JP2021077639A - 発光装置、電子機器および照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】消費電力の小さい発光装置を提供する。
【解決手段】第1の発光デバイスと、第1の色変換層と、を有する発光装置であって、当該第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、当該陽極と、当該陰極との間に位置するEL層とを有し、当該EL層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である材料を含む層を有し、当該第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、当該第1の発光デバイスからの発光が、当該第1の色変換層に照射される発光装置。
【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、有機化合物、発光素子、発光デバイス、ディスプレイモジュール、照明モジュール、表示装置、発光装置、電子機器、照明装置および電子デバイスに関する。なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
有機化合物を用いたエレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescence)を利用する発光デバイス(有機ELデバイス)の実用化が進んでいる。これら発光デバイスの基本的な構成は、一対の電極間に発光材料を含む有機化合物層(EL層)を挟んだものである。このデバイスに電圧を印加して、キャリアを注入し、当該キャリアの再結合エネルギーを利用することにより、発光材料からの発光を得ることができる。
このような発光デバイスは自発光型であるためディスプレイの画素として用いると、液晶に比べ、視認性が高く、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用の素子として好適である。また、このような発光デバイスを用いたディスプレイは、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。さらに非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
また、これらの発光デバイスは発光層を二次元に連続して形成することが可能であるため、面状に発光を得ることができる。これは、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。
このように発光デバイスを用いたディスプレイや照明装置はさまざまな電子機器に適用好適であるが、より良好な特性を有する発光デバイスを求めて研究開発が進められている。
有機ELデバイスが語られる際にしばしば問題として挙げられるものの一つに、光取出し効率の低さがある。特に、隣接する層の屈折率の違いから起こる反射による減衰は、デバイスの効率を下げる大きな要因となっている。この影響を低減させるために、EL層内部に低屈折率材料からなる層を形成する構成が提案されている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
この構成を備えた発光デバイスは、従来の構成を有する発光デバイスよりも光取出し効率、ひいては外部量子効率の高い発光デバイスとすることが可能であるが、このような低屈折率の層を、その他の発光デバイスにおける重要な特性に悪影響を与えずにEL層内部に形成するのは容易なことではない。なぜならば、低い屈折率と、高いキャリア輸送性または発光デバイスに用いた場合の信頼性はトレードオフの関係にあるからである。この問題は、有機化合物におけるキャリア輸送性や信頼性は不飽和結合の存在に由来するところが大きく、不飽和結合を多く有する有機化合物は、屈折率が高い傾向があることに原因がある。
一方で、色変換方式によるディスプレイの実用化がなされている。色変換方式とは、フォトルミネッセンスを呈する物質に発光デバイスからの光を照射することで所望の色の光に変換する方式のことである。色変換方式のディスプレイは発光デバイスからの光を単純にカットするカラーフィルタ方式のディスプレイと比較して、フォトルミネッセンスの効率にもよるが、エネルギーのロスが少なく、消費電力の小さいディスプレイを得やすいという特徴がある。
特開2014−207356号公報 Jaeho Lee、他12名,「Synergetic electrode architecture for efficient graphene−based flexible organic light−emitting diodes」,nature COMMUNICATIONS,平成28年6月2日,DOI:10.1038/ncomms11791
そこで、本発明の一態様では、新規発光装置を提供することを目的とする。または、発光効率の良好な発光装置を提供することを目的とする。または、寿命の良好な発光装置を提供することを目的とする。または、駆動電圧の低い発光装置を提供することを目的とする。
または、本発明の他の一態様では、信頼性の高い電子機器または表示装置を各々提供することを目的とする。または、本発明の他の一態様では、消費電力の小さい電子機器または表示装置を各々提供することを目的とする。
本発明は上述の課題のうちいずれか一を解決すればよいものとする。
本発明の一態様は、第1の発光デバイスと、第1の色変換層と、を有する発光装置であって、前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、前記EL層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である材料を含む層を有し、前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置である。
また、本発明の他の一態様は、第1の発光デバイスと、第1の色変換層と、を有する発光装置であって、前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、前記EL層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である層を有し、前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、第1の発光デバイスと、第1の色変換層と、を有する発光装置であって、前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、前記EL層は、発光層と、正孔注入層とを有し、前記正孔注入層は、前記陽極に接して設けられ、前記正孔注入層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である有機化合物を含み、前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である有機化合物が、第1の芳香環、第2の芳香環および第3の芳香環を有するモノアミン化合物であって、前記第1の芳香環、前記第2の芳香環および前記第3の芳香環は、前記モノアミン化合物の窒素原子に結合しており、分子内の総炭素数に対するsp3混成軌道で結合を作っている炭素の割合が23%以上55%以下である有機化合物である発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である有機化合物が、下記一般式(G1)で表される有機化合物である発光装置である。
Figure 2021077639
ただし、上記一般式(G1)において、Ar、Arはそれぞれ独立に、ベンゼン環または2個または3個のベンゼン環が互いに結合した置換基を表す。ただし、Ar、Arの一方または両方は、炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基を一つまたは複数有し、ArおよびArに結合した前記炭化水素基に含まれる炭素の総数が8以上であり、且つ、ArおよびArの少なくとも一方に結合した前記炭化水素基に含まれる炭素の総数が6以上である。なお、ArまたはArに前記炭化水素基として炭素数1または2の直鎖アルキル基が複数結合している場合、当該直鎖アルキル基同士が結合して環を形成していても良い。また、上記一般式(G1)において、RおよびRは各々独立に炭素数1乃至4のアルキル基を表す。なお、RおよびRは互いに結合して環を形成していても良い。またRは炭素数1乃至4のアルキル基を表し、uは0乃至4の整数である。
または、本発明の他の一態様は、第1の発光デバイスと、第1の色変換層とを有する発光装置であって、前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、前記EL層は、発光層と、電子輸送層とを有し、前記電子輸送層は、前記発光層と前記陰極との間に位置し、前記電子輸送層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である材料を有し、前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記屈折率が1.75以下の材料が、電子輸送性を有する有機化合物と、無機化合物との混合材料であり、前記無機化合物がアルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物である発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記無機化合物がアルカリ金属であり、前記電子輸送層における前記無機化合物の濃度が50vol%以上である発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記無機化合物がアルカリ金属であり、前記電子輸送層における前記無機化合物の濃度が50vol%以上95vol%未満である発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記電子輸送層における前記無機化合物の濃度が20vol%以上である発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、第1の発光デバイスと、第1の色変換層と、を有する発光装置であって、前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、前記EL層は、正孔注入層と、発光層と、電子輸送層とを有し、前記正孔注入層は、前記陽極と、前記発光層との間に位置し、前記電子輸送層は、前記発光層と、前記陰極との間に位置し、前記正孔注入層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の有機化合物を有し、前記電子輸送層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の材料を有し、前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を有し、前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第1の発光デバイスから得られる発光スペクトルのピーク波長が、440nmから520nmに存在する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、第1の発光デバイスと、第1の色変換層と、を有する発光装置であって、前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、前記EL層は、正孔注入層と、発光層と、電子輸送層とを有し、前記正孔注入層は、前記陽極と、前記発光層との間に位置し、前記電子輸送層は、前記発光層と、前記陰極との間に位置し、前記正孔注入層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の有機化合物を有し、前記電子輸送層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の材料を有し、前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を有し、前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第1の物質が量子ドットである発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第1の発光デバイスが微小共振構造を有する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記発光装置は、さらに、第2の発光デバイスと、第3の発光デバイスと、第2の色変換層と、を有し、前記第2の発光デバイスおよび前記第3の発光デバイスは、前記第1の発光デバイスと同じ構造を有し、前記第2の色変換層は、光を吸収して発光する第2の物質を有し、前記第1の物質の発光スペクトルのピーク波長と、前記第2の物質の発光スペクトルのピーク波長は異なり、前記第2の発光デバイスからの発光が、前記第2の色変換層に照射される発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第2の物質が量子ドットである発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第1の物質の発光スペクトルのピーク波長が500nmから600nmに存在し、前記第2の物質の発光スペクトルのピーク波長が600nmから750nmに存在する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記発光装置は、さらに、第4の発光デバイスと、第3の色変換層を有し、前記第4の発光デバイスは、前記第1の発光デバイスと同じ構造を有し、前記第3の色変換層は、光を吸収して発光する第3の物質を有し、前記第3の物質の発光スペクトルのピーク波長が560nmから610nmに存在し、前記第4の発光デバイスからの発光が、前記第3の色変換層に照射される発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第3の物質が希土類元素を含む発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記希土類元素がユウロピウム、セリウムおよびイットリウムの少なくとも一である発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第3の物質が量子ドットである発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第3の色変換層から得られる発光スペクトルに、二つのピークが存在する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第3の色変換層から得られる発光が白色発光である発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記発光デバイスが、複数の発光層を有する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記複数の発光層同士の間に電荷発生層を有する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記第1の発光デバイスが青色発光を呈する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、前記発光装置は、カラーフィルタを有し、前記第1の色変換層は、前記第1の発光デバイスと前記カラーフィルタとの間に位置する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記いずれかに記載の発光デバイスと、センサ、操作ボタン、スピーカ、または、マイクと、を有する電子機器である。
または、本発明の他の一態様は、上記いずれかに記載の発光デバイスと、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記いずれかに記載の発光デバイスと、筐体と、を有する照明装置である。
なお、本明細書中における発光装置とは、発光デバイスを用いた画像表示デバイスを含む。また、発光デバイスにコネクター、例えば異方導電性フィルム又はTCP(Tape Carrier Package)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、又は発光デバイスに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、発光装置に含む場合がある。さらに、照明器具等は、発光装置を有する場合がある。
本発明の一態様は、新規発光装置を提供することができる。または、発光効率の良好な発光装置を提供することができる。または、寿命の良好な発光装置を提供することができる。または、駆動電圧の低い発光装置を提供することができる。
または、本発明の他の一態様は、信頼性の高い電子機器または表示装置を各々提供することができる。または、本発明の他の一態様は、消費電力の小さい電子機器または表示装置を各々提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図1(A)(B)(C)は発光装置の概念図である。 図2(A)(B)(C)は発光デバイスの概略図である。 図3は発光デバイスの概略図である。 図4(A)(B)(C)は発光装置の概念図である。 図5(A)(B)(C)は発光装置の概念図である。 図6(A)(B)はパッシブマトリクス型発光装置の概念図である。 図7(A)(B)はアクティブマトリクス型発光装置の概念図である。 図8(A)(B)はアクティブマトリクス型発光装置の概念図である。 図9はアクティブマトリクス型発光装置の概念図である。 図10(A)(B1)(B2)(C)は電子機器を表す図である。 図11(A)(B)(C)は電子機器を表す図である。 図12は車載表示装置及び照明装置を表す図である。 図13(A)(B)は電子機器を表す図である。 図14(A)(B)(C)は電子機器を表す図である。 図15はdchPAFの屈折率を測定したデータである。 図16はchBichPAFの屈折率を測定したデータである。 図17はdchPASchFの屈折率を測定したデータである。 図18はchBichPASchFの屈折率を測定したデータである。 図19はSchFB1chPの屈折率を測定したデータである。 図20はmmtBuBichPAFの屈折率を測定したデータである。 図21はdmmtBuBiAFの屈折率を測定したデータである。 図22はmmtBuBimmtBuPAFの屈折率を測定したデータである。 図23はdchPAPrFの屈折率を測定したデータである。 図24はmmchBichPAFの屈折率を測定したデータである。 図25はmmtBumTPchPAFの屈折率を測定したデータである。 図26はCdoPchPAFの屈折率を測定したデータである。 図27は計算に用いた発光スペクトルを表す図である。 図28は色変換層(QD層)の屈折率と、色変換層に到達する光の量の関係を計算した結果を示す図である。 図29は発光デバイス1および発光デバイス2の輝度−電流密度特性を表す図である。 図30は発光デバイス1および発光デバイス2の電流効率−輝度特性を表す図である。 図31は発光デバイス1および発光デバイス2の輝度−電圧特性を表す図である。 図32は発光デバイス1および発光デバイス2の電流−電圧特性を表す図である。 図33は発光デバイス1および発光デバイス2のブルーインデックス−輝度特性を表す図である。 図34は発光デバイス1および発光デバイス2の発光スペクトルを表す図である。 図35はdchPAFとPCBBiFの屈折率を表す図である。
以下、本発明の実施の態様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。
(実施の形態1)
近年、量子ドット(Quantum dot、QD)を用いた色変換技術が液晶ディスプレイなどの分野において実用化されている。QDは、数nmサイズの半導体ナノ結晶であり、1×10個から1×10個程度の原子から構成されている。QDは、電子や正孔、励起子がその内部に閉じ込められた結果、それらのエネルギー状態が離散的となり、また、サイズに依存してエネルギーシフトする。すなわち、同じ物質から構成される量子ドットであっても、サイズによって発光波長が異なるため、用いるQDのサイズを変更することによって容易に発光波長を調整することができる。
また、QDは、その離散性が位相緩和を制限するため発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光を得ることができる。すなわち、QDを用いた色変換層を用いることによって、色純度の高い発光を得ることが可能であり、BT.2020規格やBT.2100規格にて標準化された色域であるRec.2020をカバーする発光を得る事も可能である。
QDを用いた色変換層は、有機化合物の発光物質を用いた色変換層と同様に、発光デバイスから発した光を吸収して再発光するフォトルミネッセンスによって当該発光デバイスの光をより長波長の光に変換している。そのため、ディスプレイ用途として色変換層を応用する場合、フルカラーを再現させるために要求される三原色のうち最も波長の短い青色の光を発光デバイスから得、緑と赤の光を色変換により得る構成が採用されている。
すなわち、色変換方式が採用されたディスプレイでは用いられる青色発光デバイスの特性がその特性の多くを支配することになり、結果としてより特性の良好な青色発光デバイスが求められている。
本発明の一態様の発光装置は、図1(A)に示すように、発光デバイス207と色変換層205を有する画素208を有しており、発光デバイス207から射出した光は、色変換層205へ入射する構成となっている。発光デバイス207は第1の電極201と第2の電極203との間にEL層202を有している。また、色変換層205には、量子ドットが含まれていることが好ましく、入射された光を吸収し、所定の波長の光を射出する機能を有する。色変換層205が量子ドットを含む場合、発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光を得ることができる。
上記色変換層205は、入射された光を吸収し、所定の波長の光を射出する機能を有する物質が含まれているが、当該所定の波長の光を射出する機能を有する物質としては、フォトルミネッセンスを呈する無機材料や、有機材料等様々な発光物質を用いることが可能である。特に無機材料である量子ドット(QD)は、上述したように発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度の良好な発光を得られる。また、無機物質であるため本質的な安定性に優れる、理論的な内部量子効率はほぼ100%であるなどの理由からも好適である。
量子ドットを含む色変換層205は、量子ドットが分散された溶媒を塗布および乾燥、焼成することによって形成することができる。また、あらかじめ量子ドットが分散されたシートも開発されている。色ごとの塗り分けは、インクジェットなどの液滴吐出法や、印刷法、形成面に塗布し、乾燥や焼成、固化などの定着を行った後、フォトリソグラフィーなどを用いてエッチングなどにより行えばよい。
量子ドットとしては、第14族元素、第15族元素、第16族元素、複数の第14族元素からなる化合物、第4族から第14族に属する元素と第16族元素との化合物、第2族元素と第16族元素との化合物、第13族元素と第15族元素との化合物、第13族元素と第17族元素との化合物、第14族元素と第15族元素との化合物、第11族元素と第17族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、各種半導体クラスター、金属ハロゲンペロブスカイト類などのナノサイズ粒子を挙げることができる。
具体的には、セレン化カドミウム(CdSe)、硫化カドミウム(CdS)、テルル化カドミウム(CdTe)、セレン化亜鉛(ZnSe)、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、テルル化亜鉛(ZnTe)、硫化水銀(HgS)、セレン化水銀(HgSe)、テルル化水銀(HgTe)、砒化インジウム(InAs)、リン化インジウム(InP)、砒化ガリウム(GaAs)、リン化ガリウム(GaP)、窒化インジウム(InN)、窒化ガリウム(GaN)、アンチモン化インジウム(InSb)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、リン化アルミニウム(AlP)、砒化アルミニウム(AlAs)、アンチモン化アルミニウム(AlSb)、セレン化鉛(II)(PbSe)、テルル化鉛(II)(PbTe)、硫化鉛(II)(PbS)、セレン化インジウム(InSe)、テルル化インジウム(InTe)、硫化インジウム(In)、セレン化ガリウム(GaSe)、硫化砒素(III)(As)、セレン化砒素(III)(AsSe)、テルル化砒素(III)(AsTe)、硫化アンチモン(III)(Sb)、セレン化アンチモン(III)(SbSe)、テルル化アンチモン(III)(SbTe)、硫化ビスマス(III)(Bi)、セレン化ビスマス(III)(BiSe)、テルル化ビスマス(III)(BiTe)、ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、セレン(Se)、テルル(Te)、ホウ素(B)、炭素(C)、リン(P)、窒化ホウ素(BN)、リン化ホウ素(BP)、砒化ホウ素(BAs)、窒化アルミニウム(AlN)、硫化アルミニウム(Al)、硫化バリウム(BaS)、セレン化バリウム(BaSe)、テルル化バリウム(BaTe)、硫化カルシウム(CaS)、セレン化カルシウム(CaSe)、テルル化カルシウム(CaTe)、硫化ベリリウム(BeS)、セレン化ベリリウム(BeSe)、テルル化ベリリウム(BeTe)、硫化マグネシウム(MgS)、セレン化マグネシウム(MgSe)、硫化ゲルマニウム(GeS)、セレン化ゲルマニウム(GeSe)、テルル化ゲルマニウム(GeTe)、硫化錫(IV)(SnS)、硫化錫(II)(SnS)、セレン化錫(II)(SnSe)、テルル化錫(II)(SnTe)、酸化鉛(II)(PbO)、フッ化銅(I)(CuF)、塩化銅(I)(CuCl)、臭化銅(I)(CuBr)、ヨウ化銅(I)(CuI)、酸化銅(I)(CuO)、セレン化銅(I)(CuSe)、酸化ニッケル(II)(NiO)、酸化コバルト(II)(CoO)、硫化コバルト(II)(CoS)、四酸化三鉄(Fe)、硫化鉄(II)(FeS)、酸化マンガン(II)(MnO)、硫化モリブデン(IV)(MoS)、酸化バナジウム(II)(VO)、酸化バナジウム(IV)(VO)、酸化タングステン(IV)(WO)、酸化タンタル(V)(Ta)、酸化チタン(TiO、Ti、Ti、Tiなど)、酸化ジルコニウム(ZrO)、窒化ケイ素(Si)、窒化ゲルマニウム(Ge)、酸化アルミニウム(Al)、チタン酸バリウム(BaTiO)、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物(CdZnSe)、インジウムと砒素とリンの化合物(InAsP)、カドミウムとセレンと硫黄の化合物(CdSeS)、カドミウムとセレンとテルルの化合物(CdSeTe)、インジウムとガリウムと砒素の化合物(InGaAs)、インジウムとガリウムとセレンの化合物(InGaSe)、インジウムとセレンと硫黄の化合物(InSeS)、銅とインジウムと硫黄の化合物(例えばCuInS)およびこれらの組合せなどを挙げることができるが、これらに限定されない。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いても良い。例えば、CdSSe(1−x)(xは0から1の任意の数)で表される合金型量子ドットは、xを変化させることで発光波長を変えることができるため、青色発光を得るには有効な手段の一つである。
量子ドットの構造としては、コア型、コア−シェル型、コア−マルチシェル型などがあり、そのいずれを用いても良いが、コアを覆ってより広いバンドギャップを持つ別の無機材料でシェルを形成することによって、ナノ結晶表面に存在する欠陥やダングリングボンドの影響を低減することができる。これにより、発光の量子効率が大きく改善するためコア−シェル型やコア−マルチシェル型の量子ドットを用いることが好ましい。シェルの材料の例としては、硫化亜鉛(ZnS)や酸化亜鉛(ZnO)が挙げられる。
また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着している又は保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。保護剤(又は保護基)としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、トリ(n−ヘキシル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン、トリ(n−デシル)アミン等の第3級アミン類、トリプロピルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド等の有機リン化合物、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、また、ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類等の含窒素芳香族化合物等の有機窒素化合物、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアミノアルカン類、ジブチルスルフィド等のジアルキルスルフィド類、ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド類、チオフェン等の含硫黄芳香族化合物等の有機硫黄化合物、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸、アルコール類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、3級アミン変性ポリウレタン類、ポリエチレンイミン類等が挙げられる。
