
xide)、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101又は第2の電極105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101又は第2の電極105のいずれか一方又は両方
は、透光性を有する。第1の電極101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101を通って取り出される。また、第2の電極105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105を通って取り出される。第1の電極101及び第
2の電極105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101及び
第2の電極105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は、3種類の発光層を有し、各発光層は、燐光性化
合物とホスト材料を含む。
燐光性化合物は、各発光層におけるゲスト材料といえる。該燐光性化合物を分散する化合
物は、ホスト材料といえる。また、各発光層は、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。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。ホスト材料としては、後述の電子輸
送性化合物や正孔輸送性化合物を用いることができる。
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。
青色の発光を呈する燐光性化合物としては、440nmから520nmに発光のピークを
有する化合物が挙げられる。具体的には、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-κN
2]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(Mptz
1-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(I
II)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:F
Iracac)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。
4H-トリアゾール骨格、1H-トリアゾール骨格、イミダゾール骨格のようなポリアゾ
ール骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、正孔トラップ性が高い。したがって、これ
らの化合物を本発明の一態様の発光素子における青色の発光を呈する燐光性化合物として
用い、且つ青色発光層が赤色発光層及び緑色発光層よりも陰極側に設けられている場合、
正孔が青色発光層を抜けて発光効率が低下する(又は経時的に発光効率が低下する)こと
を抑制できるため好ましい。
緑色の発光を呈する燐光性化合物としては、520nmから600nmに発光のピークを
有する化合物が挙げられる。具体的には、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-,e
xo-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。
上述した中でも、ピリミジン骨格、ピラジン骨格のようなジアジン骨格を有する有機金属
イリジウム錯体は、正孔トラップ性が弱く、電子トラップ性が高い。したがって、これら
の化合物を本発明の一態様の発光素子における緑色の発光を呈する燐光性化合物として用
い、且つ緑色発光層が赤色発光層及び青色発光層よりも陽極側に設けられている場合、正
孔を赤色発光層及び青色発光層に輸送しやすくなる上に、電子が緑色発光層を抜けて発光
効率が低下する(又は経時的に発光効率が低下する)ことを抑制できるため好ましい。
赤色の発光を呈する燐光性化合物としては、600nmから750nmに発光のピークを
有する化合物が挙げられる。具体的には、(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(5md
ppm)(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:[E
u(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。
上述した中でも、ピリミジン骨格、ピラジン骨格のようなジアジン骨格を有する有機金属
イリジウム錯体は、正孔トラップ性が弱く、電子トラップ性が高い。したがって、ジアジ
ン骨格を有する有機金属イリジウム錯体を赤色の発光を呈する燐光性化合物として用い、
且つ赤色発光層が青色発光層よりも陽極側に設けられている場合、正孔を青色発光層に輸
送しやすくなる上に、電子が赤色発光層を抜けて発光効率が低下する(又は経時的に発光
効率が低下する)ことを抑制できるため好ましい。
なお、燐光性化合物に換えて、熱活性化遅延蛍光を示す材料、すなわち熱活性化遅延蛍光
(TADF)材料を用いても良い。ここで、遅延蛍光とは、通常の蛍光と同様のスペクト
ルを持ちながら、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。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:S
nF(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:PtC
(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。
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:Zn
q)、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:2m
DBTPDBq-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:7mDBTPDB
q-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:2
mCzBPDBq)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-E
tTAZ)、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。
また、9-[4-(10-フェニル-9-アントラセニル)フェニル]-9H-カルバゾ
ール(略称:CzPA)、9-フェニル-3-[4-(10-フェニル-9-アントリル
)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:PCzPA)、3,6-ジフェニル-9-[
4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:DP
