JP2015232994A - 発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置 - Google Patents

発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置 Download PDF

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琢也 川田
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Abstract

【課題】蛍光発光層と燐光発光層とが積層された構造を有し、良好な発光効率を示す発光素子を提供する。
【解決手段】一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第2の発光層は、少なくとも励起錯体を形成する層を複数含み、励起錯体を形成する層は、2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接してなる積層構造を有する発光素子である
【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、電界を加えることにより発光が得られる有機化合物を一対の電極間に挟んでなる発光素子、また、このような発光素子を有する発光装置、電子機器、及び照明装置に関する。
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、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。
薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有する有機化合物を発光体として用いた発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。特に、発光素子をマトリクス状に配置した表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると考えられている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光体を含むEL層を挟んで電圧を印加することにより、電極からキャリア(電子または正孔)が注入され、このキャリアが再結合することにより励起子を形成し、その励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起状態(S)と三重項励起状態(T)が知られ、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。そして、発光素子における統計的な生成比率は、S:T=1:3であると考えられている。
この様な発光素子に関しては、その素子特性を向上させる為に、項間交差(一重項励起状態から三重項励起状態へ移ること)が起こりやすい燐光発光物質を用いた発光素子の開発が盛んに行われている。さらに、白色発光を得るために、それぞれに異なる燐光発光物質を含む層が積層されてなる発光素子が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−522276号公報
上記構成の発光素子の場合、積層された発光層は、いずれも燐光発光を示す発光層(燐光発光層)で構成されている。これは、燐光発光を利用することにより、高い発光効率が得られるというだけでなく、蛍光発光を示す発光層(蛍光発光層)と燐光発光を示す発光層(燐光発光層)とが積層された場合、燐光発光層で生じた三重項励起子が拡散して、三重項励起エネルギーが蛍光発光層へ移動した後、失活するため発光効率の大幅な低下が生じるという問題を有しているためである。
そこで、本発明の一態様では、蛍光発光層と燐光発光層とが積層された構造を有していても良好な発光効率を示す発光素子を提供する。また、本発明の一態様は、上記発光素子を適用し、低消費電力を実現できる発光装置を提供する。さらに、本発明の一態様は、上記発光素子を適用し、低消費電力を実現できる電子機器および照明装置を提供する。または、本発明の一態様は、新規な発光素子、新規な発光装置、または、新規な照明装置などを提供する。なお、これらの課題の記載は、他の課題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、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、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、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を有する積層構造を少なくとも有し、第2の発光層は、少なくとも励起錯体を形成する層を複数含み、励起錯体を形成する層は、2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接してなる積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、前記複数の層は、2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、前記複数の層は、同一の材料を用いて形成された2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、前記複数の層は、いずれも共通する有機化合物を1種または複数種含み、かつ2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第1の発光層は、蛍光発光物質を含み、第2の発光層は、燐光発光物質を含む層を複数含み、燐光発光物質を含む層は、2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第1の発光層は、蛍光発光物質と、蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、複数の層は、2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第1の発光層は、蛍光発光物質と、蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、複数の層は、同一の材料を用いて形成された2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第1の発光層は、蛍光発光物質と、蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、複数の層は、いずれも共通する有機化合物を1種または複数種含み、かつ2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、第1の発光層は、蛍光発光物質と、蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、第2の発光層は、燐光発光物質を含む層を複数含み、燐光発光物質を含む層は、2つの層の間に、2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一態様は、上記各構成を有する発光素子を用いた発光装置である。
また、本発明の一態様は、発光素子を有する発光装置だけでなく、発光装置を有する電子機器および照明装置も範疇に含めるものである。従って、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくは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、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールは、発光装置に含まれる場合がある。
本発明の一態様により、蛍光発光層と燐光発光層とが積層された構造を有していても良好な発光効率を示す発光素子を提供することができる。また、本発明の一態様は、上記発光素子を適用し、低消費電力を実現した発光装置を提供することができる。さらに、本発明の一態様は、上記発光素子を適用し、低消費電力を実現した電子機器および照明装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な発光素子、新規な発光装置、または、新規な照明装置などを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。
本発明の一態様である発光素子の構造について説明する図。 発光装置について説明する図。 電子機器について説明する図。 照明装置について説明する図。 発光素子1および比較発光素子2の構造について説明する図。 発光素子1および比較発光素子2の発光スペクトルを示す図。 発光素子1の信頼性を示す図。 発光素子3の輝度−パワー効率特性を示す図。 発光素子3の発光スペクトルを示す図。 発光素子4の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子4の発光スペクトルを示す図。 発光層におけるエネルギー準位の相関を説明する図。
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が可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子について説明する。
本発明の一態様である発光素子は、一対の電極間に発光層を含むEL層を挟んで形成されており、発光層は、蛍光発光が得られる発光層(I)と、燐光発光が得られる発光層(II)を有する。なお、当該発光素子では発光層(I)と発光層(II)との間に電荷発生層が設けられていなくても(タンデム型の素子でなくても)蛍光発光と燐光発光を共に効率よく得ることができる。以下、本発明の一態様である発光素子の素子構造について、図1を用いて詳細に説明する。