色変換層205に含まれる物質がQDであった場合、QDは自身の発光波長付近から短波長側に、短波長の光程吸収強度が高い連続した吸収スペクトルを有する。そのため、複数の発光色を必要とするディスプレイである場合、各色画素の発光デバイスに含まれる発光中心物質は共通の物質で良く、図1(B)で示したように画素の色ごとに発光デバイスの作り分けを行わなくても良くなり、比較的安価に発光装置を作製することができる。
図1(B)では、例として、青、緑、赤の三色の光を呈する画素を示した。208Bは青色発光を呈する第1の画素である。第1の画素208Bは第1の電極201Bと第2の電極203を有しており、それらはどちらか一方が陽極で他方が陰極である。また、どちらか一方が反射電極、他方が半透過半反射電極であってもよい。また、同様に、緑色の発光を呈する第2の画素208G、および赤色の発光を呈する第3の画素208Rが図示されており、それぞれ第1の電極201Gおよび第2の電極203、第1の電極201Rおよび第2の電極203を有している。図1(B)では、第1の電極201B、201Gおよび201Rが反射電極且つ陽極であり、第2の電極203が半透過半反射電極である構成を例示している。第1の電極201B乃至第1の電極201Rは絶縁体200上に形成される。また、隣り合う画素と光が混じるのを防ぐために画素と画素の間にはブラックマトリクス206が設けられていることが好ましい。ブラックマトリクス206は、インクジェット法などで色変換層を形成する際のバンクと兼ねていても良い。
また、図1(C)では、青、緑、赤および白の4色の光を呈する画素を示した。208Wは白色発光を呈する第4の画素である。第4の画素208Wは、第1の電極201Wと、第2の電極203を有しており、それらはどちらか一方が陽極で他方が陰極である。また、これらはどちらか一方が反射電極、他方が半透過半反射電極であってもよい。第1の電極201Wは絶縁体200上に形成される。また、隣り合う画素と光が混じるのを防ぐために画素と画素の間にはブラックマトリクス206が設けられていることが好ましい。ブラックマトリクス206は、インクジェット法などで色変換層を形成する際のバンクと兼ねていても良い。
第1の画素208B乃至第4の画素208Wにおける第1の電極201B、201G、201R、201Wと第2の電極203との間には、EL層202が挟まれている。EL層202は第1の画素208B乃至第4の画素208Wにおいて共通であっても、分離していても良いが、複数の画素において共通している方が製造しやすくコスト的に有利である。また、EL層202は通常、機能分離された複数の層によって構成されるが、一部が複数の画素において共有されており、一部が各画素で独立していても良い。
第1の画素208B乃至第4の画素208Wは、第1の電極、第2の電極およびEL層から構成される第1の発光デバイス207B、第2の発光デバイス207G、第3の発光デバイス207Rおよび第4の発光デバイス207Wを有している。なお、図1(B)および(C)では、第1の画素208B乃至第4の画素208Wは共通のEL層202を有する構成を例示した。
第1の発光デバイス207B乃至第4の発光デバイス207Wは、第1の電極と第2の電極のいずれか一方を反射電極とし、他方を半透過半反射電極とすることで、微小共振構造を有する発光デバイスとすることができる。共振させることが可能な波長は、反射電極の表面と、半透過半反射電極の表面との光学的距離209で決まる。この光学的距離209を、共振させたい波長をλとして、λ/2の整数倍とすることで、波長λの光を増幅することができる。光学的距離209は、EL層の正孔注入層や、正孔輸送層、電極の一部として反射電極上に形成する透明電極層などで調節することが可能である。図1(B)および図1(C)の発光装置では、EL層が第1の発光デバイス207B乃至第4の発光デバイス207Wで共通であり、発光中心物質も同一であることから、発光デバイスの光学的距離209は第1の画素208B乃至第4の画素208Wで共通であるため、簡便に形成することができる。なお、それぞれの画素でEL層202を作り分けた場合は、当該EL層からの光に合わせて光学的距離209を形成すればよい。
保護層204は第2の電極203上に設けられる。また、第1の発光デバイス207B乃至第4の発光デバイス207Wに悪影響を及ぼす物質や環境から保護するために保護層204が設けられていてもよい。保護層204には、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、三元化合物、金属またはポリマー等を用いることができ、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムシリケート、酸化ランタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化エルビウム、酸化バナジウムまたは酸化インジウム等を含む材料や、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化珪素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化ジルコニウムまたは窒化ガリウム等を含む材料、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む酸化物、アルミニウムおよび亜鉛を含む酸化物、マンガンおよび亜鉛を含む硫化物、セリウムおよびストロンチウムを含む硫化物、エルビウムおよびアルミニウムを含む酸化物、イットリウムおよびジルコニウムを含む酸化物等を含む材料を用いることができる。
なお、色変換層と発光デバイスを適切な屈折率を有する樹脂で接合することで、発光層から射出された光は、より多く色変換層へ到達することができる。この結果、色変換層の発光が強まるため、高効率な発光装置が作製可能となる。上記適切な屈折率を有する樹脂は保護層204と兼ねていてもよいし、保護層204と色変換層との間にさらに設けられていても良い。なお、当該樹脂の屈折率は1.4から2.0であることが好ましく、1.7から1.9であることがより好ましい。高い屈折率の層が透明電極と色変換層との間に存在することで、薄膜モードによる光の損失を低減し、より高効率な発光装置を得ることができる。
なお、第1の画素208Bは、色変換層を介さない光を発するため、光の三原色の内、最もエネルギーの高い青色の光を発する画素であることが好ましい。また、同様の理由から、第1の発光デバイス207B乃至第4の発光デバイス207Wの発光を同じ色とする場合、青色発光であることが好ましい。この場合、これら発光デバイスに含まれる発光中心物質は同じ物質であることがコスト的に有利であるが、異なる発光中心物質を用いても良い。
また、このように画素の色ごとに発光デバイスを作り分けない場合、当該発光デバイスが有する発光中心物質の発光は青色発光(発光スペクトルのピーク波長が440nmから520nm、好ましくは420nm乃至480nm程度)であることが好ましい。発光中心物質の発光スペクトルのピーク波長は、溶液状態のPLスペクトルで算出する。発光デバイスのEL層を構成する有機化合物の比誘電率は3程度であるため、発光デバイスの発光スペクトルとの齟齬を避ける目的で、前記発光中心物質を溶液状態にするための溶媒の比誘電率は、室温において1以上10以下であることが好ましく、より好ましくは2以上5以下である。具体的には、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロメタンが挙げられる。また、室温における比誘電率が2以上5以下で、溶解性が高く、汎用的な溶媒がより好ましく、例えば、トルエンやクロロホルムであることが好ましい。
色変換層205Gは、第2の発光デバイス207Gの光を吸収して発光する物質が含まれている。第2の発光デバイス207Gからの発光は色変換層205Gに入射し、波長の長い緑色の光(発光スペクトルのピーク波長が500nmから600nm、好ましくは500nmから560nm)に変換されて射出する。205Rも同様に色変換層であり、色変換層205Rには第3の発光デバイス207Rからの光を吸収して発光する物質が含まれている。第3の発光デバイス207Rからの発光は、色変換層205Rに入射し、波長の長い赤色の光(発光スペクトルのピーク波長が600nmから750nm、好ましくは610nmから700nm程度)に変換させて射出する。色変換層205Gおよび色変換層205Rは、発光デバイスからの光を十分吸収し、極力発光デバイスからの光を透過しない程度の濃度でQDなどの色変換を行う物質が含まれていることが好ましい。
205Wも同様に色変換層であり、色変換層205Wには第4の発光デバイス207Wからの光を吸収して発光する物質が含まれている。第4の発光デバイス207Wからの発光は、色変換層205Wに入射し、波長の長い黄色の光(発光スペクトルのピーク波長が560nmから610nm程度、好ましくは580nmから595nm)に変換させて射出する。色変換層205Wには、ユウロピウム、セリウムおよびイットリウムなどの希土類元素が少なくとも一もしくは複数含まれ、効率よく青色発光を黄色発光に変換することができる。色変換層205Wは、適度に発光デバイスからの光を透過する程度に色変換を行う物質が含まれており、色変換層205Wで変換された光と、色変換層205Wを透過した発光デバイスからの光が混合することで白色発光を呈する。
なお、これらの画素は、各々カラーフィルタをさらに有していても良い。
このような構成を有する発光装置において、色変換層に到達する光は、電極などによる吸収に由来する光学ロス、エバネッセントモードに由来する光学ロス、そして、接合した樹脂と発光デバイスの屈折率段差に由来する光閉じ込めによる光学ロスを除いた量が到達する。このため、これらのロスを低下させることが求められる。
そこで、発光デバイス207は、図2(A)乃至(C)のような構成を有する発光デバイスである。以下に本発明の一態様の発光装置に用いられる発光デバイスについて説明する。
図2(A)に示した発光デバイスは、第1の電極101と、第2の電極102、EL層103を有し、当該EL層に少なくとも屈折率の小さい材料からなる層が含まれ、当該屈折率は発光中心物質が呈する青色発光(発光スペクトルのピーク波長が440nmから520nm、好ましくは420nm乃至480nm程度)の屈折率、例えば467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の材料からなる層が含まれている。
EL層103は、発光層113を有しており、正孔注入層111および/または正孔輸送層112、電子輸送層114および/または電子注入層115の他、様々な機能層を有していても良い。発光層113には発光材料が含まれており、発光デバイス207は、当該発光材料から発光を得る。発光層113には、ホスト材料や、その他の材料が含まれていても良い。467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の材料よりなる層は、発光層113以外のいずれの層であっても良いが、正孔注入層111、正孔輸送層112および電子輸送層114のいずれかまたは複数であることが好ましい。屈折率の小さな層がEL層内部に存在することによって、デバイス内部において光学ロスとして光が消失する、エバネッセントモードや薄膜モードが抑制され、光取り出し効率が向上する。このため、外部量子効率の良好な発光デバイスを得ることができる。なお、屈折率の小さな層は、発光層よりも光が射出する電極側に設けられていることが好ましい。
続いて、上述の発光デバイスの詳細な構造や材料の例について説明する。本発明の一態様の発光デバイスは、上述のように第1の電極101と第2の電極102の一対の電極間に複数の層からなるEL層103を有しており、当該EL層103のいずれかの部分に、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下、好ましくは1.65以下の層、または467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下、好ましくは1.65以下の材料からなる層が含まれている。屈折率が小さいと光学ロスが低減し発光デバイスの光取り出し効率が向上するため、屈折率は好ましくは1.74以下、より好ましくは1.73以下、より好ましくは1.72以下、より好ましくは1.71以下、より好ましくは1.70以下、より好ましくは1.69以下、より好ましくは1.68以下、より好ましくは1.67以下、より好ましくは1.66以下、より好ましくは1.65以下である。なお、当該屈折率は、常光屈折率、または常光屈折率と異常光屈折率の平均屈折率とする。
第1の電極101は、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いて形成することが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、ケイ素若しくは酸化ケイ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、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(IWZO)等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリング法により成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。作製方法の例としては、酸化インジウム−酸化亜鉛は、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方法などがある。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(IWZO)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もできる。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)、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。グラフェンも用いることができる。なお、後述する複合材料をEL層103における第1の電極101と接する層に用いることで、仕事関数に関わらず、電極材料を選択することができるようになる。
EL層103は積層構造を有していることが好ましいが、当該積層構造については特に限定はなく、上述のように、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、キャリアブロック層、励起子ブロック層、電荷発生層など、様々な層構造を適用することができる。本実施の形態では、図2(A)に示すように、正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113に加えて、電子輸送層114及び電子注入層115を有する構成、及び図2(B)に示すように、正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113に加えて、電子輸送層114及び電子注入層115、電荷発生層116を有する構成の2種類の構成について説明する。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
正孔注入層111は、アクセプタ性を有する物質を含む層である。アクセプタ性を有する物質としては、有機化合物と無機化合物のいずれも用いることが可能である。
アクセプタ性を有する物質としては、電子吸引基(ハロゲン基やシアノ基)を有する化合物を用いることができ、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:F−TCNQ)、クロラニル、2,3,6,7,10,11−ヘキサシアノ−1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレン(略称:HAT−CN)、1,3,4,5,7,8−ヘキサフルオロテトラシアノ−ナフトキノジメタン(略称:F6−TCNNQ)、2−(7−ジシアノメチレン−1,3,4,5,6,8,9,10−オクタフルオロ−7H−ピレン−2−イリデン)マロノニトリル等を挙げることができる。特に、HAT−CNのように複素原子を複数有する縮合芳香環に電子吸引基が結合している化合物が、熱的に安定であり好ましい。また、電子吸引基(特にフルオロ基のようなハロゲン基やシアノ基)を有する[3]ラジアレン誘導体は、電子受容性が非常に高いため好ましく、具体的にはα,α’,α’’−1,2,3−シクロプロパントリイリデントリス[4−シアノ−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンアセトニトリル]、α,α’,α’’−1,2,3−シクロプロパントリイリデントリス[2,6−ジクロロ−3,5−ジフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンアセトニトリル]、α,α’,α’’−1,2,3−シクロプロパントリイリデントリス[2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゼンアセトニトリル]などが挙げられる。アクセプタ性を有する物質としては以上で述べた有機化合物以外にも、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、マンガン酸化物等の無機化合物を用いることもできる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(CuPc)等のフタロシアニン系の錯体化合物、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,N’−ビス{4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]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:DNTPD)等の芳香族アミン化合物、或いはポリ(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)等の高分子化合物等によっても正孔注入層111を形成することができる。アクセプタ性を有する物質は、隣接する正孔輸送層(あるいは正孔輸送材料)から、電界の印加により電子を引き抜くことができる。
また、正孔注入層111として、正孔輸送性を有する材料に上記アクセプタ性物質を含有させた複合材料を用いることもできる。なお、正孔輸送性を有する材料にアクセプタ性物質を含有させた複合材料を用いることにより、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101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も用いることができるようになる。
複合材料に用いる正孔輸送性を有する材料としては、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、種々の有機化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる正孔輸送性を有する材料としては、1×10−6cm/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。以下では、複合材料における正孔輸送性を有する材料として用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
複合材料に用いることのできる芳香族アミン化合物としては、N,N’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、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,N’−ビス{4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]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: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)等を挙げることができる。カルバゾール誘導体としては、具体的には、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)、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)、9−[4−10−フェニルアントラセン−9−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、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を用いることができる。芳香族炭化水素としては、例えば、2−tert−ブチル−9,10−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:DPAnth)、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)、2−tert−ブチル−9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]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)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、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)等が挙げられる。なお、本発明の一態様の有機化合物も用いることができる。
また、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(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)等の高分子化合物を用いることもできる。
複合材料に用いられる正孔輸送性を有する材料としては、カルバゾール骨格、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格およびアントラセン骨格のいずれかを有していることがより好ましい。特に、ジベンゾフラン環またはジベンゾチオフェン環を含む置換基を有する芳香族アミン、ナフタレン環を有する芳香族モノアミン、または9−フルオレニル基がアリーレン基を介してアミンの窒素原子に結合する芳香族モノアミンであっても良い。なお、これら第2の有機化合物が、N,N−ビス(4−ビフェニル)アミノ基を有する物質であると、寿命の良好な発光デバイスを作製することができるため好ましい。以上のような第2の有機化合物としては、具体的には、N−(4−ビフェニル)−6,N−ジフェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン−8−アミン(略称:BnfABP)、N,N−ビス(4−ビフェニル)−6−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン−8−アミン(略称:BBABnf)、4,4’−ビス(6−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン−8−イル−4’’−フェニルトリフェニルアミン(略称:BnfBB1BP)、N,N−ビス(4−ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン−6−アミン(略称:BBABnf(6))、N,N−ビス(4−ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン−8−アミン(略称:BBABnf(8))、N,N−ビス(4−ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[2,3−d]フラン−4−アミン(略称:BBABnf(II)(4))、N,N−ビス[4−(ジベンゾフラン−4−イル)フェニル]−4−アミノ−p−ターフェニル(略称:DBfBB1TP)、N−[4−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−N−フェニル−4−ビフェニルアミン(略称:ThBA1BP)、4−(2−ナフチル)−4’,4’’−ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNB)、4−[4−(2−ナフチル)フェニル]−4’,4’’−ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNBi)、4−(2;1’−ビナフチル−6−イル)−4’,4’’−ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAαNβNB)、4,4’−ジフェニル−4’’−(7;1’−ビナフチル−2−イル)トリフェニルアミン(略称:BBAαNβNB−03)、4,4’−ジフェニル−4’’−(7−フェニル)ナフチル−2−イルトリフェニルアミン(略称:BBAPβNB−03)、4−(6;2’−ビナフチル−2−イル)−4’,4’’−ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBA(βN2)B)、4,4’−ジフェニル−4’’−(7;2’−ビナフチル−2−イル)トリフェニルアミン(略称:BBA(βN2)B−03)、4−(1;2’−ビナフチル−4−イル)−4’,4’’−ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNαNB)、4−(1;2’−ビナフチル−5−イル)−4’,4’’−ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNαNB−02)、4−(4−ビフェニリル)−4’−(2−ナフチル)−4’’−フェニルトリフェニルアミン(略称:TPBiAβNB)、4−(3−ビフェニリル)−4’−[4−(2−ナフチル)フェニル]−4’’−フェニルトリフェニルアミン(略称:mTPBiAβNBi)、4−(4−ビフェニリル)−4’−[4−(2−ナフチル)フェニル]−4’’−フェニルトリフェニルアミン(略称:TPBiAβNBi)、4−(1−ナフチル)−4’−フェニルトリフェニルアミン(略称:αNBA1BP)、4,4’−ビス(1−ナフチル)トリフェニルアミン(略称:αNBB1BP)、4,4’−ジフェニル−4’’−[4’−(カルバゾール−9−イル)ビフェニル−4−イル]トリフェニルアミン(略称:YGTBi1BP)、4’−[4−(3−フェニル−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]トリス(1,1’−ビフェニル−4−イル)アミン(略称:YGTBi1BP−02)、4−[4’−(カルバゾール−9−イル)ビフェニル−4−イル]−4’−(2−ナフチル)−4’’−フェニルトリフェニルアミン(略称:YGTBiβNB)、N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−N−[4−(1−ナフチル)フェニル]−9,9’−スピロビ[9H−フルオレン]−2−アミン(略称:PCBNBSF)、N,N−ビス([1,1’−ビフェニル]−4−イル)−9,9’−スピロビ[9H−フルオレン]−2−アミン(略称:BBASF)、N,N−ビス([1,1’−ビフェニル]−4−イル)−9,9’−スピロビ[9H−フルオレン]−4−アミン(略称:BBASF(4))、N−(1,1’−ビフェニル−2−イル)−N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−9,9’−スピロビ[9H−フルオレン]−4−アミン(略称:oFBiSF)、N−(4−ビフェニル)−N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)ジベンゾフラン−4−アミン(略称:FrBiF)、N−[4−(1−ナフチル)フェニル]−N−[3−(6−フェニルジベンゾフラン−4−イル)フェニル]−1−ナフチルアミン(略称:mPDBfBNBN)、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−フェニル−4’−[4−(9−フェニルフルオレン−9−イル)フェニル]トリフェニルアミン(略称:BPAFLBi)、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:PCBNBB)、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)、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9−ジメチル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)、N,N−ビス(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−9,9’−スピロビ−9H−フルオレン−4−アミン、N,N−ビス(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−9,9’−スピロビ−9H−フルオレン−3−アミン、N,N−ビス(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−9,9’−スピロビ−9H−フルオレン−2−アミン、N,N−ビス(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−9,9’−スピロビ−9H−フルオレン−1−アミン等を挙げることができる。