CzPA)、9,10-ビス(3,5-ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DP
PA)、9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2-tert-
ブチル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:t-BuDNA)など電子
輸送性である一方で正孔を受け取りやすい化合物も好適に用いることができる。本発明の
一態様の発光素子において、青色の発光を示す正孔トラップ性の蛍光性化合物を分散する
電子輸送性化合物は、アントラセン骨格を有すると、電子輸送性を有するだけでなく正孔
も受け取りやすいため好ましい。
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:PCBNB
B)、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-9
H-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:PCzPC
A1)、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:PC
zDPA1)、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:PC
zTPN2)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:PTP
DMA)、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。
ここで、ホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動効率を高めるため、分子間の移動
機構として知られているフェルスター機構(双極子-双極子相互作用)及びデクスター機
構(電子交換相互作用)を考慮した上で、ホスト材料の発光スペクトル(一重項励起状態
からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー
移動を論じる場合は燐光スペクトル)とゲスト材料の吸収スペクトル(より詳細には、最
も長波長(低エネルギー)側の吸収帯におけるスペクトル)との重なりが大きくなること
が好ましい。
しかしながら通常、ホスト材料の蛍光スペクトルを、ゲスト材料の最も長波長(低エネル
ギー)側の吸収帯における吸収スペクトルと重ねることは困難である。なぜならば、その
ようにしてしまうと、ホスト材料の燐光スペクトルは蛍光スペクトルよりも長波長(低エ
ネルギー)側に位置するため、ホスト材料のT準位がゲスト材料のT準位を下回って
しまい、上述したクエンチの問題が生じてしまうからである。一方、クエンチの問題を回
避するため、ホスト材料のT準位がゲスト材料のT準位を上回るように設計すると、
今度はホスト材料の蛍光スペクトルが短波長(高エネルギー)側にシフトするため、その
蛍光スペクトルはゲスト材料の最も長波長(低エネルギー)側の吸収帯における吸収スペ
クトルと重ならなくなる。したがって、ホスト材料の蛍光スペクトルをゲスト材料の最も
長波長(低エネルギー)側の吸収帯における吸収スペクトルと重ね、ホスト材料の一重項
励起状態からのエネルギー移動を最大限に高めることは、通常困難である。
そこで本発明の一態様の発光素子が有する発光層は、燐光性化合物とホスト材料の他に、
キャリア輸送性化合物を含み、ホスト材料とキャリア輸送性化合物は励起錯体(エキサイ
プレックスともいう)を形成する組み合わせであることが好ましい。この場合、発光層に
おけるキャリア(電子及び正孔)の再結合の際にホスト材料とキャリア輸送性化合物は、
励起錯体を形成する。これにより、発光層において、ホスト材料の蛍光スペクトル及びキ
ャリア輸送性化合物の蛍光スペクトルは、より長波長側に位置する励起錯体の発光スペク
トルに変換される。そして、励起錯体の発光スペクトルとゲスト材料の吸収スペクトルと
の重なりが大きくなるように、ホスト材料とキャリア輸送性化合物を選択すれば、一重項
励起状態からのエネルギー移動を最大限に高めることができる。なお、三重項励起状態に
関しても、ホスト材料ではなく励起錯体からのエネルギー移動が生じると考えられる。こ
のような構成を適用した本発明の一態様では、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物
の吸収スペクトルとの重なりを利用したエネルギー移動により、エネルギー移動効率を高
めることができるため、外部量子効率の高い発光素子を実現することができる。
ホスト材料とキャリア輸送性化合物としては、励起錯体を生じる組み合わせであればよく
、例えば、ホスト材料又はキャリア輸送性化合物のいずれか一方が電子輸送性化合物であ
り、他方が正孔輸送性化合物であればよい。電子輸送性化合物及び正孔輸送性化合物とし
ては、例えば上述の材料が挙げられる。ホスト材料やキャリア輸送性化合物に用いること
ができる材料は、上述した材料に限定されることなく、励起錯体を形成できる組み合わせ
であり、励起錯体の発光スペクトルが、ゲスト材料の吸収スペクトルと重なり、励起錯体
の発光スペクトルのピークが、ゲスト材料の吸収スペクトルのピークよりも長波長であれ
ばよい。
なお、ホスト材料とキャリア輸送性化合物の混合比によってキャリアバランスを制御して
もよく、具体的には、ホスト材料:キャリア輸送性化合物=1:9~9:1の範囲が好ま
しい。
また、励起錯体は、二層の界面において形成されていてもよい。例えば、電子輸送性化合
物を含む層と正孔輸送性化合物を含む層を積層すれば、その界面近傍では励起錯体が形成
されるが、この二層をもって本発明の一態様の発光素子における発光層としてもよい。こ
の場合、燐光性化合物は、該界面近傍に添加されていればよい。また、二層のうち、少な
くともいずれか一方、又は双方に添加されていればよい。
〈正孔輸送層〉
正孔輸送層202は、正孔輸送性の物質を含む層である。
正孔輸送性の物質としては、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であればよく、特に、1
-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。
正孔輸送層202には、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
物を適用することができる。
また、CzPA、t-BuDNA、DNA、DPAnth等の芳香族炭化水素化合物も用
いることができる。
〈電子輸送層〉
電子輸送層204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、1
-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204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。
