JP2016072632A - 発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の電極101、102と、一対の電極間に設けられたEL層100と、を有し、EL層は、第1の有機化合物131と、第2の有機化合物132と、ゲスト材料133と、を有し、第1の有機化合物は、室温で熱活性化遅延蛍光を呈することができる機能を有し、ゲスト材料は、蛍光を呈することが出来る機能を有し、第1の有機化合物のHOMOは、第2の有機化合物のHOMO以上のエネルギー準位を有し、第1の有機化合物のLUMOは、第2の有機化合物のLUMO以下のエネルギー準位を有する発光素子150。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について、図1および図2を用いて以下説明する。
まず、本発明の一態様の発光素子の構成について、図1を用いて、以下説明する。
まず、発光素子150の発光機構について、以下説明を行う。
(α)ゲスト材料における直接再結合過程
(β)熱活性化遅延蛍光体からのエネルギー移動過程
(γ)ホスト材料からのエネルギー移動過程
まず、ゲスト材料133における直接再結合過程を説明するために、図2(A)にエネルギー準位の相関を説明する模式図を示す。なお、図2(A)における表記及び符号は以下の通りである。
・Host1(131):有機化合物131
・Host2(132):有機化合物132
・Guest(133):ゲスト材料133(蛍光材料)
・SA:有機化合物131の一重項励起エネルギーの最も低い準位
・TA:有機化合物131の三重項励起エネルギーの最も低い準位
・SH:有機化合物132の一重項励起エネルギーの最も低い準位
・TH:有機化合物132の三重項励起エネルギーの最も低い準位
・SG:ゲスト材料133(蛍光材料)の一重項励起エネルギーの最も低い準位
・TG:ゲスト材料133(蛍光材料)の三重項励起エネルギーの最も低い準位
次に、有機化合物131及びゲスト材料133のエネルギー移動過程を説明するために、図2(B)にエネルギー準位の相関を説明する模式図を示す。なお、図2(B)における表記及び符号は、図2(A)と同様である。
次に、有機化合物132から、有機化合物131またはゲスト材料133へのエネルギー移動過程を説明するために、図2(C)にエネルギー準位の相関を説明する模式図を示す。なお、図2(C)における表記及び符号は、図2(A)と同様である。
→1H+1A+1G* (G5)
有機化合物131において、キャリアの再結合が生じるためには、有機化合物131と有機化合物132との、エネルギー準位の関係性が重要である。特に、最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orbital、HOMOともいう)と、最低空軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital、LUMOともいう)とのエネルギー準位の関係性、または酸化電位と還元電位との関係性、が重要となる。
次に、上述した有機化合物131または有機化合物132と、ゲスト材料133との分子間のエネルギー移動過程の支配因子について説明する。分子間のエネルギー移動の機構としては、フェルスター機構(双極子−双極子相互作用)と、デクスター機構(電子交換相互作用)の2つの機構が提唱されている。なお、ここでは、有機化合物131とゲスト材料133との分子間のエネルギー移動過程について、説明をするが、有機化合物132とゲスト材料133との分子間のエネルギー移動過程についても、同様である。
フェルスター機構では、エネルギー移動に、分子間の直接的接触を必要とせず、有機化合物131及びゲスト材料133間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起こる。双極子振動の共鳴現象によって有機化合物131がゲスト材料133にエネルギーを受け渡し、励起状態の有機化合物131が基底状態になり、基底状態のゲスト材料133が励起状態になる。なお、フェルスター機構の速度定数kh*→gを数式(1)に示す。
デクスター機構では、有機化合物131とゲスト材料133が軌道の重なりを生じる接触有効距離に近づき、励起状態の有機化合物131の電子と、基底状態のゲスト材料133との電子の交換を通じてエネルギー移動が起こる。なお、デクスター機構の速度定数kh*→gを数式(2)に示す。
上述の一般式(G1)及び一般式(G2)のエネルギー移動過程のいずれにおいても、有機化合物131の一重項励起状態(1A*)からゲスト材料133の一重項励起状態(1G*)へのエネルギー移動であるため、フェルスター機構(数式(1))及びデクスター機構(数式(2))の両方の機構によるエネルギー移動が生じる。
次に、本発明の一態様に係わる発光素子の構成要素の詳細について、以下説明を行う。
発光層120において、有機化合物131は一種の材料から構成される。なお、有機化合物131以外に、同様の機能を有する他の化合物がさらに発光層120に含まれていても良い。例えば、有機化合物131が、一種の材料から構成される場合、以下の材料を用いることができる。
電極101及び電極102は、発光層120へ正孔と電子を注入する機能を有する。電極101及び電極102は、金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物や積層体などを用いて形成することができる。金属としてはアルミニウムが典型例であり、その他、銀、タングステン、クロム、モリブデン、銅、チタンなどの遷移金属、リチウムやセシウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウムなどの第2族金属を用いることができる。遷移金属としてイッテルビウム(Yb)などの希土類金属を用いても良い。合金としては、上記金属を含む合金を使用することができ、例えばMgAg、AlLiなどが挙げられる。導電性化合物としては、酸化インジウム−酸化スズ(Indium Tin Oxide)などの金属酸化物が挙げられる。導電性化合物としてグラフェンなどの無機炭素系材料を用いても良い。上述したように、これらの材料の複数を積層することによって電極101及び電極102の一方または双方を形成しても良い。
