JP2012074754A - 発光素子、発光装置、及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電極と第2の電極の間に、第1の層と、発光物質を含む第2の層とを有し、第1の層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを有し、第1の層は、第2の層と第2の電極の間に設けられており、第1の層において、第2の有機化合物よりも第1の有機化合物が多く含まれており、第1の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、第2の有機化合物は、電子トラップ性の有機化合物であり、第2の有機化合物のエネルギーギャップは、発光物質のエネルギーギャップよりも大きく、第1の電極の電位が第2の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られる発光素子を提供する。
【選択図】なし
Description
に関する。
した発光素子の研究開発が盛んに行われている。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物質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、発光性の物質からの発光を得ることができる。
く、バックライトが不要である等の利点があり、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。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できること
も大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
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。
、無機化合物であるかによって大きく分けられる。
電極から電子および正孔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(電子および正孔)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、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
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。
が多く、これらを克服するために素子構造の改良や材料開発等が行われている。
光素子を効率良く発光させている。しかし、非特許文献1に記載されているように正孔ブ
ロック層は耐久性がなく、発光素子の寿命は短い。よって、発光素子のさらなる長寿命化
が望まれている。
寿命の長い発光装置および電子機器を提供することを課題とする。
電子の移動を制御することにより、キャリアバランスの経時変化を抑制できることを見出
した。またそれにより、寿命の長い発光素子が得られることを見出した。さらに、電子ト
ラップ性の物質のエネルギーギャップを発光物質のエネルギーギャップよりも大きくする
ことにより、電子トラップ性の物質からの発光を防ぐことができ、色純度の良い発光素子
が得られることを見出した。
第2の層とを有し、前記第1の層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを有し、
前記第1の層は、前記第2の層と前記第2の電極の間に設けられており、前記第1の層に
おいて、前記第2の有機化合物よりも第1の有機化合物が多く含まれており、前記第1の
有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、前記第2の有機化合物は、電子トラップ
性の有機化合物であり、前記第2の有機化合物のエネルギーギャップは、前記発光物質の
エネルギーギャップよりも大きく、前記第1の電極の電位が前記第2の電極の電位よりも
高くなるように電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴
とする発光素子である。
あることが好ましい。したがって本発明の一は、第1の電極と第2の電極の間に、第1の
層と、発光物質を含む第2の層とを有し、前記第1の層は、第1の有機化合物と、第2の
有機化合物とを有し、前記第1の層は、前記第2の層と前記第2の電極の間に設けられて
おり、前記第1の層において、前記第2の有機化合物よりも第1の有機化合物が多く含ま
れており、前記第1の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、前記第2の有機化
合物の最低空軌道準位(LUMO準位)は、前記第1の有機化合物の最低空軌道準位(L
UMO準位)より0.3eV以上低く、前記第2の有機化合物のエネルギーギャップは、
前記発光物質のエネルギーギャップよりも大きく、前記第1の電極の電位が前記第2の電
極の電位よりも高くなるように電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得ら
れることを特徴とする発光素子である。
く、有用である。そして、前記第2の有機化合物がその可視光よりも大きなエネルギーギ
ャップを有することにより、前記第2の有機化合物からの発光を防ぐことができるため、
色純度の良い発光素子が得られる。したがって、上述した発光素子において、前記第2の
有機化合物のエネルギーギャップが3.0eV以上であることが好ましい。また、前記第
2の有機化合物の発光が紫外〜紫色の領域であれば、前記第2の有機化合物が励起された
場合であっても前記発光物質にエネルギー移動できるため、やはり色純度の良い発光素子
が得られる。したがって、上述した発光素子において、前記第2の有機化合物の発光ピー
ク波長が350nm以上450nm以下であることが好ましい。以上のことから、さらに
好ましくは、前記第2の有機化合物のエネルギーギャップが3.0eV以上であり、かつ
、発光ピーク波長が350nm以上450nm以下の場合である。
寿命化の効果が顕著となる。したがって本発明の一は、上述した発光素子において、前記
第2の層が電子輸送性である発光素子である。特に好ましくは、前記第2の層が発光物質
と第3の有機化合物とを有し、前記第3の有機化合物は前記発光物質よりも多く含まれて
おり、前記第3の有機化合物は電子輸送性である発光素子である。またこの時、駆動電圧
の上昇を防ぐために、前記第3の有機化合物は、電子輸送性である一方で正孔を受け取る
能力も有することが好ましい。このような観点から、前記第3の有機化合物はアントラセ
ン誘導体であることが好ましい。
に顕著である。したがって本発明の一は、上述した発光素子において、前記第1の層と前
記発光層とが接するように設けられている発光素子である。
が上昇してしまい、薄すぎると本発明の効果が微弱となる。したがって、上述した発光素
子において、前記第1の層の膜厚は、5nm以上20nm以下であることが好ましい。
ら、前記第1の有機化合物は金属錯体であることが好ましい。
誘導体が好ましいことを本発明者らは見出した。したがって本発明の一は、上述した発光
素子において、前記第2の有機化合物がキノキサリン誘導体である発光素子である。キノ
キサリン誘導体としては、化学的安定性を考慮すると、2,3−ジフェニルキノキサリン
誘導体が好ましい。さらに、2,3−ジフェニルキノキサリン誘導体の中でも、分子量が
比較的高く耐熱性の高い、2,3,2’,3’−テトラフェニル−6,6’−ビキノキサ
リン誘導体が特に好ましい。
ては、フェニル基が電子吸引基(フルオロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ
基、アシル基、あるいはアシロキシ基など)で置換されている2,3,2’,3’−テト
ラフェニル−6,6’−ビキノキサリン誘導体が、比較的高い電子トラップ性および分子
量を有していることを本発明者らは見出した。したがって本発明の一は、上述した発光素
子において、前記第2の有機化合物が、下記一般式(1)で表されるキノキサリン誘導体
であることを特徴とする発光素子である。また、下記一般式(1)で表されるキノキサリ
ン誘導体は、本発明者らが創出した新規な物質であるため、該キノキサリン誘導体も本発
明に含むものとする。
るキノキサリン誘導体が好ましい。したがって本発明の一は、上述した発光素子において
、前記第2の有機化合物が、下記一般式(2)で表されるキノキサリン誘導体であること
を特徴とする発光素子である。また、下記一般式(2)で表されるキノキサリン誘導体は
、本発明者らが創出した新規な物質であるため、該キノキサリン誘導体も本発明に含むも
のとする。
トラップ性が高く好ましい。すなわち、R21〜R24がフルオロ基、シアノ基、トリフ
ルオロメチル基、ニトロ基、アシル基、あるいはアシロキシ基のいずれか一であることが
好ましい。さらに、合成上好ましくは、R21〜R24がフルオロ基、シアノ基、トリフ
ルオロメチル基、ニトロ基、アシル基、あるいはアシロキシ基のいずれか一であり、かつ
R21〜R24が同一の置換基である場合である。
述した本発明の発光素子と、前記発光素子の発光を制御する制御手段とを有する発光装置
も本発明に含むものとする。本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光
デバイス、もしくは光源(照明装置を含む)を含む。また、発光素子が形成されたパネル
にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)も
しくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP
(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテ
ープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子に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。
示部として有用である。したがって、表示部を有し、前記表示部が、上述した本発明の発
光素子と前記発光素子の発光を制御する制御手段とを備えた電子機器も、本発明に含むも
のとする。
変化を抑制することができる。よって、長寿命の発光素子を得ることができる。
ることができる。また、本発明の発光素子を、電子機器の表示部に適用することにより、
表示部の寿命が長い電子機器を得ることができる。
よって駆動されることが多いが、その場合、輝度劣化とは電流効率の低下である。そして
電流効率は、流れている電流に対する光の出力であるため、流れているキャリアのうちど
のくらいが発光層内において再結合に寄与しているか(キャリアバランス)、あるいは発
光層内で再結合したキャリアのうち(つまり励起子のうち)どのくらいが発光に寄与して
いるか(量子収率)に大きく左右される。
収率の経時劣化が大きなウェイトを占めていると考えられる。本発明では、キャリアバラ
ンスの経時的な変化に着目した。
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
を様々に変更することが可能である。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。
の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う
。
まず、本発明の発光素子の原理に関して説明する。図1は、本発明の発光素子のバンド
図の一例である。本発明の発光素子は、第1の電極101と第2の電極102の間に、第
1の層114と、発光物質を含む第2の層113とを有しており、第1の層114は、第
2の層113と第2の電極102の間に設けられている。第1の層114は、電子輸送性
である第1の有機化合物141と、第2の有機化合物142とを有しており、第1の層1
14には第2の有機化合物142よりも第1の有機化合物141の方が多く含まれている
。また、図1に示す通り、第2の有機化合物142のLUMO準位は、第1の有機化合物
141のLUMO準位よりも低い位置にあるため、第2の有機化合物142は電子トラッ
プ性を有している。なお、図1の第2の層113においては、第3の有機化合物131に
発光物質132が添加されている構成を例示しているが、発光物質のみで第2の層を構成
してもよい。また、112は正孔輸送層、115は電子輸送層であるが、これらの層は必
ずしも必要ではなく、適宜設ければよい。
電位が高くなるように電圧を印加すると、第1の電極101のフェルミ準位から注入され
た正孔は、正孔輸送層112の最高非占分子軌道準位(HOMO準位)を通り、第2の層
113に注入される。一方、第2の電極202のフェルミ準位から注入された電子は、電
子輸送層115のLUMO準位を通り、第1の層114に注入される。第1の層114に
注入された電子は、電子トラップ性を有する第2の有機化合物142により、電子の移動
が遅くなる。遅くなった電子は、発光物質132を含む第2の層113に注入され、正孔
と再結合し、発光する。
合物131が電子輸送性である場合、正孔輸送層112から第2の層113に注入された
正孔は移動が遅くなる。したがって、もし第1の層114を設けない従来の発光素子であ
れば、電子の移動は遅くならないまま第2の層113に注入され、正孔輸送層112の界
面付近まで達する。そのため、発光領域は正孔輸送層112と第2の層113との界面近
傍に形成される。その場合、電子が正孔輸送層112にまで達してしまい、正孔輸送層1
12を劣化させる恐れがある。また、経時的に正孔輸送層112にまで達してしまう電子
の量が増えていくと、経時的に発光層内での再結合確率が低下していくことになるため、
素子寿命の低下(輝度の経時劣化)に繋がってしまう。
4は、電子輸送性を有する第1の有機化合物に、電子をトラップする機能を有する第2の
有機化合物を添加した構成となっている。したがって、第1の層114に注入された電子
は、その移動が遅くなり、第2の層113への電子注入が制御される。その結果、従来で
は正孔輸送層112と第2の層113との界面近傍で形成されたはずの発光領域が、本発
明の発光素子においては、第2の層113内から、第2の層113と第1の層114との
界面付近にかけて形成されることになる。したがって、電子が正孔輸送層112にまで達