また、電子輸送層は、陽極側の第1の電子輸送層と、陰極側の第2の電子輸送層と、の積
層構造であってもよい。このとき、最も陰極側に位置する発光層と接する第1の電子輸送
層にアントラセン骨格を有する物質やアントラセン骨格及びカルバゾール骨格を有する物
質を用いることが好ましい。このような構成とすることで、劣化が遅く、駆動に伴う電圧
上昇が小さい(駆動に伴う内部抵抗の上昇が少ないともいえる)発光素子を実現できる。
一般に、陰極から発光層への電子の注入をスムーズにし、高い障壁を超えて電子が注入さ
れることによる劣化を抑制するためや、駆動電圧を低くするために、電子注入層の材料、
電子輸送層の材料、ホスト材料のLUMO準位は段階的に浅くなっていくように設計され
る。しかし、本発明の一態様の発光素子においては、電子輸送層に用いられるアントラセ
ン骨格を有する物質のLUMO準位が最も深くなっていても、劣化が抑制されることが大
きな特徴である。もちろん、当該アントラセン骨格を有する物質のLUMO準位がホスト
材料や電子注入層の材料と同等、又は上述のように電子注入層の材料とホスト材料の間の
LUMO準位であっても劣化を抑制することができる。
アントラセン骨格を有する物質としては、例えば、CzPA、7-[4-(10-フェニ
ル-9-アントリル)フェニル]-7H-ジベンゾ[c,g]カルバゾール(略称:cg
DBCzPA)、4-[3-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)フェニル]ジベ
ンゾフラン(略称:2mDBFPPA-II)、6-[3-(9,10-ジフェニル-2
-アントリル)フェニル]-ベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン(略称:2mBn
fPPA)等を好適に用いることができる。
第1の電子輸送層にアントラセン骨格を有する物質を用いる際、第2の電子輸送層は有機
化合物を含んで構成される。当該有機化合物は、電子輸送性の物質を用いることができる
。また、第2の電子輸送層に含まれる有機化合物のLUMO準位は、ホスト材料として用
いた物質のLUMO準位よりも深い位置にあることが駆動電圧の観点から好ましい構成で
ある。なお、ヘテロ環を含まない、芳香族縮合環のみで構成されるいわゆる芳香族炭化水
素は、電子輸送層の主材料として用いると、発光素子としての機能が得られない。つまり
、陰極もしくは電子注入層と接する単層構造の電子輸送層にアントラセン骨格を有する物
質を用いると、アントラセンは芳香族炭化水素であるため、陰極から電子輸送層に電子が
注入されにくい。したがって、第1の電子輸送層にアントラセン骨格を有する物質を用い
る際には、第1の電子輸送層の陰極側に第2の電子輸送層が必要となる。第2の電子輸送
層に用いる有機化合物には、陰極から電子を受け取りやすく、アントラセン骨格を有する
物質で構成されている第1の電子輸送層に対する電子注入障壁が小さい性質が求められる
。陰極から電子を受け取りやすくするためには、π電子不足型複素芳香族化合物が好まし
く、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を含む複素芳香環、ピリミジン骨格
を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、トリアジン骨格を含む複素芳香環な
どを有する複素芳香族化合物が挙げられる。これらの複素芳香環としては、具体的には、
例えば、ピリジン、ピリミジン、キノリン、キノキサリン、ジベンゾ[f,h]キノキサ
リン等の骨格が挙げられるが、特に有用なのはビピリジン骨格である。ビピリジン骨格と
しては、2,2’-ビピリジンやフェナントロリンが好ましい。また、第1の電子輸送層
に対する電子注入障壁を小さくするには、第2の電子輸送層に用いる有機化合物のLUM
O準位を、第1の電子輸送層に用いられるアントラセン骨格を有する物質と同等又はより
浅くすることが好ましい。ただし、上述した通り、ホスト材料よりは深いことが好ましい
第2の電子輸送層に用いることができる有機化合物としては、例えば、Alq、BAlq
、BCP、BPhen、2,9-ビス(ナフタレン-2-イル)-4,7-ジフェニル-
1,10-フェナントロリン(略称:NBphen)、BP4mPy、2,2’-[2,
2’-ビピリジン-5,6-ジイルビス(ビフェニル-4,4’-ジイル)]ビスベンゾ
オキサゾール(略称:BOxP2BPy)等を好適に用いることができる。
〈正孔注入層〉
正孔注入層201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/P
SS)、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201を、電荷発生領域としてもよい。陽極と接する正孔注入層201
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205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205を、電荷発生領域としてもよい。陰極と接する電子注入層205
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〉
正孔注入層もしくは電子注入層を構成する電荷発生領域や、電荷発生領域107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103及び電荷発生領域107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101側から順に積層しても、第2
の電極105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、寿命が長く信頼性が高い。また、本発明の一態様の発光素子は、複数の発光物
質からの発光を得ることが可能である。また本発明の一態様の発光素子は、タンデム型と
は異なるため、製造工程も煩雑化せず、また、中間層による電力のロスも小さい。また、
白色発光素子としての利用価値も高い。
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4及び図5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。該発光素子の寿命は長
いため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
図4(A)は、本発明の一態様の発光装置を示す平面図であり、図4(B)は、図4(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42
1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42
5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5(A)は、本発明の一態様の発光装置を示す平面図であり、図5(B)は、図5(A
