説明

発光素子、発光装置、表示装置および電子機器

【課題】燐光を発光する燐光発光層と、蛍光を発光する蛍光発光層とを、低電圧の駆動であっても効率よく発光させることができる発光素子、この発光素子を備える発光装置、表示装置および電子機器を提供すること。
【解決手段】発光素子1は、陽極3と、陰極7と、陽極3と陰極7との間に設けられ、陽極3と陰極7との間に通電することにより燐光を発光する第1の燐光発光層43、および蛍光を発光する蛍光発光層61と、第1の燐光発光層43と蛍光発光層61との間に設けられた中間層5とを有し、中間層5は、互いに接触する正孔輸送層52および電子輸送層51を備え、この電子輸送層51が陽極3側に、正孔輸送層52が陰極7側に位置することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子、発光装置、表示装置および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
有機エレクトロルミネッセンス素子(いわゆる有機EL素子)は、陽極と陰極との間に少なくとも1層の発光性有機層を介挿した構造を有する発光素子である。このような発光素子では、陰極と陽極との間に電界が印加されることにより、発光層に対して陰極側から電子が注入されるとともに陽極側から正孔が注入され、発光層中で電子と正孔が再結合することにより励起子が生成し、この励起子が基底状態に戻る際に、そのエネルギー分が光として放出される。
このような発光素子としては、例えば、陰極と陽極との間に、燐光を発光する燐光発光層と、蛍光を発光する蛍光発光層とを含む2層以上の発光層を有するものが知られている。
【0003】
ところが、かかる構成の発光素子において、これら燐光発光層と蛍光発光層とを互いに接触するように積層すると、燐光発光層の三重項エネルギーが蛍光発光層側に移動し、その後に、発光のためのエネルギーとして寄与することなく失活してしまうため、十分な発光効率を得ることができなかった。
そこで、上記のような三重項エネルギーの移動を防止または抑制することを目的に、これら燐光発光層と蛍光発光層との間に、電子輸送性材料と正孔輸送性材料との双方を含有する1層の中間層や、燐光発光層および蛍光発光層との三重項エネルギーの関係を考慮した中間層を設けることが提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、これら中間層を設けると、発光素子の駆動電圧が上昇したり、燐光発光層および蛍光発光層のいずれか一方を効率よく発光させることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006−172762号公報
【特許文献2】WO2008/123178号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、燐光を発光する燐光発光層と、蛍光を発光する蛍光発光層とを、低電圧の駆動であっても効率よく発光させることができる発光素子、この発光素子を備える発光装置、表示装置および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の発光素子は、陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられ、これら電極に通電することにより燐光を発光する燐光発光層、および蛍光を発光する蛍光発光層と、
前記燐光発光層と前記蛍光発光層との間に設けられた中間層とを有し、
前記中間層は、互いに接触する正孔輸送層および電子輸送層を備え、前記電子輸送層が前記陽極側に、前記正孔輸送層が前記陰極側に位置することを特徴とする。
このような本発明の発光素子によれば、燐光を発光する燐光発光層と、蛍光を発光する蛍光発光層とを、低電圧の駆動であっても効率よく発光させることができる。
【0007】
本発明の発光素子では、前記燐光発光層は、前記陽極と前記中間層との間に位置し、前記蛍光発光層は、前記陰極と前記中間層との間に位置することが好ましい。
ここで、各発光層で発光した光を効率よく取り出すには、光路長を調整する必要があり、その場合、陰極に短波長のものを、陽極側に長波長のものを配置することにより、光の取り出し効率の向上を図ることができる。また、短波長(特に、青色)の光を発光する発光材料としては、一般的に、蛍光を発光するものの方が、発光色、発光効率および寿命ともに、燐光を発光するものよりも優れているため、蛍光発光層および燐光発光層の位置関係を上記のようにすることで、各発光層をより確実に発光させることができるとともに、発光した光の取り出し効率の向上を図ることができる。
【0008】
本発明の発光素子では、前記正孔輸送層の三重項エネルギーおよび前記電子輸送層の三重項エネルギーは、ともに前記燐光発光層の三重項エネルギーよりも大きいことが好ましい。
これにより、燐光発光層の三重項エネルギーが蛍光発光層側に移動し、その結果、かかる三重項エネルギーが発光のためのエネルギーとして寄与することなく失活してしまうのを的確に抑制または防止することができる。そのため、発光素子は、特に優れた発光効率を発揮するものとなる。
【0009】
本発明の発光素子では、前記正孔輸送層は、その平均膜厚が2nm以上、10nm以下のものであることが好ましい。
これにより、電子輸送層側から注入された正孔の蛍光発光層側への輸送効率が低下してしまうのを確実に防止しつつ、トンネル効果による正孔輸送層を介した蛍光発光層から電子輸送層への電子の注入効率の低下を確実に防止することができる。
【0010】
本発明の発光素子では、前記電子輸送層は、その平均膜厚が2nm以上、10nm以下のものであることが好ましい。
これにより、正孔輸送層側から注入された電子の燐光発光層側への輸送効率が低下してしまうのを確実に防止しつつ、トンネル効果による電子輸送層を介した燐光発光層から電子輸送層への正孔の注入効率の低下を確実に防止することができる。
本発明の発光素子では、前記正孔輸送層と前記電子輸送層との膜厚の和は、15nm以下のものであることが好ましい。
これにより、発光素子の駆動電圧が高くなるのをより確実に防止しつつ、燐光発光層と蛍光発光層とを、効率よく発光させることができる。
【0011】
本発明の発光素子では、前記陽極と前記燐光発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより燐光を発光する第2の燐光発光層を有することが好ましい。
これにより、第1の燐光発光層、第2の燐光発光層および蛍光発光層をバランスよく発光させることができる。また、例えば、これらの発光層の発光色を赤色、緑色および青色とすることにより、白色発光の発光素子を実現することができる。
【0012】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子を備えることを特徴とする。
これにより、一定電流での長時間駆動においても、駆動電圧の上昇を抑えることができる発光装置を提供することができる。
本発明の表示装置は、本発明の発光装置を備えることを特徴とする。
これにより、安定した駆動が可能で、信頼性に優れた表示装置を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の表示装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の好適な実施形態にかかる発光素子の縦断面を模式的に示す図である。
【図2】本発明の表示装置を適用したディスプレイ装置の実施形態を示す縦断面図である。
【図3】本発明の電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【図4】本発明の電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
【図5】本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の発光素子、発光装置、表示装置および電子機器を添付図面に示す好適な実施形態について説明する。
(発光素子)
図1は、本発明の好適な実施形態にかかる発光素子の縦断面を模式的に示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
【0015】
発光素子(エレクトロルミネッセンス素子)1は、陽極3と、第1の発光部(第1の発光ユニット)4と、中間層5と、第2の発光部(第2の発光ユニット)6と、陰極7とがこの順に積層されてなるものである。
言い換えすれば、発光素子1は、第1の発光部4と中間層5と第2の発光部6とがこの順に積層で積層された積層体15が2つの電極間(陽極3と陰極7との間)に介挿されて構成されている。
【0016】
また、第1の発光部4は、陽極3側から陰極7側に、正孔輸送層41と第2の燐光発光層(燐光発光層)42と第1の燐光発光層43とがこの順で積層された積層体であり、第2の発光部6は、陽極3側から陰極7側に、蛍光発光層61と電子輸送層62とがこの順で積層された積層体である。
そして、発光素子1は、その全体が基板2上に設けられるとともに、封止部材8で封止されている。
【0017】