なお、複合材料に用いられる正孔輸送性を有する材料はそのHOMO準位が−5.7eV以上−5.4eV以下の比較的深いHOMO準位を有する物質であることがさらに好ましい。複合材料に用いられる正孔輸送性を有する材料が比較的深いHOMO準位を有することによって、正孔輸送層112への正孔の注入が容易となり、また、寿命の良好な発光デバイスを得ることが容易となる。
なお、上記複合材料にさらにアルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物およびフッ化アルキルのいずれかまたは複数を混合(好ましくは当該層中のフッ素原子の原子比率が20%以上)することによって、当該層の屈折率を低下させることができる。これによっても、EL層103内部に屈折率の低い層を形成することができ、発光デバイスの外部量子効率を向上させることができる。なお、上記フッ化物が混合した複合材料は、フッ化物の量が増えるにしたがってスピン密度が低下するため、当該複合材料はESR測定した際のスピン密度が1.0×1018spins/cm以上であることが好ましい。また、正孔注入層にフッ化物を混合する場合、アクセプタ性物質としては無機化合物、特に酸化モリブデンを用いることが好ましい。
また、正孔輸送性を有する材料として、1,1−ビス−(4−ビス(4−メチル−フェニル)−アミノ−フェニル)−シクロヘキサン(略称:TAPC)などの屈折率の小さな有機化合物を用いることによっても、正孔注入層111の屈折率を低下させることができる。
正孔注入層111を形成することによって、正孔の注入性が良好となり、駆動電圧の小さい発光デバイスを得ることができる。また、アクセプタ性を有する有機化合物は蒸着が容易で成膜がしやすいため、用いやすい材料である。
正孔輸送層112は、正孔輸送性を有する材料を含んで形成される。正孔輸送性を有する材料としては、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有していることが好ましい。
上記正孔輸送性を有する材料としては、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)、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−(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−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−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:PCBNBB)、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)などの芳香族アミン骨格を有する化合物や、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)などのカルバゾール骨格を有する化合物や、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−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’’−(ベンゼン−1,3,5−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。上述した中でも、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。なお、正孔注入層111の複合材料に用いられる正孔輸送性を有する材料として挙げた物質も正孔輸送層112を構成する材料として好適に用いることができる。
発光層113は発光物質とホスト材料を有している。なお、発光層113は、その他の材料を同時に含んでいても構わない。また、組成の異なる2層の積層であっても良い。
発光物質は蛍光発光物質であっても、りん光発光物質であっても、熱活性化遅延蛍光(TADF)を示す物質であっても、その他の発光物質であっても構わない。なお、本発明の一態様は、発光層113が蛍光発光を呈する層、特に、青色の蛍光発光を呈する層である場合により好適に適用することができる。
発光層113において、蛍光発光物質として用いることが可能な材料としては、例えば以下のようなものが挙げられる。また、これ以外の蛍光発光物質も用いることができる。
5,6−ビス[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−2,2’−ビピリジン(略称:PAP2BPy)、5,6−ビス[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−2,2’−ビピリジン(略称:PAPP2BPy)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6FLPAPrn)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6mMemFLPAPrn)、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:YGAPA)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン(略称:TBP)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−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:PCBAPA)、N,N’’−(2−tert−ブチルアントラセン−9,10−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス[N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPPA)、N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30、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:2PCABPhA)、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)、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)、クマリン545T、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、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)、2−(2−{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−6−メチル−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2−{2−メチル−6−[2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)、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)、7,14−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)、2−{2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)、2−{2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、2−(2,6−ビス{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2−{2,6−ビス[2−(8−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)、N,N’−ジフェニル−N,N’−(1,6−ピレン−ジイル)ビス[(6−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン)−8−アミン](略称:1,6BnfAPrn−03)、3,10−ビス[N−(9−フェニル−9H−カルバゾール−2−イル)−N−フェニルアミノ]ナフト[2,3−b;6,7−b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10PCA2Nbf(IV)−02)、3,10−ビス[N−(ジベンゾフラン−3−イル)−N−フェニルアミノ]ナフト[2,3−b;6,7−b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10FrA2Nbf(IV)−02)などが挙げられる。特に、1,6FLPAPrnや1,6mMemFLPAPrn、1,6BnfAPrn−03のようなピレンジアミン化合物に代表される縮合芳香族ジアミン化合物は、ホールトラップ性が高く、発光効率や信頼性に優れているため好ましい。
発光層113において、発光物質としてりん光発光物質を用いる場合、用いることが可能な材料としては、例えば以下のようなものが挙げられる。
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)])、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(Mptz1−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(III)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:FIracac)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。これらは青色のりん光発光を示す化合物であり、440nmから520nmに発光のピークを有する化合物である。
また、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[6−(2−ノルボルニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(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。これらは主に緑色のりん光発光を示す化合物であり、500nm〜600nmに発光のピークを有する。なお、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。
また、(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(5mdppm)(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:[Eu(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。これらは、赤色のりん光発光を示す化合物であり、600nmから700nmに発光のピークを有する。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。
また、以上で述べたりん光性化合物の他、公知のりん光性発光物質を選択し、用いてもよい。
TADF材料としてはフラーレン及びその誘導体、アクリジン及びその誘導体、エオシン誘導体等を用いることができる。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、以下の構造式に示されるプロトポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Proto IX))、メソポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン−フッ化スズ錯体(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(SnF(Copro III−4Me))、オクタエチルポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(OEP))、エチオポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Etio I))、オクタエチルポルフィリン−塩化白金錯体(PtClOEP)等も挙げられる。
Figure 2021077639
また、以下の構造式に示される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)や、9−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−9’−フェニル−9H,9’H−3,3’−ビカルバゾール(略称:PCCzTzn)、9−[4−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)フェニル]−9’−フェニル−9H,9’H−3,3’−ビカルバゾール(略称:PCCzPTzn)、2−[4−(10H−フェノキサジン−10−イル)フェニル]−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(略称:PXZ−TRZ)、3−[4−(5−フェニル−5,10−ジヒドロフェナジン−10−イル)フェニル]−4,5−ジフェニル−1,2,4−トリアゾール(略称:PPZ−3TPT)、3−(9,9−ジメチル−9H−アクリジン−10−イル)−9H−キサンテン−9−オン(略称:ACRXTN)、ビス[4−(9,9−ジメチル−9,10−ジヒドロアクリジン)フェニル]スルホン(略称:DMAC−DPS)、10−フェニル−10H,10’H−スピロ[アクリジン−9,9’−アントラセン]−10’−オン(略称:ACRSA)、等のπ電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環の一方または両方を有する複素環化合物も用いることができる。該複素環化合物は、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ため、電子輸送性及び正孔輸送性が共に高く、好ましい。中でも、π電子不足型複素芳香環を有する骨格のうち、ピリジン骨格、ジアジン骨格(ピリミジン骨格、ピラジン骨格、ピリダジン骨格)、およびトリアジン骨格は、安定で信頼性が良好なため好ましい。特に、ベンゾフロピリミジン骨格、ベンゾチエノピリミジン骨格、ベンゾフロピラジン骨格、ベンゾチエノピラジン骨格はアクセプター性が高く、信頼性が良好なため好ましい。また、π電子過剰型複素芳香環を有する骨格の中でも、アクリジン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格、フラン骨格、チオフェン骨格、及びピロール骨格は、安定で信頼性が良好なため、当該骨格の少なくとも一を有することが好ましい。なお、フラン骨格としてはジベンゾフラン骨格が、チオフェン骨格としてはジベンゾチオフェン骨格が、それぞれ好ましい。また、ピロール骨格としては、インドール骨格、カルバゾール骨格、インドロカルバゾール骨格、ビカルバゾール骨格、3−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H−カルバゾール骨格が特に好ましい。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電子供与性とπ電子不足型複素芳香環の電子受容性が共に強くなり、S1準位とT1準位のエネルギー差が小さくなるため、熱活性化遅延蛍光を効率よく得られることから特に好ましい。なお、π電子不足型複素芳香環の代わりに、シアノ基のような電子吸引基が結合した芳香環を用いても良い。また、π電子過剰型骨格として、芳香族アミン骨格、フェナジン骨格等を用いることができる。また、π電子不足型骨格として、キサンテン骨格、チオキサンテンジオキサイド骨格、オキサジアゾール骨格、トリアゾール骨格、イミダゾール骨格、アントラキノン骨格、フェニルボランやボラントレン等の含ホウ素骨格、ベンゾニトリルまたはシアノベンゼン等のニトリル基またはシアノ基を有する芳香環や複素芳香環、ベンゾフェノン等のカルボニル骨格、ホスフィンオキシド骨格、スルホン骨格等を用いることができる。このように、π電子不足型複素芳香環およびπ電子過剰型複素芳香環の少なくとも一方の代わりにπ電子不足型骨格およびπ電子過剰型骨格を用いることができる。
Figure 2021077639
なお、TADF材料とは、S1準位とT1準位との差が小さく、逆項間交差によって三重項励起エネルギーから一重項励起エネルギーへエネルギーを変換することができる機能を有する材料である。そのため、三重項励起エネルギーをわずかな熱エネルギーによって一重項励起エネルギーにアップコンバート(逆項間交差)が可能で、一重項励起状態を効率よく生成することができる。また、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる。
また、2種類の物質で励起状態を形成する励起錯体(エキサイプレックス、エキシプレックスまたはExciplexともいう)は、S1準位とT1準位との差が極めて小さく、三重項励起エネルギーを一重項励起エネルギーに変換することが可能なTADF材料としての機能を有する。
なお、T1準位の指標としては、低温(例えば77Kから10K)で観測される燐光スペクトルを用いればよい。TADF材料としては、その蛍光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをS1準位とし、燐光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをT1準位とした際に、そのS1とT1の差が0.3eV以下であることが好ましく、0.2eV以下であることがさらに好ましい。
また、TADF材料を発光物質として用いる場合、ホスト材料のS1準位はTADF材料のS1準位より高い方が好ましい。また、ホスト材料のT1準位はTADF材料のT1準位より高いことが好ましい。
発光層のホスト材料としては、電子輸送性を有する材料や正孔輸送性を有する材料、上記TADF材料など様々なキャリア輸送材料を用いることができる。
正孔輸送性を有する材料としては、アミン骨格やπ電子過剰型複素芳香環骨格を有する有機化合物が好ましい。例えば、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)、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−(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−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−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:PCBNBB)、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)などの芳香族アミン骨格を有する化合物や、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)などのカルバゾール骨格を有する化合物や、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−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’’−(ベンゼン−1,3,5−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。上述した中でも、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。また、上記第1の物質の例として挙げた有機化合物も用いることができる。
電子輸送性を有する材料としては、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(II)(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(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)などの金属錯体や、π電子不足型複素芳香環骨格を有する有機化合物が好ましい。π電子不足型複素芳香環骨格を有する有機化合物としては、例えば、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や、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:2mDBTPDBq−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−[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:2mCzBPDBq)、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−(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を有する複素環化合物や、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:35DCzPPy)、1,3,5−トリ[3−(3−ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)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、ジアジン骨格を有する複素環化合物や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(ピリミジンやピラジン)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。
ホスト材料として用いることが可能なTADF材料としては、先にTADF材料として挙げたものを同様に用いることができる。TADF材料をホスト材料として用いると、TADF材料で生成した三重項励起エネルギーが、逆項間交差によって一重項励起エネルギーに変換され、さらに発光物質へエネルギー移動することで、発光デバイスの発光効率を高めることができる。このとき、TADF材料がエネルギードナーとして機能し、発光物質がエネルギーアクセプターとして機能する。
これは、上記発光物質が蛍光発光物質である場合に、非常に有効である。また、このとき、高い発光効率を得るためには、TADF材料のS1準位は、蛍光発光物質のS1準位より高いことが好ましい。また、TADF材料のT1準位は、蛍光発光物質のS1準位より高いことが好ましい。したがって、TADF材料のT1準位は、蛍光発光物質のT1準位より高いことが好ましい。
また、蛍光発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような波長の発光を呈するTADF材料を用いることが好ましい。そうすることで、TADF材料から蛍光発光物質への励起エネルギーの移動がスムーズとなり、効率よく発光が得られるため、好ましい。
また、効率よく三重項励起エネルギーから逆項間交差によって一重項励起エネルギーが生成されるためには、TADF材料でキャリア再結合が生じることが好ましい。また、TADF材料で生成した三重項励起エネルギーが蛍光発光物質の三重項励起エネルギーに移動しないことが好ましい。そのためには、蛍光発光物質は、蛍光発光物質が有する発光団(発光の原因となる骨格)の周囲に保護基を有すると好ましい。該保護基としては、π結合を有さない置換基が好ましく、飽和炭化水素が好ましく、具体的には炭素数3以上10以下のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3以上10以下のシクロアルキル基、炭素数3以上10以下のトリアルキルシリル基が挙げられ、保護基が複数あるとさらに好ましい。π結合を有さない置換基は、キャリアを輸送する機能に乏しいため、キャリア輸送やキャリア再結合に影響をほとんど与えずに、TADF材料と蛍光発光物質の発光団との距離を遠ざけることができる。ここで、発光団とは、蛍光発光物質において発光の原因となる原子団(骨格)を指す。発光団は、π結合を有する骨格が好ましく、芳香環を含むことが好ましく、縮合芳香環または縮合複素芳香環を有すると好ましい。縮合芳香環または縮合複素芳香環としては、フェナントレン骨格、スチルベン骨格、アクリドン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格等が挙げられる。特にナフタレン骨格、アントラセン骨格、フルオレン骨格、クリセン骨格、トリフェニレン骨格、テトラセン骨格、ピレン骨格、ペリレン骨格、クマリン骨格、キナクリドン骨格、ナフトビスベンゾフラン骨格を有する蛍光発光物質は蛍光量子収率が高いため好ましい。
蛍光発光物質を発光物質として用いる場合、ホスト材料としては、アントラセン骨格を有する材料が好適である。アントラセン骨格を有する物質を蛍光発光物質のホスト材料として用いると、発光効率、耐久性共に良好な発光層を実現することが可能である。ホスト材料として用いるアントラセン骨格を有する物質としては、ジフェニルアントラセン骨格、特に9,10−ジフェニルアントラセン骨格を有する物質が化学的に安定であるため好ましい。また、ホスト材料がカルバゾール骨格を有する場合、正孔の注入・輸送性が高まるため好ましいが、カルバゾールにベンゼン環がさらに縮合したベンゾカルバゾール骨格を含む場合、カルバゾールよりもHOMOが0.1eV程度浅くなり、正孔が入りやすくなるためより好ましい。特に、ホスト材料がジベンゾカルバゾール骨格を含む場合、カルバゾールよりもHOMOが0.1eV程度浅くなり、正孔が入りやすくなる上に、正孔輸送性にも優れ、耐熱性も高くなるため好適である。したがって、さらにホスト材料として好ましいのは、9,10−ジフェニルアントラセン骨格およびカルバゾール骨格(あるいはベンゾカルバゾール骨格やジベンゾカルバゾール骨格)を同時に有する物質である。なお、上記の正孔注入・輸送性の観点から、カルバゾール骨格に換えて、ベンゾフルオレン骨格やジベンゾフルオレン骨格を用いてもよい。このような物質の例としては、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−[4−(1−ナフチル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:PCPN)、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)、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:cgDBCzPA)、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:2mBnfPPA)、9−フェニル−10−{4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)ビフェニル−4’−イル}アントラセン(略称:FLPPA)、9−(1−ナフチル)−10−[4−(2−ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:αN−βNPAnth)等が挙げられる。特に、CzPA、cgDBCzPA、2mBnfPPA、PCzPAは非常に良好な特性を示すため、好ましい選択である。
なお、ホスト材料は複数種の物質を混合した材料であっても良く、混合したホスト材料を用いる場合は、電子輸送性を有する材料と、正孔輸送性を有する材料とを混合することが好ましい。電子輸送性を有する材料と、正孔輸送性を有する材料を混合することによって、発光層113の輸送性を容易に調整することができ、再結合領域の制御も簡便に行うことができる。正孔輸送性を有する材料と電子輸送性を有する材料の含有量の重量比は、正孔輸送性を有する材料:電子輸送性を有する材料=1:19から19:1とすればよい。
なお、上記混合された材料の一部として、りん光発光物質を用いることができる。りん光発光物質は、発光物質として蛍光発光物質を用いる際に蛍光発光物質へ励起エネルギーを供与するエネルギードナーとして用いることができる。
また、これら混合された材料同士で励起錯体を形成しても良い。当該励起錯体は発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、エネルギー移動がスムーズとなり、効率よく発光が得られるため好ましい。また、当該構成を用いることで駆動電圧も低下するため好ましい。
なお、励起錯体を形成する材料の少なくとも一方は、りん光発光物質であってもよい。そうすることで、三重項励起エネルギーを逆項間交差によって効率よく一重項励起エネルギーへ変換することができる。
効率よく励起錯体を形成する材料の組み合わせとしては、正孔輸送性を有する材料のHOMO準位が電子輸送性を有する材料のHOMO準位以上であると好ましい。また、正孔輸送性を有する材料のLUMO準位が電子輸送性を有する材料のLUMO準位以上であると好ましい。なお、材料のLUMO準位およびHOMO準位は、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定される材料の電気化学特性(還元電位および酸化電位)から導出することができる。