)を一点鎖線C-Dで切断した断面図である。
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、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
図5(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551を示す。
発光部551は、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551が有する発光素子503は、トップエミッション構造であり、第1の電極5
21と、EL層523と、可視光を透過する第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。
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5(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5(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5(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。
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3
μm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6及び図7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、信頼性の高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6及び図7に示す。
図6(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6(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720
1、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6(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7
301a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73
01bには表示部7303bが組み込まれている。また、図6(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73
07、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6(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6(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6(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6(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74
02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6(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7501
a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750
2b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75
02bを表示画面として用いることができる。
図7(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7(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8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。
本実施例の発光素子は、3つの発光層を有する。発光素子1では、陽極側から、緑色発光
層、赤色発光層、青色発光層が積層されている。比較発光素子2では、陽極側から、赤色
発光層、緑色発光層、青色発光層が積層されている。以下に本実施例の発光素子1及び比
較発光素子2の作製方法を示す。
(発光素子1)
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)膜をスパッタリ
ング法にて成膜し、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。ここで、第1の電極1101は、発光素子の陽極とし
て機能する電極である。
次に、ガラス基板上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、
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
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、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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:D
BT3P-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、4,4’-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)を20
nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層1112を形成した。
さらに、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)、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)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)])を共蒸着することで、正孔輸送層1112上に緑色発光層である第1の発
光層1113aを形成した。その膜厚は20nmとし、2mDBTBPDBq-II、P
CBNBB及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比は、0.7:0.3:
0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tBuppm)
acac)])となるように調節した。