正孔注入層111は、電極101からのホール注入障壁を低減することでホール注入を促進する機能を有し、例えば遷移金属酸化物、フタロシアニン誘導体、あるいは芳香族アミンなどによって形成される。遷移金属酸化物としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物などが挙げられる。フタロシアニン誘導体としては、フタロシアニンや金属フタロシアニンなどが挙げられる。芳香族アミンとしてはベンジジン誘導体やフェニレンジアミン誘導体などが挙げられる。ポリチオフェンやポリアニリンなどの高分子化合物を用いることもでき、例えば自己ドープされたポリチオフェンであるポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)などがその代表例である。
正孔輸送層112は正孔輸送性材料を含む層であり、正孔注入層111の材料として例示した材料を使用することができる。正孔輸送層112は、正孔注入層111に注入された正孔を発光層120へ輸送する機能を有するため、正孔注入層111のHOMOと同じ、あるいは近いHOMOのエネルギー準位を有することが好ましい。
電子輸送層118は、電子注入層119を経て電極102から注入された電子を発光層120へ輸送する機能を有する。電子輸送性材料としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、1×10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。具体的には、キノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体などが挙げられる。また、有機化合物132として例示した電子を受け取り易い骨格を有する化合物を用いることができる。
電子注入層119は電極102からの電子注入障壁を低減することで電子注入を促進する機能を有し、例えば第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩などを用いることができる。また、先に示す電子輸送性材料と、これに対して電子供与性を示す材料の複合材料を用いることもできる。電子供与性を示す材料としては、第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物などを挙げることができる。
また、発光素子150は、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に作製すればよい。基板上に作製する順番としては、電極101側から順に積層しても、電極102側から順に積層しても良い。
本実施の形態においては、実施の形態1に示す構成と異なる構成の発光素子、及び当該発光素子の発光機構について、図3(A)(B)を用いて、以下説明を行う。
図3(A)は、発光素子450の断面模式図である。
発光層443の発光機構としては、図2に示す発光層120の発光機構と同様である。
次に、発光層444の発光機構について、以下説明を行う。
・Host(431):ホスト材料(有機化合物431)
・Assist(432):アシスト材料(有機化合物432)
・Guest(433):ゲスト材料433(燐光材料)
・SPH:ホスト材料(有機化合物431)の一重項励起状態の最も低い準位
・TPH:ホスト材料(有機化合物431)の三重項励起状態の最も低い準位
・TPG:ゲスト材料433(燐光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
・SPE:励起錯体の一重項励起状態の最も低い準位
・TPE:励起錯体の三重項励起状態の最も低い準位
発光層443に用いることのできる材料としては、先の実施の形態1に示す発光層120に用いることのできる材料を援用すればよい。
発光層444中では、有機化合物431(ホスト材料)が重量比で最も多く存在し、ゲスト材料433(燐光材料)は、有機化合物431(ホスト材料)中に分散される。
本実施の形態においては、実施の形態1、および実施の形態2に示す構成と異なる構成の発光素子について、図4(A)(B)を用いて、以下説明を行う。
図4(A)は、本発明の一態様の発光素子452を説明する断面模式図である。
まず、発光層448の発光機構について、以下説明を行う。
・Host(461):ホスト材料461
・Guest(462):ゲスト材料462(蛍光材料)
・SFH:ホスト材料461の一重項励起状態の最も低い準位
・TFH:ホスト材料461の三重項励起状態の最も低い準位
・SFG:ゲスト材料462(蛍光材料)の一重項励起状態の最も低い準位
・TFG:ゲスト材料462(蛍光材料)の三重項励起状態の最も低い準位
発光層449の発光機構としては、図2に示す発光層120の発光機構と同様である。
発光層448中では、ホスト材料461が重量比で最も多く存在し、ゲスト材料462(蛍光材料)は、ホスト材料461中に分散される。ホスト材料461の一重項励起エネルギー準位は、ゲスト材料462(蛍光材料)の一重項励起エネルギー準位よりも高く、ホスト材料461の三重項励起エネルギー準位は、ゲスト材料462(蛍光材料)の三重項励起エネルギー準位よりも低いことが好ましい。
発光層449に用いることのできる材料としては、先の実施の形態1に示す発光層120に用いることのできる材料を援用すればよい。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する表示装置について、図5(A)(B)を用いて説明を行う。
図5(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部802という)と、画素部802の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部804という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路806という)と、端子部807と、を有する。なお、保護回路806は、設けない構成としてもよい。