なお、励起錯体の形成は、例えば正孔輸送性を有する材料の発光スペクトル、電子輸送性を有する材料の発光スペクトル、およびこれら材料を混合した混合膜の発光スペクトルを比較し、混合膜の発光スペクトルが、各材料の発光スペクトルよりも長波長シフトする(あるいは長波長側に新たなピークを持つ)現象を観測することにより確認することができる。あるいは、正孔輸送性を有する材料の過渡フォトルミネッセンス(PL)、電子輸送性を有する材料の過渡PL、及びこれら材料を混合した混合膜の過渡PLを比較し、混合膜の過渡PL寿命が、各材料の過渡PL寿命よりも長寿命成分を有する、あるいは遅延成分の割合が大きくなるなどの過渡応答の違いを観測することにより、確認することができる。また、上述の過渡PLは過渡エレクトロルミネッセンス(EL)と読み替えても構わない。すなわち、正孔輸送性を有する材料の過渡EL、電子輸送性を有する材料の過渡EL及びこれらの混合膜の過渡ELを比較し、過渡応答の違いを観測することによっても、励起錯体の形成を確認することができる。
なお、本発明の一態様において、発光デバイスから発する光は、フォトルミネッセンスによって色変換される。発光デバイスの作り分けをせずに光の三原色にあたる色を得る場合、発光デバイスが発する光はその中で最もエネルギーの高い青色発光、または、青色も変換して得る場合は紫色から紫外領域の発光を呈する発光デバイスであることが好ましい。
電子輸送層114は、電子輸送性を有する物質を含む層である。電子輸送性を有する物質としては、上記ホスト材料に用いることが可能な電子輸送性を有する物質として挙げたものを用いることができる。
なお、電子輸送層は電子輸送性を有する材料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の単体、化合物もしくは錯体を含むことが好ましい。また、電子輸送層114は電界強度[V/cm]の平方根が600における電子移動度が1×10−7cm/Vs以上5×10−5cm/Vs以下であることが好ましい。電子輸送層114における電子の輸送性を落とすことにより発光層への電子の注入量を制御することができ、発光層が電子過多の状態になることを防ぐことができる。この構成は、特に正孔注入層を複合材料として形成し、当該複合材料における正孔輸送性を有する材料のHOMO準位が−5.7eV以上−5.4eV以下の比較的深いHOMO準位を有する物質である場合に、寿命が良好となるため特に好ましい。なお、この際、電子輸送性を有する材料は、そのHOMO準位が−6.0eV以上であることが好ましい。また、当該電子輸送性を有する材料はアントラセン骨格を有する有機化合物であることが好ましく、アントラセン骨格と複素環骨格の両方を含む有機化合物であることがより好ましい。当該複素環骨格としては、含窒素5員環骨格または含窒素6員環骨格が好ましく、これら複素環骨格としては、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環などのように2つの複素原子を環に含む含窒素5員環骨格または含窒素6員環骨格を有することが特に好ましい。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の単体、化合物もしくは錯体としては、8−ヒドロキシキノリナト構造を含むことが好ましい。具体的には、例えば8−ヒドロキシキノリナト−リチウム(略称:Liq)、8−ヒドロキシキノリナト−ナトリウム(略称:Naq)などを挙げることができる。特に、一価の金属イオンの錯体、中でもリチウムの錯体が好ましく、Liqがより好ましい。なお、8−ヒドロキシキノリナト構造を含む場合、そのメチル置換体(例えば2−メチル置換体や5−メチル置換体)などを用いることもできる。また、電子輸送層中においてアルカリ金属またはアルカリ土類金属の単体、化合物もしくは錯体は、その厚さ方向において濃度差(0である場合も含む)が存在することが好ましい。
電子輸送層114と第2の電極102との間に、電子注入層115として、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、8−ヒドロキシキノリナト−リチウム(略称:Liq)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含む層を設けても良い。電子注入層115は、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や、エレクトライドを用いてもよい。エレクトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。
なお、電子注入層115として、電子輸送性を有する物質(好ましくはビピリジン骨格を有する有機化合物)に上記アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物を微結晶状態となる濃度以上(50wt%以上)含ませた層を用いることも可能である。当該層は、屈折率の低い層であることから、より外部量子効率の良好な発光デバイスを提供することが可能となる。
低屈折率の層を導入した際の効果は、陽極と発光層との間の層よりも発光層と陰極の間の層の方が大きく、低屈折率の正孔注入層または正孔輸送層よりも低屈折率の電子輸送層の方が大きいが、その両方に低屈折率の層を設けるとより効果が大きく好ましい。この効果により、色変換した際のデバイス特性が向上し、高効率な色変換発光デバイスを得ることができる。
また、電子注入層115の代わりに電荷発生層116を設けても良い(図2(B))。電荷発生層は、電位をかけることによって当該層の陰極側に接する層に正孔を、陽極側に接する層に電子を注入することができる層のことである。電荷発生層116には、少なくともP型層117が含まれる。P型層117は、上述の正孔注入層111を構成することができる材料として挙げた複合材料を用いて形成することが好ましい。またP型層117は、複合材料を構成する材料として上述したアクセプタ材料を含む膜と正孔輸送材料を含む膜とを積層して構成しても良い。P型層117に電位をかけることによって、電子輸送層114に電子が、陰極である第2の電極102に正孔が注入され、発光デバイスが動作する。また、本発明の一態様の有機化合物は屈折率が低い有機化合物であることから、P型層117に用いることによって、外部量子効率の良好な発光デバイスを得ることができる。
なお、電荷発生層116はP型層117の他に電子リレー層118及び電子注入バッファ層119のいずれか一又は両方がもうけられていることが好ましい。
電子リレー層118は少なくとも電子輸送性を有する物質を含み、電子注入バッファ層119とP型層117との相互作用を防いで電子をスムーズに受け渡す機能を有する。電子リレー層118に含まれる電子輸送性を有する物質のLUMO準位は、P型層117におけるアクセプタ性物質のLUMO準位と、電子輸送層114における電荷発生層116に接する層に含まれる物質のLUMO準位との間であることが好ましい。電子リレー層118に用いられる電子輸送性を有する物質におけるLUMO準位の具体的なエネルギー準位は−5.0eV以上、好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下とするとよい。なお、電子リレー層118に用いられる電子輸送性を有する物質としてはフタロシアニン系の材料又は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。
電子注入バッファ層119には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))等の電子注入性の高い物質を用いることが可能である。
また、電子注入バッファ層119が、電子輸送性を有する物質とドナー性物質を含んで形成される場合には、ドナー性物質として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))の他、テトラチアナフタセン(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物を用いることもできる。なお、電子輸送性を有する物質としては、先に説明した電子輸送層114を構成する材料と同様の材料を用いて形成することができる。
第2の電極102を形成する物質としては、仕事関数の小さい(具体的には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できる。このような陰極材料の具体例としては、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)等の元素周期表の第1族または第2族に属する元素、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。しかしながら、第2の電極102と電子輸送層との間に、電子注入層を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、ケイ素若しくは酸化ケイ素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第2の電極102として用いることができる。
これら導電性材料は、真空蒸着法やスパッタリング法などの乾式法、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。また、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。
また、EL層103の形成方法としては、乾式法、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、グラビア印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、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。
また上述した各電極または各層を異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
なお、第1の電極101と第2の電極102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および第2の電極102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113に接する正孔輸送層や電子輸送層、特に発光層113における再結合領域に近いキャリア輸送層は、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、そのバンドギャップが発光層を構成する発光材料もしくは、発光層に含まれる発光材料が有するバンドギャップより大きいバンドギャップを有する物質で構成することが好ましい。
続いて、複数の発光ユニットを積層した構成の発光デバイス(積層型素子、タンデム型素子ともいう)の態様について、図2(C)を参照して説明する。この発光デバイスは、陽極と陰極との間に、複数の発光ユニットを有する発光デバイスである。一つの発光ユニットは、図2(A)で示したEL層103とほぼ同様な構成を有する。つまり、図2(C)で示す発光デバイスは複数の発光ユニットを有する発光デバイスであり、図2(A)又は図2(B)で示した発光デバイスは、1つの発光ユニットを有する発光デバイスであるということができる。
図2(C)において、陽極501と陰極502との間には、第1の発光ユニット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。陽極501と陰極502はそれぞれ図2(A)における第1の電極101と第2の電極102に相当し、図2(A)の説明で述べたものと同じ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い。
電荷発生層513は、陽極501と陰極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機能を有する。すなわち、図2(C)において、陽極の電位の方が陰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。
電荷発生層513は、図2(B)にて説明した電荷発生層116と同様の構成で形成することが好ましい。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。なお、発光ユニットの陽極側の面が電荷発生層513に接している場合は、電荷発生層513が発光ユニットの正孔注入層の役割も担うことができるため、発光ユニットは正孔注入層を設けなくとも良い。
また、電荷発生層513に電子注入バッファ層119を設ける場合、当該電子注入バッファ層119が陽極側の発光ユニットにおける電子注入層の役割を担うため、陽極側の発光ユニットには必ずしも電子注入層を形成する必要はない。
図2(C)では、2つの発光ユニットを有する発光デバイスについて説明したが、3つ以上の発光ユニットを積層した発光デバイスについても、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デバイスのように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層513で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度発光を可能とし、さらに長寿命な発光装置を実現できる。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。
図3は、図2(C)と同様に、複数の発光ユニットを有する発光デバイスを本発明の一態様に適用した場合の発光装置の模式図である。基板100上に陽極501が形成され、第1の発光層113−1を有する第1の発光ユニット511と、第2の発光層113−2を有する第2の発光ユニット512が電荷発生層513を介して積層している構成である。発光デバイスから発した光は、色変換層205を介してまたはそのまま射出する。なお、さらにカラーフィルタ225R、225G、225Bを介して色純度を向上させても良い。なお、図3においては、カラーフィルタ225Bを設ける構成を例示したがこれに限定されない。例えば、図3において、カラーフィルタ225Bの代わりに、オーバーコート層を設ける構成としてもよい。オーバーコート層としては、有機樹脂材料、代表的には、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂を用いれば良い。なお、本明細書等において、カラーフィルタ層は着色層と、オーバーコート層は樹脂層と、それぞれ呼称する場合がある。よって、カラーフィルタ225Rを第1の着色層と、カラーフィルタ225Gを第2の着色層と、それぞれ呼称しても良い。
また、上述のEL層103や第1の発光ユニット511、第2の発光ユニット512及び電荷発生層などの各層や電極は、例えば、蒸着法(真空蒸着法を含む)、液滴吐出法(インクジェット法ともいう)、塗布法、グラビア印刷法等の方法を用いて形成することができる。また、それらは低分子材料、中分子材料(オリゴマー、デンドリマーを含む)、または高分子材料を含んでも良い。
ここで、フルカラーディスプレイの色再現性に注目すると、より豊かな色域を表現するためには、色純度の良好な光を得る事が肝要である。有機化合物からの発光は、無機化合物からの発光と比較して、ブロードなスペクトルを有していることが多く、十分な色純度を有する発光を得るために微小共振構造(マイクロキャビティ構造)を利用したスペクトルの狭線化が行われることが好ましい。
実際に、適切なドーパントを用いて、適切に微小共振構造を適用した発光デバイスでは、BT.2020規格やBT.2100規格に定められた色域であるRec.2020の広がりに対応する青色発光を得る事ができる。この際、発光デバイスが有する微小共振構造が、青色の光を強める構成を有することで色純度が良好で、効率も高い発光装置を得ることができる。
微小共振構造を有する発光デバイスは、発光デバイスの一対の電極を、反射電極と半透過・半反射電極とから構成することにより得られる。反射電極と半透過・半反射電極は上述の第1の電極101と第2の電極102に相当し、どちらか一方を反射電極、他方を半透過・半反射電極とすればよい。
微小共振構造を有する発光デバイスは、EL層に含まれる発光層から全方向に射出される発光が、反射電極と半透過・半反射電極とによって反射され、共振することで、ある波長の光を増幅し、また当該光は指向性を有する光となる。
反射電極は、可視光の反射率が40%乃至100%、好ましくは70%乃至100%であり、かつ抵抗率が1×10−2Ωcm以下であるとする。反射電極を形成する材料としては、アルミニウム(Al)またはAlを含む合金等が挙げられる。Alを含む合金としては、AlとL(Lは、チタン(Ti)、ネオジム(Nd)、ニッケル(Ni)、及びランタン(La)の一つまたは複数を表す)とを含む合金等が挙げられ、例えばAlとTi、またはAlとNiとLaを含む合金等である。アルミニウムは、抵抗値が低く、光の反射率が高い。また、アルミニウムは、地殻における存在量が多く、安価であるため、アルミニウムを用いることによる発光デバイスの作製コストを低減することができる。また、銀(Ag)、またはAgとN(Nは、イットリウム(Y)、Nd、マグネシウム(Mg)、イッテルビウム(Yb)、Al、Ti、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、スズ(Sn)、鉄(Fe)、Ni、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、または金(Au)の一つまたは複数を表す)とを含む合金等を用いても良い。銀を含む合金としては、例えば、銀とパラジウムと銅を含む合金、銀と銅を含む合金、銀とマグネシウムを含む合金、銀とニッケルを含む合金、銀と金を含む合金、銀とイッテルビウムを含む合金等が挙げられる。その他、タングステン、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、銅、チタンなどの遷移金属を用いることができる。
なお、反射電極とEL層103との間に光透過性を有する導電材料で光路長調整層として透明電極層を形成し、反射電極と透明電極の2層で第1の電極101とすることもできる。透明電極層を用いることで、微小共振構造の光路長(キャビティ長)を調整することもできる。光透過性を有する導電材料としては、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、以下ITO)、珪素または酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(略称:ITSO)、酸化インジウム−酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide)、チタンを含有した酸化インジウム−錫酸化物、インジウム−チタン酸化物、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などの金属酸化物を挙げることができる。
半透過・半反射電極は、可視光の反射率が20%乃至80%、好ましくは40%乃至70%であり、抵抗率が1×10−2Ωcm以下であるとする。半透過・半反射電極としては、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。具体的には、例えば、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、以下ITO)、珪素または酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(略称:ITSO)、酸化インジウム−酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide)、チタンを含有した酸化インジウム−錫酸化物、インジウム−チタン酸化物、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などの金属酸化物を用いることができる。また、光を透過する程度(好ましくは、1nm以上30nm以下の厚さ)の金属薄膜を用いることができる。金属としては、例えば、Ag、またはAgとAl、AgとMg、AgとAu、AgとYbなどの合金等を用いることができる。
反射電極と、半透過・半反射電極は、第1の電極101、第2の電極102のどちらであっても良い。また、陽極、陰極のどちらであっても構わない。
なお、トップエミッション構造を有する発光デバイスである場合、第2の電極102のEL層103に接する面と反対の面に有機キャップ層を設けることで光取出し効率を向上させることができる。有機キャップ層を設けることによって、電極と空気界面における屈折率差を低減できるため、光取出し効率を向上させることができる。膜厚は5nm以上120nm以下が好ましい。より好ましくは30nm以上90nm以下である。また、有機キャップ層は分子量300以上1200以下の有機化合物層を用いると良い。また、導電性を有する有機材料であることが好ましい。半透過・半反射電極は、ある程度の透光性を維持するため膜厚を薄くする必要があり導電性が悪化する場合がある。ここで有機キャップ層に導電性を有する材料を用いることで、光取出し効率を向上させつつ、導電性を確保し、発光デバイス作製の歩留まりを向上させることができる。なお、可視光領域の光の吸収が少ない有機化合物を好適に用いることができる。有機キャップ層には、EL層103に用いた有機化合物を用いることもできる。この場合、EL層103を成膜した成膜装置若しくは成膜室で有機キャップ層を成膜できるため、簡便に有機キャップ層を成膜することができる。
当該発光デバイスは、上述の反射電極に接して設けられた透明電極や、正孔注入層、正孔輸送層などキャリア輸送層の厚みを変え反射電極と半透過・半反射電極の間の光学的距離(キャビティ長)を変えることができる。これにより、反射電極と半透過・半反射電極との間において、共振する波長の光を強め、共振しない波長の光を減衰させることができる。
なお、微小共振構造(マイクロキャビティ構造)は、反射電極のEL層側の界面と、半透過半反射電極のEL層側の界面との間の光学的距離(光路長)が、増幅したい波長をλnmとすると、λ/2の整数倍であることが好ましい。
また、発光のうち、反射電極によって反射されて戻ってきた光(第1の反射光)は、発光層から半透過・半反射電極に直接入射する光(第1の入射光)と大きな干渉を起こすため、反射電極と発光層の光学的距離を(2n−1)λ/4(ただし、nは1以上の自然数、λは増幅したい発光の波長)に調節することが好ましい。当該光学的距離を調節することにより、第1の反射光と第1の入射光との位相を合わせ発光層からの発光をより増幅させることができる。
マイクロキャビティ構造を有することで、特定波長の正面方向の発光強度を強めることが可能となるため、低消費電力化を図ることができる。また、色変換層へ入る光の確率も高めることができる。
ところで、マイクロキャビティ構造を介して狭線化された光は、画面に垂直に強い指向性を有する光となることが知られている。一方で、上記QDを用いた色変換層を介した光は、QDや発光性の有機化合物から発する光が全方向に向かって放たれることから指向性は殆ど有さない。色変換層を介すことで発光デバイスからの発光は多少ロスするので、色変換層を用いたディスプレイにおいては、最も短波長の光である青色発光を発光デバイスから直接得て、緑と赤の光は色変換層を介した光とする構成になる。そのため、緑色の画素および赤色の画素と、青色の画素との間に、配光特性の違いが生じてしまう。このような配光特性の大きな違いは、視野角依存性を生み、表示品質の悪化に直結する。特に、テレビなどのように大画面、大人数で視聴される場合、その影響が大きい。
そこで、本発明の一態様の発光装置では、色変換層を介さない画素に光を拡散する機能を有する構造を設ける、または、色変換層を介した画素に指向性を付与する構造を付与した構成を有していても良い。
光を拡散する機能を有する構造は、発光デバイスから発する光が発光装置の外部に出てゆく光路上に設けられていれば良い。微小共振構造を有する発光デバイスから発する光は、強い指向性を有するが、当該光を拡散する機能を有する構造によって拡散されることによってそれを弱めることができ、または、拡散された光を指向性を有する光とすることができ、色変換層を介した光と介さない光とを同様の配向特性を有する光とすることができる。これにより上記視野角依存性を低減させることができる。
図4(A)乃至(C)には、第1の画素208Bに、第1の発光デバイス207Bから発する光を散乱する機能を有する構造205Bを設けた構成を示した。第1の発光デバイス207Bから発する光を散乱する機能を有する構造205Bは、図4(A)および図4(B)のように第1の発光デバイスからの発する光を散乱する第1の物質を含む層であっても、図4(C)のように第1の発光デバイスからの発する光を散乱する構造体を有する構成であっても良い。
図5(A)乃至(C)には、変形例をしめした。図5(A)は、図4(A)における光を散乱する機能を有する構造205Bの代わりに、さらに青色のカラーフィルタの機能を兼ねた層(カラーフィルタ215B)を有している。また、図5(B)、(C)は、光を散乱する機能を有する構造205Bと青色のカラーフィルタ215Bを共に有する態様を示した。なお、青色のカラーフィルタ215Bは図5(B)、(C)のように、光を散乱する機能を有する構造205Bと接して形成しても良いが、封止基板など、他の構造体に形成しても良い。これにより、当該発光装置は指向性を有した光を散乱しつつ色純度がさらに向上する。また、外光の反射も抑制することができるため、より良好な表示を得る事ができる。
第1の画素208Bからの光は、第1の発光デバイス207Bからの光を構造205Bを介して射出させたことで、指向性の小さい光とすることが可能となる。これにより、色による配光特性の違いが緩和され、表示品質の高い発光装置とすることが可能となる。
また、図6(A)および(B)に示す本発明の一態様の発光装置では、第1の色変換層から発する光に指向性を付与する手段210Gおよび210Rが設けられている。第1の色変換層から発する光に指向性を付与する手段は、どのような手段でも良いが、例えば色変換層を挟むように半透過半反射層を形成し、微小共振構造を形成すれば良い。なお、図6(A)は色変換層の上下に半透過半反射層を形成した態様、図6(B)は色変換層の発光デバイス側の半透過半反射層を発光デバイスの第2の電極(半透過半反射電極)と兼用した態様である。
第2の画素208Gおよび第3の画素208Rからの光は、色変換層から発する光に指向性を付与する手段210Gおよび210Rを設けることにより指向性の大きい光とすることが可能となる。これにより、色による配光特性の違いが緩和され、表示品質の高い発光装置とすることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1における発光デバイス207の正孔注入層111および正孔輸送層112に用いることが可能な、正孔輸送性を有する有機化合物について説明する。
有機ELデバイスに用いることが可能なキャリア輸送性を有する有機化合物の中でも、屈折率が小さい材料の一つとして1,1−ビス−(4−ビス(4−メチル−フェニル)−アミノ−フェニル)−シクロヘキサン(略称:TAPC)が知られている。屈折率の小さな材料をEL層に用いることで、高い外部量子効率を示す発光デバイスを得ることが可能であるため、TAPCを用いることで良好な外部量子効率を有する発光デバイスが得られることが期待される。
通常、高いキャリア輸送性と低い屈折率とはトレードオフの関係にある。それは、有機化合物におけるキャリア輸送性は不飽和結合の存在に由来するところが大きく、不飽和結合を多く有する有機化合物は、屈折率が高い傾向があるからである。TAPCは、キャリア輸送性と低い屈折率とが絶妙なバランスの上に成り立っている物質であるが、しかし一方で、TAPCのようにシクロヘキサンの1,1−ジ置換構造を有する化合物では、シクロヘキサンの一炭素上に、嵩高い置換基が二基挿入されていることから、立体反発が大きくなり、分子自体の不安定を誘起するため、信頼性的に不利であるという問題があった。また、TAPCはその骨格の構成がシクロヘキサンと、単純なベンゼン環からなることに起因して、ガラス転移点(Tg)が低く、耐熱性にも問題を有していた。
耐熱性が高く、信頼性の良好な正孔輸送材料を得るための一つの方法として、不飽和炭化水素基、特に環式不飽和炭化水素基を分子内に導入することが考えられる。一方、屈折率が低い材料を得るためには、分子内に分子屈折が低い置換基を導入することが好ましい。当該置換基としては飽和炭化水素基や環式飽和炭化水素基等を挙げることができる。
また、有機ELデバイスのキャリア輸送材料として用いる材料は、キャリア輸送性が高い骨格を有することが好ましく、中でも芳香族アミン骨格は正孔輸送性が高く好ましい骨格である。キャリア輸送性をさらに向上させるために、アミン骨格を二基導入する手段も考えられる。しかし、上述のTAPCように、その周辺に配置された置換基の環境によっては、ジアミン構造は信頼性に対して不利に働くこともある。
トレードオフを乗り越え、キャリア輸送性と、低い屈折率、そして高い信頼性を兼ね備える化合物として、本発明者らは、飽和炭化水素基を構成するsp3混成軌道で結合を作っている炭素の割合が一定の範囲内のモノアミン化合物を見出した。特に、当該モノアミン化合物は、通常の屈折率を有する従来の正孔注入層用材料と同等の良好な信頼性を有する材料である。また、当該モノアミン化合物のsp3混成軌道で結合を作っている炭素を有する置換基の置換基数や置換位置に工夫をすることでより良好な特性を有する材料とすることができる。
すなわち、本発明の一態様の有機化合物は、第1の芳香環、第2の芳香環及び第3の芳香環がアミンの窒素原子に直接結合しているモノアミン化合物であって、前記モノアミン化合物からなる層の屈折率が1.5以上1.75以下である有機ELデバイスの正孔輸送層用材料および正孔注入層用材料である。当該モノアミン化合物は、分子内の総炭素数に対するsp3混成軌道で結合を作っている炭素の割合が23%以上55%以下であることが好ましい。