このような発光素子1にあっては、陽極3と陰極7との間に駆動電圧が印加されることにより、陽極3から正孔が供給(注入)されるとともに、陰極7から電子が供給(注入)される。これにより、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42に対し、正孔輸送層41を介して正孔が、中間層5を介して電子がそれぞれ供給され、蛍光発光層61に対し、中間層5を介して正孔が、電子輸送層62を介して電子が供給される。その結果、各発光層では、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、エキシトンが基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光や燐光)を放出(発光)する。
このようにして、第1の燐光発光層43、第2の燐光発光層42および蛍光発光層61をそれぞれ発光させることができる。そのため、このような発光素子1は、発光層が1層のみの発光素子に比較して、発光効率を向上させるとともに、駆動電圧を低減することができる。
【0018】
特に、発光素子1では、さらに、第1の燐光発光層43と蛍光発光層61との間に後述する中間層5が位置し、この中間層5により第1の燐光発光層43から蛍光発光層61へのエネルギーの漏出を的確に抑制または防止し得るため発光効率に優れた発光素子1とすることができる。
また、このような発光素子1では、例えば、これらの発光層42、43、61の発光色を、それぞれ、赤色、緑色および青色とすることにより、白色発光の発光素子1を実現することができる。
【0019】
基板2は、陽極3を支持するものである。本実施形態の発光素子1は、基板2側から光を取り出す構成(ボトムエミッション型)であるため、基板2および陽極3は、それぞれ、実質的に透明(無色透明、着色透明または半透明)とされている。
基板2の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような基板2の平均厚さは、特に限定されないが、0.1mm以上、30mm以下であるのが好ましく、0.1mm以上、10mm以下であるのがより好ましい。
【0020】
なお、発光素子1が基板2と反対側から光を取り出す構成(トップエミッション型)の場合、基板2には、透明基板および不透明基板のいずれも用いることができる。
不透明基板としては、例えば、アルミナのようなセラミックス材料で構成された基板、ステンレス鋼のような金属基板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成したもの、樹脂材料で構成された基板等が挙げられる。
【0021】
この基板2上に、発光素子1が形成されている。以下、発光素子1を構成する各部を順次説明する。
[陽極3]
陽極3は、後述する第1の発光部4に正孔を注入する電極である。この陽極3の構成材料としては、仕事関数が大きく、導電性に優れる材料を用いるのが好ましい。
【0022】
陽極3の構成材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In、SnO、Sb含有SnO、Al含有ZnO等の酸化物、Au、Pt、Ag、Cuまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような陽極3の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上、200nm以下であるのが好ましく、50nm以上、150nm以下であるのがより好ましい。
【0023】
[第1の発光部]
第1の発光部4は、上述したように、正孔輸送層41と第2の燐光発光層42とを有している。
かかる構成の第1の発光部4において、第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43に対して、正孔輸送層41側から正孔が中間層5側から電子が、それぞれ供給(注入)されると、第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43では、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、エキシトンが基底状態に戻る際にエネルギー(燐光)を放出するため、第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43がそれぞれ燐光を発光する。
【0024】
以下、かかる第1の発光部4を構成する各層について、順次、説明する。
(正孔輸送層)
正孔輸送層41は、陽極3から注入された正孔を第2の燐光発光層42まで輸送する機能を有するものである。
この正孔輸送層41の構成材料には、各種p型の高分子材料や、各種p型の低分子材料を単独または組み合わせて用いることができ、例えば、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)等のテトラアリールベンジジン誘導体、4,4’,4”−トリス(N−カルバゾリル)−トリフェニルアミン(TCTA)、4,4’,4”−トリス(N−フェニル−N−m−トリルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)のようなトリフェニルアミン化合物、テトラアリールジアミノフルオレン化合物またはそれらの誘導体(アミン系化合物)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0025】
上述した中でも、正孔輸送性材料は、トリフェニルアミン化合物またはその誘導体であることがより好ましい。これにより、陽極から正孔輸送層41に効率よく正孔が注入されるとともに、正孔を第2の燐光発光層42に効率よく輸送することができる。
このような正孔輸送層41の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上、150nm以下であるのが好ましく、10nm以上、100nm以下であるのがより好ましい。
【0026】
(第2の燐光発光層)
この第2の燐光発光層42は、燐光材料を含んで構成されている。
燐光材料は、陰極7側から電子が供給(注入)されるとともに、陽極3側から正孔が供給(注入)されることにより、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、三重項励起状態となっているエキシトンが基底状態に戻る際に三重項エネルギーを燐光として放出するものである。
【0027】
このような燐光材料としては、特に限定されず、第2の燐光発光層42に発光させるべき発光色に応じて適宜選択され、各種燐光材料を1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
具体的には、赤色の燐光材料としては、例えば、イリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウム等の金属錯体が挙げられ、これら金属錯体の配位子の内の少なくとも1つがフェニルピリジン骨格、ビピリジル骨格、ポルフィリン骨格等を持つものも挙げられる。より具体的には、トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム(Ir(piq)3)、下記式(1)で表わされるビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジネート−N,C’]イリジウム(アセチルアセトネート)(btp2Ir(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−12H,23H−ポルフィリン−白金(II)、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジネート−N,C’]イリジウム、ビス(2−フェニルピリジン)イリジウム(アセチルアセトネート)が挙げられる。
【0028】
【化1】

【0029】
青色の燐光材料としては、例えば、イリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウム等の金属錯体が挙げられる。より具体的には、ビス[4,6−ジフルオロフェニルピリジネート−N,C’]−ピコリネート−イリジウム、トリス[2−(2,4−ジフルオロフェニル)ピリジネート−N,C’]イリジウム、ビス[2−(3,5−トリフルオロメチル)ピリジネート−N,C’]−ピコリネート−イリジウム、ビス(4,6−ジフルオロフェニルピリジネート−N,C’)イリジウム(アセチルアセトネート)が挙げられる。
【0030】
緑色の燐光材料としては、例えば、イリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウム等の金属錯体が挙げられる。中でも、これら金属錯体の配位子の内の少なくとも1つが、フェニルピリジン骨格、ビピリジル骨格、ポルフィリン骨格等を持つものが好ましい。より具体的には、下記式(2)で表わされるファク−トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy)3)、ビス(2−フェニルピリジネート−N,C2’)イリジウム(アセチルアセトネート)、ファク−トリス[5−フルオロ−2−(5−トリフルオロメチル−2−ピリジン)フェニル−C,N]イリジウムが挙げられる。