次に、2mDBTBPDBq-II、PCBNBB及びビス(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)])を共蒸着することで、第1の発光層1113a上に赤色発光層である
第2の発光層1113bを形成した。その膜厚は5nmとし、2mDBTBPDBq-I
I、PCBNBB及び[Ir(tppr)(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:
0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tppr)(dp
m)])となるように調節した。
次に、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)、9-フェニル-9H-3-(9-フェニル-9H-カルバゾー
ル-3-イル)カルバゾール(略称:PCCP)及びトリス{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-d
mp)])を共蒸着することで、第2の発光層1113b上に青色発光層である第3の
発光層1113cを形成した。その膜厚は30nmとし、3,5DCzPPy、PCCP
及び[Ir(mpptz-dmp)]の重量比は、0.3:0.7:0.06(=3,
5DCzPPy:PCCP:[Ir(mpptz-dmp)])となるように調節した
次に、3,5DCzPPyを膜厚10nmとなるように蒸着し、さらにバソフェナントロ
リン(略称:BPhen)を膜厚20nmとなるように蒸着することで、第3の発光層1
113c上に電子輸送層1114を形成した。
さらに、フッ化リチウム(LiF)を膜厚1nmとなるように蒸着することで、電子輸送
層1114上に電子注入層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、アルミニウムを膜厚200nm
となるように蒸着した。
(比較発光素子2)
比較発光素子2は、発光層(第1の発光層1113a、第2の発光層1113b、及び第
3の発光層1113c)以外は発光素子1と同様に作製した。以下では比較発光素子2の
発光層の作製方法を説明する。
まず、2mDBTBPDBq-II、PCBNBB及び[Ir(tppr)(dpm)
]を共蒸着することで、正孔輸送層1112上に赤色発光層である第1の発光層1113
aを形成した。その膜厚は10nmとし、2mDBTBPDBq-II、PCBNBB及
び[Ir(tppr)(dpm)]の重量比は、0.5:0.5:0.05(=2mD
BTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tppr)(dpm)])となるよう
に調節した。
次に、2mDBTBPDBq-II、PCBNBB及び[Ir(tBuppm)(ac
ac)]を共蒸着することで、第1の発光層1113a上に緑色発光層である第2の発光
層1113bを形成した。その膜厚は10nmとし、2mDBTBPDBq-II、PC
BNBB及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比は、0.5:0.5:0
.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tBuppm)(a
cac)])となるように調節した。
そして、3,5DCzPPy、PCCP及び[Ir(mpptz-dmp)]を共蒸着
することで、第2の発光層1113b上に青色発光層である第3の発光層1113cを形
成した。その膜厚は30nmとし、3,5DCzPPy、PCCP及び[Ir(mppt
z-dmp)]の重量比は、0.5:0.5:0.06(=3,5DCzPPy:PC
CP:[Ir(mpptz-dmp)])となるように調節した。
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。
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。
発光素子1及び比較発光素子2を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子
が大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業を行った後、本実施例の発光素
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輝度-電流効率特性を図9に示す。図9において、横軸は輝度(c
d/m)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、電圧-輝度特性を図10に示
す。図10において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、輝
度-外部量子効率特性を図11に示す。図11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おける輝度1000cd
/mの時の電圧(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。
以上のように、発光素子1及び比較発光素子2は良好な素子特性を示すことがわかった。
また、本実施例の発光素子の発光スペクトルを、図12に示す。図12において、横軸は
波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。輝度1000cd/mの時の発光
素子1のCIE色度座標は(x,y)=(0.46,0.46)であった。輝度1000
cd/mの時の比較発光素子2のCIE色度座標は(x,y)=(0.44,0.44
)であった。図12及び表2に示す通り、本実施例の発光素子は、[Ir(tppr)
(dpm)]由来の赤色の光、[Ir(tBuppm)(acac)]由来の緑色の光
、及び[Ir(mpptz-dmp)]由来の青色の光がいずれも含まれる発光スペク
トルを示すことがわかった。
次に、発光素子1及び比較発光素子2の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図13
に示す。図13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3000
cd/mに設定し、電流密度一定の条件で本実施例の発光素子を駆動した。図13から
、発光素子1は、各発光層から得られる発光が全て燐光であるにも関わらず、1000時
間経過後も初期輝度の51%を保っており、耐久性の高い素子であることがわかった。一
方、比較発光素子2は370時間後の輝度が初期輝度の50%未満であった。この信頼性
試験の結果から、発光素子1は、比較発光素子2に比べて長寿命であることが明らかとな
った。
比較発光素子2では、青色発光層と緑色発光層が接するため、青色発光層に含まれる[I
r(mpptz-dmp)]の三重項励起状態の励起子のエネルギーの一部が青色発光
層で生成されたクエンチャに移動した後、そのエネルギーが緑色発光層に含まれる[Ir