sp3混成軌道で結合を作っている炭素で構成される置換基は、いわゆる飽和炭化水素基や環式飽和炭化水素基であるため、分子屈折が低い。そのため、sp3混成軌道で結合を作っている炭素が分子内の総炭素数に対して23%以上55%以下である当該モノアミン化合物は、屈折率の小さい正孔輸送層用材料および正孔注入層用材料として利用することができる。
また、上記モノアミン化合物は、H−NMRで測定を行った結果における、4ppm未満のシグナルの積分値が、4ppm以上のシグナルの積分値を上回ることが好ましい。4ppm未満のシグナルは鎖式または環式飽和炭化水素基を表し、この積分値が4ppm以上のシグナルの積分値を上回るということは飽和炭化水素基を構成する水素原子の数が、不飽和炭化水素を構成する水素原子よりも多いということを意味する。このことから分子におけるsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素の割合が推し量れる。ここで、不飽和炭化水素基の炭素の方が水素と結合できる結合手が少なく、例えばベンゼンとシクロヘキサンで比較すれば、CとC12と差がある。この差を考慮すると、H−NMRで測定を行った結果における、4ppm未満のシグナルの積分値が、4ppm以上のシグナルの積分値を上回るということは即ち、分子を構成する炭素のうち、飽和炭化水素基にあずかる炭素原子が全体のおよそ3分の1程度存在していることを示している。結果として、当該モノアミン化合物は屈折率の小さな有機化合物となり、正孔輸送層用材料および正孔注入層用材料として好適に利用することができる。
また、当該モノアミン化合物は、少なくとも一つのフルオレン骨格を有することが好ましい。フルオレン骨格を有するモノアミン化合物の正孔輸送性が良好となり、当該モノアミン化合物を正孔輸送層用材料または正孔注入層用材料のいずれかまたは両方として用いた発光デバイスは、駆動電圧の良好な発光デバイスとすることが可能となる。また、当該フルオレン骨格は、上記第1の芳香環、第2の芳香環及び第3の芳香環のいずれかであり、アミンの窒素原子と直接結合していることが分子のHOMO準位を浅くすることに寄与し、これによってホールの受け渡しが容易になるため好ましい。
なお、上記モノアミン化合物は、蒸着により成膜される場合、その分子量は、400以上1000以下であることが好ましい。
以上のようなモノアミン化合物について、より詳しく説明する。
当該モノアミン化合物は、アミンの窒素原子に第1の芳香環、第2の芳香環および第3の芳香環が結合したトリアリールアミン誘導体である。これら第1の芳香環乃至第3の芳香環は、アミンの窒素原子に結合している。
第1の芳香環及び第2の芳香環はそれぞれ独立に、1乃至3のベンゼン環を有している。また、第1の芳香環及び第2の芳香環はいずれも炭化水素環であることが好ましい。
第1の芳香環及び第2の芳香環が2または3のベンゼン環を有している場合、2個または3個のベンゼン環は、互いに結合した置換基となっていることが好ましい。すなわち、第1の芳香環及び第2の芳香環は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチルフェニル基であることが好ましい。
また、第1の芳香環及び第2の芳香環のいずれか一方または両方は、炭素数1乃至12であり、炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭化水素基を一つまたは複数有している。
なお、上記モノアミン化合物は、第1の芳香環または第2の芳香環のいずれかまたは両方に上記炭素数1乃至12であり、炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭化水素基が結合しているが、一つの芳香環に結合している上記炭化水素基に含まれる炭素の総数は6以上であり、且つ、第1の芳香環および第2の芳香環に結合している上記炭化水素基に含まれる炭素の総数は8以上、好ましくは12以上であるものとする。分子屈折の小さい上記炭化水素基がこのように結合していることにより、上記モノアミン化合物は屈折率の小さな有機化合物とすることができる。
また、第1の芳香環および第2の芳香環に結合した上記炭化水素基に含まれる炭素の総数はキャリアの輸送性を良好に保つため、36以下が好ましく、30以下であることがより好ましい。前述のとおり、炭素原子の不飽和結合に由来するπ電子が多い方がキャリアを輸送するためには有利である。
上記炭素数1乃至12であり、sp3混成軌道のみで結合を作っている炭化水素基としては、炭素数3乃至8のアルキル基および炭素数6乃至12のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec−ヘキシル基、tert−ヘキシル基、ネオヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、デカヒドロナフチル基、シクロウンデシル基、及びシクロドデシル基などを用いることができ、特に、t−ブチル基、シクロヘキシル基およびシクロドデシル基が好ましい。
また、第3の芳香環は、置換もしくは無置換の単環または置換もしくは無置換の3環以下の縮合環であるものとする。縮合環の環数が増加すると、屈折率は増加傾向があるため、これにより屈折率を低く維持する事ができる。また、同様に縮合環の環数が増加すると、可視領域の光の吸収や発光が観測されるようになるため、吸収や発光の影響が小さい材料とすることができる。なお、当該第3の芳香環は、屈折率を低く維持するため、その炭素数が6乃至13であることが好ましい。第3の芳香環として用いることが可能な芳香環としては、具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、アセナフチレン環などを挙げることができる。特に正孔輸送性が良好となることから、第3の芳香環は、フルオレン環が含まれることが好ましく、フルオレン環であることがより好ましい。
以上のような構成を有するモノアミン化合物は、正孔輸送性を有し屈折率が小さい有機化合物であることから、有機ELデバイスの正孔輸送層用材料または正孔注入層用材料として好適に用いることができる。また、当該正孔輸送層用材料または正孔注入層用材料を用いた有機ELデバイスは、屈折率の小さい正孔輸送層や正孔注入層を有していることから、発光効率、すなわち外部量子効率、電流効率およびブルーインデックスの高い発光デバイスとすることができる。また、該正孔輸送層用材料または正孔注入層用材料を用いた有機ELデバイスは、当該正孔輸送層用材料または正孔注入層用材料がモノアミン化合物であり、飽和炭化水素基に結合する芳香環の数を制限し、これにより立体的な反発を小さくすることで分子の安定性を向上させることが可能となることから寿命の良好な発光デバイスとすることができる。
なお、上記モノアミン化合物の中でも、下記一般式(G1)で表される有機化合物が特に好ましい。
Figure 2021077639
ただし、上記一般式(G1)において、Ar、Arはそれぞれ独立に、ベンゼン環、または2個または3個のベンゼン環が互いに結合した置換基を表す。Ar、Arとしては、具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチルフェニル基などを挙げることができ、屈折率を低くし、窒素原子のキャリア輸送性を保つためフェニル基が特に好ましい。
なお、Ar、Arの一方または両方は、炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基を一つまたは複数有している。当該炭化水素基に含まれる炭素の総数は8以上であり、且つ、ArおよびArの少なくとも一方に結合した前記炭化水素基に含まれる炭素の総数は6以上である。炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基としては、炭素数3乃至8のアルキル基および炭素数6乃至12のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec−ヘキシル基、tert−ヘキシル基、ネオヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、デカヒドロナフチル基、シクロウンデシル基、及びシクロドデシル基などを用いることができ、特に、t−ブチル基、シクロヘキシル基およびシクロドデシル基が好ましい。
なお、ArまたはArに前記炭化水素基として炭素数1または2の直鎖アルキル基が複数結合している場合、当該直鎖アルキル基同士が結合して環を形成していても良い。
また、上記一般式(G1)において、RおよびRは各々独立に炭素数1乃至4のアルキル基を表す。なお、RおよびRは互いに結合して環を形成していても良い。またRは炭素数1乃至4のアルキル基を表し、uは0乃至4の整数である。
また、本発明の一態様の有機化合物は、下記一般式(G2)乃至一般式(G4)として表すこともできる。
Figure 2021077639
ただし、上記一般式(G2)において、n、m、pおよびrは各々独立に1または2を表し、s、tおよびuは各々独立に0乃至4の整数を表す。また、n+pおよびm+rは各々独立に2または3であるものとする。なお、s、tおよびuは、各々独立に0であることが好ましい。
上記一般式(G2)において、R、RおよびRは各々独立に炭素数1乃至4のアルキル基を表し、RおよびRはそれぞれ独立に水素または炭素数1乃至3の炭化水素基のいずれかを表す。炭素数1乃至3の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基などを挙げることができる。炭素数1乃至4の炭化水素基としては、上記に加えてブチル基を挙げることができる。
また、R10乃至R14およびR20乃至R24は各々独立に、水素または炭素数1乃至12であり炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭化水素基を表す。炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基としては、炭素数3乃至8のアルキル基および炭素数6乃至12のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec−ヘキシル基、tert−ヘキシル基、ネオヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、デカヒドロナフチル基、シクロウンデシル基、及びシクロドデシル基などを用いることができ、特に、t−ブチル基、シクロヘキシル基およびシクロドデシル基が好ましい。
なお、R10乃至R14およびR20乃至R24に含まれる炭素の総数は8以上であり、且つ、R10乃至R14またはR20乃至R24の少なくとも一方に含まれる炭素の総数が6以上であるものとする。
上記一般式(G2)においてnが2である場合二つのフェニレン基の有する置換基の種類、置換基の数および結合手の位置は同じであっても異なっていても良く、mが2である場合二つのフェニレン基の有する置換基の種類、置換基の数および結合手の位置は同じであっても異なっていても良く、pが2である場合二つのフェニル基の有する置換基の種類、置換基の数および結合手の位置は同じであっても異なっていても良く、rが2である場合二つのフェニル基の有する置換基の種類、置換基の数および結合手の位置は同じであっても異なっていても良い。
また、sが2乃至4の整数である場合、複数のRは各々同じであっても異なっていても良く、tが2乃至4の整数である場合、複数のRは各々同じであっても異なっていても良く、uが2乃至4の整数である場合、複数のRは各々同じであっても異なっていても良い。なお、RおよびRは互いに結合して環を形成していても良く、R、R、R10乃至R14およびR20乃至R24は、隣り合う基が互いに結合して環を形成していても良い。
Figure 2021077639
ただし、上記一般式(G3)において、R、RおよびRは各々独立に炭素数1乃至4のアルキル基を表し、Rは水素または炭素数1乃至3の炭化水素基のいずれかを表す。炭素数1乃至3の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基などを挙げることができる。炭素数1乃至4の炭化水素基としては、上記に加えてブチル基を挙げることができる。
nおよびpは各々独立に1または2を表し、sおよびuは各々独立に0乃至4の整数を表す。ただしn+pは2または3である。なお、sおよびuは各々独立に0であることが好ましい。
また、R10乃至R14およびR20乃至R24は各々独立に、水素または炭素数1乃至12であり炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭化水素基を表す。炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基としては、炭素数3乃至8のアルキル基および炭素数6乃至12のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、及びシクロドデシル基などを用いることができ、特に、t−ブチル基、シクロヘキシル基およびシクロドデシル基が好ましい。
ただし、R10乃至R14およびR20乃至R24に含まれる炭素の総数は8以上であり、且つ、R10乃至R14またはR20乃至R24の少なくとも一方に含まれる炭素の総数が6以上であるものとする。
なお、nが2である場合二つのフェニレン基の有する置換基の種類、置換基の数および結合手の位置は同じであっても異なっていても良く、pが2である場合二つのフェニル基の有する置換基の種類、置換基の数および結合手の位置は同じであっても異なっていても良い。また、sが2乃至4の整数である場合複数のRは各々同じであっても異なっていても良く、uが2乃至4の整数である場合複数のRは各々同じであっても異なっていても良い。なお、RおよびRは互いに結合して環を形成していても良く、R、R10乃至R14およびR20乃至R24は、隣り合う基が互いに結合して環を形成していても良い。
Figure 2021077639
上記一般式(G4)において、uは0乃至4の整数を表す。なお、uは0であることが好ましい。
また、R10乃至R14およびR20乃至R24は各々独立に、水素または炭素数1乃至12であり炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭化水素基を表す。炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基としては、炭素数3乃至8のアルキル基および炭素数6乃至12のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec−ヘキシル基、tert−ヘキシル基、ネオヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、デカヒドロナフチル基、シクロウンデシル基、及びシクロドデシル基などを用いることができ、特に、t−ブチル基、シクロヘキシル基およびシクロドデシル基が好ましい。
ただし、R10乃至R14およびR20乃至R24に含まれる炭素の総数は8以上であり、且つ、R10乃至R14またはR20乃至R24の少なくとも一方に含まれる炭素の総数が6以上であるものとする。
また、R、RおよびRは各々独立に炭素数1乃至4のアルキル基を表す。なお、uが2乃至4の整数である場合複数のRは各々同じであっても異なっていても良い。また、RおよびRは互いに結合して環を形成していても良く、R10乃至R14およびR20乃至R24は、隣り合う基が互いに結合して環を形成していても良い。
上記一般式(G2)乃至(G4)において、R10乃至R14およびR20乃至R24は、各々独立に、水素、tert−ブチル基およびシクロヘキシル基のいずれかであることが屈折率を減少させるため好ましい。また、上記一般式(G2)乃至(G4)において、R10乃至R14の少なくとも3およびR20乃至R24の少なくとも3が水素であることがキャリアの輸送性を阻害しないため好ましい。
また、R10、R11、R13、R14、R20、R21、R23およびR24が水素であり、R12およびR22がシクロヘキシル基であることが好ましい。
また、R10、R12、R14、R20、R21、R23およびR24が水素であり、R11およびR13がtert−ブチル基であり、R22がシクロヘキシル基であることが好ましい。
またR10、R12、R14、R20、R22およびR24が水素であり、R11、R13、R21およびR23がtert−ブチル基であることが好ましい。
以上のような構成を有する本発明の一態様の有機化合物は、正孔輸送性を有し屈折率が小さい有機化合物であることから、正孔輸送層112に用いることが有効である。また、本発明の一態様の有機化合物は、当該有機化合物とアクセプタ物質を混合した膜を用いて正孔注入層111として用いることが可能である。また、当該有機化合物を用いた有機ELデバイスは、屈折率の小さい正孔輸送層や正孔注入層を有することとなることから、発光効率、すなわち外部量子効率、電流効率およびブルーインデックスの高い発光デバイスとすることができる。また、該有機化合物を用いた有機ELデバイスは、当該有機化合物がモノアミン化合物であることから寿命の良好な発光デバイスとすることができる。
また、さらに上記有機化合物は、ホスト材料として用いることもできる。また、さらに電子輸送材料と共蒸着することによって、当該電子輸送材料と上記正孔輸送材料による励起錯体を形成する構成であっても良い。適切な発光波長を有する励起錯体を形成することによって、発光材料への有効なエネルギー移動を実現し、高い効率、良好な寿命を有する発光デバイスを提供することが可能となる。
続いて、上述のようなモノアミン化合物の合成方法について例示する。なお、以下は本発明の合成方法の一例であり、必ずしもこの合成法に限定されるものではない。
Figure 2021077639
下記合成スキームに示すように、9,9−ジ置換−9H−フルオレニルアミン(A)と、有機ハロゲン化物(X1)(X2)とを、塩基存在下で金属触媒、金属、または金属化合物によりカップリングさせることにより、一般式(G1)で表される有機化合物を得ることができる。
Figure 2021077639
上記合成スキームにおいて、Ar、Arはそれぞれ独立に、置換または無置換のベンゼン環または2個または3個のベンゼン環が互いに結合した置換基を表す。但し、Ar、Arの一方または両方は、炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基を一つまたは複数有し、ArおよびArに結合した前記炭化水素基に含まれる炭素の総数が8以上であり、且つ、ArおよびArの少なくとも一方に結合した前記炭化水素基に含まれる炭素の総数が6以上である。なお、ArまたはArに前記炭化水素基として炭素数1または2の直鎖アルキル基が複数結合している場合、当該直鎖アルキル基同士が結合して環を形成していても良い。また、上記一般式(G1)において、RおよびRは各々独立に炭素数1乃至4のアルキル基を表す。なお、RおよびRは互いに結合して環を形成していても良い。またRは炭素数1乃至4のアルキル基を表し、uは0乃至4の整数である。また、Xはハロゲン元素またはトリフラート基を示す。
上記合成反応を、バックワルド・ハートウィグ反応によって行う場合、Xはハロゲン元素又はトリフラート基を表す。ハロゲン元素としては、ヨウ素、臭素、または塩素が好ましい。当該反応では、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、アリル塩化パラジウム二量体(II)等のパラジウム錯体または化合物と、それに配位するトリ(tert−ブチル)ホスフィンや、ジ−tert−ブチル(1−メチル−2,2−ジフェニルシクロプロピル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等の配位子を有するパラジウム触媒を利用する。塩基としては、ナトリウム−tert−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸セシウム等の無機塩基等を用いることができる。また、溶媒を使用する場合、トルエン、キシレン、1,3,5−トリメチルベンゼン等を用いることができる。また、反応温度を120℃以上とすることで、低周期のハロゲン元素(例えば塩素)を有するアリール基とアミンとの反応が短時間かつ高収率で進行するため、より好ましくは耐熱性の高いキシレンや1,3,5−トリメチルベンゼンを用いる事とする。
また、上記合成を、ウルマン反応によって行う場合、Xはハロゲン元素を表す。ハロゲン元素としては、ヨウ素、臭素、または塩素が好ましい。触媒としては、銅または銅化合物を用いる。なお、ヨウ化銅(I)、または酢酸銅(II)を用いることが好ましい。塩基としては、炭酸カリウム等の無機塩基が挙げられる。また、溶媒は、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)ピリミジノン(DMPU)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、トルエン、キシレン、1,3,5−トリメチルベンゼン等を用いることができる。ウルマン反応では、反応温度が100℃以上の方がより短時間かつ高収率で目的物が得られるため、沸点の高いDMPU、NMP、1,3,5−トリメチルベンゼンを用いることが好ましい。また、反応温度は150℃以上のより高い温度が更に好ましいため、より好ましくはDMPUを用いることとする。
以上のように、一般式(G1)の有機化合物を合成することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1に記載の発光装置を用いた表示装置について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1に記載の発光装置を用いて作製された表示装置について図7を用いて説明する。なお、図7(A)は、表示装置を示す上面図、図7(B)は図7(A)をA−BおよびC−Dで切断した断面図である。この表示装置は、発光装置の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部(ソース線駆動回路)601、画素部602、駆動回路部(ゲート線駆動回路)603を含んでいる。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、引き回し配線608はソース線駆動回路601及びゲート線駆動回路603に入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。
次に、断面構造について図7(B)を用いて説明する。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線駆動回路601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
素子基板610はガラス、石英、有機樹脂、金属、合金、半導体などからなる基板の他、FRP(Fiber Reinforced 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て作製すればよい。
画素や駆動回路に用いられるトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、逆スタガ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型のトランジスタでもボトムゲート型トランジスタでもよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、窒化ガリウム等を用いることができる。または、In−Ga−Zn系金属酸化物などの、インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体を用いてもよい。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
ここで、上記画素や駆動回路に設けられるトランジスタの他、後述するタッチセンサ等に用いられるトランジスタなどの半導体装置には、酸化物半導体を適用することが好ましい。特にシリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ状態における電流を低減できる。
上記酸化物半導体は、少なくともインジウム(In)又は亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、In−M−Zn系酸化物(MはAl、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHf等の金属)で表記される酸化物を含む酸化物半導体であることがより好ましい。
ここで、本発明の一態様に用いることができる酸化物半導体について、以下に説明を行う。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC−OS(c−axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nano crystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)、および非晶質酸化物半導体などがある。
CAAC−OSは、c軸配向性を有し、かつa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう)を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
また、CAAC−OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、および酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,M)層と表すこともできる。
CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損(V:oxygen vacancyともいう)など)の少ない酸化物半導体ともいえる。したがって、CAAC−OSを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。
nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する酸化物半導体の一種である、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(以下、IGZO)は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、IGZOは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶(ここでは、数mmの結晶、または数cmの結晶)よりも小さな結晶(例えば、上述のナノ結晶)とする方が、構造的に安定となる場合がある。
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。
また、上述の酸化物半導体以外として、CAC(Cloud−Aligned Composite)−OSを用いてもよい。
CAC−OSとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OSを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSに付与することができる。CAC−OSにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、CAC−OSは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
また、CAC−OSにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
また、CAC−OSは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC−OSは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC−OSをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
すなわち、CAC−OSは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。
半導体層として上述の酸化物半導体材料を用いることで、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、上述の半導体層を有するトランジスタはその低いオフ電流により、トランジスタを介して容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、各表示領域に表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された電子機器を実現できる。
トランジスタの特性安定化等のため、下地膜を設けることが好ましい。下地膜としては、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などの無機絶縁膜を用い、単層で又は積層して作製することができる。下地膜はスパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法(プラズマCVD法、熱CVD法、MOCVD(Metal Organic CVD)法など)、ALD(Atomic Layer Deposition)法、塗布法、印刷法等を用いて形成できる。なお、下地膜は、必要で無ければ設けなくてもよい。
