JP2007043062A - 複合材料、並びに前記複合材料を用いた発光素子、発光装置及び電気機器 - Google Patents
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
Description
また、前記複合材料を用いた電流励起型の発光素子に関する。
さらに、その発光素子を有する発光装置及び電気機器に関する。
これら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を挟んだものである。
この素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及びホールがそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。
そして、それらキャリア(電子及びホール)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。
このようなメカニズムから、前記発光素子は電流励起型の発光素子と呼ばれる。
なお、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、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。
また、キャリアが注入されてから発光に至るまでの時間はマイクロ秒程度あるいはそれ以下であるため、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。
これらの特性はフラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。
さらに、これらの発光素子は膜状に形成されるため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。
このことは、白熱電球やLEDに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
その課題の一つとして、消費電力の低減が挙げられる。
その消費電力を低減するためには、発光素子の駆動電圧を低減することが重要である。
その電流励起型の発光素子は流れる電流量によって発光強度が決まるため、駆動電圧を低減するためには、低い電圧で多くの電流を流すことが必要となってくる。
例えば、カンファースルホン酸をドープしたポリアニリン(PANI)からなるバッファ層をインジウム錫酸化物(ITO)と発光層との間に設けることにより、駆動電圧を低減できることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
これは、PANIの発光層へのキャリア注入性が優れているためと説明されている。
なお、非特許文献1では、バッファ層であるPANIも電極の一部と見なしている。
具体的には、250nm程度の膜厚で、透過率は70%を切ると報告されている。
すなわち、バッファ層に用いている材料自体の透明性に問題があるため、素子内部で発生した光を効率良く取り出すことができない。
その特許文献1においては、発光素子を直列に接続する際の接続部分に、有機化合物と金属酸化物(具体的には酸化バナジウム及び酸化レニウム)とを混合した層を適用しており、この層はホールや電子を発光ユニットへ注入できるとされている。
したがって、やはり素子内部で発生した光を効率良く取り出すことができず、素子の発光効率が低下する。
Y.Yang、他1名、アプライド フィジクス レターズ、Vol.64(10)、1245−1247(1994)
したがって、本発明は、有機化合物と無機化合物とで形成された複合材料であって、キャリア輸送性及び有機化合物へのキャリア注入性に優れ、かつ透明性にも優れた複合材料を提供することを発明の解決すべき課題とするものである。
また、前記複合材料を電流励起型の発光素子に適用することにより、駆動電圧及び発光効率の双方に優れた発光素子を提供することも課題とする。
さらに、前記発光素子を用いて発光装置を作製することにより、消費電力の小さい発光装置及びそれを具備する電気機器を提供することを課題とする。
そのうちの複合材料は、含有する有機化合物にしたがって3つに大別することができ、その第1は下記一般式(1)で示される有機化合物と、無機化合物とを有することを特徴とするものである。
さらに、発光装置は前記発光素子を有することを特徴とするものであり、電気機器は前記発光装置を有することを特徴とするものである。
すなわち、本発明では、有機化合物と無機化合物とを複合し、キャリア輸送性及び有機化合物へのキャリア注入性に優れた複合材料を得ることができる。
さらに、可視光の透過率の高い複合材料を提供することができる。
また、本発明の複合材料を電流励起型の発光素子に適用することにより、駆動電圧及び発光効率の双方に優れた発光素子を提供することができる。
さらに、発光素子を用いて発光装置を作製することにより、消費電力の小さい発光装置及びそれを具備する電気機器を提供することができる。
なお、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ところであり、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。
本発明は、前記したとおり有機化合物と無機化合物とで形成された複合材料、それを用いた発光素子、その発光素子を有する発光装置及び電気機器を提供するものであり、以下の実施の形態に沿って詳細に説明する。
本実施の形態では、本発明の発光素子に用いる複合材料及びその作製に使用する材料、特に有機化合物等に関し開示するものである。
本発明の発光素子に用いる複合材料は前記したとおり含有される有機化合物にしたがって3つに大別することができ、それぞれについて以下において説明する。
その複合材料は、前記したとおり含有する有機化合物にしたがって3つに大別することができ、それらは下記一般式(1)、(2)及び(3)で示すことができる。
さらに、有機化合物と無機化合物とが相互作用し、キャリア注入性、キャリア輸送性にも優れた特性を得ることができ、本発明の複合材料は、発光素子や、光電変換素子、薄膜トランジスタ等の半導体素子に用いることが可能である。
また、本発明の複合材料を用いることにより、駆動電圧の低減が可能になる。
さらに、可視光の透過率に優れているため、発光素子や、光電変換素子に用いることにより、効率の良い半導体素子を得ることができる。