(tBuppm)(acac)]の三重項励起状態に移動することは難しい。一方、発
光素子1では、青色発光層と赤色発光層が接するため、励起子のエネルギーの一部が、青
色発光層で生成されたクエンチャに移動した後、そのエネルギーが赤色発光層に含まれる
[Ir(tppr)(dpm)]の三重項励起状態に移動することができる。また、発
光素子1では、各発光層にてキャリアの再結合が行われるため、各発光層に含まれる燐光
性化合物の各々から発光を得ることができる。したがって、発光素子1は、比較発光素子
2に比べて寿命が長いと考えられる。
本実施例の結果から、本発明の一態様である発光素子1は、良好な素子特性を有し、寿命
が長く、3種類のゲスト材料からの光がバランスよく得られる発光素子であることがわか
った。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図8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3の作製方法を示す。
(発光素子3)
まず、発光素子1と同様に、ガラス基板上に、第1の電極1101、正孔注入層1111
、正孔輸送層1112を形成した。
次に、2mDBTBPDBq-II、PCBNBB及び[Ir(tBuppm)(ac
ac)]を共蒸着することで、正孔輸送層1112上に緑色発光層である第1の発光層1
113aを形成した。その膜厚は20nmとし、2mDBTBPDBq-II、PCBN
BB及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比は、0.8:0.2:0.0
5(=2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tBuppm)(aca
c)])となるように調節した。
次に、2mDBTBPDBq-II、PCBNBB及び[Ir(tppr)(dpm)
]を共蒸着することで、第1の発光層1113a上に赤色発光層である第2の発光層11
13bを形成した。その膜厚は5nmとし、2mDBTBPDBq-II、PCBNBB
及び[Ir(tppr)(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2m
DBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tppr)(dpm)])となるよ
うに調節した。
次に、3,5DCzPPy、PCCP及び[Ir(mpptz-dmp)]を共蒸着す
ることで、第2の発光層1113b上に青色発光層である第3の発光層1113cを形成
した。その膜厚は30nmとし、3,5DCzPPy、PCCP及び[Ir(mpptz
-dmp)]の重量比は、0.7:0.3:0.06(=3,5DCzPPy:PCC
P:[Ir(mpptz-dmp)])となるように調節した。
次に、9-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール
(略称:CzPA)を膜厚10nmとなるように蒸着し、さらにBPhenを膜厚15n
mとなるように蒸着することで、第3の発光層1113c上に電子輸送層1114を形成
した。
さらに、フッ化リチウム(LiF)を膜厚1nmとなるように蒸着することで、電子輸送
層1114上に電子注入層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、アルミニウムを膜厚200nm
となるように蒸着した。
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。
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。
発光素子3を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されない
ようにガラス基板により封止する作業を行った後、本実施例の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輝度-電流効率特性を図14に示す。図14において、横軸は輝度
(cd/m)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、電圧-輝度特性を図15
に示す。図15において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また
、輝度-外部量子効率特性を図16に示す。図16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、発光素子3における輝度1000cd/m
の時の電圧(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。
以上のように、発光素子3は良好な素子特性を示すことがわかった。
また、本実施例の発光素子の発光スペクトルを、図17に示す。図17において、横軸は
波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。輝度1000cd/mの時の発光
素子3のCIE色度座標は(x,y)=(0.46,0.47)であった。図17及び表
4に示す通り、本実施例の発光素子は、[Ir(tppr)(dpm)]由来の赤色の
光、[Ir(tBuppm)(acac)]由来の緑色の光、及び[Ir(mpptz
-dmp)]由来の青色の光がいずれも含まれる発光スペクトルを示すことがわかった
次に、発光素子3の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図18及び図19に示す。
図18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。図19において、縦軸は初期電圧を0Vとしたときの規格
化電圧を示し、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3000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で本実施例の発光素子を駆動した
。図18から、発光素子3は、各発光層から得られる発光が全て燐光であるにも関わらず
、1100時間経過後も初期輝度の72%を保っていた。この信頼性試験の結果から、発
光素子3は、長寿命であることが明らかとなった。また、図19から、発光素子3は、駆
動時間に伴う電圧上昇の小さい良好な信頼性を有する発光素子であることがわかった。
発光素子3の電子輸送層では、陽極側の層に、アントラセン骨格を有する物質であるCz
PAを用い、陰極側の層に、π電子不足型複素芳香族化合物であるBPhenを用いた。
これにより、発光素子3では、駆動に伴う電圧上昇が小さかったと考えられる。
本実施例の結果から、本発明の一態様である発光素子3は、良好な素子特性を有し、寿命
が長く、3種類のゲスト材料からの光がバランスよく得られる発光素子であることがわか
った。
(参考例)
上記実施例で用いたトリス{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)])の合成方法について