図1に示す発光素子は、一対の電極(第1の電極101、第2の電極102)間に発光層106を含むEL層103が挟まれており、EL層103は、第1の電極(陽極)101側から正孔(ホール)注入層104、正孔(ホール)輸送層105、発光層106、電子輸送層107、電子注入層108等が順次積層された構造を有する。また、発光層106は、発光層(I)106aと、発光層(II)106bとが積層された構造を有する。なお、発光層(I)106aと、発光層(II)106bとの積層順は、特に限定されず適宜変えることができることとする。
発光層(I)106aは、蛍光発光物質とホスト材料(有機化合物)を含んでおり、ホスト材料から生成される三重項励起子を効率良く三重項−三重項消滅(TTA:triplet−triplet annihilation)させることにより、一重項励起子に変換し、一重項励起子からのエネルギー移動により蛍光発光物質を発光させる構成を有する。
具体的には、発光層(I)106aにおけるホスト材料のT1準位(最低三重項励起エネルギー準位)が、蛍光発光物質のT1準位よりも低いことが好ましい。通常、発光層における存在比率は、ホスト材料の方が圧倒的に高い。ホスト材料のT1準位が蛍光発光物質のT1準位よりも低くなるように組み合わせて用いることで、発光層(I)106aで生じた三重項励起子が、発光層(I)106a中にわずかにしか存在しない蛍光発光物質(分子)にトラップされ局在化してしまうことによる、三重項励起子同士の衝突確率の低下を防ぎ、TTAの発生確率を高めることができる。これにより、発光層(I)106aにおける蛍光発光の発光効率を高めることができる。なお、発光層(I)106aに用いる蛍光発光物質としては、公知の物質を用いることができ、その発光色は、青色(例えば、400nmと480nmとの間に発光スペクトルのピークを有する)、緑色(例えば、500nmと560nmとの間に発光スペクトルのピークを有する)、赤色(例えば、580nmと680nmとの間に発光スペクトルのピークを有する)、橙色、黄色など、適宜用いることができるものとする。
発光層(II)106bは、少なくとも3つの異なる層が積層された構造を含み、それぞれを図1で示すように第1の層106(b1)、第2の層106(b2)、第3の層106(b3)とする。これらの3つの層は、いずれも励起錯体(エキサイプレックス)を形成することができる2種類の有機化合物と燐光発光物質とを含む。なお、各層において、形成された励起錯体の発光波長は、励起錯体を形成する有機化合物のそれぞれの発光波長(蛍光波長)に比べて長波長側に存在するため、これらの蛍光スペクトルを、より長波長側に位置する発光スペクトルに変換することができ、駆動電圧をより低減することができる。また、励起錯体から燐光発光物質へエネルギー移動することができるため、高い発光効率も実現できる。なお、発光層(II)106bにおいては、上記3つの層に加えて、燐光発光物質を含まない有機化合物からなる層を有していても良い。
さらに、上記の3つの層は、第2の層106(b2)から得られる燐光発光の発光ピークが第1の層106(b1)および第3の層106(b3)のそれぞれの燐光発光の発光ピークよりも長波長になるように形成する。
具体的には、第2の層106(b2)に用いる第2の燐光発光物質は、第1の層106(b1)に用いる第1の燐光発光物質や、第3の層106(b3)に用いる第3の燐光発光物質よりも発光ピークが長波長である物質を用いることとする。なお、発光層(II)106bが有するこれらの3つの層に用いる燐光発光物質としては、公知の物質を用いることができ、その発光色は、青色(例えば、400nmと480nmとの間に発光スペクトルのピークを有する)、緑色(例えば、500nmと560nmとの間に発光スペクトルのピークを有する)、赤色(例えば、580nmと680nmとの間に発光スペクトルのピークを有する)、橙色、黄色など、上記の構成に合わせて適宜用いることができるものとする。
なお、発光層(II)106bにこのような構成を用いることにより、第2の層106(b2)において、第2の層106(b2)で生成される励起錯体から発光ピークが最も長波長である燐光発光物質へのエネルギー移動を効率良く行うことができ、また他の層への励起子の拡散を抑制できるため、発光層(II)106bにおける燐光発光の発光効率を高めることができる。なお、発光層(II)106bは、上述した3つの層のみで形成されていてもよいが、燐光発光物質を含まず励起錯体を形成することができる2種類の有機化合物を含む層をさらに有していても良い。
発光層(I)106aや発光層(II)106bにおいて、蛍光発光物質や燐光発光物質以外に用いるホスト材料などの有機化合物としては、主として10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する電子輸送性材料や、主として10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する正孔輸送性材料が挙げられる。但し、発光層(II)106bのうち燐光発光物質を含む層においては、各層毎に上記有機化合物のうちの励起錯体を形成しうる組み合わせである2種以上を用いることとする。
また、発光層(I)106aや発光層(II)106bにおいて、発光物質(蛍光発光物質や燐光発光物質)を、上記有機化合物に分散させた構成とすることにより、発光層における結晶化を抑制することができる。また、発光物質の濃度が高いことによる濃度消光を抑制し、発光素子の発光効率を高くすることができる。
また、発光層(II)106bにおいて、上記有機化合物のT1準位は、上記燐光発光物質のT1準位よりも高いことが好ましい。電子輸送性材料や正孔輸送性材料のT1準位が燐光発光物質のT1準位よりも低いと、発光に寄与する燐光発光物質の三重項励起エネルギーを電子輸送性材料や正孔輸送性材料が消光(クエンチ)してしまい、発光効率の低下を招くためである。
以上のような条件を満たす発光素子を作製することにより、蛍光発光と燐光発光が得られる発光素子を得ることができる。また、上述した材料を用いて作製された蛍光発光が得られる発光層(I)106aと燐光発光が得られる発光層(II)106bのそれぞれから得られる発光色の組み合わせ(「発光層(I)106aで得られる発光色\発光層(II)106bで得られる発光色」と示す)としては、例えば、「青色\緑色・赤色・緑色」、「青色\青色・赤色・緑色」、「青色\黄色・赤色・緑色」、「青色\緑色・赤色・黄色」、「青色\黄色・赤色・黄色」、「緑色\緑色・赤色・緑色」、「緑色\青色・赤色・緑色」、「緑色\黄色・赤色・緑色」、「緑色\緑色・赤色・黄色」、「緑色\黄色・赤色・黄色」、「赤色\緑色・赤色・緑色」、「赤色\青色・赤色・緑色」、「赤色\黄色・赤色・緑色」、「赤色\緑色・赤色・黄色」、「赤色\黄色・赤色・黄色」などが挙げられる。なお、発光層(I)106aと発光層(II)106bとの積層関係が逆になる場合も同様の組み合わせが可能である。
なお、通常、蛍光が得られる発光層と燐光が得られる発光層とを積層すると、燐光発光層で生じた三重項励起エネルギーが蛍光発光層のホスト材料に移動して無放射失活するため、発光効率の低下を引き起こすことが知られている。しかし、本発明の一態様で示す発光素子は、燐光発光層において形成される励起錯体から燐光発光物質へ三重項励起エネルギーが移動して発光が得られる構成であり、励起錯体から燐光発光物質以外への励起子の拡散が原理的に起こりにくい状況にあるため、蛍光発光だけでなく燐光発光も効率良く得ることができる。但し、本発明の一態様では、発光層(I)106aにおいて、TTAによる一重項励起状態を容易に生成できる構成を有していることから、発光層(II)106bにおいて生じた励起錯体からの三重項励起エネルギーの移動があった場合でも、これを蛍光発光に変換することが可能となる。
発光素子における各物質及び励起錯体のエネルギー準位の相関図を図12に示す。図中、SFHは発光層(I)106aにおけるホスト材料の一重項励起準位、TFHは発光層(I)106aにおけるホスト材料の三重項励起準位、SFGは発光層(I)106aにおけるゲスト材料(蛍光発光物質)の一重項励起準位、TFGは発光層(I)106aにおけるゲスト材料(蛍光発光物質)の三重項励起準位、SPHは発光層(II)106bにおけるホスト材料(第1の有機化合物又は第2の有機化合物)の一重項励起準位、TPHは発光層(II)106bにおけるホスト材料(第1の有機化合物又は第2の有機化合物)の三重項励起準位、Sは発光層(II)106bにおける励起錯体の一重項励起準位、Tは、発光層(II)106bにおける励起錯体の三重項励起準位、TPGは発光層(II)106bにおけるゲスト材料(燐光発光物質)の三重項励起準位である。
図12に示すように、発光層(I)106aでは、ホスト材料の三重項励起分子の衝突によりTTAが起こり、ホスト材料の三重項励起分子の一部が一重項励起分子に変換される(一部は熱失活する)。そして、このTTAにより生じたホスト材料の一重項励起状態(SFH)にあるエネルギーが、蛍光発光物質の一重項励起状態(SFG)に移動し、そのエネルギーが蛍光に変換される。
また、発光層(II)106bでは、励起錯体の励起準位(S、T)は、ホスト材料(第1の有機化合物及び第2の有機化合物)の励起準位(SPH、TPH)よりも小さいため、励起錯体からホスト材料への励起エネルギーの移動は起こらない。また、励起錯体から他の励起錯体へのエネルギー移動も起こらない。しかし、励起錯体の励起エネルギーがゲスト材料(燐光発光物質)に移動すると、発光に変換することができる。このように発光層(II)106bにおいては、三重項励起エネルギーの拡散がほとんどなく、発光に変換することができる。