してしまい、正孔輸送層212を劣化させる可能性が低くなる。また正孔に関しても、第
1の層114が電子輸送性を有する第1の有機化合物を有しているため、正孔が電子輸送
層115にまで達して電子輸送層115を劣化させる可能性は低い。
用するのではなく、電子輸送性を有する有機化合物に電子をトラップする機能を有する有
機化合物を添加している点が重要である。このような構成とすることで、単に第2の層1
13への電子注入を制御するだけではなく、その制御された電子注入量が経時的に変化す
るのを抑制することができる。以上のことから本発明の発光素子は、発光素子において経
時的にキャリアバランスが悪化して再結合確率が低下していく現象を防ぐことができるた
め、素子寿命の向上(輝度の経時劣化の抑制)に繋がる。
に発光領域が形成されていないため、正孔輸送層や電子輸送層に発光領域が近接すること
による劣化の影響を受けることがない。また、キャリアバランスの経時的な変化(特に電
子注入量の経時的変化)を抑制することができる。したがって、劣化が少なく、寿命の長
い発光素子を得ることができる。
エネルギーギャップE2が、第2の層113に含まれる発光物質132のエネルギーギャ
ップE1よりも大きいことが重要となる。なぜならば、第2の有機化合物142は電子ト
ラップ性が高いため、素子中で励起されてしまう可能性があるが、E2>E1とすること
により、第2の有機化合物142での励起子形成を抑制することができるためである。し
たがって、第2の有機化合物142の発光色が混色することなく、発光物質132からの
発光が得られるため、色純度の良い発光素子が得られる。
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。
の電極201と第2の電極202との間に設けられたEL層203とから構成されている
。EL層203は、第1の層214と、発光物質を含む第2の層213とを有しており、
第1の層214は、第2の層213と第2の電極202の間に設けられている。第1の層
214は、電子輸送性である第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを有しており、第
1の層214には第2の有機化合物よりも第1の有機化合物141の方が多く含まれてい
る。また、第2の有機化合物は電子トラップ性を有している。なお、本形態では第1の電
極201は陽極として機能し、第2の電極202は陰極として機能するものとして、以下
説明をする。つまり、第1の電極201の方が第2の電極202よりも電位が高くなるよ
うに、第1の電極201と第2の電極202に電圧を印加したときに、発光が得られるも
のとして、以下説明をする。
、またはプラスチックなどを用いることができる。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。
金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には
、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、
珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛
(IZO:Indium Zinc Oxide)、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等が挙げられる。これらの電気伝導性金属酸化物膜は、通常スパッ
タにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート
法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)は、酸
化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリン
グ法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化
インジウムは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を
0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することがで
きる。この他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、ク
ロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラ
ジウム(Pd)、チタン(Ti)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が
挙げられる。
は、第1の電極201として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導
性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム(A
l)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(AlSi)等を用いることができる。また
、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第1族または第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、およびマグネシウム(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、およびこれらを
含む合金(MgAg、AlLi)、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の
希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土
類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、ア
ルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも
可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能で
ある。
11、正孔輸送層212、電子輸送層215、電子注入層216を有している。なお、E
L層203は、本実施の形態で具体的に示す第1の層214と、発光物質を含む第2の層
とを有していればよく、その他の層については特に限定されない。例えば、正孔注入層、
正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。
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
、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタ
ロシアニン(略称:H2Pc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジ
ルフタロシアニン(VOPc)等のフタロシアニン系の化合物、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−(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)、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)、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)、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−(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)等の芳香族アミン化合物等が挙げられる。
せた複合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質
を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選
ぶことができる。つまり、第1の電極201として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕
事関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、正孔輸送性の高い物質
とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など
、種々の化合物を用いることができる。具体的には、10−6cm2/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。但し、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。以下では、複合材料に用いることのできる正孔
輸送性の高い物質を具体的に列挙する。
DATA、TDATA、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzP
CA2、PCzPCN1の他、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またはα−NPD)、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)等の芳香族アミン化合物や、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(
略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(
略称:TCPB)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,
6−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体や、2−tert−ブチル−9,1
0−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル
−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフ
ェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4
−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフ
チル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DP
Anth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10
−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、9,10−ビス
[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチル−アントラセン、9,10−
ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−
9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10
−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニ
ル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’
−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニ
ル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,
5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン、ペンタセン、コロネン、4,4’
−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス
[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等の
芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
−テトラフルオロキノジメタン(略称:F4−TCNQ)、クロラニル等の有機化合物や
、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。
ー等)を用いることができる。例えば、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)な
どの高分子化合物が挙げられる。また、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。
物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層211として
用いてもよい。
しては、低分子の有機化合物としては、上述のNPB(またはα−NPD)、TPDの他
、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)、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)などの
芳香族アミン化合物を用いることができる。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。但し、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、正孔輸送性の高い物質を含む層は、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。
y−TPDなどの高分子化合物を用いることもできる。
とができる。低分子の有機化合物としては、具体的には、青色系の発光材料として、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:YG
APA)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、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:2PCABP