なお、FET623は駆動回路部601に形成されるトランジスタの一つを示すものである。また、駆動回路は、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成すれば良い。また、本実施の形態では、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。
また、画素部602はスイッチング用FET611と、電流制御用FET612とそのドレインに電気的に接続された陽極613とを含む複数の画素により形成されているが、これに限定されず、3つ以上のFETと、容量素子とを組み合わせた画素部としてもよい。
なお、陽極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を用いることにより形成することができる。
また、後に形成するEL層等の被覆性を良好なものとするため、絶縁物614の上端部または下端部に曲率を有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、ネガ型の感光性樹脂、或いはポジ型の感光性樹脂のいずれも使用することができる。
陽極613上には、EL層616、および陰極617がそれぞれ形成されている。ここで、陽極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、またはケイ素を含有したインジウム錫酸化物膜、2〜20wt%の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、窒化チタン膜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、さらに陽極として機能させることができる。
また、EL層616は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート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で説明したような構成を含んでいる。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。
さらに、EL層616上に形成された陰極617に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Mg、Li、Ca、またはこれらの合金や化合物(MgAg、MgIn、AlLi等)等)を用いることが好ましい。なお、EL層616で生じた光が陰極617を透過させる場合には、陰極617として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム、ケイ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良い。
なお、陽極613、EL層616、陰極617でもって、発光デバイスが形成されている。
さらにシール材605で封止基板604を素子基板610と貼り合わせることにより、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に発光デバイス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、シール材で充填される場合もある。封止基板には凹部を形成し、そこに乾燥材を設けることで水分の影響による劣化を抑制することができ、好ましい構成である。
なお、シール材605にはエポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。また、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。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(Fiber Reinforced 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。
図7には示されていないが、陰極上に保護膜を設けても良い。保護膜は有機樹脂膜や無機絶縁膜で形成すればよい。また、シール材605の露出した部分を覆うように、保護膜が形成されていても良い。また、保護膜は、一対の基板の表面及び側面、封止層、絶縁層、等の露出した側面を覆って設けることができる。
保護膜には、水などの不純物を透過しにくい材料を用いることができる。したがって、水などの不純物が外部から内部に拡散することを効果的に抑制することができる。
保護膜を構成する材料としては、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、三元化合物、金属またはポリマー等を用いることができ、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムシリケート、酸化ランタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化エルビウム、酸化バナジウムまたは酸化インジウム等を含む材料や、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化珪素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化ジルコニウムまたは窒化ガリウム等を含む材料、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む酸化物、アルミニウムおよび亜鉛を含む酸化物、マンガンおよび亜鉛を含む硫化物、セリウムおよびストロンチウムを含む硫化物、エルビウムおよびアルミニウムを含む酸化物、イットリウムおよびジルコニウムを含む酸化物等を含む材料を用いることができる。
保護膜は、段差被覆性(ステップカバレッジ)の良好な成膜方法を用いて形成することが好ましい。このような手法の一つに、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法がある。ALD法を用いて形成することができる材料を、保護膜に用いることが好ましい。ALD法を用いることで緻密な、クラックやピンホールなどの欠陥が低減された、または均一な厚さを備える保護膜を形成することができる。また、保護膜を形成する際に加工部材に与える損傷を、低減することができる。
例えばALD法を用いて保護膜を形成することで、複雑な凹凸形状を有する表面や、タッチパネルの上面、側面及び裏面にまで均一で欠陥の少ない保護膜を形成することができる。
本実施の形態における発光装置は、実施の形態1に記載の発光装置を用いているため、良好な特性を備えた表示装置を得ることができる。具体的には、実施の形態1に記載の発光装置は寿命の長い発光装置であるため、信頼性の良好な表示装置とすることができる。また、実施の形態1に記載の発光装置を用いた表示装置は発光効率が良好なため、消費電力の小さい発光装置とすることが可能である。
図8には青色発光を呈する発光デバイスを形成し、色変換層を設けることによってフルカラー化した発光装置の例を示す。図8(A)には基板1001、下地絶縁膜1002、ゲート絶縁膜1003、ゲート電極1006、1007、1008、第1の層間絶縁膜1020、第2の層間絶縁膜1021、周辺部1042、画素部1040、駆動回路部1041、発光デバイスの第1の電極1024R、1024G、1024B、隔壁1025、EL層1028、発光デバイスの陰極1029、封止基板1031、シール材1032などが図示されている。
また、図8(A)では色変換層(赤色の色変換層1034R、緑色の色変換層1034G)は透明な基材1033に設けている。また、ブラックマトリクス1035をさらに設けても良い。色変換層及びブラックマトリクスが設けられた透明な基材1033は、位置合わせし、基板1001に固定する。なお、色変換層及びブラックマトリクス1035は、オーバーコート層1036で覆われていても良い。
図8(B)では色変換層(赤色の色変換層1034R、緑色の色変換層1034G)をゲート絶縁膜1003と第1の層間絶縁膜1020との間に形成する例を示した。このように、着色層は基板1001と封止基板1031の間に設けられていても良い。
また、以上に説明した発光装置では、FETが形成されている基板1001側に光を取り出す構造(ボトムエミッション型)の発光装置としたが、封止基板1031側に発光を取り出す構造(トップエミッション型)の発光装置としても良い。トップエミッション型の発光装置の断面図を図9に示す。この場合、基板1001は光を通さない基板を用いることができる。FETと発光デバイスの陽極とを接続する接続電極を作製するまでは、ボトムエミッション型の発光装置と同様に形成する。その後、第3の層間絶縁膜1037を電極1022を覆って形成する。この絶縁膜は平坦化の役割を担っていても良い。第3の層間絶縁膜1037は第2の層間絶縁膜と同様の材料の他、他の公知の材料を用いて形成することができる。
発光デバイスの第1の電極1024R、1024G、1024Bはここでは陽極とするが、陰極であっても構わない。また、図9のようなトップエミッション型の発光装置である場合、第1の電極を反射電極とすることが好ましい。EL層1028の構成は、青色の発光が得られるようなデバイス構造とする。
図9のようなトップエミッションの構造では色変換層(赤色の色変換層1034R、緑色の色変換層1034G)を設けた封止基板1031で封止を行うことができる。封止基板1031には画素と画素との間に位置するようにブラックマトリクス1035を設けても良い。色変換層(赤色の色変換層1034R、緑色の色変換層1034G)やブラックマトリックスはオーバーコート層によって覆われていても良い。なお封止基板1031は透光性を有する基板を用いることとする。また、色変換層(赤色の色変換層1034R、緑色の色変換層1034G)は陰極1029上(または陰極1029上に設けられた保護膜上)に直接設けられていても良い。
絶縁層1038は発光デバイスに不純物が拡散するのを防ぐ保護層の役割を担う層である。絶縁層1038としては、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、三元化合物、金属またはポリマー等を用いることができ、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムシリケート、酸化ランタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化エルビウム、酸化バナジウムまたは酸化インジウム等を含む材料や、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化珪素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化ジルコニウムまたは窒化ガリウム等を含む材料、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む酸化物、アルミニウムおよび亜鉛を含む酸化物、マンガンおよび亜鉛を含む硫化物、セリウムおよびストロンチウムを含む硫化物、エルビウムおよびアルミニウムを含む酸化物、イットリウムおよびジルコニウムを含む酸化物等を含む材料を用いることができ、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素などが好ましい。なお、絶縁層1038は形成しなくともよい。
空間1030には樹脂が充填されていても良い。当該樹脂は、屈折率が1.4から2.0の樹脂であることが好ましく、屈折率が1.7から1.9であることがより好ましい。比較的高い屈折率の層が透明電極と色変換層との間に存在することで、薄膜モードによる光の損失を低減し、より高効率な発光デバイスを得ることができる。
なお、上記構成においては、EL層に複数の発光層を有する構造であっても、単一の発光層を有する構造であっても良く、例えば、上述のタンデム型発光デバイスの構成と組み合わせて、一つの発光デバイスに電荷発生層を挟んで複数のEL層を設け、それぞれのEL層に単数もしくは複数の発光層を形成する構成に適用してもよい。
トップエミッション型の発光装置では、マイクロキャビティ構造の適用が好適に行える。マイクロキャビティ構造を有する発光デバイスは、陽極を反射電極、陰極を半透過・半反射電極とすることにより得られる。反射電極と半透過・半反射電極との間には少なくともEL層を有し、少なくとも発光領域となる発光層を有している。
なお、反射電極は、可視光の反射率が40%乃至100%、好ましくは70%乃至100%であり、かつその抵抗率が1×10−2Ωcm以下の膜であるとする。また、半透過・半反射電極は、可視光の反射率が20%乃至80%、好ましくは40%乃至70%であり、かつその抵抗率が1×10−2Ωcm以下の膜であるとする。
EL層に含まれる発光層から射出される発光は、反射電極と半透過・半反射電極とによって反射され、共振する。
当該発光デバイスは、透明導電膜や上述の複合材料、キャリア輸送材料などの厚みを変えることで反射電極と半透過・半反射電極の間の光学的距離を変えることができる。これにより、反射電極と半透過・半反射電極との間において、共振する波長の光を強め、共振しない波長の光を減衰させることができる。
なお、反射電極によって反射されて戻ってきた光(第1の反射光)は、発光層から半透過・半反射電極に直接入射する光(第1の入射光)と大きな干渉を起こすため、反射電極と発光層の光学的距離を(2n−1)λ/4(ただし、nは1以上の自然数、λは増幅したい発光の波長)に調節することが好ましい。当該光学的距離を調節することにより、第1の反射光と第1の入射光との位相を合わせ発光層からの発光をより増幅させることができる。
なお、上記構成においては、EL層に複数の発光層を有する構造であっても、単一の発光層を有する構造であっても良く、例えば、上述のタンデム型発光デバイスの構成と組み合わせて、一つの発光デバイスに電荷発生層を挟んで複数のEL層を設け、それぞれのEL層に単数もしくは複数の発光層を形成する構成に適用してもよい。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置をその一部に含む電子機器の例について説明する。本発明の一態様の発光装置は消費電力が小さく、信頼性の良好な発光装置である。その結果、本実施の形態に記載の電子機器は、消費電力が小さく、信頼性の良好な電子機器とすることが可能である。
上記発光デバイス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、また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。これらの電子機器の具体例を以下に示す。
図10(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置は、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。また、ここでは、スタンド7105により筐体7101を支持した構成を示している。表示部7103により、映像を表示することが可能であり、表示部7103は、発光デバイスをマトリクス状に配列して構成されている。
テレビジョン装置の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7110により行うことができる。リモコン操作機7110が備える操作キー7109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7103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7110に、当該リモコン操作機7110から出力する情報を表示する表示部7107を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。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また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)または双方向(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10(B1)はコンピュータであり、本体7201、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、このコンピュータは、発光デバイスをマトリクス状に配列して表示部7203に用いることにより作製される。図10(B1)のコンピュータは、図10(B2)のような形態であっても良い。図10(B2)のコンピュータは、キーボード7204、ポインティングデバイス7206の代わりに第2の表示部7210が設けられている。第2の表示部7210はタッチパネル式となっており、第2の表示部7210に表示された入力用の表示を指や専用のペンで操作することによって入力を行うことができる。また、第2の表示部7210は入力用表示だけでなく、その他の画像を表示することも可能である。また表示部7203もタッチパネルであっても良い。二つの画面がヒンジで接続されていることによって、収納や運搬をする際に画面を傷つける、破損するなどのトラブルの発生も防止することができる。
図10(C)は、携帯端末の一例を示している。携帯電話機は、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などを備えている。なお、携帯電話機は、実施の形態1に記載の発光装置を用いて作製された表示部7402を有している。
図10(C)に示す携帯端末は、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構成とすることもできる。この場合、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2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文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部7402の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯端末内部に、ジャイロ、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、携帯端末の向き(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7402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また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。
なお、本実施の形態に示す構成は、実施の形態1乃至実施の形態3に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
以上の様に本発明の一態様の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の一態様の発光装置を用いることにより消費電力の小さい電子機器を得ることができる。
図11(A)は、掃除ロボットの一例を示す模式図である。
掃除ロボット5100は、上面に配置されたディスプレイ5101、側面に配置された複数のカメラ5102、ブラシ5103、操作ボタン5104を有する。また図示されていないが、掃除ロボット5100の下面には、タイヤ、吸い込み口等が備えられている。掃除ロボット5100は、その他に赤外線センサ、超音波センサ、加速度センサ、ピエゾセンサ、光センサ、ジャイロセンサなどの各種センサを備えている。また、掃除ロボット5100は、無線による通信手段を備えている。
掃除ロボット5100は自走し、ゴミ5120を検知し、下面に設けられた吸い込み口からゴミを吸引することができる。
また、掃除ロボット5100はカメラ5102が撮影した画像を解析し、壁、家具または段差などの障害物の有無を判断することができる。また、画像解析により、配線などブラシ5103に絡まりそうな物体を検知した場合は、ブラシ5103の回転を止めることができる。
ディスプレイ5101には、バッテリーの残量や、吸引したゴミの量などを表示することができる。掃除ロボット5100が走行した経路をディスプレイ5101に表示させてもよい。また、ディスプレイ5101をタッチパネルとし、操作ボタン5104をディスプレイ5101に設けてもよい。
掃除ロボット5100は、スマートフォンなどの携帯電子機器5140と通信することができる。カメラ5102が撮影した画像は、携帯電子機器5140に表示させることができる。そのため、掃除ロボット5100の持ち主は、外出先からでも、部屋の様子を知ることができる。また、ディスプレイ5101の表示をスマートフォンなどの携帯電子機器で確認することもできる。
本発明の一態様の発光装置はディスプレイ5101に用いることができる。
図11(B)に示すロボット2100は、演算装置2110、照度センサ2101、マイクロフォン2102、上部カメラ2103、スピーカ2104、ディスプレイ2105、下部カメラ2106および障害物センサ2107、移動機構2108を備える。
マイクロフォン2102は、使用者の話し声及び環境音等を検知する機能を有する。また、スピーカ2104は、音声を発する機能を有する。ロボット2100は、マイクロフォン2102およびスピーカ2104を用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。
ディスプレイ2105は、種々の情報の表示を行う機能を有する。ロボット2100は、使用者の望みの情報をディスプレイ2105に表示することが可能である。ディスプレイ2105は、タッチパネルを搭載していてもよい。また、ディスプレイ2105は取り外しのできる情報端末であっても良く、ロボット2100の定位置に設置することで、充電およびデータの受け渡しを可能とする。
上部カメラ2103および下部カメラ2106は、ロボット2100の周囲を撮像する機能を有する。また、障害物センサ2107は、移動機構2108を用いてロボット2100が前進する際の進行方向における障害物の有無を察知することができる。ロボット2100は、上部カメラ2103、下部カメラ2106および障害物センサ2107を用いて、周囲の環境を認識し、安全に移動することが可能である。本発明の一態様の発光装置はディスプレイ2105に用いることができる。
図11(C)はゴーグル型ディスプレイの一例を表す図である。ゴーグル型ディスプレイは、例えば、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、接続端子5006、センサ5007(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5008、表示部5002、支持部5012、イヤホン5013等を有する。
本発明の一態様の発光装置は表示部5001および表示部5002に用いることができる。
本発明の一態様の発光装置は、自動車のフロントガラスやダッシュボードにも搭載することができる。図12に本発明の一態様の発光装置を自動車のフロントガラスやダッシュボードに用いる一態様を示す。表示領域5200乃至表示領域5203は本発明の一態様の発光装置を用いて設けられた表示である。
表示領域5200と表示領域5201は自動車のフロントガラスに設けられた本発明の一態様の発光装置を搭載した表示装置である。発光デバイスは、陽極と陰極を透光性を有する電極で作製することによって、反対側が透けて見える、いわゆるシースルー状態の表示装置とすることができる。シースルー状態の表示であれば、自動車のフロントガラスに設置したとしても、視界の妨げになることなく設置することができる。なお、駆動のためのトランジスタなどを設ける場合には、有機半導体材料による有機トランジスタや、酸化物半導体を用いたトランジスタなど、透光性を有するトランジスタを用いると良い。
表示領域5202はピラー部分に設けられた本発明の一態様の発光装置を搭載した表示装置である。表示領域5202には、車体に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、ピラーで遮られた視界を補完することができる。また、同様に、ダッシュボード部分に設けられた表示領域5203は車体によって遮られた視界を、自動車の外側に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、死角を補い、安全性を高めることができる。見えない部分を補完するように映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。
表示領域5203はまたナビゲーション情報、速度や回転数など、その他様々な情報を提供することができる。表示は使用者の好みに合わせて適宜その表示項目やレイアウトを変更することができる。なお、これら情報は表示領域5200乃至表示領域5202にも設けることができる。また、表示領域5200乃至表示領域5203は照明装置として用いることも可能である。
また、図13(A)、(B)に、折りたたみ可能な携帯情報端末5150を示す。折りたたみ可能な携帯情報端末5150は筐体5151、表示領域5152および屈曲部5153を有している。図13(A)に展開した状態の携帯情報端末5150を示す。図13(B)に折りたたんだ状態の携帯情報端末を示す。携帯情報端末5150は、大きな表示領域5152を有するにも関わらず、折りたためばコンパクトで可搬性に優れる。
表示領域5152は屈曲部5153により半分に折りたたむことができる。屈曲部5153は伸縮可能な部材と複数の支持部材とで構成されており、折りたたむ場合は、伸縮可能な部材が伸び。屈曲部5153は2mm以上、好ましくは3mm以上の曲率半径を有して折りたたまれる。
なお、表示領域5152は、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。本発明の一態様の発光装置を表示領域5152に用いることができる。
また、図14(A)〜(C)に、折りたたみ可能な携帯情報端末9310を示す。図14(A)に展開した状態の携帯情報端末9310を示す。図14(B)に展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末9310を示す。図14(C)に折りたたんだ状態の携帯情報端末9310を示す。携帯情報端末9310は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。
表示パネル9311はヒンジ9313によって連結された3つの筐体9315に支持されている。なお、表示パネル9311は、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。また、表示パネル9311は、ヒンジ9313を介して2つの筐体9315間を屈曲させることにより、携帯情報端末9310を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。本発明の一態様の発光装置を表示パネル9311に用いることができる。
≪合成例≫
本実施例では、実施の形態2で説明した低屈折率正孔輸送性材料の合成方法について説明する。
まず、N,N−ビス(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9,−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:dchPAF)の詳しい合成方法について説明する。dchPAFの構造を以下に示す。
Figure 2021077639
<ステップ1:N,N−ビス(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9,−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:dchPAF)の合成>
三口フラスコに9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン10.6g(51mmol)、4−シクロヘキシル−1−ブロモベンゼン18.2g(76mmol)、ナトリウム−tert−ブトキシド21.9g(228mmol)、キシレン255mLを入れ、減圧下にて脱気処理をした後、フラスコ内を窒素置換した。この混合物を約50℃まで加熱撹拌した。ここで、アリル塩化パラジウム二量体(II)(略称:[(Allyl)PdCl])370mg(1.0mmol)、ジ−tert−ブチル(1−メチル−2,2−ジフェニルシクロプロピル)ホスフィン(略称:cBRIDP(登録商標))1660mg(4.0mmol)を加え、この混合物を、120℃にて約5時間加熱した。その後、フラスコの温度を約60℃に戻し、水約4mLを加え、固体を析出させた。析出した固体をろ別した。ろ液を濃縮し、得られた溶液をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。得られた溶液を濃縮し、濃厚なトルエン溶液を得た。このトルエン溶液をエタノールに滴下し、再沈殿した。約10℃にて析出物をろ過し、得られた固体を約80℃で減圧乾燥させ、目的物である白色固体を10.1g、収率40%で得た。ステップ1のdchPAFの合成スキームを下に示す。
Figure 2021077639
なお、上記ステップ1で得られた白色固体の核磁気共鳴分光法(H−NMR)による分析結果を下に示す。このことから、本合成例において、dchPAFが合成できたことがわかった。
H−NMR.δ(CDCl):7.60(d,1H,J=7.5Hz),7.53(d,1H,J=8.0Hz),7.37(d,2H,J=7.5Hz),7.29(td,1H,J=7.5Hz,1.0Hz),7.23(td,1H,J=7.5Hz,1.0Hz),7.19(d,1H,J=1.5Hz),7.06(m,8H),6.97(dd,1H,J=8.0Hz,1.5Hz),2.41−2.51(brm,2H),1.79−1.95(m,8H),1.70−1.77(m,2H),1.33−1.45(brm,14H),1.19−1.30(brm,2H).