従って、発光層(I)106aと発光層(II)106bが接している界面でのエネルギー移動が多少ある場合でも(例えば、該界面に存在する燐光発光物質のTPGからTFHやTFGへのエネルギー移動など)、発光層(I)106aと発光層(II)106bのどちらからも良好な効率で発光を得ることができる。また、発光層(I)106aでは、TTAによる三重項励起エネルギーによる一重項励起状態の生成が行われるため、界面におけるエネルギー移動が生じた場合であってもその一部が蛍光発光へ変換されるため、エネルギーの損失を抑制することが可能である。
次に、上記の発光素子を作製する上での具体例について説明する。
第1の電極(陽極)101および第2の電極(陰極)102には、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。具体的には、酸化インジウム−酸化スズ(Indium Tin Oxide)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)の他、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、マグネシウム(Mg)、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、その他グラフェン等を用いることができる。なお、第1の電極(陽極)101および第2の電極(陰極)102は、例えばスパッタリング法や蒸着法(真空蒸着法を含む)等により形成することができる。
正孔注入層104は、正孔輸送性の高い正孔輸送層105を介して発光層106に正孔を注入する層であり、正孔輸送性材料とアクセプター性物質を含む層である。正孔輸送性材料とアクセプター性物質を含むことで、アクセプター性物質により正孔輸送性材料から電子が引き抜かれて正孔(ホール)が発生し、正孔輸送層105を介して発光層106に正孔が注入される。なお、正孔輸送層105は、正孔輸送性材料を用いて形成される。
正孔注入層104および正孔輸送層105に用いる正孔輸送性材料としては、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またはα−NPD)や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’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等が挙げられる。その他、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−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)等のカルバゾール誘導体、等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
さらに、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)などの高分子化合物を用いることもできる。
また、正孔注入層104に用いるアクセプター性物質としては、元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化モリブデンが特に好ましい。
発光層106は、発光層(I)106aと発光層(II)106bが積層された層であり、これらの層についての構成は上述した通りである。
発光層(I)106aに用いる蛍光発光物質としては、下記の一重項励起エネルギーを発光に変える物質が挙げられる。
例えば、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−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−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)などが挙げられる。特に、1,6FLPAPrnや1,6mMemFLPAPrn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。
また、発光層(II)106bに用いる燐光発光物質としては、下記の三重項励起エネルギーを発光に変える物質が挙げられる。
例えば、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)、トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、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))、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))、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス{2−[4’−(パーフルオロフェニル)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(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、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))、(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))、(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)])、(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(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(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)(acac)])、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)、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))などが挙げられる。
なお、上記燐光発光物質に代えて、熱活性化遅延蛍光を示す熱活性化遅延蛍光(TADF)材料を用いることもできる。なお、TADF材料における遅延蛍光とは、通常の蛍光と同様のスペクトルを持ちながら、寿命が著しく長い発光をいう。その寿命は、10−6秒以上、好ましくは10−3秒以上である。
具体的なTADF材料としては、例えば、フラーレンやその誘導体、プロフラビン等のアクリジン誘導体、エオシン等が挙げられる。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、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)等が挙げられる。さらに、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(PIC−TRZ)等の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複素環化合物を用いることもできる。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ドナー性とπ電子不足型複素芳香環のアクセプター性が共に強くなり、S1とT1のエネルギー差が小さくなるため、特に好ましい。
発光層(I)106aに用いる有機化合物としては、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)等のアントラセン化合物が挙げられる。なお、アントラセン骨格を有する物質を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。特に、CzPA、cgDBCzPA、2mBnfPPA、PCzPAは非常に良好な特性を示すため、好ましい。
発光層(II)106bに用いる有機化合物である電子輸送性材料としては、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型複素芳香族化合物が好ましく、例えば、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−[4−(3,6−ジフェニル−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2CzPDBq−III)、7−[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:7mDBTPDBq−II)、及び、6−[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:6mDBTPDBq−II)等のキノキサリンないしはジベンゾキノキサリン誘導体が挙げられる。