図5(A)に示す複数の画素回路801は、例えば、図5(B)に示す構成とすることができる。
本実施の形態においては、本発明の一態様の発光素子を有する表示装置、及び該表示装置に入力装置を取り付けた電子機器について、図6乃至図10を用いて説明を行う。
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わせたタッチパネル2000について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセンサを用いる場合について説明する。
次に、図7(A)を用いて、表示装置2501の詳細について説明する。図7(A)は、図6(B)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。
次に、図7(C)を用いて、タッチセンサ2595の詳細について説明する。図7(C)は、図6(B)に示す一点鎖線X3−X4間の断面図に相当する。
次に、図8(A)を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図8(A)は、図6(A)に示す一点鎖線X5−X6間の断面図に相当する。
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図9を用いて説明を行う。
また、図9(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量2603のみを設けるパッシブマトリクス型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有するアクティブマトリクス型のタッチセンサとしてもよい。アクティブマトリクス型のタッチセンサに含まれるセンサ回路の一例を図10に示す。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する表示モジュール及び電子機器について、図11及び図12を用いて説明を行う。
図11に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチセンサ8004、FPC8005に接続された表示装置8006、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有する。
図12(A)乃至図12(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を適用した照明装置の一例について、図13を用いて説明する。
基板520上に電極501として、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(略称:ITSO)をスパッタリング法にて、厚さ110nmになるよう形成した。なお、電極501の電極面積としては、4mm2(2mm×2mm)とした。
発光素子2は、先に示す発光素子1の作製と、ゲスト材料のみ異なり、それ以外の工程は発光素子1と同様の作製方法とした。発光素子2のゲスト材料には、TBPを用いた。
ここで、本実施例の発光素子(発光素子1及び発光素子2)においてホスト材料として用いたPCCzPTznについて、時間分解発光測定による過渡蛍光特性の測定を行った。
次に、上記作製した発光素子1及び発光素子2の電流効率−輝度特性を図16に、電流−電圧特性を図17に、外部量子効率−輝度特性を図18に、それぞれ示す。なお、各発光素子の測定は、室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
基板520上に電極501として、ITSOをスパッタリング法にて、厚さ110nmになるよう形成した。なお、電極501の電極面積としては、4mm2(2mm×2mm)とした。
発光素子4及び発光素子5、比較発光素子1乃至比較発光素子4は、先に示す発光素子3の作製と、発光層の構成のみ異なり、それ以外の工程は発光素子3と同様の作製方法とした。
次に、上記作製した発光素子3、比較発光素子1、及び比較発光素子2の電流効率−輝度特性を図20に、電流−電圧特性を図21に、外部量子効率−輝度特性を図22に、それぞれ示す。また、発光素子3、比較発光素子1、及び比較発光素子2に2.5mA/cm2の電流密度で電流を流した際の電界発光スペクトルを図23に示す。また、発光素子4、発光素子5、比較発光素子3、及び比較発光素子4の電流効率−輝度特性を図24に、電流−電圧特性を図25に、外部量子効率−輝度特性を図26に、それぞれ示す。また、発光素子4、発光素子5、比較発光素子3、及び比較発光素子4に2.5mA/cm2の電流密度で電流を流した際の電界発光スペクトルを図27に示す。なお、各発光素子の測定は、室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
101 電極
102 電極
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
118 電子輸送層
119 電子注入層
120 発光層
131 有機化合物
132 有機化合物
133 ゲスト材料
150 発光素子
401 電極
402 電極
411 正孔注入層
412 正孔輸送層
413 電子輸送層
414 電子注入層
415 正孔注入層
416 正孔輸送層
417 電子輸送層
418 電子注入層
421 有機化合物
422 有機化合物
423 ゲスト材料
431 有機化合物
432 有機化合物
433 ゲスト材料
441 発光ユニット
442 発光ユニット
443 発光層
444 発光層
445 電荷発生層
446 発光ユニット
447 発光ユニット
448 発光層
449 発光層
450 発光素子
452 発光素子
461 ホスト材料
462 ゲスト材料
471 有機化合物
472 有機化合物
473 ゲスト材料
501 電極