同様に、下記構造式(101)乃至構造式(111)で表される有機化合物を合成した。
Figure 2021077639
Figure 2021077639
上記有機化合物の核磁気共鳴分光法(H−NMR)による分析結果を下に示す。
構造式(101)N−[(4’−シクロヘキシル)−1,1’−ビフェニル−4イル]−N−(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:chBichPAF)
H−NMR.δ(CDCl):7.63(d,1H,J=7.5Hz),7.57(d,1H,J=7.5Hz),7.51(d,2H,J=8.0Hz),7.46(d,2H,J=7.5Hz),7.38(d,1H,J=7.5Hz),7.30(td,1H,J=7.0Hz,1.5Hz),7.20−7.28(m,6H),7.01−7.18(m,7H),2.43−2.57(brm,2H),1.81−1.96(m,8H),1.71−1.79(brm,2H),1.34−1.50(brm,14H),1.20−1.32(brm,2H).
構造式(102)N,N−ビス(4−シクロヘキシルフェニル)−N−(スピロ[シクロヘキサン−1,9’[9H]フルオレン]−2’−イル)アミン(略称:dchPASchF)
H−NMR.δ(CDCl):7.60−7.65(m,2H),7.54(d,1H,J=8.0Hz),7.28−7.35(m,2H),7.19−7.24(t,1H,J=7.5Hz),7.02−7.12(m,8H),6.97−7.22(d,1H,J=8.0Hz),2.40−2.52(brm,2H),1.79−1.95(m,10H),1.63−1.78(m,9H),1.55−1.63(m,1H),1.32−1.46(m,8H),1.18−1.30(brm,2H).
構造式(103)N−[(4’−シクロヘキシル)−1,1’−ビフェニル−4−イル]−N−(4−シクロヘキシルフェニル)−N−(スピロ[シクロヘキサン−1,9’−[9H]−フルオレン]−2’−イル)−アミン(略称:chBichPASchF)
H−NMR.δ(CDCl):7.65(d,2H,J=8.0Hz),7.58(d,1H,J=8.0Hz),7.51(d,2H,J=8.5Hz),7.46(m,2H),7.39(d,1H,1.5Hz),7.32(t,1H,J=8.0Hz),7.21−7.38(m,3H),7.14−7.18(m,2H),7.08−7.14(m,4H),7.06(dd,1H,J=8.0Hz,1.5Hz),2.43−2.57(brm,2H),1.80−1.97(m,10H),1.64−1.80(m,9H),1.56−1.64(m,1H),1.34−1.53(m,8H),1.20−1.32(brm,2H).
構造式(104)N−(4−シクロヘキシルフェニル)−N,N−ビス(スピロ[シクロヘキサン−1,9’−[9H]−フルオレン]−2’−イル)アミン(略称:SchFB1chP)
H−NMR.δ(CDCl):7.64(t,4H,J=8.0Hz),7.59(d,2H,J=8.5Hz),7.39(brs,2H),7.33(t,2H,J=7.5Hz),7.20−7.25(m,2H),7.12(brs,4H),7.08(d,2H,J=8.0Hz),2.44−2.52(brm,1H),1.63−1.97(m,23H),1.50−1.61(m,2H),1.34−1.48(m,4H),1.20−1.32(brm,1H).
構造式(105)N−[(3’,5’−ジターシャリーブチル)−1,1’−ビフェニル−4−イル]−N−(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:mmtBuBichPAF)
H−NMR.δ(CDCl):7.63(d,1H,J=7.5Hz),7.57(d,1H,J=8.0Hz),7.44−7.49(m,2H),7.37−7.42(m,4H),7.31(td,1H,J=7.5Hz,2.0Hz),7.23−7.27(m,2H),7.15−7.19(m,2H),7.08−7.14(m,4H),7.05(dd,1H,J=8.0Hz,2.0Hz),2.43−2.53(brm,1H),1.81−1.96(m,4H),1.75(d,1H,J=12.5Hz),1.32−1.48(m,28H),1.20−1.31(brm,1H).
構造式(106)N,N−ビス(3’,5’−ジターシャリーブチル−1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9,−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:dmmtBuBiAF)
H−NMR.δ(CDCl):7.66(d,1H,J=7.5Hz),7.62(d,1H,J=8.0Hz),7.51(d,4H,J=8.5Hz),7.38−7.44(m,7H),7.26−7.35(m,3H),7.20−7.25(m,4H),7.13(dd,1H,J=8.0Hz,1.5Hz),1.45(s,6H),1.39(s,36H).
構造式(107)N−(3,5−ジターシャリーブチルフェニル)−N−(3’,5’,−ジターシャリーブチル−1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9,−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:mmtBuBimmtBuPAF)
H−NMR.δ(CDCl):7.64(d,1H,J=7.5Hz),7.57(d,1H,J=8.0Hz),7.48(d,2H,J=8.0Hz),7.43(m,2H),7.39(m,2H),7.31(td,1H,J=6.0Hz,1.5Hz),7.15−7.25(m,4H),6.97−7.02(m,4H),1.42(s,6H),1.38(s,18H),1.25(s,18H).
構造式(108)N,N−ビス(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9−ジプロピル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:dchPAPrF)
H−NMR.δ(CDCl):7.58(m,1H),7.51(d,1H,J=8.0Hz),7.28(t,2H,J=7.5Hz),7.19−7.24(m,1H),7.11(d,1H,J=1.5Hz),7.00−7.19(m,8H),6.97(dd,1H,J=8.0Hz,1.5Hz),2.40−2.50(brm,2H),1.70−1.94(m,14H),1.33−1.46(m,8H),1.18−1.30(brm,2H),0.60−0.78(m,10H).
構造式(109)N−[(3’,5’−ジシクロヘキシル)−1,1’−ビフェニル−4−イル]−N−(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:mmchBichPAF)
H−NMR.δ(CDCl):7.63(d,1H,J=7.5Hz),7.57(d,1H,J=8.5Hz),7.46(d,2H,J=8.5Hz),7.39(d,1H,J=7.5Hz),7.31(td,1H,J=7.5Hz,1.5Hz),7.21−7.28(m,4H),7.07−7.18(m,6H),7.02−7.06(m,1H),7.01(s,1H),2.44−2.57(brm,3H),1.89−1.96(m,6H),1.81−1.88(m,6H),1.71−1.78(m,3H),1.34−1.53(m,18H),1.20−1.32(m,3H).
構造式(110)N−(3,3’’,5,5’’−テトラ−t−ブチル−1,1’:3’,1’’−ターフェニル−5’−イル)−N−(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:mmtBumTPchPAF)
H−NMR(300MHz,CDCl):δ=7.63(d,J=6.6Hz,1H),7.58(d,J=8.1Hz,1H),7.42−7.37(m,4H),7.36−7.09(m,14H),2.55−2.39(m,1H),1.98−1.20(m,51H).
構造式(111)N−(4−シクロドデシルフェニル)−N−(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:CdoPchPAF)
H−NMR(300MHz,CDCl):δ=7.61(d,J=6.6Hz,1H),7.53(d,J=8.1Hz,1H),7.37(d,J=7.5Hz,1H),7.33−7.17(m,3H),7.12−6.95(m,9H),2.77−2.66(m,1H),2.52−2.39(m,1H),1.96−1.26(m,37H).
また、図15乃至図26に、上記12の材料の屈折率を分光エリプソメーター(ジェー・エー・ウーラム・ジャパン社製M−2000U)を用いて測定した結果を示す。なお、図15がdchPAFの、図16がchBichPAFの、図17がdchPASchFの、図18がchBichPASchFの、図19がSchFB1chPの、図20がmmtBuBichPAFの、図21がdmmtBuBiAFの、図22がmmtBuBimmtBuPAFの、図23がdchPAPrFの、図24がmmchBichPAFの、図25がmmtBumTPchPAFの、図26がCdoPchPAFの屈折率を測定したデータである。測定には、石英基板上に各層の材料を真空蒸着法により約50nm成膜した膜を使用した。なお、図には、常光線の屈折率であるn, Ordinaryと異常光線の屈折率であるn, Extra−ordinaryとを記載した。
このように、これらの有機化合物は屈折率の低い材料であることがわかった。
本実施例では、正孔輸送層の屈折率が小さい本発明の一態様の発光装置1と、通常の屈折率の比較発光装置1に関して、色変換層に到達する光の量をシミュレーションから算出した結果を示す。
計算は、有機デバイスシミュレーター(semiconducting emissive thin film optics simulator:setfos;サイバネットシステム株式会社)を使用して行った。発光領域は発光層の中央に固定、有機層の屈折率は、屈折率の低い材料を1.6、通常の屈折率の材料を1.9と仮定し、波長分散はなしとした。各層の膜厚は、色変換層の屈折率が1である場合にブルーインデックス(BI)が最大となるように最適化した。なお、発光は、図27に示したようなスペクトルを有する発光であるものとした。また、発光デバイスは、陰極側から光を取り出すトップエミッション型の発光デバイスとし、陽極側の反射電極と陰極との間のトータルの光路長をλ/2の整数倍となるように正孔輸送層の膜厚で調整した。なお、色変換層にはQDを用いることを想定し、パーセル効果によるクエンチを考慮して計算を行った。計算に用いた発光装置の積層構造を以下の表に示す。
Figure 2021077639
なお、Ag、ITSOおよびAg:Mgの屈折率および消衰係数は材料の物性値を採用した。
上記の条件において、色変換層の屈折率を変化させた際の、色変換層に到達する光の量の変化を計算した。色変換層に到達する光の量は、色変換層に吸収がないデバイス構造における光取り出し効率および色変換層におけるガイドモードの合計から算出した。結果を図28に示す。
図28より、正孔輸送層の屈折率を低下させることで、色変換層の屈折率が実用範囲内において色変換層に到達する光の量が増加することがわかった。色変換層に到達する光の量が増加することは、色変換層に到達する励起光が増加することを意味し、QDをより多く励起できる。
(参考例)
本参考例では、実施の形態で説明した低屈折率材料を用いた発光デバイスと、用いない発光デバイスとの比較について説明する。本参考例で用いた有機化合物の構造式を以下に示す。
Figure 2021077639
(発光デバイス1の作製方法)
まず、ガラス基板上に、反射電極として銀(Ag)をスパッタリング法により100nmの膜厚で成膜し、続いて透明電極として酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法により、10nmの膜厚で成膜して第1の電極101を形成した。なお、その電極面積は4mm(2mm×2mm)とした。
次に、基板上に発光デバイス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、基板を30分程度放冷した。
次に、第1の電極101が形成された面が下方となるように、第1の電極101が形成され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、第1の電極101上に、蒸着法により上記構造式(i)で表されるN,N−ビス(4−シクロヘキシルフェニル)−9,9,−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:dchPAF)と電子アクセプタ材料(OCHD−001)とを、重量比で1:0.05(=dchPAF:OCHD−001)となるように10nm共蒸着して正孔注入層111を形成した。
正孔注入層111上に、dchPAFを125nm蒸着して正孔輸送層112を形成した。
続いて、正孔輸送層112上に、上記構造式(ii)で表されるN,N−ビス[4−(ジベンゾフラン−4−イル)フェニル]−4−アミノ−p−ターフェニル(略称:DBfBB1TP)を膜厚10nmとなるように蒸着して電子ブロック層を形成した。
その後、上記構造式(iii)で表される9−(1−ナフチル)−10−[4−(2−ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:αN−βNPAnth)と、上記構造式(iv)で表される3,10−ビス[N−(9−フェニル−9H−カルバゾール−2−イル)−N−フェニルアミノ]ナフト[2,3−b;6,7−b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10PCA2Nbf(IV)−02)とを、重量比で1:0.015(=αN−βNPAnth:3,10PCA2Nbf(IV)−02)となるように25nm共蒸着して発光層113を形成した。
こののち、上記構造式(v)で表される2−{4−[9,10−ジ(2−ナフチル)−2−アントリル]フェニル}−1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール(略称:ZADN)と、上記構造式(vi)で表される8−キノリノラト−リチウム(略称:Liq)とを、重量比で1:1(=ZADN:Liq)となるように30nm共蒸着して電子輸送層114を形成した。
電子輸送層114の形成後、Liqを1nmとなるように成膜して電子注入層115を形成し、最後に、銀(Ag)とマグネシウム(Mg)とを体積比10:1、膜厚15nmとなるように共蒸着することで第2の電極102を形成して発光デバイス1を作製した。なお、第2の電極102は光を反射する機能と光を透過する機能とを有する半透過・半反射電極であり、本発光デバイスは第2の電極102から光を取り出すトップエミッション型のデバイスである。また、第2の電極102上には上記構造式(vii)で表される1,3,5−トリ(ジベンゾチオフェン−4−イル)−ベンゼン(略称:DBT3P−II)を70nm蒸着して、光取出し効率を向上させている。
(発光デバイス2の作製方法)
発光デバイス2は、発光デバイス1の正孔注入層および正孔輸送層に用いたdchPAFを上記構造式(viii)で表されるN−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9−ジメチル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)に変え、正孔輸送層の膜厚を110nmとした他は、発光デバイス1と同様に作製した。
発光デバイス1および発光デバイス2の素子構造を以下の表にまとめた。
Figure 2021077639
なお、dchPAFは467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である材料であり、それ以外の有機化合物は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75より大きい物質である。dchPAFとPCBBiFの屈折率を測定した結果を図35に示す。
材料に異方性が生じている場合、常光に対する屈折率(常光屈折率;Ordinary)と異常光に対する屈折率(異常光屈折率;Extra−Ordinary)が異なることがある。測定する薄膜がその様な状態である場合、異方性解析を実施することで、常光屈折率と異常光屈折率に分離して各々の屈折率を算出することができる。なお、本明細書においては、測定した材料に常光屈折率と異常光屈折率の双方が存在した場合、常光屈折率を指標として用いている。
上記発光デバイスを、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光デバイス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(UV硬化性のシール材を素子の周囲への塗布、発光デバイスには照射しないようにシール材のみにUVを照射する処理、大気圧下で80℃にて1時間熱処理)を行った後、これら発光デバイスの初期特性について測定を行った。
発光デバイス1および発光デバイス2の輝度−電流密度特性を図29に、電流効率−輝度特性を図30に、輝度−電圧特性を図31に、電流−電圧特性を図32に、ブルーインデックス−輝度特性を図33に、発光スペクトルを図34に示す。また、発光デバイス1および発光デバイス2の1000cd/m付近における主な特性を表3に示す。なお、輝度、CIE色度、及び発光スペクトルの測定には分光放射計(トプコン社製、SR−UL1R)を用い、常温で測定した。
Figure 2021077639
図29乃至図34及び表3より、青色発光領域において、屈折率が1.75以下の材料を用いた発光デバイス1は、発光デバイス2と比較して良好な電流効率およびブルーインデックスを示す発光デバイスであることがわかった。このような発光デバイスを色変換層と組み合わせることによって、効率が良好な発光装置を得ることができる。
100 基板
101 第1の電極
102 第2の電極
103 EL層
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 発光層
113−1 発光層
113−2 発光層
114 電子輸送層
115 電子注入層
116 電荷発生層
117 P型層
118 電子リレー層
119 電子注入バッファ層
200 絶縁体
201 第1の電極
201B 第1の電極
201G 第1の電極
201R 第1の電極
201W 第1の電極
202 EL層
203 第2の電極
204 保護層
205B 光を散乱する機能を有する構造
205G 色変換層
205R 色変換層
205W 色変換層
205 色変換層
206 ブラックマトリクス
207 発光デバイス
207B 第1の発光デバイス
207G 第2の発光デバイス
207R 第3の発光デバイス
207W 第4の発光デバイス
208 画素
208B 第1の画素
208G 第2の画素
208R 第3の画素
208W 第4の画素
209 光学的距離
210G 指向性を付与する手段
210R 指向性を付与する手段
215B カラーフィルタ
225R カラーフィルタ
225G カラーフィルタ
225B カラーフィルタ
501 陽極
502 陰極
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 駆動回路部(ソース線駆動回路)
602 画素部
603 駆動回路部(ゲート線駆動回路)
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FET
612 電流制御用FET
613 陽極
614 絶縁物
616 EL層
617 陰極
618 発光デバイス
623 FET
1001 基板
1002 下地絶縁膜
1003 ゲート絶縁膜
1006 ゲート電極
1007 ゲート電極
1008 ゲート電極
1020 第1の層間絶縁膜
1021 第2の層間絶縁膜
1022 電極
1024R 第1の電極
1024G 第1の電極
1024B 第1の電極
1025 隔壁
1028 EL層
1029 陰極
1030 空間
1031 封止基板
1032 シール材
1033 透明な基材
1034R 赤色の色変換層
1034G 緑色の色変換層
1035 ブラックマトリクス
1036 オーバーコート層
1037 第3の層間絶縁膜
1040 画素部
1041 駆動回路部
1042 周辺部
2100 ロボット
2110 演算装置
2101 照度センサ
2102 マイクロフォン
2103 上部カメラ
2104 スピーカ
2105 ディスプレイ
2106 下部カメラ
2107 障害物センサ
2108 移動機構
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカ
5004 LEDランプ
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5012 支持部
5013 イヤホン
5100 掃除ロボット
5101 ディスプレイ
5102 カメラ
5103 ブラシ
5104 操作ボタン
5150 携帯情報端末
5151 筐体
5152 表示領域
5153 屈曲部
5120 ゴミ
5200 表示領域
5201 表示領域
5202 表示領域
5203 表示領域
7101 筐体
7103 表示部
7105 スタンド
7107 表示部
7109 操作キー
7110 リモコン操作機
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
7210 第2の表示部
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
9310 携帯情報端末
9311 表示パネル
9313 ヒンジ
9315 筐体

Claims (31)

  1. 第1の発光デバイスと、
    第1の色変換層と、を有する発光装置であって、
    前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、
    前記EL層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である材料を含む層を有し、
    前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、
    前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置。
  2. 第1の発光デバイスと、
    第1の色変換層と、を有する発光装置であって、
    前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、
    前記EL層は、発光層と、正孔注入層とを有し、
    前記正孔注入層は、前記陽極に接して設けられ、
    前記正孔注入層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である有機化合物を含み、
    前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、
    前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置。
  3. 請求項2において、前記467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である有機化合物が、
    第1の芳香環、第2の芳香環および第3の芳香環を有するモノアミン化合物であって、
    前記第1の芳香環、前記第2の芳香環および前記第3の芳香環は、前記モノアミン化合物の窒素原子に結合しており、
    分子内の総炭素数に対するsp3混成軌道で結合を作っている炭素の割合が23%以上55%以下である有機化合物である発光装置。
  4. 請求項2において、前記467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である有機化合物が、下記一般式(G1)で表される有機化合物である発光装置。
    Figure 2021077639

    (ただし、上記一般式(G1)において、Ar、Arはそれぞれ独立に、ベンゼン環または2個または3個のベンゼン環が互いに結合した置換基を表す。ただし、Ar、Arの一方または両方は、炭素がsp3混成軌道のみで結合を作っている炭素数1乃至12の炭化水素基を一つまたは複数有し、ArおよびArに結合した前記炭化水素基に含まれる炭素の総数が8以上であり、且つ、ArおよびArの少なくとも一方に結合した前記炭化水素基に含まれる炭素の総数が6以上である。なお、ArまたはArに前記炭化水素基として炭素数1または2の直鎖アルキル基が複数結合している場合、当該直鎖アルキル基同士が結合して環を形成していても良い。また、上記一般式(G1)において、RおよびRは各々独立に炭素数1乃至4のアルキル基を表す。なお、RおよびRは互いに結合して環を形成していても良い。またRは炭素数1乃至4のアルキル基を表し、uは0乃至4の整数である。)
  5. 第1の発光デバイスと、
    第1の色変換層とを有する発光装置であって、
    前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、
    前記EL層は、発光層と、電子輸送層とを有し、
    前記電子輸送層は、前記発光層と前記陰極との間に位置し、
    前記電子輸送層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下である材料を有し、
    前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を含み、
    前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置。
  6. 請求項5において、
    前記屈折率が1.75以下の材料が、電子輸送性を有する有機化合物と、無機化合物との混合材料であり、
    前記無機化合物がアルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物である発光装置。
  7. 請求項6において、前記無機化合物がアルカリ金属のフッ化物であり、
    前記電子輸送層における前記無機化合物の濃度が50vol%以上である発光装置。
  8. 請求項6において、前記無機化合物がアルカリ金属のフッ化物であり、
    前記電子輸送層における前記無機化合物の濃度が50vol%以上95vol%未満である発光装置。
  9. 請求項6乃至請求項8のいずれか一項において、前記電子輸送層における前記無機化合物の割合が20vol%以上である発光装置。
  10. 請求項6乃至請求項9のいずれか一項において、
    前記有機化合物がビピリジン骨格を有する有機化合物である発光装置。
  11. 第1の発光デバイスと、
    第1の色変換層と、を有する発光装置であって、
    前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、