hA)、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)、N−[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)などが挙げられる。ま
た、黄色系の発光材料として、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)などが挙げられる。また、赤
色系の発光材料として、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)、7,13−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)などが挙げられる。また、ビス[2
−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナトーN,C3’]イリジウム(II
I)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)2(acac))のような燐光材料を
用いることもできる。
とが好ましい。発光層が電子輸送性の場合、従来では発光層内からの電子の突き抜けを防
ぐため、電子ブロック層を発光層の陽極側に設けていた。しかしながら、その電子ブロッ
ク機能が経時的に劣化すると、再結合領域が電子ブロック層内(あるいは正孔輸送層内)
にまで及んでしまい、電流効率の低下(すなわち輝度劣化)が顕著となる。一方本発明の
場合は、逆に、電子が発光層に注入される手前(陰極側)の第1の層214において、電
子の移動を制御しているため、多少電子側のバランスが崩れたとしても、発光層内におけ
る再結合の割合は変化しにくく、輝度が低下しにくいというメリットがある。このように
、第2の層213すなわち発光層が電子輸送性である場合に、特に長寿命化の効果が顕著
となる。
もよい。例えば、図1で示したように、第3の有機化合物に発光物質を分散させてもよい
。第3の有機化合物としては、各種のものを用いることができ、発光物質よりもLUMO
準位が高く、HOMO準位が低い物質を用いることが好ましい。
が好ましい。つまり、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高いことが好ましい。よって、
第3の有機化合物としては、電子輸送性の有機化合物であることが好ましい。具体的には
、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4−
メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq3)、ビス(10
−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:BeBq2)、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(III)
(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[
2−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス
[2−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)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)、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)
、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)、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)、
バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などの
複素環化合物や、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)、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:DPCzPA)、9,10−ビ
ス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、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)、9,9’−ビアントリル(略称:
BANT)、9,9’−(スチルベン−3,3’−ジイル)ジフェナントレン(略称:D
PNS)、9,9’−(スチルベン−4,4’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DP
NS2)、3,3’,3’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリピレン(略称:
TPB3)などの縮合芳香族化合物を用いることができる。
正孔を受け取る能力も有することが好ましい。このような観点から、第3の有機化合物は
、上述のCzPA、DPCzPA、DNA、t−BuDNAのようなアントラセン誘導体
であることが好ましい。
ができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに
添加してもよい。また、発光物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにNPB、
あるいはAlq等をさらに添加してもよい。
制することができる。また、発光物質の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することが
できる。
の発光材料として、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)(略称:P
FO)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,5−
ジメトキシベンゼン−1,4−ジイル)](略称:PF−DMOP)、ポリ{(9,9−
ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−[N,N’−ジ−(p−ブチルフェニ
ル)−1,4−ジアミノベンゼン]}(略称:TAB−PFH)などが挙げられる。また
、緑色系の発光材料として、ポリ(p−フェニレンビニレン)(略称:PPV)、ポリ[
(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−alt−co−(ベンゾ[2,1
,3]チアジアゾール−4,7−ジイル)](略称:PFBT)、ポリ[(9,9−ジオ
クチル−2,7−ジビニレンフルオレニレン)−alt−co−(2−メトキシ−5−(
2−エチルヘキシロキシ)−1,4−フェニレン)]などが挙げられる。また、橙色〜赤
色系の発光材料として、ポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキソキシ)−1,4
−フェニレンビニレン](略称:MEH−PPV)、ポリ(3−ブチルチオフェン−2,
5−ジイル)、ポリ{[9,9−ジヘキシル−2,7−ビス(1−シアノビニレン)フル
オレニレン]−alt−co−[2,5−ビス(N,N’−ジフェニルアミノ)−1,4
−フェニレン]}、ポリ{[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシロキシ)−1,4−
ビス(1−シアノビニレンフェニレン)]−alt−co−[2,5−ビス(N,N’−
ジフェニルアミノ)−1,4−フェニレン]}(略称:CN−PPV−DPD)などが挙
げられる。
物質を含む。第1の層214は第1の有機化合物および第2の有機化合物を含み、第1の
有機化合物は、第2の有機化合物よりも多く含まれている。
極202側に設けられているため、第1の有機化合物は電子輸送性を有する有機化合物で
ある。つまり、第1の有機化合物は、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高い物質である
ことが好ましい。具体的には、上述したAlq、Almq3、BeBq2、BAlq、Z
nq、BAlq、ZnPBO、ZnBTZなどの金属錯体、PBD、OXD−7、TAZ
、TPBI、BPhen、BCPなどの複素環化合物、CzPA、DPCzPA、DPP
A、DNA、t−BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2、TPB3などの縮合芳
香族化合物を用いることができる。また、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)などの高分子化合物を用いることができる。
中でも、電気的安定性(特に、電子に対する安定性)と適度な電子輸送性から、金属錯体
であることが好ましい。
的には、第2の有機化合物は、第1の有機化合物のLUMO準位より0.3eV以上低い
LUMO準位を有する有機化合物であることが好ましい。第2の有機化合物が含まれるこ
とにより、層全体としては、第1の有機化合物のみからなる層よりも電子輸送速度が小さ
くなる。つまり、第2の有機化合物を添加することにより、電子の移動を制御することが
可能となる。また、第2の有機化合物の濃度を制御することにより、電子の移動速度を制
御することが可能となる。
2の層213に含まれる発光物質のエネルギーギャップよりも大きいことが特徴である。
これにより、第2の有機化合物の発光色が混色することなく、発光物質からの発光が得ら
れるため、色純度の良い発光素子が得られる。
エネルギーギャップを有することが好ましい。したがって、第2の有機化合物のエネルギ
ーギャップは、3.0eV以上であることが好ましい。また、第2の有機化合物の発光が
紫外〜紫色の領域であれば、第2の有機化合物が励起された場合であっても第2の層21
3に含まれる発光物質にエネルギー移動できるため、やはり色純度の良い発光素子が得ら
れる。したがって、第2の有機化合物の発光ピーク波長が350nm以上450nm以下
であることが好ましい。
キサリン誘導体が好ましいことを本発明者らは見出した。キノキサリン誘導体としては、
化学的安定性を考慮すると2,3−ジフェニルキノキサリン誘導体が好ましく、例えば、
2,3−ジフェニルキノキサリン(略称:DPQ)、2,3−ビス(4−フルオロフェニ
ル)キノキサリン(略称:FDPQ)、2,3−ビス(4−トリフルオロメチルフェニル
)キノキサリン(略称:CF3−DPQ)、2,3,5,8−テトラフェニルキノキサリ
ン(略称:TPQ)、2,3−ビス[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル
]キノキサリン(略称:PAPQ)、などが挙げられる。
の高い、2,3,2’,3’−テトラフェニル−6,6’−ビキノキサリン誘導体が特に
好ましい。その具体例としては、例えば、2,3,2’,3’−テトラフェニル−6,6
’−ビキノキサリン(略称:DPQ2)の他、下記一般式(1)で表されるキノキサリン
誘導体が挙げられる。
−6,6’−ビキノキサリンのフェニル基が電子吸引基(フルオロ基、シアノ基、トリフ
ルオロメチル基、ニトロ基、アシル基、あるいはアシロキシ基など)で置換されており、
比較的高い電子トラップ性および分子量を有している。なお、上記一般式(1)で表され
るキノキサリン誘導体は、本発明者らが創出した新規な物質であるため、該キノキサリン
誘導体も本発明に含むものとする。
表されるキノキサリン誘導体が好ましい。また、下記一般式(2)で表されるキノキサリ
ン誘導体は、本発明者らが創出した新規な物質であるため、該キノキサリン誘導体も本発
明に含むものとする。
子トラップ性が高く好ましい。すなわち、R21〜R24がフルオロ基、シアノ基、トリ
フルオロメチル基、ニトロ基、アシル基、あるいはアシロキシ基のいずれか一であること
が好ましい。さらに、合成上好ましくは、R21〜R24がフルオロ基、シアノ基、トリ
フルオロメチル基、ニトロ基、アシル基、あるいはアシロキシ基のいずれか一であり、か
つR21〜R24が同一の置換基である場合である。
し、湿式法で作製する発光素子に適用する場合は、この限りではない。また、アシロキシ
基としては、アセトキシ基等の炭素数が1〜4のアシロキシ基が好ましい。ただし、湿式
法で作製する発光素子に適用する場合は、この限りではない。
ては、下記構造式(101)〜(211)などが挙げられる。ただし、本発明のキノキサ
リン誘導体はこれに限定されることはない。
UMO準位より0.3eV以上低いことが好ましい。したがって、用いる第2の有機化合
物の種類に応じて、そのような条件を満たすように適宜第1の有機化合物を選択すればよ
い。例えば、実施例にて後述するように、第2の有機化合物として上記構造式(101)
で表される2,3,2’,3’−テトラキス(4−フルオロフェニル)−6,6’−ビキ
ノキサリン(略称:FDPQ2)や2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリン
(略称:FDPQ)を用いる場合、第1の有機化合物としてAlqを用いることで、上述
の条件を満たすようになる。
であることが好ましい。厚すぎる膜厚だと、電子の移動速度を低下させすぎてしまい、駆
動電圧が高くなってしまう。また、薄すぎる膜厚だと、電子の移動を制御する機能を実現
しなくなってしまう。よって、5nm以上20nm以下の膜厚であることが好ましい。
合物として、上述したAlq、Almq3、BeBq2、BAlq、ZnPBO、ZnB
TZなどの金属錯体を用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、PBD、OXD
−7、TAZ、TPBI、BPhen、BCPなどの複素環化合物も用いることができる
。ここに述べた物質は、主に10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する物質である
。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層とし