【0031】
【化2】

【0032】
また、第2の燐光発光層42は、上述した燐光材料に加え、この燐光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料を含んで構成されていてもよい。このような第2の燐光発光層42は、例えば、ゲスト材料である燐光材料をドーパントとしてホスト材料にドープすることにより形成することができる。
このホスト材料は、正孔と電子とを再結合して励起子を生成するとともに、その励起子のエネルギーを燐光材料に移動(フェルスター移動またはデクスター移動)させて、燐光材料を励起する機能を有する。
【0033】
このようなホスト材料としては、例えば、3−フェニル−4−(1’−ナフチル)−5−フェニルカルバゾール、下記式(3)で表わされる4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)等のカルバゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアゾール誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)、ビス−(2−メチル−8−キノリノラト)−4−(フェニルフェノラト)アルミニウム等のキノリノラト系金属錯体、N−ジカルバゾリル−3,5−ベンゼン、ポリ(9−ビニルカルバゾール)、4,4’,4’’−トリス(9−カルバゾリル)トリフェニルアミン、4,4’−ビス(9−カルバゾリル)−2,2’−ジメチルビフェニル等のカルバリゾル基含有化合物、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることもできる。
【0034】
【化3】

【0035】
前述したような燐光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、第2の燐光発光層42中における燐光材料の含有量(ドープ量)は、0.1〜30wt%であるのが好ましく、0.5〜20wt%であるのがより好ましい。燐光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
また、第2の燐光発光層42の平均厚さは、30nm以上100nm以下であるのが好ましく、30nm以上70nm以下であるのがより好ましく、30nm以上50nm以下であるのがさらに好ましい。これにより、第2の燐光発光層42の厚さが厚くなりすぎるのを防止し、その結果、発光素子1の初期の駆動電圧が大きくなるのを防止することができる。すなわち、発光素子1の低駆動電圧化を図ることができる。
【0036】
(第1の燐光発光層)
この第1の燐光発光層(燐光発光層)43は、燐光材料を含んで構成されている。
本実施形態では、第1の燐光発光層43は、前述した第2の燐光発光層42に接している。これにより、第1の発光部4における正孔および電子の再結合領域内に第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42の双方を簡単に存在させることができる。そのため、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42の双方を簡単に発光させることができる。
【0037】
このような燐光材料としては、特に限定されず、上述した第2の燐光発光層42と同様の燐光材料を用いることができる。なお、第1の燐光発光層43に用いる発光材料は、第2の燐光発光層42の発光材料と同一であってもよいし、異なるものであってもよい。また、第1の燐光発光層43の発光色は、前述した第2の燐光発光層42の発光色と同じであっても異なっていてもよい。
また、第1の燐光発光層43は、燐光材料に加え、この燐光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料とを含んで構成されていてもよい。
【0038】
前述したような燐光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、第1の燐光発光層43中における発光材料の含有量(ドープ量)は、0.1wt%以上、30wt%以下であるのが好ましく、0.5wt%以上、20wt%以下であるのがより好ましい。発光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
また、第1の燐光発光層43の発光のピーク波長は、前述した第2の燐光発光層42の発光のピーク波長よりも短いのが好ましい。これにより、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42をバランスよく発光させることができる。
【0039】
また、第1の燐光発光層43の平均厚さは、特に限定されないが、5nm以上、50nm以下であるのが好ましく、5nm以上、40nm以下であるのがより好ましく、5nm以上、30nm以下であるのがさらに好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧を抑えるとともに、第1の燐光発光層43を効率的に発光させることができる。特に、本実施形態のように第2の燐光発光層42と第1の燐光発光層43とが積層されている場合において、第1の燐光発光層43の厚さを比較的薄くすることにより、正孔および電子の再結合を生じる再結合領域内に、第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43の双方を存在させ、これらをバランスよく発光させることができる。
【0040】
なお、本実施形態では、第1の発光部4が2層の発光層(すなわち第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43)を備える場合を例に説明しているが、第1の発光部4は、1層の発光層を有するものであってもよい。すなわち、第1の発光部4において、第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43のうちのいずれか一方の燐光発光層を省略してもよい。また、第1の発光部4は、3層以上の発光層を有するものであってもよい。すなわち、第1の発光部4において、前述した第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43に加えて、他の1層以上の発光層を有していてもよい。また、第1の発光部4が複数の燐光発光層を有する場合、複数の燐光発光層の発光色が互いに同じであっても異なっていてもよい。また、第1の発光部4が複数の燐光発光層を有する場合、これら燐光発光層同士の間には、中間層が設けられていてもよい。
【0041】
[中間層]
中間層5は、第1の発光部4と第2の発光部6との間でのキャリア(正孔および電子)の受け渡しと、第1の燐光発光層43から蛍光発光層61への三重項エネルギーの漏出を抑制または防止する機能を有するものである。
かかる機能を備える中間層5は、本発明では、陽極3側に位置する電子輸送層51と、陰極7側に位置する正孔輸送層とが互いに接触するように積層されてなるものである。
【0042】
以下、中間層5を構成する各層を順次詳細に説明する。
(電子輸送層)
電子輸送層51は、前述した第1の燐光発光層43と正孔輸送層52との間に設けられ、正孔輸送層52側から第1の燐光発光層43側へ電子を輸送する機能を有する。
電子輸送層62の構成材料(電子輸送性材料)としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)のような8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)のようなフェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0043】
また、電子輸送層51の平均厚さは、特に限定されないが、2nm以上、10nm以下であるのが好ましく、3nm以上、7nm以下であるのがより好ましい。電子輸送層51がこの下限値よりも小さいと、電子輸送層51を構成する電子輸送性材料の種類によっては、正孔輸送層52側から注入された電子の第1の燐光発光層43側への輸送効率が低下するおそれがある。また、前記上限値を超えると、トンネル効果による電子輸送層51を介した第1の燐光発光層43から正孔輸送層52への正孔の注入効率が低下するおそれがある。
【0044】
(正孔輸送層)
正孔輸送層52は、前述した蛍光発光層61と電子輸送層51との間に設けられ、電子輸送層51側から蛍光発光層61側へ正孔を輸送する機能を有する。