また、発光層(II)106bに用いる有機化合物である正孔輸送性材料としては、π電子過剰型複素芳香族化合物(例えばカルバゾール誘導体やインドール誘導体)や芳香族アミン化合物が好ましく、例えば、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(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)、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’,4’’−トリス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:1’−TNATA)、2,7−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPA2SF)、N,N’−ビス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N,N’−ジフェニルベンゼン−1,3−ジアミン(略称:PCA2B)、N−(9,9−ジメチル−2−ジフェニルアミノ−9H−フルオレン−7−イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、N,N’,N’’−トリフェニル−N,N’,N’’−トリス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)ベンゼン−1,3,5−トリアミン(略称:PCA3B)、2−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:PCASF)、2−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPASF)、N,N’−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニル−9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジアミン(略称:YGA2F)、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)、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−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−N−{9,9−ジメチル−2−[N’−フェニル−N’−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)アミノ]−9H−フルオレン−7−イル}フェニルアミン(略称:DFLADFL)、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−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA1)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA2)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−(1−ナフチル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzTPN2)、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)が挙げられる。
電子輸送層107は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層107には、Alq、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、BAlq、Zn(BOX)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などの金属錯体を用いることができる。また、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:Bphen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)などの複素芳香族化合物も用いることができる。また、ポリ(2,5−ピリジンジイル)(略称:PPy)、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)のような高分子化合物を用いることもできる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層107として用いてもよい。
また、電子輸送層107は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が2層以上積層したものとしてもよい。
電子注入層108は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層108には、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiO)等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウム(ErF)のような希土類金属化合物を用いることができる。また、電子注入層108にエレクトライドを用いてもよい。該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、上述した電子輸送層107を構成する物質を用いることもできる。
また、電子注入層108に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層107を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
なお、上述した正孔注入層104、正孔輸送層105、発光層106(発光層(I)106a、発光層(II)106b)、電子輸送層107、電子注入層108は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
上述した発光素子は、第1の電極101および第2の電極102との間に生じた電位差によりキャリアが注入され、EL層103において正孔と電子とが再結合することにより発光する。そして、この発光は、第1の電極101および第2の電極102のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第1の電極101および第2の電極102のいずれか一方、または両方が透光性を有する電極となる。
以上、本実施の形態で説明した構造を有する発光素子を形成することにより、蛍光発光と燐光発光が得られる発光素子において、特に燐光発光の発光効率を高め、発光素子全体として発光効率の高い発光素子を得ることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができるものとする。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を有する発光装置の一例として、アクティブマトリクス型の発光装置について図2を用いて説明する。なお、本実施の形態に示す発光装置には、実施の形態1で説明した発光素子を適用することが可能である。
なお、図2(A)は発光装置を示す上面図であり、図2(B)は図2(A)を鎖線A−A’で切断した断面図である。本実施の形態に係るアクティブマトリクス型の発光装置は、素子基板201上に設けられた画素部202と、駆動回路部(ソース線駆動回路)203と、駆動回路部(ゲート線駆動回路)204a及び204bと、を有する。画素部202、駆動回路部203、及び駆動回路部204a及び204bは、シール材205によって、素子基板201と封止基板206との間に封止されている。
また、素子基板201上には、駆動回路部203、及び駆動回路部204a及び204bに外部からの信号(例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き回し配線207が設けられる。ここでは、外部入力端子としてFPC(フレキシブルプリントサーキット)208を設ける例を示している。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(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2(B)を用いて説明する。素子基板201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、ソース線駆動回路である駆動回路部203と、画素部202が示されている。
駆動回路部203はFET209とFET210とを組み合わせた構成について例示している。なお、駆動回路部203が有するFET209とFET210は、単極性(N型またはP型のいずれか一方のみ)のトランジスタを含む回路で形成されても良いし、N型のトランジスタとP型のトランジスタを含むCMOS回路で形成されても良い。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ー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。
また、画素部202はスイッチング用FET211と、電流制御用FET212と電流制御用FET212の配線(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された第1の電極(陽極)213とを含む複数の画素により形成される。また、本実施の形態においては、スイッチング用FET211と、電流制御用FET212との2つのFETにより画素部202を構成する例について示したが、これに限定されない。例えば、3つ以上のFETと、容量素子とを組み合わせた画素部202としてもよい。
FET209、210、211、212としては、例えば、スタガ型や逆スタガ型のトランジスタを適用することができる。FET209、210、211、212に用いることのできる半導体材料としては、例えば、IV族(ケイ素等)半導体、III族(ガリウム等)半導体、化合物半導体、酸化物半導体、有機半導体材料を用いることができる。また、該半導体材料の結晶性については、特に限定されず、例えば、非晶質半導体、または結晶性半導体を用いることができる。特に、FET209、210、211、212としては、酸化物半導体を用いると好ましい。該酸化物半導体としては、例えば、In−Ga酸化物、In−M−Zn酸化物(Mは、Al、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNd)等が挙げられる。FET209、210、211、212として、例えば、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、さらに好ましくは3eV以上の酸化物半導体材料を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