て用いても構わない。また、電子輸送層は、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。
(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)など
を用いることができる。
物質としては、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又はそれらの化合物を用い
ることができる。例えば、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
カリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばAlq中にマグネシウム(M
g)を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、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を用いる
ことにより、第2の電極202からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
以下が好ましい。)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いる
ことができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第1族または第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、および
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、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユウロピウム(Eu)、イッテ
ルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属
、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができ
る。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形
成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜する
ことも可能である。
属、アルカリ土類金属、希土類金属のようなドナー性の物質を含有させたものを用いるこ
とにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、珪素若しくは酸化珪素を含
有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な電気伝導性化合物を第2の電極202として用
いることができる。これら電気伝導性化合物は、スパッタリング法やインクジェット法、
スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。なお、ドナー性の物質としては、
テトラチアフルバレン(略称:TTF)のような有機化合物を用いてもよい。
を制御する層である第1の層214との間に、電子輸送性の高い物質を含む層217を設
けてもよい。
3と接するように設けることが望ましい。このような場合に、色純度のよい発光が得られ
るという効果が顕著なためである。また、第1の層214を第2の層213と接するよう
に設けることにより、発光層である第2の層213への電子注入を直接制御できるため、
発光層内におけるキャリアバランスの経時変化をより抑制することができ、素子寿命向上
に関してより大きな効果が得られる。また、電子輸送性の高い物質を含む層217を設け
ることがないので、プロセス的にも簡便となる。
4に含まれる第1の有機化合物と、第2の層213に多く含まれている有機化合物とは、
異なる有機化合物であることが好ましい。特に、第2の層213の構成が、発光性の高い
物質を分散させる物質(第3の有機化合物)と、発光物質とを含む場合、第3の有機化合
物と、第1の有機化合物とは、異なる有機化合物であることが好ましい。このような構成
により、第1の層214から第2の層213への電子の移動が、第1の有機化合物と第3
の有機化合物との間においても抑制され、電子の移動を制御する層を設ける効果がより高
くなる。
、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、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。
。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の
有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてEL層を形成してもよい。
ペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの
乾式法を用いて形成しても良い。
光層を塗り分ける場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層をイ
ンクジェット法を用いて形成することにより、大型基板であっても発光層の塗り分けが容
易となる。
リング法、正孔注入層211を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、正孔輸
送層212を乾式法である真空蒸着法、第2の層213を湿式法であるインクジェット法
、第1の層214を乾式法である共蒸着法、電子輸送層215および電子注入層216を
乾式法である真空蒸着法、第2の電極202を湿式法であるインクジェット法やスピンコ
ート法を用いて形成してもよい。また、第1の電極201を湿式法であるインクジェット
法、正孔注入層211を乾式法である真空蒸着法、正孔輸送層212を湿式法であるイン
クジェット法やスピンコート法、第2の層213を湿式法であるインクジェット法、第1
の層214を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、電子輸送層215および
電子注入層216を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第2の電極202
を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。なお、上記
の方法に限らず、湿式法と乾式法を適宜組み合わせればよい。
スパッタリング法、正孔注入層211および正孔輸送層212を湿式法であるインクジェ
ット法やスピンコート法、発光層である第2の層213を湿式法であるインクジェット法
、第1の層214を乾式法である共蒸着法、電子輸送層215および電子注入層216を
乾式法である真空蒸着法、第2の電極202を乾式法である真空蒸着法で形成することが
できる。つまり、第1の電極201が所望の形状で形成されている基板200上に、正孔
注入層211から第2の層213までを湿式法で形成し、第1の層214から第2の電極
202までを乾式法で形成することができる。この方法では、正孔注入層211から第2
の層213までを大気圧で形成することができ、第2の層の塗り分けも容易である。また
、第1の層214から第2の電極202までは、真空一貫で形成することができる。よっ
て、工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。一例を以下に示す。第1の電極
201上に、正孔注入層としてPEDOT/PSSを形成する。PEDOT/PSSは水
溶性であるため、水溶液としてスピンコート法やインクジェット法などにより、成膜する
ことができる。正孔輸送層212は設けず、正孔注入層211上に発光層として第2の層
213を設ける。第2の層は、すでに形成されている正孔注入層211(PEDOT/P
SS)が溶解しない溶媒(トルエン、ドデシルベンゼン、あるいはドデシルベンゼンとテ
トラリンとの混合溶媒など)に、発光物質を溶かした溶液を用いてインクジェット法を用
いて形成することができる。次に、第2の層213上に第1の層214を形成するが、第
1の層214を湿式法で形成する場合には、すでに形成されている正孔注入層211およ
び第2の層213が溶解しない溶媒を用いて形成しなくてはならない。その場合、溶媒の
選択肢が狭まるため、乾式法を用いて形成する方が第1の層214の形成には容易である
。よって、第1の層214から第2の電極202までを乾式法である真空蒸着法を用いて
真空一貫で形成することにより、工程を簡略化することができる。
との間に生じた電位差により電流が流れ、EL層203において正孔と電子とが再結合し
、発光するものである。
外部に取り出される。従って、第1の電極201または第2の電極202のいずれか一方
または両方は、透光性を有する電極である。第1の電極201のみが透光性を有する電極
である場合、図4(A)に示すように、発光は第1の電極201を通って基板200側か
ら取り出される。また、第2の電極202のみが透光性を有する電極である場合、図4(
B)に示すように、発光は第2の電極202を通って基板200と逆側から取り出される
。第1の電極201および第2の電極202がいずれも透光性を有する電極である場合、
図4(C)に示すように、発光は第1の電極201および第2の電極202を通って、基
板200側および基板200と逆側の両方から取り出される。
、逆に、基板200上に第2の電極202が設けられていてもよい。すなわち図3(A)
に示すように、基板200上に、陰極として機能する第2の電極202、EL層203、
陽極として機能する第1の電極201とが順に積層された構成でもよい。EL層203は
、図2と同様に、電子注入層216、電子輸送層215、第1の層214、第2の層21
3、正孔輸送層212、正孔注入層211を有する。また、図3(B)に示すように、電
子輸送性の高い物質を含む層217を設けてもよい点に関しても、図2(B)と同様であ
る。
は真空蒸着法、電子注入層216から電子輸送層215を乾式法である真空蒸着法、第1
の層214を共蒸着法、第2の層213を湿式法であるインクジェット法、正孔輸送層2
12および正孔注入層211を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第1の
電極201を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法により形成することができ
る。この方法では、第2の電極202から第1の層214までを乾式法により真空一貫で
形成し、第2の層213から第1の電極201までを大気圧で形成することができる。よ
って、工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブ型の発
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基板に形成され
る駆動用回路についても、N型およびP型のTFTからなるものでもよいし、若しくはN
型のTFTまたは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。また、
TFTに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用
いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。
を有している。第1の層は、2種類以上の物質を含むため、物質の組み合わせや混合比、
膜厚などを制御することにより、キャリアバランスを精密に制御することが可能である。
が可能であるので、従来よりも容易にキャリアバランスの制御が可能となる。つまり、用
いる材料そのものの物性を変化させなくても、混合比や膜厚等により、電子の移動を制御
することができる。
入層へ電子が達することを抑制し、経時的な発光効率の低下を抑制することができる。つ
まり、長寿命の発光素子を得ることができる。
まれている第2の有機化合物を用いて電子の移動を制御している。よって、第1の層に含
まれている成分のうち少ない成分で電子の移動を制御することが可能であるので、経時変
化に強く、発光素子の長寿命化を実現することができる。つまり、単一物質によりキャリ
アバランスを制御する場合に比べ、キャリアバランスの変化が起きにくい。例えば、単一
物質により形成された層で電子の移動を制御する場合には、部分的なモルフォロジーの変
化や、部分的な結晶化により、層全体のバランスが変化してしまう。そのため、経時変化
に弱い。しかし、本実施の形態で示すように、第1の層に含まれている成分のうち少ない
成分で電子の移動を制御することにより、モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響
が小さくなり、経時変化が起きにくい。よって、経時的な発光効率の低下が起こりにくい
長寿命の発光素子を得ることができる。
本実施の形態2では、上述した本発明のキノキサリン誘導体の合成法について説明する
。以下では、上述の一般式(1)で表されるキノキサリン誘導体を例に、合成法を説明す
る。
ン、下記一般式(3)で表されるα−ジケトンA、および下記一般式(4)で表されるα
−ジケトンBを用いることにより合成することができる。
記一般式(3)で表されるα−ジケトンAを、次いで上記一般式(4)で表されるα−ジ
ケトンを、適当な溶媒中(例えばクロロホルム等)で加熱攪拌することにより、一般式(
1)で表されるキノキサリン誘導体を得ることができる。なお、α−ジケトンAとα−ジ
ケトンBが同じ化合物である場合は、下記合成スキーム(a)のような2段階の反応では
なく、1段階の反応で合成することができる。
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子(以下、
積層型素子という)の態様について、図5を参照して説明する。この発光素子は、第1の
電極と第2の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。発光ユ
ニットとしては、実施の形態1で示したEL層203と同様な構成を用いることができる
。つまり、実施の形態1および実施の形態2で示した発光素子は、1つの発光ユニットを
有する発光素子であるが、本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子につ