この正孔輸送層52の構成材料には、各種p型の高分子材料や、各種p型の低分子材料を単独または組み合わせて用いることができ、例えば、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)等のテトラアリールベンジジン誘導体、4,4’,4”−トリス(N−カルバゾリル)−トリフェニルアミン(TCTA)、4,4’,4”−トリス(N−フェニル−N−m−トリルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)のようなトリフェニルアミン化合物、テトラアリールジアミノフルオレン化合物またはそれらの誘導体(アミン系化合物)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
上述した中でも、正孔輸送性材料は、トリフェニルアミン化合物またはその誘導体であることがより好ましい。これにより、電子輸送層51側から蛍光発光層61側に効率よく正孔を輸送することができる。
【0045】
また、正孔輸送層52の平均厚さは、特に限定されないが、2nm以上、10nm以下であるのが好ましく、3nm以上、7nm以下であるのがより好ましい。正孔輸送層52がこの下限値よりも小さいと、正孔輸送層52を構成する正孔輸送性材料の種類によっては、電子輸送層51側から注入された正孔の蛍光発光層61側への輸送効率が低下するおそれがある。また、前記上限値を超えると、トンネル効果による正孔輸送層52を介した蛍光発光層61から電子輸送層51への電子の注入効率が低下するおそれがある。
【0046】
さて、かかる構成の中間層5は、本発明では、上述したように、互いに接触する正孔輸送層52および電子輸送層51を備え、電子輸送層51が陽極3側に、正孔輸送層52が陰極7側にそれぞれ位置している。
本発明者の検討により、第1の燐光発光層(燐光発光層)43と蛍光発光層61との間に位置する中間層5をかかる構成のものとすることにより、上記の問題点を解決し得ること、すなわち、発光素子1の駆動電圧が上昇してしまうのを的確に抑制または防止しつつ、第1の燐光発光層43の三重項エネルギーの蛍光発光層61側への移動を抑制して、第1の燐光発光層43および蛍光発光層61の双方を効率よく発光させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0047】
特に、本発明のように、電子輸送層51を陽極3側に、正孔輸送層52を陰極7側にそれぞれ位置させることで、電子輸送層51および正孔輸送層52にトンネル効果を発揮させて、中間層5によるキャリア(電子および正孔)の輸送を円滑に行いつつ、第1の燐光発光層43の三重項エネルギーの蛍光発光層61側への移動を的確に抑制することができるようになる。
また、本実施形態では、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42は、陽極3と中間層5との間に位置し、蛍光発光層61は、陰極7と中間層5との間に位置している。すなわち、中間層5を介して、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42が陽極3側に、蛍光発光層61が陰極7側に位置している。
【0048】
ここで、各発光層で発光した光を効率よく取り出すには、光路長を調整する必要があり、その場合、陰極に短波長のものを、陽極側に長波長のものを配置することにより、光の取り出し効率の向上を図ることができる。また、短波長(特に、青色)の光を発光する発光材料としては、一般的に、蛍光を発光するものの方が、発光色、発光効率および寿命ともに、燐光を発光するものよりも優れているため、蛍光発光層61、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42の位置関係を上記のようにすることで、各発光層をより確実に発光させることができるとともに、発光した光の取り出し効率の向上を図ることができる。
【0049】
さらに、正孔輸送層52の三重項エネルギーおよび電子輸送層51の三重項エネルギーは、その何れか一方が第1の燐光発光層43の三重項エネルギーよりも大きいのが好ましく、ともに第1の燐光発光層43の三重項エネルギーよりも大きいのがより好ましい。これにより、第1の燐光発光層43の三重項エネルギーが蛍光発光層61側に移動し、その結果、かかる三重項エネルギーが発光のためのエネルギーとして寄与することなく失活してしまうのを的確に抑制または防止することができる。そのため、発光素子1は、特に優れた発光効率を発揮するものとなる。
また、中間層5の平均厚さ、電子輸送層51と正孔輸送層52との合計の平均厚さは、15nm以下であることが好ましく、5nm以上、12nm以下であることがより好ましい。これにより、発光素子1の駆動電圧が高くなるのをより確実に防止しつつ、中間層5の機能を十分に発揮させることができる。
【0050】
[第2の発光部]
第2の発光部6は、上述したように、蛍光発光層61と電子輸送層62とを有している。
かかる構成の第1の発光部4において、蛍光発光層61に対して、中間層5側から正孔が陰極7側から電子が、それぞれ供給(注入)されると、蛍光発光層61では、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、エキシトンが基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光)を放出するため、蛍光発光層61が蛍光を発光する。
【0051】
以下、かかる第2の発光部6を構成する各層について、順次、説明する。
(蛍光発光層)
この蛍光発光層61は、蛍光材料を含んで構成されている。
蛍光材料は、陰極7側から電子が供給(注入)されるとともに、陽極3側から正孔が供給(注入)されることにより、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン(励起子)が生成し、一重項励起状態となっているエキシトンが基底状態に戻る際に一重項エネルギーを蛍光として放出するものである。
【0052】
このような蛍光材料としては、特に限定されず、蛍光発光層61に発光させるべき発光色に応じて適宜選択され、各種蛍光材料を1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
具体的には、赤色の蛍光材料としては、例えば、テトラアリールジインデノペリレン誘導体等のペリレン誘導体、ユーロピウム錯体、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、ポルフィリン誘導体、ナイルレッド、2−(1,1−ジメチルエチル)−6−(2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1,1,7,7−テトラメチル−1H,5H−ベンゾ(ij)キノリジン−9−イル)エテニル)−4H−ピラン−4H−イリデン)プロパンジニトリル(DCJTB)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)等を挙げられる。
【0053】
青色の蛍光材料としては、例えば、ジスチリルジアミン誘導体、ジスチリル誘導体、フルオランテン誘導体、ピレン誘導体、ペリレンおよびペリレン誘導体、アントラセン誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、テトラフェニルブタジエン、4,4’−ビス(9−エチル−3−カルバゾビニレン)−1,1’−ビフェニル(BCzVBi)、ポリ[(9.9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−コ−(2,5−ジメトキシベンゼン−1,4−ジイル)]、ポリ[(9,9−ジヘキシルオキシフルオレン−2,7−ジイル)−オルト−コ−(2−メトキシ−5−{2−エトキシヘキシルオキシ}フェニレン−1,4−ジイル)]、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−コ−(エチルニルベンゼン)]、BD102(製品名、出光興産社製)等が挙げられる。
【0054】
緑色の蛍光材料としては、例えば、クマリン誘導体、キナクリドン誘導体、9,10−ビス[(9−エチル−3−カルバゾール)−ビニレニル]−アントラセン、ポリ(9,9−ジヘキシル−2,7−ビニレンフルオレニレン)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−コ−(1,4−ジフェニレン−ビニレン−2−メトキシ−5−{2−エチルヘキシルオキシ}ベンゼン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレニレン)−オルト−コ−(2−メトキシ−5−(2−エトキシルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン)]等が挙げられる。
黄色の蛍光材料としては、例えば、ルブレン系材料等のナフタセン骨格を有する化合物であって、ナフタセンにアリール基(好ましくはフェニル基)が任意の位置で任意の数(好ましくは2〜6)置換された化合物、モノインデノペリレン誘導体等を用いることができる。
【0055】