そのアルキル基としては、例えばメチル基、n−ブチル基、t−ブチル基などが挙げられる。
アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−ブトキシ基などが挙げられる。
さらに、アリール基については置換基を有していてもよく、例えば、フェニル基、p−トリル基、4−ビフェニリル基、3,5−ジフェニルフェニル基、4−(4−メトキシフェニル)フェニル基などが挙げられる。
アリールアルキル基としては、2−フェニル−2−プロピル基などが挙げられる。
また、前記一般式(2)で示される有機化合物の具体例としては、構造式(58)〜(100)で示される有機化合物が挙げられる。
さらに、上記一般式(3)で示される有機化合物としては、具体的には、構造式(101)〜(105)で示される有機化合物が挙げられる。
さらに、構造式(72)で示される有機化合物は、Xが一般式(2−2)であり、R21がメチル基である場合の有機化合物である。構造式(77)〜(92)で示される有機化合物は、Xが構造式(2−3)の場合の有機化合物である。
さらに、構造式(100)で示される有機化合物は、Xが構造式(2−6)の場合の有機化合物である。
特に、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、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、扱いやすく好ましい。
例えば、本発明の複合材料は、有機化合物と無機化合物との共蒸着で好ましく作製することができる。
なお、上述した遷移金属酸化物の中でも酸化モリブデンは真空中で蒸発しやすく、それを含む複合材料を作製する場合には作製プロセスの面からも共蒸着で作製することが好ましい。
本実施例の形態では、本発明の発光素子の積層構造の一形態に関し開示する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。
当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア(担体)の再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
本形態において、発光素子は、第1の電極102と、第1の電極102の上に順に積層した第1の層103、第2の層104、第3の層105、第4の層106と、さらにその上に設けられた第2の電極107とから構成されている。
なお、本形態では第1の電極102は陽極として機能し、第2の電極107は陰極として機能するものとして以下説明をする。
なお、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
また、第1の電極102としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、を用いることができる。
なお、本発明の発光素子において、第1の電極102は仕事関数の大きい材料に限定されず、仕事関数の小さい材料を用いることもできる。
本発明の複合材料は、実施の形態1に示したように、一般式(1)〜(3)の構造を有する有機化合物と、無機化合物とを含む。
本発明の複合材料は、キャリア密度が高いため、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れている。
本実施の形態では、本発明の複合材料は正孔注入層として機能する。
なお、第1の層103は、単層のものだけでなく、二層以上積層した構造としてもよい。
ここに述べた物質は、主に10−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。
ただし、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
なお、第2の層104は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものであってもよい。
例えば、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)や3−(2−ベンゾチアゾイル)−7−ジエチルアミノクマリン(略称:クマリン6),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(アセチルアセトナート)(略称:Ir(Fdpq)2(acac))等の発光性の高い物質とトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)や9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)等のキャリア輸送性が高く、結晶化しにくい物質とを自由に組み合わせて構成される。
但し、Alq3やDNAは発光性も高い物質であるため、これらの物質を単独で用いた構成とし、第3の層105としても構わない。
さらに、この他ビス[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)2)、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)2)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。
なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を第4の層106として用いても構わない。
また、第4の層106は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の1族または2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、及びマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Li)が挙げられる。
その電子注入を促す機能を有する層としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF2)等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。
この他、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばAlq3中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの等を用いることができる。