また、第1の電極213の端部を覆って絶縁物214が形成されている。ここでは、絶縁物214として、ポジ型の感光性アクリル樹脂を用いることにより形成する。また、本実施の形態においては、第1の電極213を陽極として用いる。
また、絶縁物214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のが好ましい。絶縁物214の形状を上記のように形成することで、絶縁物214の上層に形成される膜の被覆性を良好なものとすることができる。例えば、絶縁物214の材料として、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かを使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等を使用することができる。
第1の電極(陽極)213上には、EL層215及び第2の電極(陰極)216が積層形成されている。EL層215は、少なくとも発光層が設けられており、発光層は、実施の形態1で説明した積層構造を有する。また、EL層215には、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層等を適宜設けることができる。
なお、第1の電極(陽極)213、EL層215及び第2の電極(陰極)216との積層構造で、発光素子217が形成されている。第1の電極(陽極)213、EL層215及び第2の電極(陰極)216に用いる材料としては、実施の形態1に示す材料を用いることができる。また、ここでは図示しないが、第2の電極(陰極)216は外部入力端子であるFPC208に電気的に接続されている。
また、図2(B)に示す断面図では発光素子217を1つのみ図示しているが、画素部202において、本発明の一態様である発光素子を含む複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。なお、画素部202には、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子をそれぞれ選択的に形成し、フルカラー表示可能な発光装置を形成することができる。また、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子の他に、例えば、ホワイト(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)等の発光が得られる発光素子を形成してもよい。例えば、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子に上述の数種類の発光が得られる発光素子を追加することにより、色純度の向上、消費電力の低減等の効果が得ることができる。また、各発光色を狭線化させるべく、電極間での光の共振効果を利用した微小光共振器(マイクロキャビティー)構造を有する構成としても良い。また、カラーフィルタと組み合わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。さらに、本発明の一態様である発光素子の構成にタンデム構造を組み合わせた発光素子を適用しても良い。
さらに、シール材205で封止基板206を素子基板201と貼り合わせることにより、素子基板201、封止基板206、およびシール材205で囲まれた空間218に発光素子217が備えられた構造になっている。なお、空間218には、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材205で充填される構成も含むものとする。
なお、シール材205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206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。シール材としてガラスフリットを用いる場合には、接着性の観点から素子基板201及び封止基板206はガラス基板であることが好ましい。
以上のようにして、アクティブマトリクス型の発光装置を得ることができる。なお、本実施の形態では、発光装置の一例として、アクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、実施の形態1で説明した本発明の一態様である発光素子を適用したパッシブマトリクス型の発光装置を作製することもできる。
なお、アクティブマトリクス型の発光装置の場合において、トランジスタ(FET)の構造は、特に限定されない。例えば、スタガ型や逆スタガ型のFETを適宜用いることができる。また、FET基板に形成される駆動用回路についても、N型およびP型のFETからなるものでもよいし、N型のFETまたはP型のFETのいずれか一方のみからなるものであってもよい。さらに、FETに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。例えば、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜を用いることができる。また、半導体材料としては、IV族(ケイ素等)半導体、III族(ガリウム等)半導体、化合物半導体(酸化物半導体を含む)の他、有機半導体等を用いることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を適用して作製された発光装置を用いて完成させた様々な電子機器の一例について、図3を用いて説明する。
発光装置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、又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図3に示す。
図3(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7100は、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。表示部7103により、映像を表示することが可能であり、発光装置を表示部7103に用いることができる。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。
テレビジョン装置7100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7100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又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)又は双方向(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3(B)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、コンピュータは、発光装置をその表示部7203に用いることにより作製することができる。
図3(C)は、スマートウオッチであり、筐体7302、表示パネル7304、操作ボタン7311、7312、接続端子7313、バンド7321、留め金7322、等を有する。
ベゼル部分を兼ねる筐体7302に搭載された表示パネル7304は、非矩形状の表示領域を有している。表示パネル7304は、時刻を表すアイコン7305、その他のアイコン7306等を表示することができる。
なお、図3(C)に示すスマートウオッチは、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。
また、筐体7302の内部に、スピーカ、センサ(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)、マイクロフォン等を有することができる。なお、スマートウオッチは、発光装置をその表示パネル7304に用いることにより作製することができる。
図3(D)は、携帯電話機(スマートフォンを含む)の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に、表示部7402、マイク7406、スピーカ7405、カメラ7407、外部接続部7404、操作用ボタン7403などを備えている。また、本発明の一態様に係る発光素子を、可撓性を有する基板に形成した場合、図3(D)に示すような曲面を有する表示部7402に適用することが可能である。
図3(D)に示す携帯電話機7400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。また、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又は番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯電話機7400内部に、ジャイロセンサや加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯電話機7400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又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。