また、蛍光発光層61は、上述した蛍光材料に加え、前述した燐光材料と同様に、この蛍光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料を含んで構成されていてもよい。このような蛍光発光層61は、例えば、ゲスト材料である発光材料をドーパントとしてホスト材料にドープすることにより形成することができる。
このホスト材料は、正孔と電子とを再結合して励起子を生成するとともに、その励起子のエネルギーを蛍光材料に移動(フェルスター移動またはデクスター移動)させて、蛍光材料を励起する機能を有する。
【0056】
このようなホスト材料としては、例えば、ルブレンおよびその誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ビスp−ビフェニルナフタセン等のナフタセン系材料、アントラセン系材料、ビス−オルトビフェニリルペリレン等のペリレン誘導体、テトラフェニルピレンなどのピレン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、スチルベン誘導体、ジスチリルアミン誘導体、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(p−フェニルフェノラト)アルミニウム(BAlq)、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq)等のキノリノラト系金属錯体、トリフェニルアミンの4量体等のトリアリールアミン誘導体、アリールアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、シロール誘導体、カルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ベンゾピラン誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、キノリン誘導体、コロネン誘導体、アミン化合物、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)、IDE120(製品名、出光興産社製)等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることもできる。好ましくは、蛍光材料が青色または緑色の場合にはIDE120(出光興産社製)、アントラセン系材料、ジアントラセン系材料が好ましく、蛍光材料が赤色の場合には、ルブレンまたはルブレン誘導体、ナフタセン系材料、ペリレン誘導体が好ましい。
【0057】
前述したような蛍光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、蛍光発光層61中における蛍光材料の含有量(ドープ量)は、0.1〜30wt%であるのが好ましく、0.5〜20wt%であるのがより好ましい。蛍光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
また、蛍光発光層61の発光のピーク波長は、前述した第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42の発光のピーク波長よりも短いのが好ましい。言い換えると、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42の発光のピーク波長は、蛍光発光層61の発光のピーク波長よりも長いのが好ましい。これにより、蛍光発光層61と、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42とをバランスよく発光させることができる。
具体的には、蛍光発光層61の発光のピーク波長は、500nm以下であるのが好ましく、400nm以上490nm以下であるのがより好ましく、430nm以上480nm以下であるのがさらに好ましい。言い換えると、蛍光発光層61の発光色は、青色であるのが好ましい。
【0058】
さらに、上述したように第2の燐光発光層42の発光のピーク波長は、第1の燐光発光層43の発光のピーク波長よりも長いのが好ましく、これにより、第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43と、蛍光発光層61をバランスよく発光させることができることから、蛍光発光層61の発光色を青色とした場合、第2の燐光発光層42の発光色および第1の燐光発光層43の発光色は、それぞれ、赤色および緑色であるのが好ましい。
なお、発光のピーク波長が短い蛍光材料は、発光のピーク波長が長い蛍光材料に比べて発光し難いが、他の発光層と隣接しない蛍光発光層61では、発光のピーク波長が短い蛍光材料を用いても、他の発光層へエネルギーが逃げにくく、効率的に発光させることができる。
【0059】
また、蛍光発光層61の平均厚さは、30nm以上100nm以下であるのが好ましく、30nm以上70nm以下であるのがより好ましく、30nm以上50nm以下であるのがさらに好ましい。これにより、蛍光発光層61の厚さが厚くなりすぎるのを防止し、その結果、発光素子1の初期の駆動電圧が大きくなるのを防止することができる。すなわち、発光素子1の低駆動電圧化を図ることができる。
なお、本実施形態では、蛍光発光層61が1層の発光層を備えるものを例に説明しているが、蛍光発光層61は、複数の発光層が積層されてなる積層体であってもよい。この場合、複数の発光層の発光色が互いに同じであっても異なっていてもよい。また、蛍光発光層61が複数の発光層を有する場合、発光層同士の間に中間層が設けられていてもよい。
【0060】
(電子輸送層)
電子輸送層62は、陰極7から注入された電子を蛍光発光層61に輸送する機能を有するものである。
電子輸送層62の構成材料(電子輸送性材料)としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)のような8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)のようなフェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0061】
電子輸送層62の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上、100nm以下であるのが好ましく、10nm以上、50nm以下であるのがより好ましい。
なお、第2の発光部6は、蛍光発光層61および電子輸送層62以外に、他の層を有していてもよく、例えば、蛍光発光層61と電子輸送層62との間に位置する正孔ブロック層や、電子輸送層62と陰極7との間に位置する電子注入層を有していてもよい。
【0062】
(正孔ブロック層)
正孔ブロック層は、正孔をブロックする機能を有するものである。この正孔ブロック層を備える構成とすることにより、蛍光発光層61から電子輸送層62へ正孔が輸送されるのを防止することができる。そのため、電子輸送層62が正孔により劣化するのを防止することができる。また、正孔ブロック層は、電子を輸送する機能を有する。これにより、電子輸送層62から受け取った電子を蛍光発光層61へ輸送することができる。
【0063】
このような正孔ブロック層の構成材料としては、例えば、3−フェニル−4−(1’−ナフチル)−5−フェニルカルバゾール、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)等のカルバゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアゾール誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)、ビス−(2−メチル−8−キノリノラト)−4−(フェニルフェノラト)アルミニウム等のキノリノラト系金属錯体、N−ジカルバゾリル−3,5−ベンゼン、ポリ(9−ビニルカルバゾール)、4,4’,4’’−トリス(9−カルバゾリル)トリフェニルアミン、4,4’−ビス(9−カルバゾリル)−2,2’−ジメチルビフェニル等のカルバリゾル基含有化合物、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることもできる。
また、正孔ブロック層の平均厚さは、特に限定されないが、1nm以上、50nm以下であるのが好ましく、3nm以上、30nm以下であるのがより好ましく、5nm以上、20nm以下であるのがさらに好ましい。
【0064】
(電子注入層)
電子注入層は、陰極7から電子輸送層62への電子注入効率を向上させるためのものである。
この電子注入層の構成材料(電子注入性材料)としては、例えば、各種の無機絶縁材料、各種の無機半導体材料が挙げられる。
【0065】
このような無機絶縁材料としては、例えば、アルカリ金属カルコゲナイド(酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物)、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらを主材料として電子注入層を構成することにより、電子注入性をより向上させることができる。特にアルカリ金属化合物(アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物等)は仕事関数が非常に小さく、これを用いて電子注入層を構成することにより、発光素子1は、高い輝度が得られるものとなる。