例えば、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。
また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
つまり、第3の層105に発光領域が形成されるような構成となっている。
ただし、第3の層105の全てが発光領域として機能する必要はなく、例えば、第3の層105のうち第2の層104側又は第4の層106側にのみ発光領域が形成されるようなものであってもよい。
したがって、第1の電極102又は第2の電極107のいずれか一方又は両方は、透光性を有する物質で成る。
第1の電極102のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図1(A)に示すように、発光は第1の電極102を通って基板側から取り出される。
第1の電極102及び第2の電極107がいずれも透光性を有する物質からなるものである場合、図1(C)に示すように、発光は第1の電極102及び第2の電極107を通って、基板側及び基板と逆側の両方から取り出される。
発光領域と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102及び第2の電極107から離れた部位に正孔と電子とが再結合する領域を設けた構成であり、且つ、本発明の複合材料を含む層を有するものであれば、上記以外のものでもよい。
第1の電極102上には、酸化珪素膜等からなる層を設けることによってキャリアの再結合部位を制御したものであってもよい。
なお、301は基板である。
また、ガラス、プラスチックなどからなる基板以外に、例えば薄膜トランジスタ(TFT)アレイ基板上に発光素子を作製してもよく、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、特に限定されることはなく、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アレイ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、又はN型もしくはP型のいずれか一方からのみなるものであってもよい。
本発明の複合材料を含む層には、ホールが発生しているため、発光層へのホール注入性に優れており、駆動電圧が低減できる。
また、本発明の複合材料を含む層は、導電性に優れているため厚膜化しても素子の駆動電圧の上昇を抑制することができる。
そのため複合材料を含む層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制することができる。
その結果、製造工程で発生するゴミによる欠陥を抑制し、歩止まりを向上させることができる。
例えば、通常の発光素子の電極間の膜厚が100nm〜150nmであるのに対し、本発明の複合材料を用いた発光素子の電極間の膜厚は、100〜500nm、好ましくは、200〜500nmとすることができる。
さらに、本発明の発光素子に用いる複合材料を含む層は、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することが可能である。
つまり、電極との接触抵抗が小さく、そのため仕事関数等を考慮することなく、電極材料を選ぶことができ、結果的に電極材料の選択肢が広がる。
その結果、製造工程におけるゴミの付着を防ぐことができ、歩止まりを向上させることができる。
さらに、本発明の複合材料を含む層は、有機材料と無機材料とを含んでいるため、電極と、発光物質を含む層との間に生じる応力を緩和させることができる。
なお、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可能である。
本実施の形態では、実施の形態2に示した構成とは異なる構成を有する発光素子を開示するものであり、それに関し図3及び図4を用いて説明する。
本実施の形態で示す構成は、陰極として機能する電極に接するように本発明の複合材料を含む層を設けることができる。
図3(a)に本発明の発光素子の構造の一例を示す。
第1の電極401と、第2の電極402との間に、第1の層411、第2の層412、第3の層413が積層された構成となっている。
本実施の形態では、第1の電極401が陽極として機能し、第2の電極402が陰極として機能する場合について説明する。
また、第1の層411は発光性の高い物質を含む層、第2の層412は電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層、第3の層413は実施の形態1で示した複合材料を含む層である。
その第2の層412に含まれる電子供与性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はそれらの酸化物や塩であることが好ましい。
具体的には、リチウム、セシウム、カルシウム、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物、炭酸セシウム等が挙げられる。
すなわち、第2の層412と第3の層413とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。
さらに、その第3の層413は、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示し、可視光の透過率が高く、厚膜化による発光の外部取り出し効率の低減を抑制できる。
そのため、図3(a)を例に取ると、第2の電極402をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の物質が存在する第1の層411へのダメージを低減することもできる。
その模式図を図3(b)、図3(c)及び図4に示す。
なお、図3(b)、図3(c)及び図4では、図3(a)の符号を引用するが、400は、本発明の発光素子を担持する基板である。
この時、第1の電極401を光透過性とし、第2の電極402を遮光性(特に反射性)とすることで、図3(a)のように基板400側から光を射出する構成となる。
また、第1の電極401を遮光性(特に反射性)とし、第2の電極402を光透過性とすることで、図3(b)のように基板400の逆側から光を射出する構成となる。