502 電極
520 基板
521 発光層
531 正孔注入層
532 正孔輸送層
533 電子輸送層
533a 電子輸送層
533b 電子輸送層
534 電子注入層
801 画素回路
802 画素部
804 駆動回路部
804a 走査線駆動回路
804b 信号線駆動回路
806 保護回路
807 端子部
852 トランジスタ
854 トランジスタ
862 容量素子
872 発光素子
2000 タッチパネル
2001 タッチパネル
2501 表示装置
2502R 画素
2502t トランジスタ
2503c 容量素子
2503g(1) 走査線駆動回路
2503t トランジスタ
2509 FPC
2510 基板
2510a 絶縁層
2510b 可撓性基板
2510c 接着層
2511 配線
2519 端子
2521 絶縁層
2528 隔壁
2550R 発光素子
2560 封止層
2567BM 遮光層
2567p 反射防止層
2567R 着色層
2570 基板
2570a 絶縁層
2570b 可撓性基板
2570c 接着層
2580R 発光モジュール
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 接続層
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2611 トランジスタ
2612 トランジスタ
2613 トランジスタ
2621 電極
2622 電極
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチセンサ
8005 FPC
8006 表示装置
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
8501 照明装置
8502 照明装置
8503 照明装置
8504 照明装置
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 携帯情報端末
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
Claims (10)
- 一対の電極と、
前記一対の電極間に設けられたEL層と、
を有する発光素子であって、
前記EL層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料と、を有し、
前記第1の有機化合物は、室温で熱活性化遅延蛍光を呈することができる機能を有し、
前記ゲスト材料は、蛍光を呈することができる機能を有し、
前記第1の有機化合物のHOMOは、前記第2の有機化合物のHOMO以上のエネルギー準位を有し、
前記第1の有機化合物のLUMOは、前記第2の有機化合物のLUMO以下のエネルギー準位を有する、
ことを特徴とする発光素子。 - 一対の電極と、
前記一対の電極間に設けられたEL層と、
を有する発光素子であって、
前記EL層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料と、を有し、
前記第1の有機化合物は、室温で熱活性化遅延蛍光を呈することができる機能を有し、
前記ゲスト材料は、蛍光を呈することができる機能を有し、
前記第1の有機化合物の酸化電位は、前記第2の有機化合物の酸化電位以下であり、
前記第1の有機化合物の還元電位は、前記第2の有機化合物の還元電位以上である、
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1の有機化合物の一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー準位との差が0eVを超えて0.2eV以下である、
ことを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至請求項3において、
前記ゲスト材料が発光を呈する、
ことを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1の有機化合物は、第1のπ電子不足型複素芳香族骨格と、第1のπ電子過剰型複素芳香族骨格と、を有し、
前記第2の有機化合物は、第2のπ電子不足型複素芳香族骨格と、第2のπ電子過剰型複素芳香族骨格と、を有する、
ことを特徴とする発光素子。 - 請求項5において、
前記第1のπ電子不足型複素芳香族骨格は、ジアジン骨格、またはトリアジン骨格、を有し、
前記第1のπ電子過剰型複素芳香族骨格は、アクリジン骨格、フェノキサジン骨格、または3−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H−カルバゾール骨格、の中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有し、
前記第2のπ電子不足型複素芳香族骨格は、ピリジン骨格、またはジアジン骨格、を有し、
前記第2のπ電子過剰型複素芳香族骨格は、フラン骨格、チオフェン骨格、フルオレン骨格、またはピロール骨格、の中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有する、
ことを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記第2の有機化合物と前記第1の有機化合物の重量比は、1:0.05から1:0.5であり、
前記第2の有機化合物と前記ゲスト材料の重量比は、1:0.001から1:0.01である、
ことを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の発光素子と、
カラーフィルタ、シール、またはトランジスタと、
を有する表示装置。 - 請求項8に記載の表示装置と、
筐体またはタッチセンサ機能と、
を有する電子機器。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の発光素子と、
筐体またはタッチセンサ機能と、
を有する照明装置。
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