いて説明する。
511と第2の発光ユニット512が積層されており、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が設けられている。第1の電極501
と第2の電極502は実施の形態1と同様なものを適用することができる。また、第1の
発光ユニット511と第2の発光ユニット512は同じ構成であっても異なる構成であっ
てもよく、その構成は実施の形態1と同様なものを適用することができる。
化合物と金属酸化物の複合材料は、実施の形態1で示した複合材料であり、有機化合物と
バナジウム酸化物やモリブデン酸化物やタングステン酸化物等の金属酸化物を含む。有機
化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化
合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用いることができ
る。なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が10−6cm
2/Vs以上であるものを適用することが好ましい。但し、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。有機化合物と金属酸化物の複合材料
は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現
することができる。
わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、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、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜
とを組み合わせて形成してもよい。
荷発生層513は、第1の電極501と第2の電極502に電圧を印加したときに、一方
の発光ユニットに電子を注入し、他方の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い
。例えば、図5において、第1の電極の電位の方が第2の電極の電位よりも高くなるよう
に電圧を印加した場合、電荷発生層513は、第1の発光ユニット511に電子を注入し
、第2の発光ユニット512に正孔を注入するものであればよい。
、3つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能で
ある。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷
発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素
子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小
さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費電力
が低い発光装置を実現することができる。
て、所望の色の発光を得ることができる。例えば、2つの発光ユニットを有する発光素子
において、第1の発光ユニットの発光色と第2の発光ユニット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
、3つの発光ユニットを有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第1の発光ユニ
ットの発光色が赤色であり、第2の発光ユニットの発光色が緑色であり、第3の発光ユニ
ットの発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
説明する。なお、図6(A)は、発光装置を示す上面図、図6(B)は図6(A)をA−
A’および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。
力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプ
リントサーキット)609からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号
等を受け取る。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
配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。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。
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。
4とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路は、種々のCMOS回路
、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、画素
部と同一の基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はな
く、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
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。
なお、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。
する曲面が形成されるようにする。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。また、絶縁物614として、光の照射によってエッ
チャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射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。
、本発明の発光素子618が形成されている。より具体的には、発光素子618として、
実施の形態1や実施の形態3で示した発光素子を用いればよい。
およびこれらの混合物を用いることができる。第1の電極を陽極として用いる場合には、
その中でも、仕事関数の大きい(仕事関数4.0eV以上)金属、合金、電気伝導性化合
物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、珪素を含有した酸化イ
ンジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、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層構造等の
積層膜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、さらに陽極として機能させることができる。
法等の種々の方法によって形成される。EL層616は、実施の形態1で示した第1の層
および第2の層(発光層)を有している。また、EL層616を構成する他の材料として
は、低分子化合物、または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマーを含む)であっても
良い。また、EL層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いて
もよい。
合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第2の電極を陰極として用いる場合
には、その中でも、仕事関数の小さい(仕事関数3.8eV以下)金属、合金、電気伝導
性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第
1族または第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、およびマグネシウム(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、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)等が挙げられる
。なお、EL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
617として、膜厚を薄くした金属膜と、透明導電膜(酸化インジウム−酸化スズ膜(I
TO)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ膜、酸化インジウム
−酸化亜鉛膜(IZO)、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膜(
IWZO)等)との積層を用いることも可能である。
素子基板610、封止基板604、およびシール材605で囲まれた空間607に発光素
子618が備えられた構造になっている。なお、空間607には、充填材が充填されてお
り、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
る場合もある。
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。また、封止基板604
に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Rei
nforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステル
またはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
発光装置は、長寿命の発光素子を有しているため、長寿命である。
クティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特
に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。図7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および断面図を示す。なお、図7(A
)は、発光装置を示す斜視図、図7(B)は図7(A)をX−Yで切断した断面図である
。図7において、基板701上には、電極702と電極706との間にはEL層705が
設けられている。電極702の端部は絶縁層703で覆われている。そして、絶縁層70
3上には隔壁層704が設けられている。隔壁層704の側壁は、基板面に近くなるに伴
って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、
隔壁層704の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層703の面方向と同様の
方向を向き、絶縁層703と接する辺)の方が上辺(絶縁層703の面方向と同様の方向
を向き、絶縁層703と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層704を設けるこ
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、寿命の長い本発明の発光素子を含むことによって、寿命の長い発光装置
を得ることができる。
本実施の形態では、実施の形態4に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器に
ついて説明する。本発明の電子機器は、実施の形態1や実施の形態3で示した発光素子を
有し、寿命の長い表示部を有する。また、発光効率の高い発光素子を有するため、消費電
力の低減された表示部を得ることができる。
などのカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カー
オーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイ
ルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像
再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記
録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。これ
らの電子機器の具体例を図8に示す。
9103、スピーカー部9104、ビデオ入力端子9105等を含む。このテレビ装置に
おいて、表示部9103は、実施の形態1や実施の形態3で説明したものと同様の発光素
子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、寿命が長いという特徴を
有している。その発光素子で構成される表示部9103も同様の特徴を有するため、この
テレビ装置は寿命が長いという特徴を有している。つまり、長時間の使用に耐えうるテレ
ビ装置を提供することができる。
9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス92
06等を含む。このコンピュータにおいて、表示部9203は、実施の形態1や実施の形
態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発
光素子は、寿命が長いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部920
3も同様の特徴を有するため、このコンピュータは寿命が長いという特徴を有している。
つまり、長時間の使用に耐えうるコンピュータを提供することができる。
03、音声入力部9404、音声出力部9405、操作キー9406、外部接続ポート9
407、アンテナ9408等を含む。この携帯電話において、表示部9403は、実施の
形態1や実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成さ
れている。当該発光素子は、寿命が長いという特徴を有している。その発光素子で構成さ
れる表示部9403も同様の特徴を有するため、この携帯電話は寿命が長いという特徴を
有している。つまり、長時間の使用に耐えうる携帯電話を提供することができる。
3、外部接続ポート9504、リモコン受信部9505、受像部9506、バッテリー9
