JP5031445B2 - 発光素子、発光装置並びに電子機器 - Google Patents
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
より詳しくは、本発明は、色純度に優れ、寿命の長い発光素子に関する。さらに、色純度に優れ寿命の長い発光装置及び電子機器に関する。
その場合、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。
例えば、特許文献1では、発光層を二層とし、色系統の異なる蛍光性物質を複数種類ドーピングすることにより、色安定性を確保し、長寿命の有機EL素子を開示している。しかしながら、特許文献1では、色系統の異なる蛍光性物質を複数種類ドーピングしているため、色安定性の良い白色発光を得ることはできるが、色純度の良い発光は得られない。
すなわち、両電極の間に正孔輸送層と電子輸送層がある場合には、発光領域を発光層と正孔輸送層との界面や発光層と電子輸送層との界面ではなく、発光層の中央付近にすることで、課題を解決できることを見出した。
また、正孔輸送層と電子輸送層がない場合にも、両電極と発光層との界面ではなく、発光層の中央付近にすることで、課題を解決できることを見出した。
本発明は、前記のような知見に基づいて開発されたものであり、本発明の発光素子には多くの態様がある。
さらに、発光素子がその発光を制御する制御手段を具備する場合についても本発明の発光装置に含むものである。
なお、正孔輸送層と電子輸送層がない場合にも、両電極と発光層との界面ではなく、発光層の中央付近にすることで、同様の効果を得ることができる。
さらに、本発明の発光素子を発光装置および電子機器に適用することにより、色純度に優れ、寿命の長い発光装置および電子機器を得ることができる。
本発明の発光素子の一態様について図1(A)を用いて以下に説明する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
なお、本明細書中において、複合とは、単に複数の材料を混合させるだけでなく、混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
さらに、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)等の高分子化合物を用いることもできる。
すなわち、例えば前記第1の有機化合物がYGA2SやYGAPAのような青色系の発光を示す場合、第3の有機化合物はアクリドン、クマリン102、クマリン6H、クマリン480D、クマリン30などの青色〜青緑色の発光を示す物質が好ましい。
さらに、この他ビス[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)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。
つまり、EL層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、またはバイポーラ性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等から成る層を、本発明の発光層と自由に組み合わせて構成すればよい。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子(以下、積層型素子という)の態様について、図3を参照して説明する。この発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。発光ユニットとしては、実施の形態1で示したEL層103と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態1で示した発光素子は、1つの発光ユニットを有する発光素子であり、本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
また、本実施の形態においても他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図4を用いて説明する。なお、図4(A)は、発光装置を示す上面図、図4(B)は図4(A)をA−A’およびB−B’で切断した断面図である。点線で示された601は駆動回路部(ソース側駆動回路)、602は画素部、603は駆動回路部(ゲート側駆動回路)である。また、604は封止基板、605はシール材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、ソース側駆動回路601はNチャネル型TFT623とPチャネル型TFT624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路は、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、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。
その発光装置は、実施の形態1及び実施の形態2で示した発光素子を有する。そのため、寿命の長い本発明の発光素子を含むことによって、寿命の長い発光装置を得ることができる。また、色純度に優れた発光装置を得ることができる。
本実施の形態では、実施の形態3に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態1及び実施の形態2で示した発光素子を有する、寿命の長い表示部を有する。また、色純度に優れた発光素子を有するため、色再現性に優れた表示部を得ることができる。
図7は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図7に示した液晶表示装置は、筐体901、液晶層902、バックライト903、筐体904を有し、液晶層902は、ドライバIC905と接続されている。また、バックライト903には、本発明の発光装置が用いられており、端子906により、電流が供給されている。
まず、ガラス基板2101上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2102を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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)を10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2104を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2108を形成し、発光素子1を作製した。
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第1の電極を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
その後、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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)を10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
その電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚となるように成膜することにより、電子注入層を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極を形成し、比較発光素子2を作製した。
発光素子1は、輝度3000cd/m2のときのCIE色度座標は(x=0.29、y=0.62)であり、緑色の発光を示した。また、輝度3000cd/m2のときの電流効率は10.7cd/Aであり、電圧は5.8V、電流密度は、29.4mA/cm2であった。
よって、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得られることがわかった。
本実施例2では、本発明の発光素子について図10を用いて具体的に説明する。
まず、ガラス基板2101上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2102を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
その後、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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)を10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2104を形成した。
さらに、電子輸送層2106上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚となるように成膜することにより、電子注入層2107を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2108を形成し、発光素子3を作製した。