さらに、携帯電話機(スマートフォンを含む)の別の構成として、図3(D’−1)や図3(D’−2)のような構造を有する携帯電話機に適用することもできる。
なお、図3(D’−1)や図3(D’−2)のような構造を有する場合には、文字情報や画像情報などを筐体7500(1)、7500(2)の第1面7501(1)、7501(2)だけでなく、第2面7502(1)、7502(2)に表示させることができる。このような構造を有することにより、携帯電話機を胸ポケットに収納したままの状態で、第2面7502(1)、7502(2)などに表示された文字情報や画像情報などを使用者が容易に確認することができる。
以上のようにして、本発明の一態様である発光素子を含む発光装置を適用して電子機器を得ることができる。なお、適用できる電子機器は、本実施の形態に示したものに限らず、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を含む発光装置を適用した照明装置の一例について、図4を用いて説明する。
図4は、発光装置を室内の照明装置8001として用いた例である。なお、発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面を有する筐体を用いることで、発光領域が曲面を有する照明装置8002を形成することもできる。本実施の形態で示す発光装置に含まれる発光素子は薄膜状であり、筐体のデザインの自由度が高い。したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる。さらに、室内の壁面に大型の照明装置8003を備えても良い。
また、発光装置をテーブルの表面に用いることによりテーブルとしての機能を備えた照明装置8004とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光装置を用いることにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
以上のように、発光装置を適用した様々な照明装置が得られる。なお、これらの照明装置は本発明の一態様に含まれるものとする。
また、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子として発光素子1および比較のための比較発光素子2を作製し、それぞれの特性比較を行った。
発光素子1および比較発光素子2の素子構造については、蛍光発光が得られる発光層(I)と燐光発光が得られる発光層(II)をいずれも有しているが、発光層(II)の構成がそれぞれ異なる。しかし、その他は同じであるため、発光素子1を説明する図5(A)および比較発光素子2を説明する図5(B)は、共通の符号を用いて、まとめて説明する。なお、発光素子1の発光層(II)506bは、積層構造を有しており、第2の層506(b2)と第4の層506(b4)との間に形成される第3の層506(b3)が、第2の層506(b2)や第4の層506(b4)から得られる発光の発光ピークよりも長波長の発光ピークを示す構成を有する。また、本実施例で用いる材料の構造式と略称を以下に示す。
≪発光素子1および比較発光素子2の作製≫
第1の電極501は、陽極として機能する電極であり、屈折率が1.84のガラス製の基板500上にインジウム錫酸化物(ITO)をスパッタリング法により、110nmの膜厚で成膜し、形成した。電極面積は2mm×2mmとした。
ここで、前処理として、基板500の表面を水で洗浄した後、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、190℃で60分間の真空焼成を行った後、基板500を30分程度放冷した。
第1の電極501上には、EL層503、第2の電極502が順次形成される。なお、図5(A)に示すように発光素子1におけるEL層503には、正孔注入層504、正孔輸送層505、発光層506(発光層(I)506a、発光層(II)506b)、電子輸送層507、電子注入層508が含まれる。また、発光層(II)506bは、含まれる物質の異なる複数の層(506(b1)、506(b2)、506(b3)、506(b4))からなる積層構造を有する。また、図5(B)に示すように比較発光素子2における発光層506は、発光層(II)506b’の構成が発光素子1と異なる。従って、本実施の形態では、発光素子1と比較発光素子2の共通部分については、まとめて説明し、異なる部分のみを個別に説明することとする。
正孔注入層504は、真空蒸着装置内を10−4Paに減圧した後、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)と酸化モリブデン(VI)とを、DBT3P−II:酸化モリブデン=1:0.5(質量比)となるように共蒸着して第1の電極501上に形成した。共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。なお、発光素子1および比較発光素子2のいずれの場合も、膜厚を30nmとした。
正孔輸送層505は、正孔注入層504上にPCPPnを10nmの膜厚で蒸着して形成した。
発光層(I)506aは、正孔輸送層505上に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)、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)を、cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn=1:0.025(質量比)となるように共蒸着して形成した。膜厚は、10nmとした。
図5(A)に示す発光素子1の発光層(II)506bは、複数の層からなる積層構造を有し、具体的には第1の層506(b1)、第2の層506(b2)、第3の層506(b3)、第4の層506(b4)からなる積層構造を有する。なお、第2の層506(b2)、第3の層506(b3)、第4の層506(b4)は、いずれも励起錯体からのエネルギー移動に基づく燐光発光が得られる構成である。
第1の層506(b1)は、発光層(I)506a上に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)、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)を、2mDBTBPDBq−II:PCBBiF=0.2:0.8(質量比)となるよう共蒸着して形成した。膜厚は、2nmとした。
第2の層506(b2)は、第1の層506(b1)上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、(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)])を、2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)]=0.1:0.9:0.06(質量比)となるよう共蒸着して形成した。膜厚は、5nmとした。
第3の層506(b3)は、第2の層506(b2)上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、ビス{4,6−ジメチル−2−[5−(2,6−ジメチルフェニル)−3−(3,5−ジメチルフェニル)−2−ピラジニル−κN]フェニル−κC}(2,4−ペンタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmdppr−dmp)(acac)])を、2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(dmdppr−dmp)(acac)]=0.1:0.9:0.03(質量比)となるよう共蒸着して形成した。膜厚は、5nmとした。
第4の層506(b4)は、第3の層506(b3)上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、[Ir(tBuppm)(acac)]を、2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)]=0.8:0.2:0.06(質量比)となるよう共蒸着して形成した。膜厚は、20nmとした。
図5(B)に示す比較発光素子2の発光層(II)506b’は、複数の層からなる積層構造を有し、具体的には第1の層506(b1)、第2の層506(b2’)、第3の層506(b3’)からなる積層構造を有する。なお、第1の層506(b1)については、発光素子1における第1の層506(b1)と同じであるので同様に作製すればよく、説明は省略する。
第2の層506(b2’)は、第1の層506(b1)上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、[Ir(dmdppr−dmp)(acac)]を、2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(dmdppr−dmp)(acac)]=0.1:0.9:0.06(質量比)となるよう共蒸着して形成した。膜厚は、5nmとした。
第3の層506(b3’)は、第2の層506(b2’)上に2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、[Ir(tBuppm)(acac)]を、2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)]=0.8:0.2:0.06(質量比)となるよう共蒸着して形成した。膜厚は、20nmとした。
電子輸送層507は、発光層(II)(506b、506b’)上に2mDBTBPDBq−IIを15nmの膜厚で蒸着した後、Bphen(略称)を15nmの膜厚で蒸着して形成した。