【0066】
アルカリ金属カルコゲナイドとしては、例えば、LiO、LiO、NaS、NaSe、NaO等が挙げられる。
アルカリ土類金属カルコゲナイドとしては、例えば、CaO、BaO、SrO、BeO、BaS、MgO、CaSe等が挙げられる。
アルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、CsF、LiF、NaF、KF、LiCl、KCl、NaCl等が挙げられる。
アルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、CaF、BaF、SrF、MgF、BeF等が挙げられる。
【0067】
また、無機半導体材料としては、例えば、Li、Na、Ba、Ca、Sr、Yb、Al、Ga、In、Cd、Mg、Si、Ta、SbおよびZnのうちの少なくとも1つの元素を含む酸化物、窒化物または酸化窒化物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
電子注入層の平均厚さは、特に限定されないが、0.1nm以上、1000nm以下であるのが好ましく、0.2nm以上、100nm以下であるのがより好ましく、0.2nm以上、50nm以下であるのがさらに好ましい。
【0068】
[陰極]
陰極7は、前述した第2の発光部6に電子を注入する電極である。この陰極7の構成材料としては、仕事関数の小さい材料を用いるのが好ましい。
陰極7の構成材料としては、例えば、Li、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb、Ag、Cu、Al、Cs、Rbまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば、複数層の積層体等)用いることができる。
【0069】
特に、陰極7の構成材料として合金を用いる場合には、Ag、Al、Cu等の安定な金属元素を含む合金、具体的には、MgAg、AlLi、CuLi等の合金を用いるのが好ましい。かかる合金を陰極7の構成材料として用いることにより、陰極7の電子注入効率および安定性の向上を図ることができる。
このような陰極7の平均厚さは、特に限定されないが、100nm以上、400nm以下であるのが好ましく、100nm、以上200nm以下であるのがより好ましい。
なお、本実施形態の発光素子1は、ボトムエミッション型であるため、陰極7に、光透過性は、特に要求されない。
【0070】
[封止部材]
封止部材8は、陽極3、積層体15、および陰極7を覆うように設けられ、これらを気密的に封止し、酸素や水分を遮断する機能を有する。封止部材8を設けることにより、発光素子1の信頼性の向上や、変質・劣化の防止(耐久性向上)等の効果が得られる。
封止部材8の構成材料としては、例えば、Al、Au、Cr、Nb、Ta、Tiまたはこれらを含む合金、酸化シリコン、各種樹脂材料等を挙げることができる。なお、封止部材8の構成材料として導電性を有する材料を用いる場合には、短絡を防止するために、封止部材8と陽極3、積層体15、および陰極7との間には、必要に応じて、絶縁膜を設けるのが好ましい。
また、封止部材8は、平板状として、基板2と対向させ、これらの間を、例えば熱硬化性樹脂等のシール材で封止するようにしてもよい。
【0071】
以上のような発光素子1によれば、中間層5が、互いに接触する正孔輸送層52および電子輸送層51を備え、電子輸送層51が陽極3側に、正孔輸送層52が陰極7側にそれぞれ位置する構成となっているので、発光素子1の駆動電圧が上昇してしまうのを的確に抑制または防止しつつ、第1の燐光発光層43の三重項エネルギーの蛍光発光層61側への移動を抑制して、第1の燐光発光層43および蛍光発光層61の双方を効率よく発光させることができる。
【0072】
また、本実施形態では、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42が陽極3と中間層5との間に位置し、蛍光発光層61が陰極7と中間層5との間に位置している場合について説明したが、かかる場合に限定されず、第1の燐光発光層43および第2の燐光発光層42が陰極7と中間層5との間に位置し、蛍光発光層61が陽極3と中間層5との間に位置していてもよい。
【0073】
(発光素子の製造方法)
以上のように構成された発光素子1は、例えば、次のようにして製造することができる。
[1] まず、基板2を用意し、この基板2上に陽極3を形成する。
陽極3は、例えば、プラズマCVD、熱CVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着等の乾式メッキ法、電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等を用いて形成することができる。
【0074】
[2] 次に、陽極3上に第1の発光部4を形成する。
第1の発光部4は、正孔輸送層41、第2の燐光発光層42および第1の燐光発光層43を順次陽極3上に形成することにより設けることができる。
上述したような各層は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、各層の構成材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる液体材料を、陽極3(またはその上の層)上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
【0075】
液状材料の供給方法としては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、インクジェット印刷法等の各種塗布法を用いることもできる。かかる塗布法を用いることにより、第1の発光部4を構成する各層を比較的容易に形成することができる。
液状材料の調製に用いる溶媒または分散媒としては、例えば、各種無機溶媒や、各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。
なお、乾燥は、例えば、大気圧または減圧雰囲気中での放置、加熱処理、不活性ガスの吹付け等により行うことができる。
【0076】
また、本工程に先立って、陽極3の上面には、酸素プラズマ処理を施すようにしてもよい。これにより、陽極3の上面に親液性を付与すること、陽極3の上面に付着する有機物を除去(洗浄)すること、陽極3の上面付近の仕事関数を調整すること等を行うことができる。
ここで、酸素プラズマ処理の条件としては、例えば、プラズマパワー100〜800W程度、酸素ガス流量50〜100mL/min程度、被処理部材(陽極3)の搬送速度0.5〜10mm/sec程度、基板2の温度70〜90℃程度とするのが好ましい。
【0077】
[3] 次に、第1の発光部4上に中間層5を形成する。
中間層5は、第1の発光部4上に電子輸送層51および正孔輸送層52を順次積層することにより形成することができる。
中間層5を構成する各層は、例えば、CVD法や、真空蒸着、スパッタリング等の乾式メッキ法等を用いた気相プロセスにより形成することができる。
また、中間層5を構成する層の材料を溶媒に溶解または分散媒に分散してなる材料を、第1の発光部4上に供給した後、乾燥(脱溶媒または脱分散媒)することによっても形成することができる。
【0078】
[4] 次に中間層5上に第2の発光部6を形成する。
第2の発光部6は、上述した第1の発光部4と同様にして形成することができる。
[5] 次に、第2の発光部6上に、陰極7を形成する。
陰極7は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、金属箔の接合、金属微粒子インクの塗布および焼成等を用いて形成することができる。
以上のような工程を経て、発光素子1が得られる。
最後に、得られた発光素子1を覆うように封止部材8を被せ、基板2に接合する。
【0079】
以上説明したような発光素子1は、例えば光源等として使用することができる。また、複数の発光素子1をマトリックス状に配置することにより、ディスプレイ装置(本発明の表示装置)を構成することができる。
なお、ディスプレイ装置の駆動方式としては、特に限定されず、アクティブマトリックス方式、パッシブマトリックス方式のいずれであってもよい。
【0080】
(表示装置)
次に、本発明の表示装置を適用したディスプレイ装置の一例について説明する。
図2は、本発明の表示装置を適用したディスプレイ装置の実施形態を示す縦断面図である。
図2に示すディスプレイ装置100は、基板21と、サブ画素100R、100G、100Bに対応して設けられた複数の発光素子1R、1G、1Bおよびカラーフィルタ19R、19G、19Bと、各発光素子1R、1G、1Bをそれぞれ駆動するための複数の駆動用トランジスタ24とを有している。ここで、ディスプレイ装置100は、トップエミッション構造のディスプレイパネルである。
【0081】
基板21上には、複数の駆動用トランジスタ24が設けられ、これらの駆動用トランジスタ24を覆うように、絶縁材料で構成された平坦化層22が形成されている。