説明する。
<ステップ1;N-ベンゾイル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジドの合成>
まず、ベンゾイルヒドラジン15.0g(110.0mmol)、N-メチル-2-ピロ
リジノン(NMP)75mlを300ml三口フラスコに入れ、氷冷下で攪拌した。この
混合溶液にo-トルイル酸クロリド17.0g(110.0mmol)とNMP15ml
の混合溶液をゆっくり滴下した。滴下後、室温で24時間攪拌した。所定時間反応後、こ
の反応溶液を水500mlにゆっくり加えると、白色固体が析出した。析出した固体を水
と1M塩酸で交互に超音波洗浄した。その後、ヘキサンで超音波洗浄を行い、N-ベンゾ
イル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジドの白色固体を19.5g、収率70%で得
た。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;[クロロ(2-メチルフェニル)メタノン][クロロ(フェニル)メチリ
デン]ヒドラゾンの合成>
次に、上記ステップ1で得たN-ベンゾイル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジド1
2.0g(47.2mmol)、トルエン200mlを500ml三口フラスコに入れた
。この混合溶液に五塩化リン19.4g(94.4mmol)を加え、120℃で6時間
加熱攪拌した。所定時間反応後、反応溶液を水200mlにゆっくりと注ぎ、1時間攪拌
した。攪拌後、有機層と水層を分離し、有機層を水及び飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で
洗浄した。洗浄後、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。この混合物から自然ろ
過により硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を濃縮することで、[クロロ(2-メチルフェ
ニル)メタノン][クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの褐色液体を12.6g
、収率92%で得た。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;3-(2-メチルフェニル)-4-(2,6-ジメチルフェニル)-5-
フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmpptz-dmp)の合成>
次に、上記ステップ2で得た[クロロ(2-メチルフェニル)メタノン][クロロ(フェ
ニル)メチリデン]ヒドラゾン12.6g(43.3mmol)、2,6-ジメチルアニ
リン15.7g(134.5mmol)、N,N-ジメチルアニリン100mlを500
mlナスフラスコに入れ、120℃で20時間加熱攪拌した。所定時間反応後、この反応
溶液を1N塩酸200mlにゆっくり加えた。この溶液にジクロロメタンを加え有機層に
目的物を抽出した。得られた有機層を水、炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグ
ネシウムで乾燥させた。自然ろ過により硫酸マグネシウムを除去し、得られたろ液を濃縮
し、黒色の液体を得た。この液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
。展開溶媒は酢酸エチル:ヘキサン=1:5とした。得られたフラクションを濃縮し、白
色固体を得た。この固体を酢酸エチルにより再結晶を行い、Hmpptz-dmpの白色
固体を4.5g、収率31%で得た。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;[Ir(mpptz-dmp)]の合成>
次に、上記ステップ3で得たHmpptz-dmp2.5g(7.4mmol)、トリス
(アセチルアセトナト)イリジウム(III)0.7g(1.5mmol)を高温加熱容
器に入れ、脱気した。この反応容器内を、内部をArフローしながら250℃で48時間
加熱攪拌した。所定時間反応後、得られた固体をジクロロメタンで洗浄し、不溶物の緑色
固体を吸引ろ過により得た。この固体をトルエンに溶解させ、アルミナとセライト(和光
純薬工業株式会社、カタログ番号:531-16855)の積層を通してろ過した。得ら
れたフラクションを濃縮し、緑色固体を得た。この固体をトルエンで再結晶を行い、緑色
粉末を0.8g、収率45%で得た。ステップ4の合成スキームを下記(a-4)に示す
上記ステップ4で得られた緑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。この結果から、[Ir(mpptz-dmp)]が得られたことがわか
った。
H NMR.δ(toluene-d8):1.82(s,3H),1.90(s,
3H),2.64(s,3H),6.56-6.62(m,3H),6.67-6.75
(m,3H),6.82-6.88(m,1H),6.91-6.97(t,1H),7
.00-7.12(m,2H),7.63-7.67(d,1H).
101 第1の電極
103 EL層
103a EL層
103b EL層
105 第2の電極
107 電荷発生領域
201 正孔注入層
202 正孔輸送層
203 発光層
203x 第1の発光層
203y 第2の発光層
203z 第3の発光層
203B 青色発光層
203Bd 燐光性化合物
203Bh ホスト材料
203G 緑色発光層
203Gd 燐光性化合物
203Gh ホスト材料
203R 赤色発光層
203Rd 燐光性化合物
203Rh ホスト材料
204 電子輸送層
205 電子注入層
300 発光素子
301 第1の電極
303 EL層
305 第2の電極
311B 青色発光層
311Bd 燐光性化合物
311Bh ホスト材料
311ex 再結合領域
311G 緑色発光層
311Gd 燐光性化合物
311Gh ホスト材料
311R 赤色発光層
311Rd 燐光性化合物
311Rh ホスト材料
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
505 封止基板
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
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
552 駆動回路部
553 駆動回路部
1101 第1の電極
1103 第2の電極
1111 正孔注入層
1112 正孔輸送層
1113a 第1の発光層
1113b 第2の発光層
1113c 第3の発光層
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 (7)

  1. 第1の電極と、第1の発光層と、第2の発光層と、第3の発光層と、第2の電極と、を有し、