電子注入層508は、電子輸送層507上にフッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚で蒸着して形成した。
第2の電極502は、陰極として機能する電極であり、電子注入層508上に銀(Ag)とマグネシウム(Mg)とを1:0.5(質量比)で共蒸着して1nmの膜厚で形成した後、銀をスパッタリング法により150nmの膜厚で成膜して形成した。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
なお、図5には示さないが、作製した発光素子1および比較発光素子2は、大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した(具体的に、シール材を素子の周囲に塗布し、365nmの紫外光を6J/cm照射し、及び80℃にて1時間熱処理した。)。
以上により得られた発光素子1および比較発光素子2の素子構造を表1に示す。但し、発光素子1における発光層(I)506aについては、表中の*で示し、発光層(II)506bに含まれる第1の層506(b1)については、表中の*で示し、第2の層506(b2)については、表中の*で示し、第3の層506(b3)については、表中の*で示し、第4の層506(b4)については、表中の*で示す。また、比較発光素子2における第1の層506(b1)については、表中の*で示し、第2の層506(b2’)については、表中の*で示し、第3の層506(b3’)については、表中の*で示す。
≪発光素子1および比較発光素子2の素子特性≫
まず、作製した発光素子1および比較発光素子2に対し、屈折率2.0の半球型のレンズを、光が放出される側の基板表面に屈折率1.78の接触液を用いて接着した。これらの素子特性について、室温(25℃に保たれた雰囲気)で積分球を用いて全光束を測定した結果を以下の表2に示す。なお、表2に示す結果は、1000cd/m付近における発光素子1および比較発光素子2の主な初期特性値である。
上記結果から、本実施例で作製した発光素子1は、比較発光素子2に比べて高い外部量子効率を示すことがわかった。また、相関色温度もJIS規格に定められている室内用照明の規定範囲(具体的には、相関色温度が2600K〜7100K)にある電球色発光(2600K〜3250K)を示すという結果が得られた。
また、発光素子1および比較発光素子2に3.75mA/cmの電流密度で電流を流した際の駆動初期の発光スペクトルを、図6に示す。図6に示す通り、発光素子1および比較発光素子2の発光スペクトルは、いずれも470nm付近、547nm付近、613nm付近にピークを有しており、発光層(I)506aから得られる蛍光発光、および発光層(II)(506b、506b’)から得られる燐光発光に由来していることが示唆される。
なお、発光素子1と比較発光素子2を比較した際の外部量子効率の差は、発光素子1における発光層(II)506bの積層構造に起因するものと考えられる。これは、図6において、発光素子1の547nm付近および613nm付近に発光ピークを有する緑色および赤色発光の強度が、比較発光素子2の強度に比べて大きくなっていることで説明できる。
すなわち、発光素子1は、発光層(II)506bにおいて、第2の層506(b2)と第4の層506(b4)との間に形成される第3の層506(b3)が、第2の層506(b2)や第4の層506(b4)から得られる発光の発光ピークよりも長波長の発光ピークを示すように形成されており、この結果、第3の層506(b3)で生成される励起子が他の層へ拡散するのを抑制できるため発光効率が上がったものと考えられる。
さらに、図6において、発光素子1の470nm付近に発光ピークを有する青色発光の強度が、比較発光素子2の強度に比べて小さくなっていることに関しては、発光層(II)506bにおける燐光発光が上記の理由により効率良く行われるようになり、発光層(I)506aへのエネルギー移動の確率が低くなったためであると説明することができる。
これらの結果として、発光素子1の蛍光発光と燐光発光との発光比率における燐光発光の割合が、比較発光素子2に比べて高くなり、外部量子効率が高くなったものと考えられる。
また、発光素子1についての信頼性試験の結果を図7に示す。図7において、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%)を示し、横軸は素子の駆動時間(h)を示す。なお、信頼性試験は、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で発光素子1を駆動させた。その結果、発光素子1は、長寿命な発光素子であることがわかった。
また、本実施例で作製した発光素子1と同じ構成の素子を屈折率1.84の基板上に、発光面積が90mm×90mmとなるように形成し、基板の光が放出される側の面をフロスト加工することにより、発光面積が90mm×90mmの照明装置を作製した。なお、陽極のITOの膜厚は70nmとした。また、作製した照明装置は、輝度1000cd/m付近において平均演色性評価数Raが84と良好であり、パワー効率も92lm/Wと非常に高い効率を示した。また、この照明装置は色温度2800Kであり電球色の規格に合致した特性を示している。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子として発光素子3を作製し、特性評価を行った。なお、発光素子3は、実施例1で示した発光素子1と同じ構造を有しており、図5(A)で示したように発光層(I)506aは、蛍光発光が得られる発光層であり、発光層(II)506bは、燐光発光が得られる発光層である。また、発光層(II)506bは、積層構造を有しており、第2の層506(b2)と第4の層506(b4)との間に形成される第3の層506(b3)が、第2の層506(b2)や第4の層506(b4)から得られる発光の発光ピークよりも長波長の発光ピークを示すように形成されている。また、本実施例で用いる材料の構造式と略称を以下に示す。
≪発光素子3の作製≫
第1の電極501は、陽極として機能する電極であり、屈折率1.84のガラス製の基板500上に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、70nmの膜厚で成膜し、形成した。電極面積は81cmとした。また、基板の光が放出される側の面はフロスト加工した。
本実施例で示す発光素子3は、実施例1で示す発光素子1および比較発光素子2に対して電極面積が異なるのみで作製方法などは共通であるため、発光素子3の特徴となる素子構成について以下の表3に示すこととし、詳細な説明は省略する。なお、発光層(I)506aおよび発光層(II)506bのうち、発光層(I)506aは、蛍光発光が得られる構成であり、発光層(II)506bに含まれる第2の層506(b2)、第3の層506(b3)、第4の層506(b4)は、発光素子1と同様にいずれも励起錯体からのエネルギー移動に基づく燐光発光が得られる構成である。また、表3中、発光素子3における発光層(I)506aについては、表中の*で示し、発光層(II)506bに含まれる第1の層506(b1)については、表中の*で示し、第2の層506(b2)については、表中の*で示し、第3の層506(b3)については、表中の*で示し、第4の層506(b4)については、表中の*で示す。
≪発光素子3の素子特性≫
作製した発光素子3の素子特性について、室温(25℃に保たれた雰囲気)で測定した結果を図8および以下の表4に示す。なお、表4に示す結果は、1000cd/m付近における発光素子3の主な初期特性値である。
上記結果から、本実施例で作製した発光素子3は、実施例1で示した発光素子1と同様に高い外部量子効率を示すことがわかった。また、相関色温度もJIS規格に定められている室内用照明の規定範囲(具体的には、相関色温度が2600K〜7100K)にある電球色発(2600K〜3250K)光を示すという結果が得られた。
また、発光素子3に1.2mA/cmの電流密度で電流を流した際の駆動初期の発光スペクトルを、図9に示す。図9に示す通り、発光素子3の発光スペクトルは、470nm付近、547nm付近、613nm付近にピークを有しており、発光層(I)506aから得られる蛍光発光、および発光層(II)506bから得られる燐光発光に由来していることが示唆される。
また、本実施例で示す発光素子3は、470nm付近に発光ピークを有する青色発光の強度に比べて、613nm付近に発光ピークを有する赤色発光の強度が非常に大きい。従って、発光素子3の発光層(II)506bにおいて、第2の層506(b2)と第4の層506(b4)との間に形成される第3の層506(b3)において生成される励起子の他の層への拡散を抑えられて、蛍光発光と燐光発光との発光比率における燐光発光の割合が高くなり、外部量子効率が高くなったものと考えられる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子として発光素子4を作製し、特性評価を行った。なお、発光素子4は、実施例1で示した発光素子1と類似の構造を有しており、図5(A)で示したように発光層(I)506aは、蛍光発光が得られる発光層であり、発光層(II)506bは、燐光発光が得られる発光層である。また、発光層(II)506bは、積層構造を有しており、第2の層506(b2)と第4の層506(b4)との間に形成される第3の層506(b3)が、第2の層506(b2)や第4の層506(b4)から得られる発光の発光ピークよりも長波長の発光ピークを示すように形成されている。また、本実施例で用いる材料の構造式と略称を以下に示す。
≪発光素子4の作製≫
第1の電極501は、陽極として機能する電極であり、ガラス製の基板500上に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、110nmの膜厚で成膜し、形成した。電極面積は2mm×2mmとした。