507、音声入力部9508、操作キー9509、接眼部9510等を含む。このカメラ
において、表示部9502は、実施の形態1や実施の形態3で説明したものと同様の発光
素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、寿命が長いという特徴
を有している。その発光素子で構成される表示部9502も同様の特徴を有するため、こ
のカメラは寿命が長いという特徴を有している。つまり、長時間の使用に耐えうるカメラ
を提供することができる。
の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、長時間
の使用に耐えうる、寿命の長い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
照明装置として用いる一態様を、図9を用いて説明する。
9に示した液晶表示装置は、筐体901、液晶層902、バックライト903、筐体90
4を有し、液晶層902は、ドライバIC905と接続されている。また、バックライト
903は、本発明の発光装置が用いられおり、端子906により、電流が供給されている
。
バックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化
も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可
能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化
、低消費電力化も可能となる。また、本発明の発光装置は長寿命であるため、寿命の長い
液晶表示装置を得ることができる。
である。図10に示す電気スタンドは、筐体1001と、光源1002を有し、光源10
02として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は長寿命であるため
、電気スタンドも長寿命である。
る。本発明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、本発明の発光装置は、長寿命であるため、長寿命の照明装置として用い
ることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置100
3として用いた部屋に、図8(A)で説明したような、本発明に係るテレビ装置1004
を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は長寿命で
あるので、照明装置やテレビ装置の買い換え回数を減らすことができ、環境への負荷を低
減することができる。
いた材料の化学式を以下に示す。
まず、ガラス基板1100上に、酸化珪素を含むインジウムスズ酸化物をスパッタリン
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。
た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、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)と酸化モリブデン(VI)と共蒸着することによ
り、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層1111を形成した。そ
の膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:1(NPB: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。
正孔輸送層1112を形成した。
2上に、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)と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)とを共蒸着することに
より、発光層1113を30nmの膜厚で形成した。ここで、CzPAと2PCAPAと
の重量比は、1:0.05(=CzPA:2PCAPA)となるように蒸着レートを調節
した。
リノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)と、電子トラップ性の第2の有機化
合物である2、3、2’、3’−テトラキス(4−フルオロフェニル)−6,6’−ビキ
ノキサリン(略称:FDPQ2)とを共蒸着することにより、電子の移動を制御する層1
114を10nmの膜厚で形成した。ここで、AlqとFDPQ2との重量比は、1:0
.005(=Alq:FDPQ2)となるように蒸着レートを調節した。
ナントロリン(略称:BPhen)を30nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層1
115を形成した。
することにより、電子注入層1116を形成した。
膜することにより、第2の電極1102を形成し、本発明の発光素子1を作製した。
、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子1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。
す。また、輝度―電流効率特性を図15に示す。また、1mAの電流を流した時の発光ス
ペクトルを図16に示す。発光素子1は、輝度2910cd/m2のときのCIE色度座
標が(x=0.29、y=0.60)であり、2PCAPAに由来する緑色の発光を示し
た。また、輝度2910cd/m2のときの電流効率は11.1cd/Aであり、駆動電
圧は5.8Vであった。
続点灯試験を行った結果を図17に示す(縦軸は、5000cd/m2を100%とした
時の相対輝度である)。図17の結果から、発光素子1は160時間後でも初期輝度の9
3%の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかった。
本比較例1では、上述した発光素子1の電子の移動を制御する層1114を設けないよ
うな構成とした、比較発光素子2を作製した。比較発光素子2について図18を用いて説
明する。
グ法にて成膜し、第1の電極2101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。
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2101上に、NPBと酸化モリブデン(VI)と共蒸着することにより、有
機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層2111を形成した。その膜厚
は50nmとし、NPBと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:1(NPB: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。
正孔輸送層2112を形成した。
上に、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)と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)とを共蒸着することによ
り、発光層2113を40nmの膜厚で形成した。ここで、CzPAと2PCAPAとの
重量比は、1:0.05(=CzPA:2PCAPA)となるように蒸着レートを調節し
た。
称:BPhen)を30nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2115を形成した
。
することにより、電子注入層2116を形成した。
成膜することにより、第2の電極2102を形成し、比較発光素子2を作製した。
光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これら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。
、y=0.62)であり、発光素子1と同様2PCAPAに由来する緑色の発光を示した
。また、1mAの電流を流した時の発光スペクトルを、本発明の発光素子1の発光スペク
トルと合わせて図16に示す。色度座標および図16の発光スペクトルから、本発明の発
光素子1は、比較発光素子2とほぼ同じ発光色であり、FDPQ2による混色はないこと
がわかる。したがって、本発明を適用することにより、色純度の良い発光素子が得られる
。
る連続点灯試験を行った結果を、本発明の発光素子1の結果と共に図17に示す(縦軸は
、5000cd/m2を100%とした時の相対輝度である)。図17に示す通り、比較
発光素子2は、120時間後には初期輝度の72%にまで輝度が低下しており、発光素子
1よりも寿命が短かった。よって、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得
られることがわかった。
で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、実施例1で既に示した有機化合物については
省略する。
まず、ガラス基板1100上に、酸化珪素を含むインジウムスズ酸化物をスパッタリン
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。
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、NPBと酸化モリブデン(VI)と共蒸着することにより、有
機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層1111を形成した。その膜厚
は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)の比率は、重量比で4:1(NPB:
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。
正孔輸送層1112を形成した。
2上に、CzPAと2PCAPAとを共蒸着することにより、発光層1113を30nm
の膜厚で形成した。ここで、CzPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=C
zPA:2PCAPA)となるように蒸着レートを調節した。
ラップ性の第2の有機化合物である2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリン
(略称:FDPQ)とを共蒸着することにより、電子の移動を制御する層1114を10
nmの膜厚で形成した。ここで、AlqとFDPQとの重量比は、1:0.05(=Al
q:FDPQ)となるように蒸着レートを調節した。
nを30nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層1115を形成した。
することにより、電子注入層1116を形成した。
成膜することにより、第2の電極1102を形成し、本発明の発光素子3を作製した。
、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作
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。
す。また、輝度―電流効率特性を図21に示す。また、1mAの電流を流した時の発光ス
ペクトルを図22に示す。発光素子3は、輝度3010cd/m2のときのCIE色度座
標が(x=0.29、y=0.61)であり、実施例1の発光素子1や比較発光素子2と
同様、2PCAPAに由来する緑色の発光を示した。したがって、発光素子1同様、色純
度の良い発光素子が得られている。また、輝度3010cd/m2のときの電流効率は1
2.9cd/Aであり、駆動電圧は4.8Vであった。
続点灯試験を行った結果を図23に示す(縦軸は、5000cd/m2を100%とした
時の相対輝度である)。図23の結果から、発光素子3は160時間後でも初期輝度の9
2%の輝度を保っており、発光素子1とほぼ同様に長寿命であることがわかった。よって
、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得られる。
ン誘導体である、2、3、2’、3’―テトラキス(4−フルオロフェニル)―6、6’
―ビキノキサリン(略称:FDPQ2)の合成例を具体的に説明する。なおFDPQ2は
、実施例1における発光素子1の電子の移動を制御する層1114(図12参照)におい
て、電子トラップ性の第2の有機化合物として用いた物質である。
まず、3,3’−ジアミノベンジジン2.2g(10mmol)、4,4’−ジフルオ
ロベンジル5.2g(20mmol)、クロロホルム100mLを500mL三口フラス
コへ入れた。この溶液を80℃で約12時間還流したところ、淡黄色固体が析出したため
、まずこの固体を吸引ろ過により回収した。一方、ろ液を水と1.0mol/L塩酸で洗
浄した後、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムにより乾
燥した。この混合物を自然ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を濃縮したところ、
淡黄色固体を得た。この固体と、反応直後に回収した淡黄色固体とを合わせて、エタノー
ルにより再結晶したところ、目的物である2、3、2’、3’―テトラキス(4−フルオ
ロフェニル)―6、6’―ビキノキサリン(略称:FDPQ2)の淡黄色粉末状固体6.
0gを収率94%で得た。さらに、得られた淡黄色粉末状固体2.4gは、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8.7Pa、アルゴンガスを
流量3.0mL/minで流しながら、300℃で加熱した。昇華精製後、FDPQ2の
淡黄色粉末状固体を2.2g回収率94%で得た。なお、FDPQ2の合成スキームは下
記の通りである。
による分析結果を下記に示す。また、1H NMRチャート図を図24に示す。このこと
から、本合成例において、上述の構造式(101)で表される本発明のキノキサリン誘導
体、2、3、2’、3’―テトラキス(4−フルオロフェニル)―6、6’―ビキノキサ
リン(略称:FDPQ2)が得られたことが分かった。
7.54(d,J=5.4Hz、4H),7.57(d,J=5.4Hz、4H)、8.