    前記EL層は、正孔注入層と、発光層と、電子輸送層とを有し、
    前記正孔注入層は、前記陽極と、前記発光層との間に位置し、
    前記電子輸送層は、前記発光層と、前記陰極との間に位置し、
    前記正孔注入層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の有機化合物を有し、
    前記電子輸送層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の材料を有し、
    前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を有し、
    前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置。
  12. 請求項1乃至請求項11のいずれか一項において、
    前記第1の発光デバイスから得られる発光スペクトルのピーク波長が、440nmから520nmに存在する発光装置。
  13. 第1の発光デバイスと、
    第1の色変換層と、を有する発光装置であって、
    前記第1の発光デバイスは、陽極と、陰極と、前記陽極と、前記陰極との間に位置するEL層とを有し、
    前記EL層は、正孔注入層と、発光層と、電子輸送層とを有し、
    前記正孔注入層は、前記陽極と、前記発光層との間に位置し、
    前記電子輸送層は、前記発光層と、前記陰極との間に位置し、
    前記正孔注入層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の有機化合物を有し、
    前記電子輸送層は、467nmの波長の光に対する屈折率が1.75以下の材料を有し、
    前記第1の色変換層は、光を吸収して発光する第1の物質を有し、
    前記第1の発光デバイスからの発光が、前記第1の色変換層に照射される発光装置。
  14. 請求項1乃至請求項13のいずれか一項において、
    前記第1の物質が量子ドットである発光装置。
  15. 請求項1乃至請求項14のいずれか一項において、
    前記第1の発光デバイスが微小共振構造を有する発光装置。
  16. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、
    前記発光装置は、さらに、第2の発光デバイスと、第3の発光デバイスと、第2の色変換層と、を有し、
    前記第2の発光デバイスおよび前記第3の発光デバイスは、前記第1の発光デバイスと同じ構造を有し、
    前記第2の色変換層は、光を吸収して発光する第2の物質を有し、
    前記第1の物質の発光スペクトルのピーク波長と、前記第2の物質の発光スペクトルのピーク波長は異なり、
    前記第2の発光デバイスからの発光が、前記第2の色変換層に照射される発光装置。
  17. 請求項16において、
    前記第2の物質が量子ドットである発光装置。
  18. 請求項16または請求項17において、
    前記第1の物質の発光スペクトルのピーク波長が500nmから600nmに存在し、
    前記第2の物質の発光スペクトルのピーク波長が600nmから750nmに存在する発光装置。
  19. 請求項16乃至請求項18のいずれか一項において、
    前記発光装置は、さらに、第4の発光デバイスと、第3の色変換層を有し、
    前記第4の発光デバイスは、前記第1の発光デバイスと同じ構造を有し、
    前記第3の色変換層は、光を吸収して発光する第3の物質を有し、
    前記第3の物質の発光スペクトルのピーク波長が560nmから610nmに存在し、
    前記第4の発光デバイスからの発光が、前記第3の色変換層に照射される発光装置。
  20. 請求項19において、
    前記第3の物質が希土類元素を含む発光装置。
  21. 請求項20において、
    前記希土類元素がユウロピウム、セリウムおよびイットリウムの少なくとも一である発光装置。
  22. 請求項19乃至請求項21のいずれか一項において、
    前記第3の物質が量子ドットである発光装置。
  23. 請求項19乃至請求項22のいずれか一項において、
    前記第3の色変換層から得られる発光スペクトルに、二つのピークが存在する発光装置。
  24. 請求項19乃至請求項22のいずれか一項において、
    前記第3の色変換層から得られる発光が白色発光である発光装置。
  25. 請求項1乃至請求項24のいずれか一項において、
    前記発光デバイスが、複数の発光層を有する発光装置。
  26. 請求項25において、
    前記複数の発光層同士の間に電荷発生層を有する発光装置。
  27. 請求項1乃至請求項26のいずれか一項において、
    前記第1の発光デバイスが青色発光を呈する発光装置。
  28. 請求項1乃至請求項27のいずれか一項において、
    前記発光装置は、カラーフィルタを有し、
    前記第1の色変換層は、前記第1の発光デバイスと前記カラーフィルタとの間に位置する発光装置。
  29. 請求項1乃至請求項28に記載の発光デバイスと、センサ、操作ボタン、スピーカ、または、マイクと、
    を有する電子機器。
  30. 請求項1乃至請求項28に記載の発光デバイスと、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置。
  31. 請求項1乃至請求項28に記載の発光デバイスと、筐体と、を有する照明装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021260488A1 (ja) * 2020-06-26 2021-12-30 株式会社半導体エネルギー研究所 発光デバイス、機能パネル、発光装置、表示装置、電子機器、照明装置
WO2023285911A1 (ja) * 2021-07-15 2023-01-19 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置、表示装置、電子機器および照明装置
WO2023094935A1 (ja) * 2021-11-26 2023-06-01 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置、表示装置および電子機器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023039665A (ja) * 2021-09-09 2023-03-22 キヤノン株式会社 有機発光装置、それを有する表示装置、電子機器、及び有機発光装置の製造方法

Family Cites Families (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3297619B2 (ja) 1996-12-18 2002-07-02 ティーディーケイ株式会社 有機elカラーディスプレイ
GB2353400B (en) 1999-08-20 2004-01-14 Cambridge Display Tech Ltd Mutiple-wavelength light emitting device and electronic apparatus
US6762553B1 (en) 1999-11-10 2004-07-13 Matsushita Electric Works, Ltd. Substrate for light emitting device, light emitting device and process for production of light emitting device
US6739931B2 (en) 2000-09-18 2004-05-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device and method of fabricating the display device
SG118118A1 (en) 2001-02-22 2006-01-27 Semiconductor Energy Lab Organic light emitting device and display using the same
SG176316A1 (en) 2001-12-05 2011-12-29 Semiconductor Energy Lab Organic semiconductor element
TWI407830B (zh) 2003-09-26 2013-09-01 Semiconductor Energy Lab 發光元件和其製法
JP2005302313A (ja) 2004-04-06 2005-10-27 Idemitsu Kosan Co Ltd 有機el表示装置及びフルカラーデバイス
US7057339B2 (en) 2004-04-08 2006-06-06 Eastman Kodak Company OLED with color change media
KR101215860B1 (ko) 2004-05-21 2012-12-31 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자 및 그 소자를 사용하는 발광 장치
EP1866984B1 (en) 2005-03-23 2017-08-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Composite material, light emitting element and light emitting device
US20060240277A1 (en) 2005-04-20 2006-10-26 Eastman Kodak Company Tandem OLED device
US7564182B2 (en) 2005-06-29 2009-07-21 Eastman Kodak Company Broadband light tandem OLED display
US7745989B2 (en) 2005-06-30 2010-06-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Light emitting element, light emitting device, and electronic apparatus
US20070103056A1 (en) 2005-11-08 2007-05-10 Eastman Kodak Company OLED device having improved light output
JP2007164123A (ja) 2005-11-15 2007-06-28 Fuji Electric Holdings Co Ltd 色変換機能付カラーフィルタ、有機elディスプレイおよびその製造方法
JP4441883B2 (ja) 2005-12-06 2010-03-31 ソニー株式会社 表示装置
US7977862B2 (en) 2005-12-21 2011-07-12 Lg Display Co., Ltd. Organic light emitting devices
US7791271B2 (en) 2006-02-24 2010-09-07 Global Oled Technology Llc Top-emitting OLED device with light-scattering layer and color-conversion
US20070205423A1 (en) 2006-03-03 2007-09-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
TWI378740B (en) 2006-10-04 2012-12-01 Ritdisplay Corp Full-color organic light emitting diode display panel and method thereof
JP5030742B2 (ja) 2006-11-30 2012-09-19 株式会社半導体エネルギー研究所 発光素子
JP2008140684A (ja) 2006-12-04 2008-06-19 Toppan Printing Co Ltd カラーelディスプレイおよびその製造方法
KR20090128427A (ko) 2007-02-28 2009-12-15 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 유기 el 소자
CN110724124A (zh) 2007-05-17 2020-01-24 株式会社半导体能源研究所 ***衍生物
KR20130058086A (ko) 2007-12-03 2013-06-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 카바졸 유도체, 및 카바졸 유도체를 사용하는 발광 소자, 발광 장치 및 전자 기기
JP5597967B2 (ja) 2008-10-24 2014-10-01 コニカミノルタ株式会社 有機感光体、画像形成方法、画像形成装置
KR101669559B1 (ko) 2008-11-18 2016-10-28 닛산 가가쿠 고교 가부시키 가이샤 아미노벤젠 조성물 및 관련 소자 및 방법
JP5551428B2 (ja) 2009-01-06 2014-07-16 ユー・ディー・シー アイルランド リミテッド 電荷輸送材料及び有機電界発光素子
KR102048890B1 (ko) 2009-05-29 2019-11-27 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 화합물
US8642190B2 (en) 2009-10-22 2014-02-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Fluorene derivative, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
WO2011162105A1 (en) 2010-06-25 2011-12-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, light-emitting device, display, and electronic device
WO2012013272A1 (en) 2010-07-26 2012-02-02 Merck Patent Gmbh Quantum dots and hosts
CN103154187B (zh) 2010-10-04 2015-06-17 株式会社半导体能源研究所 复合材料、发光元件、发光装置、电子装置以及照明装置
JP5872912B2 (ja) 2011-01-21 2016-03-01 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置
JP5952006B2 (ja) 2011-01-28 2016-07-13 株式会社半導体エネルギー研究所 フルオレン誘導体及び発光素子
KR101880183B1 (ko) 2011-02-11 2018-07-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 장치 및 표시 장치
CN105932170B (zh) 2011-02-16 2018-04-06 株式会社半导体能源研究所 发光元件
JP5772085B2 (ja) 2011-03-09 2015-09-02 セイコーエプソン株式会社 発光素子、発光装置、表示装置および電子機器
JP6062636B2 (ja) 2011-03-10 2017-01-18 ローム株式会社 有機el装置
DE202012013737U1 (de) 2011-03-23 2020-09-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Lichtemittierendes Element
EP2503618B1 (en) 2011-03-23 2014-01-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Composite material, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
DE112012001504B4 (de) 2011-03-30 2017-09-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Lichtemittierendes Element
US9419239B2 (en) 2011-07-08 2016-08-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Composite material, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, lighting device, and organic compound
KR102026218B1 (ko) 2011-11-25 2019-09-27 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 유기 화합물
US8921872B2 (en) 2011-12-09 2014-12-30 Sony Corporation Display unit and method of manufacturing the same, electronic apparatus, illumination unit, and light-emitting device and method of manufacturing the same
KR102173801B1 (ko) 2012-07-12 2020-11-04 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 표시 장치, 및 표시 장치의 제작 방법
DE102013214661B4 (de) 2012-08-03 2023-01-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Licht emittierendes Element, Licht emittierende Vorrichtung und Beleuchtungsvorrichtung
WO2014021441A1 (en) 2012-08-03 2014-02-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
JP6210473B2 (ja) 2012-08-03 2017-10-11 国立大学法人山形大学 有機光学デバイス及びこれを用いた有機電子デバイス
US9142710B2 (en) 2012-08-10 2015-09-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, light-emitting device, display device, electronic device, and lighting device
KR20140038886A (ko) 2012-09-21 2014-03-31 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자
US9496503B2 (en) 2013-03-25 2016-11-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Organic compound, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
KR102136040B1 (ko) 2013-03-26 2020-07-20 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기 및 조명 장치
JP6253242B2 (ja) 2013-04-15 2017-12-27 キヤノン株式会社 有機el素子、画像形成装置、表示装置及び撮像装置
US10043982B2 (en) 2013-04-26 2018-08-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, light-emitting device, display device, electronic device, and lighting device
KR102022533B1 (ko) 2013-08-26 2019-09-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 장치
TWI635078B (zh) 2013-10-04 2018-09-11 日產化學工業股份有限公司 Aniline derivatives and their utilization
WO2015083025A1 (en) 2013-12-02 2015-06-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, display module, lighting module, light-emitting device, display device, electronic appliance, and lighting device
KR102289329B1 (ko) 2013-12-02 2021-08-12 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
US9165984B2 (en) 2014-01-28 2015-10-20 Universal Display Corporation OLEDs for use in NVIS capable devices
KR20150130224A (ko) 2014-05-13 2015-11-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
CN106465507A (zh) 2014-05-30 2017-02-22 株式会社半导体能源研究所 发光装置、显示装置及电子设备
TWI777568B (zh) 2014-05-30 2022-09-11 日商半導體能源研究所股份有限公司 發光元件,發光裝置,電子裝置以及照明裝置
JP6780925B2 (ja) 2014-07-25 2020-11-04 株式会社半導体エネルギー研究所 発光素子、発光装置、電子機器及び照明装置
KR102377360B1 (ko) 2014-08-08 2022-03-21 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자, 발광 장치, 조명 장치, 표시 장치, 디스플레이 패널, 전자 기기
JP2016072250A (ja) 2014-09-30 2016-05-09 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置、電子機器、及び照明装置
WO2016051309A1 (en) 2014-09-30 2016-04-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, display device, electronic device, and lighting device
WO2016063169A1 (en) 2014-10-23 2016-04-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element
US10903440B2 (en) 2015-02-24 2021-01-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
WO2016185321A1 (en) 2015-05-21 2016-11-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, display device, electronic device, and lighting device
TWI837587B (zh) 2015-05-21 2024-04-01 日商半導體能源研究所股份有限公司 發光元件、顯示裝置、電子裝置、及照明裝置
KR20180017077A (ko) 2015-06-17 2018-02-20 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 이리듐 착체, 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
KR102655709B1 (ko) 2015-07-21 2024-04-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
WO2017013534A1 (en) 2015-07-23 2017-01-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element, display device, electronic device, and lighting device
US20170062749A1 (en) 2015-09-01 2017-03-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-Emitting Element, Light-Emitting Device, Electronic Device, and Lighting Device
KR20170038681A (ko) 2015-09-30 2017-04-07 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
TWI764881B (zh) 2016-01-08 2022-05-21 日商昭和電工材料股份有限公司 有機電子材料、有機電子元件及有機電致發光元件
JP7257952B2 (ja) 2017-05-19 2023-04-14 株式会社半導体エネルギー研究所 電子デバイス、表示装置、電子機器、及び照明装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021260488A1 (ja) * 2020-06-26 2021-12-30 株式会社半導体エネルギー研究所 発光デバイス、機能パネル、発光装置、表示装置、電子機器、照明装置
WO2023285911A1 (ja) * 2021-07-15 2023-01-19 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置、表示装置、電子機器および照明装置
WO2023094935A1 (ja) * 2021-11-26 2023-06-01 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置、表示装置および電子機器

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