本実施例で示す発光素子4は、実施例1で示す発光素子1と作製方法などは共通であるため、発光素子4の特徴となる素子構成について以下の表5に示すこととし、詳細な説明は省略する。なお、発光素子4の発光層(I)506aおよび発光層(II)506bのうち、発光層(I)506aは、蛍光発光が得られる構成であり、発光層(II)506bに含まれる第2の層506(b2)、第3の層506(b3)、第4の層506(b4)は、励起錯体からのエネルギー移動に基づく燐光発光が得られる構成である。また、表5中、発光素子4の発光層(I)506aについては、表中の*で示し、発光層(II)506bに含まれる第1の層506(b1)については、表中の*で示し、第2の層506(b2)については、表中の*で示し、第3の層506(b3)については、表中の*で示し、第4の層506(b4)については、表中の*で示す。
≪発光素子4の素子特性≫
作製した発光素子4の素子特性について、室温(25℃に保たれた雰囲気)で測定した結果を図10および以下の表6に示す。なお、表6に示す結果は、1000cd/m付近における発光素子4の主な初期特性値である。
上記結果から、本実施例で作製した発光素子4は、高い外部量子効率を示すことがわかった。また、相関色温度もJIS規格に定められている室内用照明の規定範囲(具体的には、相関色温度が2600K〜7100K)にある電球色発光(2600K〜3250K)を示すという結果が得られた。
また、発光素子4に3.75mA/cmの電流密度で電流を流した際の駆動初期の発光スペクトルを、図11に示す。図11に示す通り、発光素子4の発光スペクトルは、469nm付近、550nm付近、611nm付近にピークを有しており、発光層(I)506aから得られる蛍光発光、および発光層(II)506bから得られる燐光発光に由来していることが示唆される。
また、本実施例で示す発光素子4は、469nm付近に発光ピークを有する青色発光の強度に比べて、611nm付近に発光ピークを有する赤色発光の強度が非常に大きい。従って、発光素子4の発光層(II)506bにおいて、第2の層506(b2)と第4の層506(b4)との間に形成される第3の層506(b3)において生成される励起子の他の層への拡散を抑えられて、蛍光発光と燐光発光との発光比率における燐光発光の割合が高くなり、外部量子効率が高くなったものと考えられる。
また、本実施例で作製した発光素子4と同じ構成の素子を屈折率1.84の基板上に、発光面積が90mm×90mmとなるように形成し、基板の光が放出される側の面をフロスト加工することにより、発光面積が90mm×90mmの照明装置を作製した。なお、陽極にはITOを用い、その厚さは70nmとした。また、作製した照明装置は、輝度1000cd/m付近において平均演色性評価数Raが83と良好であり、パワー効率も81lm/Wと高い効率を示した。また、この照明装置は色温度が3200Kであり、温白色の規格に合致した特性を示している。
101 第1の電極
102 第2の電極
103 EL層
104 正孔注入層
105 正孔輸送層
106 発光層
106a 発光層(I)、106b 発光層(II)
106(b1) 第1の層
106(b2) 第2の層
106(b3) 第3の層
107 電子輸送層
108 電子注入層
201 素子基板
202 画素部
203 駆動回路部(ソース線駆動回路)
204a、204b 駆動回路部(ゲート線駆動回路)
205 シール材
206 封止基板
207 配線
208 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
209 FET
210 FET
211 スイッチング用FET
212 電流制御用FET
213 第1の電極(陽極)
214 絶縁物
215 EL層
216 第2の電極(陰極)
217 発光素子
218 空間
500 基板
501 第1の電極
502 第2の電極
503 EL層
504 正孔注入層
505 正孔輸送層
506 発光層
506a 発光層(I)、506b 発光層(II)
506(b1) 第1の層
506(b2) 第2の層
506(b3) 第3の層
506(b4) 第4の層
506b’ 発光層(II)
506(b2’) 第2の層
506(b3’) 第3の層
507 電子輸送層
508 電子注入層
7100 テレビジョン装置
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
7302 筐体
7304 表示パネル
7305 時刻を表すアイコン
7306 その他のアイコン
7311 操作ボタン
7312 操作ボタン
7313 接続端子
7321 バンド
7322 留め金
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作用ボタン
7404 外部接続部
7405 スピーカ
7406 マイク
7407 カメラ
7500(1)、7500(2) 筐体
7501(1)、7501(2) 第1面
7502(1)、7502(2) 第2面
8001 照明装置
8002 照明装置
8003 照明装置
8004 照明装置

Claims (12)

  1. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を有する積層構造を少なくとも有し、
    前記第2の発光層は、励起錯体を形成する層を複数含み、
    前記励起錯体を形成する層は、2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  2. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第2の発光層は、励起錯体を形成する層を複数含み、
    前記励起錯体を形成する層は、2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  3. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、
    前記複数の層は、同一の材料を用いて形成された2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  4. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、
    前記複数の層は、いずれも共通する有機化合物を1種または複数種含み、かつ2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  5. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第1の発光層は、蛍光発光物質を含み、
    前記第2の発光層は、燐光発光物質を含む層を複数含み、
    前記燐光発光物質を含む層は、2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  6. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第1の発光層は、蛍光発光物質と、前記蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、
    前記第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、
    前記複数の層は、2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  7. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第1の発光層は、蛍光発光物質と、前記蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、
    前記第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、
    前記複数の層は、同一の材料を用いて形成された2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  8. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第1の発光層は、蛍光発光物質と、前記蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、
    前記第2の発光層は、励起錯体を形成する物質と燐光発光物質とを含む複数の層を含み、
    前記複数の層は、いずれも共通する有機化合物を1種または複数種含み、かつ2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  9. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、蛍光発光を呈する第1の発光層と燐光発光を呈する第2の発光層を接してなる積層構造を少なくとも有し、
    前記第1の発光層は、蛍光発光物質と、前記蛍光発光物質よりもT1準位が低いホスト材料を含み、
    前記第2の発光層は、燐光発光物質を含む層を複数含み、
    前記燐光発光物質を含む層は、2つの層の間に、前記2つの層からそれぞれ得られる発光ピークよりも長波長な発光ピークを示す層が接する積層構造を有することを特徴とする発光素子。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の発光素子を用いた発光装置。
  11. 請求項10に記載の発光装置を用いた電子機器。
  12. 請求項10に記載の発光装置を用いた照明装置。
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