    前記第1の発光層は、前記第1の電極と、前記第2の発光層との間に位置し、
    前記第3の発光層は、前記第2の発光層と、前記第2の電極との間に位置し、
    前記第1の発光層は、第1の燐光性化合物と、第1のホスト材料と、前記第1のホスト材料と励起錯体を形成する組み合わせである第1の化合物と、を含み、
    前記第2の発光層は、第2の燐光性化合物と、第2のホスト材料と、前記第2のホスト材料と励起錯体を形成する組み合わせである第2の化合物と、を含み、
    前記第3の発光層は、第3の燐光性化合物と、第3のホスト材料と、前記第3のホスト材料と励起錯体を形成する組み合わせである第3の化合物と、を含み、
    前記第1のホスト材料は、芳香族アミン、ピロール骨格を含む複素芳香環、フラン骨格を含む複素芳香環、及びチオフェン骨格を含む複素芳香環のいずれかと、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を含む複素芳香環、ピリミジン骨格を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、トリアジン骨格を含む複素芳香環、イミダゾール骨格を含む複素芳香環、オキサゾール骨格を含む複素芳香環、チアゾール骨格を含む複素芳香環、及びトリアゾール骨格を含む複素芳香環のいずれかと、を有し、
    前記第2のホスト材料は、芳香族アミン、ピロール骨格を含む複素芳香環、フラン骨格を含む複素芳香環、及びチオフェン骨格を含む複素芳香環のいずれかと、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を含む複素芳香環、ピリミジン骨格を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、トリアジン骨格を含む複素芳香環、イミダゾール骨格を含む複素芳香環、オキサゾール骨格を含む複素芳香環、チアゾール骨格を含む複素芳香環、及びトリアゾール骨格を含む複素芳香環のいずれかと、を有し、
    前記第3のホスト材料は、芳香族アミン、ピロール骨格を含む複素芳香環、フラン骨格を含む複素芳香環、及びチオフェン骨格を含む複素芳香環のいずれかと、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を含む複素芳香環、ピリミジン骨格を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、トリアジン骨格を含む複素芳香環、イミダゾール骨格を含む複素芳香環、オキサゾール骨格を含む複素芳香環、チアゾール骨格を含む複素芳香環、及びトリアゾール骨格を含む複素芳香環のいずれかと、を有し、
    前記第1の燐光性化合物、前記第2の燐光性化合物、前記第3の燐光性化合物のうち、前記第2の燐光性化合物の発光のピークが最も長波長側にあり、前記第3の燐光性化合物の発光のピークが最も短波長側にある、発光素子。
  2. 第1の電極と、第1の発光層と、第2の発光層と、第3の発光層と、第2の電極と、を有し、
    前記第1の発光層は、前記第1の電極と、前記第2の発光層との間に位置し、
    前記第3の発光層は、前記第2の発光層と、前記第2の電極との間に位置し、
    前記第1の発光層は、第1の燐光性化合物と、第1のホスト材料と、前記第1のホスト材料と励起錯体を形成する組み合わせである第1の化合物と、を含み、
    前記第2の発光層は、第2の燐光性化合物と、第2のホスト材料と、前記第2のホスト材料と励起錯体を形成する組み合わせである第2の化合物と、を含み、
    前記第3の発光層は、第3の燐光性化合物と、第3のホスト材料と、前記第3のホスト材料と励起錯体を形成する組み合わせである第3の化合物と、を含み、
    前記第1のホスト材料は、芳香族アミン、ピロール骨格を含む複素芳香環、フラン骨格を含む複素芳香環、及びチオフェン骨格を含む複素芳香環のいずれかと、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を含む複素芳香環、ピリミジン骨格を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、トリアジン骨格を含む複素芳香環、イミダゾール骨格を含む複素芳香環、オキサゾール骨格を含む複素芳香環、チアゾール骨格を含む複素芳香環、及びトリアゾール骨格を含む複素芳香環のいずれかと、を有し、
    前記第2のホスト材料は、芳香族アミン、ピロール骨格を含む複素芳香環、フラン骨格を含む複素芳香環、及びチオフェン骨格を含む複素芳香環のいずれかと、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を含む複素芳香環、ピリミジン骨格を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、トリアジン骨格を含む複素芳香環、イミダゾール骨格を含む複素芳香環、オキサゾール骨格を含む複素芳香環、チアゾール骨格を含む複素芳香環、及びトリアゾール骨格を含む複素芳香環のいずれかと、を有し、
    前記第3のホスト材料は、芳香族アミン、ピロール骨格を含む複素芳香環、フラン骨格を含む複素芳香環、及びチオフェン骨格を含む複素芳香環のいずれかと、ピリジン骨格を含む複素芳香環、フタラジン骨格を含む複素芳香環、ピリミジン骨格を含む複素芳香環、ピラジン骨格を含む複素芳香環、トリアジン骨格を含む複素芳香環、イミダゾール骨格を含む複素芳香環、オキサゾール骨格を含む複素芳香環、チアゾール骨格を含む複素芳香環、及びトリアゾール骨格を含む複素芳香環のいずれかと、を有し、
    前記第3の燐光性化合物のT準位は、前記第1の燐光性化合物のT準位よりも高く、
    前記第1の燐光性化合物のT準位は、前記第2の燐光性化合物のT準位よりも高い、発光素子。
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記第1のホスト材料のT準位は、前記第1の燐光性化合物のT準位よりも高く、
    前記第2のホスト材料のT準位は、前記第2の燐光性化合物のT準位よりも高く、
    前記第3のホスト材料のT準位は、前記第3の燐光性化合物のT準位よりも高い、発光素子。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
    前記第1の燐光性化合物は、緑色の発光を呈し、
    前記第2の燐光性化合物は、赤色の発光を呈し、
    前記第3の燐光性化合物は、青色の発光を呈する、発光素子。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の発光素子を有する照明装置。
  6. 請求項1乃至請求項4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。
  7. 請求項6に記載の発光装置を表示部に有する電子機器。
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