さらに、第1の電極401、第2の電極402の両方を光透過性とすることで、図3(c)に示すように、基板400側と基板400の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
この際第1の電極401を遮光性(特に反射性)とし、第2の電極402を光透過性とすることで、図4(a)のように基板400側から光を取り出す構成となる。
また、第1の電極401を光透過性とし、第2の電極402を遮光性(特に反射性)とすることで、図4(b)のように基板400と逆側から光を取り出す構成となる。
さらに、第1の電極401、第2の電極402の両方を光透過性とすることで、図4(c)に示すように、基板400側と基板400の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
また、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、公知の方法を用いることができる。
さらに、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可能である。
本実施の形態では、実施の形態2及び実施の形態3に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について、図5及び図6を用いて説明する。
本実施の形態で示す構成は、発光素子の2つの電極に接するように本発明の複合材料を含む層を設けることができる。
図5(a)に本実施例の形態の発光素子の構造の一例を示す。
第1の電極201と、第2の電極202との間に、第1の層211、第2の層212、第3の層213、第4の層214が積層された構成となっている。
第1の電極201、第2の電極202は、実施の形態2と同じ構成を適用することができる。
また、第1の層211は実施の形態1で示した本発明の複合材料を含む層であり、第2の層212は発光性の高い物質を含む層である。
第3の層213に含まれる電子供与性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属及びそれらの酸化物や塩であることが好ましい。
具体的には、リチウム、セシウム、カルシウム、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物、炭酸セシウム等が挙げられる。
すなわち、第3の層213と第4の層214とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。
さらに、第4の層214は、正孔を第2の電極202に輸送する機能を担っていると言える。
そのため、本実施の形態の発光素子は、発光機能を担う第2の層の陽極側及び陰極側を非常に厚くすることが可能となり、更に発光素子の短絡を効果的に防止できる。
さらに、図5(a)を例に取ると、第2の電極202をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の物質が存在する第2の層212へのダメージを低減することもできる。
また、第1の層211と第4の層214を同じ材料で構成することにより、発光機能を担う層を挟んで両側に同じ材料で構成された層を設けることができるため、応力歪みを抑制する効果も期待できる。
その模式図を図5(b)、図5(c)及び図6に示す。
なお、図5(b)、図5(c)及び図6では、図5(a)の符号を引用するが、200は本発明の発光素子を担持する基板である。
図5は、基板200側から第1の層211、第2の層212、第3の層213、第4の層214の順で構成されている場合の例である。
逆に第1の電極201を遮光性(特に反射性)とし、第2の電極202を光透過性とすることで、(b)のように基板200の逆側から光を射出する構成となる。
さらに、第1の電極201、第2の電極202の両方を光透過性とすることで、(c)に示すように基板200側と基板200の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
この図においては、第1の電極201を遮光性(特に反射性)とし、第2の電極202を光透過性とすることで、(a)のように基板200側から光を取り出す構成となる。
それとは逆に、第1の電極201を光透過性とし、第2の電極202を遮光性(特に反射性)とすることで、(b)のように基板200と逆側から光を取り出す構成となる。
さらに、第1の電極201、第2の電極202の両方を光透過性とすることで、(c)に示すように基板200側と基板200の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
さらに、第1の電極201を形成した後、第1の層211、第2の層212、第3の層213、第4の層214を順次積層し、第2の電極202を形成してもよいし、第2の電極202を形成した後、第4の層214、第3の層213、第2の層212、第1の層211を順次積層し、第1の電極を形成してもよい。
なお、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、公知の方法を用いることができる。
さらに、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可能である。
本実施の形態では、実施の形態2ないし実施の形態4に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について開示する。
本実施の形態は、複数の発光ユニットを積層した構造の発光素子を開示するものであり、その素子において本発明の複合材料を電荷発生層とした場合の構成を示すものである。
すなわち、本実施の形態は、複数の発光ユニットを積層した、いわゆるタンデム型発光素子を開示するもので図7に図示されており、その図では第1の電極と第2の電極との間に2つの発光ユニットが積層されている。
その第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512との間には、電荷発生層513が形成されている。
その第1の電極501と第2の電極502は、公知の材料を用いることができる。
第1の発光ユニット511及び第2の発光ユニット512は、それぞれ公知の構成を用いることができる。
本発明の複合材料は、可視光の透過率が高いため、第1の発光ユニットおよび第2の発光ユニットで発光した光の透過率が高く、外部取り出し効率を向上させることが可能である。
なお、その電荷発生層513は、本発明の複合材料と公知の材料とを組み合わせて形成してもよい。