各駆動用トランジスタ24は、シリコンからなる半導体層241と、半導体層241上に形成されたゲート絶縁層242と、ゲート絶縁層242上に形成されたゲート電極243と、ソース電極244と、ドレイン電極245とを有している。
【0082】
平坦化層上には、各駆動用トランジスタ24に対応して発光素子1R、1G、1Bが設けられている。
発光素子1Rは、平坦化層22上に、反射膜32、腐食防止膜33、陽極3、積層体(有機EL発光部)15、陰極7、陰極カバー34がこの順に積層されている。本実施形態では、各発光素子1R、1G、1Bの陽極3は、画素電極を構成し、各駆動用トランジスタ24のドレイン電極245に導電部(配線)27により電気的に接続されている。また、各発光素子1R、1G、1Bの陰極7は、共通電極とされている。
なお、発光素子1G、1Bの構成は、発光素子1Rの構成と同様である。また、図2では、図1と同様の構成に関しては、同一符号を付してある。また、反射膜32の構成(特性)は、光の波長に応じて、発光素子1R、1G、1B間で異なっていてもよい。
【0083】
隣接する発光素子1R、1G、1B同士の間には、隔壁31が設けられている。また、これらの発光素子1R、1G、1B上には、これらを覆うように、エポキシ樹脂で構成されたエポキシ層35が形成されている。
カラーフィルタ19R、19G、19Bは、前述したエポキシ層35上に、発光素子1R、1G、1Bに対応して設けられている。
【0084】
カラーフィルタ19Rは、発光素子1Rからの白色光Wを赤色に変換するものである。また、カラーフィルタ19Gは、発光素子1Gからの白色光Wを緑色に変換するものである。また、カラーフィルタ19Bは、発光素子1Bからの白色光Wを青色に変換するものである。このようなカラーフィルタ19R、19G、19Bを発光素子1R、1G、1Bと組み合わせて用いることで、フルカラー画像を表示することができる。
【0085】
また、隣接するカラーフィルタ19R、19G、19B同士の間には、遮光層36が形成されている。これにより、意図しないサブ画素100R、100G、100Bが発光するのを防止することができる。
そして、カラーフィルタ19R、19G、19Bおよび遮光層36上には、これらを覆うように封止基板20が設けられている。
以上説明したようなディスプレイ装置100は、単色表示であってもよく、各発光素子1R、1G、1Bに用いる発光材料を選択することにより、カラー表示も可能である。
【0086】
このようなディスプレイ装置100(本発明の表示装置)は、各種の電子機器に組み込むことができる。
図3は、本発明の電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部を備える表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このパーソナルコンピュータ1100において、表示ユニット1106が備える表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
【0087】
図4は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206とともに、表示部を備えている。
携帯電話機1200において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
【0088】
図5は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
【0089】
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
ディジタルスチルカメラ1300において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
【0090】
ケースの内部には、回路基板1308が設置されている。この回路基板1308は、撮像信号を格納(記憶)し得るメモリが設置されている。
また、ケース1302の正面側(図示の構成では裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板1308のメモリに転送・格納される。
【0091】
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示のように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニタ1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピュータ1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、回路基板1308のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ1430や、パーソナルコンピュータ1440に出力される構成になっている。
【0092】
なお、本発明の電子機器は、図3のパーソナルコンピュータ(モバイル型パーソナルコンピュータ)、図4の携帯電話機、図5のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、テレビや、ビデオカメラ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、POS端末、タッチパネルを備えた機器(例えば金融機関のキャッシュディスペンサー、自動券売機)、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電表示装置、超音波診断装置、内視鏡用表示装置)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレータ、その他各種モニタ類、プロジェクター等の投射型表示装置等に適用することができる。
【0093】
以上、本発明の発光素子、発光装置、表示装置および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものでない。
例えば、前述した発光素子は、3層の発光層を有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、発光素子は、2層の発光層を有するものであってもよいし4層以上の発光層を有するものであってもよい。この場合、中間層の陽極側と陰極側とに少なくとも1層の燐光発光層および蛍光発光層それぞれが設けられていればよい。
また、前述した発光素子では、発光部(発光ユニット)は、発光層以外の層(例えば、正孔輸送層、電子輸送層等)を有するものとして説明したが、これに限定されず、少なくとも1層の発光層を有していればよく、例えば、発光層のみで構成されていてもよい。
【実施例】
【0094】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.発光素子の製造
(実施例1)
<1> まず、平均厚さ0.5mmの透明なガラス基板を用意した。次に、この基板上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO電極(陽極)を形成した。
そして、基板をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<2> 次に、ITO電極上に、4,4’,4”−トリス(N−カルバゾリル)−トリフェニルアミン(TCTA)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ50nmの正孔輸送層(第1の発光部の正孔輸送層)を形成した。
【0095】
<3> 次に、正孔輸送層上に、真空蒸着法を用いて、平均厚さ5nmの第2の燐光発光層(赤色燐光発光層)を形成した。
ここで、第2の燐光発光層を構成する構成材料としては、赤色燐光材料(ゲスト材料)であるbtp2Ir(acac)と、ホスト材料であるCBPとの混合材料を用いた。また、第2の燐光発光層中における赤色燐光材料の含有量(ドープ濃度)は、5.0wt%とした。
【0096】
<4> 次に、第2の燐光発光層上に、真空蒸着法を用いて、平均厚さ10nmの第1の燐光発光層(緑色燐光発光層)を形成した。
ここで、第1の燐光発光層を構成する構成材料としては、緑色燐光材料(ゲスト材料)であるIr(ppy)3と、ホスト材料であるCBPとの混合材料を用いた。また、第1の燐光発光層中における緑色燐光材料の含有量(ドープ濃度)は、10.0wt%とした。
【0097】
<5> 次に、第1の燐光発光層上に、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ5nmの電子輸送層を形成した。
【0098】
<6> 次に、電子輸送層上に、4,4’,4”−トリス(N−カルバゾリル)−トリフェニルアミン(TCTA)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ5nmの正孔輸送層を形成した。
これら工程<5>、<6>により、電子輸送層および正孔輸送層からなる中間層を得た。