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第1の電極を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
続いて、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極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、10-4Pa程度まで減圧した後、第1の電極上に、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、複合材料を含む層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)の比率は、重量比で4:1=(NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
続いて、正孔輸送層上に、発光層を形成した。9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)とN−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)とを共蒸着することにより、発光層を40nmの膜厚で形成した。ここで、CzPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=CzPA:2PCAPA)となるように調節した。
さらに、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚となるように成膜することにより、電子注入層を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極を形成し、比較発光素子4を作製した。
発光素子3は、輝度3000cd/m2のときのCIE色度座標は(x=0.29、y=0.62)であり、緑色の発光を示した。また、輝度3000cd/m2のときの電流効率は11.0cd/Aであり、電圧は8.0V、電流密度は、28.3mA/cm2であった。
よって、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得られることがわかった。
まず、本実施例3で用いる参照電極(Ag/Ag+電極)の真空準位に対するポテンシャルエネルギー(eV)を算出した。つまり、Ag/Ag+電極のフェルミ準位を算出した。メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位は、標準水素電極に対して+0.610[V vs. SHE]であることが知られている(参考文献;Christian R.Goldsmith et al., J.Am.Chem.Soc., Vol.124, No.1,83-96, 2002)。一方、本実施例3で用いる参照電極を用いて、メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位を求めたところ、+0.20V[vs.Ag/Ag+]であった。したがって、本実施例3で用いる参照電極のポテンシャルエネルギーは、標準水素電極に対して0.41[eV]低くなっていることがわかった。
本測定例1では、Alqの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べた。スキャン速度は0.1V/secとした。測定結果を図19に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−0.69Vから−2.40Vまで走査した後、−2.40Vから−0.69Vまで走査することにより行った。
本測定例2では、DPQdの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べた。スキャン速度は0.1V/secとした。測定結果を図20に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−0.40Vから−2.10Vまで走査した後、−2.10Vから−0.40Vまで走査することにより行った。また、DPQdは溶解性が悪く、1mmol/Lの濃度となるように溶液を調製しようとしても溶け残りが生じたため、溶け残りが沈殿した状態で上澄み液を採取し、測定に使用した。
102 第1の電極
103 EL層
104 第2の電極
111 発光層
112 正孔輸送層
113 電子輸送層
121 第1の層
122 第2の層
301 基板
302 第1の電極
303 EL層
304 第2の電極
311 発光層
312 正孔輸送層
313 電子輸送層
321 第1の層
322 第2の層
501 第1の電極
502 第2の電極
511 第1の発光ユニット
512 第2の発光ユニット
513 電荷発生層
601 ソース側駆動回路
602 画素部
603 ゲート側駆動回路
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 引き回し配線
609 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
610 素子基板
611 スイッチング用TFT
612 電流制御用TFT
613 第1の電極
614 絶縁物
616 EL層
617 第2の電極
618 発光素子
623 Nチャネル型TFT
624 Pチャネル型TFT
901 筐体
902 液晶層
903 バックライト
904 筐体
905 ドライバIC
906 端子
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 EL層
956 電極
2001 筐体
2002 光源
2101 ガラス基板
2102 第1の電極
2103 複合材料を含む層
2104 正孔輸送層
2105 発光層
2106 電子輸送層
2107 電子注入層
2108 第2の電極
2121 第1の発光層
2122 第2の発光層
3001 照明装置
3002 テレビ装置
9101 筐体
9102 支持台
9103 表示部
9104 スピーカー部
9105 ビデオ入力端子
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングマウス
9401 本体
9402 筐体
9403 表示部
9404 音声入力部
9405 音声出力部
9406 操作キー
9407 外部接続ポート
9408 アンテナ
9501 本体
9502 表示部
9503 筐体
9504 外部接続ポート
9505 リモコン受信部
9506 受像部
9507 バッテリー
9508 音声入力部
9509 操作キー
9510 接眼部
Claims (7)
- 陽極と陰極との間に、発光層を有し、
前記発光層は、第1の層と第2の層とを有し、
前記第1の層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを有し、
前記第2の層は、第3の有機化合物と、第4の有機化合物とを有し、
前記第1の層は、前記第2の層に接し、前記第2の層と前記陽極との間に設けられており、
前記第1の有機化合物は発光性を有し、
前記第2の有機化合物は電子輸送性を有し、
前記第3の有機化合物は発光性及び電子トラップ性を有し、
前記第4の有機化合物は電子輸送性を有することを特徴とする発光素子。 - 陽極と陰極との間に、発光層を有し、
前記発光層は、第1の層と第2の層とを有し、
前記第1の層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを有し、
前記第2の層は、第3の有機化合物と、第4の有機化合物とを有し、
前記第1の層は、前記第2の層に接し、前記第2の層と前記陽極との間に設けられており、
前記第1の有機化合物は発光性を有し、
前記第2の有機化合物は電子輸送性を有し、
前記第3の有機化合物は発光性及び第4の有機化合物の最低空軌道準位より0.3eV以上低い最低空軌道準位を有し、
前記第4の有機化合物は電子輸送性を有することを特徴とする発光素子。 - 請求項1又は請求項2において、
前記陽極と前記発光層との間に正孔輸送層を有し、
前記陰極と前記発光層との間に電子輸送層を有することを特徴とする発光素子。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、
前記第1の有機化合物の発光色と、前記第3の有機化合物の発光色とは、同じ色系統であることを特徴とする発光素子。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、
前記第1の有機化合物の発光スペクトルのピーク値と、前記第3の有機化合物の発光スペクトルのピーク値の差は30nm以内であることを特徴とする発光素子。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の発光素子を有する発光装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の発光素子を有する照明装置。
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