例えば、実施の形態3で示したように、本発明の複合材料からなる層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。
また、本発明の材料からなる層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。
例えば、3つの発光ユニットを積層した発光素子は、第1の発光ユニット、第1の電荷発生層、第2の発光ユニット、第2の電荷発生層、第3の発光ユニットの順に積層されるが、本発明の複合材料は、いずれか一つの電荷発生層のみに含まれていてもよいし、全ての電荷発生層に含まれていてもよい。
なお、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可能である。
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置を開示する。
その実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図8を用いて示す。
なお、その図8において、(A)は発光装置を示す上面図、(B)は(A)をA−A’及びB−B’で切断した断面図である。
点線で示された601は駆動回路部(ソース側駆動回路)、602は画素部、603は駆動回路部(ゲート側駆動回路)である。
また、604は封止基板、605はシール材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていてもよい。
また、本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
素子基板610上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路601はnチャネル型TFT623とpチャネル型TFT624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。
その駆動回路を形成するTFTは、公知のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成してもよい。
その画素部602は、スイッチング用TFT611と電流制御用TFT612とそのドレインに電気的に接続された第1の電極613とを含む複数の画素により形成される。
その第1の電極613の端部を覆って絶縁物614が形成されている。
ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
例えば、絶縁物614の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。
なお、絶縁物614としては、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
ここで、本実施の形態において陽極として機能する第1の電極613に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。
例えば、ITO膜、または珪素を含有したインジウム錫酸化物膜、酸化亜鉛を含む酸化インジウム膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。
なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれる。
本発明の複合材料を含む層を有していることにより、発光素子の低駆動電圧化が可能になり、発光装置の消費電力を低減することができる。
さらに、本発明の発光素子は発光効率が高いため、より消費電力を低減することが可能である。
その結果、信頼性の高い発光装置を得ることができ、発光装置の製造歩止まりを向上させることができる。
なお、実施の形態1で示した本発明の複合材料と組み合わせて用いる材料としては、公知の材料を用いることができ、低分子系材料、中分子材料(オリゴマー、デンドリマーを含む)または高分子系材料であってもよい。
なお、発光物質を含む層616で生じた光を第2の電極617を透過させる場合には、第2の電極(陰極)617として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO、酸化亜鉛を含む酸化インジウム、珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのがよい。
なお、空間607には、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材605で充填される構成も含むものとする。
そのシール材605にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。
これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
図10には本発明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。
図10において、基板951上には、電極952と電極956との間には発光物質を含む層955が設けられている。
その電極952の端部は絶縁層953で覆われており、その絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。
つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接しない辺)よりも短い。
隔壁層954をこのように設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。
また、パッシブ型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
本実施の形態では、実施の形態6に示す発光装置をその一部に含む本発明の電気機器について開示する。
本発明の電気機器は、実施の形態1に示した複合材料を含み、低消費電力の表示部を有する。
また、ゴミや衝撃等による短絡が抑制された信頼性の高い表示部を有する。
図9(A)はテレビ受像機であり、それは筐体9101、支持台9102、表示部9103、スピーカー部9104、ビデオ入力端子9105等を含む。
本発明の発光装置をその表示部9103に用いることにより作製される。
それにより、信頼性が高く、低消費電力の表示部を有するテレビ受像機を得ることができる。