【0099】
<7> 次に、正孔輸送層上に、真空蒸着法を用いて、平均厚さ20nmの蛍光発光層(青色蛍光発光層)を形成した。
ここで、蛍光発光層を構成する構成材料としては、青色蛍光材料(ゲスト材料)である4,4’−ビス(9−エチル−3−カルバゾビニレン)−1,1’−ビフェニル(BCzVBi)と、ホスト材料である4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)との混合材料を用いた。また、蛍光発光層中における青色蛍光材料の含有量(ドープ濃度)は、3.0wt%とした。
【0100】
<8> 次に、蛍光発光層上に、1,3−ビス(N,N−t−ブチル−フェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(OXD−7)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ40nmの電子輸送層(第2の発光部の電子輸送層)を形成した。
<9> 次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を真空蒸着法により成膜し、平均厚さ1.0nmの電子注入層を形成した。
【0101】
<10> 次に、電子注入層上に、Alを真空蒸着法により成膜した。これにより、Alで構成される平均厚さ100nmの陰極を形成した。
<11> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、基板上に、陽極、正孔輸送層、第2の燐光発光層、第1の燐光発光層、中間層(電子輸送層、正孔輸送層)、蛍光発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極がこの順に積層された発光素子を製造した。
【0102】
(実施例2)
前記工程<5>において、平均厚さ3nmの電子輸送層を形成し、前記工程<6>において、平均厚さ7nmの正孔輸送層を形成したこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例3)
前記工程<5>において、平均厚さ7nmの電子輸送層を形成し、前記工程<6>において、平均厚さ3nmの正孔輸送層を形成したこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
【0103】
(実施例4)
前記工程<5>において、平均厚さ1nmの電子輸送層を形成し、前記工程<6>において、平均厚さ11nmの正孔輸送層を形成したこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(実施例5)
前記工程<5>において、平均厚さ11nmの電子輸送層を形成し、前記工程<6>において、平均厚さ1nmの正孔輸送層を形成したこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
【0104】
(比較例1)
前記工程<5>における電子輸送層の形成を省略し、前記工程<6>における正孔輸送層の膜厚を10nmとしたこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(比較例2)
前記工程<6>における正孔輸送層の形成を省略し、前記工程<5>における電子輸送層の膜厚を10nmとしたこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
(比較例3)
前記工程<5>と前記工程<6>との順序を逆転して、陰極側に電子輸送層が、陽極側に正孔輸送層がそれぞれ位置する中間層を形成したこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
【0105】
(比較例4)
前記工程<5>、<6>を変更して、下記工程<5’>とすることで、正孔輸送性材料と電子輸送性材料との双方を含有する中間層を形成したこと以外は、前述した実施例1と同様にして発光素子を製造した。
<5’> 第1の燐光発光層上に、BCPとTCTAとを真空蒸着法により蒸着させて、正孔輸送性材料と電子輸送材料との双方を含有する平均厚さ10nmの中間層を形成した。
【0106】
2.評価
各実施例および各比較例について、直流電源を用いて発光素子に100mA/cmの定電流を流し、色度計を用いて光の色度(x,y)を求めた。
さらに、各実施例および各比較例の発光素子に対して、それぞれ、陽極と陰極との間に直流電源により電流密度10mA/cmの電流を流し、発光素子にかかる駆動電圧、発光素子から放出された光の電流効率を測定し、比較例1で測定された駆動電圧および電流効率を基準として規格した値を求めた。
これらの結果を表1に示す。
【0107】
【表1】

【0108】
表1から明らかなように、各実施例の発光素子では、各比較例の発光素子と比較して、駆動電圧の上昇を抑制しつつ、優れた電流効率が得られることが判った。
また、各実施例の発光素子は、各比較例の発光素子と比較して、より白色に近い色を発光していることから、赤色および緑色の燐光を発光する燐光発光層と、青色の蛍光を発光する蛍光発光層との双方を効率よく発光させることができた。
【符号の説明】
【0109】
1、1G、1R、1B……発光素子 2……基板 3……陽極 4……第1の発光部 41……正孔輸送層 42……第2の燐光発光層 43……第1の燐光発光層 5……中間層 51……電子輸送層 52……正孔輸送層 6……第2の発光部 61……蛍光発光層 62……電子輸送層 7……陰極 8……封止部材 15……積層体 19B、19G、19R……カラーフィルタ 100……ディスプレイ装置 100R、100G、100B……サブ画素 20……封止基板 21……基板 22……平坦化層 24……駆動用トランジスタ 241……半導体層 242……ゲート絶縁層 243……ゲート電極 244……ソース電極 245……ドレイン電極 27……配線 31……隔壁 32……反射膜 33……腐食防止膜 34……陰極カバー 35……エポキシ層 36……遮光層 1100……パーソナルコンピュータ 1102……キーボード 1104……本体部 1106……表示ユニット 1200……携帯電話機 1202……操作ボタン 1204……受話口 1206……送話口 1300……ディジタルスチルカメラ 1302……ケース(ボディー) 1304……受光ユニット 1306……シャッタボタン 1308……回路基板 1312……ビデオ信号出力端子 1314……データ通信用の入出力端子 1430……テレビモニタ 1440……パーソナルコンピュータ W……白色光

【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられ、これら電極に通電することにより燐光を発光する燐光発光層、および蛍光を発光する蛍光発光層と、
前記燐光発光層と前記蛍光発光層との間に設けられた中間層とを有し、
前記中間層は、互いに接触する正孔輸送層および電子輸送層を備え、前記電子輸送層が前記陽極側に、前記正孔輸送層が前記陰極側に位置することを特徴とする発光素子。
【請求項2】
前記燐光発光層は、前記陽極と前記中間層との間に位置し、前記蛍光発光層は、前記陰極と前記中間層との間に位置する請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記正孔輸送層の三重項エネルギーおよび前記電子輸送層の三重項エネルギーは、ともに前記燐光発光層の三重項エネルギーよりも大きい請求項1または2に記載の発光素子。
【請求項4】
前記正孔輸送層は、その平均膜厚が2nm以上、10nm以下のものである請求項1ないし3のいずれかに記載の発光素子。
【請求項5】
前記電子輸送層は、その平均膜厚が2nm以上、10nm以下のものである請求項1ないし4のいずれかに記載の発光素子。
【請求項6】
前記正孔輸送層と前記電子輸送層との膜厚の和は、15nm以下のものである請求項1ないし5のいずれかに記載の発光素子。
【請求項7】
前記陽極と前記燐光発光層との間に設けられ、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより燐光を発光する第2の燐光発光層を有する請求項1ないし6のいずれかに記載の発光素子。
【請求項8】
請求項1ないし7のいずれかに記載の発光素子を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項9】
請求項8に記載の発光装置を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項10】
請求項9に記載の表示装置を備えることを特徴とする電子機器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−190618(P2012−190618A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−52126(P2011−52126)
【出願日】平成23年3月9日(2011.3.9)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】