24(dd,J1=1.8Hz,J2=8.8Hz、2H),8.30(d、J=8.3
Hz、2H)
図25に示す。また、FDPQ2の蒸着膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを、図
26に示す。横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度および発光強度を表す。なお、吸収ス
ペクトルの測定は紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用い、室温で
測定を行った。また、発光スペクトルの測定は蛍光光度計((株)浜松ホトニクス製 F
S920)を用い、室温で測定を行った。発光スペクトルを測定する際の励起波長は、ト
ルエン溶液中の場合は384nm、蒸着膜の場合は313nmとした。
電子トラップ性の第2の有機化合物として用いたFDPQ2のエネルギーギャップ、発光
波長、および電子トラップ性について評価した。
まず、FDPQ2のエネルギーギャップを評価した。図26の吸収スペクトルのデータ
を、直接遷移を仮定したtaucプロットに変換することにより、FDPQ2の固体状態
におけるエネルギーギャップを見積もることができる。その結果、FDPQ2のエネルギ
ーギャップは3.0eVであることがわかった。
ペクトルを図27に示す。図27の吸収スペクトルのデータを、直接遷移を仮定したta
ucプロットに変換することにより、2PCAPAの固体状態におけるエネルギーギャッ
プを見積もることができる。その結果、2PCAPAのエネルギーギャップは2.5eV
であることがわかった。
ギーギャップは、発光物質のエネルギーギャップよりも大きいことがわかる。また、FD
PQ2のエネルギーギャップは3.0eV以上であり、本発明に好ましく用いることがで
きることがわかる。
また、図25および図26から、FDPQ2の発光ピーク波長は、トルエン溶液中が41
5nm、蒸着膜が430nmであり、本発明に好ましい発光ピーク波長(350nm以上
450nm以下)を有していることがわかる。
次に、FDPQ2の電子トラップ性を評価した。評価は、実施例1で用いた電子輸送性
の第1の有機化合物であるAlqと、電子トラップ性の第2の有機化合物であるFDPQ
2の還元反応特性をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べ、その測定か
らAlqおよびFDPQ2のLUMO準位を求めることにより行った。なお測定には、電
気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600Aまたは6
00C)を用いた。
ルドリッチ製、99.8%、カタログ番号;22705−6)を用い、支持電解質である
過塩素酸テトラ−n−ブチルアンモニウム(n−Bu4NClO4)((株)東京化成製
、カタログ番号;T0836)を100mmol/Lの濃度となるように溶解させ、さら
に測定対象を溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極(ビー・エー・エス
(株)製、PTE白金電極)を、補助電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製
、VC−3用Ptカウンター電極(5cm))を、参照電極としてはAg/Ag+電極(
ビー・エー・エス(株)製、RE5非水溶媒系参照電極)をそれぞれ用いた。なお、測定
は室温(20〜25℃)で行った。
まず、本実施例4で用いる参照電極(Ag/Ag+電極)の真空準位に対するポテンシ
ャルエネルギー(eV)を算出した。つまり、Ag/Ag+電極のフェルミ準位を算出し
た。メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位は、標準水素電極に対して+0.6
10V[vs. SHE]であることが知られている(参考文献;Christian
R.Goldsmith et al., J.Am.Chem.Soc., Vol.
124, No.1,83−96, 2002)。一方、本実施例4で用いる参照電極を
用いて、メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位を求めたところ、+0.20V
[vs.Ag/Ag+]であった。したがって、本実施例4で用いる参照電極のポテンシ
ャルエネルギーは、標準水素電極に対して0.41[eV]低くなっていることがわかっ
た。なお、フェロセンの濃度は1mmol/Lとした。
ることが知られている(参考文献;大西敏博・小山珠美著、高分子EL材料(共立出版)
、p.64−67)。以上のことから、本実施例4で用いる参照電極の真空準位に対する
ポテンシャルエネルギーは、−4.44−0.41=−4.85[eV]であると算出で
きた。
次に、FDPQ2の還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定
によって調べた。スキャン速度は0.1V/secとした。測定結果を図28に示す。な
お、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−0.48Vから−1.
90Vまで走査した後、−1.90Vから−0.48Vまで走査することにより行った。
なお、FDPQ2の濃度は10mmol/Lとした。
−1.69Vと読み取ることができる。したがって、半波電位(EpcとEpaの中間の
電位)は−1.75Vと算出できる。このことは、FDPQ2は−1.75V[vs.A
g/Ag+]の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはL
UMO準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例3で用いる参照電極の真空準位
に対するポテンシャルエネルギーは、−4.85[eV]であるため、FDPQ2のLU
MO準位は、−4.85−(−1.75)=−3.10[eV]であることがわかった。
さらに、Alqの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定に
よって調べた。スキャン速度は0.1V/secとした。測定結果を図29に示す。なお
、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−0.69Vから−2.4
0Vまで走査した後、−2.40Vから−0.69Vまで走査することにより行った。な
お、Alqの濃度は1mmol/Lとした。
−2.12Vと読み取ることができる。したがって、半波電位(EpcとEpaの中間の
電位)は−2.16Vと算出できる。このことは、Alqは−2.16V[vs.Ag/
Ag+]の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはLUM
O準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例3で用いる参照電極の真空準位に対
するポテンシャルエネルギーは、−4.85[eV]であるため、AlqのLUMO準位
は、−4.85−(−2.16)=−2.69[eV]であることがわかった。
のLUMO準位はAlqよりも0.41[eV]も低いことがわかる。このことは、FD
PQ2をAlq中に添加することにより、FDPQ2が電子トラップとして作用すること
を意味する。したがって、実施例1の発光素子1における電子の移動を制御する層111
4において、FDPQ2は電子トラップとして作用している。また、そのトラップ深さは
0.3eV以上である。
電子トラップ性の第2の有機化合物として用いたFDPQのエネルギーギャップ、発光波
長、および電子トラップ性について評価した。
まず、FDPQのエネルギーギャップを評価した。FDPQの蒸着膜の吸収スペクトル
を図30に示す。図30の吸収スペクトルのデータを、直接遷移を仮定したtaucプロ
ットに変換することにより、FDPQの固体状態におけるエネルギーギャップを見積もる
ことができる。その結果、FDPQのエネルギーギャップは3.2eVであることがわか
った。
ップは、先の実施例4で求めた通り2.5eVである。したがって、電子トラップ性の第
2の有機化合物として用いたFDPQのエネルギーギャップは、発光物質のエネルギーギ
ャップよりも大きいことがわかる。また、FDPQのエネルギーギャップは3.0eV以
上であり、本発明に好ましく用いることができることがわかる。
FDPQの蒸着膜の発光スペクトルを図30に示す。なお、励起波長は357nmとし
た。図30から、FDPQの発光ピーク波長は、蒸着膜において406nmであり、本発
明に好ましい発光ピーク波長(350nm以上450nm以下)を有していることがわか
る。
次に、FDPQの電子トラップ性を評価した。評価は、実施例2で用いた電子輸送性の
第1の有機化合物であるAlqと、電子トラップ性の第2の有機化合物であるFDPQの
還元反応特性をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べ、その測定からA
lqおよびFDPQのLUMO準位を求めることにより行った。なお測定は、実施例4と
同様にして行った。
FDPQの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって
調べた。スキャン速度は0.1V/secとした。測定結果を図31に示す。なお、還元
反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−0.37Vから−2.30Vま
で走査した後、−2.30Vから−0.37Vまで走査することにより行った。なお、F
DPQの濃度は10mmol/Lとした。
−1.78Vと読み取ることができる。したがって、半波電位(EpcとEpaの中間の
電位)は−1.82Vと算出できる。このことは、FDPQは−1.82V[vs.Ag
/Ag+]の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはLU
MO準位に相当する。ここで、上述した通り、参照電極の真空準位に対するポテンシャル
エネルギーは、−4.85[eV]であるため、FDPQのLUMO準位は、−4.85
−(−1.82)=−3.03[eV]であることがわかった。
って、FDPQとAlqのLUMO準位を比較すると、FDPQのLUMO準位はAlq
よりも0.34[eV]も低いことがわかる。このことは、FDPQをAlq中に添加す
ることにより、FDPQが電子トラップとして作用することを意味する。したがって、実
施例1の発光素子1における電子の移動を制御する層1114において、FDPQは電子
トラップとして作用している。また、そのトラップ深さは0.3eV以上である。
を用いて説明する。実施例6で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、実施例1で既に