なお、前記テレビ受像機には、コンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
本発明の発光装置をその表示部9203に用いることにより作製される。
それにより、信頼性が高く、低消費電力の表示部を有するコンピュータを得ることができる。
本発明の発光装置をその表示部9302に用いることにより作製される。
それにより、信頼性が高く、低消費電力の表示部を有するゴーグル型ディスプレイを得ることができる。
本発明の発光装置をその表示部9403に用いることにより作製される。
それにより、信頼性が高く、低消費電力の表示部を有する携帯電話を得ることができる。
なお、表示部9403は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
本発明の発光装置をその表示部9502に用いることにより作製される。
それにより、信頼性が高く、低消費電力の表示部を有するカメラを得ることができる。
そして、本発明の発光装置を用いることにより、信頼性が高く、低消費電力の表示部を有する電気機器を提供することが可能となる。
また、本実施例に続いて実施例2を示すがそれについても実施例1と同様である。
本実施例1では、前記したとおり複合材料の作製例を具体的に示す。
まず、ガラス基板を真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。
そして、構造式(14)で表されるDTDPPA(N,N’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン)と酸化モリブデン(モリブデンの価数:VI)とをそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、10−4Pa程度の真空に引いた状態で、共蒸着法によりDTDPPAと酸化モリブデンとを複合した本発明の複合材料を成膜した。
この際DTDPPAは0.4nm/sの成膜レートで蒸発させ、酸化モリブデンはDTDPPAに対して1/4の量(重量比)を蒸発させた。
なお、膜厚は50nmとした。
その図11(a)に示す通り、可視光領域(400nm〜700nm)には顕著な吸収は見られなかった。
なお、900nm付近には、DTDPPA、酸化モリブデンそれぞれの単膜では見られなかった吸収が発生しており、ホールの発生を示唆している。
作製例1におけるDTDPPAに換えて構造式(93)で表されるDPAB(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)を用いた以外は作製例1と同様の手法にてDPAB−酸化モリブデン複合材料を作製した。
その吸収スペクトルを測定した結果を図11(b)に示す。
その図に示す通り、可視光領域(400nm〜700nm)には顕著な吸収は見られなかった。
なお、900nm付近には、DPAB、酸化モリブデンそれぞれの単膜では見られなかった吸収が発生しており、ホールの発生を示唆している。
作製例1におけるDTDPPAに換えて構造式(96)で表されるDNTPD(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)を用いた以外は作製例1と同様の手法にてDNTPD−酸化モリブデン複合材料を作製した。
その吸収スペクトルを測定した結果を図11(c)に示す。
その図に示す通り、可視光領域(400nm〜700nm)には顕著な吸収は見られなかった。
なお、900nm付近には、DNTPD、酸化モリブデンそれぞれの単膜では見られなかった吸収が発生しており、ホールの発生を示唆している。
作製例1におけるDTDPPAに換えて構造式(101)で表されるDPA3B(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)を用いた以外は作製例1と同様の手法にてDPA3B−酸化モリブデン複合材料を作製した。
その吸収スペクトルを測定した結果を図11(d)に示す。
その図に示す通り、可視光領域(400nm〜700nm)には顕著な吸収は見られなかった。
なお、900nm付近には、DPA3B、酸化モリブデンそれぞれの単膜では見られなかった吸収が発生しており、ホールの発生を示唆している。
作製例1におけるDTDPPAに換えてNPBを用いた以外は作製例1と同様の手法にてNPB−酸化モリブデン複合材料を作製した。
その吸収スペクトルを測定した結果を図12に示す。
その図に示す通り、可視光領域(400nm〜700nm)である500nm付近に顕著な吸収が現れていることがわかった。
なお、1400nm付近には、NPB、酸化モリブデンそれぞれの単膜では見られなかった吸収が発生しており、ホールの発生を示唆している。
なお、図13では、横軸の波長を可視光領域(400nm〜700nm)に限定した。
その図13に示す通り、作製例1〜4の可視光領域における透過率は90%程度か、あるいはそれ以上を示しているのに対し、比較例の透過率は、500nm近辺で70%台にまで低下していることがわかる。
以上のことから、本発明の複合材料は、従来の複合材料に比べて透光性に優れていることがわかる。
また、比較例を交えて本発明の効果について説明する。
≪本発明の発光素子≫
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をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極を形成した。
なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm角とした。
その後真空装置内を排気し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極上に、DNTPDと酸化モリブデン(モリブデンの価数:VI)とルブレンとを共蒸着することにより、本発明の複合材料からなる層を形成した。
その膜厚は120nmとし、DNTPDと酸化モリブデン(モリブデンの価数:VI)とルブレンの比率は、質量比で1:0.5:0.02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。
さらに、Alq3とクマリン6とを共蒸着することにより、正孔輸送層上に37.5nmの膜厚の発光層を形成した。
ここで、Alq3とクマリン6との質量比は、1:0.05(=Alq3:クマリン6)となるように調節した。
これによって、クマリン6はAlq3から成る層中に分散した状態となる。
さらに、電子輸送層上に、同様の手法にてフッ化カルシウムを1nmの膜厚となるように成膜し、電子注入層を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極を形成することで、本発明の発光素子を作製した。
上述した本発明の発光素子における複合材料からなる層を、下記の通り従来の複合材料からなる層とした以外は全て、本発明の発光素子と同様にして作製した。
本比較素子1においては、第1の電極上に、NPBと酸化モリブデン(モリブデンの価数:VI)とルブレンとを共蒸着することにより、従来の複合材料からなる層を形成した。
その膜厚は120nmとし、NPBと酸化モリブデン(モリブデンの価数:VI)とルブレンの比率は、質量比で1:0.33:0.01となるように調節した。
本比較素子2においては、複合材料を用いない比較用の発光素子を作製した。
その比較素子2の構成は、本発明の発光素子における複合材料からなる層に換えて、CuPcを20nm成膜し、次いで正孔輸送層としてNPBを40nm成膜した以外は全て、本発明の発光素子と同様にして作製した。
以上のようにして作製した各発光素子に関し、動作特性について調べた。
なお、測定は室温(25℃)になるように保った状態でおこなった。なお、いずれの素子においても、クマリン6に由来する緑色の発光が得られた。
その図の通り、複合材料を用いた本発明の発光素子及び比較素子1は、複合材料を用いずCuPcを用いた比較素子2に比べ、電流が流れやすかった。
このことは、本発明の複合材料が、従来の複合材料と同様、キャリア輸送性及び有機化合物へのキャリア注入性に優れていることを示唆している。
その結果を図15に示す。
本発明の発光素子と比較素子1は、先に述べた通り電流の流れやすさは同じであるが、その電流に対する出力(輝度)を表す電流効率(発光効率)に関しては、本発明の発光素子の方が大きく上回っていることがわかる。
本実験に用いた本発明の発光素子は緑色発光を示すが、従来の複合材料の場合、実施例1で述べた通り500nm付近(青色〜緑色領域)の透過率が悪いため、比較素子1の発光効率低下に繋がったものと考えられる。
本発明の複合材料の発光特性を更に調査すべく、電圧−輝度特性を測定し、それについて図16に示す。
それらのことを踏まえると、本発明の複合材料はキャリア輸送性及び有機化合物へのキャリア注入性に優れ、かつ透明性にも優れている。
さらに、図16に示す通り本発明の発光素子が最も駆動電圧が低い結果が得られる。
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をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極の電極を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm角とした。
実施例7および実施例8に記載の発光素子に対する比較例となる発光素子、発光素子(31)、発光素子(32)、発光素子(33)、発光素子(34)、発光素子(35)、発光素子(36)、発光素子(37)、発光素子(38)、発光素子(39)、発光素子(40)について説明する。
実施例10に記載の発光素子に対する比較例となる発光素子を作製した。
実施例10に記載の発光素子に対する比較例となる発光素子を作製した。
実施例11に記載の発光素子に対する比較例となる発光素子を作製した。
実施例12に記載の発光素子に対する比較例となる発光素子を作製した。
102 第1の電極
103 第1の層
104 第2の層
105 第3の層
106 第4の層
107 第2の電極
400 基板
401 第1の電極
402 第2の電極
411 第1の層
412 第2の層
413 第3の層
200 基板
201 第1の電極
202 第2の電極
211 第1の層
212 第2の層
213 第3の層
214 第4の層
301 基板
302 第1の電極
303 第1の層
304 第2の層
305 第3の層
306 第4の層
307 第2の電極
501 第1の電極
502 第2の電極
511 第1の発光ユニット
512 第2の発光ユニット
513 電荷発生層
601 ソース側駆動回路
602 画素部
603 ゲート側駆動回路
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 配線
609 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
610 素子基板
611 スイッチング用TFT
612 電流制御用TFT
613 第1の電極
614 絶縁物
616 発光物質を含む層
617 第2の電極
618 発光素子
623 nチャネル型TFT
624 pチャネル型TFT
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 発光物質を含む層
956 電極
Claims (10)
- 前記無機化合物は遷移金属酸化物であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記無機化合物は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、酸化レニウムのいずれかであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の複合材料。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の複合材料を含む層を有することを特徴とする発光素子。
- 一対の電極間に、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の複合材料を含む層を有し、
前記複合材料を含む層は、前記一対の電極の一方又は両方に接していることを特徴とする発光素子。 - 一対の電極間に、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の複合材料を含む層と、複数の発光ユニットとを有し、
前記複合材料を含む層は、前記複数の発光ユニットの間に設けられていることを特徴とする発光素子。 - 請求項6ないし請求項8のいずれか1項に記載の発光素子を有することを特徴とする発光装置。
- 請求項9に記載の発光装置を有することを特徴とする電気機器。
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