示した有機化合物については省略する。
まず、ガラス基板1100上に、酸化珪素を含むインジウムスズ酸化物をスパッタリン
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。
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、NPBと酸化モリブデン(VI)と共蒸着することにより、有
機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層1111を形成した。その膜厚
は50nmとし、NPBと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:1(NPB: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。
正孔輸送層1112を形成した。
2上に、CzPAと2PCAPAとを共蒸着することにより、発光層1113を30nm
の膜厚で形成した。ここで、CzPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=C
zPA:2PCAPA)となるように蒸着レートを調節した。
した。ここで、発光素子4の場合には、電子輸送性の第1の有機化合物であるAlqと、
電子トラップ性の第2の有機化合物である2,3,5,8−テトラフェニルキノキサリン
(略称:TPQ)とを共蒸着することにより、電子の移動を制御する層1114を形成し
、発光素子5の場合には、電子輸送性の第1の有機化合物であるAlqと、電子トラップ
性の第2の有機化合物である2,3−ビス[4−(10−フェニル−9−アントリル)フ
ェニル]キノキサリン(略称:PAPQ)とを共蒸着することにより、電子の移動を制御
する層1114を形成した。ここで、発光素子4の場合におけるAlqとTPQとの重量
比は、1:0.05(=Alq:TPQ)となるように蒸着レートを調節し、発光素子5
の場合におけるAlqとPAPQとの重量比は、1:0.05(=Alq:PAPQ)と
なるように蒸着レートを調節した。なお、発光素子4で用いるTPQ(略称)、発光素子
5で用いるPAPQ(略称)について、実施例4および実施例5と同様の方法によりエネ
ルギーギャップを測定した結果、TPQ(略称)のエネルギーギャップは3.1[eV]
であり、PAPQ(略称)のエネルギーギャップは2.9[eV]であることが分かった
。また、TPQ、PAPQはいずれもキノキサリン誘導体であり、電子トラップ性を有す
る有機化合物である。
30nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層1115を形成した。
することにより、電子注入層1116を形成した。
成膜することにより、第2の電極1102を形成し、本発明の発光素子4、5を作製した
。
いて、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の
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
。
す。また、輝度―電流効率特性を図34に示す。また、1mAの電流を流した時の発光ス
ペクトルを図35に示す。発光素子4は、輝度3000cd/m2のときのCIE色度座
標が(x=0.30、y=0.62)であり、実施例1の発光素子1や比較発光素子2、
実施例2の発光素子3と同様、2PCAPAに由来する緑色の発光を示した。したがって
、発光素子1および発光素子3同様、色純度の良い発光素子が得られている。また、輝度
3000cd/m2のときの電流効率は13.6cd/Aであり、駆動電圧は6.8Vで
あった。
続点灯試験を行った結果を図36に示す(縦軸は、5000cd/m2を100%とした
時の相対輝度である)。図36の結果から、発光素子4は100時間後でも初期輝度の9
2%の輝度を保っており、発光素子1および発光素子3とほぼ同様に長寿命であることが
わかった。よって、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得られる。
す。また、輝度―電流効率特性を図39に示す。また、1mAの電流を流した時の発光ス
ペクトルを図40に示す。発光素子5は、輝度3280cd/m2のときのCIE色度座
標が(x=0.30、y=0.62)であり、実施例1の発光素子1や比較発光素子2、
実施例2の発光素子3と同様、発光素子5は2PCAPAに由来する緑色の発光を示した
。したがって、発光素子1および発光素子3同様、色純度の良い発光素子が得られている
。また、輝度3280cd/m2のときの電流効率は13.6cd/Aであり、駆動電圧
は7.2Vであった。
続点灯試験を行った結果を図41に示す(縦軸は、5000cd/m2を100%とした
時の相対輝度である)。図41の結果から、発光素子5は100時間後でも初期輝度の9
3%の輝度を保っており、発光素子1および発光素子3とほぼ同様に長寿命であることが
わかった。よって、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得られる。
102 第2の電極
112 正孔輸送層
113 第2の層
114 第1の層
115 電子輸送層
131 有機化合物
132 発光物質
141 有機化合物
142 有機化合物
200 基板
201 第1の電極
202 第2の電極
203 EL層
211 正孔注入層
212 正孔輸送層
213 第2の層
214 第1の層
215 電子輸送層
216 電子注入層
217 電子輸送性の高い物質を含む層
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 EL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
701 基板
702 電極
703 絶縁層
704 隔壁層
705 EL層
706 電極
901 筐体
902 液晶層
903 バックライト
904 筐体
905 ドライバIC
906 端子
1001 筐体
1002 光源
1003 照明装置
1004 テレビ装置
1100 ガラス基板
1101 第1の電極
1102 第2の電極
1111 複合材料を含む層
1112 正孔輸送層
1113 発光層
1114 電子の移動を制御する層
1115 電子輸送層
1116 電子注入層
2100 ガラス基板
2101 第1の電極
2102 第2の電極
2111 複合材料を含む層
2112 正孔輸送層
2113 発光層
2115 電子輸送層
2116 電子注入層
9101 筐体
9102 支持台
9103 表示部
9104 スピーカー部
9105 ビデオ入力端子
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングマウス
9401 本体
9402 筐体
9403 表示部
9404 音声入力部
9405 音声出力部
9406 操作キー
9407 外部接続ポート
9408 アンテナ
9501 本体
9502 表示部
9503 筐体
9504 外部接続ポート
9505 リモコン受信部
9506 受像部
9507 バッテリー
9508 音声入力部
9509 操作キー
9510 接眼部
Claims (14)
- 陽極と陰極の間に、第1の層と、発光物質を含む第2の層とを有し、
前記第1の層は、前記第2の層と前記陰極の間に設けられており、
前記第1の層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを含み、
前記第1の層は、前記第2の有機化合物よりも前記第1の有機化合物を多く含み、
前記第1の有機化合物は、電子輸送性を有し、
前記第2の有機化合物は、電子トラップ性を有し、
前記第2の有機化合物のエネルギーギャップは、前記発光物質のエネルギーギャップよりも大きいことを特徴とする発光素子。 - 陽極と陰極の間に、第1の層と、発光物質を含む第2の層とを有し、
前記第1の層は、前記第2の層と前記陰極の間に設けられており、
前記第1の層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを含み、
前記第1の層は、前記第2の有機化合物よりも前記第1の有機化合物を多く含み、
前記第1の有機化合物は、電子輸送性を有し、
前記第2の有機化合物の最低空軌道準位は、前記第1の有機化合物の最低空軌道準位よりも0.3eV以上低く、
前記第2の有機化合物のエネルギーギャップは、前記発光物質のエネルギーギャップよりも大きいことを特徴とする発光素子。 - 請求項1または請求項2において、前記第2の有機化合物のエネルギーギャップは3.0eV以上であり、前記第2の有機化合物の発光ピーク波長は350nm以上450nm以下であることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至3のいずれか一において、前記第2の層は第3の有機化合物を含み、前記第2の層は前記発光物質よりも前記第3の有機化合物を多く含み、前記第3の有機化合物は電子輸送性を有することを特徴とする発光素子。
- 請求項4において、前記第3の有機化合物はアントラセン誘導体であることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至5のいずれか一において、前記第1の層と前記第2の層とが接するように設けられていることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至6のいずれか一において、前記第1の層の膜厚は、5nm以上20nm以下であることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至7のいずれか一において、前記第1の有機化合物は、金属錯体であることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至8のいずれか一において、前記第2の有機化合物は、キノキサリン誘導体であることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至8のいずれか一において、前記第2の有機化合物は、2,3−ジフェニルキノキサリン誘導体であることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至8のいずれか一において、前記第2の有機化合物は、2,3,2’,3’−テトラフェニル−6,6’−ビキノキサリン誘導体であることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至11のいずれか一に記載の発光素子を有する発光装置。
- 請求項1乃至11のいずれか一に記載の発光素子と、前記発光素子の発光を制御する制御手段とを有する発光装置。
- 請求項1乃至11のいずれか一に記載の発光素子を有する照明装置。
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